Физико-химические методы анализа (стр. 7 )

3.  Микрошприц.

4.  Пенный расходомер.

5.  Секундомер.

6.  Раствор мятного масла в этаноле.

7.  Стандартный раствор ментола в этаноле.

Условия проведения анализа:

газ-носитель азот

длина колонки 1 м

Температуры:

испари

термостата 900

детектора 1500.

Скорость потока газа-носителя (азота) 30 мл/мин.

Скорость потока водорода 30 мл/мин.

Подготовка хроматографа к работе

1.  Открыть вентилем баллон с газом-носителем азотом.

2.  Редуктором высокого давления на баллоне установить давление азота на входе в прибор 0,8 атм.

3.  Проверить наличие потока газа-носителя на выходе из газовой колонки прибора с помощью расходомера с мыльной пленкой.

4.  Установить скорость потока азота 30 мл/мин.

5.  Установить параметры работы прибора (температуру испарителя, колонок (тер

мостата и детектора) согласно условиям проведения анализа.

6.  Включить генератор водорода.

7.  Включить компрессор, подающий воздух.

8.  Включить сетевую вилку прибора в сеть 220 В и тумблерами включить прибор.

9.  Поджечь ДИП.

10.  Включить компьютер и запустить программу «Хромос».

Выполнение работы

После установления на хроматографе стабильной нулевой линии в испаритель хро

матографа вводят 1 мкл раствора мятного масла и хроматографируют его.

- По полученной хроматограмме находят значение времени удерживания (расстояния удерживания) каждого компонента смеси в мм, для чего измеряют расстояние от точки, соответствующей моменту ввода пробы, до точки на оси абцисс, отвечающей положению максимума (вершины) пика.

- Затем по таблице № 2 устанавливают качественный состав основных компонентов мятного масла.

- Оценивают эффективность колонки по пику ментола, рассчитав число теоретических тарелок (N) и ВЭТТ (мм). Длина колонки 1 м.

- Рассчитывают коэффициенты разделения (a) и критерий разделения (К) для второго и третьего компонентов смеси (октанола-3 и ментофурана).

- Количественный анализ: расчет массовой доли ментола проводят методами абсолютной калибровки и внутренней нормализации.

Метод абсолютной калибровки

Построение градуировочного графика. Готовят стандартный раствор ментола. В мерную колбу на 25 мл помещают точную навеску ментола массой ~ 0,3 г и доводят до метки спиртом. Рассчитывают концентрацию Сст в г/мл по формуле: . В испаритель хроматографа вводят 1,0; 2,0; 3,0; 4,0; 5,0 мкл стандартного раствора ментола и хроматографируют их. На хроматограммах измеряют площади пиков ментола по формуле: S = h∙m1/2, по этим данным строят градуировочный график в координатах S ‑ V стандартного раствора.

Определение концентрации ментола в мятном масле. В тех же условиях хроматографируют VA (1 мкл) пробы спиртового раствора мятного масла с неизвестной концентрацией ментола, определяют площадь пика ментола и по градуировочному графику находят объем стандартного раствора (VX), соответствующий содержанию ментола в образце спиртового раствора мятного масла. Концентрацию ментола в г/мл в спиртовом растворе мятного масла рассчитывают по формуле:

.

При выполнении работы точная навеска ментола составила 0,2945 г, а данные для построения градуировочного графика были получены следующие:

Vст. раствора, мкл 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0

S, мм2 1384

(График можно построить или рассчитать коэффициенты линейного уравнения по методу наименьших квадратов по формулам, приведенным на стр.9). Рассчитайте концентрацию ментола в г/мл в образце спиртового раствора мятного масла, хроматограмма которого получена Вами.

Метод внутренней нормализации

Рассчитывают площади пиков 5-ти основных компонентов мятного масла, суммируют их. Массовую долю ментола рассчитывают по формуле:

, где

Sментола – площадь пика ментола,

ΣSi – сумма площадей пиков основных компонентов мятного масла.

Результаты качественного, количественного анализа, оценки эффективности колонки и селективности НЖФ представляют в виде таблицы № 1.

Таблица № 1

№ пика	t, мм	Компонент смеси	Высота пика, h, мм	Полуширина пика, m1/2, мм	Площадь пика, S, мм2	Массовая доля, wi,%
1.
2.
3.
4.
5.

SSi=

N = ВЭТТ = a = К =

Таблица № 2. Времена удерживания (расстояния удерживания) некоторых компонентов мятного масла.

№	Наименование вещества	t, мм
1.	a-пинен	17
2.	камфен	23
3.	b-пинен	25
4.	лимонен	29
5.	цинеол	32
6.	n-цимол	35
7.	октанол-3	47
8.	ментофуран	56
9.	линалоол	61
10.	ментон	67
11.	изоментон	74
12.	неоментон	80
13.	ментол	90

Лабораторная работа № 2.

Ионообменная хроматография

В основе метода ионообменной хроматографии лежит реакция обмена между растворами и сорбентом. В качестве сорбента применяют специальные синтетические смолы – ионообменные, содержащие активные группы, которые способны к обмену ионами с раствором. Ионообменники, способные к обмену катионов, называются катионитами, анионов – анионитами. Ионообменная хроматография дает возможность проводить количественное определение солей кислотно-основным методом по следующим схемам:

или

Количественное определение NaCl (KCl, CaCl2, Na2SO4, KNO3) методом ионообменной хроматографии.

Реактивы и оборудование:

1.  Стандартные раствора NaOH (0,1 н.), HNO3 (0,1 н.).

2.  Сильнокислотный катионит KУ-1 в Н-форме, сильноосновный анионит ЭДЭ-10 в ОН-форме.

3.  1%-ные растворы метилового оранжевого, фенолфталеина.

4.  Колонки для хроматографирования с катионитом и анионитом.

5.  Конические колбы вместимостью 500 мл.

6.  Бюретка вместимостью 25 мл.

Подготовка ионообменной смолы.

Катионит и анионит находятся в колонке в кислой и щелочной среде. Перед проведением анализа ионообменную смолу промывают очищенной водой до нейтральной реакции по метиловому оранжевому (катионит) или фенолфталеину (анионит). Желтая окраска метилоранжа или бесцветная – фенолфталеина указывает на отсутствие кислоты в катионите или основания в анионите.

Выполнение работы.

Колонка с ионитом должна быть заполнена очищенной водой до «зеркала» над поверхностью сорбента. Необходимо следить, чтобы между зёрнами ионита не попадал воздух. В случае попадания воздуха колонку следует перетряхивать или перезаряжать.

Анализируемый раствор вносят в хроматографическую колонку, открывают кран колонки и медленно, по каплям выпускают жидкость из колонки со скоростью 20 – 25 капель в 1 минуту в коническую колбу. Когда над поверхностью ионита останется слой жидкости высотой ~2-3 см, в колонку наливают очищенную воду порциями по 5-10 мл до нейтральной реакции жидкости, вытекающей из колонки (по метиловому оранжевому – желтый цвет, по фенолфталеину – бесцветный). Промывную жидкость и пробы на реакцию среды выливают в ту же коническую колбу. В полученный раствор при необходимости добавляют 2-3 капли индикатора,: и весь раствор оттитровывают 0,1 н. раствором NaOH (катионит) до желтой окраски индикатора или 0,1 н. раствором HNO3 (анионит) до бесцветного раствора. Содержание соли (gА) вычисляют по формуле:

gист.= Е% = _______%.

После окончания анализа ионит регенерируют. Для этого в колонку заливают 1 н. раствор HCl (катионит) или NaOH (анионит), выпустив из колонки немного раствора, чтобы регенерирующий раствор полностью прореагировал с ионитом.

ОТЧЕТ

о количественном определении _______ методом ионообменной хроматографии.

1  Анализ:

2.  Метод:

3.  Схема определения:

4.  Титрант:

5.  Индикатор:

6.  Подвижная фаза:

7.  Неподвижная фаза:

8.  Механизм хроматографического разделения:

9.  Способ определения:

10.  Прием титрования:

11.  Уравнения реакций:

12.  Расчет fэкв и Э(А):

13.  Расчет g(А):

14.  Расчет относительной погрешности Е% = __________%.

Обучающие задачи с эталоном решения

1.  Рассчитать число теоретических тарелок (N) и высоту, эквивалентную теоретической тарелке (ВЭТТ) для колонки длиной 1 м, если при хроматографировании вещества расстояние удерживания составляет 7,5 см, а ширина пика на половине высоты 0,4 см.

Решение: . Подставив значения в формулу, получаем ; ВЭТТ = 0,5 мм.

Ответ: N = 1951; ВЭТТ = 0,5 мм.

2.  Рассчитать массовую долю (%) каждого компонента смеси по данным, полученным методом ГЖХ, считая поправочные коэффициенты равными единице.

Компоненты смеси	h, высота пика, мм	m1/2, полуширина пика, мм	S, площадь пика, мм2	w, %, массовая доля компонента
a-пинен	17	2	34	2,47
Октанол-3	37	4	148	10,74
Ментофуран	22	5	110	7,98
Ментон	62	6	372	27,00
Ментол	102	7	714	51,81

Решение: расчеты проводим по методу внутренней нормализации, согласно которому . По формуле S = h·m1/2 найдем площади пиков компонентов смеси и занесем их в таблицу. Поправочные коэффициенты ki считаем равными единице. Найдем суммарную площадь пиков: Si = 34 + 148 + 110 + 372 + 714 = 1378 мм2. Отсюда массовая доля (%) равна w(a-пинена) = = 2,47%. Аналогично находим массовые доли (%) остальных компонентов смеси и заносим их в таблицу.

3.  Рассчитать массовую долю ментола в растворе мятного масла (r = 0,83 г/мл), если при хроматографировании 1 мкл образца площадь пика ментола на хроматограмме равна 427 мм2, а данные для построения градуировочного графика с использованием стандартного раствора ментола следующие:

m, мкг

S, мм2

Решение. Построим градуировочный график в координатах S - m.

По графику определим массу ментола (m = 20 мкг). Найдем массовую долю ментола в растворе:

(mпробы = r. V = 0,83 . 1,= 0,8г = 830 мкг).

Задачи для самостоятельного решения

1.  Рассчитайте толщину поглощающего слоя (см) для измерения светопоглощения раствора сульфата кобальта, содержащего 0,5 мг соли в 50 мл раствора, если e = 4000, А = 0,52, М(СоSО4) = 155 г/моль. (Ответ: 2 см)

2.  Определите содержание меди (в %) в 10 г образца, если 1 г его растворили в мерной колбе вместимостью 100 мл. Светопоглощение полученного раствора в кювете с толщиной поглощающего слоя 3 см составило 0,675, а молярный коэффициент поглощения равен 45000.

(Ответ: 3,2.10-3 %)

3.  Рассчитайте, сколько времени потребуется для завершения кулонометрического титрования 5,58 мг железа (II) электрогенерированным ионом церия (IV) при постоянном токе электролиза, равным 5,00 мА. (Ответ: 1928 с)

4.  Рассчитайте, при каком значении тока следует проводить кулонометрическое титрование 3,16 мг натрия тиосульфата пятиводного электрогенерированным иодом в присутствии крахмала, чтобы для появления синей окраски раствора потребовалось пропускать ток не менее 100 с. (Ответ: 12,3 мА)

5.  Анализируемый раствор метиламина CH3NH2 объемом 20,00 мл разбавили в мерной колбе до 100,0 мл, затем 10,00 мл полученного раствора оттитровали потенциометрически 0,1000 н. раствором HCl. Построить кривую титрования в координатах: DpH/DV - V+1/2DV и определить молярную концентрацию эквивалента исходного раствора метиламина по следующим данным:

V(HCl),мл	10,00	12,00	14,00	14,50	14,90	15,00	15,10	15,50	16,00
pH	10,40	10,12	9,56	9,18	8,42	6,02	3,52	2,85	2,55

(Ответ: 0,7525 н.)