Пашкевич М.А. Современные физико-химические методы анализа объектов окружающей среды

Подождите немного. Документ загружается.

Работа № 8.

Разделение меди и железа с помощью бумажной хроматографии

1. Цель работы: ознакомление с разновидностью жидкостно-жидкостной

хроматографии: с распределительной хроматографией на бумаге и возможностью

ее применения для разделения ионов меди и железа.

2. Основные теоретические положения

Разделение смеси веществ или ионов с помощью хроматографии на бумаге

основано на различной скорости движения компонентов, которую характеризуют

через коэффициент распределения R

Коэффициент распределения для каждого иона величина постоянная, не

зависящая от присутствия других катионов и природы аниона, с которым связан

ион. Однако эта величина зависит от состава и свойств используемого

растворителя, а также от сорта хроматографической бумаги. Чем больше

величина R

, тем быстрее и дальше продвигается катион по бумаге и тем лучше

отделяется он от другого катиона с низким значением коэффициента

распределения.

Методика выполнения работы

Выполнение работы включает в себя следующие этапы.

• приготовление многокомпонентного растворителя;

• конструирование хроматографической камеры для круговой хроматографии;

• нанесение пробы и проведение хроматографирования;

• проявление хроматограммы и определение коэффициента распределения

ионов меди и железа R

Выполнение работы. На центр фильтра (фильтр «синяя лента», диаметр

12,5 см) нанесите каплю (0,05 мл) исследуемого раствора, содержащего катионы

железа и меди (в количестве примерно 20-50 мг каждого). Положение

образовавшегося пятна зафиксируйте простым карандашом, дайте фильтру

высохнуть. Затем поместите его сначала в тигли, следя за тем, чтобы «фитиль»

фильтра был погружен в растворитель, затем в кристаллизатор, а далее - в

эксикатор (хроматографическую камеру). В качестве растворителя используется

смесь из 90% этилового спирта и 10% 5 н. соляной кислоты (по объему); соляную

кислоту добавляют к органическому растворителю, чтобы предотвратить

адсорбцию ионов бумагой. Закройте эксикатор крышкой и, заметив время,

оставьте на 3-4 часа для размывания первичной хроматограммы растворителем.

После этого достаньте фильтр из эксикатора, отметьте карандашом границы

фронта растворителя и дайте растворителю испариться.

Для проявления зон локализации ионов Fe

и Cu

опрысните фильтр

10%-м раствором K

[Fe(CN)

] из стеклянного пульверизатора. В результате на

хроматограмме проявляется синяя кольцевая зона Fe

[Fe(CN)

]

, и коричневая

кольцевая зона Cu

[Fe(CN)

Вычислите по приведенной выше формуле величины распределения Rf для

катионов Fe

и Cu

. Началом пути обоих катионов считайте наружную границу

первоначального пятна, а концом пути – наружные границы образовавшихся

после проявления кольцевых зон ионов. Расстояние, пройденное фронтом

растворителя, считайте от центра хроматограммы, т. е. от центра фильтра.

Содержание отчета

Отчет должен содержать

1) цель работы;

2) краткое описание методики анализа c представлением уравнений реакций

индикации разделяемых ионов;

3) рисунок, иллюстрирующий хроматографическую камеру;

4) фотографию хроматограммы.

Контрольные вопросы

1. В чем сущность распределительной хроматографии на бумаге? Дайте

определение.

2. Как выполняют качественный анализ методом распределительной

хроматографии на бумаге: а) смеси катионов; б) смеси органических

соединений (аминокислот)?

3. Значения R

при хроматографическом разделении ионов на бумаге в среде

бутанола, насыщенного 2М раствором соляной кислоты, составляют: Cd –

0,6; Zn –0,6; Bi – 0,5; Al – 0,1; Co – 0,0. Какие из ионов не могут быть

четко идентифицированы из смеси а) Zn, Al, Co; б) Cd, Zn, Co; в) Bi, Al,

Ca?

4. Как выполняется количественный анализ методом распределительной

жидкостной хроматографии на бумаге?

Рекомендуемая литература

[1], с. 614-617; [2], c. 329-330

Работа № 9.

Тонкослойная хроматография. Определение следовых

концентраций ДДТ в воде, продуктах питания и биологических объектах

1. Цели работы

• ознакомление с теоретическими основами и основными аналитическими

возможностями метода тонкослойной хроматографии (TCX);

• изучение алгоритма проведения анализа методом ТСХ для целей выделения,

идентификации и количественного определения ДДТ в биологических

объектах и других объектах ОС;

• приобретение навыков и умений для приготовления хроматографических

пластинок и нанесение сорбционной массы на пластинки;

• ознакомление с процедурой извлечения ДДТ из объектов ОС, техникой

нанесения подготовленных проб на пластинку, осуществления собственно

хроматографирования и проявления пластинок;

• вычисление R

и расчет концентрации ДДТ в анализируемом объекте ОС.

2. Основные теоретические положения

Метод тонкослойной хроматографии был впервые применен Н.Я.

Измайловым и М.С. Шрайбером еще в 1938 г. Широкое распространение метод

получил в 50-е годы прошлого столетия.

Применение и развитие метода ТСХ

обусловлено рядом его преимуществ:

быстротой выполнения анализа, относительной

простотой метода, экономичностью и

универсальностью.

Схема ТСХ и экспериментально

определяемые величины, которые

характеризуют этот процесс, приведены на рис.

1. Сорбционные свойства системы в ТСХ характеризуются подвижностью R

которая рассчитывается из экспериментальных данных (рис. 1) по уравнению:

= ,

Рис. 1. ТСХ-схема

где х

– расстояние от стартовой линии до центра зоны; х

– расстояние,

пройденное за это же время растворителем.

Стандартное вещество (свидетель) а, точнее, растворитель наносится на

стартовую линию рядом с анализируемой пробой и, таким образом,

хроматографируется в тех же условиях.

Подложки для сорбента (пластинки) обычно изготовляют из стекла,

алюминиевой фольги или полиэфирной пленки.

Сорбент может быть нанесен на подложку в виде пасты (закрепленный

слой), тонкого порошка (незакрепленный слой) или быть приготовленным при

обжиге силикагеля на стеклянной пластине.

В качестве сорбента в ТСХ применяют силикагели, оксид алюминия,

крахмал, целлюлозу и некоторые другие вещества с высокой адсорбционной

способностью. Эффективно применяются в ТСХ в качестве сорбентов жидкие

иониты и другие вещества, обладающие ионообменными свойствами и

свойствами молекулярных сит (например, сефадексы).

Выбор растворителя зависит от природы сорбента и свойств анализируемых

соединений. Часто применяют смеси растворителей из двух или трех

компонентов. Например, при хроматографировании аминокислот используют

смесь n-бутанола с уксусной кислотой и водой, при анализе неорганических

ионов – водные буферные растворы, создающие постоянное значение рН.

Проще всего идентификация вещества может быть сделана, если пятно

определяемого вещества имеет характерную окраску или определяемое вещество

образует на хроматограмме окрашенное пятно под действием специального

реактива. Наиболее общий подход к качественному анализу основан на значениях

. При соблюдении стандартных условий получаются воспроизводимые значения

, которые можно использовать в аналитических целях при сравнении с

табличными, если они получены в тех же условиях опыта.

Самым надежным является метод свидетелей, когда на стартовую линию

рядом с пробой наносятся индивидуальные вещества, соответствующие

предполагаемым компонентам смеси. Влияние различных факторов на все

вещества будет одинаковым, поэтому совпадение R

, компонента пробы и одного

из свидетелей дает основания для отождествления веществ с учетом возможных

наложений. Несовпадение R

интерпретируется более однозначно: оно указывает

на отсутствие в пробе соответствующего компонента.

Количественные определения в ТСХ могут быть сделаны или

непосредственно на пластинке, или после удаления вещества с пластинки. При

непосредственном определении на пластинке измеряют тем или иным методом

площадь пятна (например, с помощью миллиметровой кальки), и по заранее

построенному градуировочному графику находят количество вещества.

Применяют также прямое спектрофотометрирование пластинки с помощью

спектроденситометров. Для количественных расчетов также предварительно

строят градуировочный график, используя оптическую плотность в центре пятна.

Наиболее точным считается метод, в котором вещество после разделения

удаляется с пластинки и анализируется спектрофотометрическим или иным

методом. Удаление вещества с пластинки обычно производят механическим

путем, хотя иногда применяют вымывание подходящим растворителем.

3. Методика выполнения анализа

3.1. Принцип метода. Метод основан на извлечении препаратов из пробы

органическими растворителями (н-гексан, петролейный эфир, диэтиловый эфир,

хлороформ), очистке экстракта и последующем хроматографировании в тонком

слое окиси алюминия или силикагеля. Подвижным растворителем служит

нормальный гексан или гексан в смеси с ацетоном. Места локализации

препаратов обнаруживают после опрыскивания пластинок раствором аммиаката

серебра в ацетоне. Количественное определение проводится путем визуального

сравнения или измерения площадей пятен проб и стандартных растворов.

Минимально детектируемое количество при проявлении азотнокислым

серебром – 0,5 мкг. Чувствительность определения в воде и вине – 0,002 мг/л,

яблоках и капусте – 0,02, в других овощах и фруктах – 0,01, зерне – 0,05,

сене – 0,05, рыбе, мясе, внутренних органах, жире – 0,02, молоке, твороге – 0,01,

почве – 0,01 мг/кг. Полнота определения 90±5%.

Методика выполнения анализа включает в себя следующие этапы:

1) Извлечение и концентрирование определяемого вещества из

анализируемого объекта

2) Приготовление хроматографической пластинки методом налива

3) Проведения хроматографирования со свидетелем.

4) Проявление пластинки и осуществления необходимых расчетов

3.2 Приготовление необходимых реактивов и подготовка оборудования.

Проявляющий реактив. 0,5 г азотнокислого серебра растворяют в 5 мл

дистиллированной воды, прибавляют 7 мл аммиака плотностью 0,9 г/см

доводят объем раствора до 100 мл ацетоном. Готовят в день употребления. На

пластинку размерами 9⋅12 см расходуется 8-10 мл раствора.

Приготовление стандартного раствора ДДТ. 10-20 мг ДДТ х. ч. или

другого пестицида растворяют в 100 мл гексана, хранят в холодильнике, в плотно

закрытой склянке.

Приготовление пластинок для хроматографии. Тщательно промытую

содой, хромовой смесью, дистиллированной водой, высушенную стеклянную

пластинку 9⋅12 или 13⋅18 см протирают этиловым спиртом или эфиром и

покрывают сорбционной массой. Массу готовят следующим образом: 50 г

просеянной через сито 100 меш окиси алюминия смешивают в фарфоровой ступке

с 5 г сернокислого кальция, прибавляют 75 мл дистиллированной воды и

перемешивают в ступке или колбе до образования однородной массы. 10 г

сорбционной массы равномерно распределяют по всей поверхности пластинки

9⋅12 см путем ее покачивания. Сушат пластинки при комнатной температуре 18-

20 ч и хранят в эксикаторе.

Сорбционную массу можно приготовить из силикагеля (35 г силикагеля, 2 г

гипса и 90 мл дистиллированной воды). Силикагель предварительно очищают от

примесей. Для этого его заливают на 18-20 ч разбавленной соляной кислотой

(1:1), кислоту сливают, промывают силикагель водой и кипятят 2-3 ч с

разбавленной азотной кислотой (1:1), промывают проточной водопроводной,

затем дистиллированной содой до нейтральной реакции промывных вод, сушат в

сушильном шкафу 4-6 ч при температуре 130° С. Силикагель дробят и

просеивают через сито 100 меш, хранят в склянке с притертой пробкой.

3.3. Извлечение и концентрирование ДДТ из различных сред. Пищевые

продукты и корма. Для анализа из средней пробы отбирают: овощи, фрукты,

грибы, зерно, творог – 500 г, сыр – 100, мясо, рыба – 250, масло сливочное,

сливки – 200, трава – 200, сухие грибы, сено – 50 г, вино, вода, молоко – 500 мл.

Масло растапливают, овощи, фрукты и т.п. измельчают и тщательно

перемешивают.

Вода, вино. Пробы отбирают только в стеклянную посуду. 200-300 мл

пробы в колбе с притертой пробкой экстрагируют в течение 15 мин на приборе

для встряхивания н-гексаном или петролейным эфиром тремя порциями по 30 мл

или диэтиловым эфиром тремя порциями по 40-50 мл. Экстракцию можно

проводить в делительных воронках, энергично встряхивая жидкость 3 раза по 3-5

мин.

В объединенные экстракты насыпают около 10 г безводного сернокислого

натрия или объединенные экстракты фильтруют через воронку с сернокислым

натрием. Экстракты переносят в прибор для отгонки растворителей, отгоняют

растворитель до небольшого объема (0,1-0,2 мл).

Овощи, фрукты. 10г измельченной пробы трижды экстрагируют в течение

15 мин на аппарате для встряхивания н-гексаном или петролейным эфиром тремя

порциями по 30 мл. Объединенные экстракты сушат безводным сернокислым

натрием, переносят в прибор для отгонки растворителей, отгоняют растворитель

до небольшого объема.

3.4 Хроматографирование. На хроматографическую пластинку на

расстоянии 1,5 см от ее края шприцем или пипеткой наносят исследуемую пробу

в одну точку так, чтобы диаметр пятна не превышал 1 см.

Остаток экстракта в колбочке смывают тремя небольшими порциями

(по 0,2 мл) диэтилового эфира, которые наносят в центр первого пятна. Справа и

слева от пробы на расстоянии 2 см наносят стандартные растворы, содержащие

1,5 и 10 мкг исследуемых препаратов. Для нанесения 1 мкг стандартный раствор

следует разбавлять в 10 раз.

Пластинку с нанесенными растворами помещают в камеру для

хроматографирования, на дно которой за 30 мин до начала хроматографирования

наливают подвижный растворитель н-гексан, а для препаратов, у которых R

гексане ниже 0,3 – смесь гексана с ацетоном (6:1). Край пластинки с нанесенными

растворами может быть погружен в подвижный растворитель не более чем на 0,5

см.

После того как фронт растворителя поднимется на 10 см, пластинку

вынимают из камеры и оставляют на несколько минут для испарения

растворителя. Далее пластинку орошают проявляющим реактивом.

При наличии хлорорганических пестицидов на пластинке появляются пятна

серо-черного цвета. Количественное определение осуществляют сравнением

размеров пятен пробы и стандартного раствора (визуально или измеряют

площади). Между количеством препарата в пробе, не превышающим 20 мкг, и

площадью его пятна на пластинке существует прямая пропорциональность.

Количество препарата в пробе вычисляют по формуле:

X = или

⋅

= ,

где X – содержание препарата в пробе, мг/кг или мг/л; А – количество препарата,

найденное путем визуального сравнения со стандартным раствором, мкг; Р –

масса или объем исследуемой пробы, г или мл; А – содержание препарата в

стандартном растворе, мкг; S

– площадь пятна стандартного раствора, мм

; S

–

площадь пятна пробы, мм

Величина R

зависит от адсорбента, размера его частиц, количества и

природы связующего материала, толщины слоя, природы подвижного

растворителя, степени насыщения камеры для хроматографирования парами

подвижного растворителя, расстояния пройденного растворителем, температуры,

количества и природы коэкстрактивных веществ.

Так, для ДДТ R

для оксида алюминия составляет 0,61-0,71 (в зависимости

от изомера) и 0,50-0,54 на силикагеле. На слое оксида алюминия обнаруживаются

три пятна, которые соответствуют 4,4′-ДДТ (основное пятно), 2,4′-ДДТ и

4,4′-ДДД (слабое пятно). Пятно ДДД проявляется, если содержание ДДТ в

анализируемой пробе превышает 20 мкг. Содержание изомеров ДДТ суммируют.

На хроматограммах проб пищевых продуктов, содержащих остаточные

количества ДДТ, кроме упомянутых трех пятен, обнаруживается четвертое пятно,

соответствующее продукту разложения ДДТ – ДДЭ.

На слое силикагеля технический препарат ДДТ дает одно пятно,

соответствующее сумме изомеров. Если количество ДДТ в пробе превышает 20

мкг, на хроматограмме появляется слабое пятно, соответствующее ДДД.

4. Содержание отчета

Отчет должен содержать:

1) краткую методику определения ДДТ методом тонкослойной

хроматографии с указанием основных этапов анализа;

2) подробное описание технологии приготовления пластинок для

хроматографии, растворов реактивов и техники проведения

хроматографического эксперимента;

3) копию проявленной хроматографической пластинки и расчет R

;

4) расчет содержания концентрации ДДТ в анализируемом объекте.

Контрольные вопросы

1. Соединение А прошло 7,6 см от линии старта, в то время как фронт

растворителя прошел 16,2 см.

а) Рассчитайте R

соединения А.

б) На идентичной пластинке фронт растворителя продвинулся на 14,3см от

линии старта; найдите положение соединения А на этой пластинке.

2. Значение R

для гексановой кислоты в системе растворителей бензол –

этилацетат (20:1) имеет значение 0,57. Рассчитайте на каком расстоянии от

начала старта должно находиться пятно, отвечающее этой кислоте, если фронт

растворителя продвинулся на 17,5 см.

3. Значения R

для фосфорсодержащих пестицидов «фозалона» и