แยกปัจจัย(S) คือส่วนกลับของสัมประสิทธิ์ความเข้มข้น:

ค่าสัมประสิทธิ์การแยกเท่ากับอัตราส่วนของระดับการแยก (องศาของการสกัด) ในสารสกัดเข้มข้นและส่วนผสมดั้งเดิม:

5.3. การจำแนกวิธีการแยกและความเข้มข้น

วิธีการแยกและการทำให้สารเข้มข้นมีมากมายและหลากหลายมาก บางชนิดเหมาะสำหรับการแยกสารมากกว่า (เช่น โครมาโทกราฟี ดูบทที่ 6) ส่วนบางชนิดเหมาะสำหรับการแยกความเข้มข้นเป็นหลัก (เช่น ความเข้มข้นของการดูดซับ การหลอมละลายของการทดสอบ) ส่วนใหญ่ใช้ได้กับทั้งการแยกและความเข้มข้น

วิธีการที่ใช้ในการแยกระบบที่ต่างกันและเป็นเนื้อเดียวกันนั้นแตกต่างกันในสาระสำคัญ

วิธีการแยกระบบที่ต่างกัน วิธีการเหล่านี้ขึ้นอยู่กับความแตกต่างในคุณสมบัติทางกายภาพ (ความหนาแน่น ความหนืด ประจุ และมวล) ของส่วนประกอบต่างๆ ของระบบเหล่านี้ พฤติกรรมในสนามและสภาพแวดล้อมที่มีลักษณะแตกต่างกัน วิธีการกลุ่มนี้รวมถึง ตัวอย่างเช่น การกลั่น การกรองเจลกรอง- วิทยุ การตกตะกอน การหมุนเหวี่ยง การลอยอยู่ในน้ำ การกรอง การแยกของเหลวที่มีความหนาแน่นต่างกัน การแยกด้วยแม่เหล็ก โดยปกติจะใช้ในขั้นตอนการเตรียมตัวอย่างเบื้องต้นและการแยกผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย พวกเขามักจะมีบทบาทสนับสนุน วิธีการเหล่านี้ไม่อนุญาตให้แยกสารผสมออกเป็นส่วนประกอบแต่ละส่วน ด้วยความช่วยเหลือของพวกเขา จะได้เพียงเศษส่วนที่แตกต่างกันในสถานะการรวมตัว องค์ประกอบของเฟส และระดับการกระจายตัว วิธีการที่ระบุไว้ วิธีที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในการวิเคราะห์ ได้แก่ การกรอง การตกตะกอน และการหมุนเหวี่ยง การลอยอยู่ในสถานที่พิเศษ

การกรอง (การกรอง) เป็นกระบวนการเคลื่อนที่ผ่านพาร์ติชันที่มีรูพรุน (ตัวกลาง) ของของเหลวหรือก๊าซพร้อมกับการสะสมหรือการตกตะกอนของอนุภาคของแข็งที่แขวนลอยอยู่ ของเหลวหรือก๊าซที่ไหลผ่านพาร์ติชันที่มีรูพรุนเรียกว่าตัวกรอง การกรองช่วยให้มีความเข้มข้นหรือแยกส่วนประกอบของสารแขวนลอย เช่น เพิ่มความเข้มข้นหรือแยกอนุภาคของแข็งโดยการกำจัดของเหลวบางส่วนหรือทั้งหมด นอกจากนี้ยังใช้สำหรับการชี้แจง - การทำความสะอาดจากสารแขวนลอยแบบละเอียดจำนวนเล็กน้อย อัลตราฟิลเตรชั่นช่วยให้คุณสามารถแยกอนุภาคคอลลอยด์ แบคทีเรีย โมเลกุลของอนุภาคโพลีเมอร์ได้โดยการผ่านสารแขวนลอยหรือละอองลอยผ่านเมมเบรนแบบกึ่งซึมผ่านได้ โดยมีรูขนาดตั้งแต่ 1 ไมครอนไปจนถึงขนาดโมเลกุล แรงผลักดันเบื้องหลังกระบวนการอัลตราฟิลเตรชันคือความแตกต่างของแรงดันทั้งสองด้านของเมมเบรน

การตกตะกอนคือการแยกระบบที่กระจัดกระจายภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วงด้วยการแยกเฟสแขวนลอยในรูปของตะกอน "ครีม" ฯลฯ ตัวอย่างที่ง่ายที่สุดของการตกตะกอนคือการตกตะกอนของอนุภาคของแข็งที่แขวนลอยอยู่ในของเหลวหรือก๊าซขณะยืนอยู่ อัตราการตกตะกอนถูกกำหนดโดยคุณสมบัติทางกายภาพของอนุภาค (รูปร่าง ขนาด ความหนาแน่น) และตัวกลางการกระจายตัว (ความหนาแน่น ความหนืด)

การหมุนเหวี่ยง- การแยกในสนามแรงเหวี่ยงที่เกิดขึ้นเมื่อโรเตอร์หมุนเหวี่ยงหมุน ในกรณีนี้อนุภาคของแข็งจะถูกโยนลงบนผนังตามมวลและขนาด อัตราการสะสมหรือสิ่งอื่นๆ ที่เท่ากันนั้นถูกกำหนดโดยความแตกต่างในความหนาแน่นของเฟสของเหลวและของแข็ง ความหนืดของเฟสของเหลว ความเร็วเชิงมุมของการหมุน และระยะห่างจากแกนการหมุนของโรเตอร์ถึงอนุภาค . ปัจจัยการแยกสามารถเข้าถึง (1-5) · 106

การลอยอยู่ในน้ำคือการแยกจากสารแขวนลอยและการแยกอนุภาคของแข็งโดยพิจารณาจากความแตกต่างในความสามารถในการเปียกน้ำได้ สารที่ลอยอยู่มีคุณสมบัติไม่ชอบน้ำ เมื่อต้องการทำเช่นนี้ สารแขวนลอยที่เป็นน้ำจะได้รับการบำบัดด้วยการรวบรวมรีเอเจนต์ รีเอเจนต์เหล่านี้ถูกดูดซับบนพื้นผิวของอนุภาคของส่วนประกอบที่ถูกสกัด ซึ่งช่วยลดความสามารถในการเปียกน้ำได้ ปล่อยให้อากาศไหลผ่านในรูปของฟองอากาศขนาดเล็ก อนุภาคที่ไม่ชอบน้ำที่เกิดขึ้นจะเกาะติดกับพวกมันและถูกพาขึ้นด้านบน (ลอย) เพื่อรักษาตะกอนที่ลอยอยู่บนพื้นผิวของสารละลาย สารลดแรงตึงผิวจะถูกเติมเข้าสู่ระบบเพื่อสร้างชั้นโฟมที่มั่นคง เพื่อป้องกันการกำจัดสารที่ไม่พึงประสงค์ จึงมีการนำสารรีเอเจนต์ระงับ (ตัวกด) มาใช้ซึ่งจะทำให้พื้นผิวของอนุภาคเหล่านี้ชอบน้ำ เป็นผลให้เกิดชั้นที่มั่นคงซึ่งมีส่วนประกอบที่ลอยได้อยู่บนพื้นผิว ความเข้มข้นโดยการลอยอยู่ในน้ำใช้ในการวิเคราะห์น้ำและสารที่มีลักษณะต่างๆ ที่มีสารเจือปนในระดับจุลภาคที่ระดับ 10−9 -10−6 กรัม/ลิตร (กรัม/กรัม) วิธีนี้สะดวกกว่าและใช้แรงงานน้อยกว่าวิธีการทับถม

วิธีการแยกระบบที่เป็นเนื้อเดียวกัน พาหะของคุณสมบัติทางเคมีแต่ละชนิด ได้แก่ อะตอม โมเลกุล อนุมูล หรือไอออน หลังจากที่สารกระจายตัวจนถึงระดับอนุภาคเหล่านี้แล้วเท่านั้นจึงจะสามารถนำคุณสมบัติเฉพาะของสารเหล่านั้นไปใช้ในการแยกได้ การกระจายตัวในระดับนี้เกิดขึ้นในตัวกลางที่เป็นเนื้อเดียวกัน - ของเหลวหรือก๊าซ วิธีการแยกในระบบดังกล่าวจะขึ้นอยู่กับความแตกต่างทางเคมีและเคมีกายภาพคุณสมบัติต่างๆ เช่น ความสามารถในการละลาย ความสามารถในการดูดซับ ความผันผวน พฤติกรรมเคมีไฟฟ้า การเคลื่อนที่ของอนุภาคแต่ละตัวของสาร วิธีการกลุ่มนี้รวมถึงการกลั่นหลังการเปลี่ยนแปลงทางเคมี การตกตะกอนและการตกตะกอนร่วม การทดสอบการหลอม การสกัดของเหลว การแลกเปลี่ยนไอออน การดูดซับ การลอยอยู่ในน้ำ ปฏิกิริยาการขนส่งทางเคมี การละลายเมทริกซ์ที่ไม่สมบูรณ์ วิธีเคมีไฟฟ้า (อิเล็กโทรไลซิส อิเล็กโทรไดอะไลซิส อิเล็กโตรโฟเรซิส)

วิธีการทางเคมีมีข้อจำกัดบางประการ: เมื่อดำเนินการ คุณอาจสูญเสียหรือเพิ่มส่วนประกอบที่แยกออกมาได้อย่างง่ายดาย โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากมีการแพร่กระจายอย่างกว้างขวาง เช่น Fe3+, Na+, Cl−, SO4 2− ไอออน เป็นต้น รีเอเจนต์สามารถเป็น แหล่งที่มาของการสูญเสียและการปนเปื้อน อาหาร อากาศ น้ำ การใช้ปฏิกิริยา วัสดุที่เพียงพอ และการปฏิบัติตามเงื่อนไขการวิเคราะห์อย่างเข้มงวดทำให้สามารถหลีกเลี่ยงข้อจำกัดเหล่านี้ได้

ขึ้นอยู่กับการมีอยู่และลักษณะของการเปลี่ยนเฟสของสารวิธีการหลักในการแยกสารผสมที่เป็นเนื้อเดียวกันสามารถแบ่งออกเป็นหลายกลุ่มตามเกณฑ์ต่อไปนี้: การก่อตัวของเฟสใหม่โดยสารที่ปล่อยออกมาความแตกต่างในการกระจายตัวของสาร ระหว่างเฟสระหว่างการเปลี่ยนแปลงอย่างง่ายหรือเหนี่ยวนำผ่านเฟสที่สาม ความแตกต่างในความเร็วของการเคลื่อนที่เชิงพื้นที่ภายในเฟสเดียว

ถึง วิธีการขึ้นอยู่กับการก่อตัวของเฟสใหม่รวมถึงการตกตะกอน

และ การตกผลึก การแช่แข็ง การกลั่น การระเหย การกลั่นและการแก้ไข การแช่แข็ง และการละลายแบบเลือกสรร เฟสของแข็งถูกปล่อยออกมาจากของผสมของเหลวและก๊าซ เฟสก๊าซจากของเหลวและของแข็ง และของเหลวจากของผสมที่เป็นก๊าซและของแข็ง

กลุ่มวิธีการแยกตามความแตกต่างในการกระจายตัวของสสารระหว่างเฟส ได้แก่ การดูดซับแบบคงที่และไดนามิก การตกตะกอนร่วม การหลอมโซนและการตกผลึกตามทิศทาง เฟสของแข็ง (ของเหลว-ของแข็ง) ของเหลว (ของเหลว-ของเหลว) และก๊าซ (ของเหลว -การสกัดก๊าซ) เช่นเดียวกับการดูดซับ (ก๊าซ-ของแข็ง) และการดูดซับ (ก๊าซ-ของเหลว) กลุ่มนี้ยังรวมถึงโครมาโตกราฟีประเภทต่างๆ ที่กล่าวถึงในบทนี้ด้วย 6.

วิธีการที่อยู่บนพื้นฐานของการเปลี่ยนแปลงที่เกิดจากระยะหนึ่งไปยังอีกระยะหนึ่งผ่านระยะที่สามโดยแยกพวกมันออก (เมมเบรน) จะแตกต่างกันไปตามแรงผลักดัน (เหนี่ยวนำ) ของกระบวนการระหว่างเฟส วิธีการในกลุ่มนี้มักเรียกว่าวิธีเมมเบรน หากการเปลี่ยนแปลงของสารเกิดจากการไล่ระดับของศักย์เคมี วิธีการเหล่านี้คือการแพร่กระจายในธรรมชาติ หากโดยการไล่ระดับของศักย์ไฟฟ้าเคมี - อิเล็กโทรเมมเบรน หรือโดยการไล่ระดับความดัน - บารอมเมมเบรน วิธีการแพร่ประกอบด้วย: การล้างไตผ่านเมมเบรนของเหลวในระบบของเหลว-ของเหลว-ของเหลว การล้างไตในระบบของเหลว-ของแข็ง-ของเหลว การระเหยผ่านเมมเบรนในระบบของเหลว-ของแข็ง-ก๊าซ ตลอดจนการแยกก๊าซในก๊าซ-ของแข็ง ระบบ -แก๊ส วิธีการอิเล็กโทรเมมเบรนประกอบด้วยอิเล็กโตรไดอะไลซิสผ่านเยื่อของเหลวและของแข็ง รวมถึงอิเล็กโทรออสโมซิส วิธีการแบบบารอมเมมเบรนประกอบด้วยการกรองแบบไมโครและแบบอัลตราฟิลเตรชัน การรีเวอร์สออสโมซิส และไพโซไดอะไลซิส ดำเนินการผ่านเยื่อเมมเบรนแข็งในระบบที่มีเฟสของเหลวหรือก๊าซสองเฟส ในทางปฏิบัติเชิงวิเคราะห์ วิธีการแพร่จะใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด

วิธีการแยกในเฟสขึ้นอยู่กับความแตกต่างในการเคลื่อนที่เชิงพื้นที่ของไอออน อะตอม หรือโมเลกุลที่ปรากฏภายในระบบที่เป็นเนื้อเดียวกันภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้า แม่เหล็ก สนามความร้อน หรือแรงเหวี่ยงหนีศูนย์ ความแตกต่างของความเร็วในการเคลื่อนที่ของอนุภาคเหล่านี้ถูกกำหนดโดยมวล ขนาด ประจุ และพลังงานของการมีปฏิสัมพันธ์กับส่วนประกอบของสิ่งแวดล้อม การพึ่งพาอาศัยกันนี้รองรับวิธีการอิเล็กโตรโฟเรติก การแยก และการหมุนเหวี่ยงแบบพิเศษ อิทธิพลของสนามยังใช้ในวิธีการที่อิงการแยกส่วนการไหลในสนามตามขวาง (TFF) ตัวย่อ PPF มาจากการรวมกันของคำว่า "ฟิลด์ - การไหล - การแยกส่วน" ในวรรณคดีภาษาอังกฤษ วิธีการเหล่านี้เรียกว่าวิธี FFF (Field - Flow - Fraction) วิธีการเหล่านี้ใช้เอฟเฟกต์ที่มีทิศทางตั้งฉากของสนามที่สอดคล้องกันกับการไหลในช่องแคบปิลลารีแคบ สนามที่มีอิทธิพลอาจเป็นแรงโน้มถ่วง (GPPF) ความร้อน (TPPF)

ไฟฟ้า (EPPF), อุทกพลศาสตร์ (PPPF) อันเป็นผลมาจากการกระทำของสนามแม่เหล็ก อนุภาคบางตัวเคลื่อนที่เร็วขึ้น และบางตัวเคลื่อนที่ช้าลง สารออกจากช่องโดยมีระยะเวลากักเก็บต่างกัน เป็นผลให้เกิดการแยกส่วน

มีวิธีแยกแบบผสมผสาน โดยสรุปผลของวิธีการแยกตามกลุ่มการจำแนกประเภทต่างๆ การรวมกันของโครมาโตกราฟีและการแยกมวลถูกนำมาใช้ในโครมาโตกราฟี-แมสสเปกโตรเมทรี (ดูบทที่ 9) และโครมาโตกราฟีแบบแลกเปลี่ยนไอออน (ดูบทที่ 6) ต่อไปเราจะพิจารณากลุ่มวิธีการที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในเคมีวิเคราะห์

5.4. วิธีการแยกตามการก่อตัวของเฟสใหม่

ใน โดยพื้นฐานแล้วเราควรแยกแยะระหว่างการแยกระบบเฟสเดียวโดยแปลงเป็นระบบหลายเฟสและการแยกระบบหลายเฟส ในกรณีหลังเรากำลังพูดถึงเรื่องหลักการดำเนินการวิเคราะห์ทางเคมีหรือเทคโนโลยี พวกมันมักจะอยู่ติดกับการดำเนินการเริ่มต้นของการแยกเชิงวิเคราะห์นั่นเอง

ปริมาณน้ำฝน

การตกตะกอนเป็นวิธีการแยกสารที่ง่ายและคลาสสิกที่สุด มันเดือดลงไปถึงความจริงที่ว่าส่วนประกอบที่จำเป็นถูกแยกออกเป็นตะกอนซึ่งแยกออกจากสุราแม่โดยใช้หนึ่งในวิธีการแยกที่มีลักษณะเฉพาะของของผสมที่ต่างกันเช่น การกรอง การหมุนเหวี่ยง หรือการตกตะกอน เป็นผลให้ส่วนประกอบนี้ถูกแยกออกจากส่วนประกอบอื่นที่เกี่ยวข้อง การก่อตัวของตะกอนเกิดขึ้นอันเป็นผลมาจากอันตรกิริยากับรีเอเจนต์ที่ตกตะกอนที่ใส่เข้าไปในสารละลายหรือสร้างขึ้นในนั้น ความจำเพาะของอันตรกิริยา ความสมบูรณ์ของการตกตะกอน และความบริสุทธิ์ของตะกอนที่เกิดขึ้นสามารถทำได้โดยการเลือกรีเอเจนต์และสภาวะการตกตะกอน ในการทำเช่นนี้ ประการแรก ระดับ pH และความเข้มข้นของรีเอเจนต์มาส์กจะคงอยู่ในสารละลาย สิ่งนี้ทำให้มั่นใจได้ถึงการผลิตตะกอนที่ละลายน้ำได้ไม่ดี มีความหนาแน่น กรองง่ายและล้างได้ดี การก่อตัวของการตกตะกอนพร้อมกันโดยองค์ประกอบหลายอย่างของสารละลายเริ่มต้นถือเป็นการตกตะกอนร่วม ในกรณีนี้ สำหรับสารประกอบที่ตกตะกอนแต่ละชนิด จะต้องเป็นไปตามเงื่อนไขบังคับของการตกตะกอน - จะได้ผลคูณของความเข้มข้นของไอออน A และ B ซึ่งเกินค่าคงที่ความสามารถในการละลาย:

[A]m [B]n > K s (คือ Bn )

การตกตะกอนถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายเพื่อแยกและทำให้สารอนินทรีย์เข้มข้น วิธีนี้ใช้บ่อยน้อยกว่ามากกับสารอินทรีย์ ซึ่งมีสาเหตุหลักมาจากความสามารถในการละลายสูง

ในกรณีส่วนใหญ่ การตกตะกอนของไอออนบวกของโลหะจำนวนมากจากสารละลายในน้ำจะดำเนินการในรูปของไฮดรอกไซด์ (โลหะทรานซิชันส่วนใหญ่) และกรดแร่อ่อน (เช่น กรดโมลิบดิกและทังสเตน) เกลือของแร่ธาตุบางชนิดและกรดอินทรีย์ (ฟลูออไรด์ คลอไรด์ ซัลเฟต คาร์บอเนต ฟอสเฟต ซัลไฟด์ ออกซาเลต ฯลฯ) และกรดเชิงซ้อน (เช่น ไซยาโนเฟอร์เรต คลอโรพลาทิเนต) สารประกอบที่มีรีเอเจนต์อินทรีย์ (คีเลตและไอออนิกร่วม) สารในสถานะธาตุ (ซีลีเนียม เทลลูเรียม โลหะมีตระกูล ).

สารตกตะกอนอินทรีย์หลายชนิดมีความสะดวกมาก เนื่องจากสารตกตะกอนที่ก่อตัวนั้นมีลักษณะการละลายต่ำ สามารถกรองได้ง่าย และคุณสมบัติการดูดซับไม่เด่นชัดมากนัก นอกจากนี้ ยังมีคุณลักษณะพิเศษคือมีความจำเพาะสูงและเข้ากันได้ดีกับวิธีการสมัยใหม่จำนวนหนึ่งที่ออกแบบมาเพื่อการวิเคราะห์ตัวอย่างที่เป็นของแข็ง ที่ใช้กันทั่วไปคือ 8-hydroxyquinoline, dimethylglyoxime, α-nitroso-β-naphthol, cupferon, thioanilide รวมถึงกรด mandelic, anthranilic และ quinaldic

การสร้างสารตกตะกอนที่มีการควบคุมนั้นใช้กันอย่างแพร่หลายในทางปฏิบัติ วิธีการนี้เป็นพื้นฐานของการตกตะกอนที่เป็นเนื้อเดียวกัน ซึ่งบางครั้งเรียกว่าวิธีรีเอเจนต์ที่เกิดขึ้น ในกรณีนี้สารตกตะกอนจะไม่ถูกฉีดเข้าไปในสารละลาย แต่ถูกสร้างขึ้นจากปฏิกิริยาเคมีบางอย่างที่ควบคุมได้ ดังนั้นไฮดรอกไซด์ไอออนจึงถูกสร้างขึ้นโดยการให้ความร้อนแก่สารละลายยูเรียหรืออะซิตาไมด์อย่างช้าๆ:

(NH2 )2 CO + 3H2 O → 2NH3 H2 O + CO2

ซัลเฟตไอออน - ไดเมทิล (เอทิล) ซัลเฟตหรือกรดซัลโฟมิก: (C2 H5 O)2 SO2 + 2H2 O → 2C2 H5 OH + H2 SO4

ไอออนฟอสเฟต - ไตรเมทิลฟอสเฟต:

(CH3O)3PO + 3H2O → H3PO4 + 3CH3OH

ไอออนซัลไฟด์ - ไธโอฟอร์ม(อะเซต)เอไมด์:

HC(S)NH2 + H2 O → H2 S + HC(O)NH2

CH3 C(S)NH2 + H2 O → H2 S + CH3 C(O)NH2

ออกซาเลตไอออน - ไดเมทิล(เอทิล)ออกซาเลต:

(CH3 OOC)2 + 2H2 O → H2 C2 O4 + 2CH3 OH

คาร์บอเนตไอออน - โซเดียมไตรคลอโรอะซิเตต, โครเมตไอออน - ส่วนผสมของยูเรียและโพแทสเซียมไดโครเมต

ด้วยวิธีการรับสารตกตะกอนนี้ ความเข้มข้นของสารตลอดปริมาตรทั้งหมดของสารละลายจะเท่ากันและควบคุมได้ แม้จะอยู่ในรูปแบบจลนศาสตร์ก็ตาม

การแยกและการทำให้เข้มข้นโดยวิธีการตกตะกอนจะดำเนินการโดยการตกตะกอนของส่วนประกอบหลัก (เมทริกซ์) หรือส่วนประกอบขนาดเล็ก (สิ่งเจือปน) การตกตะกอนแบบเมทริกซ์ช่วยให้สิ่งเจือปนที่แยกออกจากกันยังคงอยู่ในสารละลาย การใช้งานนำไปสู่การใช้รีเอเจนต์จำนวนมาก ใช้เวลานานและใช้แรงงานมาก และมักทำให้เกิดการสูญเสียส่วนประกอบขนาดเล็ก โดยเฉพาะอย่างยิ่งเนื่องจากการตกตะกอนร่วมกัน เงื่อนไขที่เลือกอย่างเหมาะสมจะต่อต้านข้อเสียเหล่านี้ การลบเมทริกซ์

เป็นหนึ่งในการใช้งานหลักของการสะสม การตกตะกอนเป็นวิธีการกำจัดองค์ประกอบเมทริกซ์เมื่อพิจารณาสิ่งเจือปนจะดำเนินการในการวิเคราะห์ Pb, Tl, Te, Si, Ge องค์ประกอบเหล่านี้ตกตะกอนในรูปของ PbCl2, PbSO4, TlI, TeO2, Na4 SiO4, Na2 SiO3 เพื่อแยกส่วนประกอบขนาดเล็ก จะใช้การตกตะกอนร่วมแทนการตกตะกอน

วิธีการระเหย

วิธีการระเหยประกอบด้วย: การกลั่นโดยไม่เปลี่ยนรูปทางเคมีและเปลี่ยนรูปทางเคมี การแก้ไข การกลั่นด้วยโมเลกุล (การกลั่นในสุญญากาศ) และการระเหิด (การระเหิด) วิธีการเหล่านี้ขึ้นอยู่กับความแตกต่างของความดันไอของส่วนประกอบของของผสมที่อุณหภูมิที่กำหนด และด้วยผลที่ตามมาคือความแตกต่างในสัมประสิทธิ์การกระจาย (Kd) ในระบบไอของเหลวหรือไอของแข็ง (แก๊ส) ยิ่งค่าสัมประสิทธิ์การกระจายแตกต่างจากความสามัคคีมากเท่าใด ความต่างในการแจกแจงก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ที่เคดี< 1 компонент концентрируется в паровой фазе, при К d >1 - อยู่ในเฟสควบแน่น

การกลั่นอย่างง่าย (โดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงทางเคมี) จะใช้หากส่วนประกอบที่จะแยกมีอยู่แล้วในเฟสควบแน่นในรูปของสารที่มีความดันไอสูงภายใต้สภาวะที่กำหนด โดยทั่วไปแล้ว การกลั่นแบบธรรมดาจะใช้เพื่อกลั่นออกจากเมทริกซ์หากมีความผันผวนมากกว่าส่วนประกอบอื่นๆ ที่มีอยู่ ใช้ในการกำจัดน้ำ กรดระเหย หรือตัวทำละลายอินทรีย์ออกจากสารละลายเจือจาง การใช้งานมีประสิทธิภาพในความเข้มข้นของกลุ่มและการใช้วิธีการวิเคราะห์แบบหลายองค์ประกอบในภายหลังซึ่งเกิดขึ้นเช่นในการวิเคราะห์กรดความบริสุทธิ์สูง HCl, HNO3, CH3 COOH สำหรับโลหะหลายชนิดที่มีเนื้อหาสูงถึง 10−7 % โดยวิธีการปล่อยก๊าซเรือนกระจก (ดูบทที่ 8) ในกรณีนี้ การระเหยจะดำเนินการในปริมาณเล็กน้อยหรือทำให้แห้งต่อหน้าตัวสะสม

สารประกอบอนินทรีย์ไม่ค่อยปรากฏอยู่ในสารละลายในรูปแบบที่พร้อมระเหย มักได้มาจากปฏิกิริยาเคมี การปล่อยสารประกอบระเหยที่เกิดขึ้นทำได้โดยการต้มสารละลาย (ปล่อยด้วยไอน้ำ) ส่งก๊าซเฉื่อยผ่านสารละลาย และลดความดันลง การกลั่นประเภทนี้ใช้เพื่อขจัดทั้งเมทริกซ์และส่วนประกอบขนาดเล็ก ดังนั้น เมื่อวิเคราะห์วัสดุที่มีซิลิคอน (ซิลิเกต, SiO2, Si) ฐานเมทริกซ์จะถูกแยกออกในรูปของ SiF4 ที่เป็นก๊าซ ซึ่งเป็นวัสดุที่ประกอบด้วยโบรอน - ในรูปของ BF3 หรือ B(OCH3)3 การก่อตัวและการกลั่นไฮไดรด์ที่มีความผันผวนสูงรองรับความเข้มข้นและการกำหนดปริมาณติดตามของ As, Sb, Se, Bi, Sn, In, Tl, Ge, Pb, Te ในวัตถุต่างๆ เพื่อจุดประสงค์เดียวกันจะใช้การก่อตัวของเฮไลด์ระเหยออกไซด์และสารประกอบประสานงานจำนวนหนึ่งขององค์ประกอบ

วิธีการกลั่นมีลักษณะเฉพาะคือการเลือกสรรไม่เพียงพอ ความคล่องตัว และการสูญเสียส่วนประกอบขนาดเล็ก ไม่อนุญาตให้แยกสารผสมที่ซับซ้อนออกเป็นส่วนประกอบแต่ละส่วน ข้อเสียเหล่านี้สามารถหลีกเลี่ยงได้หากดำเนินการแก้ไข - การระเหยและการควบแน่นซ้ำหลายครั้งโดยที่การกลั่นกลับคืนบางส่วน ซึ่งทำได้โดยใช้คอลัมน์การแก้ไข ความสามารถของวิธีการถูกกำหนดโดยตัวเลข

จำนวนขั้นตอนที่เกิดเกิดการระเหย-ควบแน่นเพียงครั้งเดียวจะถูกคำนวณตามสมการ

โดยที่ X A, Y A คือเศษส่วนโมลของส่วนประกอบ A ในเฟสควบแน่นและเฟสก๊าซ ตามลำดับ α คือค่าสัมประสิทธิ์ความผันผวนสัมพัทธ์ เท่ากับอัตราส่วนของความดันไออิ่มตัวของส่วนประกอบ A และ B ที่แยกออกจากกัน ณ จุดเดือด ซึ่งกำหนดจากอัตราส่วน:

lnα = (H B − HA )/(RT ),

H B , H A - เอนทาลปีโมลาร์ของการระเหยของส่วนประกอบ B และ A ตามลำดับ

เอนทัลปีโมลาร์ของการกลายเป็นไอ H ถูกประมาณตามกฎของเทราตัน:

H µ 97 J (โมล K) −1

ที เบล

วิธีนี้ทำให้คุณสามารถแยกส่วนประกอบที่มีคุณสมบัติคล้ายกันได้ เช่น ไอโซโทปขององค์ประกอบเดียวกัน ขอบเขตการใช้งานหลักคือความเข้มข้น การแยก และการแยกสารอินทรีย์

5.5. วิธีการแยกตามความแตกต่าง

วี การกระจายตัวของสารระหว่างเฟส

ถึง กลุ่มวิธีการขึ้นอยู่กับความแตกต่างในการกระจายตัวของสารระหว่างเฟส ได้แก่ การตกตะกอนร่วม เฟสของแข็ง(ของเหลว-ของแข็ง) การสกัดด้วยของเหลว-ของเหลว (ของเหลว-ของเหลว) และการสกัดแบบก๊าซ (ของเหลว-ก๊าซ) รวมถึงการดูดซับ (ก๊าซ-ของแข็ง) การดูดซับ (ก๊าซ-ของเหลว) และโครมาโทกราฟี

การตกตะกอนร่วม

บางครั้งส่วนประกอบต่างๆ จะตกตะกอนจากสารละลาย แม้ว่าจะมีความเข้มข้นไม่เพียงพอที่จะก่อตัวเป็นสถานะของแข็งของตัวเอง:

[ก]ม [ข]น< K s (Am Bn ).

ปรากฏการณ์การเปลี่ยนผ่านของสารไปเป็นตะกอนของสารประกอบใด ๆ โดยไม่มีการก่อตัวของเฟสของแข็งของตัวเองมักจะถือว่าเป็นการตกตะกอนร่วม เกิดขึ้นเมื่อมีตะกอนในระบบที่สามารถดักจับสารนี้ได้ สาเหตุของการกักขังอาจเป็นได้ เช่น การดูดซับโดยพื้นผิวและปริมาตรทั้งหมดของตะกอนที่มีอยู่ การก่อตัวของผลึกไอโซมอร์ฟิกและสารประกอบผสม หรือการบดเคี้ยว บ่อยครั้งที่ปัจจัยทั้งหมดเหล่านี้รับรู้ได้ในระดับหนึ่งหรืออีกระดับหนึ่งพร้อมๆ กัน การตกตะกอนร่วมถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางในการทำให้เข้มข้นและการแยกสารประกอบอนินทรีย์ ซึ่งมักจะพบได้น้อยกว่ามากสำหรับสารอินทรีย์ ซึ่งส่วนใหญ่เนื่องมาจากความสามารถในการละลายที่เห็นได้ชัดเจน

การตกตะกอนร่วมเชิงปริมาณสามารถทำได้โดยใช้ตัวรวบรวมที่เหมาะสม ซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวพาการจับสำหรับสารที่ปล่อยออกมา โดยปกติแล้วจะได้รับ "ภายในสารละลาย" โดยการแนะนำรีเอเจนต์ที่สร้างสารประกอบที่ละลายน้ำได้ไม่ดีลงในสารละลายนี้โดยแยกส่วนประกอบขนาดใหญ่ตัวใดตัวหนึ่งของส่วนผสมออกหรือด้วยสารที่เติมเป็นพิเศษ บางครั้งตะกอนสะสมที่เตรียมไว้ล่วงหน้าจะถูกนำเข้าไปในสารละลาย ในกรณีแรก มีเหตุผลที่เป็นไปได้ทั้งหมดสำหรับการดักจับไมโครคอมโพเนนต์: การตกผลึกแบบต่างๆ การดูดซับหลัก รอง และภายใน ฯลฯ การดูดซับปริมาตร ปริมาตรพื้นผิว และพื้นผิวของส่วนประกอบขนาดเล็กโดยเฟสของแข็งเกิดขึ้น เทคนิคนี้ใช้ในการวิเคราะห์เกลือของโลหะหนักเพื่อหาปริมาณเหล็ก ซึ่งการตกตะกอนบางส่วนขององค์ประกอบเมทริกซ์จะดำเนินการในรูปของฟอสเฟตหรือไฮดรอกไซด์ ในกรณีอื่นจะเกิดขึ้นเฉพาะการดูดซับที่พื้นผิวเท่านั้น ไม่ว่าวิธีการตกตะกอนร่วมจะเป็นอย่างไร การกระจายตัวของไมโครคอมโพเนนต์จะเป็นไปตามกฎการกระจายระหว่างเฟส

โดยทั่วไปแล้ว ตะกอนต่างๆ ที่มีพื้นผิวแอคทีฟที่ได้รับการพัฒนาอย่างดีจะถูกใช้เป็นตัวสะสม: ไฮดรอกไซด์, ซัลไฟด์, ฟลูออไรด์, สารประกอบเฮเทอโรโพลี, คีเลตและไอออนิกที่เกี่ยวข้องของโลหะต่างๆ มีประสิทธิภาพในการใช้ของผสมของสารตกตะกอนพื้นฐานกับสารตกตะกอนร่วมที่ไม่แยแส ตัวอย่างเช่น ฟีนอล์ฟทาลีน, β-แนฟทอล และไดฟีนิลเอมีน เมื่อเลือกตัวสะสม ให้คำนึงถึงความสมบูรณ์ของการแยกส่วนประกอบที่ต้องการ การเลือกสรร ความง่ายในการแยกออกจากสุราแม่และส่วนประกอบที่แยกเดี่ยว การไม่มีอิทธิพลรบกวนในระหว่างขั้นตอนการวิเคราะห์ที่ตามมา ความพร้อมใช้งาน และความง่ายในการได้มาในรูปแบบบริสุทธิ์ . ความสมบูรณ์ของการตกตะกอนร่วมนั้นขึ้นอยู่กับคุณสมบัติทางเคมีและคริสตัลของส่วนประกอบ สถานะในสารละลาย อัตราและลำดับของการเติมรีเอเจนต์ กระบวนการชราภาพที่กำลังดำเนินอยู่ ความเป็นกรดของสารละลาย ระยะเวลาและอุณหภูมิที่ให้ความร้อน

ในแง่ของระดับความเข้มข้นสัมบูรณ์ ความง่ายในการใช้งานและอุปกรณ์ที่ใช้ ความเข้ากันได้กับวิธีการตรวจวัด การตกตะกอนร่วมเป็นหนึ่งในวิธีที่ดีที่สุด เมื่อดำเนินการ ค่าสัมประสิทธิ์ความเข้มข้นของโลหะหนักที่มีปริมาณเริ่มต้นในตัวอย่าง 10−9 -10−6 กรัม/ลิตร มักจะสูงถึง 103 และระดับการสกัดเกิน 90% ข้อเสียของการตกตะกอนร่วมคือใช้เวลานานและต้องใช้แรงงานมาก การตกตะกอนร่วมใช้ในการวิเคราะห์น้ำที่มีต้นกำเนิดต่างๆ สารที่มีความบริสุทธิ์สูง และวัตถุที่มีองค์ประกอบที่ซับซ้อน

วิธีการดูดซับ

วิธีการดูดซับขึ้นอยู่กับการดูดซับก๊าซ ไอระเหย หรือสารที่ละลายต่างๆ ด้วยตัวดูดซับของเหลวหรือของแข็ง ในกรณีนี้สารจะถูกกระจายระหว่างเฟสที่ผสมไม่ได้ สารที่ดูดซับระหว่างการดูดซับเรียกว่าตัวดูดซับ และสารที่ดูดซับเรียกว่าซอร์เบต

การดูดซับเกิดขึ้นภายใต้สภาวะทั้งแบบคงที่และแบบไดนามิก การดูดซับแบบคงที่แสดงถึงการกระจายส่วนประกอบเพียงครั้งเดียวระหว่างเฟส ดำเนินการโดยการวางตัวดูดซับของมวลที่ทราบในช่วงเวลาหนึ่งในตัวกลาง (สารละลาย) ที่ทำการแยก

ส่วนประกอบ. การดูดซับแบบไดนามิกเป็นกระบวนการของการกระจายส่วนประกอบหลายอย่างที่เกิดขึ้นเนื่องจากการดูดซับโมเลกุลและการดูดซับทางเคมี ในกรณีที่ง่ายที่สุด จะดำเนินการโดยการค่อยๆ ส่งสารละลายตัวอย่างผ่านชั้นบางๆ ของตัวดูดซับที่มีเนื้อละเอียดซึ่งใช้กับซับสเตรตที่มีรูพรุน กระดาษพิเศษ หรือเมมเบรน บางครั้งกระบวนการนี้ซ้ำหลายครั้ง การดูดซับจะใช้เมื่อค่าสัมประสิทธิ์การกระจายของส่วนประกอบที่แยกออกจากกันมีความแตกต่างอย่างมาก และการสร้างสมดุลของการดูดซับอย่างรวดเร็ว ซึ่งจะช่วยให้แต่ละบุคคลและกลุ่มมีความเข้มข้นและแยกส่วนประกอบต่างๆ ได้ การล้างตัวดูดซับและการดูดซับของส่วนประกอบที่ถูกดูดซับนั้นดำเนินการโดยการส่งสารละลายที่เหมาะสมผ่านมัน

ตัวดูดซับที่ใช้ในทางปฏิบัติต้องเป็นไปตามข้อกำหนดหลายประการ: มีความสามารถในการดูดซับที่ดีพอสมควร มีความสามารถในการเลือกสรรสูง มีความเสถียรทางเคมีและทางกล และสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ง่าย

ตามกลไกการทำงานร่วมกันของสารที่แยกออกจากกันกับตัวดูดซับ การดูดซับจะแบ่งออกเป็นโมเลกุลและการดูดซับทางเคมี ด้วยการดูดซับระดับโมเลกุล (ทางกายภาพ) แรงอันตรกิริยาระหว่างสารที่ถูกแยกออกจากตัวดูดซับจะมีน้อย การดูดซับของโมเลกุลเกิดขึ้นโดยคงคุณสมบัติเดิมเอาไว้ ความแตกต่างเกิดขึ้นระหว่างการดูดซับ - การดูดซับโดยพื้นผิวของตัวดูดซับและการดูดซับ - การดูดซับโดยปริมาตรทั้งหมดของตัวดูดซับของเหลว ในระหว่างการดูดซับด้วยสารเคมีจะมีปฏิกิริยาระหว่างซอร์เบตกับตัวดูดซับที่ค่อนข้างรุนแรงและเฉพาะเจาะจงซึ่งเกิดขึ้นกับการก่อตัวของสารประกอบทางเคมีบนพื้นผิวของสารหลัง กลไกการดูดซับนี้เกิดขึ้นกับตัวดูดซับที่มีหมู่ไอออนิกและคีเลต กลไกที่พิจารณาอยู่คู่กัน โดยการดูดซึมจะเกิดขึ้นก่อนการดูดซึมทางเคมี

ตัวดูดซับที่ทำงานโดยกลไกการดูดซับของโมเลกุลเป็นหลักจะแตกต่างกันไปตามลักษณะของพื้นผิว บางส่วนมีพื้นผิวที่ไม่มีประจุเฉพาะที่ - ตัวดูดซับคาร์บอน (คาร์บอนแบล็คแบบกราไฟต์, ตะแกรงโมเลกุลคาร์บอน, ถ่านกัมมันต์), ตัวดูดซับโพลีเมอร์ที่ไม่มีขั้ว และซิลิกาที่ดัดแปลงด้วยกลุ่มที่ไม่มีขั้ว ตัวดูดซับจำนวนหนึ่งมีพื้นผิวที่มีประจุบวกเฉพาะจุด (ซิลิกาเจล ซีโอไลต์ อลูมิเนียมออกไซด์) หรือประจุลบ (ตัวดูดซับโพลีเมอร์ที่มีกลุ่มขั้วกราฟต์) ตัวดูดซับดังกล่าวมักเรียกว่ามีขั้ว ตัวดูดซับที่ไม่มีขั้วใช้สำหรับแยกและรวมความเข้มข้นของสารที่ไม่มีขั้วและมีขั้วอย่างอ่อนจากเฟสก๊าซและของเหลว ซึ่งโมเลกุลนั้นไม่มีกลุ่มฟังก์ชันเชิงขั้วที่มีความหนาแน่นของอิเล็กตรอนเพิ่มขึ้น เช่นเดียวกับสำหรับการแยกสารเหล่านั้น ความสามารถในการดูดซับของสารอินทรีย์บนตัวดูดซับดังกล่าวจากสารละลายที่เป็นน้ำจะแตกต่างกันไปตามลำดับต่อไปนี้: อัลเคน > อัลคีน > อัลไคน์ > อารีน > อีเทอร์ > เอสเทอร์ > คีโตน > อัลดีไฮด์ > แอลกอฮอล์ > เอมีน ตัวดูดซับที่ไม่มีขั้วบางชนิด เช่น ถ่านกัมมันต์ มักใช้สำหรับการแยกกลุ่มและความเข้มข้นของโลหะปริมาณเล็กน้อยจากน้ำธรรมชาติในรูปของสารเชิงซ้อนคีเลต ในกรณีนี้ ค่าสัมประสิทธิ์ความเข้มข้นสามารถเข้าถึง ~ 104 ตัวดูดซับแบบมีขั้วใช้ในการรวมสารประกอบเชิงขั้วจากตัวกลางอินทรีย์และก๊าซที่ไม่มีขั้ว คุณลักษณะนี้ของพวกเขาจะเกิดขึ้นได้เมื่อพวกเขาทำหน้าที่เป็น

อาร์เอ็นเอ+เอช+

คุณภาพเป็นเครื่องลดความชื้นสำหรับสื่อเหล่านี้ ซีรีย์ความสามารถในการดูดซับสำหรับพวกมันนั้นตรงกันข้ามกับซีรีย์ที่ให้ไว้ก่อนหน้านี้

ตัวอย่างทั่วไปของการดูดซึมทางเคมีคือ การดูดซับการแลกเปลี่ยนไอออน. การดูดซับประเภทนี้เป็นเรื่องปกติสำหรับตัวดูดซับที่มีความสามารถในการแลกเปลี่ยนไอออน โดยปกติแล้วสารเหล่านี้เป็นสารโพลีเมอร์ที่มีหมู่ฟังก์ชันที่แลกเปลี่ยนประจุลบหรือแคตไอออนกับส่วนประกอบที่ถูกดูดซับ สารอนินทรีย์ประเภทนี้ ได้แก่ ออกซีไฮเดรต (HO)x My Ez Op - x · n H2 O (M, E - องค์ประกอบของกลุ่ม III-VI), ซัลไฟด์ Mx Ey Sz, ไซยาโนเฟอร์เรต MEy z (M - ไอออนบวกที่มีประจุเดี่ยวหรือสองเท่า) ตัวดูดซับ เช่นเดียวกับตัวดูดซับที่มีเกลือเฮเทอโรโพลาร์ เช่น BaSO4, LaF3 สารอินทรีย์ที่มีคุณสมบัติในการแลกเปลี่ยนไอออน ได้แก่ วัสดุอินทรีย์ที่มีหมู่ฟังก์ชันกราฟต์ไว้บนเมทริกซ์ มีความโดดเด่นด้วยองค์ประกอบและโครงสร้างของเมทริกซ์โพลีเมอร์และธรรมชาติของกลุ่มไอออนิก ตัวอย่างของเครื่องแลกเปลี่ยนไอออนอินทรีย์ ได้แก่ ถ่านกัมมันต์และเซลลูโลสดัดแปลงทางเคมี รวมถึงเรซินแลกเปลี่ยนไอออนที่มีโครงสร้างเครือข่ายพิเศษ

ขึ้นอยู่กับลักษณะทางเคมีของหมู่ฟังก์ชันที่ตรึงอยู่ในเมทริกซ์ เรซินแลกเปลี่ยนไอออนจะถูกแบ่งออกเป็นตัวแลกเปลี่ยนไอออนบวกและเครื่องแลกเปลี่ยนไอออน พวกมันเป็นตัวแทนของโพลีแอซิดและโพลีเบสตามลำดับ

เครื่องแลกเปลี่ยนไอออนบวกมีกลุ่มไอออนิกที่เป็นกรด: -SO3 H, -OP(OH)2, -OAs(OH)2, -N(CH2 COOH)2 สูตรทางเคมีของเครื่องแลกเปลี่ยนไอออนบวกจะแสดงเป็น RH (รูปแบบ H+) หรือ RNa (รูปแบบ Na+) ปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยนดำเนินการตามสมการต่อไปนี้:

RH + นา+

ตัวอย่างเช่น:

NRHOH− , ≡ NHOH− . สูตรทางเคมีของเครื่องแลกเปลี่ยนไอออนแสดงเป็น ROH

(รูปแบบ OH−) หรือ RCl (รูปแบบ Cl−) ปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยนกับตัวแลกเปลี่ยนไอออนจะแสดงด้วยสมการ

คุณสมบัติของเครื่องแลกเปลี่ยนไอออนขึ้นอยู่กับชนิดและจำนวนของไอออนคงที่และไอออนตรงข้ามเป็นส่วนใหญ่ รวมถึงโครงสร้างของเมทริกซ์: เชิงเส้นหรือแบบแยกกิ่ง เครื่องแลกเปลี่ยนไอออนมีความโดดเด่นตามระดับความรุนแรงของคุณสมบัติกรด-เบสของกลุ่มฟังก์ชันที่ก่อให้เกิดไอออน เครื่องแลกเปลี่ยนไอออนที่มีคุณสมบัติเด่นชัดอย่างยิ่งของกลุ่มฟังก์ชันจะมีสภาพเป็นกรดสูงหรือมีเบสรุนแรง เครื่องแลกเปลี่ยนไอออนกรดแก่มีหมู่ซัลโฟนิก -SO3 H และเครื่องแลกเปลี่ยนไอออนพื้นฐานที่แข็งแกร่งประกอบด้วยหมู่ควอเทอร์นารีแอมโมเนียม -CH2 NR3 OH เครื่องแลกเปลี่ยนไอออนเหล่านี้มีความสามารถในการแลกเปลี่ยนไอออนในสภาพกรด เป็นกลาง และเป็นด่าง

ไอคอน

สภาพแวดล้อม เครื่องแลกเปลี่ยนไอออนซึ่งคุณสมบัตินี้แสดงออกอย่างอ่อนเป็นของโพลีอิเล็กโตรไลต์ที่อ่อนแอ เครื่องแลกเปลี่ยนไอออนกรดอ่อนประกอบด้วยกลุ่มต่างๆ เช่น -COOH, -SiO3 H, -OH และกลุ่มพื้นฐานอย่างอ่อน -CH2 NHR2 OH ในโมเลกุลตัวแลกเปลี่ยนไอออน หมู่ไอออนสามารถเป็นชนิดเดียวกันได้ (เช่น -SO3 H หรือ -COOH) หรือชนิดที่แตกต่างกัน (เช่น -SO3 H และ -OH; -SO3 H และ -COOH)

ลักษณะที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่งของเครื่องแลกเปลี่ยนไอออนก็คือ ความจุการแลกเปลี่ยนแสดงถึงความสามารถในการดูดซับไอออนจำนวนหนึ่งจากสารละลาย ถูกกำหนดโดยจำนวนกลุ่มไอออนิกในตัวแลกเปลี่ยนไอออนและระดับของการแตกตัวเป็นไอออน โดยปกติจะแสดงเป็นจำนวนโมลเทียบเท่าของไอออนที่แลกเปลี่ยนได้ต่อเรซินล้างแห้ง 1 กรัมในรูปแบบ H+ หรือรูปแบบ Cl− ความจุที่พบโดยวิธีคงที่ภายใต้เงื่อนไขของความอิ่มตัวสมบูรณ์เรียกว่า ความจุปริมาตรเต็ม(E p.o) หรือ ความจุการแลกเปลี่ยนแบบคงที่(อีโซ):

โดยที่ C i,init, C คือความเข้มข้นเริ่มต้นและขั้นสุดท้าย (สมดุล) ของส่วนประกอบที่ถูกดูดซับโดยตัวแลกเปลี่ยนไอออนจากสารละลายของปริมาตร V l ; Q t คือมวลของเครื่องแลกเปลี่ยนไอออน

ความจุที่พบโดยวิธีไดนามิกคือ เมื่อส่งสารละลายอิ่มตัวผ่านชั้นของเรซินแลกเปลี่ยนไอออนจนเกิดความก้าวหน้าเรียกว่า ความสามารถในการแลกเปลี่ยนแบบไดนามิกก่อนการพัฒนา(E d.o) และเมื่อผ่านไปจนกระทั่งการสกัดหยุดสนิท - ความสามารถในการแลกเปลี่ยนแบบไดนามิกทั้งหมด(อีพีดีโอ). อย่างหลังมักจะมากกว่าความสามารถในการแลกเปลี่ยนแบบไดนามิกก่อนที่จะทะลุทะลวง ซึ่งคำนวณโดยสูตร:

โดยที่ Vf คือปริมาตรของสารละลายที่มีความเข้มข้น Ci เริ่มต้น ผ่านชั้นของเครื่องแลกเปลี่ยนไอออนที่มีมวล Qt ก่อนที่จะเริ่มการทะลุทะลวง

ในกรณีที่ง่ายที่สุด การแลกเปลี่ยนไอออนอธิบายไว้ในสมการปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยน ปฏิกิริยาดังกล่าวเกิดขึ้นในระหว่างการแยกไอออนบวกของโลหะอัลคาไลบนตัวแลกเปลี่ยนไอออนบวกและไอออนของกรดแร่เข้มข้นบนตัวแลกเปลี่ยนไอออน:

โดยที่ คือความเข้มข้นของไอออนในเฟสตัวแลกเปลี่ยนไอออน คือความเข้มข้นของไอออนในสารละลาย

ค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยา K A/B มักเรียกว่า ค่าคงที่การแลกเปลี่ยนไอออน, หรือ ค่าสัมประสิทธิ์การเลือก(หัวกะทิ). มันแสดงลักษณะความสัมพันธ์สัมพัทธ์ของเคาน์เตอร์สองตัวกับตัวแลกเปลี่ยนไอออน

ถ้า K A/B > 1 ไอออน B+ จะมีความสัมพันธ์กับตัวแลกเปลี่ยนไอออนมากกว่าไอออน A+ ในกรณีนี้ ไอออน A+ ในตัวแลกเปลี่ยนไอออนจะถูกแทนที่ด้วยไอออน B+ ถ้า K A/B< 1, то

ไอออน B+ มีความสัมพันธ์กับตัวแลกเปลี่ยนไอออนน้อยกว่าไอออน A+ การแลกเปลี่ยนมีน้อยมาก ที่ K A/B = 1 ความสัมพันธ์ของไอออนทั้งสองจะเท่ากัน และไม่มีการเลือกสรร

ความสัมพันธ์สัมพัทธ์ของไอออนสำหรับตัวแลกเปลี่ยนไอออนจะสะท้อนให้เห็นโดยอนุกรมการเลือก สำหรับเครื่องแลกเปลี่ยนไอออนบวกที่มีความเป็นกรดสูงในกรณีของไอออนบวกที่เป็นด่าง ซีรีส์นี้มีรูปแบบดังนี้:

Cs+ > Rb+ > K+ > Na+ > Li+ ,

สำหรับตัวแลกเปลี่ยนประจุลบเบสแก่:

ClO− 4 > NO− 3 > Br− > Cl− > F−

ตัวดูดซับแลกเปลี่ยนไอออนใช้ในการกำจัดไอออนของน้ำ ซึ่งทำให้สามารถได้ในน้ำในรูปแบบที่บริสุทธิ์สูงในห้องปฏิบัติการ นอกจากนี้ยังใช้สำหรับความเข้มข้นและการแยกโลหะหนักหลายชนิดจากสารละลายในน้ำที่กำลังวิเคราะห์ ตัวอย่างเช่น เซลลูโลสถูกใช้เพื่อทำให้โลหะแพลทินัมเข้มข้นจากสารละลายเจือจาง

เมื่อไร การดูดซับเชิงซ้อนการดูดซึมและการเก็บรักษาสารโดยตัวดูดซับเกิดจากการมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างผู้บริจาคและผู้รับอย่างมีนัยสำคัญ นี่เป็นเพราะการมีกลุ่มที่เป็นกรดและกลุ่มพื้นฐานในตัวดูดซับพร้อมกัน ตัวดูดซับประเภทนี้มักเรียกว่าตัวดูดซับที่ขึ้นรูปเชิงซ้อนหรือสารเชิงซ้อน ตัวดูดซับที่มีหมู่คีเลตถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการปฏิบัติงานเชิงวิเคราะห์ ความสามารถในการดูดซับขึ้นอยู่กับโครงสร้างของเมทริกซ์จำนวนและลักษณะของหมู่ฟังก์ชันในนั้นอย่างมาก สิ่งนี้นำไปสู่ความจริงที่ว่าคุณลักษณะของสารเหล่านี้ไม่ได้คลุมเครือเสมอไปสำหรับแบทช์ที่แตกต่างกันของตัวดูดซับที่กำหนด ด้วยเหตุนี้ จึงไม่สามารถใช้ตัวดูดซับจากแบทช์ที่แตกต่างกันเพื่อการประเมินเปรียบเทียบโดยไม่พิจารณาความสามารถในการดูดซับของตัวดูดซับเหล่านั้น คุณลักษณะเฉพาะเจาะจงมากขึ้น ตัวอย่างเช่น ความสามารถในการดูดซับ ซึ่งสัมพันธ์กับไอออนที่ถูกดูดซับแยกกันหนึ่งตัว ด้วยเหตุนี้เองนั่นเอง

สำหรับตัวดูดซับที่มีหมู่อิมิโนไดอะซิเตตและไฮดรอกซีควิโนลีน ความสามารถในการดูดซับจะถูกกำหนดโดย Cu2+ ไอออน และสำหรับหมู่ไฮดราซีน - โดย Zn2+

ใน ในช่วง 25 ปีที่ผ่านมา สำหรับตัวดูดซับคีเลตเชิงซ้อนที่สังเคราะห์ขึ้นบนพื้นฐานของเมทริกซ์โพลีสไตรีนด้วยการแนะนำกลุ่มการวิเคราะห์เชิงหน้าที่ลงไปซึ่งมีปฏิกิริยากับไอออนบวกขององค์ประกอบเพื่อสร้างความซับซ้อน นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย (N.N. Basargin และคนอื่น ๆ ) ได้พัฒนา พื้นฐานทางทฤษฎีของการกระทำของพวกเขา ระบบลอจิคัลที่สร้างขึ้นของความสัมพันธ์เชิงปริมาณเป็นพื้นฐานสำหรับการทำนายพารามิเตอร์ของกระบวนการดูดซับสารเคมีซึ่งเป็นค่าคงที่ความเสถียรของคีเลตคอมเพล็กซ์โดยยึดตาม

จากพารามิเตอร์โครงสร้างขององค์ประกอบทดแทนในโมเลกุลตัวดูดซับ - ค่าคงที่อิเล็กตรอนของแฮมเมตต์ (σ):

รากฐานทางทฤษฎีของการกระทำและการประยุกต์ใช้ตัวดูดซับคีเลตโพลีเมอร์ซึ่งนำเสนอโดยระบบลอจิคัลของความสัมพันธ์เชิงปริมาณมีส่วนสำคัญในด้านกระบวนการดูดซับสารเคมีและการฝึกปฏิบัติการประยุกต์ใช้ในการวิเคราะห์สาร

วิธีการสกัด

การสกัดเป็นวิธีการแยก แยก และรวมความเข้มข้นของสารโดยอาศัยการกระจายตัวของส่วนประกอบระหว่างสองเฟสที่ผสมกันไม่ได้ ตามสถานะของการรวมกลุ่ม การรวมกันของขั้นตอนเหล่านี้อาจแตกต่างกัน ในการสกัดของเหลว-ของเหลวจะเป็นของเหลวและของเหลว (ละลาย)

วี ก๊าซ - ของแข็ง (ของเหลว) และก๊าซในสถานะของแข็ง - ของแข็งและของเหลวหรือของเหลว

ระบบที่ใช้กันมากที่สุดคือระบบที่เฟสหนึ่งเป็นสารละลายที่เป็นน้ำ และอีกเฟสหนึ่งเป็นตัวทำละลายอินทรีย์ที่ละลายไม่ได้ อย่างหลังอาจเป็นสารที่ทำปฏิกิริยาโดยตรงกับสารที่ถูกสกัดเพื่อสร้างสารประกอบที่สามารถสกัดได้ หรือตัวกลางที่มีรีเอเจนต์ออกฤทธิ์ซึ่งก่อตัวเป็นสารประกอบ สารที่รับผิดชอบในการก่อตัวของสารประกอบที่ถูกสกัดเรียกว่าสารสกัด สารที่ทำหน้าที่ปรับปรุงคุณสมบัติทางเคมีกายภาพของระบบการสกัดโดยรวมเรียกว่าตัวเจือจาง เฟสอินทรีย์ที่มีสารประกอบที่สกัดได้เรียกว่าสารสกัด กระบวนการถ่ายโอนสารจากสารสกัดไปยังอีกเฟสหนึ่งมักเรียกว่าการสกัดซ้ำ เฟสที่มีไว้สำหรับการแยกแถบเรียกว่าแถบแยก ในการสกัดของเหลว-ของเหลว บทบาทของการสกัดซ้ำจะดำเนินการโดยสารละลายน้ำขององค์ประกอบบางอย่าง ซึ่งอาจเป็นน้ำบริสุทธิ์ได้เช่นกัน

การสกัดเป็นการดำเนินการที่ค่อนข้างง่าย รวดเร็ว และเป็นอัตโนมัติ ในห้องปฏิบัติการจะดำเนินการในช่องทางแยก

วี โดยขั้นตอนต่างๆ จะถูกผสมโดยการเขย่าด้วยมือหรือโดยกลไก หลังจากผสมแล้ว ขั้นตอนต่างๆ จะถูกชำระและแยกออกจากกัน ข้อดีของการสกัดคือความคล่องตัว การสกัดใช้ได้กับการสกัดส่วนประกอบที่มีลักษณะแตกต่างกันซึ่งเกิดจากองค์ประกอบเกือบทั้งหมด การสกัดใช้ในการดำเนินการความเข้มข้นและการแยกทุกประเภท

ใน เมื่อใช้ร่วมกับวิธีการวิเคราะห์ด้วยเครื่องมือ การสกัดทำให้สามารถแก้ปัญหาที่ซับซ้อนที่สุดในการวิเคราะห์วัตถุที่มีองค์ประกอบหลายองค์ประกอบ เช่น แร่ โลหะผสม สารบริสุทธิ์ ผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติและสังเคราะห์จากพืชและแหล่งกำเนิดทางชีววิทยา

ใน การสกัดขึ้นอยู่กับความสามารถในการละลายที่แตกต่างกันของสารในขั้นตอนการสัมผัส เมื่อดำเนินการแล้วสารจะผ่านจากระยะหนึ่งไปอีกระยะหนึ่งจนกระทั่งเกิดความสมดุลทางเคมีซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะ

ถูกกำหนดโดยสัมประสิทธิ์การกระจาย (Kd) หรือระดับการสกัดของสาร (R ). เกี่ยวกับการสกัดของเหลว เรามี:

โดยที่ C o , C b - ความเข้มข้นสมดุลของสารสกัดในเฟสอินทรีย์และน้ำตามลำดับ q out, q in, q o - ความเข้มข้นของสารสกัดในระยะเริ่มต้น, ระยะสมดุลของน้ำและอินทรีย์ตามลำดับ V o , V v - ปริมาตรของเฟสสมดุลของน้ำและอินทรีย์ตามลำดับ

หากปริมาตรของเฟสสมดุลเท่ากันเราจะได้ดังนี้จากสมการ (5.10)

ที่ K d >> 1 พบว่ามีการฟื้นตัวเกือบสมบูรณ์ (R γ 100%) หากค่าสัมประสิทธิ์การกระจายไม่สูงมากเพื่อให้ได้ค่า R ที่ต้องการจึงจำเป็นต้องหันไปใช้การสกัดซ้ำ จำนวนการซ้ำ n คำนวณจากความสัมพันธ์

lg จากการอ้างอิง

โดยที่ C out คือความเข้มข้นสมดุลของสารที่สกัดได้ในระยะเริ่มต้น

เพื่อระบุลักษณะการแยกสาร X และ Y ทั้งสองจะใช้ค่าสัมประสิทธิ์การแยก:

α X Y = K d (X) K d (Y)

หรือปัจจัยความเข้มข้น:

ค่าสัมประสิทธิ์ความเข้มข้นจะแสดงลักษณะการแยกตัวของสารได้สมจริงยิ่งขึ้น ผลลัพธ์ที่ยอมรับได้จะได้รับด้วย αAH/Y ≥ 104 และ K d (Y)K d (X) µ 1

ตัวอย่างที่ 5.1 ด้วยสารสกัดเดียว สาร X จะถูกสกัดโดยมีค่าสัมประสิทธิ์การกระจาย 1,000 และสาร Y - 0.1 สารสกัดอีกชนิดหนึ่งจะสกัดสารเดียวกันโดยมีค่าสัมประสิทธิ์การกระจาย 100 และ 0.01 ตามลำดับ ประเมินประสิทธิภาพการแยกสาร

สารละลาย . เราพบโดยใช้สูตร (5.9)-(5.14)

1) α X/Y = 1,000: 0.1 = 104; RX = 99.9%; RY = 9.1%; K คอน = 11.0;

2) α X/Y = 100: 0.01 = 104; RX = 99.0%; RY = 1.0%; K คอน = 100

ในกรณีที่สอง สมาธิดีขึ้น 9 เท่า

ในระหว่างการสกัด กระบวนการจำนวนหนึ่งเกิดขึ้นพร้อมกัน ได้แก่ การก่อตัวของสารประกอบที่ถูกสกัด การกระจายตัวระหว่างเฟส ปฏิกิริยาของการก่อตัว (การแยกตัว การรวมตัว การเกิดพอลิเมอไรเซชัน) ของรูปแบบเสถียรที่ส่งผ่านไปยังส่วนประกอบของสารสกัด ตามกลไกของการเปลี่ยนเฟส กระบวนการสกัดสามารถแบ่งออกเป็นสองกลุ่มใหญ่: การสกัดโดยกลไกของการกระจายทางกายภาพและการสกัดปฏิกิริยา

การสกัดโดยกลไกการกระจายทางกายภาพ ในกรณีนี้ การกระจายมีความสัมพันธ์กับความแตกต่างในพลังงานการละลายของสารที่สกัดได้ การเปลี่ยนแปลงอย่างเด่นชัดไปสู่เฟสอินทรีย์นั้นสังเกตได้จากสารที่มีความชื้นน้อย โมเลกุลของสารนั้นเป็นกลาง ใหญ่ ไม่มีขั้วหรือมีขั้วต่ำ ในบรรดาสารอนินทรีย์ ได้แก่ โมเลกุลเช่น I 2, HgCl 2, SnBr 4, AsCl 3, BiI 3, OsO 4 . สำหรับสารอินทรีย์ เช่น ผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียมที่ละลายในสารละลายที่เป็นน้ำ กลไกนี้เป็นเรื่องปกติมากกว่า เนื่องจากพลังงานการละลายของสารเหล่านี้แตกต่างกันเล็กน้อย ความสามารถในการสกัดทางกายภาพจึงต่ำ แนะนำให้ใช้สำหรับความเข้มข้นของกลุ่ม ตัวทำละลายอินทรีย์ที่เป็นกลาง - เพนเทน, เฮกเซน, คาร์บอนเตตระคลอไรด์, ไตรคลอโรมีเทน, ไดคลอโรมีเทน, คาร์บอนไดซัลไฟด์ - ใช้เป็นสารสกัดเมื่อทำการสกัดทางกายภาพ การสกัดประเภทนี้มีความสำคัญในทางปฏิบัติ เช่น สำหรับการแยกเจอร์เมเนียมเตตระคลอไรด์จากสารละลายของกรดไฮโดรคลอริก ออสเมียม และรูทีเนียม ในรูปของออกไซด์ขององค์ประกอบ MO 4 จากสารละลายของกรดแก่, นิวไคลด์กัมมันตรังสีไอโอดีนจากส่วนผสมของผลิตภัณฑ์นิวเคลียร์ฟิชชันของไอโซโทปกัมมันตภาพรังสี

การสกัดปฏิกิริยาสารสกัดที่เป็นกลาง เป็นกรด และพื้นฐานใช้ในการสกัดปฏิกิริยา ขึ้นอยู่กับธรรมชาติของอะตอมผู้บริจาคที่รับผิดชอบในการก่อตัวของพันธะเคมีกับส่วนประกอบที่สกัดได้ และความคล้ายคลึงทางโครงสร้างของโมเลกุลสารสกัด สารประกอบที่ประกอบด้วยออกซิเจน ไนโตรเจน และกำมะถัน คีเลตและแมโครไซคลิกมีความโดดเด่น

ถึง สารสกัดที่มีออกซิเจนประกอบด้วยคีโตน R1 -C(O)-R2, R1 -O-R2 แบบธรรมดา และเชิงซ้อน R1 -C(O)O-R2 หรือ (RO)3 PO เอสเทอร์, ซัลฟอกไซด์ (R)2 SO, ฟีนอล ArOH, คาร์บอกซิลิก RCOOH และออร์กาโนฟอสฟอรัส (RO)2 P(O)OH กรด สารสกัดที่เป็นกลางของกลุ่มนี้จะสกัดไอออนบวกของโลหะในรูปของโซลเวตที่เกิดจากกลไกการประสานงานหรือการเชื่อมโยงไอออนิกกับสารประกอบที่ถูกสกัดในรูปแบบประจุลบ ค่าสัมประสิทธิ์การกระจายตัวของสารประกอบที่สกัดได้จะเพิ่มขึ้นตามพื้นฐานของสารสกัดที่เพิ่มขึ้น เช่น ในชุด: ฟอสเฟต (RO)3 PO< фосфонаты (RO)2 R1 PO < фосфинаты (RO)R1 R2 PO < фосфиноксиды (R)3 PO. Кислотные экстрагенты экстрагируют катионные формы по механизму ионообменного замещения протона на ионы металла в их молекулах. Экстрагенты этого типа часто называют жидкими катионообменниками:

ตัวแทนที่ใช้กันอย่างแพร่หลายของสารสกัดกลุ่มนี้คือกรด di-2-ethylhexylphosphoric ซึ่งทำให้สามารถแยกองค์ประกอบหลายอย่างที่มีคุณสมบัติคล้ายกันได้

ถึง สารสกัดที่มีไนโตรเจนรวมถึงเอมีนที่มีระดับการทดแทน Rn NH3 – n ที่แตกต่างกันและเกลือ R4 NX เอมีนถูกสกัดโดยกลไกการเติมและการแลกเปลี่ยนไอออน:

ตามปฏิกิริยาการเติม กรดจะถูกสกัดด้วยสารสกัดที่มีไนโตรเจน การสกัดจะเพิ่มขึ้นตามความแข็งแรงและรัศมีของไอออน X− ที่เพิ่มขึ้น ปฏิกิริยานี้รองรับการสกัดกรดโลหะเชิงซ้อนจากสารละลาย

สารสกัดที่มีซัลเฟอร์เป็นแอนะล็อกของสารสกัดที่มีออกซิเจนหลายชนิดซึ่งอะตอมออกซิเจนจะถูกแทนที่ด้วยอะตอมกำมะถัน ในจำนวนนี้ thioethers ถูกใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุด คุณสมบัติการสกัดของพวกเขาเกิดจากการมีแนวโน้มที่จะมีส่วนร่วมในปฏิกิริยาที่แตกต่างกันของการแทนที่ลิแกนด์ในทรงกลมในสารประกอบที่ซับซ้อนขององค์ประกอบ chalcophile พันธะที่แข็งแกร่งที่สุดเกิดขึ้นจากโลหะทองแดง เงิน ปรอท ทอง และแพลทินัม คอมเพล็กซ์ที่ได้นั้นมีลักษณะเฉพาะคือความเฉื่อยจลน์และความสามารถในการดึงกลับคืนได้ต่ำ ด้วยเหตุนี้จึงใช้เป็นหลักในการรวมกลุ่มและการแยกองค์ประกอบเหล่านี้

สารสกัดคีเลตมีหมู่ฟังก์ชันเดียวกันกับตัวดูดซับเชิงซ้อน ประกอบด้วยอะตอมของออกซิเจน ไนโตรเจน และซัลเฟอร์ในการรวมกันต่างๆ ในฐานะผู้บริจาค ปัจจัยที่ทำให้เกิดภาวะแทรกซ้อนคือปฏิกิริยาข้างเคียงมากมายที่เกิดขึ้นในทั้งสองระยะการสัมผัส สัมประสิทธิ์การกระจายมีค่าสูง โดดเด่นด้วยการเลือกสรรต่ำและความสามารถในการละลายได้อย่างสมบูรณ์ ดังนั้นสารสกัดชนิดนี้จึงใช้สำหรับการสกัดแบบกลุ่มเป็นหลัก โดยการสร้างเงื่อนไขการสกัดบางอย่าง: pH, ความเข้มข้นของรีเอเจนต์การสกัด, สารเจือจาง, สารมาส์ก สามารถเลือกการสกัดได้

สารสกัดแมคโครไซคลิกเป็นสารประกอบแมโครไซคลิกของชิ้นส่วนสลับกันหลายชิ้น -CH2 -CH2 -X- โดยที่ X คืออะตอมของออกซิเจน ซัลเฟอร์ และ (หรือ) ไนโตรเจน Macrocycles ซึ่งเฮเทอโรอะตอมเป็นอะตอมออกซิเจนเรียกว่าคราวน์อีเทอร์ ความสามารถในการสกัดและความสามารถในการเลือกสรรของสารประกอบเหล่านี้ถูกกำหนดโดยขนาดและโครงสร้างของวงแหวน เช่นเดียวกับธรรมชาติของเฮเทอโรอะตอมและส่วนประกอบทดแทนที่ทำงานอยู่ในวงแหวน การสกัดแบบเลือกจะเกิดขึ้นในรูปแบบของคู่ไอออนหากขนาดช่องของสารสกัดและไอออนบวกมีความสอดคล้องกัน ใช้เพื่อแยก K+, Tl+, Pb2+, Hg2+, Sr2+, Ca2+ และไอออนของโลหะอื่นๆ

การสกัดของไหลที่วิกฤตยิ่งยวด เรียกว่าการสกัดด้วยของเหลวซึ่งของเหลวทำหน้าที่เป็นตัวสกัดการสกัดของไหลวิกฤตยิ่งยวด.

ของไหลคือสารที่อยู่ในสถานะวิกฤตยิ่งยวด เช่น ที่อุณหภูมิและความดันเกินค่าวิกฤต ในแง่ของสถานะการรวมตัว ของไหลจะมีตำแหน่งตรงกลางระหว่างของเหลวและก๊าซ ความหนาแน่นของมันคือมากกว่าความหนาแน่นของก๊าซ 102 -103 เท่าและน้อยกว่าหรือใกล้เคียงกับค่าลักษณะของสารใน

สถานะของเหลว ความหนืดของของเหลวเกือบจะเท่ากับความหนืดของก๊าซในขณะเดียวกันก็น้อยกว่าความหนืดของของเหลวที่เกี่ยวข้องประมาณ 10-100 เท่า โดยทั่วไป บทบาทของของไหลจะแสดงโดยอัลเคน CO2, NH3, NO, C2-C6 และอัลเคนที่ทดแทนฮาโลเจนบางส่วน, อัลคาโนล C1-C3 ที่ต่ำกว่า และเบนซิน ตามกฎแล้ว ของเหลวที่ใช้อนุญาตให้ทำงานที่ความดันตั้งแต่ 4 ถึง 20 MPa และอุณหภูมิสูงถึง 300 °C แนะนำให้ใช้คาร์บอน (IV) มอนอกไซด์เนื่องจากคุณสมบัติและความพร้อมใช้งาน การเลือกแยกถูกควบคุมโดยการเติมสารบางชนิดลงในของเหลว การสกัดด้วยของเหลวที่วิกฤตยิ่งยวดถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดในการสกัดสารประกอบที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูง ใช้ในการวิเคราะห์ เช่น วัตถุด้านสิ่งแวดล้อม อาหาร ยา และผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียม การใช้การสกัดด้วยของเหลวที่วิกฤตยิ่งยวดมีประสิทธิภาพโดยเฉพาะอย่างยิ่งในการพิจารณาร่องรอยของมลพิษอินทรีย์ที่คงอยู่และสารพิษต่อระบบนิเวศขั้นสูง

การสกัดก๊าซนี่คือวิธีการแยกและแยกตามการกระจายตัวของสารระหว่างเฟสควบแน่นและเฟสก๊าซ เมื่อทำการสกัดก๊าซ ส่วนประกอบจะผ่านจากสถานะของเหลวหรือของแข็งไปยังสถานะก๊าซ กระบวนการสกัดก๊าซมีหลายวิธีคล้ายกับการกระจายทางกายภาพในการสกัดของเหลว ค่าสัมประสิทธิ์การกระจายมักจะแสดงเป็นอัตราส่วนของความเข้มข้นของส่วนประกอบในเฟสควบแน่นเริ่มต้น (C l (โซล)0) ต่อความเข้มข้นในเฟสก๊าซ (C g):

ค่า Kd ขึ้นอยู่กับลักษณะของเฟสก๊าซเพียงเล็กน้อยและขึ้นอยู่กับอุณหภูมิอย่างมาก:

โดยที่ A i, B i เป็นคุณลักษณะพารามิเตอร์ของส่วนประกอบที่แยกออกมา การสกัดก๊าซเวอร์ชันไดนามิกหรือที่เรียกว่าต่อเนื่อง

การสกัดก๊าซทำได้โดยการเดือดเป็นฟอง - การผ่านเฟสก๊าซอย่างต่อเนื่องในช่วงระยะเวลาหนึ่ง ตัวเลือกนี้ใช้สำหรับค่าสัมประสิทธิ์การกระจายเล็กน้อย มันรองรับ การวิเคราะห์เฟสไดนามิก. ส่วนประกอบที่ถูกเป่าจะถูกดักจับในท่อดูดซับหรือในกับดักไครโอเจนิก จากนั้นจึงกำหนดโดยแก๊สโครมาโทกราฟี ความเข้มข้นของส่วนประกอบคำนวณโดยใช้สูตร

โดยที่ V g, V l คือปริมาตรของก๊าซที่แยกออกมาตามลำดับที่ผ่านและคงอยู่เหนือตัวอย่าง

การสกัดด้วยแก๊สใช้ในการแยกและรวมสารที่ระเหยง่ายออกจากน้ำและตัวอย่างของแข็ง เช่น ดิน ผลิตภัณฑ์อาหาร ยา และวัสดุโพลีเมอร์

ข้อมูลทั่วไปเกี่ยวกับการแยกตัวและความเข้มข้น

แยก เป็นการดำเนินการที่ช่วยให้คุณสามารถแยกส่วนประกอบของตัวอย่างออกจากกัน

ใช้หากส่วนประกอบบางส่วนของตัวอย่างรบกวนการกำหนดหรือการตรวจจับส่วนประกอบอื่นๆ กล่าวคือ เมื่อวิธีการวิเคราะห์ไม่ได้เลือกสรรเพียงพอ และต้องหลีกเลี่ยงการทับซ้อนของสัญญาณการวิเคราะห์ ในกรณีนี้ความเข้มข้นของสารที่แยกออกมามักจะใกล้เคียงกัน

ความเข้มข้น เป็นการดำเนินการที่ช่วยให้คุณสามารถเพิ่มความเข้มข้นของส่วนประกอบขนาดเล็กโดยสัมพันธ์กับส่วนประกอบหลักของตัวอย่าง (เมทริกซ์)

ใช้หากความเข้มข้นของส่วนประกอบขนาดเล็กน้อยกว่าขีดจำกัดการตรวจจับ กับนาที เช่น เมื่อวิธีการวิเคราะห์ไม่ละเอียดอ่อนเพียงพอ อย่างไรก็ตามความเข้มข้นของส่วนประกอบนั้นแตกต่างกันอย่างมาก ความเข้มข้นมักรวมกับการแยกตัว

ประเภทของความเข้มข้น

1. ค่าสัมบูรณ์: ส่วนประกอบขนาดเล็กจะถูกถ่ายโอนจากตัวอย่างที่มีปริมาตรมากหรือมีมวลมาก (Vpr หรือ mpr) ไปยังความเข้มข้นที่มีปริมาตรน้อยกว่าหรือมีมวลน้อยกว่า (Vconc หรือ mconc) เป็นผลให้ความเข้มข้นของส่วนประกอบขนาดเล็กเพิ่มขึ้น n เท่า:

ที่ไหน n - ระดับความเข้มข้น.

ยิ่งปริมาตรของสมาธิน้อยลง ระดับของความเข้มข้นก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ตัวอย่างเช่นเรซินแคตไอออน 50 มิลลิกรัมดูดซับเจอร์เมเนียมจากน้ำประปา 20 ลิตร จากนั้นเจอร์เมเนียมถูกดูดซับด้วยกรด 5 มิลลิลิตร ดังนั้นระดับความเข้มข้นของเจอร์เมเนียมคือ:

2. สัมพัทธ์ (การเพิ่มคุณค่า): ส่วนประกอบย่อยจะถูกแยกออกจากส่วนประกอบขนาดใหญ่เพื่อให้อัตราส่วนของความเข้มข้นเพิ่มขึ้น ตัวอย่างเช่น ในตัวอย่างเริ่มแรก อัตราส่วนความเข้มข้นของส่วนประกอบระดับไมโครและส่วนประกอบหลักคือ 1: 1000 และหลังจากการเสริมสมรรถนะจะเป็น 1: 10 ซึ่งโดยปกติจะทำได้โดยการนำเมทริกซ์ออกบางส่วน

การแยกและความเข้มข้นมีอะไรเหมือนกันมาก โดยใช้วิธีการเดียวกันเพื่อจุดประสงค์เหล่านี้ พวกเขามีความหลากหลายมาก ต่อไป จะพิจารณาวิธีการแยกและความเข้มข้นที่มีความสำคัญที่สุดในเคมีวิเคราะห์

การจำแนกวิธีการแยกและความเข้มข้น

วิธีการแยกและการทำให้เข้มข้นมีหลายประเภทตามลักษณะเฉพาะที่แตกต่างกัน เรามาดูสิ่งที่สำคัญที่สุดกันดีกว่า

1. การจำแนกประเภทตามลักษณะของกระบวนการ ได้รับในรูปที่ 62

ข้าว. 62.

วิธีการแยกและการทำให้เข้มข้นทางเคมีขึ้นอยู่กับการเกิดปฏิกิริยาเคมีซึ่งมาพร้อมกับการตกตะกอนของผลิตภัณฑ์และการปล่อยก๊าซ ตัวอย่างเช่นในการวิเคราะห์สารอินทรีย์วิธีการหลักในการทำให้เข้มข้นคือการกลั่น: ในระหว่างการสลายตัวด้วยความร้อนเมทริกซ์จะถูกกลั่นออกในรูปของ CO 2, H 2 O, N 2 และสามารถกำหนดโลหะในเถ้าที่เหลือได้

วิธีการแยกและความเข้มข้นทางเคมีฟิสิกส์ส่วนใหญ่มักขึ้นอยู่กับการกระจายตัวแบบเลือกสรรของสารระหว่างสองเฟส ตัวอย่างเช่นในอุตสาหกรรมปิโตรเคมี โครมาโทกราฟีมีความสำคัญมากที่สุด

วิธีการแยกและการทำให้เข้มข้นทางกายภาพส่วนใหญ่มักขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลงสถานะการรวมตัวของสาร

2. การจำแนกประเภทตามลักษณะทางกายภาพของทั้งสองระยะ. การกระจายตัวของสารสามารถดำเนินการระหว่างเฟสที่อยู่ในสถานะการรวมกลุ่มเดียวกันหรือต่างกัน: ก๊าซ (G) ของเหลว (L) ของแข็ง (S) ด้วยเหตุนี้จึงมีการแยกแยะวิธีการต่อไปนี้ (รูปที่ 63)

ข้าว. 63.

ในเคมีวิเคราะห์ วิธีการแยกและความเข้มข้นซึ่งขึ้นอยู่กับการกระจายตัวของสารระหว่างสถานะของเหลวและของแข็ง พบว่ามีความสำคัญมากที่สุด

• 3. จำแนกตามจำนวนการกระทำเบื้องต้น (ขั้นตอน)
• § วิธีการขั้นตอนเดียว- ขึ้นอยู่กับการกระจายตัวของสารเดี่ยวระหว่างสองเฟส การแยกเกิดขึ้นภายใต้สภาวะคงที่
• § วิธีการหลายขั้นตอน- ขึ้นอยู่กับการกระจายตัวหลายครั้งของสารระหว่างสองเฟส วิธีการหลายขั้นตอนมีสองกลุ่ม:
• – ด้วยการทำซ้ำขั้นตอนการกระจายครั้งเดียว ( ตัวอย่างเช่น, การสกัดซ้ำ) การแยกเกิดขึ้นภายใต้สภาวะคงที่
• – วิธีการขึ้นอยู่กับการเคลื่อนที่ของเฟสหนึ่งสัมพันธ์กับอีกเฟสหนึ่ง ( ตัวอย่างเช่น, โครมาโทกราฟี) การแยกเกิดขึ้นภายใต้สภาวะไดนามิก
• 3. จำแนกตามประเภทของยอดคงเหลือ(รูปที่ 64)

ข้าว. 64.

วิธีการแยกทางอุณหพลศาสตร์ขึ้นอยู่กับความแตกต่างในพฤติกรรมของสารในสถานะสมดุล มีความสำคัญอย่างยิ่งในเคมีวิเคราะห์

วิธีการแยกจลนศาสตร์ขึ้นอยู่กับความแตกต่างในพฤติกรรมของสารระหว่างกระบวนการที่นำไปสู่สภาวะสมดุล ตัวอย่างเช่นในการวิจัยทางชีวเคมี อิเล็กโตรโฟเรซิสมีความสำคัญมากที่สุด วิธีจลนศาสตร์อื่นๆ ใช้เพื่อแยกอนุภาคของสารละลายคอลลอยด์และสารละลายของสารประกอบที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูง ในเคมีวิเคราะห์ วิธีการเหล่านี้มีการใช้ไม่บ่อยนัก

วิธีโครมาโตกราฟีจะขึ้นอยู่กับสมดุลทางอุณหพลศาสตร์และจลน์ศาสตร์ มีความสำคัญอย่างยิ่งในเคมีวิเคราะห์ เนื่องจากทำให้สามารถแยกและวิเคราะห์ของผสมหลายส่วนประกอบในเชิงคุณภาพและเชิงปริมาณพร้อมกันได้

การสกัดเป็นวิธีการแยกและการทำให้เข้มข้น

การสกัด เป็นวิธีการแยกและทำให้เข้มข้นโดยพิจารณาจากการกระจายตัวของสารระหว่างเฟสของเหลวที่ผสมไม่ได้สองเฟส (ส่วนใหญ่มักเป็นน้ำและเป็นอินทรีย์)

เพื่อวัตถุประสงค์ในการแยกสารสกัด เงื่อนไขถูกสร้างขึ้นเพื่อให้ส่วนประกอบหนึ่งผ่านเข้าสู่เฟสอินทรีย์โดยสมบูรณ์ และอีกส่วนหนึ่งยังคงอยู่ในเฟสที่เป็นน้ำ จากนั้นจึงแยกเฟสโดยใช้กรวยแยก

เพื่อจุดประสงค์ในการสร้างความเข้มข้นสัมบูรณ์ สารจะถูกถ่ายโอนจากสารละลายน้ำที่มีปริมาตรมากขึ้นไปเป็นเฟสอินทรีย์ที่มีปริมาตรน้อยลง ซึ่งเป็นผลมาจากความเข้มข้นของสารในสารสกัดอินทรีย์เพิ่มขึ้น

เพื่อวัตถุประสงค์ในการให้ความเข้มข้นสัมพัทธ์ เงื่อนไขจะถูกสร้างขึ้นเพื่อให้ส่วนประกอบขนาดเล็กผ่านเข้าสู่เฟสอินทรีย์ และส่วนประกอบหลักส่วนใหญ่จะยังคงอยู่ในเฟสที่เป็นน้ำ ผลก็คือ ในสารสกัดออร์แกนิก อัตราส่วนของความเข้มข้นของส่วนประกอบระดับไมโครและส่วนประกอบหลักจะเพิ่มขึ้นตามส่วนประกอบระดับไมโคร

ข้อดีของการสกัด:

• § หัวกะทิสูง
• § ความง่ายในการใช้งาน (จำเป็นต้องใช้ช่องทางแยกเท่านั้น)
• § ความเข้มของแรงงานต่ำ
• § ความเร็ว (3-5 นาที)
• § การสกัดผสมผสานกันได้เป็นอย่างดีกับวิธีการกำหนดที่ตามมา ส่งผลให้มีความสำคัญหลายประการ วิธีการไฮบริด(การสกัด-โฟโตเมทริก, การสกัด-สเปกตรัม ฯลฯ)

การตกตะกอนร่วมเป็นวิธีการแยกและการทำให้เข้มข้น

การตกตะกอนร่วม - นี่คือการจับไมโครคอมโพเนนต์โดยนักสะสมตะกอนในระหว่างการก่อตัวของมัน และไมโครคอมโพเนนต์จะผ่านเข้าไปในตะกอนจากสารละลายไม่อิ่มตัว (PS< ПР).

เช่น นักสะสมใช้สารประกอบอนินทรีย์และอินทรีย์ที่ละลายได้ไม่ดีกับพื้นผิวที่พัฒนาแล้ว การแยกเฟสทำได้โดยการกรอง

การตกตะกอนร่วมใช้เพื่อวัตถุประสงค์ดังต่อไปนี้:

• § ความเข้มข้นสิ่งสกปรกเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพมากและเป็นหนึ่งในวิธีการที่สำคัญที่สุดซึ่งช่วยให้คุณสามารถเพิ่มความเข้มข้นได้ 10,000-20,000 เท่า
• § แผนกต่างๆสิ่งสกปรก (น้อยกว่า)

การดูดซับเป็นวิธีการแยกและการทำให้เข้มข้น

การดูดซับ คือการดูดซับก๊าซหรือสารที่ละลายด้วยตัวดูดซับที่เป็นของแข็งหรือของเหลว

เช่น ตัวดูดซับมีการใช้ถ่านกัมมันต์, Al2O3, ซิลิกา, ซีโอไลต์, เซลลูโลส, ตัวดูดซับจากธรรมชาติและสังเคราะห์ที่มีหมู่ไอออนิกและคีเลต

การดูดซึมสารสามารถเกิดขึ้นได้บนพื้นผิวของเฟส ( กง การดูดซึม) หรือปริมาตรของเฟส ( กข การดูดซึม). ส่วนใหญ่มักใช้ในวิชาเคมีวิเคราะห์ การดูดซับโดยมีจุดประสงค์ของ:

• § การแยกสารหากมีการสร้างเงื่อนไขสำหรับการดูดซึมแบบเลือกสรร
• § ความเข้มข้น(ไม่บ่อย)

นอกจากนี้ การดูดซับภายใต้สภาวะไดนามิกยังเป็นพื้นฐานสำหรับวิธีการแยกและการวิเคราะห์ที่สำคัญที่สุด นั่นก็คือ โครมาโตกราฟี