1. Лабораторная работа. Определение никеля методом осадочной хроматографии на бумаге

Хроматография

Оглавление

• Теоретическая часть
• Экспериментальная часть
•       1. Сущность метода
•       2. Подготовка капилляра
•       3. Методика работы

 

Теоретическая часть 

Хроматография - это метод разделения и анализа смесей веществ, основанный на различном распределении компонентов смеси между двумя несмешивающимися фазами - одна из которых должна быть подвижной, а другая неподвижной (ПФ, НФ). Смесь внедряется в ПФ при контакте с поверхностью НФ компоненты смеси распределяются между ПФ и НФ в соответствии с их свойствами (адсорбируемостью, растворимостью и др.) Устанавливается динамическое равновесие, вследствие чего молекулы разделяемой смеси часть времени находятся в НФ, а часть - в ПФ. Вдоль хроматографической системы движутся только те молекулы, которые находятся в ПФ. Разные вещества обладают различным сродством к ПФ и НФ. Вещество, сильнее взаимодействующее с НФ, будет медленнее двигаться через хроматографическую систему по сравнению с веществом, слабее взаимодействующим с НФ.

Хроматографический метод является универсальным для разделения и анализа смесей веществ самой различной природы.

По механизму взаимодействия вещества и сорбента различают сорбционные методы, основанные на законах распределения, и гельфильтрационные (гельпроникающие), основанные на различии размеров молекул и разделяемых веществ. Наиболее многочисленны сорбционные методы: адсорбционные, распределительные, ионообменные и осадочные.

По признаку оформления метода различают колоночную и плоскостную хроматографии. В колоночном варианте НФ помещают внутрь хроматографической колонки, а в плоскостном наносят на плоскую поверхность инертного носителя (тонкослойная хроматография) или поверхность сама является НФ (бумажная хроматография).

Экспериментальная часть

Цель работы:

Показать, что осадочная хроматография на бумаге позволяет определять содержание неорганических катионов не только качественно, но и количественно. Определить количество ионов никеля в исследуемом растворе.

Приборы и реактивы:

1. Камера для проявления (стакан на 500 мл, закрытый чашкой Петри); бумага, пропитанная диметилглиоксимом; часовое стекло; капилляр емкостью 0,001 мл; четыре склянки из-под пенициллина для стандартных растворов.

2. Четыре стандартных раствора cоли никеля различной концентрации, этиловый спирт, глицерин.

 

Сущность метода

Если фильтровальную бумагу пропитать осадителем, а затем на высушенную бумагу нанести каплю раствора, содержащего ион, образующий с осадителем нерастворимый осадок, то в месте нанесения капли раствора образуется окрашенное или неокрашенное пятно осадка. В случае, если в капле раствора содержится избыток иона, то этот избыток остается на бумаге. При промывании этого пятна чистым растворителем избыточные ионы увлекаются им, переносятся по бумаге и реагируют с новыми порциями растворителя. При этом за движущимся по бумаге растворителем образуется окрашенный или неокрашенный след осадка в виде пика. Наблюдения показывают, что высота пика связана с количеством иона в растворе. Последнее свойство может быть положено в основу количественного определения ионов в растворе методом осадочной хроматографии на бумаге. С целью получения надежных результатов количественное определение производят путем сравнения высот пиков, полученных для исследуемого раствора, с высотами пиков, полученных для стандартных растворов в тех же условиях.

 

Подготовка капилляра

Удобны капилляры емкостью 0,0015-0,0025мл. На часовое стекло наливают немного спирта. Набирают спирт в капилляр, прикасаясь узким концом капилляра к жидкости, слегка наклоняя его. Затем удаляют спирт из капилляра, прикасаясь капилляром к фильтровальной бумаге. Промывание капилляра спиртом повторяют 5-6 раз. Затем 2-3 раза капилляр промывают дистиллированной водой. Чистый капилляр заполняется мгновенно.

 

Методика работы

На четыре чистых, сухих часовых стекла помещают соответственно по несколько капель стандартных растворов (концентрации даны); на пятое часовое стекло- несколько капель испытуемого раствора.

Промывают капилляр стандартным раствором  меньшей концентрации. На хроматографическую  бумагу, пропитанную диметилглиоксимом, наносят капилляром стандартные растворы, начиная с меньшей концентрации и раствор задачи так, чтобы расстояние между центрами  образовавшихся пятен составляло 1,0-1,5см. Подсушивают.

В химический стакан емкостью 500 мл наливают примерно 25-30 мл растворителя - 12%-ного водного раствора глицерина. Опускают  хроматографическую бумагу в проявитель так, чтобы пятна находились выше уровня  проявителя на 2 см.

Камера для проявления хроматограммы

                 1- крышка камеры (чашка Петри)

                 2- фронт растворителя

                 3-стакан

                 4- бумага

                 5- пятна, образованные осадками

                   6- растворитель

 

После проявления (время может быть различное) хроматограмму высушивают и измеряют высоты образовавшихся окрашенных пиков.

h

 

Таблица. Результаты эксперимента

№ п/п	Концентрация раствора, мг/мл	Высота пиков, h мм
1
2
3
4
исследуемый

 

По полученным данным строят калибровочный график:

 h (мм)

  

            1     l_x     2                   3                 4               Ρ (мг/мл)

Измеряют высоту пика для исследуемого раствора и по калибровочному графику определяют содержание никеля в задаче.

Заключение:  Концентрация анализируемого раствора равна ….

2. Лабораторная работа. Разделение железа (III) и меди (II) с помощью хроматографии на бумаге

Хроматография на бумаге

Оглавление

• Теоретическая часть
• Экспериментальная часть

 

Теоретическая часть

Хроматография на бумаге – разновидность метода распределительной хроматографии. Носителем для неподвижного растворителя служит при этом фильтровальная бумага, а не колонка с сорбентом. Разделение смесей веществ или ионов с помощью хроматографии на бумаге основано на различной скорости движения компонентов, которую характеризуют коэффициентом движения R_f . Коэффициенты движения ионов вычисляют по формуле:

R_f = V/V^' = h / h^' 

где  –V - скорость движения зоны иона по бумаге; V^' - скорость движения фронта подвижного растворителя;  h - расстояние, пройденное зоной иона по бумаге; h^' - расстояние, пройденное растворителем. Под фронтом растворителя понимают видимую границу распространения растворителя по бумаге.

Коэффициент движения каждого катиона – постоянная величина, не зависящая от концентрации анализируемого раствора, температуры, присутствия других катионов и природы аниона, с которым связан изучаемый катион. Однако величина  зависит от состава и свойств используемого подвижного растворителя, а также от сорта хроматографической бумаги.  Чем больше величина  тем быстрее и дальше продвигается катион по бумаге и тем лучше отделяется он от другого катиона с низким коэффициентом движения.

У катионов Fe³⁺ и Cu²⁺ коэффициенты движения значительно отличаются по величине. Поэтому удается четкое разделение их на бумаге. Особенно просто и удобно разделение ионов с помощью круговых хроматограмм. Хроматографическими камерами при этом служат эксикаторы.

 

Экспериментальная часть

Цель работы: познакомиться с хроматографическим методом разделения ионов.

Приборы и реактивы: круглый обеззоленный фильтр «синяя лента»; микропипетка; анализируемый раствор содержащий ионы Fe³⁺ и Cu²⁺, хроматографическая камера (эксикатор); кристаллизатор с  растворителем (смесь 90% этанола и 5М HCl ), раствор K₄[Fe(CN)₆]  -ный.

Ход определения: возьмите круглый обеззоленный фильтр «синяя лента» диаметром . Простым карандашом начертите «фитиль» длинной 40 мм и шириной 4 мм.

Рис. Бумага для круговой хроматограммы:

1 - круглый фильтр; 2 – «фитиль», погруженный в растворитель: А – место нанесения анализируемого раствора

На центр фильтра нанесите микропипеткой 0,05 мл раствора, содержащего катионы Fe³⁺ и Cu²⁺  (в количестве 20 – 50 мкг каждого). Раствор не выливайте на фильтр, а постепенно выпускайте его из пипетки, чтобы впитывание происходило за счет капиллярных сил бумаги. Образовавшееся первоначальное пятно осторожно обведите простым карандашом, т.е. фиксируйте его положение на бумаге. Дайте фильтру высохнуть и вырежьте «фитиль».

Затем откройте эксикатор (т.е. хроматографическую камеру), поставьте в него кристаллизатор в котором налит растворитель. Положите фильтр сверху на кристаллизатор, следя при этом, чтобы «фитиль»  был погружен в растворитель. В качестве растворителя используйте смесь с массовыми долями этанола 90% и 5М НСl  (по объему); кислоту добавляют к органическому растворителю, чтобы предотвратить адсорбцию ионов бумагой.

Закройте эксикатор крышкой и оставьте на некоторое время для размывания первичной хроматограммы растворителем. После этого достаньте фильтр из эксикатора, отметьте карандашом границы фронта растворителя и дайте растворителю испарится.

 Для проявления зон локализации ионов Fe³⁺ и Cu²⁺  опрысните фильтр раствором с массовой долей K₄[Fe(CN)₆]  из пульверизатора. В результате на хроматограмме проявляется  синяя кольцевая зона K₄[Fe(CN)₆]₃ и коричневая кольцевая зона Сu₂[Fe(CN)₆].

По ширине зоны локализации катиона иногда удается судить о концентрации его в исследуемом растворе.

Вычислите по формуле  коэффициенты движения   для катионов Fe³⁺ и Cu²⁺. Началом пути обоих катионов считайте наружную границу первоначального пятна (отмеченную карандашом), а концом пути – наружные границы образовавшихся после проявления кольцевых зон ионов. Расстояние, пройденное фронтом растворителя, считайте от центра хроматограммы, т.е. от центра фильтра.

3. Лабораторная работа. Получение воды высокой степени чистоты методом ионообменной хроматографии

Хроматорафия

Оглавление

• Экспериментальная задача
• Сущность работы
• Методика и техника эксперимента
•        1. Определение константы сосуда
•        2. Определение удельной электропроводимости водопроводной воды
•        3. Определение удельной электропроводимости очищенной воды

 

Экспериментальная задача

Получить очень чистую воду, удельная электропроводимость которой на два порядка ниже, чем у водопроводной воды.

 

Сущность работы

Пропускание водопроводной воды, содержащей различные соли, последовательно через слой катионита в Н- форме и анионита в ОН^- -форме дает возможность получить воду, свободную от катионов и анионов, вследствие чего ее удельная электропроводность должна быть весьма низкой. Поэтому, если порцию воды профильтровать сначала через слой катионита в Н-форме, то можно получить кислую воду. Если же затем эту порцию пропустить через слой анионита в ОН-форме, то гидроксидные группы анионита будут обменены на анионы, содержащиеся в воде, и кислая вода станет нейтральной.

Таким путем  можно получить очень чистую воду, в чем нетрудно убедиться, измерив ее удельную электропроводность.

Регенерация отработанных ионитов производится фильтрованием  через слой катионита раствора соляной кислоты, а через слой анионита-щелочи.

 

Методика и техника эксперимента

1. Хроматографическую колонку заполнить одну катионитом КУ-1 в Н-форме, другую анионитом АН-1  в ОН-форме и установить каждую в лапке  штатива строго вертикально.

2. Исследуемую воду в объеме 50-100 мл пропустить  через колонку с катионитом и фильтрат собрать в коническую колбу (до полного вытекания воды из колонки!)

3. Воду, полученную по пункту 2, пропустить через колонку с анионитом, собрать фильтрат в другую коническую колбу (тоже до полного вытекания воды из колонки!)

 

Определение константы сосуда

1. Сосуд для измерения электропроводности (осторожно!) ополоснуть раствором хлорида калия  с концентрацией 0,01 моль/л; затем заполнить его раствором хлорида калия  так, чтобы электроды были погружены в раствор полностью.

2. Подключить сосуд к клеммам R_x (1) реохордного моста Р-38.

3. Подвести к гнездам питания (9) прибора напряжение переменного тока 220 В ( цифрой 220 В на вилке – в сторону работающего).

4. Переключатель «Питание» (8) поставить в положение «     »

Переключатель   плеча сравнения (2) установить в положение «установка нуля»

5. Переключатель гальванометра (7) установить  в положение «точно». Минуты через 2-3 вращением  корректора (6) на гальванометре  установить  стрелку в нулевое положение.

6. Установить переключатель гальванометра (7) в положение «К3» (для успокоения  стрелки гальванометра).

7. Измерить электросопротивление R_x :

- рукоятку плеча сравнения (2) повернуть в положение «1»;

- переключатель гальванометра (7) установить  в положение «грубо» и  уравновесить  мост  вращением  рукоятки реохорда (3);

Если  не уравновесится, то  поставить рукоятку плеча  сравнения (2)  последовательно в положение «10», «100», «1000», «10000»;

- затем  перевести переключатель гальванометра (7) в положение «точно» и вращением рукоятки реохорда (3) доуравновесить  мост.

Показание переключателя плеча сравнения (2):

R_ср =         

Показания шкалы реохорда (4):

m =           

Рисунок. Верхняя панель реохордного моста Р-38:

		1 - клеммы для подключения неизвестного сопротивления Rx,
		2 - переключатель для подбора известного сопротивления
		(переключатель плеча сравнения),
		3 - ручка перемещения скользящего контакта реохорда,
		4 - шкала реохорда, проградуированная в m отношениях длин плеч,
		5 - гальванометр,
		6 - корректирующий винт,
		7 - ручка переключателя режима работы гальванометра,
		8 - ручка переключателя питания,
		9 - гнезда для включения моста в сеть.

Константа сосуда при температуре измерения:

К_t (сосуда) = χ_t · R_x,

где  χ_t (каппа) - удельная электропроводность раствора хлорида калия с концентрацией 0,01 моль/л при температуре определения (значение берется из справочника);

R_x – значение определяемого электросопротивления для раствора КCl; электросопротивление рассчитывается по формуле:

R_x = m · R_ср

Следовательно,

К_t (сосуда) = χ_t (КCl) · m· R_ср

К_t (сосуда) =

 

Определение  удельной электропроводимости  водопроводной воды

Заполнить сосуд исследуемой водопроводной водой, предварительно ополоснув его два раза,  и провести  измерения (п. 6-7).

R_ср =

m =

χ_t (Н₂О) = К_t(сосуда) / (m· R_ср)

Удельная электропроводность будет равна …..

 

Определение удельной электропроводимости очищенной воды

Два раза ополоснуть сосуд очищенной водой, заполнить и провести измерение (п. 6-7).

R_ср =

m=

χ_t (Н₂О очищ.) =

Вывод:

 

Примечание:

1. По окончании измерений переключатель «Питание» перевести  в нейтральное  положение; переключатель гальванометра в положение «КЗ»; переключатель плеча сравнения - в положение  «установка нуля». Отключить прибор.

2. Сосуд по электропроводности  промыть, заполнить дистиллированной водой и сдать лаборанту.