Экоаналитическая химия Лекция 2. 01.07.2013 Екоаналітична хімія. Лекція 2. Методы концентрирования и разделения в экоанализе Требования к методам экоаналитической. - презентация

1 Экоаналитическая химия Лекция 2

2 Екоаналітична хімія. Лекція 2. Методы концентрирования и разделения в экоанализе Требования к методам экоаналитической химии Основные понятия и характеристики методов разделения Классификация методов разделения Сущность отдельных методов концентрирования и разделения Примеры разделений в экоанализе Гибридные и комбинированные методы анализа

3 Требования к методам ЭАХ Низкие значения нижней границы определяемых концентраций (Сн). Высокая чувствительность. Разумные значения неопределенности (относительное стандартное отклонение S r = S c /C). Селективность. Доступность аппаратуры и вспомогательных средств. Дешевизна. Возможность анализа в реальном месте-в реальное время («полевой» анализ). Способность различать конкретные химические формы, в которых находится один и тот же элемент.

4 Екоаналітична хімія. Лекція 2. Проблема: ПДК бериллия в питьевой воде мг/л или моль/л. Нижняя граница концентраций, определяемых распространенными методами моль/л. Что делать?

5 Екоаналітична хімія. Лекція 2. Основные понятия и характеристики Разделение – процесс или операция, в результате которой из исходной смеси получается несколько фракций. Фракции содержат индивидуальные компоненты или смеси с новым количественным и качественным составом. Аналитическое концентрирование – повышение содержания целевого (определяемого) вещества или группы веществ по отношению к матрице или матричным компонентам.

6 Екоаналітична хімія. Лекція 2. Пример разделения с концентрированием: Фракция с повышенным соотношением целевой компонент- матрица

7 Екоаналітична хімія. Лекція 2. Количественные характеристики концентрирования и разделения Коэффициент концентрирования/разделения q количество; А определяемый (целевой) компонент; J сопутствующий (примесный) или матричный компонент (макрокомпонент). Коэффициент (степень) выделения или извлечения

8 Екоаналітична хімія. Лекція 2. Классификация методов разделения 1. Образование веществом новой фазы 2. Различия в распределении веществ между 2 фазами 3. Мембранное разделение 4. Внутрифазное разделение (поле- поток-фракционирование- FFF: field-flow-fraction)

9 Екоаналітична хімія. Лекція 2. Образование веществом новой фазы Фаза, содержащая исходную смесь Выделяемая фаза Твердое телоГазЖидкость Осаждение Электроосажде- ние Вымораживание Кристаллизация Отгонка Дистилляция Ректификация - Газ --Конденсация (криофокусирование) Твердое тело -Возгонка Отгонка с газообразным реагентом Селективное растворение

10 Екоаналітична хімія. Лекція 2. Различия в распределении веществ между 2 фазами Система фазСпособ осуществления распределения ОднократноеМногократноеХроматография Жидкость- ЭкстракцияМногоступен- чатая экстракция ЖЖХ (ВЭЖХ)- ОФ, НФ Жидкость- Твердое тело Соосаждение Зонная плавка Направленная кристаллизация Сорбция (ТФЭ) Ионный обмен Многократная перекристалли- зация ИОХ, адсорбционная ЖТХ, эксклюзионная хроматография Жидкость- Газ Газовая экстракцияБарботажГЖХ СКФ-Твердое тело (жидкость) Сверхкритическая флюидная экстракция Многоступенчатая флюидная экстракция Сверхкритическая флюидная хроматография

11 Екоаналітична хімія. Лекція 2. Мембранные методы разделения Система фазДвижущая сила процесса Градиент химического потенциала Градиент электрического потенциала Градиент давления Жидкость- жидкость- Жидкость- Диализ через жидкие мембраны Электродиализ через жидкие мембраны - Жидкость- твердое тело- Жидкость ДиализЭлектродиализ, электроосмос Ультрафильтрация, Обратный осмос Жидкость- твердое тело- Газ Испарение через мембрану -- Газ-твердое тело- Газ Газодиффузное разделение --

12 Екоаналітична хімія. Лекція 2. Внутрифазное разделение FFF (проточное фракционирование в поперечном поле) Фаза Вид поля Электр.Электри- ческое и магнитное Гравитационное (центробежная сила) Тепло- вое Механи- ческое переме- щение ЖидкостьЭлектрофорез (электроми- грация) Электрич. FFF Ультрацентрифуги- рование Седиментационные FFF Терми- ческие FFF Поточ- ные FFF ГазЭлектрофорезМасс- сепарация Ультрацентрифуги- рование

13 Екоаналітична хімія. Лекція 2. Примеры разделения: Экстракция 1 л воды + несколько мл органического растворителя, несмешивающегося с водой (ССl 4,, CHCl 3 и др.)

14 Примеры экстракционного извлечения органических токсикантов из вод Определяемые соединения ЭкстрагентМетод анализа ФенолЦиклогексанВЭЖХ, флуоресцентный детектор ПестицидыCHCl 3 ГХ, детектор электронного захвата НефтепродуктыCCl 4 ГХ, масс- спектрометрически й детектор Екоаналітична хімія. Лекція 2.

15 Екоаналітична хімія. Лекція 2. Примеры разделения: Твердофазная экстракция Твердая фаза: - сополимеры полистирола и дивинилбензола; -модифицированные силикагели С2, С4, С8, С18, С 6 Н 11, С 6 Н 5 ; нитрофенил-; аминопропил-; ДМА; цианопропил-; диол-; и просто силикагель; -оксид алюминия; -силикат магния (флорисил); - полиамид 6; -ионообменники.

16 Екоаналітична хімія. Лекція 2. Примеры разделения: Твердофазная экстракция

17 Екоаналітична хімія. Лекція 2. Примеры разделения: СКФЭ - Сверхкритическая флюидная экстракция Сверхкритический флюид- состояние вещества при температуре и давлении выше критических значений (выше критической точки) Критическая точка для CO 2 : 73 атм, С, плотность 0.47 г/см 3 О способности СКФ растворять вещества сообщили Хенней и Хоггарт в 1879 г.

18 Екоаналітична хімія. Лекція 2. Примеры разделения: СКФЭ Свойства флюидов

19 Екоаналітична хімія. Лекція 2. Примеры разделения: СКФЭ Флюид- среднее между жидкостью и газом Преимущества СКФЭ Растворяющее действие управляется давлением и температурой; После использования СКФ легко удаляются из экстракта; Экстрагируют при умеренных температурах высококипящие и термически нестабильные вещества.

20 Екоаналітична хімія. Лекція 2. Примеры разделения: СКФЭ CO 2 – «зеленый растворитель» Преимущества СКФ Нетоксичны, неопасны; недорогие; доступны в чистом виде

21 Екоаналітична хімія. Лекція 2. Примеры разделения: Дистилляция, сублимация Отгонка матрицы: при определении микрокомпонентов Co, Cr, Cu, Mo, Ni, Pb в воде 1 л воды испаряют несколько суток. Отгонка матрицы может сопровождаться потерями микрокомпонентов из-за механического уноса пробы с газовой фазой, испарения легколетучих форм микрокомпонентов и сорбции на поверхности посуды, используемой при выпаривании

22 Екоаналітична хімія. Лекція 2. Примеры разделения: Дистилляция, сублимация Сублимация – ртуть из почвы при 800 о С. Отгонка после химических превращений: AsH 3, SbH 3, ЭCl 4, ЭF 4 (Ge, Si, Ti, Sn, Zr, V), галогены, H 2 Se. Восстановители: Zn, NaBH 4.

23 Екоаналітична хімія. Лекція 2. Примеры разделения: Осаждение на коллекторе Коллекторы BaCrO 4, AgCN – рентгенфлуоресцентное определение сульфатов и хлоридов в водопроводной воде; Коллектор сульфид молибдена – рентгенфлуоресцентное определение мышьяка в воде и почве

24 Екоаналітична хімія. Лекція 2. Примеры разделения: Направленная кристаллизация и зонная плавка Примеси собираются в незамерзшей части слитка

25 Екоаналітична хімія. Лекція 2. Гибридные и комбинированные методы анализа Сочетание методов концентрирования и определения Концентрирование и определение органически не связаны- Условия концентрирования существенно влияют на метрологические характеристики определения- Комбинированные методы Гибридные методы

26 Екоаналітична хімія. Лекція 2. Гибридные методы анализа: экстракционно-фотометрический; экстракционно-атомно- абсорбционный анализ; экстракционно-эмиссионно- абсорбционный анализ; хроматография; твердофазное концентрирование – эмиссионный анализ (непламенный); твердофазное концентрирование – рентгенфлуоресцентный анализ.

27 Екоаналітична хімія. Лекція 2. Спасибо за внимание!