Układ HPCL
Klasyczna chromatografia cieczowa polega na stosowaniu kolumn szklanych, które wypełnia się sorbentem i rozpuszczalnikiem. Do kolumny wprowadza się badaną próbkę zawierająca kilka składników i przepuszczając przez kolumnę rozpuszczalnik eluuje się z kolumny na poszczególne składniki. Składniki występujące w wycieku z kolumny oznacza się właściwa dla nich metodą, np. spektrofotometryczną, polagraficzną i in. czasami zwiększa się przepływ rozpuszczalnika przez kolumnę, stosując podwyższone ciśnienie. Klasyczna chromatografia cieczowa charakteryzująca się niską sprawnością kolumny i długim czasem rozdziału, ma ograniczoną użyteczność.
Dopiero zastosowanie wypełnienia o bardzo drobnym uziarnieniu (2-10 mikrom), pomp wymuszających przepływ fazy ruchomej pod dużym ciśnieniem oraz krótkich kolumn o długości do 250 mm, radykalnie poprawiło sprawność i szybkość rozdzielania...
Zestaw HPCL składa się z:
pompy (dla utrzymania wysokiego ciśnienia cieczy)
dozownika l;ub auto - samplera (doprowadzającego badaną próbkę do systemu)
detektora (analizator próbki)
skomputeryzowanego systemu obróbki danych lub rejestratora (zapisywanie chromatogramu)
Jak działa kolumna chromatograficzna?
Dlaczego ulegają rozdzieleniu?
Żółte lubią ruchomą fazę i poruszają się szybko jako pierwsze
Czerwone lubią fazę stacjonarna i dlatego poruszają się powoli
Niebieskie lubią stacjonarna najbardziej i dlatego poruszają się najwolniej
Detektory - służą do oznaczania stężeń substancji zawartych w rozpuszczalniku w momencie opuszczania kolumny chromatograficznej. Rozróżnia się dwa typy detektorów: mierzące sumaryczne właściwości cieszy i mierzące właściwości rozpuszczonej substancji.
EC - elektrochemiczne - mierzy prąd z elektrody roboczej (węgiel szklisty, Pt, Au) przy odpowiednim potencjale
bardziej czuła niż fluorymetria
wadami są: łatwość zanieczyszczenia elektrody oraz duża czułość na zmianę natężenia przepływ i temperaturę
wymaga wysokiej czystości rozpuszczalników oraz częstej kalibracji
MS - spektrometr mas - mierzy stosunek masy do ładunku jonu {m/z} - pozwala na identyfikację właściwych składników - masa molekularna/fragmentacja
Zastosowanie
Przydatność chromatografii cieczowej jest obecnie porównywalna do użyteczności chromatografii gazowej. Chromatografia cieczowa jest szczególnie przydatna do rozdzielania związków, których bez rozkładu nie można przeprowadzić w stan gazowy. Pozwala ona na rozdzielenie związków o bliskich sobie masach cząsteczkowych od ok 100 do kilku mln. Metoda nadaje się do identyfikacji i ilościowego oznaczania wielu związków organicznych w wodach i skałach osadowych. Wykazuje ona wiele zalew w oznaczaniu wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych, pestycydów, aldehydów, substancji powierzchniowo czynnych, węglowodorów, fenoli, estrów ftalowych i innych związków.
Techniki łączone
GC-MS
chromatografia gazowa z detekcją spektrometrii masowej
ICP-MS
spektrometria masowa z jonizacją w plazmie sprzężonej indukcyjnie (ICP)
HPLC-ICP-MS
wysokosprawna chromatografia cieczowa ze spektrometrią masową i jonizacją w plazmie sprzężonej indukcyjnie
HG-AAS
absorpcyjna spektrometria atomowa z generowaniem wodoru
FIA-FAAS
wstrzykowa analiza przepływowa z absorpcją spektrometrią atomową
ICP-AES
absorpcyjna spektrometria emisyjna z jonizacja w plazmie sprzężonej indukcyjnie
HG-GFAAS
absorpcyjna spektrometria atomowa połączonej z techniką generowania wodorków i zatężaniem in situ w kuwecie grafitowej
HGICP-OES
Obszar badań w analizie specjacyjnej
Frakcjonowanie (w sensie chemicznym, a nie że dzielimy na sicie na frakcje)
Rozwój pojęć analizy specjacyjnej spowodował w różnych elementach środowiska i ich próbkach wprowadzenie określeń typów specjacji, a następnie form i faz w odniesieniu do analizowanych analitów. Pojęcie frakcjonowanie zostało wyodrębnione z analizy specjacyjnej i dotyczy próbek lub matryc stałych lub fazowych. Po raz pierwszy zawiesina, pył zawieszony, osady ściekowe, komunalne, denne, kompostowe, przemysłowe można szczegółowo rozfrakcjonować wcześniej granulometrycznie, a następnie chemicznie.
Frakcjonowanie w tym przypadku jest to proces klasyfikacji analitu lub grupy analitów z danej próbki np.: ze względu na różny rozmiar cząstek czy różną rozpuszczalność lub właściwości chemiczne (reaktywność). Stwierdzono, ze zwiększona kumulację zanieczyszczeń obserwuje się już dla frakcji uziarnienia poniżej 0,2 mikrom. Im niższe uziarnienie tym większa kumulacja związków nieorganicznych i organicznych.
Frakcja I związana jest z metalami wymienialnymi. Frakcja ta związana jest z procesem adsorpcji metali na powierzchni ciał stałych. Jest ona najłatwiej dostępna, a przejście metalu z fazy stałej do wody może nastąpić np. przy zmianie składu jonowego wody, w wyniku przesunięcia równowagi w układzie sorpcja - desorpcja.
Frakcja II to metale związane z węglanami. Metale te mogą być uwalniane w wyniku obniżenia pH.
Frakcja III czyli metale związane z uwodnionymi tlenkami żelaza i manganu jest wrażliwa na zmiany potencjału utleniająco - redukującego. Jest ona termodynamicznie nietrwała w warunkach beztlenowych.
Frakcja IV to metale związane z materia organiczna. Metale z tej frakcji są chwilowo niedostępne, jednak z czasem zachodzące procesy rozkładu tlenowego bądź beztlenowego organicznej matrycy powodują przejście ich do toni wodnej, bądź do jednej z pozostałych frakcji.
Frakcja V to metale związane z frakcją pozostałą zawiera głównie minerały pierwotne i wtórne, z wbudowanymi w swojej sieci krystalicznej atomami metali. W warunkach naturalnych metale te praktycznie są niedostępne dla żywych organizmów i uważać je można za trwale unieruchomione. Dlatego biodostępność metalu zawartego w próbce zależeć będzie od formy, w jakiej jest on związany.
Analiza jakościowa i ilościowa
Chemia analityczna zajmuje się badaniem składu substancji, mieszaniny substancji lub roztworu. Kiedy analiza chemiczna ogranicza się do identyfikacji składników, mamy do czynienia z analizą jakościowa. Jeśli zachodzi konieczność określenia ilości składników w próbie danej substancji, to należy ja poddać analizie ilościowej.
Analiza ilościowa
Analiza ilościowa jest częścią analizy chemicznej opartą najczęściej na reakcjach chemicznych, wykorzystywanych w toku analizy jakościowej. Celem analizy ilościowej jest oznaczenie zawartości składników w badanej substancji lub w mieszaninie różnych substancji.
Ze względu na technikę postępowania w klasycznej analizie ilościowej wyróżnia się dwa działy:
analizę wagową (grawimetryczną)
analizę objętościową (wolumetryczną)
W analizie wagowej stosuje się metody wytrącania i ważenia osadów o ścisłe określonym składzie chemicznym lub wydzielania substancji lotnych, w wyniku suszenia bądź prażenia analizowanej substancji.
Analiza objętościowa polega na dokładnym mierzeniu objętości reagujących ze sobą roztworów, z których jeden ma ściśle określone stężenie.
Analizę objętościową dzieli się na:
alkacymetrię, wykorzystująca reakcje zobojętnienia (oznaczanie kwasów i zasad)
redoksometrię, opartą na przebiegających ilościowo reakcjach utleniania i redukcji (oznaczanie utleniaczy i reduktorów)
analizę strąceniową, w której zasadą oznaczeń są reakcje wytrącana trudno rozpuszczalnych osadów, np. oznaczanie jonu Cl- mianowanym AgNO3
analizę kompleksometryczną, wykorzystująca tworzenie związków kompleksowych przez roztwory mianowane i analizowane
Technika pracy w analizie objętościowej
Podstawowe znaczenie w analizie objętościowej ma zarówno dokładne określenie stężenia roztworu mianowanego, jak i precyzyjne mierzenie objętości reagujących roztworów (mianowanego i analizowanego). W metodach miareczkowych do odmierzania objętości używa się tzw. naczyń miarowych. Są to kolby miarowe, cylindry miarowe, pipety i biurety.
Wykonanie miareczkowania
W uchwytach statywu umieszcza się pionowo biuretę i napełnia roztworem mianowanym. Następnie do trzech kolb stożkowych odmierza się za pomocą pipety określoną objętość roztworu analizowanego i jeżeli to potrzebne, również kilka kropel indykatora (wskaźnika).
Z biurety dodaje się małymi porcjami (kroplami) płynu miareczkującego do roztworu badanego, równocześnie mieszając go ruchem wirowym kolby stożkowej.
W strefie punktu końcowego miareczkowania (PK) zmniejsza się szubkość i ilość dodawanego roztworu mnianowanego. Koniec miareczkowania jest sygnalizowany zmianą zabarwienia indykatora w roztworze analizowanym. W wielu przypadkach wygodniej jest posłużyć się wzorcem, co pozwala na szybkie ustalenue barwy roztworu w punkcie końcowym maireczkowania.
Alkacymetria
Metody analizy objętościowej, w których wykorzystuje się stechiometrię w reakcjach zobojętniania, nazywa się metodami alkacymetrycznymi. Przy oznaczaniu kwasu za pomocą zasady, lub oznaczania zasaddy za pomocą kwasu zachodzi reakcja neutralizacji, na skutek łączenia się jonów wodorowych kwasu i jonów wodorotlenkowych zasad w słabo zdysocjonowaną cząsteczkę wody.
H3O+ + OH- = 2H2O
Oznaczanie neinznaych ilości zasad mianowanychmi roztworami kwasów, nazywa się acydymetrią, natomiast kwasów mianwanymi roztworami zasad - alkalimetrią
typy miareczkowania:
miareczkowanie mocnych kwasów za pomicą mocnych zasad
miareczkowanie słabych kwasów za pomoca mocnych zasad
miareczkowanie słabnych zasad za pomoca mocnych kwasów
Przygotowanie i mnianowanie roztworów
W alkaxymetrii roztworami mianowanymi, tzn. takimi, które służą do oznaczania nienznych ilości zasad i kwasów jest naczjęściej ok 0,1 molowy roztwór Hcl.
Obliczyć ile mL toztworu Hcl potrzeba do pzygotowania 250 mL 0,1-molowego roztworu, gdy d=1,18 g/mL, Hcl - 36,2%.
Obliczamy masę HCl (ms) potrzebną do sporządzenia 250 mL 0,1 - molowego rozwtowu, kozystając ze wzrosu na stężenie molowe:
ms = Cm * MHCl * V
ms = 0,1 * 36,23 * 0,25
ms = 0,9115 g Hcl
Uzyskaną masę chlorowodoru przeliczamy na masę 36,23% roztworu Hcl
mr = ms / Cp * 100%
mr = 0,9115 / 36,23 *100 = 1,5259 g
przeliczamy masę roztworu na objętośc, ponieważ wagi analitycznej nie stosuje się do odważania substancji żrących, ze względu na możliwośc uszkodzenia (korozja)
Vr = mr /d
Vr = 2,5259 g/ 1,18 g/ml = 2,13 mL roztworu Hcl 36,23%
Przygotowanie 0,1 - molowego ropztworu NaOH
oblicz ile mL NaOH, gdy d = 1,50 g/Ml, o stężeniu 49,1%
mNaOH = 1,0 g NaOH
mr = 1 / 49,1 = 2,04
Vr = 2,04 / 1,5 = 1,36 mL roztworu NaOH 49,10%