41419 str048 (4)

94 Ćwiczenie nr U

mówimy o gazowo-cieczowej chromatografii rozdzielczej, która wykorzystuje zjawisko absorpcji.

Ze względu na szerokie zastosowanie metod chromatograficznych w laboratoriach naukowych i przemysłowych, przedstawiono poniżej ideę rozdziału mieszaniny gazów lub cieczy w kolumnie chromatograficznej, a na rysunku 7 schemat chromatografu gazowego.

Rys. 7. Schemat ideowy chromatografu gazowego.

1 - butla z gazem nośnym, 2 - wentyl, 3 - filtry oczyszczające i osuszające, 4 - manometr,

5 - przyrząd dozujący, 6 - kolumna z adsorbentem, 7 - detektor, 8 - rejestrator samopiszący,

9 - termostat, 10 - przyrząd do mierzenia szybkości przepływu gazu.

4. PODSTAWY TEORETYCZNE CHROMATOGRAFII

Chromatografia gazowa należy do fizykochemicznych metod rozdziału mieszanin cieczy i gazów. Polega ona na podziale składników pomiędzy dwie przemieszczające się względem siebie fazy. Fazę ruchoma stanowi w chromatografii gazowej zawsze gaz lub para, stąd nazwa metody. Fazę nieruchomą tworzy porowaty adsorbent względnie odpowiednio trudno lotna ciecz, osadzona na nieaktywnym nośniku. W pierwszym przypadku jest to chromatografia w układzie gaz -ciało stałe (gazowa chromatografia adsorpcyjna), w drugim gaz - ciecz (gazowo-cieczowa chromatografia rozdzielcza).

Rozdział substancji pomiędzy obie fazy zachodzi pod wpływem działania dwóch przeciwnie skierowanych sil. Pierwsza, wywierana przez fazę ruchomą, wywołuje przemieszczanie się cząsteczek wzdłuż kolumny chromatograficznej, druga opóźnia ich ruch. Siła hamująca wynika z adsorpcji rozdzielanej mieszaniny przez fazę nieruchomą. Sorpcyjne oddziaływanie fazy nieruchomej jest w stosunku do różnych składników niejednakowo silne, w wyniku czego rozsuwają się one względem siebie i w formie pasm oddzielanych pasmami gazu nośnego, wypływającego z kolumny, wykrywane są detektorem i rejestrowane jako krzywe wymywania. Składniki identyfikuje się czasem przebicia (t,) lub objętością przebicia (V_t), przez co rozumie się czas upływający względnie przepływającą objętość gazu nośnego od momentu wprowadzenia próbki na kolumnę do momentu pojawienia się maksimum krzywej wymywania.

Procesy zachodzące w fazie nieruchomej mogą być opisane równaniem adsorpcji. Przedstawienie tych równań graficznie możliwe jest za pomocą izoterm adsorpcji. Podają one zależność masy adsorbowanego gazu "a" od jego ciśnienia ”p” w danej temperaturze. Zgodnie z klasyfikacją BET znanych jest 5 typów izoterm, oznaczonych cyframi od I do V. Typ izotermy zależy od chemicznej i fizycznej budowy adsorbenta, od jego aktywacji oraz rodzaju adsorbatu. Rysunek 8 przedstawia 5 typów izoterm adsorpcji fizycznej wg klasyfikacji Brunauera, Emmeta i Tellera.

Izotermy typu I są charakterystyczne dla węgla aktywnego i silikażelu. W przypadku tych adsorbentów, przy określonym ciśnieniu adsorbatu, adsorpcja zmierza do stężenia granicznego

m

(nasycenia). Masę substancji zaadsorbowanej w fazie stałej wyraża wzór:

^kJ>

1 + kjji gdzie: k, i k₂ - stale równania Langmuira;

p - ciśnienie adsorbowanej substancji (gazu).

5. CZĘŚĆ DOŚWIADCZALNA

Zadanie 1.

Oznaczanie składu mieszaniny gazowej N,. O,. CO, przez absorpcje w roztworach (uproszczony aparat Orsata - rvs. 9).

W tym doświadczeniu wykorzystujemy tylko część aparatu tj. jedną biuretę pomiarową do odmierzenia objętości próbki oraz dwa pierwsze (od strony biurety) naczyńka absorpcyjne zawierające r-r KOH do absorpcji dwutlenku węgla oraz alkaliczny roztwór pirogallolu.

Opis budowy i obsługi aparatu Orsata

Próbkę gazu pobrana do analizy odmierza się w biurecie gazowej (3) służącej również do pomiaru objętości gazu po wyabsorbowaniu kolejnych składników.

Butelki poziomowe (8) połączone wężami gumowymi z biuretami napełnia się nasyconą solanka zabarwioną kilkoma kroplami metyloranżu i zakwaszoną małą ilością kwasu siarkowego. Podnosząc butelkę wprowadzamy płyn do biurety gazowej (3), opuszczając usuwamy płyn z biurety, wprowadzając na jego miejsce gaz. Druga biureta (4) służy do odmierzania tlenu do spalania gazów palnych i w tym ćwiczeniu nie będzie wykorzystywana.

W celu przepłukania aparatu analizowanym gazem oraz wyrównania ciśnienia w aparacie z ciśnieniem atmosferycznym można połączyć biuretę (3) z atmosferą za pomocą kurka dwudro-żnego (15) poprzez kurek trójdrożny (9).

Za pomocą kurków jednodrożnych (11) łączy się biuretę (3) z poszczególnymi naczynkami absorpcyjnymi (2).

Przed pobraniem do aparatu próbki badanego gazu należy sprawdzić szczelność aparatu w przypadku nadciśnienia i podciśnienia.

W tym celu przy zamkniętych kurkach (11) i otwartym kurku (15) podnosi się naczynie poziome (8) do góry i wypiera część powietrza z biurety (3). Następnie zamyka się kurek (15) i odczytuje objętość pozostałego w biurecie gazu przy wyrównanych poziomach solanki w biurecie i naczyniu poziomowym.