II. Число и характера фаз, принимающих участие в процессе концентрирования

СЛАЙД 5

Наибольшее значение имеют методы, основанные на распределении вещества между двумя фазами таким образом, что одна из фаз становится концентратом микрокомпонентов (см. таблицу).

Вещество существует в трех фазах (состояниях): твердое вещество, жидкое и газообразное. Поэтому различают три основные группы методов разделения и концентрирования: выделение одного или нескольких компонентов в твердую фазу, в жидкую и в газообразную.

1. Разделения, основанные на равновесии между твердой и жидкой фазами. Наиболее известны и чаще применяются оса­ждение и соосаждение, а также адсорбционная и ионообменная хроматография, электролиз на твердых электродах и метод зонной плавки.

2. Методы разделения, основанные на равновесии между дву­мя жидкими фазами: экстракция органическими растворителями, распределительная хроматография и электролиз на ртутном ка­тоде.

3. Методы разделения, основанные на удалении одного из компонентов в виде газа, имеют важное, хотя и ограниченное значение. К ним относятся определения влаги в различных ма­териалах, карбонатов отгонкой СО₂, а также отделение кремния в виде фторида и др.

Каждая из названных групп методов может включать как химические, так и физические методы концентрирования.

Однако известны также методы, основанные на разделении компонентов в одной фазе: электродиализ, электрофорез, диффу­зионные и термодиффузионные методы. Эти методы не вполне подходят под данную классификацию. Однако если представить себе, что компоненты системы под воздействием приложенной извне энергии разделяются на две части, которые могут быть изолированы, например, с помощью полупроницаемой мембраны при диализе, то и здесь можно условно говорить о распределении компонентов между двумя фазами.

Иногда встречаются и более сложные системы. Например, при экстракционном концентрировании микрокомпонентов может произойти расслаивание экстракта на две фазы с образованием трехфазной системы. Такие системы, естественно, не соответству­ют приведенной классификации.

Во многих случаях при анализе необходимо проводить многоэле­ментные определения (определение примесей тяжелых металлов в объектах окружающей среды, определение микрокомпонентов в почвах, растениях). Перед таким определением необходимо сконцентрировать сразу группу определяемых элементов. Однако не всегда можно за один аналитический прием оха­рактеризовать состав вещества. К тому же очень нужны и одно элементные определения (определение золота в рудах и концен­тратах, ртути в воздухе производственных помещений, дочерне­го элемента в материнском и др.). К сожалению, большинство одноэлементных методов, например спектрофотометрический и люминесцентный анализ, потому и являются одноэлементными, что присутствие нескольких компонентов в пробе искажает ре­зультаты определения или вообще не позволяет установить кон­центрацию нужного микрокомпонента. Следовательно, возникает необходимость устранить помехи, связанные с многоэлементностью пробы, повысить избирательность определения: маскировать матричные и другие мешающие компоненты, изменить степень окисления элемента матрицы или микрокомпонента, т. е. создать условия, в которых матрица и прочие микрокомпоненты не вли­яют на результаты. Такие условия обеспечиваются концентриро­ванием. Практика химического анализа требует от методов концентрирования решения проблемы как группового, так и индивидуального выделения микрокомпонентов.

 

Таблица Методы концентрирования микрокомпонентов, основанные на распределе­нии веществ между двумя фазами.

Фаза, содержащая концентрат микрокомпонентов	Фаза, содержащая элементы матрицы	Методы концентрирования
Жидкость	Жидкость	Экстракция микрокомпонентов, экстракция матрицы, распределительная хроматография
Твердое тело	Жидкость	Сорбция микрокомпонентов, соосаждение микрокомпонентов, электролиз и цементация микрокомпонентов
Жидкость	Твердое тело	Сорбция элементов матрицы, осаждение матрицы, электролиз матрицы, выщелачивание микрокомпонентов растворителями, направленная кристаллизация и зонная плавка
Газ	Жидкость	Испарение микрокомпонентов
Жидкость	Газ	Испарение матрицы и мокрое озоление
Газ	Твердое тело	Испарение микрокомпонентов
Твердое тело	Газ	Сублимация матрицы, испарение матрицы после химических превращений (сухое озоление и др.)

Виды концентрирования

СЛАЙД 6

I. По способу выделения определяемы компонентов:

1. Индивидуальное концентрирование - это процесс, в результа­те которого из образца выделяется один микрокомпонент или последовательно несколько микрокомпонентов.

удобно для всех многоэлементных методов определения (атомно-эмиссионный, рентгенофлуоресцентный, искровая масс-спектрометрия и т. д.)

Это тонкий и сложный процесс. Исследователю приходится оперировать не только с различиями свойств микрокомпонентов и матрицы; необходимо одновременно использовать различия в свойствах микрокомпонентов или создавать такие различия искусственно.

2. Групповое концентрирование — процесс, при котором за один прием выделяется несколько микрокомпонентов.

для одноэлементных (фотометрия, флуориметрия, атомно-абсорбционная спектрофотометрия).

II. По отношению определяемого микрокомпонента к макрокомпонентам (матрице):

1. Аб­солютное концентрирование — это операция, в результате кото­рой микрокомпоненты переходят из большой массы (объема) образца в малую; при этом повышается концентрация микрокомпонентов. Примером может служить упаривание матрицы при анализе вод, минеральных кислот и органических растворителей.

2. Относительное концентрирование — это операция, в результате которой увеличивается со­отношение между микрокомпонентом и главными мешающими макрокомпонентами, т. е. между элементом-примесью в концен­трате и элементом-основой. К последней в этом случае не относят растворитель. Главная цель относительного концентрирования — замена матрицы, по тем или иным причинам затрудняющей анализ, на иную органическую или неорганическую. На­пример, определяя в арсениде галлия содержание меди и цинка, можно экстрагировать матричные элементы активным кислород­содержащим растворителем и затем любым методом определять микрокомпоненты, освобожденные от мешающей матрицы.

На практике как абсолютное, так и относительное концен­трирование в чистом виде встречается редко, обычно их комби­нируют: заменяют матричные элементы на иную органическую или неорганическую матрицу и «сжимают» концентрат микро­компонентов до небольшой массы дополнительным воздействием, например простым упариванием.

III. По технике выполнения:

Удаление матрицы

Выделение микрокомпонентов

Необходимо принимать во внимание природу анализируемого объекта и формы существования в нем отдельных компонентов, используемый метод анализа, сложность, доступность и продолжительность выполнения, возможность сочетания с другими стадиями анализа и, прежде всего, такими как отбор пробы, разложение и т.п.

Если матрица простая, то удаляют ее (используя отгонку, выпаривание, выжигание, фильтрование и др.). Особенно часто к этому прибегают при анализе веществ высокой чистоты.

При сложной матрице, что встречается при анализе минералов, сплавов, почв, смесей различной природы, выделяют нужный компонент. Выделение матрицы по сравнению с удалением соответствующего компонента, как правило, требует повышенного расхода реактивов, повышает трудоемкость, потери компонентов. Выбор зависит также от имеющегося в распоряжении МРиК.