hromatografija u kvalitativnoj analizi neorganskih …sraspopovic.com/baza znanja...

Analitička hemija 1, maj 2009.

[email protected] 1

HROMATOGRAFIJA U KVALITATIVNOJ ANALIZI

NEORGANSKIH JONANEORGANSKIH JONASlavica Ražić

Separacione metode analize

2


[email protected] 2

Šta je hromatografija?

Hromatografija je fizičko-hemijska metoda g j j jza razdvajanje smeša različitih supstanci.

Razdvajanje• Identifikacija

• Određivanje

K t i j• Koncentrisanje

• PrečišćavanjeKomponenteSmeša

3

… razdvajanje komponenata se postiže procesom stalne raspodele molekula ili jona između pokretne ( bil ) i k t ( t ) f(mobilne) i neopokretne (stac.) faze.

4


[email protected] 3

Ilustracija hromatografije

Razdvajanje

Stacionarna faza

Smeša Komponente

Razdvajanje

Mobilna faza

Komponente Afinitet prema stacionarnoj fazi

Afinitet prema mobilnoj fazi

Plava ---------------- Nerast.u mobilnoj faziCrna

CrvenaŽuta

Smeša Komponente

5

Hromatografija se zasniva na različitim ravnotežnim procesima (mehanizmima):

Teorijski principi hromatografije

adsorpciji (adsorpciona hr.) različitoj rastvorljivosti (particiona ili podeona hr.) jonskoj izmeni (jonoizmenjivačka hr.) i penetraciji kroz pore razl. vel. (gel ekskluziona hr.)


[email protected] 4

Adsorpcija - interakcija ili vezivanje komponenti uzorka na čvrstoj površini (na aktivnim mestima).

adsorpcija ⇔ desorpcija ⇓

raspodela

7

Adsorpcija # Apsorpcija

F ši i k d

Penetracija supstance (A) u supstancu (B); zauzimanje intermolekularnogFenomen na površini kada su

molekuli ili joni privučeni na površinu (B).

intermolekularnog prostora (B).

Razdvajanje je rezultat adsorpcije i desorpcije;A – adsorbat, B - adsorbent


[email protected] 5

Particija (raspodela) - proces raspodeljivanja pri čemu kompraspodeljivanja, pri čemu komp. uzorka grade homogene rastvore u svakoj od faza.

9

Jonska izmena - ravnotežna reakcija stehiometrijske izmene jona između jona fiksiranih za smolu i jona u rastvoru.j

Penetracija kroz pore - ekskluzija

stac. faza je čvrsta porozna supstanca, najčešće gel solvatisani molekuli većeg promera od pora ne

penetriraju kroz gel a manji penetriraju penetriraju kroz gel, a manji penetriraju brzinom zavisnom od veličine (gel-filtraciona ili gel-ekskluziona hr.)

10


[email protected] 6

U i h t f k d j j jU osnovi hromatografskog razdvajanja je

razlika u osobinama komponenti smeše što

uslovljava kretanje različitim brzinama i

različitu raspodelu između stacionarne i

mobilne fazemobilne faze.

... po kinetičkoj teoriji!

11

tečna hromatografija stac. f. smeštena u cevi (koloni),

Kolonska hromatografija

primenjena tehnika ⇒ eluiranje

kretanje mobilne faze: pod uticajem zemljine teže ili pod p

preparativne i analitičke kolone

12


[email protected] 7

(a) Razdvajanje smeše sastojaka A i B eluacionom hromatografijom na koloni (b) Izlazni zapis odgovora detektora na različitim stupnjevima eluiranja

13

Koeficijent (odnos) raspodele

cs, cm – ukupna konc. supst. u stacionarnoj odn mobilnoj fazi

scK = u stacionarnoj odn. mobilnoj fazi

dinamička ravnoteža – raspodela soluta između dve faze koje se ne mešaju

K se ne može odrediti direktno iz

mcK =

K se ne može odrediti direktno iz hromatograma, ali retenciono vreme može!

14


[email protected] 8

u idealnom slučaju K je const. u širokom opsegu koncentracija – linearna hr. – Sl. (b)

u praksi linearnost postoji samo sa nižim koncentracijama u praksi linearnost postoji samo sa nižim koncentracijama supst. Sl. 1 (a) i (c)

(a) (b) (c)

15

Retencioni faktor – odnos količina supst. u dve faze

m

s

mm

ss

m

s

VVK

VcVc

nnk ⋅=

⋅⋅

==

16


[email protected] 9

AM

signal detektora

MARAR ttt −= )()'(

tR - retenciono vreme, vreme zadržavanja supstance u mobilnoj fazi

vreme

supstance u mobilnoj fazitM – retenciono vreme mobilne faze (“dead time”)

(t'R)A - prilagođeno retenciono vreme supst. A (tR)A - ukupno retenciono vreme supst. A

17

Retencioni faktor se može definisati i preko retencionog vremena:

M

R

ttk '

=gMt

- najoptimalnije: k = 1- 5 k < 1 - supstance se eluiraju suviše brzo i teško se mogu razlikovati od mobilne f. k > 20 – razvijanje hromatograma predugo trajek > 20 razvijanje hromatograma predugo traje

18


[email protected] 10

Faktor selektivnosti ili separacioni faktor ... je kvantitativna mera razdvajanja dve supstance

- odnos koeficijenta raspodele ili retencionih faktora dve komponente ili retencionih vremena:

AR

BR

A

B

A

B

tt

kk

KK

)'()'(

===α

Direktno iz hromatograma!

veće α ⇒ lakše razdvajanje komponenata ☺

19

Često se sve supstance ne mogu eluirati jednim

rastvaračem; drugi rastvarač ili smeše povećavaju

snagu eluiranja!

brzina kretanja komponenti = f(koeficijenti raspodele)

razdvajanje (zone ili trake)..…analiza - detekcija ⇓

UV, fluorescentni, MS, detektori sa diodnim nizom,…

intenzitet signala = f(koncentracija komponente) intenzitet signala f(koncentracija komponente)

povećanje pređenog puta ⇒ bolje razdvajanje ☺

povećanje pređenog puta ⇒ širenje traka

(ne može se izbeći!) 20



Pošto je razdvajanje traka brže od njihovog širenja,komponente se uspešno razdvajaju, pod uslovom da jekolona dovoljno duga.

“Sposobnost” kolone da daje uske i oštre pikova ⇓

efikasnost kolone

visina pika ⇒ detekcija

ređe kvantifikacija zbog veće zavisnosti od…ređe kvantifikacija zbog veće zavisnosti odeksperimentalnih uslova (brzina mobilne faze, brzinaunošenja uzoraka, temperatura kolone i dr.)

21

…. a površina pika ⇒ kvantifikacija

kalibraciona kriva za svaku komponentu

sastav standarda približan sastavu uzorka

kontrolisani eksperimentalni uslovi

sertifikovani standardni materijali

metoda unutrašnjeg standarda

22



c

U slučaju adsorpcione hr. afinitet prema adsorbensu definisan je adsorpcionim koeficijentom:

m

sa c

cK =

cs, cm – ukupne konc. supst. u stacionarnoj odn. mobilnoj fazi

23

Da bi se supst. uspešno razdvajale neophodna je

dovoljna razlika Ka!

stepen adsorpcije zavisi od gustine i jačine aktivnih mesta na površini adsorbensa kao i od veličine površine

adsorpcija ⇔ desorpcijaadsorpcija ⇔ desorpcija⇓

dinamička ravnoteža - raspodela između faza

24



Adsorbensi: silikagel, Al2O3, aktivni ugalj, MgO,MgCO3, CaO, CaCO3, razni silikati itd.

Na+ na površini u obliku aluminata ⇒ r. jonske izmene ⇒

Al2O3 kao katjonotropni jonski izmenjivač (bazni):

Al O N + MCl Al O M+ N ClAl–O–Na+ + MCl → Al–O–M+ + NaCl

25

Razdvajanje Fe3+, Cu2+ i Co2+ na baznom Al2O3

Metoda: hr. na koloni

Rastvor za analizu: 0,1% FeCl3,

Primer 1

, 3,

CuCl2 i CoCl2Adsorbens: bazni Al2O3

Eluent: dest. voda

Izazivač: 1% K4[Fe(CN)6]

Afinitet: Fe 3+ > Cu 2+ > Co 2+

26



Tretiranjem sa kis. (HCl ili HNO3) ⇒ kiseli ili anjonotropni

Al2O3: Al–ONa+ + HNO3 → Al–NO3

- + NaOH

…ovako pripremljen funkcioniše kao anjonski izmenjivač. R d j j Cl - B - I- i S2 d i h

Metoda: hr. na koloni

Rastvor: smeša Cl-, Br-, I- i S2-

Adsorbens: kis Al O

Razdvajanje Cl , Br , I i S2- adsorpcionom hr.

na stubu kiselog aluminijum-oksida Primer 2

Adsorbens: kis. Al2O3

Eluent: dest. voda

Izazivač: AgNO3

I - > Br - > Cl - > S 2-27

stacionarna f. su jonoizmenjivačke smole: katjoniti i anjoniti

Jonoizmenjivačka hromatografija

Katjoniti sadrže kisele funkcionalne grupe vezane za aromatični prsten smole (-SO3H, -COOH).

jonska izmena:

nRz-SO3-H+ + Mn+ ⇔ (Rz-SO3)nM + nH+

nRz COOH+ + Mn+ (Rz COO) M + nH+nRz-COOH + Mn ⇔ (Rz-COO)nM + nH

Ravnoteža se može pomeriti ← ili → povećanjem

[H+] ili [Mn+] ili smanjenjem u odnosu na količinusmole! 28



Anjoniti sadrže bazne funkcionalne grupe

vezane za smolu (-NR3+OH-, -NH3

+OH-):

nRz-NR3+OH- + An- ⇔ (Rz-NR3)nA + nOH-

nRz-NH3+OH- + An- ⇔ (Rz-NH3)nA + nOH-nRz NH3 OH A ⇔ (Rz NH3)nA nOH

- R je obično -CH3

29

[ ]RzMK

selektivno razdvajanje eluiranjem

Raspodela jona između rastvora i smole definisana je koef. raspodele:

( )[ ][ ]+=+ M

KM

primena u analizi neorganskih jed.

Razdvajanje Na+ i K+

K(K+) > K(Na+) … a to znači:

Primer 3( ) ( )

K+ se jače vezuju na smolu od Na+, K+ sporije putuju kroz kolonu, eluiranjem sa HCl prvi izlaze Na+ pa K+

30



Prečišćavanje vode (obično rečne ili jezerske):

komercijalne kolone kao kombinacija kiselih katjonskih i baznih anjonskih jonoizmenjivača

Primer 4

Koncentrisanje

joni prisutni u nižim koncentracijama skupljaju se na koloni, a potom eluiraju mnogo manjim zapreminama eluensa

Koncentrisanje tragova elemenataP i 5 Koncentrisanje tragova elemenata iz morske vode kao realnog uzorka

Primer 5

31

Razdvajanje Co2+ i Ni2+ na anjonskom izmenjivaču

Metoda: jonoizmenjivačka hr.

R li Ni2 i C 2

Primer 6

Rastvor: soli Ni2+ i Co2+

Eluent: 9M i 3M HCl

Razdvajanje hloridnih formi Ni2+ i Co2+

eluiranjem sa 9M i 3M HCl

9M HCl Co2+ + 4Cl- → CoCl42- eluiranje Ni2+

3M HCl Ni2+ + Cl- → NiCl+ eluiranje Co2+

32



Metode razdvajanja na papiru i tankom sloju su:

jednostavne,

Planarna hromatografija

jed osta e, brze,

ekonomične primenljive u analizi neorg. i org. jed.

Papirna hromatografija

različita rastvorljivost u vodi vezanoj za celulozu

(stac. f.) i mobilnoj f. ⇒ particiona hr. tipa tečno ⇔ tečno

adsorpcioni fenomeni na vlaknima celuloze 33

Postupak: nanošenje uzoraka (standarda), razvijanje hromatograma (mobilna f. – razvijač) izazivanje hromatograma – karakterizacija komp.

- retencioni faktor - RF, zavisi od eksp. uslova: Rf = put komponente / put rastvarača

- kvalitativna identifikacija j ⇓ upoređivanje sa standardima

34



s

ccK =

Rf = put komponente / put rastvarača....

Korelacije

mcRf < 1

cs ↑ ⇒ Rf ↓ odn. cm ↑ ⇒ Rf ↑

35

KA > KB > KC Rf(A) < Rf(B) < Rf(C)

• Iseći trake filtar papira

l k

... u laboratoriji

• Nacrtati olovkom liniju na 1 cm od ivice

• Označiti svaku traku • Naneti uzorke odn.

standarde na startne linije.



papirna traka

Rf

uzorak ili standardmobilna faza

Rf

36

Primer 7 Razdvajanje katjona u smešama različitih

rastvarača papirnom, uzlaznom hr. (Rf vrednosti)

Metalni jon Mobilna faza

C4H9OH + C4H9OH + C4H9OH + aceton + 4H9OH 1M HCl

4H9OH 10% HNO3

4H9OH 10% HBr

aceton H20 + HCl

Ag+ 0,0 0,23 0,03 0,92

Pb2+ 0,0 (“tailing”) 0,15 0,41 0,73

Bi3+ 0,65 0,27 0,95 /

Cu2+ 0,10 0,17 0,15 0,65

Cd2+ 0,60 0,19 0,95 0,94

... detekcija sa H2S, (NH4)2S ili 8-hidroksihinolinom



Jedno- i dvodimenzionalna hromatografija

0

kap smeše!

rastvarač Nekoliko sati kasnije!

Okrenuti papir za 900 i upotrebiti drugi rastvarač!

Nekoliko sati kasnije!

38

Razdvajanje biljnih pigmenata

realni uzorci

40



Razdvajanje katjona IV analitičke grupe

(Ba2+, Ca2+i Sr2+) papirnom hr.

Metoda: papirna hr. priprema sa 4%-nim rast. vinske

kis. Ili njene soli

Primer 8

Rastvor: smeša soli Ba2+, Ca2+ i Sr2+

Eluent: dest. voda

Izazivač: 0,2%-ni Na-rodizonatRazdvajanje je zasnovano na različitoj pokretljivosti

t t t ih k l ktartaratnih kompleksa

U neutr. sred. izazivač daje crvenosmeđ talog sa Sr2+ i Ba2+

1M HCl rastvara Sr-rodizonat, a Ba-rodizonat postaje crven

0,5M NaOH ljubičasta boja dokazuje Ca2+41

ista tehnika kao kod papirne hromatografije - stacionarna faza:

Tankoslojna hromatografija

♦ tanak sloj čvrste porozne supst. (silikagel, Al2O3,…) ili

♦ tanak sloj tečnosti na poroznoj supst. kao nosaču

Tip ravnoteže koja se uspostavlja zavisi od sastava

tankog sloja (raspodela između dve teč. faze, adsorpcijatankog sloja (raspodela između dve teč. faze, adsorpcija

ili jonska izmena).

- poboljšano odvajanje jona posle kompleksiranja sa organskim reagensima 42



razdvajanje primarno na osnovu razlike u veličini molekula supstanci

Gel-hromatografija(gel-ekskluziona ili gel-permeativna hr.)

molekula supstanci kolone ispunjene zrncima visoko poroznog

materijala (gelovi)

adsorpcija rastvarača ⇒ bubrenje gelova

⇓

Stvaranje pora ispunjenih velikom kol. rastvarača.Iako se kao stacionarna f. navodi gel, to jerastvarač unutar pora gela i koji ima isti sastavkao mobilna faza. 43

Granične veličine molekula: veliki molekul koji ne ulazi u pore gela (totalna ekskluzija) i mali molekul koji ulazi u sve pore (totalna permeacija)

Izbor gela zavisi od veličine molekula supstanci koje treba razdvojiti.

Primena: u biohemiji – razdvajanje proteina, peptida, nukleinskih kiselina,…

44



Provera znanja i pitanja za vežbu

1. Koji je osnovni princip hromatografije kao separacione tehnike?(slajdovi 3 I 4)

2. Objasniti mehanizam adsorpcije u hromatografiji.2. Objasniti mehanizam adsorpcije u hromatografiji.(slajdovi 7 I 8)

3. Definisati particionu hromatografiju.(slajdovi 6 i 9)

4. Objasniti mehanizam jonske izmene.(slajdovi 6 i 10)

5 Napisati reakciju jonske izmene M2+ jona na jako5. Napisati reakciju jonske izmene M jona na jako kiselom jonskom izmenjivaču.(slajd 28)

6. Napisati reakciju jonske izmene A2- jona na jako baznom jonskom izmenjivaču.(slajd 29) 45

7. Definisati koeficijent raspodele (K) i retencioni faktor (k).(slajdovi 14, 16 i 18)

8. Definisati faktor selektivnosti (α). Zašto je ovaj parametar značajan?(slajd 19)(slajd 19)

9. Kom tipu hromatografije pripada papirnahromatografija? Definisati stacionarnu i mobilnu fazu.(slajd 33)

10. Ukoliko Rf vrednosti komponenti smeše A, B i C slede niz: Rf(A) < Rf(B) < Rf(C) napisati u kom su odnosu odgovarajući koeficijenti raspodeleodgovarajući koeficijenti raspodele.(slajd 35)

11. Objasniti princip na kome se zasniva razdvajanja smeše Ca2+, Sr2+ i Ba2+ jona papirnom hromatografijom.(slajd 41)

46



12. Objasniti princip razdvajanja u gel-filtracionojoj odn. gel-ekskluzionij hromatografiji. (slajdovi 6 i 10)

13 Objasniti princip na kome se zasniva razdvajanje katjona13. Objasniti princip na kome se zasniva razdvajanje katjona (Fe3+, Cu2+ i Co2+) na stubu baznog Al2O3.(slajd 26)

14. Objasniti princip na kome se zasniva razdvajanje anjona(Cl-, Br-, I- i S2- ) na stubu kiselog Al2O3.(slajd 27)

15. Objasniti princip razdvajanja smeše Ni2+ i Co2+ jona primenom anjonskih izmenjivača.(slajd 32)

47

hromatografija u kvalitativnoj analizi neorganskih …sraspopovic.com/baza znanja...

Documents