Глава 9

9.1. Общая характеристика и классификация

Всякий раз, когда химик сталкивается с необходимостью анализа сложного объекта, в котором наряду с интересующим его соединением содержится много других веществ, и, кроме того, концентрация этого соединения очень мала, перед ним обязательно встают следующие проблемы. Во-первых, как добиться того, чтобы посторонние вещества не мешали определению? Во-вторых, можно ли повысить концентрацию вещества в исследуемом объекте? Для решения подобных проблем в аналитической химии используют разнообразные методы разделения и концентрирования.

Разделение - любой процесс или операция, в результате которых компоненты, составляющие исходную смесь, отделяются один от другого. Процесс, в котором нужные компоненты выделяют в самостоятельную фазу или часть фазы, называется выделением.

Концентрирование - процесс или операция повышения содержания определяемого вещества по отношению к матрице или матричным компонентам.

Концентрирование является частным случаем разделения. В основе этих операций лежат, как правило, одни и те же процессы. Различие между ними заключается в целях проведения. Цель разделения - упрощение способов определения интересующего нас вещества, цель концентрирования - снижение предела обнаружения (определения) вещества.

Для количественной характеристики эффективности разделения и концентрирования используют, соответственно, коэффициент разделения и коэффициент концентрирования. Рассмотрим, например, процесс разделения веществ, основанный на их различном распределении между двумя фазами. Отношение общих концентраций вещества в одной и второй фазах называется коэффициентом распределения (D).

-=[[pp[Коэффициент разделения (K_A/B) - это отношение коэффициентов распределения двух веществ.

Разделение считается эффективным, если значение K_A/B велико, а произведение D_AD_B близко к 1.

Коэффициент концентрирования – величина, показывающая во сколько раз изменяется отношение абсолютных количеств микро - и макрокомпонента в концентрате по сравнению с исследуемой матрицей.

В настоящее время известны десятки различных методов разделения и концентрирования веществ. Единой и общепринятой их классификации нет. Обычно в качестве основного классификационного критерия используют наличие и характер фазовых переходов.

Методы разделения, основанные на различном межфазном распределении веществ, в которых одна из фаз является подвижной, а другая - неподвижной и процесс переноса вещества между ними происходит многократно, называются хроматографическими. Хроматографические процессы могут протекать в системе жидкость-жидкость (жидкость-жидкостная хроматография), жидкость - твёрдое вещество (адсорбционная хроматография, ионообменная хроматография и др.), газ - жидкость (газожидкостная хроматография) и т.д.

9.2. Жидкость - жидкостная экстракция

Жидкость-жидкостная экстракция - метод разделения и концентрирования веществ, основанный на их различном распределении между двумя несмешивающимися жидкими фазами, обычно между водой и несмешивающимся с ней органическим растворителем.

Жидкая фаза (органический растворитель или их смесь), в которую переходит вещество, например, из водной фазы называется экстрагентом. Если экстракция обусловлена образованием новых химических соединений, то экстрагентом обычно называют реагент, при взаимодействии с которым образуется экстрагируемое соединение. Отделённая органическая фаза, содержащая вещество, экстрагированное из водной фазы, называется экстрактом. Процесс обратного извлечения вещества из экстракта в водную фазу называется реэкстракцией. Раствор, используемый для извлечения вещества из экстракта, называется реэкстрагентом. Отделённая водная фаза, которая содержит вещества, извлечённые из экстракта в результате реэкстракции, называется реэкстрактом.

9.2.1. Количественные характеристики экстракционного равновесия

Экстракционное равновесие описывается с помощью закона распределения Нернста.

При постоянной температуре третий компонент, добавленный к системе, состоящей из двух несмешивающихся или ограниченно смешивающихся жидкостей, распределяется между ними в определённом постоянном для данной температуры соотношении.

K⁰ - термодинамическая константа экстракции

На практике для описания экстракционного равновесия используют:

• константа распределения (P₀),

• коэффициент распределения (D),

• степень однократной экстракции (R),

• константа экстракции (K_ex).

Константа распределения - это отношение равновесной концентрации строго определённой формы вещества в органической фазе к равновесной концентрации этой же формы в водной фазе.

Коэффициент распределения - это отношение общей концентрации всех форм существования экстрагируемого вещества в органической фазе к общей концентрации всех его форм, находящихся в водной фазе.

Например, при экстракции слабой кислоты из водной фазы неполярным органическим растворителем

Степень однократной экстракции - доля вещества от его начального количества, экстрагируемая в фазу органического растворителя за одну экстракцию при данных условиях.

Если в процессе экстракции протекает химическая реакция, то для характеристики экстракционного равновесия используют константу экстракции. Например

