Sloupcová adsorpční a kruhová chromatografie

Sloupcová adsorpční chromatografie

Princip:            Oddělení kationtů anorganických solí ( Cu^2+, Co^2+, Fe³⁺) na základě jejich různé adsorpční schopnosti na tuhou látku (Al₂O₃). Kationty vymýváme destilovanou vodou a jednotlivé ionty se zadrží podle své adsorpční schopnosti v různých vrstvách sloupce. Bezbarvé látky vyvoláme činidlem, které poskytuje barevné reakce.

Postup

 práce:              Připravíme si skleněnou trubici o průměru 8 mm, kterou dole opatříme zátkou ze skelné vaty a upevníme ve svislé poloze. Trubici napojíme na odsávání. Do trubice nalijeme suspenzi Al₂O₃ a vody. Vodu odsáváme a Al₂O₃ se usazuje v trubici. Když vrstva Al₂O₃ dosáhne výšky 10 cm, upevníme ji skelnou vatou a přidáme asi 1 ml připravených  roztoků kationtů Cu²⁺ (CuNO₃)^, Co²⁺ (CoNO₃), Fe³⁺ ( FeCl₃). Opatrně promýváme vodou ( za odsávání). Chromatogram rozvíjíme tak dlouho, až čelo dosáhne spodní části. Poté chromatogram vyvoláme prolitím roztoku K₄[Fe(CN)₆] a odsajeme. V trubici se vytvoří jednotlivé barevné pásy podle adsorpčních schopností jednotlivých látek na Al₂O_3.

_{potřebné chemikálie}

kolona naplněna oxidem hlinitým

 plnění kolony roztokem iontů

 výsledné zachycení iontů 

Závěr:               V sloupcové chromatografii, se podle svých adsorpčních vlastností, uspořádaly kationty v následujícím pořadí. Nejvýše byly železité ionty v podobě Berlínské modři z čehož vyplívá, že kolonou putovaly nejpomaleji, rovnice: 4Fe³⁺ + 3[Fe(CN)₆]^4- → Fe₄[Fe(CN)₆]₃. Uprostřed vrstvy Al₂O₃ byly měďnaté ionty, které se vybarvily v podobě Hatchetové hnědi dle rovnice: 2Cu²⁺ + [Fe(CN)₆]^4- → Cu₂[Fe(CN)₆]. Nejníže byly ionty Co²⁺, které putovaly kolonou nejrychleji za vzniku žlutozeleného zabarvení. Rovnice: 2Co²⁺ +[Fe(CN)₆]^4- → Co₂[Fe(CN)₆].

- Kruhová chromatografie

Princip:          Oddělení anorganických kationtů Cu²⁺,Ni²⁺,Fe³⁺ na základě jejich různé adsorpce na filtračním papíru. Kationty vymýváme směsí acetonu a HCl. Zabarvení jednotlivých pásů prohloubíme amoniakem.

Postup

 práce:            Připravíme si chromatografický papír (kolečko filtračního papíru s vystřiženým klínkem) a položíme jej na Petriho misku. Na papír jsme kapilárou nanesli roztoky solí CuSO₄, NiSO₄, FeCl₃ do tvaru mezikruží o průměru 1,5mm. Po každém nanesení roztoku solí necháme chromatogram vysušit tak, že zůstane pouze barevná stopa po každém z nich. Roztoky solí se nanášejí na sebe. Takto připravený chromatogram položíme na Petriho misku, ve které je vyvíjecí roztok - 9 dílů acetonu : 1 dílu koncentrované HCl. Druhou miskou papír přiklopíme. Vyvíjení končí, když chromatogram dosáhne okraje misky. Vyvolávacím činidlem je v tomto případě roztok amoniaku, který tvoří s Cu²⁺ a Ni²⁺ barevné komplexy a s Fe³⁺ sraženinu hydroxidu. 

schéma tvorby chromatogramu

ponoření výseče do soustavy rozpouštědel

 vzlínání iontů

 zviditelňování skvrn pomocí amoniaku

výsledná chromatogram

Závěr:            V kruhové chromatografii putovaly nejpomaleji nikelnaté ionty podle rovnice: Ni²⁺ + 4NH₃ → [Ni(NH₃)₄]²⁺. Rychleji putovaly měďnaté ionty dle rovnice: Cu²⁺ + NH₃ → [Cu(NH₃)]²⁺. Nejrychleji putujícími ionty v kruhové chromatografii (doputovaly nejdál) jsou Fe³⁺ ionty, které s amoniakem tvoří sraženiny hydroxidu - Fe³⁺ + 3OH^- → Fe(OH)_3.

- Obecně tedy platí, že nezáleží na tom, jakou směs odpuzujeme, ale záleží na uspořádání pokusu, tedy na uspořádání stacionární a mobilní fáze. 

Demineralizace vody

Princip:          Demineralizace vody provádíme pomocí iontoměničů – anexu a katexu. Iontoměniče jsou vysokomolekulární látky, obvykle syntetické, obsahující skupiny schopné výměny kationtů a aniontů (např.: -SO₃H,-NR₃OH).

                        Při demineralizaci vody používáme katexy pracující v cyklu H⁺ (vyměňují kationty z roztoku za vodíkové kationty) a anexy buď slabě, nebo silně bazické, které vyměňují anionty z roztoku za ionty OH^- . Silně bazické anexy zachycují i ionty slabých kyselin, vážou tedy i křemičitany a demineralizace vody je dokonalejší.

·         Funkci iontoměničů lze vyjádřit rovnicemi:

M_k.H₂ + Ca²⁺ → M_kCa +2H⁺

M_a.OH + Cl^- → M_a.Cl + OH^-

2M_a.OH + SO₄^2-  → (Ma)₂.SO₄ + 2OH^-

Regenerace katexu se provádí pomocí 5%tní HCl, regenerace anexu 5%tním roztokem NaOH. Iontoměniče se dodávají v podobě zrnek o průměru 0,5 – 2,5mm. Plní se do koon, přitom je nutno pamatovat na to, že vlivem bobtnání dochází ke zvýšení objemu až o 40%. V kolonách nesmí být bublinky vzduchu. Při práci je nutno udržovat přibližně stejnou výšku hladiny přiváděné vody nad iontoměničem a udržovat konstantní průtok vody.

Každý měnič má jen určitou zásobu výměny schopných iontů, tj. výměnnou kapacitu. Za určitých podmínek provozu (velikost zrn, rychlost průtoku vody, teplota) lze stanovit užitečnou výměnnou kapacitu c_už.

·         Například pro katexy: c_už =  

                                                                     

                                                                       V = π . r² . h

                                                                       T_celk = F_ř . F_t . C_KIII . V_KIII

          Pomůcky a chemikálie:        odměrný válec 1l 3x, byreta, 100ml pipeta, iontoměnič, amonný ústoj,                  ECHČT, Komplexon III, HCl

          Postup:          1) Připravíme si všechny pomůcky, odměrné válce k odtoku, připravíme si byretu a všechny potřebné věci k titraci.

                              promývání iontoměniče

           

                       2) Z kohoutku odebereme do kádinky vodu. Odpipetujeme 100ml a získáme hodnotu, ke které bychom se měli ve výsledku přiblížit.

                       3) Regenerujeme katex promytím kolony 5%tní HCl.

                       4) Hned po regeneraci odebíráme první válec vody, ze kterého odpipetujeme 100ml vody a ztitrujeme.

                       5) Musíme udržovat konstantní hladinu = přítok a odtok musí být v rovnováze. Případný pokles či nárůst hladiny musíme korigovat tlačkou.

                       6) Z každého 1l válce odpipetujeme 100ml vody a ztitrujeme komplexonem III za přídavku amonného ústoje. Díky indikátoru ECHČT pozorujeme barevný přechod z červené do modré bravy.

                       7) Hodnoty by měly jít od nejnižší, až do hodnoty naší – na začátku ztitrované- vody z kohoutku. Pokud hodnoty kolísají, je nutno provést měření – včetně regenerace katesu- od začátku. Jakmile se přiblížíme k počáteční hodnotě zhruba 0,5ml. Měření ukončíme.

                       8) Hodnoty zapisujeme do tabulky, poté vytvoříme graf a provedeme výpočty.

         Tabulka:

Č.m.	VKIII[ml]	T [mmol/l]
1	4,1	0,41
2	4,75	0,475
3	4,8	0,48
4	4,9	0,49
5	4,8	0,48
6	5,1	0,51
7	5,5	0,55
8	6,3	0,63
9	6,5	0,65
10	6,95	0,695
11	7	0,70
12	7,3	0,73
13	7,8	0,78
14	7,9	0,79
15	8,2	0,82
16	8,35	0,835
17	8,6	0,86
18	8,65	0,865
19	8,7	0,87
20	8,75	0,875
21	8,8	0,88
22	8,9	0,89
23	9,2	0,92

            Výpočty:          

1.      Výpočet tvrdosti neměkčené vody:          F_ř =  = 10              Ft = 1        C_KIII = 0,01 mol/l

T_celk = F_ř . F_t . C_KIII . V_KIII       

T_celk = 10 . 1 . 0,01 . 9,6

T_celk = 0,96 mmol/l

2.      Výpočet objemu iontoměniče:              h = 3,5cm                  r = 2,5 cm

V = π . r² . h

V = π . 2,5². 3,5

V = 68,722 cm³

V= 6,8722.10^-2 dm³ = 6,8722.10^-5m³

3.      Výpočet užitečné výměnné kapacity:        

Q_už = 4,95dm³       T_celk =  0,96 mmol/l            V= 6,8722.10^-2 dm³

c_už = =  = 69,15

4.      Stanovení katexu na změkčení  1m³ vody :

x…………...1m³

6,87……….4,95.10^-3

X=                            X=13,88.10^-3

potřebné pomůcky + iontoměnič

 graf, ze kterého zjistíme Quž