Концентрирование микропримесей
1) Выпаривание
выпаривание воды из проб – самый простой способ концентрирования и вполне доступный. Так легко можно увеличить концентрации растворенных веществ в 10 – 100 раз.
Однако, существуют недостатки:
концентрируются не только определяемые в воде микрокомпоненты, но и макрокомпоненты при высоких концентрациях обычно мешают определению,
нередко происходит выпадение осадков, дальнейшее определение которых фильтрованием может привести к потере определяемых компонентов пробы,
потери и даже удаление определяемого вещества происходит, если это вещество летуче при температуре выпаривания,
возможно и загрязнение пробы веществами, извлекаемыми из материала посуды.
Значительно эффективнее выпаривание после экстракции, т. е. выпаривание экстрагента.
Экстракция
Экстракция органических веществ растворителями наиболее распространенный метод концентрирования при анализе вод. Сильная зависимость коэффициентов распределения от характера взаимодействия извлекаемого вещества с экстрагентом и водой позволяет с остаточной мерой вероятности предсказать группу растворителя для извлечения тех или иных органических веществ.
Для группового экстрагирования чаще всего рекомендуют циклогексан, хлороформ, метиленхлорид, диэтиловый эфир.
Экстрагенты должны удовлетворять довольно жестким требованиям:
экстрагенты должны обладать хорошей способностью извлекать выделяемое вещество или группу веществ,
экстрагент должен отличаться малой растворимостью в воде и вода, с другой стороны, должна мало растворяться в экстрагенте,
желательно, чтобы применяемый экстрагент имел достаточно высокую температуру кипения, не ниже 50 оС,
плотность экстрагента должна как можно больше отличаться от плотности анализируемого раствора,
экстрагент не должен взаимодействовать с компонентами анализируемого раствора,
экстрагент должен быть чистым и легко регенерироваться в лабораторных условиях.
Степень экстракционного извлечения (фактор извлечения R) зависит от константы распределения (Р0) этого вещества между органическим растворителем и водой и выражается формулой:
,
где r – отношение объемов водной и органической фаз (Vводн./Vорг.).
Из этого уравнения следует, что при прочих равных условиях степень извлечения вещества тем больше, чем больше константа распределения и чем меньше отношение объемов.
Если извлечение проводят многократно одинаковыми объемами растворителя, то степень извлечения после m таких обработок выражается формулой
.
Для достаточного извлечения требуется многократная обработка, что приводит к получению сильно разбавленного раствора определяемых веществ в органическом растворителе. Последующее выпаривание этого растворителя с целью концентрирования может привести к потере летучих органических веществ. Можно повысить коэффициент распределения в 2 – 5 раз, а следовательно и экстрагента, применяя высаливание, т. е. прибавление больших количеств NaCl и Na2SO4.
Сорбция
Ранее в качестве сорбента использовали исключительно активный уголь. Однако сорбция на нем пригодна не во всех случаях, поскольку часто наблюдаются потери веществ, связанные с неполнотой их сорбции или десорбции, а также изменения в ходе сорбции – десорбции компонентного состава пробы в результате протекания на развитой поверхности активного угля побочных процессов, связанных с содержанием на поверхности каталитически активных металлов.
Возможность синтеза полимерных сорбентов с регулируемыми жесткостью, размером пор и удельной поверхностью привела к тому, что за последние 10 – 15 лет сорбционное концентрирование органических веществ ведут почти исключительно в помощью синтетических полимерных сорбентов и гораздо реже – активного угля или неорганических сорбентов типа силикагелей.
Макросетчатые пористые синтетические сорбенты незначительно набухают в органических растворителях, обладают высокой механической прочностью, химически устойчивы, имеют регулярную структуру, при проведении полимеризации мономеров с различными полярными группами можно придать им различную по химическому действию поверхность.
В аналитической практике применяют сорбенты неполярные (амберлиты ХАД – 1, ХАД – 2 и ХАД – 4), средней полярности (содержащие нейтральные фосфорильные группы амберлиты ХАД – 7 и ХАД – 8) и высокополярные (содержащие амидные группы и нитрозогруппы амберлиты ХАД –11 и ХАД – 12).
Наибольшее распространение получили неполярные сорбенты, при применении которых осуществляется в основном дисперсионные взаимодействия. Причем энергия связи в этом случае ниже энергии связи с поверхностью активного угля, поэтому легче осуществляется десорбция извлеченных веществ.