Работа 1. ХРОМАТОГРАФИЯ

Химия в строительстве

Методические указания

к выполнению лабораторных работ
по дисциплине
С.2.1.16 «Химия в строительстве»

направления подготовки

271101.65 « Строительство »

Профиль «Строительство уникальных зданий и сооружений»

Электронное издание локального распространения

Одобрено

редакционно-издательским

советом Саратовского

государственного

технического университета

Саратов – 2013

Все права на размножение и распространение
в любой форме остаются за разработчиком.

Нелегальное копирование и использование
данного продукта запрещено.

Составитель:, Шошин Евгений Александрович.

Под редакциейЕ.А. Шошина

РецензентИ.В. Хомяков

410054, Саратов, ул. Политехническая, 77. Научно-техническая библиотека СГТУ тел. 52-63-81, 52-56-01

http://lib.sstu.ru

Регистрационный

номер

© Саратовский государственный

технический университет, 2013

ВВЕДЕНИЕ

Методические указания предназначены в помощь студентам специальности 271101.65 «Строительство» (профиль строительство уникальных зданий и сооружений) дневной формы обучения для изучения вопросов, связанных с поведением коллоидных систем, к которым относятся и минеральные вяжущие вещества. В ходе лабораторных работ студенты изучают процессы адсорбции, пенообразования, условия устойчивости коллоидных систем и методы их разрушения, методы оценки диаметра частиц дисперсной фазы и структурно-механических свойств связано-дисперсных систем, а также влияние пластифицирующих добавок на реологию теста. В описании каждой работы имеются краткие сведения по теории изучаемого вопроса, которые следует использовать параллельно с основной литературой для более глубокого изучения соответствующего раздела курса.

Работа 1. ХРОМАТОГРАФИЯ

Цель работы:Хроматографическое разделение смеси органических соединений

Хроматография – метод разделения веществ, основанный на различном взаимодействии компонентов смеси с подвижной и неподвижной фазами в динамических условиях. В процессе хроматографирования подвижная фаза (жидкость или газ), содержащая анализируемую пробу, перемещается через неподвижную. При этом происходит многократное повторение актов адсорбции/десорбции, что обуславливает высокую эффективность разделения веществ с близкими свойствами. Во всех случаях компоненты разделяемой смеси распределяются между подвижной и неподвижной фазами, и их перемещение по адсорбенту протекает с различной скоростью. В результате достигается разделение.

Подвижную фазу, проходящую через неподвижную, называют элюентом, растворенные вещества, покидающие неподвижную фазу вместе с элюентом, - элюатом и, наконец, процесс перемещения разделяемых компонентов образца вместе с элюентом – элюированием.

Идентификацию осуществляют хроматографированием стандартных веществ (реперов).

Хроматографические методы используются как в аналитических, так и в препаративных целях. В первом случае с их помощью определяют состав смесей, контролируют чистоту препаратов, идентифицируют вещества, очищают их от примесей и т.п. В качестве препаративного метода разделения хроматографию используют для выделения и очистки природных веществ или продуктов химических реакций.

В жидкостной адсорбционной хроматографии в качестве неподвижной фазы обычно используют твердые активные адсорбенты с частицами малого размера: оксид алюминия, силикагель, цеолиты, целлюлозу, тальк и др., а в качестве подвижной – органические растворители и их смеси. Эффективность разделения зависит от различия в сродстве разделяемых компонентов к поверхности неподвижной фазы и элюенту.

Хроматография на бумаге

Бумажная хроматография является одним из видов жидкостной распределительной хроматографии. В качестве носителя неподвижной фазы здесь выступает специальная фильтровальная бумага высокой степени чистоты и равномерной плотности. Считают, что неподвижной фазой служит постоянно присутствующая в целлюлозе вода. Подвижной фазой является органический растворитель или смесь растворителей.

Техника хроматографии на бумаге сводится к тому, что каплю раствора, содержащую 5-50 мкг исследуемой смеси веществ, наносят в виде точек на полоску или лист бумаги и высушивают горячим воздухом. Затем бумагу помещают в закрытый сосуд, в котором бумага непрерывно смачивается соответствующим растворителем – элюентом. Растворитель может двигаться в горизонтальной плоскости, подниматься вверх (восходящая хроматография), сверху вниз (нисходящая хроматография) или движение растворителя может происходить от центра бумаги к периферии (круговая или радиальная хроматография).

Для оценки хроматографического поведения веществ в определенных условиях эксперимента используют фактор R_f (от ratio of fronts – отношение фронтов), который равен отношению расстояния, пройденного веществом, к расстоянию, пройденному растворителем. Обычно для расчета R_f выбирают точку в центре пятна (рис1).

Рис. 1. Бумажная хроматограмма. 1 – линия старта; 2 – области нанесения пятен исследуемых смесей; 3- линия фронта растворителя; 4 – пятна индивидуальных веществ.

Абсолютное значение величины R_f трудно установить заранее, так как она изменяется в зависимости от условий проведения эксперимента. Однако оно полезно для предварительной идентификации соединения, а при условии сравнения R_f исследуемого вещества и стандартного образца в одинаковых условиях достигается достоверная идентификация. Для этой цели на стартовую линию одной и той же бумажной полосы наносят три пробы: одну с исследуемым веществом, вторую со стандартным образцом и третью – со смесью равных количеств исследуемого и стандартного веществ. Количество хроматографируемого материала должно быть одинаковым во всех трех образцах. Если исследуемое вещество и стандартный образец идентичны по составу и строению, все три пятна после детектирования имеют одинаковую окраску и значения R_f , хроматограмма смеси в этом случае дет одно пятно.

Метод хроматографии на бумаге находит шировое применение для целей иднетификацаии отдельных компонентов простых и сложных смесей, для качественного и полуколичественного их анализа. А также для установления степени чистоты препаратов.

Основные операции

Хроматографическое разделение веществ на бумаге состоит из следующих основных операций: подготовка бумаги и растворителей; нанесение пробы; хроматографирование и детектирование пятен на хроматограмме.

Из бумаги вырезают соответствующего размера прямоугольные полосы, размеры которых обусловливаются размерами камеры для хроматографирования, необходимой длиной перемещения разделяемых веществ и числом наносимых проб. Затем, отступая от нижнего края полосы бумаги, проводят простым карандашом линию старта, которая должна быть на 20-30 мм выше уровня растворителя в камере для хроматографирования. На этой линии, на расстоянии 20-25мм от краев бумаги, отмечаются кружками диаметром около 3 мм места, на которые наносят затем капли исследуемого раствора. Каплю раствора (0,5-1мг в 1мл) наносят из капиллярной пипетки, легко прикасаясь ею к отмеченным местам на линии старта. Раствор должен заполнять только отмеченный кружок, и образующееся пятно должно иметь диаметр не более 5 мм. После высыхания пятна снова наносят каплю раствора и повторяют это несколько раз (после высыхания предыдущей капли) с таким расчетом, чтобы в целом нанести 0,01-0,15 мл раствора. Затем бумажную полоску высушивают и применяют ее для нисходящей или восходящей хроматографии.

Одномерная восходящая хроматография

Осуществление восходящего варианта хроматографии не требует сложного оборудования, и исключена опасность перетекания растворителя. Как только фронт растворителя подойдет к верхнему концу бумаги, хроматографирование само собой прекращается. Ближайший к линии старта конец бумаги с нанесенными пробами погружают на 20-30 мм в подвижную фазу, закрепляют бумагу и, закрыв камеру, дают растворителю медленно распространяться вдоль бумаги. В отдельных случаях, когда значения R_f компонентов смеси резко различаются, хроматографирование можно заканчивать, как только растворитель пройдет 10-15см от линии старта. Затем бумагу вынимают, карандашом отмечают на ней верхнюю границу фронта растворителя, и подсушивают. Условия сушки зависят от летучести растворителя, свойств разделяемых веществ и реагента, применяемого для детектирования пятен.

На рис.2 представлена камера для восходящей хроматографии. К пробке 2 цилиндра 1 прикреплен стеклянный стрежень 3, служащий для подвешивания полоски хроматографической бумаги 4, вертикальное положение которой достигается с помощью зажимов 5. На дно цилиндра помещают подвижную фазу-растворитель 6. Пробка 2 герметизируется вазелином или консистентной смазкой. Камеру, в которой происходит хроматографирование, плотно закрывают и устанавливают в термостат. Колебания температуры на время хроматографирования не должны превышать ±1,5^оС.

Рис. 2. Хроматографическая камера для восходящей бумажной хроматографии. 1 – цилиндр, 2 – резиновая пробка, 3 – стержень крепления, 4 – хроматографическая бумага, 5 – зажим для бумаги, 6 – элюент.

Детектирование пятен.

Выбор метода детектирования зависит от химических свойств хроматографируемых веществ. Расположение пятен бесцветных веществ на хроматограмме обнаруживают обычно при помощи реактивов, которые превращают разделенные компоненты смеси в окрашенные соединения. В ряде случаев положение вещества на хроматограмме можно обнаружить при просматривании хроматограмм в затемненной комнате в ультрафиолетовом свете, под действием которого одни вещества начинают светиться, другие образуют темные пятна вследствие поглощения света.

После высушивания на воздухе или в сушильном шкафу хроматограмму опускают на несколько секунд в сосуд с раствором индикатора или опрыскивают им из пульверизатора. Для выяснения окраски пятен хроматограмму после опрыскивания помещают на 5 мин. В сушильный шкаф, нагретый до 90-100 ^оС, после чего пятна очерчивают карандашом.

В ряде случаев для сохранения окраски уже проявленную хроматограмму опрыскивают вторым реагентом или вводят соответствующее соединение в первоначальный раствор реагента-индикатора.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Задание 1.Методом восходящей бумажной хроматографии определить состав смеси водорастворимых органических красителей

В качестве объектов исследования служат смеси органических красителей.

Подготовить бумагу для хроматографии, нанести линию старта и области нанесения пятен, как описано выше. В качестве элюента служит водно-спиртовая смесь или смесь воды и ацетона в соотношении вода/спирт = от 1/9 до 2/8; вода/ацетон = от 2/8 до 5/5. Конкретное соотношение выбирается на основании предварительных экспериментальных оценок или назначается преподавателем. Выбранное соотношение растворителей необходимо указать в отчете к работе. В качестве спирта могут использоваться этиловый, пропиловый или изопропиловый спирты. Объем элюента рассчитывается так, чтобы уровень элюента в хроматографической камере составлял 5-10мм.

На линию старта наносятся 1-3 пятна в зависимости от цели хроматографирования: для предварительной оценки качества элюента и условий хроматографирования достаточно нанести 1 пятно исследуемой смеси, для основного эксперимента обычно наносят несколько пятен (одной или нескольких смесей, реперов).

Нанесение пятен на линию старта осуществляют либо микропипеткой, либо стеклянным капилляром. Количество наносимой смеси определяется визуально, опираясь на интенсивность окраски и диаметр получаемого пятна, последний не должен превышать 5-7мм.

Детектирование цветовых пятен на хроматограмме определяется визуально сразу же после окончания хроматографирования. Области наибольшей цветовой плотности определяются на ярко-освещенном фоне и отмечаются карандашом, центр пятен отмечается точкой, которая в дальнейшем используется для расчета подвижностей R_f .

Полученные данные заносятся в таблицу 1.1, где указывают номер смеси, R_f, цвет пятен и их относительное содержание (оценивается по площади пятен)

Таблица 1.1.

Результаты хроматографирования смеси красителей

СОДЕРЖАНИЕ И ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА ПО РАБОТЕ

Отчет по работе содержит название, цели, краткое описание работы и выводы о составе смеси водорастворимых органических красителей. Полученная хроматограмма прикрепляется к отчету. Экспериментальные данные заносятся в табл. 1.

Контрольные вопросы по работе 1.

1. Опишите механизм хроматографирования. Какие факторы влияют на результат хроматографирования и почему?

2. В чем заключается особенность бумаги как адсорбента? Почему к хроматографической бумаге предъявляются повышенные требования по равномерности плотности и толщины?