Введение
Название проекта:
Использование хроматографического анализа для разделения и выделения компонентов смесей.
Тезисы:
Проведение опытов с использованием метода бумажной хроматографии.
Определение эффективности данного метода в химических исследованиях.
Учебные дисциплины:
Химия
Тип проекта:
Исследовательский
Объект исследования: бумажная хроматография
Предмет исследования: хроматографический метод
Гипотеза: бумажная хроматография –это эффективный метод исследования
Цель проекта: Изучить метод хроматографии и возможность практического использования для разделения компонентов смесей.
Задачи проекта:
1)Изучить материал по теме хроматографический анализ. 2)Изучить технику проведения бумажной хроматографии.
- Научиться разделять различные смеси методом бумажной хроматографии.
- На основании полученных данных сделать выводы о эффективности метода исследования.
Теоретическая часть проекта
Хроматографический анализ
М.С.Цвет установил (1903), что многие твёрдые материалы, весьма различные по химическому характеру, обнаруживают способность избирательного и последовательного поглощения из растворов тех или других растворенных веществ, что дает возможность достигать с их помощью разделения на составные части таких сложных естественных продуктов, как хлорофилл и др.
Этот метод получил название хроматографического адсорбционного анализа, так как при разделении окрашенных веществ путем пропускания раствора их через колонку с адсорбентом различные зоны последнего приобретают разную окраску. Однако по тем же названиям этот метод применяется для разделения и неокрашенных продуктов.
В качестве адсорбентов применяют активную окись алюминия, силикагель, активные угли, а в последнее время стали применять богатый ассортимент ионитов как природных, так и синтетических. Кроме того, все шире начали применяться в определенных процессов и жидкие поглотители, которые вводят в соответствующий твердый носитель.
Хроматографический анализ нашел успешное применение для разделения и выделения компонентов газовых смесей. Все это привело к весьма сильному расширению областей применения хроматографии. Хроматографические методы стали использовать не только в аналитических целях, но и в препаративных целях — для выделения очень ценных составных частей сложных смесей и ля тщательной очистки цепных материалов от небольших количеств содержащихся в них нежелательных примесей.
Метод основан в сущности на изменении различия в содержании данного компонента в двух взаимодействующих фазах- от минимального до значительного. Эти достигается благодаря соответствующей форме проведения процесса, когда за одну операцию при постепенном изменении условий равновесие сдвигается и происходит перераспределение компонента.
Таким образом, хроматографическим методом теперь можно назвать метод разделения , при котором разделяемые компоненты распределяются между двумя фазами – неподвижным слоем твердого поглотителя, обладающего сильно развитой поверхностью, и притоком жидкого раствора или газовой смеси, как бы фильтрующимся через неподвижный слой. По агрегатному состоянию подвижной фазы различают два вида хроматографии: жидкостную и газовую. В первом случае подвижной фазой является жидкость, во втором — газ.
По природе адсорбента различают: адсорбционную, распределительную (абсорбционную) и ионообменную хроматографии. В случае адсорбционной хроматографии сорбция происходит на поверхности твердого тела — адсорбента. В распределительной хроматографии компоненты абсорбируются жидкостью, нанесенной на твердый носитель. В ионообменной хроматографии сорбентом являются ионообменные смолы — полиэлектролиты, содержащие основные (-NН2; -NН-; -N=) или кислотные (-SО3; -СООН; -SН) группы, и процесс разделения основан на обратимом ионном обмене между ионообменной смолой и компонентами смеси. Ионообменная хроматография существует только в жидкостном варианте.
Наиболее проста и широко распространена жидкостная хроматография в обоих вариантах — жидкостно-адсорбционная и распределительная. Газовая хроматография сложна в аппаратурном оформлении.
С помощью жидкостной хроматографии решаются следующие задачи:
1)препаративное разделение сложной смеси на компоненты;
2) анализ смеси и идентификация отдельных компонентов;
3)очистка продуктов от примесей.
Бумажная хроматография
Бумажная хроматография. Этот вариант распределительной хромотографиии чрезвычайно широко применяется для аналитических целей. Для бумажной хроматографии используют специальные сорта фильтровальной бумаги. В этом случае стационарной фаза является вода,адсорбированная бумагой, или органическая жидкость, которой пропитана бумага. Иногда бумагу модифицируют, например, обрабатывают уксусным ангидридом. При этом гидроксильные группы целлюлозы превращаются в сложноэфирные, что приводит к изменению сорбционных свойств 6умаги.
Поток элюента может перемешаться вверх по полоске бумаги благодаря капиллярным силам (восходящая хроматография) или вниз самотеком (нисходящая хроматография). Зоны отдельных компонентов проявляются в виде пятен.
При работе с неокрашенными веществами приходится «проявлять» хроматограмму обработкой соответствующим реактивом, дающим цветную реакцию с компонентами смеси. В случае люминесцирующих веществ зоны можно наблюдать, освещая хроматограмму ультрафиолетовым светом.
Положение пятна каждого компонента характеризуется фактором замедления Rf,величина которого зависит от методики разделения, системы и природы вещества.
Сорбция и адсорбция
Процесс сорбции представляет собой поглощение одной средой — жидкостью или твердым телом других окружающих сред — веществ, газов или других жидкостей. То вещество, которое поглощает окружающую среду — сорбент. Вещество, газ, или жидкость, которые поглощаются сорбентом, называют сорбатом или сорбтивом.
Явление сорбции подразделяют в зависимости от механизма поглощения одних сред другими на адсорбцию, абсорбцию, хемосорбцию и капиллярную конденсацию.
Адсорбция и абсорбция различаются по тому, каким образом одно вещество распределяется в другом. При абсорбции поглощение и распределение вещества происходит по всему объему жидкого абсорбента. При адсорбции твердый, жидкий или газообразный сорбат скапливается на поверхности раздела фаз адсорбента (на поверхности твердого вещества или жидкости).
Основывается:
- на различной степени адсорбции анализируемых компонентов неподвижной
- фазой и различной их растворимости в подвижной фазе(адсорбционная хроматография)
- неодинаковом распределении компонентов между фазами— наподобие того, что наблюдается в случае жидкостно-жидкостной экстракции.
Подвижная фаза–поток жидкости или газа, перемещающий компоненты разделяемой смеси вдоль неподвижной фазы.
Неподвижная фаза–твердый сорбент или несмешивающаяся с подвижной фазой жидкость, на которых осуществляется различное удерживание и разделение компонентов смеси.
Элюент–жидкость или газ, используемые в качестве подвижной фазы.
Элюат–выходящий из колонки поток подвижной фазы с компонентами разделяемой смеси.
Исследовательская часть проекта
- 1.Разделение растительных
пигментов при помощи бумажной хроматографии
Материалы и оборудование:
Листья крапивы или шпината Гомогенизатор или нож
90% ацетон Ступка с пестиком
Небольшой отрезок капиллярной трубки Воронка
Лабораторная пробирка Канцелярская кнопка
Процесс, обеспечивающий это обеспечение органическими веществами, — фотосинтез. Фотосинтез — это процесс перевода энергии солнечного света в энергию связей других химических веществ, прежде всего углеводов. Основными поглотителями энергии света являются пигменты фотосинтеза : хлорофиллы, ксантофиллы.
Следовательно, соотношение разных пигментов фотосинтеза отражает эффективность фотосинтеза.
Проведение эксперимента:
Взяли зеленые части растения, измельчили их сначала ножницами, затем пестиком в ступке. Затем добавили к образовавшейся кашице спирт ,затем хорошо перемешали, процедили через фильтровальную бумагу, уложенную в воронку. Получившийся темно-зеленый раствор и есть экстракт смеси хлорофиллов. Смесь пигментов выделена.
Результат:
Пигменты распределяются в следующем порядке: первым снизу адсорбируется хлорофилл b желто-зеленого цвета, затем сине-зеленая зона хлорофилла а, выше ксантофилл, каротин очень быстро движется и располагается вверху полоски хроматографической бумаги у фронта растворителя.
Разделение цветных чернил на составляющие компоненты
Материалы и оборудование:
Лабораторная пробирка
Пробка
Хроматографическая бумага
Канцелярская кнопка
Фломастеры
Дистиллированная вода
Проведение эксперимента:
Прикрепили прямоугольник из хроматографической бумаги к пробке с помощью кнопки. Провели линию фломастером на расстоянии примерно 1 см от края. Затем подвесили бумагу в пробирке таки образом, чтобы стартовая линия находилась около поверхности растворителя , а конец бумаги был погружен в растворитель(дистиллированная вода).Продолжили хроматографию до тех пор, пока фронт растворителя не окажется на расстоянии 1см от верхнего края бумаги. После чего вынули хроматограмму и высушили ее и пронаблюдали полученный эффект.
В трех случаях процесс протекает по-разному т.к. в составе разных марок содержится различное количество красителя.
Разделение индикаторов.
Материалы и оборудование:
Хроматографическая бумага
Метиловый оранжевый
Бутылка с аммиаком
Чашка Петри Пипетка
Ход работы:
Нанесла каплю защищенного метилового оранжевого в центр хроматографической бумаги. Высушили бумагу, помахав ею в воздухе, немного подержала ее над открытой бутылкой аммиака и затем положили на чашку Петри. Капнули одну каплю воды на пятно индикатора.
Наблюдаемый эффект:
Два индикатора, содержащиеся в растворе метилового оранжевого двигаются центробежно с разными скоростями, причем синее кольцо двигается быстрее желтого. Синее кольцо — это индикатор бромтимоловый синий, а желтое метиловый оранжевый.
Вывод: Таким образом, в ходе работы над проектом убедились в эффективность хроматографического метода на основании теоретического материала и 3х экспериментов.
Литература:
Столяров Б.В., Савинов И.М., Витенберг А.Г. и др./Практическая газовая и жидкостная хроматография./Год издания: 2002
Интернет-портал:
https://xumuk.ru/encyklopedia/2/5089.html
Руководитель проекта:
Сучилина Елена Владиславовна
Автор проекта:
Сарматина Мария
