Экстракция в аналитической химии (общие сведения, терминология)
Экстракция в аналитической химии - это универсальный, простой экспрессный метод фазового распределения и концентрирования основных компонентов, анализируют. Его широко используют в аналитической химии с целью селективного извлечения элементов из смесей для количественного определения и установления содержания примесей в соединениях, что очень важно при получении особо чистых веществ.
При жидкостной экстракции происходит равновесное распределение компонентов между жидкостными фазами, которые не смешиваются, например. водной и органической. Экстракция неэлектролитов не сопровождается химическими реакциями и происходит по механизму физического распределения. Количественная характеристика этого процесса - коэффициент распределения σ, который рассчитывается по закону распределения Нернста. В случае экстракции электролитов, которые диссоциируют в водной фазе, возможно протекание реакций присоединения по сольватный или гидратно-сольватный механизмом катионного или анионного обмена, а также возможны различные комбинации этих процессов.
При этом между экстрагентом и веществом, экстрагируют, образуется относительно устойчивая связь (40-200 кДж / моль). Растворители, не сольватируют вещество, экстрагируется, или имеют небольшую способность к сольватации, принадлежат к инертным. Это бензол (С6H6), толуол (С6H5СH3), тетрахлорид углерода (ССl4), хлороформ (CHCl3), нитробензол (C6H5NO2), хлорбензол (C6H5Cl) и др.
Экстракцию по механизму физического распределения используют для предварительного концентрирования при определении органических соединений, растворенных в воде, при анализе природных и сточных вод, загрязненных нефтепродуктами и другими примесями органического происхождения.
Виды экстракций в аналитической химии
Классическим примером такого вида экстракции является получение йода из многих смесей. К активным экстрагентов относятся растворители, в молекулах которых содержится кислород: спирты (бутанол С4Н9ОН и др.), простые эфиры (диэтиловый эфир С2Н5ОС2Н5), кетоны (циклогексанон (CH2) 5СО, пентанон (С2Н5) 2СО, метилэтилкетон СН3СОС2Н5), эфиры (этилацетат СН3СООС2Н5, трибутилфосфат О = Р (ОС4Н9) 3, дибутилфосфат т.д.).
Эти растворители экстрагируют минеральные (HCl, HBr, HI, HNO3, HClO4, H2SO4), комплексные (HFeCl4, HInI4, HSbCl6) кислоты, гетерополикислоты мышьяка H3 [As (Mo3O10) 4], фосфора H3 [P (Mo3O10) 4], кремния H3Si (Mo3O10) 4, которые чаще всего используют в анализе для определения примесей As, P, Si. Соединения, в виде которых элементы переходят в слой органического растворителя, могут образовываться в процессе собственно экстракции активными растворителями за счет взаимодействия реагента, входит в состав органической фазы, с катионами металлов водной фазы.
Это хелатные соединения катионов металлов с различными органическими реагентами, которые имеют функционально-аналитические группировки с донорно активными атомами кислорода, серы, азота, например. β-дикетоны, оксимы, нитрозофенолы, азосочетания, ксантогенаты. Так, дифенилтиокарбазон (дитизон) используют в экстракционно-фотометрическом определении серебра, ртути, меди, свинца, цинка. Для определения многих катионов используют экстракцию ионных ассоциатов, которые являются солями, образованными крупными катионами и анионами. Ионные ассоциаты участвуют в процессе сольватации органическими растворителями и переходят в органическую фазу. К крупным катионов относятся катионы тетрафениларсоний (C6H5) 4As +, тетрафенилфосфоний (C6H5) 4P +, комплексные катионы щелочных, щелочноземельных и других металлов с макроциклическими лигандами (краун-эфирами). Большие однозарядные анионы неорганических кислот (ClO4-, ReO4- и др.) Образуют ионные ассоциаты с катионами тетрафениларсоний, комплексными катионами металлов. Количественное описание экстракционной равновесия электролитов основано на использовании закона действующих масс относительно каждого случая экстракции.
Знание уравнений экстракции позволяет выбрать условия добычи, распределения и концентрирования. В фармацевтическом анализе широко применяют экстракционно-фотометрический метод определения лекарственных препаратов, основанный на образовании ими ионных ассоциатов с различными реагентами, которые экстрагируют органическим растворителем. При этом в качестве реагентов для органических катионов часто используют красители кислотного характера, например. метиловый оранжевый, а для органических анионов красители основного характера, например, родамин.
Литература
- Коренман И.М. Экстракция в анализе органических веществ. - М., 1977;
- Москвин Л.Н., Царицына Л.Г. Методы разделения и концентрированием в аналитической химии. - Л., 1991;
- Пилипенко А.Т., Пятницкий И.В. Аналитическая химия: В 2 кн. - М., 1990.