Разделение микрочастиц и растворимых компонентов природных образцов во вращающихся спиральных колонках: теоретические аспекты и применение в аналитической химии

• Автор: Федотов, Петр Сергеевич
• Шифр специальности: 02.00.02
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 298 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР .

1.1. Особенности процессов разделения веществ во вращающихся

спиральных колонках ВСК

1.1.1. ВСК и жидкостная хроматография со свободной неподвижной

фазой ЖХСПФ .

1.1.2. Поведение двухфазных систем в ВСК .

1.1.3. Теоретические аспекты разделения веществ в ВСК .

1.1.4. Области применения ВСК

1.2. Некоторые проблемы анализа твердых и гетерогенных природных образцов
1.2.1. Извлечение токсичных органических соединений
1.2.2. Выделение микроэлементов
1.2.3. Фракционирование форм элементов в почвах, илах и донных отложениях
1.2.3.1. Последовательное экстрагирование форм тяжелых металлов .
1.2.3.2. Последовательное экстрагирование форм мышьяка
1.2.3.3. Кинетика процессов избирательного выщелачивания
1.2.3.4. Экстрагирование форм элементов в проточном режиме
1.2.4. Фракционирование микрочастиц
1.2.4.1. Проточное фракционирование в поперечном силовом поле .
1.2.4.2. Мембранные методы и капиллярный электрофорез .
Выводы к главе 1
ГЛАВА 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОВЕДЕНИЯ ЖИДКОСТЕЙ И ТВЕРДЫХ
ЧАСТИЦ В ВСК
2.1. Двухфазные жидкостные системы
2.1.1. Гидрофобные системы .
2.1.1.1. Вывод основного уравнения стационарности процесса удерживания
2.1.1.2. Оценка длины удерживаемых сегментов неподвижной фазы
2.1.1.3. Оценка площади поперечного сечения сегмента неподвижной фазы .
2.1.2. Гидрофильные системы .
2.1.2.1. Вывод основного уравнения стационарности процесса удерживания неподвижной фазы для капельного режима .
2.1.2.2. Оценка характерного размера капли, отделяемой от гребня волны, и времени образования эмульсии
2.1.2.3. Оценка площадей поперечного сечения слоев неподвижной
фазы в колонке .
2.2. Системы жидкость твердое вещество движение твердых частиц
в потоке жидкостиносителя
2.2.1. Оценка различных режимов движения частиц
2.2.1.1. Движение частиц в потоке жидкостиносителя .
2.2.1.2. Миграция частиц вдоль стенки колонки .
2.2.2. Рекомендации по удерживанию и фракционированию твердых частиц
во вращающихся колонках
Выводы к главе 2 .
ГЛАВА 3. ВЫДЕЛЕНИЕ ПОЛИАРОМАТИЧЕСКИХ УГЛЕВОДОРОДОВ ИЗ ГЕТЕРОГЕННЫХ И ТВЕРДЫХ ОБРАЗЦОВ В СИСТЕМАХ ЖИДКОСТЬ ТВЕРДОЕ ВЕЩЕСТВО ЖИДКОСТЬ И ЖИДКОСТЬТВЕРДОЕ ВЕЩЕСТВО .
3.1. Экспериментальные условия
3.2. Последовательное и рупповое выделение полиароматических углеводородов при анализе жидких илов .
3.3. Групповое выделение полиароматических углеводородов при анализе почв
Выводы к главе 3
ГЛАВА 4. ВЫДЕЛЕНИЕ РЕДКИХ ЭЛЕМЕНТОВ ИЗ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ОБРАЗЦОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СИСТЕМ ЖИДКОСТЬ ЖИДКОСТЬ
4.1. Экспериментальные условия .
4.2. Использование систем на основе экстракционных реагентов различной природы .
4.3. Оптимизация условий выделения , , , Та в виде анионных комплеков
Выводы к главе 4
ГЛАВА 5. ФРАКЦИОНИРОВАНИЕ ФОРМ ЭЛЕМЕНТОВ В ПОЧВАХ,
ИЛАХ И ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ В СИСТЕМАХ
ЖИДКОСТЬТВЕРДОЕ ВЕЩЕСТВО .
5.1. Экспериментальные условия .
5.2. Фракционирование форм тяжелых металлов .
5.2.1. Изучение возможности динамического фракционирования форм тяжелых металлов по схемам КерстенаФерстнера и МакЛарена
Крауфорда .
5.2.2. Оценка преимуществ и недостатков трехстадийных схем экстрагирования, рекомендованных Европейской комиссией по стандартам
5.2.3. Влияние матрицы исследуемого образца и типа элюента на кинетику процесса выщелачивания .
5.3. Фракционирование форм мышьяка
5.4. Разработка гибридного метода фракционирования и определения форм элементов в почвах, илах и донных отложениях
Выводы к главе 5 .
ГЛАВА 6. ФРАКЦИОНИРОВАНИЕ МИКРОЧАСТИЦ .
6.1. Экспериментальные условия
6.2. Закономерности поведения твердых частиц при их фракционировании
в век .
6.3. Фракционирование частиц несферической формы .
Выводы к главе 6 .
ГЛАВА 7. РАЗВИТИЕ КОМПЛЕКСНОГО ПОДХОДА К ВЕЩЕСТВЕННОМУ
АНАЛИЗУ ПОЧВ
7.1. Экспериментальные условия .
7.2. Разделение образцов почв на илистую, пылеватую и песчаную фракции .
7.3. Определение форм элементов в выделенных фракциях
7.4. Перспективы применения ВСК в анализе природных образцов .
Выводы к главе 7
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
ЦИТИРУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА .
ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ.
ПРИЛОЖЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность


В зависимости от физических свойств жидкостных систем и условий эксперимента, головной фазой может быть более легкая или тяжелая, органическая или водная. По физическим свойствам различают три типа жидкостных систем гидрофобные например, хлороформвода или гексанвода, гидрофильные бутанолвода и промежуточные гексанметанол . Гидрофильные системы, которые отличаются низкими величинами межфазного натяжения и высокими величинами вязкости, ведут себя противоположным образом. Распределение промежуточных систем определяется параметром р при р0,3 они ведут себя как гидрофобные, а при Р0,3 как гидрофильные . Предложенная классификация помогает выбрать направления вращения колонки и прокачивания подвижной фазы, оптимальные для удерживания одной из фаз гой или иной жидкостной системы ,,. Следует упомянуть, что жидкостные системы, используемые в ЖХСНФ, могут быть также классифицированы на основе таких величин, как разница плотностей двух фаз 7, время расслаивания фаз, длина капиллярной волны на границе раздела фаз . Группой И. Сазерленда опубликован ряд работ, посвященных моделированию поведения двухфазных жидкостных систем в ВСК ,. Получили дальнейшее развитие теоретические аспекты перемешивания двух жидкостей в закрытом витке спирали без потока подвижной фазы . Следует отметить, что двухфазные жидкостные системы для разделения неорганических веществ значительно отличаются от систем для разделения органических компонентов ,. Присутствие экстракционных реагентов в составе неподвижной органической фазы заметно меняет физикохимические свойства двухфазной жидкостной системы, что оказывает существенное влияние на удерживание неподвижной фазы в колонке. То же происходит и при использовании водных растворов кислот и солей в качестве подвижной фазы 1 . Ут и У . Коэффициент распределения, как обычно, определяется как С5Ст, где С и Ст концентрации компонента в неподвижной и подвижной фазах соответственно. Отправная точка хроматограммы в ЖХСНФ как и в любой жидкостьжидкостной хроматографии это выход компонента с коэффициентом распределения, равным единице рис 3. Рис. Обобщенная кривая элюирования для ЖХСНФ. Ут объем подвижной фазы в колонке У,. Угисправленный удерживаемый объем У удерживаемый объем компонента с О 1. Если пренебречь мертвым объемом колонки т. Ус равный общей емкости колонки Ус Ут К5. Если обозначить удерживаемый объем Ух компонента с 1 как У, то У Ус Ут У. Вымывание данного компонента при Уг У не зависит от соотношения объемов фаз и скорости потока подвижной фазы и поэтому является точкой отсчета ЖХСНФхроматограмм рис 3 . Компоненты с 0 0 не удерживаются и вымываются при УУт, компоненты же с целыми значениями коэффициентов распределения элюируются при значениях К, Кс Уъ О 2, Уг УС2У И 3 и т. Уг Ус У Ут У Ут ОУ. Уг удерживаемый объем, У поправка на мертвый объем, которым обычно пренебрегают в практических приложениях ЖХСНФ. V, Ут V. УУС. Большим достоинством ЖХСНФ является возможность извлечения компонентов, удерживаемых неподвижной фазой, простым вытеснением неподвижной фазы. Положение компонента с определенным значением О в колонке т. Яу в тонкослойной хроматографии . I длина колонки. О коэффициент распределения первого компонента, поэтому фактор разделения а, определяемый как а ООд всегда больше единицы. О1 1
Однако член показывает, что в ЖХСНФ объем неподвижной фазы в колонке заметно влияет на разрешение. При уменьшении У5 что может иметь место, если увеличивается скорость потока подвижной фазы или уменьшается скорость вращения колонки пики, соответствующие 0 и 0 1, сближаются. В то же время пики компонентов с более высокими коэффициентами распределения также сближаются и сдвигаются к нику с 0 1. В предельном случае, когда Ух 0, колонка содержит только одну фазу, и компоненты элюируются при У Ус. С другой стороны, если объем неподвижной фазы в колонке увеличивается, расстояния между пиками, характеризующие их разрешение, также увеличиваются, стремясь к максимуму при приближении Ух к Ус, что соответствует приближению факчора удерживания 5к единице. Большая часть двухфазных систем растворителей позволяет каждую из фаз использовать как неподвижную.