Слайд 2
Введение
успешное решение проблемы охраны биосферы, снижение отрицательного влияния
индустриализации на состояние природной среды и многие другие глобальные
проблемы непосредственно связаны с разработкой эффективных методов анализа
необходимость в простых по выполнению, точных, чувствительных методиках, которые позволяли бы определять компонент в сложной по составу смеси
концентрирование расширило пределы применимости инструментальных методов (атомно-абсорбционной спектрометрии, хроматографии, спектрофотометрии, вольтамперометрии)
Слайд 3
Приёмы количественного извлечения, концентрирования,
разделения и очистки веществ используются
в большинстве:
современных производств
биохимической промышленности
атомной промышленности
полупроводниковой промышленности
металлургической
промышленности
Слайд 4
обширные экспериментальные результаты последних лет - в монографиях
Ю.А. Золотова, Н.М. Кузьмина, Москвина Л.Н., Царициной Л.Г., Мицуике
А., других авторов
наиболее распространенные методы:
экстракция (включая экстракционную хроматографию)
сорбционные методы (ионообменная и хелатная хроматография)
осаждение и соосаждение
электрохимические методы
мембранные методы
физические и физико-химические методы
флотация
Ю́рий Алекса́ндрович Зо́лотов — советский и российский химик-аналитик, академик РАН, заведующий лабораторией аналитической химии платиновых металлов ИОНХ РАН, заведующий кафедрой аналитической химии Химического факультета МГУ, доктор химических наук
Слайд 5
Экстракция
Экстракция - это процесс распределения вещества между двумя
несмешивающимися растворителями (одним из них обычно является вода, вторым
- органический растворитель)
подчиняется правилу фаз Гиббса: N + F = K + 2,
где N - число фаз, F - число степеней свободы, K - число компонентов
две фазы (N = 2), одно распределяемое вещество (K = 1) => система моновариантна (F = 1)
соотношение между концентрациями растворенного вещества в каждой из фаз привело к формированию закона распределения
Слайд 6
Экстракция используется для абсолютного и относительного
концентрирования:
абсолютное заключается в
увеличении концентрации вещества за счет его перевода из большого
объема водной фазы в меньший объем органической
относительное - это разделение компонентов при резко различающихся их концентрациях (цель - замена матрицы, мешающей определению, на подходящий коллектор)
Концентрирование проводят
либо экстрагируя матрицу,
либо выделяя экстракцией
микроэлементы
Слайд 7
Основными преимуществами экстракционного метода являются :
высокая избирательность и
чистота разделения
возможность работы как с большими, так и с
малыми концентрациями
отсутствие загрязнений продуктов
легкость технологического и аппаратурного оформления
возможность осуществления непрерывного процесса
автоматизация
высокая производительность
Области применения:
аналитическая химия
радиохимия
ядерная технология
технология цветных и редких металлов
научные исследования
Слайд 8
Сорбционные методы
Сорбция – процесс поглощения газов, паров и
растворённых веществ твёрдыми или жидкими
поглотителями на твёрдом носителе
Классификация
сорбционных методов:
адсорбция (физическая адсорбция и хемосорбция)
распределение веществ между двумя несмешивающимися фазами
капиллярная конденсация
ионный обмен
Основные преимущества:
хорошая селективность разделения
высокая технологичность
легкость автоматизации
высокие значения коэффициентов концентрирования
Слайд 9
При ионообменном концентрировании происходит
обменная адсорбция: взамен адсорбированных
ионов в раствор
переходит эквивалентное количество других ионов, входящих
первоначально в
состав применённого адсорбента
В качестве адсорбентов применяют:
активные угли
цеолиты
глинистые минералы
силикагель
оксид алюминия
модифицированные сорбенты
синтетические ионообменники и пр.
Сухая сорбция – это комбинация улавливания пыли, преобразования вредных веществ и адсорбции
Эта технология позволяет добавлять самые различные адсорбенты, благодаря чему метод отличается очень широким диапазоном использования
Слайд 10
Применение сорбционных методов
для очистки сточных вод:
Сорбционная
обработка целесообразна как "финишная" операция,
после механической и других более
дешевых видов очистки от
грубодисперсных, коллоидных и части растворенных примесей
Оптимальная последовательность процессов
очистки:
коагуляция отстаивание фильтрование сорбция
Слайд 11
Методы осаждения и соосаждения
применяют для разделения неорганических веществ
Разделение
путем осаждения основано на различной
растворимости соединений, преимущественно
в
водных растворах
Применяют органические и неорганические осадители
Для повышения эффективности комбинируют с кислотно-основными,
окислительно-восстановительными реакциями и реакциями
комплексообразования
При концентрировании методом осаждения обычно выделяют матрицу,
а не микрокомпонент
Слайд 12
Соосаждение – явление загрязнения осадка примесями из раствора,
которые
в данных условиях осаждения сами по себе не могут
образовывать
малорастворимые соединения
Соосаждение можно рассматривать в двух аспектах:
как нежелательный эффект, сопровождающий процесс осаждения и приводящий к загрязнению осадка
как процесс направленного выделения микропримесей
Слайд 13
Электрохимические методы концентрирования
для концентрирования микрокомпонентов
используют прежде всего
электролиз и цементацию
Преимуществами методов являются:
уменьшение опасности загрязнения объекта
избирательность
высокая
чувствительность
автоматический контроль
Слайд 14
Электролиз – совокупность электрохимических окислительно-
восстановительных процессов, происходящих при
прохождении
электрического тока через электролит с погруженными в него
электродами
Путем электролиза производят Н2 и
О2 из воды,
Сl2 из водных растворов NaCl,
F2 из расплава KF в KH2F3
Электролиз используют непосредственно
для катодного выделения металла после того,
как он переведен из руды в раствор
(электроэкстракция)
Также для очистки металла –
электролитического рафинирования
Электролиз расплавов электролитов - важный способ
производства многих металлов
Слайд 15
Цементация стали — поверхностное диффузионное насыщение
малоуглеродистой стали углеродом с целью повышения твёрдости,
износоустойчивости
Цементации
подвергают низкоуглеродистые
(обычно до 0.2 % C) и легированные стали
Процесс
проводится при температурах:
900—950 °С твёрдый карбюризатор
850—900 °С газообразный карбюризатор
Карбюризатор представляет собой зерна древесного угля размером 3,6
10 мм, покрытые пленкой углекислого бария
После цементации изделия подвергают термообработке
Слайд 16
Мембранные методы
Мембрана – пленка , плоское тело,
протяженность
которого по двум координатам
значительно превышает протяженность по третьей
Мембраны
могут быть:
1) непроницаемые упругие (применяют в микрофонах, телефонах)
2) избирательно проницаемые (позволяют разделять смеси веществ)
Мембрана – самый совершенный инструмент
для разделения веществ в
живых организмах
Слайд 17
Диализ – метод мембранного разделения,
использующий в качестве
движущей силы
процесса разность концентраций вещества на
границах мембраны
Электродиализ –
метод , использующий
разность электрических потенциалов
по обе стороны мембраны
Перепад давления по обе стороны мембраны лежит в основе
баромембранных методов разделения:
микрофильтрация
ультрафильтрация
обратный осмос
Методы широко применяются при определении компонентов
природных вод, атмосферного воздуха, технологических сред,
биологических и медицинских препаратов
Эксперимент Томаса Грэхема
Слайд 18
Обратный осмос — прохождение воды или других растворителей
через
мембрану из более концентрированного в менее
концентрированный раствор в результате
воздействия давления,
превышающего разницу осмотических давлений обоих растворов
Селективная мембрана
Основная задача:
задерживание
растворенных солей,
а также различных
органических веществ,
к которым можно отнести
гумусовые соединения,
железо
Преимущества:
минимум воздействия на состав проб
зависимость результатов от легко регулируемых факторов
высокие коэффициенты концентрирования
фракционирование выделенных веществ по молекулярной массе
Строение обратноосмотической мембраны
Слайд 19
Физические и физико-химические методы
основаны на зависимости физических свойств
вещества от его природы
Могут включать:
химические превращения определяемого соединения
растворение образца
концентрирование
анализируемого компонента
маскирование мешающих веществ и др.
В качестве аналитического сигнала используют:
интенсивность излучения
силу тока
электропроводность
разность потенциалов и др.
Слайд 20
Методы, основанные на исследовании испускания и поглощения
электромагнитного излучения
в различных областях спектра:
люминесцентный анализ
спектральный анализ
нефелометрия
турбидиметрия
Электрохимические методы,
использующие измерение
электрических
свойств вещества:
кондуктометрия
кулонометрия
потенциометрия и др.
Слайд 21
Хроматография:
газовая
жидкостная
ионообменная
тонкослойная
Методы, основанные на измерении:
скоростей химических реакций (кинетические методы
анализа)
тепловых эффектов реакций (термометрическое титрование)
на разделении ионов в магнитном
поле (масс-спектрометрия)
Слайд 22
Флотация
сложный физико-химический процесс,
заключающимся в создании комплекса
частица-пузырек воздуха
или газа,
всплывании этого комплекса и удалении
образовавшегося пенного слоя
Существуют следующие
способы флотационной очистки:
1) флотация пузырьками, образующимися путем механического
дробления воздуха (импеллерами, форсунками и др.)
2) флотация пузырьками, образующимися из пересыщенных
растворов воздуха в воде (вакуумная, напорная)
3) электрофлотация
Слайд 23
В. Хайнсу (Великобритания, 1860)
Масляная флотация: при перемешивании измельченной руды
с маслом и водой сульфидные минералы избирательно смачиваются маслом
и всплывают вместе с ним на поверхность воды, а порода осаждается
А. Нибелиус (США, 1892) и Маквистен (Великобритания, 1904)
Пленочная флотация: из тонкого слоя измельченной руды, находящегося на поверхности потока воды, выпадают гидрофильные частицы
С. Поттер (США, 1902)
Пенная флотация: обработанные реагентами частицы выносятся на поверхность воды пузырьками воздуха, образуя пенный слой, устойчивость которого регулируется добавлением пенообразователей
50-ые гг. 20 века
Ионная флотация: отдельные ионы взаимодействуют с флотационными реагентами-собирателями и извлекаются пузырьками в пену или плёнку на поверхности раствора
Слайд 24
И.С. Громека (Россия, конец 19 века)
Основные положения процесса
смачивания
Л.Г. Гурвич (Россия, начало 20 века)
Положения о гидрофобности и
гидрофильности
Существенное влияние на развитие современной
теории флотации оказали труды А. Годена, А. Таггарта, И. Уорка, П.А.
Ребиндера, А.Н. Фрумкина, И.Н. Плаксина, Б.В. Дерягина и др.
The HydroFloat Dissolved Air Flotation System
