Лабораторные работы и задачи по коллоидной химии - Фролов Ю. Г.
Скачать (прямая ссылка):
У* = К (Н-26)
где /—поправочный коэффициент, учитывающий сжимаемость газа и отличие условий хроматографирования от условий внешней среды.
Величину, полученную как отношение Уи к массе адсорбента т,
находящегося в хроматографической колонке, называют удельным удерживаемым объемом:
Ут = Уи/т (11.27)
В практической работе используется еще ряд характеристик, таких, как относительный удерживаемый объем, коэффициенты разделения и селективности, и т. д.
Для количественной обработки хроматограмм можно использовать либо высоту пика, пропорциональную концентрации вещества, либо площадь пика, пропорциональную абсолютному содержанию компонента в газовой смеси. Чаще определяют площадь пиков, используя один из следующих методов: планиметрию, вырезание и взвешивание пиков, расчет площади как произведение основания пика а на половину высоты —
Рис. 12. Хроматограмма и ее основные параметры.
47
или же с помощью электронных, аналоговых или механических интеграторов. Количество анализируемых компонентов по площади пиков можно определить, пользуясь калибровочной кривой (метод абсолютной калибровки), или при помощи вводимого стандарта (метод внутренней нормализации).
Наиболее простым из хроматографических методов определения удельной поверхности является метод, основанный на измерении удерживаемых объемов. Для двух образцов / и 2 адсорбента одной и той же природы, но с различной удельной поверхностью можно записать:
Ут1 = Вб-уд , ехр (<Э/Я7% (II. 28)
Утч = -65УД 2 ехр (<Э/ЯГ); (11.29)
где Ут и Уот2 — удельные удерживаемые объемы, рассчитанные по уравнению (II. 27); В— постоянная при данной температуре, зависящая от изменения энтропии адсор-бата при адсорбции; яуд 1 и яуд г — удельная поверхность адсорбентов; О. — теплота адсорбции.
Если удерживаемые объемы измерять при одной температуре, то
У„, 5„„ , V
_т2.м^Уд2 „ли *уд2=Л^?уд1_ (П_30)
Из уравнения (11.30) следует, что, вычислив Ут\ и Ут2 по уравнениям (II. 25) и (11.27) для двух образцов адсорбента и зная удельную поверхность одного из них вуд!, можно рассчитать удельную поверхность второго сорбента.
Рассмотренный сравнительный метод применим для адсорбентов одной природы и требует знания удельной поверхности для одного из образцов. Этих недостатков лишен метод тепловой десорбции. Согласно этому методу по изменению состава газового потока (гелий с добавкой азота), проходящего через хроматографическую колонку с исследуемым адсорбентом, определяют количество азота, адсорбированного из газовой смеси при охлаждении адсорбента жидким азотом и десорбированного с него при последующем нагревании его до комнатной температуры. Изменяя концентрацию азота в газовой смеси, можно установить количество адсорбированного газа при различных концентрациях азота в исходной газовой смеси и, следовательно, построить изотерму адсорбции и вычислить по ней, используя линейную форму уравнения БЭТ, предельную емкость монослоя и соответствующую ей удельную поверхность адсорбента.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
Вариант 1. Определение удельной поверхности адсорбентов по удерживаемому объему
Для проведения работы необходимы: Хроматограф. Микрошприц.
Адсорбент, например силикагель. Адсорбат, например бензол или гептан.
Для выполнения работы может быть использован любой газовый хроматограф с катарометром в качестве детектора. Удобнее работать
48
Таблица II. 3. Экспериментальные и расчетные данные по определению удельной поверхности адсорбента
Номер колонки V, мл/мин 1, мм V мин мл у', мл т. г Ут. мл/г 5 , «2/г уд'
1 2
с хроматографом, в котором проба вводится в одну из двух равноценных колонок, а вторая колонка является сравнительной (подается чистый газ-носитель). Для того чтобы ячейки детектора работали в идентичных условиях, т. е. чтобы электрическое сопротивление элементов детектора определялось только составом газовых потоков, скорость газа-носителя через них должна быть примерно одинаковой (допустимое отклонение ±2 мл/мин).
Одну из колонок хроматографа (колонка 1) заполняют силикагелем (масса т\) с известной удельной поверхностью худ1, а вторую — адсорбентом (масса /пг), удельную поверхность которого необходимо определить. Условия хроматографического анализа: длина колонки 1 м, внутренний диаметр 3 мм; температура термостата колонок 160 или 180°С для бензола или гептана соответственно; газ-носитель — азот, его расход 30 мл/мин; скорость движения диаграммной ленты КСП — 12 мм/мин.
Работу выполняют в следующей последовательности. Включают хроматограф (под руководством преподавателя) и регулируют скорость газа-носителя и в хроматографических колонках. Затем с помощью микрошприца в хроматографическую колонку 1 вводят 5—7 раз по 2 мкл адсорбата (момент ввода пробы отмечается на диаграммной ленте. Каждую последующую пробу вводят только после полного проявления пика, соответствующего предыдущей пробе. Аналогичным образом вводят адсорбат в колонку 2 с адсорбентом, удельную поверхность которого определяют. *
Рассчитывают значения хг как отношения расстояний /, пройденных пером самописца от момента ввода пробы (точка О на рис. 12) до середины пиков (точка Л), к скорости движения диаграммной ленты самописца. Затем по уравнениям (11.24) — (11.27) рассчитывают величины х0, У'г и У т. По уравнению (11.30) вычисляют удельную поверхность адсорбента в колонке 2. Для расчета используют средние значения Ут, 1 и Ут, 2, найденные по результатам нескольких измерений. Полученные данные записывают в таблицу (см. табл. II. 3).
