Metody rozdzielania mieszanin

Prezentacja na temat: "Metody rozdzielania mieszanin"— Zapis prezentacji:

1 Metody rozdzielania mieszanin
elektroforeza, chromatografia, rozdzielanie układu ciało stałe/ciecz, rozdzielanie układu ciecz/ciecz, rozdzielanie układu ciało stałe/ciało stałe, rozdzielanie układu gaz/gaz, ciecz/gaz

2 Elektroforeza Elektroforeza - zjawisko elektrokinetyczne polegające na wymuszonym ruchu cząstek fazy rozproszonej w nieruchomej fazie rozpraszającej, pod wpływem pola elektrycznego i rozdzielenie mieszaniny na jednorodne frakcje: ruch w kierunku anody (+) nazywany jest anaforezą, w kierunku katody (-) jest kataforezą, elektroforeza jest wykorzystywana w analityce chemicznej i biologii molekularnej, zwłaszcza w genetyce, cząsteczki różnych substancji różnią się zwykle ruchliwością elektroforetyczną, ich ruchliwość jest: w przybliżeniu wprost proporcjonalna do ładunku elektrycznego cząsteczki, odwrotnie proporcjonalna do jej wielkości, uwarunkowana kształtem cząsteczki.

3 Elektroforeza Elektroforeza żelowa:
ośrodkiem, w którym przemieszczają się badane substancje, jest żel elektroforetyczny sporządzony z agarozy - wielocukier, poliakrylamidu, agaru lub skrobi, uformowany w płytkę o długości od kilkunastu do kilkudziesięciu cm i grubości od ułamka do kilku mm, kroplę analizowanej mieszaniny nanosi się do zagłębienia w żelu, próbka rozpuszcza się z reguły w roztworze o większej gęstości (np. w formamidzie – lepsze rozpłynięcie się), po włączeniu zasilania składniki mieszaniny migrują do żelu jako wąskie prążki, w zależności od techniki, cały żel lub jego końce zanurzone są w przewodzącym prąd roztworze buforowym,

4 Elektroforeza Elektroforeza żelowa cd.:
do krawędzi żelu przylegają elektrody, o stałym lub asymetrycznie pulsującym napięciem elektrycznym, ruchliwsze cząsteczki (zazwyczaj mniejsze owiększej mobilności elektroferyczne) oddalają się szybciej od miejsca naniesienia próbki, przebieg elektroforezy można monitorować, nanosząc (specjalne barwniki (markery) o znanej mobilności elektroforycznej, po zakończeniu procesu żel wydobywa się z aparatu i analizuje przez wybarwienie lub obserwację absorpcji światła (zwykle nadfioletowego) przez żel, wizualizację elektroforegramów preparatów znakowanych izotopowo uzyskuje się przez zaczernienie kliszy fotograficznej (autoradiogram),

5 Elektroforeza Elektroforeza kapilarna - elektroforeza w wolnym buforze, służy najczęściej do rozdziału niewielkich cząsteczek, metoda umożliwia rozdzielanie anionów i kationów soli organicznych i nieorganicznych; jest także często stosowana w biologii molekularnej do analizy DNA, rozdział mieszanin prowadzi się w cienkiej (średnica wewnętrzna 25–100 µm) i długiej (0,5–1 m) kapilarze kwarcowej, kapilara ta wypełniana jest buforem rozdzielającym (inaczej separacyjnym) próbkę wprowadza się do wlotu kapilary, po czym przykłada do niej wysokie napięcie elektryczne, przy wylocie kapilary zamontowany jest detektor rejestrujący wychodzenie z rurki kolejnych związków chemicznych

6 Elektroforeza Elektroforeza kapilarna cd.:
bufor płynie przez kapilarę ze stałą szybkością w stronę jednej z elektrod (dla układu wodnego jest to zwykle katoda), Elektroforeza micelarna - chromatografia elektrokinetyczna (modyfikacja elektroforezy kapilarnej): przy technice tej w buforze znajduje się rozpuszczony detergent jonowy (na przykład dodecylosiarczan sodu -C12H25SO4Na – sól estru dodekanolu i kwasu siarkowego) w takim stężeniu, aby powstała trwała emulsja, a skład tej emulsji wchodzą micele, które są hydrofobowe wewnątrz i naładowane elektrycznie na swojej powierzchni,

7 Elektroforeza Elektroforeza micelarna - chromatografia elektrokinetyczna cd.: micele wraz z zamkniętymi wewnątrz nich cząsteczkami związków chemicznych tworzących analizowaną mieszaninę, dzięki ładunkowi poruszają się z inną prędkością niż reszta buforu, metoda umożliwia rozdzielenie związków chemicznych nieprzyjmujących ładunku elektrycznego nawet po przyłożeniu dużego napięcia, metoda ta umożliwia rozdział i analizę niemal wszystkich substancji rozpuszczalnych w wodzie,

8 Chromatografia Rozdział substancji następuje w wyniku przepuszczenia roztworu badanej mieszaniny przez specjalnie spreparowaną fazę stacjonarną (złoże, adsorbent, faza rozdzielczą): fazą rozdzielczą są substancje wykazujące zdolności sorpcyjne lub zdolne do innych oddziaływań z substancjami przepływającymi. w trakcie przepływu fazy ruchomej (eluenta) przez fazę stacjonarną następuje proces wymywania zaadsorbowanych (lub związanych) substancji, rozdział chromatograficzny następuje na skutek różnic w szybkości wędrowania substancji w procesie tzw. rozwijania chromatogramu,

9 Chromatografia różnice w szybkości wędrówki substancji wynikają z ich odmiennego powinowactwa do adsorbenta, jedne składniki są zatrzymywane w fazie dłużej, a inne krócej, w efekcie następuje ich separacja, czas przebywania danego składnika w kolumnie określany jest mianem czasu retencji, po rozdzieleniu badanej mieszaniny na odpowiednie frakcje przeprowadza się detekcję poszczególnych składników. Podział chromatografii ze względu na rodzaj eluentu: cieczowa – w której eluentem jest ciekły rozpuszczalnik lub mieszanina rozpuszczalników, gazowa – w której eluentem jest gaz (He, Ar, H, N).

10 Chromatografia Podział ze względu na fazę stacjonarną:
bibułowa – fazę stacjonarną stanowi pasek lub arkusz bibuły filtracyjnej lub specjalnego typu bibuły chromatograficznej, rozdział pod wpływem działania sił kapilarnych może przebiegać w dwojaki sposób: wzdłuż paska koncentrycznie

11 Chromatografia Podział ze względu na fazę stacjonarną cd.:
cienkowarstwowa – fazą rozdzielczą jest cienka warstwa porowatego materiału (np. żel krzemionkowy, tlenek glinu, zmodyfikowana celuloza) naniesiona na sztywną płytkę szklaną lub folię aluminiową, próbka analitu naniesiona na płytkę jest wymywana przez eluent wędrujący na pod wpływem sił kapilarnych, grawitacji lub pola elektrycznego. kolumnowa – faza stacjonarna jest umieszczona w kolumnie, wypełnionej adsorbentem, przez którą przepuszcza się roztwór badanej mieszaniny, przepływ roztworu przez kolumnę można wymusić grawitacyjnie lub przez zróźnicowanie ciśnień przy wlocie i wylocie kolumny.

12 Rozdzielanie układu ciało stałe/ciecz
Odparowanie cieczy (fazy dyspergującej / rozpraszającej) – przejście w stan gazowy cieczy: proces może następować samoistnie (ciecze o niskich temp. wrzenia, przyspieszone przez ogrzewanie mieszaniny o ile podwyższona temp. nie doprowadzi do przemian chemicznych składników mieszaniny, przyspieszenie przez obniżenie ciśnienia jeżeli nie można zastosować ogrzewania mieszaniny Odsączanie – przelanie mieszaniny na lejek z filtrem bibułowym, filtrem membranowym (polimerowe) lub z włókien szklanych i przemywanie pozostałości na sączku (np. wodą destylowaną, alkoholem, jeżeli były one cieczami rozpraszającymi).

13 Rozdzielanie układu ciało stałe/ciecz
Sedymentacja - rozdzielanie mieszanin niejednorodnych: zjawisko opadania zawiesiny ciała stałego w cieczy w wyniku działania siły grawitacji. warunkiem wystąpienia tego zjawiska jest obecność zawiesiny o innej gęstości od niż gęstość cieczy. Odwirowanie – metoda przyspieszonej sedymentacji: grawitacji zastępuje siła odśrodkowa wygenerowana w rotorze wirówki (może przekraczać siłę grawitacji nawet kilka tysięcy razy, odwirowanie stosowane do dokładnego oczyszczenia przesączu lub cieczy po sedymentacji z ciała stałego oraz w przypadku, gdy czas opadania sedymentacyjnego byłby zbyt długi.

14 Rozdzielanie układu ciało stałe/ciecz
Krystalizacja – metoda tożsama z odparowaniem cieczy ale z roztworów właściwych (rzeczywistych): częściowe rozdzielenie substancji stałej i cieczy: schłodzenie roztworu nasyconego prowadzi do powstania roztworu przesyconego i krystalizację substancji rozpuszczonej w ilości równej różnicy jej rozpuszczalności w danej temperaturze, całkowite rozdzielenie substancji stałej i cieczy: całkowite odparowanie rozpuszczalnika z roztworu rzeczywistego prowadzi do krystalizacji substancji w postaci bezwodnej lub hydratu w przypadku gdy rozpuszczalnikiem jest woda a substancja tworzy hydraty (np. sole uwodnione).

15 Rozdzielanie układu ciecz / ciecz
Układ ciecz/ciecz, gdy ciecze nie mieszają się ze sobą i różnią się gęstością, np. układy O/W lub W/O stosuje rozdzielacze:  ciecz o najmniejszej gęstości ciecz o największej gęstości

16 Rozdzielanie układu ciecz / ciecz
Destylacja frakcjonowana: metoda stosowana dla jednofazowych układów mieszających się ze sobą cieczy jest pod warunkiem, że nie tworzy się mieszanina azeotropowa - skład pary i cieczy jest taki sam, odparowanie i skroplenie jej składników, wykorzystuje różną lotność względną składników mieszaniny, główny produkt destylacji (czyli skroplona ciecz) - destylat, pozostałość - cieczą wyczerpaną, w przypadku mieszaniny azeotropowej stosuje się sorpcję lub dodanie substancji tworzącej azeotrop z jednym ze składników mieszaniny co umożliwia oddestylowanie określonego składnika.

17 Rozdzielanie układu ciało stałe / ciało stałe
Sublimacja - przemiana fazowa bezpośredniego przejścia ze stanu stałego w stan gazowy z pominięciem stanu ciekłego często wykorzystywana do oczyszczania związków chemicznych, które mają na tyle wysoką temperaturę wrzenia, że ich destylowanie byłoby bardzo kłopotliwe. Magnetyzm – rozdział mieszaniny substancji podatnych na oddziaływanie pola magnetycznego i substancji nie podatnych na oddziaływanie na pole magnetyczne. Chromatografia – patrz poprzednie slajdy.

18 Rozdzielanie układu ciało stałe / ciało stałe
Flotacja - metoda rozdzielania rozdrobnionych ciał stałych, wykorzystująca różnice w zwilżalności składników: kąpiel mieszaniny w cieczy wzbogaconej często w tzw. odczynniki flotacyjne, cząstki trudno zwilżane otaczają się w większym stopniu pęcherzykami powietrza niż łatwo zwilżalne, dzięki czemu unoszą się na powierzchnię, skąd zbierane są w postaci piany.

19 Rozdzielanie układu gaz / gaz
Metoda kriogeniczna - niskotemperaturowa: skroplenie mieszaniny gazów i poddanie skroplonej mieszaniny rektyfikacji (kilkukrotnej destylacji). Metoda membranowa: zastosowanie membran przepuszczalnych dla określonych gazów. Metody sorpcyjne: pochłanianie gazu – sorbatu, przez inną substancję (ciało porowate) – sorbent (absorpcja – sorpcja wgłębna, adsorpcja – sorpcja powierzchniowa). mieszanina gazów A i B membrana przepuszczalna dla gazu A gaz A gaz B membrana przepuszczalna dla gazu B

20 Rozdzielanie układu gaz / gaz, ciecz / gaz
Metody sorpcyjne: sorpcja fizyczna - pochłanianie gazu (sorbatu), przez inną substancję (ciało porowate – sorbent): absorpcja – sorpcja wgłębna, adsorpcja – sorpcja powierzchniowa, sorpcja chemiczna – przepuszczanie mieszaniny przez płuczki zawierające substancje wchodzące w reakcję chemiczną z jednym z gazów mieszaniny, Podniesienie temperatury lub obniżenie ciśnienia w układzie ciecz / gaz: rozpuszczalność gazów w cieczach maleje wraz ze wzrostem temperatury mieszaniny oraz wraz ze spadkiem ciśnienia mieszaniny.