Изучение молекулярно-массового распределения гуминовых веществ бурых углей методом эксклюзионной хроматографии - Курсовая работа

Гуминовые вещества (ГВ) - это сложные смеси устойчивых к биодеструкции высокомолекулярных органических соединений природного происхождения, образующихся при разложении растительных и животных остатков под действием микроорганизмов и абиотических факторов среды. С точки зрения новейших представлений, ГВ имеют мицелярное строение, согласно которому они состоят из молекул относительно небольших размеров, связанных между собой водородными связями и гидрофобными взаимодействиями.Хроматография - наиболее часто используемый аналитический метод разделения веществ, основанный на распределении компонентов между двумя фазами - неподвижной и подвижной. Неподвижной (стационарной) фазой обычно служит твердое вещество (его часто называют сорбентом) или пленка жидкости, нанесенная на твердое вещество. Хроматография - гибридный аналитический метод, в котором хроматографическая колонка - часть аналитической системы, сочетающей разделение и определение. В отличие от ряда других методов, основанных на распределении компонентов между фазами, хроматография - это динамический метод, обеспечивающий многократность актов сорбции-десорбции разделяемых компонентов, так как разделение происходит в потоке подвижной фазы. По механизму взаимодействия сорбента и сорбата можно выделить несколько видов хроматографии: распределительная хроматография основана на различии в растворимости разделяемых веществ в неподвижной фазе (газожидкостная хроматография) или на различии в растворимости веществ в подвижной и неподвижной жидких фазах; ионообменная хроматография - на разной способности веществ к ионному обмену; адсорбционная хроматография - на различии в адсорбируемости веществ твердым сорбентом; эксклюзионная хроматография - на различии в размерах и формах молекул разделяемых веществ, аффинная хроматография - на специфических взаимодействиях, характерных для некоторых биологических и биохимических процессов.Жидкостная хроматография используется для разделения и анализа сложных смесей веществ, в котором подвижной фазой служит жидкость. Этот метод применим для разделения более широкого круга веществ, чем метод газовой хроматографии, поскольку большинство веществ не обладает летучестью, многие из них неустойчивы при высоких температурах (особенно высокомолекулярные соединения) и разлагаются при переведении в газообразное состояние. С этой точки зрения химические свойства подвижной фазы не играют существенной роли, более важны их физические параметры: вязкость, летучесть и др. С другой стороны, в отличие от газохроматографических систем, подвижная фаза в жидкостной хроматографии играет активную химическую по существу роль.Эксклюзионная хроматография - это разновидность жидкостной хроматографии, в которой разделение компонентов основано на распределении молекул в соответствии с их размером между растворителем, находящимся в порах сорбента, и растворителем, протекающим между его частицами. В процессе разделения небольшие молекулы попадают в сетку полимера, в порах которой растворитель служит неподвижной фазой, и удерживаются там, большие молекулы не могут проникнуть в полимерную сетку и вымываются из колонки подвижной фазой. Удерживание молекул в эксклюзионной хроматографии определяется их диффузией в поры сорбента и зависит как от размера молекул, так и от размера пор неподвижной фазы. Если на механизм такого распределения молекул не накладываются другие побочные эффекты, например адсорбция или ионный обмен, то изотерма распределения линейна (т. е. концентрация в неподвижной фазе всегда пропорциональна концентрации в подвижной фазе) и хроматограммы имеют форму кривой Гаусса. В этом варианте жидкостной хроматографии коэффициент распределения D равен 1, так как подвижная фаза и неподвижная фаза, в порах которой находится тот же растворитель, имеют одинаковый состав.Время от момента ввода анализируемой пробы до регистрации максимума пика называют временем удерживания (элюирования) TR . Время удерживания складывается из двух составляющих - времени пребывания вещества в подвижной tm и неподвижной ts фазах:TR = tm TS (1) Значение TR не зависит от количества пробы, но зависит от природы вещества и сорбента, а также упаковки сорбента и может меняться от колонки к колонке. Для характеристики удерживания часто используют понятие удерживаемого объема VR - объем подвижной фазы, который нужно пропустить через колонку с определенной скоростью, чтобы элюировать вещество: VR= TRF (3), где F - объемная скорость потока, см3с-1. Объем для вымывания несорбируемого компонента, мертвый объем, выражается через tm:Vm=TMF и включает в себя объем колонки, не занятый сорбентом, объем коммуникаций от устройства ввода пробы до колонки и от колонки до детектора.Гуминовые вещества представляют собой наиболее обширный класс природных соединений, входящих в состав органического вещества почв, природных вод и твердых горючих ископаемых. Основные гуминсодержащие источники можно расположить в следующий ряд в порядке увеличения содержания в них ГВ: морские воды (до 1 мг/л) <речные

Содержание

Введение

1. Литературный обзор

1.1 Хроматографические методы анализа и их классификация

1.2 Жидкостная хроматография

1.3 Эксклюзионная хроматография

1.4 Хроматографические параметры

1.5 ГВ: состав и физико-химические характеристики

1.5.1 Источники гуминовых веществ

1.5.2 Выделение ГВ и их модификация методом кислотного гидролиза

1.5.3 Технический анализ

1.5.4 Элементный анализ

1.5.5 ИК-спектроскопия

1.5.6 Молекулярно-массовое распределение ГВ

2. Экспериментальная часть

2.1 Выделение гуминовых веществ из бурых углей

2.2 Химическая модификация гуминовых веществ методом кислотного гидролиза

2.3 Технический анализ

2.4 Органический элементный анализ ГВ

2.5 ИК-спектроскопия

2.6 Изучение молекулярно-массового распределения ГВ и продуктов модификации методом эксклюзионной хроматографии

3. Результаты экспериментов и их обсуждение

3.1 Выделение гуминовых веществ и их модификация

3.2 Технический анализ ГВ и продуктов их модификации

3.3 Органический элементный анализ ГВ и продуктов их модификации

3.4 ИК-спектроскопия

3.5 Изучение молекулярно-массового распределения ГВ и продуктов их модификации

3.5.1 Исследование влияния природы ГВ на молекулярно-массовое распределение

3.5.2 Исследование влияния условий модификации ГВ на молекулярно-массовое распределение

3.5.3 Исследование влияния условий хроматографического эксперимента (РН раствора вводимого образца) на ММР

3.6 Расчет хроматографических параметров

Выводы

Список литературы

При сравнительном исследовании ГВ бурых углей трех шахт и продуктов их кислотного гидролиза установлено, что ужесточение условий модификации приводит к уменьшению числа связывающих катионов (зольности), сокращению алифатической периферии и увеличению ароматичности (по данным ИК-спектроскопии и органического элементного анализа)

Методом гель-фильтрации на сефадексе G-100 показано, что ГВ бурых углей имеют ММР в интервале 4-120 КДА, ужесточение условий модификации ведет к уменьшению количества низкомолекулярной фракции за счет увеличения гидрофобных взаимодействий.

3. Показано, что условия хроматографирования (РН=12 или РН=13 не оказывают существенного влияния на ММР ГВ.

Расчет числа теоретических тарелок на двух колонках (N?103), коэффициентов селективности (?=1,2-1,6) и коэффициентов разрешения (Rs=0,7-2,5) указывают на эффективность разделения фракций ГВ.

Низкие значения коэффициента емкости k и коэффициента распределения D свидетельствуют о недостаточном удерживании ГВ в порах сефадекса G-100.

1. Золотов Ю.А., Дорохова Е.Н., Фадеева В.И. и др. Основы аналитической химии. В 2 кн. Кн. 1 Общие вопросы. Методы разделения: Учебник для ВУЗОВ/ Под ред. Ю.А. Золотова. - М.: Высш. шк., 1996. - 383 с.

2. Айвазов Б. В. Введение в хроматографию. М.: Высшая школа, 1983.- 240 с.

3. Шатц В.Д., Сахартова О.В. Высокоэффективная жидкостная хроматография: Основы теории. Методология. Применение в лекарственной химии. - Рига: Зинатне.-1988.- 390 с.

4. Золотов Ю.А. Основы аналитической химии. Задачи и упражнения. / М.: Высш. шк., 2004.

5. Орлов Д.С. Химия почв. Москва, Изд-во МГУ. 1992. - 259 с.

6. Курзо Б.В. Закономерности формирования и проблемы использования сапропеля: Монография. - 2005. - с. 65-71.

7. Ришар К., Гийо Ж., Агуер Ж.-П., Халле А., Трубецкая О. Е., Трубецкой О. А.. Роль фракционирования при изучении фотохимических свойств гумусовых веществ. Рос. хим. ж. (Ж. Рос. хим. об-ва им. Д.И. Менделеева), 2008, т. LII, № 1.

8. Юдина Н.В., Тихова В.И. Структурные особенности гуминовых кислот торфов, выделенных разными способами. Химия растительного сырья. 2003. № 1. С.93-96.

9. Перминова И.В., Жилин Д.М 2004: Гуминовые вещества в контексте зеленой химии. В: Зеленая химия в России, В.В. Лунин, П. Тундо, Е.С. Локтева (Ред.), Изд-во Моск. Ун-та, с.146-162.

10. Орлов Д.С. Гумусовые кислоты почв и общая теория гумификации. М.: Изд-во МГУ 1990г. - 325с.

11. Stevenson F.J.//Humus Chemistry, Genesis, Composition, Reactions. John Wiley&Sons, New York, 1982, 443p.

12. Ширшова Л.Т., Ермолаева М.А. Химия почв//Почвоведение. 2001. № 8. С. 955-962.

13. Орлов Д.С. Гумусовые кислоты почв и общая теория гумификации. М. Изд-во МГУ 1990г. - 325с

14. Салем К.М., Перминова И.В., Гречищева Н.Ю., Мурыгина В.П., Мещеряков С.В.//В сб.: Экология и промышленность России, 2003, с. 19-21.

15. Лиштван И.И. и др. Гуминовые кислоты торфа и препараты на их основе // Природопользование. 2004. вып. 10. С. 114-119.

16 ГОСТ 9517 - 76 Метод определения выхода гуминовых веществ.

17. ГОСТ 9517 - 94 Топливо твердое. Метод определения выхода гуминовых веществ.

18. ГОСТ 11305-83. Торф. Методы определения влаги

Размещено на .ru