(1.3)

де а – значення адсорбції; Z, W – величини, по відношенняю до даного газу; С – концентрація газу. Якщо С<<1, то

, (1.4)

тобто одержуємо рівняння прямої, яка виходить з початку координат (рис. 1.3).

Якщо С<<1, то

a=ZWC/WC або а=Z, (1.5)

в цьому випадку одержуємо рівняння прямої, паралельної осі абсцис.

Аналіз рівняння Ленгмюра показує, що при малих значеннях С значення адсорбції (а) прямо пропорційно концентрації, а при дуже великих – з постійною величиною, відповідної насиченню поверхні адсорбенту

Ізотерма адсорбції Ленгмюра по-своєму вигляду аналогічна адсорбційним ізотермам газів і рідин на твердих поверхнях.

Рис.1.3 Ізотерма адсорбції

Проте, слід враховувати, що при поглинанні молекули із рідких середовищ процес адсорбції ускладнюється впливом властивостей розчинника, котрий утримуючись на поверхні адсорбенту, зменшує адсорбованість розчиненої речовини і спотворює тип ізотерм. Тому в таких випадках для проведення хроматографічного процесу необхідно підбирати розчинник з якнайменшою сорбційною здатністю по відношенню до використовуваного адсорбенту [3], [9].

Процес послідовного видалення речовин з колонки може бути зображений графічно. Одержана при цьому крива носить назву вихідної кривої.

При проведенні фронтального аналізу розчинів, що містять велику кількість розчинених компонентів, на вихідній криві виникає відповідна кількість ступенів (рис. 1.4). Перша ступінь відповідає якнайменш адсорбованій речовині, друга – суміші двох компонентів, третя – трьох компонентів, і остання ступінь відповідає всім компонентам, що входять до складу вихідного розчину.

Рис.1.4 Вихідна крива фронтального аналізу:

С – концентрація; V – об’єм розчину, який витікає із колонки. | Рис. 1.5 Вихідна крива витиснювального аналізу:

С – концентрація; t – час, хв.

На вихідній кривій у витиснювальному методі утворюються піки, за площею яких можна визначити вміст окремих речовин (рис.1.5). У разі неповного розділу піки кривої частково накладаються одна на іншу. Величини площ піків відповідають відносному вмісту компонентів у суміші [3].

Адсорбенти. Для розділення речовин в адсорбційній хроматографії застосовують наступні адсорбенти: активоване вугілля, силікагель, оксид алюмінію, природні і штучні силікати, а також молекулярні сита. Останні представляють собою дегідратовані, штучно приготовлені цеоліти з геометричною однорідністю структури і постійністю міжмолекулярних відстаней. Так, міжмолекулярна відстань сита типу 4А, представяє собою кристалічнй алюмосилікат натрію, який складає 4, а у сита типу 5А – кристалічний алюмосилікат кальцію - 5 [3], [9].

1.3.2. Іонообмінна хроматографія

Іонообмінна хроматографія заснована на обміні іонів між розчиненою речовиною і адсорбентом (іонітом). Сорбент для іонного обміну повинен бути твердою нерозчинною речовиною, що містить у своїй структурі іоногенні групи, здатні до реакції іонного обміну. Сорбована речовина повинна знаходитися у розчині і бути в дисоційованому стані. Утворення хроматограм відбувається внаслідок різної здатності до обміну іонів хроматографічного розчину [1].

Для здійснення катіонного обміну сорбент повинен містити у своїй структурі кислотні групи, іон водню який легко обмінюється на катіон електроліту, що знаходиться в розчині (катіонообмінний сорбент або катіоніт).

У разі аніонообмінної сорбції сорбент повинен містити у своїй структурі групи, що володіють властивостями основ, тобто гідроксидів; іон цих груп повинен обмінюватися на аніон електроліту, що знаходиться у розчині (аніонообмінний сорбент або аніоніт) [3].

Таким чином, іонообмінні сорбенти є своєрідною групою електролітів, які повинні містити у своїй структурі іони, здатні до дисоціації і в той же час бути нерозчинними. Поєдняння цих властивостей досягається з’єднанням іонних груп або атомів ковалентними зв’язками, внаслідок чого утворюється скелет молекули-гіганта, тобто високомолекулярні сполуки просторової або сітчастої структури.

У іонообмінній хроматографії як елюент (вимиваючої речовини) затосовують розчини електролітів [3, [9].

Відповідно до прийнятої термінології іонообмінну хроматографію за способами виконання підрозділяють на фронтальний, витискувальний і елюентний аналізи. У всіх цих видах використовується багатократне повторення процесу іоннного обміну. Найбільше застосування має елюентний аналіз.

При здійсненні елюентної хроматографії у верхню частину хроматографічної колонки, наповненої, наприклад катіонітом у водневій формі (Н-формі), вводиться суміш катіонів, що розділяються. Для отримання компонентів у чистому вигляді елюенювання проводять розчином кислоти чи другим елюентом при поступово зростаючій його кнцентрації (градєнтне елюенювання). Якщо досліджують суміш іонів елементів різних груп періодичної системи, то розділення за допомогою елюенювання розчинами електролітів полегшують тим, що елементи різної валентності володіють різною спорідненістю до іоніту. Сорбованість іонів зростає у міру збільшення ступеня окислення елементу. Приблизну закономірність сорбованості іонів з одинаковим ступенем окислення можна представити у вигляді сорбційних рядів:

Ці ряди змінюються залежно від природи іоніту, хроматографічних речовин, розчинів, які вживаються при елюенюванні, і зовнішніх умов експерименту [1], [2], [3].

Іоніти. Іонітами називають тверді органічні або неорганічні речовини практично нерозчинні у воді і органічних розчинниках, що містять активні (іоногенні) групи з рухомими іонами, здатними обмінюватися на іони електролітів при контакті з їх розчинами.

По своєму хімічному складу іоніти можна розділити на дві групи: 1) іонообмінні сорбенти мінерального походження; 2) іонообмінні сорбенти органічного походження [2].

Сорбенти мінерального походження є слабокислотні катіоніти або слабоосновні аніоніти. До них відносяться для катіонообмінної сорбції: оксид алюмінію, лужний силікагель, фосфат цирконію і інші природні алюмосилікати. Для аніонообмінної сорбції можна використовувати оксид алюмінію або гідрат оксиду цирконію.

Алюмінатний оксид алюмінію для іонного обміну одержується розчиненням металічного алюмінію в лузі з подальшим осадженням вуглекислим газом і прожаренням осаду, що утворився. На поверхні важкорозчинного прожареного осаду Al2O3 адсорбується алюмінат натрію, утворюючи сполуку (Al-2O3)m · NaAlO2, яке здатне до дисоціації:

(Al-2O3)m · NaAlO2 (Al-2O3)m · AlO2- + Na+, (1.6)

в результіті чого на поверхні цієї складної сполуки утворюються рухомі іони натрію, які здатні до заміщення на інші метали:

п(Al-2O3)m · Al2O- Na++Mn+ [(Al-2O3)m · Al2O2-]nM