§ 6. Хроматографические методы разделения
Принцип и классификация хроматографических методов анализа описаны ранее (см. книга 1, гл. III, § 10).
Хроматографичёские методы анализа широко применяют в количественном анализе для разделения и концентрирования отдельных компонентов сложных смесей неорганических и органических соединений.
Выделенные компоненты определяют обычными химическими, физическими и физико-химическими методами анализа. Наиболее широко в количественном анализе применяют ионообменную хроматографию для разделения составных частей анализируемых веществ:
а) отделения катионов от некоторых анионов;
б) разделения катионов;
в) разделения анионов;
г) выделения примесей и получения химически чистых препаратов;
д) определения общей концентрации электролитов в растворе;
е) концентрирования ионов микропримесей из растворов и т. д.
Примеры отделения, разделения и идентификации катионов и анионов рассмотрены при изучении качественного анализа. Ниже приведено несколько других примеров применения ионообменной хроматографии в количественном анализе.
Определение общей концентрации электролитов в растворе. Это определение основано на том, что при пропускании анализируемого раствора через катионит в Н-форме выделяется кислота в количестве, эквивалентном содержанию соли в растворе, по схеме:
Количество выделившейся кислоты определяют титрованием щелочью.
Определение концентрации соли в растворе. Катионит марки СБС (около 15 г), помещенный в стеклянную колонку диаметром 2 см и высотой 30 см (рис. 97), переводят в Н-форму пропусканием через него 
н. хлористоводородной кислоты со скоростью 2 капли в секунду. Скорость вытекания жидкости из колонки регулируют с помощью крана. Кислоту вливают в колонку отдельными порциями по 
. Затем катионит тщательно отмывают от кислоты дистиллированной водой до нейтральной реакции фильтрата по метиловому оранжевому. Отмытый катионит готов для определения концентрации соли.
Определение проводят следующим образом. Анализируемый приблизительно 0,1 н. раствор соли 
отобранные пипеткой) помещают в колонку и пропускают раствор через катионит.
Рис. 97. Адсорбционные колонки: 1 — воронка; 2 — конечный уровень жидкости; 3 — адсорбент; 4 — пористый фильтр; 5 — напорный сосуд; 6 — раствор; 7 — стеклянная вата.
Скорость пропускания жидкости через катионит — 2 капли в 1 сек. Фильтрат собирают в коническую колбу. Затем через катионит пропускают дистиллированную воду, вливая новую порцию воды тогда, когда уровень жидкости в колонке достигнет поверхности катионита. Воду пропускают через катионит до тех пор, пока капля фильтрата, взятая на часовое стекло, не будет иметь нейтральную реакцию по метиловому оранжевому. Все промывные воды тщательно собирают в ту же коническую колбу, что и фильтрат. Содержимое конической колбы оттитровывают 0,1 н. раствором 
с индикатором метиловым оранжевым. Определение проводят три раза.
После окончания определения катионит регенерируют. Для этого через колонку с катионитом пропускают 
н. хлористоводородной кислоты для извлечения поглощенных катионов, затем отмывают катионит от кислоты дистиллированной водой.
Количество соли 
в анализируемом объеме раствора вычисляют по формуле:
где 
— объем щелочи, пошедшей на титрование, 
; 
— нормальность раствора 
соли — грамм-эквивалент соли.
Определение свободной кислоты в растворах различных солей. Свободную кислоту в растворе соли вычисляют по разности между суммарной кислотностью, которую определяют титрованием элюата, полученного при пропускании раствора соли через катионит в Н-форме, и кислотностью, соответствующей по расчету содержанию катиона в растворе соли, определяемому заранее весовым или объемным методом.
Концентрирование ионов из разбавленных растворов. При пропускании через катионит большого количества разбавленного раствора катионит поглощает катионы из раствора. При промывании катионита разбавленной соляной кислотой наблюдается вытеснение поглощенных катионов в фильтрат. При этом получается небольшой объем раствора, содержащего все катионы. Таким образом, можно провести концентрирование катионов из разбавленных растворов. На этом основан метод контроля качества конденсата пара при помощи катионита.
Разделение катионов, основанное на использовании амфотерных свойств. Для разделения катионов раствор, содержащий смесь амфотерных и неамфотерных катионов, пропускают через катионит в Н-форме. Затем промывают катионит раствором щелочи 
или 
. В результате обменной реакции поглощенные катионы вытесняются из катионита. При этом катионы неамфотерных соединений образуют со щелочью гидроокиси, осаждающиеся на зернах катионита, а катионы амфотерных соединений образуют в избытке щелочи анионы и проходят в фильтрат.
Так, например, можно отделить алюминий, цинк, молибден, сурьму, вольфрам от железа, меди и др. Метод отделения амфотерных катионов имеет существенное преимущество вследствие устранения соосаждения амфотерных катионов с осадком гидроокисей катионов.
Разделение катионов, основанное на использовании комплексообразования. Возможны два варианта разделения.
1. Раствор, содержащий смесь катионов, пропускают через катионит. В результате обменной реакции катионы, содержащиеся в растворе, поглощаются катионитом. Через катионит пропускают раствор электролита, который образует комплексные отрицательно заряженные ионы с одними из катионов.
Другие катионы могут образовывать с раствором электролита положительно заряженные комплексные ионы или же оставаться в виде простых ионов.
Катионы, образующие с раствором электролита отрицательно заряженные комплексные ионы, проходят в фильтрат. Катионы, не образующие таких комплексных ионов, остаются на катионите.
2. К раствору, содержащему смесь катионов, предварительно прибавляют вещество, образующее комплексные, отрицательно заряженные ионы с одними из катионов. Другие катионы при этом не образуют отрицательных комплексных ионов. При пропускании полученного раствора через катионит поглощаться будут только ионы, которые находятся в растворе в виде простых либо в виде комплексных катионов. Ионы, находящиеся в растворе в виде комплексных анионов, пройдут в фильтрат.
Оба варианта разделения катионов широко применяются в аналитической химии. В качестве веществ, образующих с катионами комплексные ионы, используют лимонную, винную, сульфосалициловую кислоты, пирофосфат натрия, оксалат аммония, глицерин и др.
Для разделения катионов методом комплексообразования используют как катиониты, так и аниониты.
Методом ионообменной хроматографии можно разделить редкоземельные элементы, используя различия констант нестойкости их комплексных соединений.
Разделение катионов можно проводить на анионитах, насыщенных анионами, способными образовывать с некоторыми катионами комплексные ионы. Так, при пропускании через анионит в цитратной форме раствора, содержащего смесь катионов, происходит поглощение анионитом тех катионов, которые образуют с цитрат-ионами комплексные анионы. Катионы, не образующие комплексных анионов с цитрат-ионами, проходят в фильтрат. Таким путем отделяются: 
от 
. Катионы 
проходят в фильтрат, 
образуют с цитрат-ионами комплексные анионы и прочно удерживаются анионитом.
Определение фтора во фториде алюминия, криолите и плавиковом шпате. Исходный нерастворимый в воде фторид превращают в растворимый фторид щелочного металла сплавлением пробы со смесью карбоната калия и 
. При выщелачивании плава водой фторид калия переходит в раствор, а гидроокись и оксикарбонат алюминия и карбонат кальция остаются в нерастворимом остатке. Раствор фильтруют и пропускают через катионообменную колонку. Вытекающая из колонки жидкость содержит HF, которую оттитровывают стандартным раствором щелочи.
Уравнения реакций:
а) реакции сплавления
б) реакции ионного обмена:
в) реакция титрования:
Сплавляют в платиновом тигле 0,5 г пробы с 5—10 г карбоната калий-натрия и 1,5 г 
и далее поступают так, как описано в гл. V, § 20.
После выщелачивания раствор фильтруют. Фильтрат, содержащий растворимые фториды, карбонаты и силикаты, пропускают через ионообменную колонку, наполненную ионитом в Н-форме. Содержимому колонки дают постоять 15 мин для удаления двуокиси углерода, образующейся при взаимодействии растворимых карбонатов с ионитом. После удаления 
раствору дают стечь и затем титруют его 0,1 н. раствором 
в присутствии бромкрезолового фиолетового. При титровании желтая окраска раствора становится зеленой, затем голубой и, наконец, фиолетовой. В этот момент титрование прекращают.
