3:ペーパークロマトグラフィー-五つの金属カチオンの分離と同定(実験)

目的

  • 金属イオンの既知および未知の溶液\(\ce{Ag^{+}}\), \(\ce{Fe^{3+}}\), \(\ce{Co^{2+}}\), \(\ce{Cu^{2+}}\)と\(\ce{Hg^{2+}}\)は紙クロマトグラフィーを使用して分析されます。
  • これらの陽イオンのいくつかを含む未知の溶液は、既知の溶液の染色スポットのRf値および色と比較することによって同定される。
  • 既知の溶液の染色スポットのRf値および色と比較することによって同定される。 ほとんどの化学者および他の多くの科学者は、定期的に混合物を分離し、それらの成分を同定する必要があります。

ほとんどの化学者および他の サンプル中に見出される物質を定性的に同定する能力は重要であり得る。 たとえば、汚染された地下水のサンプルを調査している環境化学者は、サンプル中にどの有毒なイオンが存在するかを知りたいと思うでしょう。

クロマトグラフィーは、このような状況で使用される最初のツールの一つです。 この技術では、多くのタイプの混合物を成分の純粋な物質に分離することができる; 標準試料と比較することにより、各成分物質も暫定的に同定することができる。

クロマトグラフィーの多くの品種が存在し、それぞれが特定の種類の混合物を分離するように設計されています。 各タイプのクロマトグラフィーの共通の特徴は、移動相(液体または気体)が固定相(固体)を介して押されることである。 表1は、クロマトグラフィーのいくつかの品種と相の典型的な同一性を示しています。 この実験では紙クロマトグラフィーを使用します。

Type of Chromatography

Mobile Phase

Stationary Phase

Gas (GC)

inert gas (helium)

waxy liquid or silicone inside narrow tubing

Liquid
(LC ,HPLC, column)

solvent/solvent Mixture (organic or aqueous)

solid packing (silica, alumina)

Paper

solvent/solvent Mixture (organic or aqueous)

paper

Thin-Layer (TLC)

solvent/solvent Mixture (organic or aqueous)

silica/alumina coated glass, plastic or metal

カラムクロマトグラフィーの例(図1)は、この分析技術に見られる典型的な特徴を示しています。 図は、二成分混合物をカラムクロマトグラフィーに供する実験を示しています。 カラムには固定相と呼ばれる固体材料が充填されています。 液体溶媒または溶出溶液をカラムに注ぎ、固体充填材料を完全に濡らす。 次いで、混合物を湿潤カラムの上部に装填し、より多くの溶離液を添加する。 重力は静止した段階を通って移動相を引っ張り、混合物の部品は異なった率でコラムを通って動き始めます。 この図では、成分Aは成分Bよりも速く移動するため、成分Bは成分Aよりも長い時間カラム上に保持されます。 より多くの溶離液がカラムの上部に追加されると、成分は最終的にカラムを別々に出る。 保持時間と呼ばれる列を出るのにかかる時間は、移動相と静止相の同一性、温度、列幅などの与えられた設定条件の下で、各成分について再現可能です。 成分がカラムから出ると、蒸発によって溶媒を除去することができ、純粋な成分をさらに分析または同定することができる。p>

Chem11_Exp3。png

図1:典型的なカラムクロマトグラフィー実験では、二成分混合物の分離を示しています。

成分の暫定的な同定は、慎重に調製された既知の混合物を未知の混合物と比較することによって達成することができる:既知の成分が同じ条件で未知の成分と同じ保持時間を有する場合、二つの成分が同じである可能性があるが、決定的ではない。 この仮説を確認するためには、さらなる分析が必要な場合があります。 既知の成分と未知の成分が異なる保持時間を有する場合、2つの成分が同一である可能性は低い。

クロマトグラフィーの他のバリエーションは、毛細管作用—固体表面への液体の引力—を使用して、固体材料を介して溶媒を引っ張る。 紙クロマトグラフィーの非公式版は、インクで書かれたページが水または他の液体と接触するときに観察することができる。 インクが走り、インクストリークではいくつかの色が分離されています。

下の図(図2)は、薄層クロマトグラフィー実験の結果を示しています。 固体表面上の二つの黒いインクスポットは、それらを通過した溶媒を持っていました。 溶媒は、毛細管作用によって固定相を通って引っ張られる水または別の液体である。 この例では、粉末状の固体で被覆されたプラスチック片が固定相として使用される。 またろ紙の部分は静止した段階として使用することができる。 この実験は、黒色インクがいくつかの異なる着色物質を含む混合物であることを示している。 各成分は移動相でわずかに異なる溶解度を有するので、液体が静止相を通って引っ張られると、各成分は異なる速度で移動し、インクを異なる色のp>

Chem11_Exp3_2。png

図2:現像後の黒インクの薄層クロマトグラフィー。 この写真は、スポットがプレートの上に移動するにつれて広がり、最終的にプレートの上部で合流する一般的な問題を示しています。

この実験では、同様の原理を使用して、紙クロマトグラフィー手順によっていくつかの金属カチオンを分離します。 金属イオン-\(\ce{Ag})-\(\ce{Ag})^{+}}\), \(\ce{Fe^{3+}}\),\(\ce{Co^{2+}}\), \(\ce{Cu^{2+}}\)、および\(\ce{Hg^{2+}}\)は、移動相中で異なる溶解度を持ちます—水性\(\ce{HCl}\)エチルおよびブチルアルコール—と—紙の上を異なる速度で移動します。 異なる金属イオン溶解度は,おそらく塩化物イオンを有する種々の化合物の形成およびそれらの有機溶媒中での溶解能力の変化によるものである。

用紙の準備方法を示す図を以下に示します。 これらのイオンのそれぞれを含む標準溶液は、すべての五つのイオンを含む標準溶液と一緒に、毛細管を使用して紙の上にスポットされます。 未知のものも紙の上に発見されます。 紙が準備されると、紙を溶離液に入れることによって現像されます。 75-90分後、ヨウ化カリウム、\(\ce{KI}\)、フェロシアン化カリウム、\(\ce{K4}\)を含む水溶液で濡らすことによって紙を可視化する。 各イオンのために観察される独特な色は可視化の解決との化学反応によって作り出されます。 これは、未知の混合物中にどのイオンが存在するかを同定するための有用な方法の一つである。p>

Chem11_Exp3_3。png

図3:クロマトグラフィー実験のための紙を準備する方法を示す図

イオンが紙を上に移動する距離は、イオンを識別するために使用するこ しかし、学生は時間の異なる量のために、わずかに異なる条件の下で彼らのクロマトグラフィー実験を開発するので、各学生は、与えられたイオンのため イオンによって移動された距離(\(D\))と溶媒によって移動された距離(\(F\)、溶媒前面)の比は特徴的であり、すべての学生でほぼ同じでなければなりま この比率は、Rf、または「保持係数」と呼ばれます。”

\

手順

材料および機器

化学物質:0。1Mの\(\ce{Agno3}\)、\(\ce{Hg(NO3)2}\)、\(\ce{Fe(NO3)3}\)、\(\ce{Co(NO3)2}\)、および\(\ce{Cu(No3)2}\)の水溶液、それぞれ専用のキャピラリーチューブを有する;溶出溶液(\(\ce{HCl}\)水溶液、エチルおよびブチルアルコールを有する\(\ce{KI}\)およce{k4}\))。

装置:クロマトグラフィーのペーパーのきれいな部分;使い捨て可能な乳液の手袋(ニトリルの手袋は乳液へのアレルギーの人々のための貯蔵室でvailableです);600のmL; ruler*

*ストックルームから得られたアイテム

安全性

金属イオン溶液、溶出溶媒、および可視化溶液との接触を避けてください。 溶出が発生した後、実験の残りのためにあなたのクロマトグラムに触れるために使い捨て手袋を着用してください。 溶離溶媒または可視化溶液の蒸気を呼吸しないでください。 実験室のベンチに直接ではなく、ペーパータオルの上に湿ったクロマトグラムを置きます。 可視化ソリューションは、講師が提供するスペースでのみ使用してください。 実験が終了した後、指定された廃棄物容器に手袋とクロマトグラムを処分してください。 この実験室のすべての解決が付いている接触の後であなたの手を完全に洗浄して下さい。

クロマトグラフィーのための紙の準備

  1. 学生の各ペアは、図3に示す寸法の濾紙を得る必要があります。 紙がきれいで、涙や折り目がないことを確認してください。 ペンではなく鉛筆と定規を使用して、紙の長さの端から1cmの紙を横切って線を描きます。 このラインの金属イオン解決に斑点を付ける。 紙の左上隅に鉛筆であなたの名前を書いてください。
  2. 正しいサイズのスポットを作成する方法を知っているように、ろ紙のストリップに水および/またはイオン溶液をスポッティング練習します。 紙の上にイオンを見つけるためにガラスの毛細管を使用してください。 溶液は、紙の上に描いた線に溶液を含む毛細管に軽くかつ迅速に触れることによって適用されます。 スポットは直径5-8mmの間にする必要があります。 これよりも大きなスポットは、実験中に過度に広がり、分析が困難になります。
  3. 既知の0。\(\Ce{Agno3}\)、\(\ce{Hg(NO3)2}\)、\(\ce{Fe(NO3)3}\)、\(\ce{Co(NO3)2}\)、および\(\ce{Cu(NO3)2}\)の1M水溶液が試験管内に提供され、それぞれが2つまたは3つの毛細管を含む。 左側から、鉛筆で各スポットの下にイオンのアイデンティティをマークし、その後、ライン上に慎重に知られている各イオンをスポッ 毛管管を他のイオンと汚染することを避け、正しい試験管に戻って毛管管を取り替えるように注意して下さい。 すべての5つのイオンの既知の混合物を含む試験管はまた一組の毛管管を与えられます。 同様にライン上にこの混合物を見つけます。 この溶液は単一イオン既知の溶液よりも希釈されているため、既知の混合物を3回塗布し、各塗布の間にスポットを乾燥させます。 ヒートランプは、スポットをより迅速に乾燥させるのに役立ちます。
  4. いくつかの未知数は、キャピラリーチューブと一緒に、試験管にも提供されています。 あなたの講師は、どの未知のものを使用すべきかを教えてくれます。 未知数は一つから四つの陽イオンを含み、単一イオン既知の溶液よりも希薄である。 未知のものはまた、2回の試験のために2回と4回適用する必要があり、各適用の間にスポットを乾燥させる必要があります。 エラーが発生した場合は、2つの試行が分析に利用できるように、線に沿って2つの場所で未知のものを見つける必要があります。

クロマトグラフィー用紙を現像する

  1. 図3に示すように、右上のエッジに沿ってテープを置きます。 次に、紙の2つの短辺をテープに接続して円筒を形成します。 エッジが触れないようにしてください。 この用紙は、図4のようになります。li>

Chem11_Exp3_4.png

図4:折りたたまれた紙は、実験を開発する前にこのようになります。

  1. 15mLの溶出溶液を得た。 慎重に600ミリリットルのビーカーにこの溶媒の一部を注ぎ、慎重に第二または二のために旋回。 注意:この解決からの蒸気を呼吸しないで下さい! 紙が現像室に置かれると、液体のレベルが紙のスポットラインより下になることを確認してください。
  2. マークされたエッジを下にして、紙のシリンダーをビーカーに置きます。 点は溶媒のレベルの上にあるべきです。 紙はビーカーの側面に触れてはいけません。 慎重にビーカーをラップで覆い、フードに75-90分間置きます。 溶剤は紙の上に移動し始めるはずです。 ビーカーが覆われたら、それが水平であることを確認し、開発期間中にそれを邪魔しないでください。 講師は、待機中に作業するための課題を持っている場合があります。

紙の可視化と分析

  1. 開発期間が終わったら、使い捨て手袋を着用し、ビーカーから紙を取り出します。 乳液の手袋は実験室で利用でき、ニトリルの手袋は乳液のアレルギーの人々のために貯蔵室で利用できる。 ビーカーに戻って溶媒滴りを許可して下さい、そしてテープを取除いて下さい。 ペーパータオルの上にクロマトグラフィー紙を置き、すぐに鉛筆で溶剤の前面に印を付けます。 使用した溶出溶媒を設けられた廃棄物容器に注ぎます。 フードのヒートランプの下で紙を乾燥させます。 注意: 蒸気を呼吸しないでください! ランプの下で紙を燃やさないように注意してください。
  2. 紙が乾燥したら、ペーパータオルの可視化ステーションに持ってきてください。 煙のフードの浅い皿にある視覚化の解決にペーパーを簡潔に浸して下さい。 すぐに溶液から紙を持ち上げ、駅で余分なドリップをオフにしてみましょう。 ぬれたペーパーを乾燥したペーパータオルに置き、熱ランプの下ですぐに乾燥し、そして分析のためのあなたのベンチに運んで下さい。
  3. 最初にそれぞれの既知の単一イオンを見つけて、観察した色を記録します。 いくつかのスポットは、時間の経過とともにフェードすることがありますので、紙がまだ濡れている間に色を記録します。 各スポットが移動した距離、dを定規で測定します。 各スポットの中心に測定します。 データテーブルにデータを記録します。
  4. 溶媒フロントFまでの距離を測定します。Fの値は、紙全体でほぼ同じでなければなりません。 これらの値を使用して、各イオンのRfを計算します。 図5に示すように測定を行います。 観測された各スポットには、独自のRf値があります。 結果をデータテーブルに記録します。li>

Chem11_Exp3_5.png

図5: スポットのRfの計算に使用される距離の測定。

  1. 混合物を含むレーンで、各イオンを見つけ、各イオンが移動した距離を記録します。 このレーンの各イオンのRfを計算します。 この値は単一イオンノウンで観測された値と密接に一致するはずである。
  2. 未知数を含むレーンで、観測された各スポットの中心を見つけ、その距離を記録し、Rf値を計算します。 最も明確なスポットを持っている車線を使用してください。 未知のスポットの色とRf値は、既知のイオンのいくつかと密接に一致する必要があります。 あなたは今、あなたの未知の中で見つかったイオンまたはイオンを識別することができるはずです。 対応するテーブルにデータを記録します。
  3. ラボレポートフォームに記載されているスペースにクロマトグラムのスケッチを作成し、用紙上の各スポットの位置とおおよそのサイズと形状を示 指定された廃棄物容器に紙を廃棄してください。

クリーンアップ

クロマトグラフィー紙と使用した手袋を提供された廃棄物容器に入れます。 使用された溶出溶液は、すでに別の廃棄物容器に入れておく必要があります。 二つの異なる廃棄物容器は、この実験のために提供されているので、あなたが正しいものを使用するようにラベルを読んでください! 実験室を出る前に、必ず手をよく洗ってください。

実験室前の割り当て:紙クロマトグラフィー

  1. 二成分混合物を紙クロマトグラフィーによって分析する。 成分Aは、成分Bよりも移動相においてより可溶性である。 各成分のRfを計算し、各スポットのidをラベルします。li>

Chem11_Exp3_6.png

  1. 質問1(上記)からの混合物を、同じ移動相とシリカゲル固定相を用いたカラムクロマトグラフィーによって分析する。 どの部品がより短い保持時間を持っていますか。 あなたの答えを説明してください。 (紙クロマトグラフィーとカラムクロマトグラフィーの両方に、成分と静止相との間の同じタイプの結合力が存在すると仮定する。)
  1. 移動相として溶媒Xを用いた紙クロマトグラフィーを用いて未知の液体試料を分析する。 プレートが開発され、可視化された後、一つのスポットが観察されます。 同じ未知の物質を移動相として溶媒Yを用いて再分析する。 今回は、プレートが開発され、可視化された後に三つのスポットが観察されます。
  • 未知のサンプルは純粋な物質か混合物ですか? 2つの実験で異なる観測の考えられる理由を含めて、あなたの答えを説明してください。

Lab Report for Paper Chromatography

Data, Observations, Calculations and Analysis Known Ions

Known Ions

Ion

Spot Color (Stained)

D (Single- Ion)

F (Single- Ion)

Rf

D (Ion Mixt.th>

F(Ion Mixt.)

Rf

\(\ce{Ag^{+}}\)

\(\ce{Co^{2+}}\)

\(\ce{Cu^{2+}}\)

\(\ce{Fe^{3+}}\)

\(\ce{Hg^{2+}}\)

Unknown ID Code _________________

Unknowns

Spot Number (from lowest Rr)

Spot Color (Stained)

D (Unknown)

F (Unknown)

Rf

Identity of Spot

  • Sketch of Chromatogram:

Summary:P>

不明なIDコード イオンが識別されました

質問と質問と質問と質問と質問と質問と質問と質問と質問と質問と質問と質問と質問と質問と質問と質問と質問と質問と質問と質問と質問と質問と質問と質問と質問と質問と質問と質問と質問と質問と質問と質問と質問と質問と質問と質問と質問と質問と質問と質問と質問と質問と質問と質問と質問と質問と質問と質問と質問と質問と質問と質問と質問と結論

  1. あなたの未知の中で見つかったイオンを識別するためにどのような基準が使用されましたか? あなたの答えを少なくとも三つの文章で説明してください。 任意のイオンを識別する際に任意の困難を含める。
  1. 実験を30分間だけ実行させた場合、可能性のある結果は何でしょうか? 未知のものの識別に何か問題が発生しますか?ce{Co^{2+}}\)と\(ce{Cu^{2+}}\)の点が同じ色であれば、未知のものを識別するのはもう難しいでしょうか? あなたの答えを説明してください。

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