V.F. Yustratov, G.N. Mikileva, I.A. Mochalova

CHIMICA ANALITICA

Analisi chimica quantitativa

Esercitazione

Per studenti universitari

2a edizione riveduta e ampliata

formazione professionale superiore ad uso interuniversitario

come libro di testo di chimica analitica per gli studenti che studiano nelle aree di formazione 552400 “Tecnologia alimentare”, 655600 “Produzione di prodotti alimentari da materie prime vegetali”,

655900 “Tecnologia delle materie prime, dei prodotti di origine animale”

e 655700 “Tecnologia dei prodotti alimentari

destinazione speciale e ristorazione pubblica"

Kemerovo 2005

UDC 543.062 (07)

V.F. Yustratov, G.N. Mikileva, I.A. Mochalova

A cura di V.F. Yustratova

Revisori:

V.A. Nevostruev, manager Dipartimento di Chimica Analitica

Università statale di Kemerovo, dottore in chimica. scienze, professore;

A.I. Gerasimova, Professore Associato, Dipartimento di Chimica e Tecnologia

sostanze inorganiche Kuzbass State Technical

Università, dottorato di ricerca chimico. scienze

Istituto di tecnologia di Kemerovo

Industria alimentare

Yustratova V.F., Mikileva G.N., Mochalova I.A.

Yu90 Chimica analitica. Analisi chimica quantitativa: libro di testo. indennità. - 2a ed., rivista. e aggiuntivi - / V.F. Yustratova, G.N. Mikileva, I.A. Mochalova; Ed. V.F. Yustratova; Istituto tecnologico dell'industria alimentare di Kemerovo - Kemerovo, 2005. - 160 p.

ISBN 5-89289-312-Х

Vengono delineati i concetti base e le sezioni della chimica analitica. Tutte le fasi dell'analisi chimica quantitativa dalla raccolta dei campioni all'ottenimento dei risultati e i metodi per la loro elaborazione sono discusse in dettaglio. Il manuale comprende un capitolo dedicato ai metodi di analisi strumentali, in quanto i più promettenti. È indicato l'uso di ciascuno dei metodi descritti nel controllo tecnico e chimico dell'industria alimentare.

Il libro di testo è redatto in conformità con gli standard educativi statali nei settori "Tecnologia alimentare", "Produzione di prodotti alimentari da materie prime vegetali e prodotti animali", "Tecnologia dei prodotti alimentari per usi speciali e ristorazione pubblica". Contiene raccomandazioni metodologiche per gli studenti su come prendere appunti durante le lezioni e lavorare con il libro di testo.

Progettato per gli studenti di tutte le forme di studio.

UDC 543.062 (07)

BBK 24.4 i7

ISBN 5-89289-312-Х

©V.F. Yustratov, G.N. Mikileva, I.A. Mochalova, 1994

©V.F. Yustratova, G.N. Mikileva, I.A. Mochalova, 2005, aggiunta

©KemTIPP, 1994

PREFAZIONE

Il libro di testo è destinato agli studenti di specialità tecnologiche delle università di scienze alimentari. Seconda edizione riveduta e ampliata. Durante l'elaborazione del materiale, i consigli e i commenti del capo del Dipartimento di Chimica Analitica dell'Accademia Tecnologica Statale di Voronezh, Onorato Lavoratore della Scienza e della Tecnologia della Federazione Russa, Dottore in Scienze Chimiche, Professor Ya.I. Korenmann. Gli autori gli esprimono la loro profonda gratitudine.

Negli ultimi dieci anni dalla pubblicazione della prima edizione sono apparsi nuovi libri di testo di chimica analitica, ma nessuno di essi è pienamente conforme agli standard educativi statali nei settori "Tecnologia alimentare", "Produzione di prodotti alimentari da materie prime vegetali" ”, “Tecnologia delle Materie Prime e dei prodotti di origine animale”, “Tecnologia dei prodotti alimentari a fini speciali e della ristorazione collettiva”.

Nel manuale, il materiale è presentato in modo tale che lo studente veda il "compito di chimica analitica" nel suo insieme: dalla selezione del campione all'ottenimento dei risultati dell'analisi, ai metodi di elaborazione e alla metrologia analitica. Viene fornita una breve storia dello sviluppo della chimica analitica e del suo ruolo nella produzione alimentare; vengono forniti i concetti di base delle analisi chimiche qualitative e quantitative, i metodi per esprimere la composizione delle soluzioni e preparare le soluzioni, le formule per il calcolo dei risultati delle analisi; teoria dei metodi di analisi titrimetrica: neutralizzazione (titolazione acido-base), redossimetria (titolazione redox), complessometria, precipitazione e gravimetria. Di ciascuno di essi è indicato l'utilizzo nell'industria alimentare. Quando si considerano i metodi di analisi titrimetrici, viene proposto uno schema strutturale e logico per semplificarne lo studio.

Nel presentare il materiale, sono stati presi in considerazione la moderna nomenclatura dei composti chimici, i concetti e le idee moderni generalmente accettati e sono stati utilizzati nuovi dati scientifici per corroborare le conclusioni.

Il manuale comprende inoltre un capitolo dedicato ai metodi di analisi strumentali, in quanto i più promettenti, e mostra le tendenze attuali nello sviluppo della chimica analitica.

In termini di presentazione, il testo del manuale è adattato agli studenti del primo e del secondo anno che non hanno ancora competenze sufficienti per lavorare in modo indipendente con la letteratura educativa.

Le sezioni 1, 2, 5 sono state scritte da V.F. Yustratova, sezioni 3, 6, 8, 9 - G.N. Mikileva, sezione 7 - I.A. Mochalova, sezione 4 - G.N. Mikileva e I.A. Mochalova.

LA CHIMICA ANALITICA COME SCIENZA

La chimica analitica è uno dei rami della chimica. Se diamo la definizione più completa di chimica analitica come scienza, allora possiamo utilizzare la definizione proposta dall'accademico I.P. Alimarin.

"La chimica analitica è una scienza che sviluppa le basi teoriche dell'analisi della composizione chimica delle sostanze, sviluppa metodi per identificare e rilevare, determinare e separare gli elementi chimici, i loro composti, nonché metodi per stabilire la struttura chimica dei composti."

Questa definizione è piuttosto lunga e difficile da ricordare. I libri di testo universitari forniscono definizioni più concise, il cui significato è il seguente.

Chimica analiticaè la scienza dei metodi per determinare la composizione chimica e la struttura delle sostanze (sistemi).

1.1. Dalla storia dello sviluppo della chimica analitica

La chimica analitica è una scienza antichissima.

Non appena nella società sono apparsi beni e materiali, i più importanti dei quali erano l'oro e l'argento, è stato necessario verificarne la qualità. Il primo metodo diffuso per analizzare questi metalli è stata la coppellazione: prova al fuoco. Questa tecnica quantitativa prevede la pesatura dell'analita prima e dopo il riscaldamento. Menzione di questa operazione si trova in tavolette babilonesi, datate 1375-1350. AVANTI CRISTO.

La Bilancia è nota all'umanità da prima dei tempi delle antiche civiltà. I pesi trovati per le bilance risalgono al 2600 a.C.

Secondo il punto di vista generalmente accettato, il Rinascimento può essere considerato la fase iniziale in cui le tecniche analitiche individuali presero forma in metodi scientifici.

Ma il termine “analisi” nel senso moderno del termine fu introdotto dal chimico inglese Robert Boyle (1627-1691). Usò per la prima volta questo termine nel 1654.

Il rapido sviluppo della chimica analitica iniziò alla fine del XVII secolo. in connessione con l'emergere delle fabbriche, la rapida crescita del loro numero. Ciò ha dato origine a vari problemi che potevano essere risolti solo utilizzando metodi analitici. La domanda di metalli, in particolare di ferro, è notevolmente aumentata, il che ha contribuito allo sviluppo della chimica analitica dei minerali.

L'analisi chimica fu elevata allo status di branca separata della scienza - la chimica analitica - dallo scienziato svedese Thornburn Bergman (1735-1784). L'opera di Bergman può essere considerata il primo libro di testo di chimica analitica, che fornisce una panoramica sistematica dei processi utilizzati nella chimica analitica, combinati secondo la natura delle sostanze analizzate.

Il primo libro conosciuto interamente dedicato alla chimica analitica è The Complete Chemical Assay Office, scritto da Johann Göttling (1753-1809) e pubblicato nel 1790 a Jena.

Un numero enorme di reagenti utilizzati per l'analisi qualitativa furono sistematizzati da Heinrich Rose (1795-1864) nel suo libro "Manuale di chimica analitica". Capitoli separati di questo libro sono dedicati ad alcuni elementi e alle reazioni conosciute di questi elementi. Così Rose nel 1824 descrisse per primo le reazioni dei singoli elementi e fornì uno schema per l'analisi sistematica, che è stato conservato nelle sue caratteristiche principali fino ad oggi (per l'analisi sistematica, vedere la sezione 1.6.3).

Nel 1862 fu pubblicato il primo numero del Journal of Analytical Chemistry, una rivista dedicata esclusivamente alla chimica analitica, che viene pubblicata ancora oggi. La rivista è stata fondata da Fresenius e pubblicata in Germania.

Le basi dell'analisi gravimetrica (gravimetrica) - il metodo più antico e logico di analisi quantitativa - furono gettate da T. Bergman.

I metodi di analisi volumetrica iniziarono ad entrare ampiamente nella pratica analitica solo nel 1860. Le descrizioni di questi metodi apparvero nei libri di testo. A questo punto erano stati sviluppati dispositivi (dispositivi) per la titolazione ed era stata fornita una giustificazione teorica per questi metodi.

Le principali scoperte che hanno permesso di fornire una giustificazione teorica ai metodi di analisi volumetrica includono la legge di conservazione della massa della materia, scoperta da M.V. Lomonosov (1711-1765), legge periodica, scoperta da D.I. Mendeleev (1834-1907), la teoria della dissociazione elettrolitica sviluppata da S. Arrhenius (1859-1927).

Le basi dei metodi di analisi volumetrica sono state gettate nel corso di quasi due secoli e il loro sviluppo è strettamente correlato alle esigenze della pratica, principalmente ai problemi dello sbiancamento dei tessuti e della produzione di potassio.

Molti anni sono stati spesi per lo sviluppo di strumenti pratici e precisi, lo sviluppo di operazioni di calibrazione per la misurazione di vetreria, manipolazioni quando si lavora con vetreria di precisione e metodi per registrare la fine di una titolazione.

Non sorprende che già nel 1829 Berzelius (1779-1848) ritenesse che i metodi di analisi volumetrica potessero essere utilizzati solo per stime approssimative.

Per la prima volta, termini ormai generalmente accettati in chimica "pipetta"(Fig. 1) (dal francese pipe - pipe, pipetta - tubi) e "buretta"(Fig. 2) (dal francese burette - bottiglia) si trovano nella pubblicazione di J.L. Gay-Lussac (1778-1850), pubblicato nel 1824. Qui descrive l'operazione di titolazione così come viene eseguita oggi.

Riso. 1. Pipette Fig. 2. Burette

L'anno 1859 si rivelò significativo per la chimica analitica. Fu in quest'anno che G. Kirchhoff (1824-1887) e R. Bunsen (1811-1899) svilupparono l'analisi spettrale e la trasformarono in un metodo pratico di chimica analitica. L'analisi spettrale fu il primo dei metodi di analisi strumentali, che segnò l'inizio del loro rapido sviluppo. Vedere la sezione 8 per maggiori dettagli su questi metodi di analisi.

Alla fine del XIX secolo, nel 1894, il chimico fisico tedesco V.F. Ostwald pubblicò un libro sui fondamenti teorici della chimica analitica, la cui teoria fondamentale era la teoria della dissociazione elettrolitica, su cui si basano ancora i metodi chimici di analisi.

Iniziato nel 20° secolo (1903) fu segnato dalla scoperta del botanico e biochimico russo M.S. I colori del fenomeno della cromatografia, che fu la base per lo sviluppo di diverse varianti del metodo cromatografico, il cui sviluppo è ancora in corso.

Nel 20 ° secolo la chimica analitica si è sviluppata con successo. C'è stato uno sviluppo di metodi di analisi sia chimici che strumentali. Lo sviluppo di metodi strumentali è avvenuto attraverso la realizzazione di dispositivi unici che hanno permesso di registrare le singole proprietà dei componenti analizzati.

Gli scienziati russi hanno dato un grande contributo allo sviluppo della chimica analitica. Innanzitutto i nomi di N.A. Tananaeva, I.P. Alimarina, A.K. Babko, Yu.A. Zolotov e molti altri.

Lo sviluppo della chimica analitica è sempre avvenuto tenendo conto di due fattori: da un lato l'industria in via di sviluppo creava un problema che richiedeva una soluzione; d'altra parte, le scoperte della scienza furono adattate alla risoluzione di problemi di chimica analitica.

Questa tendenza continua ancora oggi. Computer e laser sono ampiamente utilizzati nell'analisi, stanno emergendo nuovi metodi di analisi, vengono introdotte l'automazione e la matematizzazione, vengono creati metodi e mezzi di analisi locale non distruttiva, remota e continua.

1.2. Problemi generali di chimica analitica

Compiti generali della chimica analitica:

1. Sviluppo della teoria dei metodi di analisi chimici e fisico-chimici, giustificazione scientifica, sviluppo e miglioramento delle tecniche e dei metodi di ricerca.

2. Sviluppo di metodi per separare sostanze e metodi per concentrare microimpurità.

3. Miglioramento e sviluppo di metodi per l'analisi di sostanze naturali, ambiente, materiali tecnici, ecc.

4. Fornire controllo chimico-analitico nel processo di conduzione di vari progetti di ricerca nel campo della chimica e nei campi correlati della scienza, dell'industria e della tecnologia.

5. Mantenimento dei processi di produzione chimico-tecnologici e fisico-chimici ad un dato livello ottimale basato sul controllo chimico-analitico sistematico di tutti i livelli della produzione industriale.

6. Creazione di metodi per il controllo automatico dei processi tecnologici, combinati con sistemi di controllo basati sull'uso di macchine, strumenti e apparecchi elettronici di calcolo, registrazione, segnalazione, blocco e controllo.

Da quanto precede si può vedere che le possibilità della chimica analitica sono ampie. Ciò consente di utilizzarlo per risolvere un'ampia varietà di problemi pratici, anche nell'industria alimentare.

1.3. Il ruolo della chimica analitica nell'industria alimentare

I metodi di chimica analitica consentono di risolvere i seguenti problemi nell'industria alimentare:

1. Determinare la qualità delle materie prime.

2. Controllare il processo di produzione alimentare in tutte le sue fasi.

3. Controllare la qualità dei prodotti.

4. Analizzare i rifiuti di produzione ai fini del loro smaltimento (ulteriore utilizzo).

5. Identificare le sostanze presenti nelle materie prime e nei prodotti alimentari che sono tossiche (dannose) per il corpo umano.

1.4. Metodo di analisi

La chimica analitica studia i metodi di analisi e vari aspetti del loro sviluppo e applicazione. Secondo le raccomandazioni dell’autorevole organizzazione chimica internazionale IUPAC*, il metodo di analisi fa riferimento ai principi alla base dell’analisi di una sostanza, ovvero il tipo e la natura dell'energia che provoca il disturbo delle particelle chimiche di una sostanza. Il principio di analisi è determinato, a sua volta, dai fenomeni naturali su cui si basano i processi chimici o fisici.

Nella letteratura didattica sulla chimica, di regola, non viene fornita la definizione del metodo di analisi. Ma poiché è abbastanza importante, deve essere formulato. A nostro avviso la definizione più accettabile è la seguente:

Un metodo di analisi è un insieme di regole e tecniche per eseguire analisi che consentono di determinare la composizione chimica e la struttura delle sostanze (sistemi).

1.5. Classificazione dei metodi di analisi

Nella chimica analitica esistono diversi tipi di classificazione dei metodi analitici.

1.5.1. Classificazione in base alle proprietà chimico-fisiche delle sostanze analizzate (sistemi)

Nell'ambito di questa classificazione, vengono considerati i seguenti gruppi di metodi di analisi:

1. Metodi chimici di analisi.

Questo gruppo di metodi di analisi comprende quelli in cui i risultati dell'analisi si basano su una reazione chimica che avviene tra le sostanze. Alla fine della reazione viene registrato il volume di uno dei partecipanti alla reazione o la massa di uno dei prodotti della reazione. Vengono quindi calcolati i risultati dell'analisi.

2. Metodi fisici di analisi.

I metodi fisici di analisi si basano sulla misurazione delle proprietà fisiche degli analiti. Questi metodi registrano principalmente le proprietà ottiche, magnetiche, elettriche e termiche.

3. Metodi di analisi fisico-chimici.

Si basano sulla misurazione di qualsiasi proprietà fisica (parametro) del sistema analizzato, che cambia sotto l'influenza della reazione chimica che si verifica in esso.

*IUPAC - Unione Internazionale di Chimica Pura e Applicata. I membri di questa organizzazione sono istituzioni scientifiche di molti paesi. L'Accademia delle Scienze russa (come successore dell'Accademia delle Scienze dell'URSS) ne fa parte dal 1930.

Nella chimica moderna vengono chiamati metodi di analisi fisici e fisico-chimici strumentale metodi di analisi. "Strumentale" significa che questo metodo di analisi può essere eseguito solo utilizzando uno "strumento" - un dispositivo in grado di registrare e valutare le proprietà fisiche (vedere la Sezione 8 per i dettagli).

4. Metodi di separazione.

Quando si analizzano miscele complesse (e si tratta della maggior parte degli oggetti naturali e dei prodotti alimentari), potrebbe essere necessario separare il componente da determinare dai componenti interferenti.

Talvolta la soluzione analizzata contiene molto meno componente da determinare di quanto possa essere determinato con il metodo di analisi scelto. In questo caso, prima di determinare tali componenti, è necessario concentrarli.

concentrazione- si tratta di un'operazione dopo la quale la concentrazione del componente da determinare può aumentare da n a 10 n volte.

Le operazioni di separazione e concentrazione sono spesso combinate. Nella fase di concentrazione, nel sistema analizzato possono manifestarsi chiaramente alcune proprietà, la cui registrazione consentirà di risolvere il problema della quantità di analita nella miscela. Il metodo analitico può iniziare con un'operazione di separazione, talvolta comprende anche la concentrazione.

1.5.2. Classificazione basata sulla massa o sul volume della sostanza

soluzione presa per l'analisi

Una classificazione che dimostra le capacità dei moderni metodi di analisi è presentata nella tabella. 1. Si basa sulla massa delle sostanze o sul volume della soluzione prelevata per l'analisi.

Tabella 1

Classificazione dei metodi di analisi in base alla massa della sostanza

o volume di soluzione prelevata per l'analisi

1.6. Analisi qualitativa

L'analisi di una sostanza può essere effettuata per stabilirne la composizione qualitativa o quantitativa. In base a ciò si distingue tra analisi qualitative e analisi quantitative.

Il compito dell'analisi qualitativa è stabilire la composizione chimica dell'oggetto analizzato.

Oggetto analizzato può essere una sostanza singola (semplice o molto complessa, ad esempio il pane), oppure una miscela di sostanze. All'interno di un oggetto possono essere interessanti diversi componenti. È possibile determinare da quali ioni, elementi, molecole, fasi, gruppi di atomi è costituito l'oggetto analizzato. Nei prodotti alimentari, gli ioni sono spesso sostanze determinate, semplici o complesse che sono benefiche (Ca 2+, NaCl, grassi, proteine, ecc.) o dannose per il corpo umano (Cu 2+, Pb 2+, pesticidi, ecc. .). ). Questo può essere fatto in due modi: identificazione E rilevamento.

Identificazione- stabilire l'identità (identità) del composto chimico oggetto di studio con una sostanza nota (standard) confrontando le loro proprietà fisiche e chimiche .

Per fare ciò, vengono prima studiate alcune proprietà di composti di riferimento specifici, la cui presenza si presuppone nell'oggetto analizzato. Ad esempio, effettuano reazioni chimiche con cationi o anioni (questi ioni sono standard) quando studiano sostanze inorganiche o misurano le costanti fisiche di sostanze organiche standard. Eseguire quindi gli stessi test con il composto in esame e confrontare i risultati ottenuti.

Rilevamento- verificare la presenza di alcuni componenti principali, impurità, ecc. nell'oggetto analizzato .

L'analisi chimica qualitativa si basa principalmente sulla trasformazione della sostanza analizzata in un nuovo composto che ha proprietà caratteristiche: colore, un certo stato fisico, struttura cristallina o amorfa, un odore specifico, ecc. Queste proprietà caratteristiche sono chiamate caratteristiche analitiche.

Viene chiamata una reazione chimica durante la quale compaiono segni analitici reazione analitica di alta qualità.

Vengono chiamate le sostanze utilizzate nelle reazioni analitiche reagenti o reagenti.

Le reazioni analitiche qualitative e, di conseguenza, i reagenti in esse utilizzati, a seconda del campo di applicazione, sono suddivisi in gruppo (generale), caratteristico e specifico.

Reazioni di gruppo consentono di isolare da una miscela complessa di sostanze, sotto l'influenza di un reagente di gruppo, interi gruppi di ioni che hanno la stessa caratteristica analitica. Ad esempio, il carbonato di ammonio (NH 4) 2 CO 3 appartiene al gruppo dei reagenti, poiché con gli ioni Ca 2+, Sr 2+, Ba 2+ forma carbonati bianchi insolubili in acqua.

Caratteristica Queste sono reazioni che coinvolgono reagenti che interagiscono con uno o un piccolo numero di ioni. La caratteristica analitica in queste reazioni, molto spesso, è espressa in un colore caratteristico. Ad esempio, la dimetilgliossima è un reagente caratteristico per lo ione Ni 2+ (precipitato rosa) e lo ione Fe 2+ (composto solubile in acqua rosso).

Le più importanti nell'analisi qualitativa sono le reazioni specifiche. Specifica una reazione a un dato ione è una reazione che consente di rilevarlo in condizioni sperimentali in una miscela con altri ioni. Tale reazione è, ad esempio, la reazione di rilevamento degli ioni che avviene sotto l'influenza di un alcali quando riscaldata:

L'ammoniaca rilasciata può essere identificata dal suo odore specifico e facilmente riconoscibile e da altre proprietà.

1.6.1. Marche di reagenti

A seconda dell'area specifica di applicazione dei reagenti, vengono imposti una serie di requisiti. Uno di questi è il requisito della quantità di impurità.

La quantità di impurità nei reagenti chimici è regolata da documentazione tecnica speciale: standard statali (GOST), specifiche tecniche (TU), ecc. La composizione delle impurità può essere diversa e di solito è indicata sull'etichetta di fabbrica del reagente.

I reagenti chimici sono classificati in base al loro grado di purezza. A seconda della frazione di massa delle impurità, al reagente viene assegnato un grado. Alcune marche di reagenti sono presentate nella tabella. 2.

Tavolo 2

Marche di reagenti

Tipicamente, nella pratica dell'analisi chimica, vengono utilizzati reagenti che soddisfano le qualifiche di “grado analitico” e “grado reagente”. La purezza dei reagenti è indicata sull'etichetta della confezione originale del reagente. Alcune industrie introducono ulteriori requisiti di purezza per i reagenti.

1.6.2. Metodi per eseguire reazioni analitiche

È possibile eseguire reazioni analitiche "Bagnato" E "Asciutto" modi. Quando si esegue una reazione "Bagnato" dall'interazione dell'analita e dei reagenti corrispondenti avviene in soluzione. Per fare ciò, la sostanza in esame deve prima essere sciolta. Il solvente è solitamente l'acqua o, se la sostanza è insolubile in acqua, un altro solvente. Le reazioni umide si verificano tra ioni semplici o complessi, quindi quando vengono utilizzati, questi sono gli ioni che vengono rilevati.

Il metodo "a secco" per eseguire le reazioni significa che la sostanza in esame e i reagenti vengono presi allo stato solido e la reazione tra loro viene effettuata riscaldandoli ad alta temperatura.

Esempi di reazioni effettuate “a secco” sono le reazioni di colorazione alla fiamma con sali di alcuni metalli, la formazione di perle colorate (vetri) di tetraborato di sodio (borace) o fosfato acido di sodio e ammonio durante la fusione con sali di determinati metalli, nonché la fusione della sostanza solida in studio con "fondenti", ad esempio: miscele di Na 2 CO 3 e K 2 CO 3 solidi, o Na 2 CO 3 e KNO 3.

Le reazioni effettuate con il metodo "a secco" comprendono anche la reazione che si verifica quando la sostanza solida in esame viene macinata con un reagente solido, a seguito della quale la miscela acquisisce colore.

1.6.3. Analisi sistematica

L'analisi qualitativa di un oggetto può essere effettuata utilizzando due metodi diversi.

Analisi sistematica - Questo è un metodo per condurre analisi qualitative secondo uno schema quando la sequenza delle operazioni per l'aggiunta dei reagenti è rigorosamente definita.

1.6.4. Analisi frazionaria

Un metodo di analisi basato sull'uso di reazioni che possono essere utilizzate per rilevare gli ioni desiderati in qualsiasi sequenza in singole porzioni della soluzione originale, ad es. senza ricorrere a uno specifico schema di rilevamento degli ioni analisi frazionaria.

1.7. Analisi quantitativa

Il compito dell'analisi quantitativa è determinare il contenuto (massa o concentrazione) di un particolare componente nell'oggetto analizzato.

Concetti importanti dell'analisi quantitativa sono i concetti di “sostanza determinata” e “sostanza di lavoro”.

1.7.1. Sostanza da identificare. sostanza di lavoro

Un elemento chimico, uno ione, una sostanza semplice o complessa, il cui contenuto è determinato in un dato campione del prodotto analizzato, viene solitamente chiamato “sostanza identificabile” (O.V.).

La sostanza con cui viene effettuata questa determinazione si chiama sostanza di lavoro (RV).

1.7.2. Metodi per esprimere la composizione di una soluzione utilizzata in chimica analitica

1. Il modo più conveniente per esprimere la composizione di una soluzione è la concentrazione . La concentrazione è una quantità fisica (dimensionale o adimensionale) che determina la composizione quantitativa di una soluzione, miscela o massa fusa. Quando si considera la composizione quantitativa di una soluzione, molto spesso si intende il rapporto tra la quantità di sostanza disciolta e il volume della soluzione.

Il più comune è la concentrazione molare degli equivalenti. Il suo simbolo, scritto, ad esempio, per l'acido solforico è C equiv (H 2 SO 4), l'unità di misura è mol/dm 3.

In letteratura esistono altre designazioni per questa concentrazione. Ad esempio, C(1/2H2SO4). La frazione prima della formula dell'acido solforico indica quale parte della molecola (o ione) è equivalente. Si chiama fattore di equivalenza, indicato con f eq. Per H 2 SO 4 f eq = 1/2. Il fattore di equivalenza viene calcolato in base alla stechiometria della reazione. Il numero che mostra quanti equivalenti sono contenuti in una molecola è chiamato numero di equivalenza ed è indicato con Z*. f eq = 1/Z*, quindi la concentrazione molare degli equivalenti si indica anche in questo modo: C(1/Z*H 2 SO 4).

2. Nei laboratori di analisi, quando è necessario eseguire una serie di singole analisi per un lungo periodo utilizzando una formula di calcolo, viene spesso utilizzato un fattore di correzione o correzione K.

Nella maggior parte dei casi la modifica riguarda la sostanza di lavoro. Il coefficiente mostra quante volte la concentrazione della soluzione preparata della sostanza di lavoro differisce dalla concentrazione espressa in numeri arrotondati (0,1; 0,2; 0,5; 0,01; 0,02; 0,05), uno dei quali può essere nella formula di calcolo:

K si scrive come numero con quattro cifre decimali. Dalla voce: K = 1.2100 k C eq (HCl) = 0.0200 mol/dm 3 ne consegue che C eq (HCl) = 0.0200 mol/dm 3 è la concentrazione molare standard degli equivalenti di HCl, quindi quella vera si calcola con la formula :

3. Titolo- questa è la massa della sostanza contenuta in 1 cm 3 di volume di soluzione.

Il titolo si riferisce più spesso alla soluzione della sostanza di lavoro.

L'unità del titolo è g/cm 3 , il titolo è calcolato con precisione al sesto decimale. Conoscendo il titolo della sostanza di lavoro, è possibile calcolare la concentrazione molare di equivalenti della sua soluzione.

(4)

4. Titolo della sostanza di lavoro in base alla sostanza da determinare- questa è la massa della sostanza da determinare, equivalente alla massa della sostanza di lavoro contenuta in 1 cm 3 di soluzione.

5. La frazione di massa della sostanza disciolta è uguale al rapporto tra la massa della sostanza disciolta A e la massa della soluzione:

6. Frazione di volume di un soluto è uguale al rapporto tra il volume del soluto A e il volume totale della soluzione:

Le frazioni di massa e di volume sono quantità adimensionali. Ma molto spesso, le espressioni per il calcolo delle frazioni di massa e volume sono scritte nella forma:

; (9)

. (10)

In questo caso, l'unità di w e j è la percentuale.

È opportuno tenere presente le seguenti circostanze:

1. Quando si esegue un'analisi, la concentrazione della sostanza di lavoro deve essere accurata ed espressa come un numero contenente quattro cifre decimali se la concentrazione è equivalente molare; oppure un numero contenente sei cifre decimali se si tratta di un titolo.

2. In tutte le formule di calcolo adottate in chimica analitica, l'unità di volume è cm 3. Poiché la vetreria utilizzata nell'analisi per misurare i volumi consente di misurare il volume con una precisione di 0,01 cm 3, è con questa precisione che dovrebbero essere i numeri che esprimono i volumi delle soluzioni degli analiti e delle sostanze di lavoro coinvolte nell'analisi scritto.

1.7.3. Metodi per preparare le soluzioni

Prima di iniziare a preparare la soluzione, dovresti rispondere alle seguenti domande.

1. Per quale scopo viene preparata la soluzione (per l'uso come v.r., per creare un determinato valore di pH dell'ambiente, ecc.)?

2. In quale forma è più appropriato esprimere la concentrazione di una soluzione (sotto forma di concentrazione molare di equivalenti, frazione di massa, titolo, ecc.)?

3. Con quale precisione, ad es. Con quale cifra decimale deve essere determinato il numero che esprime la concentrazione selezionata?

4. Quale volume di soluzione deve essere preparato?

5. In base alla natura della sostanza (liquida o solida, standard o non standard), quale metodo di preparazione della soluzione deve essere utilizzato?

La soluzione può essere preparata nei seguenti modi:

1. Mediante pesatura precisa.

Se sostanza, da cui è necessario preparare una soluzione, è standard, cioè. soddisfa determinati requisiti (elencati di seguito), quindi la soluzione può essere preparata secondo una pesatura accurata. Ciò significa che la massa del campione viene calcolata e misurata su una bilancia analitica precisa al quarto decimale.

I requisiti per le sostanze standard sono i seguenti:

a) la sostanza deve avere una struttura cristallina e corrispondere ad una determinata formula chimica;

c) la sostanza deve essere stabile se immagazzinata in forma solida e in soluzione;

d) è desiderabile una grande massa molare della sostanza equivalente.

2. Dal canale fisso.

Una variante del metodo di preparazione di una soluzione utilizzando la pesatura precisa è il metodo di preparazione di una soluzione da fixanal. Il ruolo di pesatura precisa è svolto dall'esatta quantità di sostanza contenuta nell'ampolla di vetro. Va tenuto presente che la sostanza nella fiala può essere standard (vedere punto 1) o non standard. Questa circostanza influisce sui metodi e sulla durata della conservazione di soluzioni di sostanze non standard preparate da fissativi.

FISSO(titolo standard, dose norma) è un'ampolla sigillata contenente 0,1000, 0,0500 o un altro numero di moli di sostanze equivalenti in forma secca o in forma di soluzione.

Per preparare la soluzione richiesta, la fiala viene rotta su un imbuto dotato di uno speciale dispositivo di perforazione (strike). Il suo contenuto viene trasferito quantitativamente in un matraccio tarato della capacità richiesta e il volume viene regolato con acqua distillata fino alla tacca.

Viene chiamata una soluzione preparata mediante pesatura precisa o da fissanale titolato, standard O soluzione standard I, Perché La sua concentrazione dopo la preparazione è accurata. Scrivilo come un numero con quattro cifre decimali se è la concentrazione molare di equivalenti e con sei cifre decimali se è un titolo.

3. Basato sul peso approssimativo.

Se la sostanza da cui deve essere preparata la soluzione non soddisfa i requisiti per le sostanze standard e non esiste un agente fissativo adatto, la soluzione viene preparata utilizzando un campione approssimativo.

Calcola la massa della sostanza che deve essere presa per preparare la soluzione, tenendo conto della sua concentrazione e volume. Questa massa viene pesata su una bilancia tecnica precisa al secondo decimale e sciolta in un matraccio tarato. Si ottiene una soluzione con una concentrazione approssimativa.

4. Diluendo una soluzione più concentrata.

Se una sostanza viene prodotta dall'industria sotto forma di soluzione concentrata (è chiaro che non è standard), la sua soluzione con una concentrazione inferiore può essere preparata solo diluendo la soluzione concentrata. Quando si prepara una soluzione in questo modo, è necessario ricordare che la massa della sostanza disciolta deve essere la stessa sia nel volume della soluzione preparata che nella parte della soluzione concentrata prelevata per la diluizione. Conoscendo la concentrazione e il volume della soluzione che deve essere preparata, viene calcolato il volume della soluzione concentrata che deve essere misurata, tenendo conto della sua frazione di massa e densità. Misurare il volume con un cilindro graduato, versarlo in un matraccio tarato, portare a tacca con acqua distillata e mescolare. La soluzione così preparata ha una concentrazione approssimativa.

L'esatta concentrazione delle soluzioni preparate mediante pesatura approssimativa e diluizione di una soluzione concentrata viene determinata mediante analisi gravimetrica o titrimetrica, pertanto le soluzioni preparate con questi metodi, dopo aver determinato la loro esatta concentrazione, vengono chiamate soluzioni con titoli stabiliti, soluzioni standardizzate O soluzioni standard II.

1.7.4. Formule utilizzate per calcolare la massa di una sostanza necessaria per preparare una soluzione

Se una soluzione con una determinata concentrazione molare di equivalenti o titolo viene preparata dalla sostanza secca A, la massa della sostanza che deve essere prelevata per preparare la soluzione viene calcolata utilizzando le seguenti formule:

; (11)

. (12)

Nota. L'unità di volume è cm3.

La massa di una sostanza viene calcolata con la precisione determinata dal metodo di preparazione della soluzione.

Le formule di calcolo utilizzate nella preparazione delle soluzioni mediante diluizione sono determinate dal tipo di concentrazione che si vuole ottenere e dal tipo di concentrazione che si vuole diluire.

1.7.5. Schema di analisi

Il requisito principale per l'analisi è che i risultati ottenuti corrispondano al contenuto reale dei componenti. I risultati dell'analisi soddisferanno questo requisito solo se tutte le operazioni di analisi vengono eseguite correttamente, in una determinata sequenza.

1. Il primo passo in qualsiasi determinazione analitica è la selezione di un campione per l'analisi. Di norma, viene prelevato un campione medio.

Campione medio- questa è una parte dell'oggetto analizzato, piccola rispetto alla sua intera massa, la cui composizione media e le cui proprietà sono identiche (le stesse) in tutto e per tutto alla sua composizione media.

I metodi di campionamento per le diverse tipologie di prodotti (materie prime, semilavorati, prodotti finiti di diversi settori) differiscono notevolmente tra loro. Quando prelevano campioni, sono guidati dalle regole descritte in dettaglio nei manuali tecnici, GOST e istruzioni speciali dedicate all'analisi di questo tipo di prodotto.

A seconda del tipo di prodotto e del tipo di analisi, il campione può essere prelevato sotto forma di un determinato volume o di una determinata massa.

Campionamento- questa è un'operazione preparatoria di analisi molto responsabile e importante. Un campione selezionato in modo errato può falsare completamente i risultati, in tal caso è generalmente inutile effettuare ulteriori operazioni di analisi.

2. Preparazione del campione per l'analisi. Il campione prelevato per l'analisi non è sempre preparato in modo particolare. Ad esempio, quando si determina il contenuto di umidità di farina, pane e prodotti da forno con il metodo dell'arbitraggio, un determinato campione di ciascun prodotto viene pesato e posto in un armadio di essiccazione. Molto spesso vengono analizzate le soluzioni ottenute mediante un'appropriata elaborazione del campione. In questo caso, il compito di preparare un campione per l'analisi si riduce a quanto segue. Il campione viene sottoposto a tale elaborazione in cui la quantità del componente analizzato viene preservata e va completamente in soluzione. In questo caso potrebbe essere necessario eliminare sostanze estranee eventualmente presenti nel campione analizzato insieme al componente da determinare.

La preparazione di un campione per l'analisi, così come la raccolta del campione, sono descritte nella documentazione normativa e tecnica, in base alla quale vengono effettuate le analisi su materie prime, semilavorati e prodotti finiti. Tra le operazioni chimiche incluse nella procedura per preparare un campione per l'analisi, si può citarne una che viene spesso utilizzata nella preparazione di campioni di materie prime, prodotti semilavorati e prodotti finiti nell'industria alimentare: questa è operazione di incenerimento.

Incenerimentoè il processo di conversione di qualsiasi prodotto (materiale) in cenere. Mediante l'incenerimento viene preparato un campione per la determinazione, ad esempio, degli ioni metallici. Il campione viene bruciato in determinate condizioni. La cenere rimanente viene sciolta in un solvente adatto. Si ottiene una soluzione che viene analizzata.

3. Ottenere dati analitici. Durante l'analisi, il campione preparato viene esposto a una sostanza reagente o a qualche tipo di energia. Ciò porta alla comparsa di segnali analitici (cambiamento di colore, comparsa di nuove radiazioni, ecc.). Il segnale risultante può essere: a) registrato; b) considerare il momento in cui è necessario misurare un determinato parametro nel sistema analizzato, ad esempio il volume della sostanza di lavoro.

4. Elaborazione dei dati analitici.

A) I dati analitici primari ottenuti vengono utilizzati per calcolare i risultati dell'analisi.

Le modalità con cui i dati analitici vengono convertiti in risultati di analisi possono variare.

1. Metodo di calcolo. Questo metodo viene utilizzato molto spesso, ad esempio, nelle analisi chimiche quantitative. Dopo aver completato l'analisi, si ottiene il volume della sostanza di lavoro spesa per la reazione con la sostanza da determinare. Quindi questo volume viene sostituito nella formula appropriata e viene calcolato il risultato dell'analisi: la massa o la concentrazione della sostanza da determinare.

2. Grafico del metodo di calibrazione (calibrazione).

3. Metodo di confronto.

4. Metodo additivo.

5. Metodo differenziale.

Questi metodi di elaborazione dei dati analitici vengono utilizzati nei metodi di analisi strumentali, durante lo studio dei quali sarà possibile conoscerli in dettaglio.

B) I risultati ottenuti dall'analisi devono essere elaborati secondo le regole della statistica matematica, discusse nella sezione 1.8.

5. Determinazione del significato socioeconomico del risultato dell'analisi. Questa fase è definitiva. Dopo aver completato l'analisi e ricevuto il risultato, è necessario stabilire una corrispondenza tra la qualità del prodotto e i requisiti della documentazione normativa ad esso relativa.

1.7.6. Metodo e tecnica di analisi

Per passare dalla teoria di qualsiasi metodo di chimica analitica a un metodo specifico di esecuzione di un'analisi, è importante distinguere tra i concetti di "metodo di analisi" e "metodo di analisi".

Per quanto riguarda il metodo di analisi, ciò significa che vengono prese in considerazione le regole in base alle quali è possibile ottenere dati analitici e interpretarli (vedere sezione 1.4).

Metodo di analisi- si tratta di una descrizione dettagliata di tutte le operazioni per eseguire l'analisi, compreso il prelievo e la preparazione dei campioni (indicando le concentrazioni di tutte le soluzioni di prova).

Nell'applicazione pratica di ciascun metodo di analisi, vengono sviluppati molti metodi di analisi. Differiscono nella natura degli oggetti analizzati, nel metodo di prelievo e preparazione dei campioni, nelle condizioni per eseguire operazioni di analisi individuali, ecc.

Ad esempio, nel laboratorio di laboratorio sull'analisi quantitativa, tra gli altri, viene eseguito il lavoro di laboratorio "Determinazione permanganometrica di Fe 2+ nella soluzione salina di Mohr", "Determinazione iodometrica di Cu 2+", "Determinazione dicromatometrica di Fe 2+". Le modalità per la loro realizzazione sono completamente diverse, ma si basano sullo stesso metodo di analisi “Redoximetria”.

1.7.7. Caratteristiche analitiche dei metodi di analisi

Affinché i metodi o le tecniche di analisi possano essere confrontati o valutati tra loro, il che gioca un ruolo importante nella loro selezione, ciascun metodo e tecnica ha le proprie caratteristiche analitiche e metrologiche. Le caratteristiche analitiche includono quanto segue: coefficiente di sensibilità (limite di rilevamento), selettività, durata, produttività.

Limite di rilevamento(C min., p) è il contenuto più basso al quale, utilizzando questo metodo, la presenza del componente analita può essere rilevata con una determinata probabilità di confidenza. Probabilità di fiducia - P è la proporzione di casi in cui la media aritmetica del risultato per un dato numero di determinazioni sarà entro certi limiti.

Nella chimica analitica, di norma, viene utilizzato un livello di confidenza di P = 0,95 (95%).

In altre parole, P è la probabilità che si verifichi un errore casuale. Mostra quanti esperimenti su 100 danno risultati considerati corretti entro l'accuratezza specificata dell'analisi. A P = 0,95 - 95 su 100.

Selettività del test caratterizza la possibilità di determinare questo componente in presenza di sostanze estranee.

Versatilità- la capacità di rilevare simultaneamente molti componenti da un campione.

Durata dell'analisi- tempo impiegato per la sua attuazione.

Prestazioni di analisi- il numero di campioni paralleli che possono essere analizzati per unità di tempo.

1.7.8. Caratteristiche metrologiche dei metodi di analisi

Valutando i metodi o le tecniche di analisi dal punto di vista della scienza delle misurazioni - metrologia - si notano le seguenti caratteristiche: l'intervallo di contenuti determinati, correttezza (accuratezza), riproducibilità, convergenza.

Intervallo di contenuti determinati- questa è l'area prevista da questa tecnica, in cui si trovano i valori delle quantità determinate di componenti. È anche consuetudine notare limite inferiore di determinati contenuti(C n) - il valore più piccolo del contenuto determinato, limitando l'intervallo dei contenuti determinati.

Correttezza (accuratezza) dell'analisi- è la vicinanza dei risultati ottenuti al valore reale del valore determinato.

Riproducibilità e coerenza dei risultati le analisi sono determinate dalla dispersione dei risultati dell'analisi ripetuta e sono determinate dalla presenza di errori casuali.

Convergenza caratterizza la dispersione dei risultati in condizioni fisse dell'esperimento, e riproducibilità- in condizioni sperimentali mutevoli.

Tutte le caratteristiche analitiche e metrologiche del metodo o della procedura di analisi sono riportate nelle relative istruzioni.

Le caratteristiche metrologiche si ottengono elaborando i risultati ottenuti in una serie di analisi ripetute. Le formule per il loro calcolo sono riportate nella sezione 1.8.2. Sono simili alle formule utilizzate per elaborare staticamente i risultati dell'analisi.

1.8. Errori (errori) nell'analisi

Non importa con quanta attenzione viene eseguita l'una o l'altra determinazione quantitativa, il risultato ottenuto, di regola, differisce leggermente dal contenuto effettivo del componente da determinare, ad es. il risultato dell'analisi si ottiene sempre con qualche imprecisione - errore.

Gli errori di misurazione sono classificati come sistematici (certi), casuali (incerti) e grossolani o mancanti.

Errori sistematici- si tratta di errori che sono costanti di valore o variano secondo una determinata legge. Possono essere metodologici, a seconda delle specificità del metodo di analisi utilizzato. Essi possono dipendere dagli strumenti e dai reagenti utilizzati, dall'errata o non sufficientemente approfondita esecuzione delle operazioni analitiche, dalle caratteristiche individuali di chi esegue l'analisi. Gli errori sistematici sono difficili da notare perché sono costanti e compaiono quando vengono effettuate determinazioni ripetute. Per evitare errori di questo tipo è necessario eliminarne l'origine o introdurre un'opportuna correzione nel risultato della misurazione.

Errori casuali sono chiamati errori di grandezza e segno incerti, nella cui apparizione non si osserva alcun modello.

Errori casuali si verificano in qualsiasi misurazione, inclusa qualsiasi determinazione analitica, non importa quanto attentamente venga eseguita. La loro presenza si riflette nel fatto che determinazioni ripetute dell'uno o dell'altro componente in un dato campione, eseguite con lo stesso metodo, di solito danno risultati leggermente diversi.

A differenza degli errori sistematici, gli errori casuali non possono essere presi in considerazione o eliminati introducendo eventuali correzioni. Tuttavia, possono essere notevolmente ridotti aumentando il numero di determinazioni parallele. L'influenza degli errori casuali sul risultato dell'analisi può essere teoricamente presa in considerazione elaborando i risultati ottenuti in una serie di determinazioni parallele di questo componente utilizzando i metodi della statistica matematica.

Disponibilità errori grossolani O manca si manifesta nel fatto che tra risultati relativamente vicini si osservano uno o più valori che si distinguono notevolmente in grandezza dalla serie generale. Se la differenza è così grande da poter parlare di errore grossolano, allora questa misura viene immediatamente scartata. Tuttavia, nella maggior parte dei casi, non è possibile riconoscere immediatamente un altro risultato come errato solo sulla base del “salto” dalla serie generale, e quindi sono necessarie ulteriori ricerche.

Esistono opzioni quando non ha senso condurre studi aggiuntivi e allo stesso tempo non è auspicabile utilizzare dati errati per calcolare il risultato complessivo dell'analisi. In questo caso la presenza di errori grossolani o mancate viene determinata secondo i criteri della statistica matematica.

Sono noti diversi criteri di questo tipo. Il più semplice di questi è il Q-test.

1.8.1. Determinazione della presenza di errori grossolani (miss)

Nell'analisi chimica, il contenuto di un componente in un campione viene determinato, di norma, mediante un numero limitato di determinazioni parallele (n £ 3). Per calcolare gli errori delle definizioni in questo caso, vengono utilizzati metodi di statistica matematica sviluppati per un numero limitato di definizioni. I risultati di questo piccolo numero di determinazioni sono considerati selezionati casualmente - campionamento- da tutti i risultati immaginabili della popolazione generale in determinate condizioni.

Per piccoli campioni con un numero di misurazioni n<10 определение грубых погрешностей можно оценивать при помощи intervallo di variazione secondo il criterio Q. Per fare ciò, crea il rapporto:

, (13)

dove X 1 è un risultato di analisi sospettosamente importante;

X 2 - il risultato di una singola determinazione, il valore più vicino a X 1;

R - intervallo di variazione - la differenza tra i valori più grande e più piccolo di una serie di misurazioni, ad es. R = Xmax. - X min.

Il valore calcolato di Q viene confrontato con il valore della tabella di Q (p, f). La presenza di un errore grossolano è dimostrata se Q > Q (p, f).

Il risultato, riconosciuto come errore grave, è escluso da ulteriore considerazione.

Il criterio Q non è l'unico indicatore il cui valore può essere utilizzato per giudicare la presenza di un errore grossolano, ma viene calcolato più velocemente di altri, perché. consente di eliminare immediatamente errori grossolani senza eseguire altri calcoli.

Gli altri due criteri sono più accurati, ma richiedono un calcolo completo dell’errore, vale a dire la presenza di un errore grossolano può essere determinata solo eseguendo un'elaborazione matematica completa dei risultati dell'analisi.

Si possono identificare anche errori grossolani:

A) Per deviazione standard. Il risultato X i è considerato un errore grossolano e scartato se

. (14)

B) Precisione della misurazione diretta. Il risultato X i viene scartato se

. (15)

Sulle quantità indicate dai segni , discusso nella sezione 1.8.2.

1.8.2. Elaborazione statistica dei risultati delle analisi

L’elaborazione statistica dei risultati ha due compiti principali.

Il primo compito è presentare il risultato delle definizioni in forma compatta.

Il secondo compito è valutare l’affidabilità dei risultati ottenuti, vale a dire. il grado della loro corrispondenza al contenuto reale del componente determinato nel campione. Questo problema viene risolto calcolando la riproducibilità e l'accuratezza dell'analisi utilizzando le formule seguenti.

Come già notato, la riproducibilità caratterizza la dispersione dei risultati delle analisi ripetute ed è determinata dalla presenza di errori casuali. La riproducibilità dell'analisi viene valutata dai valori di deviazione standard, deviazione standard relativa, varianza.

La caratteristica di dispersione complessiva dei dati è determinata dal valore della deviazione standard S.

A volte, quando si valuta la riproducibilità di un'analisi, viene determinata la deviazione standard relativa Sr.

La deviazione standard ha la stessa unità di misura della media, ovvero il vero valore m della grandezza da determinare.

Minori sono i valori di deviazione assoluta (S) e relativa (Sr), migliore è la riproducibilità di un metodo o di una tecnica di analisi.

La dispersione dei dati dell'analisi attorno alla media viene calcolata come varianza S 2 .

(18)

Nelle formule presentate: Xi è un valore separato ottenuto durante l'analisi; - media aritmetica dei risultati ottenuti per tutte le misurazioni; n - numero di misurazioni; io = 1…n.

L'accuratezza o precisione dell'analisi è caratterizzata dall'intervallo di confidenza del valore medio p, f. È l'area entro la quale, in assenza di errori sistematici, si situa con probabilità di confidenza P il vero valore del valore misurato.

, (19)

dove p, f - intervallo di confidenza, cioè limiti di confidenza entro i quali può trovarsi il valore della quantità X determinata.

In questa formula, t p, f è il coefficiente di Student; f è il numero di gradi di libertà; f = n – 1; P è il livello di confidenza (vedi 1.7.7); t p, f - dato tabellare.

Deviazione standard della media aritmetica. (20)

L'intervallo di confidenza viene calcolato come errore assoluto nelle stesse unità in cui è espresso il risultato dell'analisi, oppure come errore relativo DХ o (in%):

Pertanto il risultato dell’analisi può essere presentato come:

. (23)

L'elaborazione dei risultati delle analisi è notevolmente semplificata se, durante l'esecuzione delle analisi (campioni di controllo o campioni standard), è noto il contenuto reale (m) del componente da determinare. Vengono calcolati gli errori assoluti (DX) e relativi (DX o, %).

DX = X - m (24)

1.8.3. Confronto tra due risultati medi delle analisi effettuate

metodi diversi

In pratica, ci sono situazioni in cui un oggetto necessita di essere analizzato con metodi diversi, in laboratori diversi, da analisti diversi. In questi casi si ottengono risultati medi diversi tra loro. Entrambi i risultati caratterizzano una certa approssimazione al valore reale della quantità desiderata. Per verificare se entrambi i risultati sono attendibili, si determina se la differenza tra loro è statisticamente significativa, vale a dire "troppo grande. I valori medi della quantità desiderata sono considerati compatibili se appartengono alla stessa popolazione. Ciò può essere risolto, ad esempio, utilizzando il criterio di Fisher (criterio F).

dove sono le varianze calcolate per le diverse serie di analisi.

F ex è sempre maggiore di uno, perché è uguale al rapporto tra la varianza maggiore e quella minore. Il valore calcolato di F ex viene confrontato con il valore della tabella F. (la probabilità di confidenza P e il numero di gradi di libertà f per i valori sperimentali e tabulati dovrebbero essere gli stessi).

Quando si confrontano le tabelle F ex e F, sono possibili opzioni.

A) Scheda F ex >F. La discrepanza tra le varianze è significativa e i campioni presi in considerazione differiscono nella riproducibilità.

B) Se F ex è significativamente inferiore alla tabella F, allora la differenza nella riproducibilità è casuale ed entrambe le varianze sono stime approssimative della stessa varianza della popolazione generale per entrambi i campioni.

Se la discrepanza tra le varianze è piccola, è possibile determinare se esiste una differenza statisticamente significativa nei risultati medi dell'analisi ottenuti con metodi diversi. Per fare ciò, utilizzare il coefficiente di Student t p, f. Calcolare la deviazione standard media ponderata e t ex.

; (27)

dove sono i risultati medi dei campioni confrontati;

n 1, n 2 - numero di misurazioni nel primo e nel secondo campione.

Confronta t ex con la tabella t al numero di gradi di libertà f = n 1 + n 2 -2.

Se t ex > t tabella, allora la discrepanza tra è significativa, i campioni non appartengono alla stessa popolazione generale e i valori reali in ciascun campione sono diversi. Se t es< t табл, можно все данные рассматривать как единую выборочную совокупность для (n 1 +n 2) результатов.

DOMANDE DI CONTROLLO

1. Cosa studia la chimica analitica?

2. Qual è il metodo di analisi?

3. Quali gruppi di metodi di analisi considera la chimica analitica?

4. Quali metodi possono essere utilizzati per eseguire analisi qualitative?

5. Cosa sono le caratteristiche analitiche? Cosa potrebbero essere?

6. Cos'è un reagente?

7. Quali reagenti sono necessari per eseguire un'analisi sistematica?

8. Cos'è l'analisi frazionaria? Quali reagenti sono necessari per eseguirlo?

9. Cosa significano le lettere “kh.ch.”, “ch.d.a.”? sull'etichetta di un reagente chimico?

10.Qual è il compito dell'analisi quantitativa?

11.Qual è la sostanza di lavoro?

12. In quali modi puoi preparare una soluzione della sostanza di lavoro?

13.Cos'è una sostanza standard?

14.Cosa significano i termini “soluzione standard I” e “soluzione standard II”?

15.Qual è il titolo e il titolo della sostanza di lavoro determinata?

16.Come viene brevemente indicata la concentrazione molare degli equivalenti?

Un corso di chimica fisica e colloidale, compresi metodi fisici e chimici di analisi e metodi di separazione e purificazione, gioca un ruolo significativo nella formazione di specialisti nel campo dell'ingegneria ambientale. I rami principali della chimica fisica - cinetica chimica e termodinamica chimica - servono come base teorica per altri rami della chimica, nonché per la tecnologia chimica e i metodi per la separazione e la purificazione delle sostanze. Le misurazioni delle proprietà fisico-chimiche delle sostanze costituiscono la base di molti moderni metodi strumentali (fisico-chimici) per analizzare e monitorare lo stato dell'ambiente. Poiché la maggior parte degli oggetti naturali sono sistemi colloidali, è necessario studiare le basi della chimica colloidale.

I pericoli di contaminazione ambientale da parte di prodotti contenenti sostanze nocive possono essere notevolmente ridotti mediante un'accurata pulizia dei prodotti. I metodi di pulizia chimica includono il trattamento con reagenti che neutralizzano i componenti dannosi. È necessario conoscere la velocità e la completezza delle reazioni, la loro dipendenza dalle condizioni esterne ed essere in grado di calcolare la concentrazione dei reagenti che forniscono il grado di purificazione richiesto. Sono ampiamente utilizzati anche metodi di purificazione fisico-chimica, tra cui rettifica, estrazione, assorbimento, scambio ionico e cromatografia.

Lo studio del corso di chimica fisica e colloidale da parte di studenti di specialità ambientali (№№) comprende la padronanza di un corso teorico (lezioni frontali), seminari di chimica analitica, compresi metodi di analisi fisici e chimici, metodi di separazione e purificazione, cromatografia e sezioni di colloidale chimica, lavoro di laboratorio ed esercitazioni pratiche, nonché lavoro indipendente, compreso il completamento di tre compiti a casa. Durante il lavoro di laboratorio e pratico, gli studenti acquisiscono competenze nella conduzione di esperimenti fisici e chimici, nella tracciatura di grafici, nell'elaborazione matematica dei risultati delle misurazioni e nell'analisi degli errori. Completando i compiti di laboratorio, pratici e di compiti a casa, gli studenti acquisiscono competenze nel lavorare con la letteratura di riferimento.

Seminari di chimica analitica e colloidale

Seminario 1. Argomento di chimica analitica. Classificazione dei metodi di analisi. Metrologia. Metodi classici di analisi quantitativa.

Gli specialisti che lavorano nel campo dell'ingegneria ambientale necessitano di informazioni abbastanza complete sulla composizione chimica delle materie prime, dei prodotti di produzione, degli scarti di produzione e dell'ambiente: aria, acqua e suolo; Particolare attenzione deve essere prestata all'identificazione delle sostanze nocive e alla determinazione delle loro quantità. Questo problema è risolto chimica analitica - la scienza della determinazione della composizione chimica delle sostanze. L'analisi chimica è il mezzo principale e necessario per il controllo dell'inquinamento ambientale.

Uno studio brevissimo di questa sezione della chimica non può qualificare un chimico analitico; il suo obiettivo è acquisire familiarità con una quantità minima di conoscenze sufficienti per impostare compiti specifici per i chimici, concentrandosi sulle capacità di determinati metodi analitici, e comprendere il significato di i risultati analitici ottenuti.

Classificazione dei metodi di analisi

Viene fatta una distinzione tra analisi qualitativa e quantitativa. Il primo determina la presenza di alcuni componenti, il secondo il loro contenuto quantitativo. Quando si studia la composizione di una sostanza, l'analisi qualitativa precede sempre l'analisi quantitativa, poiché la scelta di un metodo di analisi quantitativa dipende dalla composizione qualitativa dell'oggetto studiato. I metodi di analisi si dividono in chimici e fisico-chimici. I metodi chimici di analisi si basano sulla trasformazione dell'analita in nuovi composti che hanno determinate proprietà. La composizione di una sostanza è determinata dalla formazione di composti caratteristici di elementi.

L'analisi qualitativa dei composti inorganici si basa su reazioni ioniche e consente il rilevamento di elementi sotto forma di cationi e anioni. Ad esempio, gli ioni Cu 2+ possono essere identificati dalla formazione di uno ione complesso 2+ di colore blu brillante. Quando si analizzano i composti organici, vengono solitamente determinati C, H, N, S, P, Cl e altri elementi. Il carbonio e l'idrogeno vengono determinati dopo aver bruciato il campione, registrando l'anidride carbonica e l'acqua rilasciate. Esistono numerose tecniche per rilevare altri elementi.

L'analisi qualitativa è divisa in frazionaria e sistematica.

L'analisi frazionata si basa sull'uso di reazioni specifiche e selettive, con l'aiuto delle quali è possibile rilevare gli ioni desiderati in qualsiasi sequenza in singole porzioni della soluzione di prova. L'analisi frazionata consente di determinare rapidamente un numero limitato di ioni (da uno a cinque) contenuti in una miscela la cui composizione è approssimativamente nota.

L'analisi sistematica è una sequenza specifica di rilevamento dei singoli ioni dopo che tutti gli altri ioni interferenti sono stati trovati e rimossi dalla soluzione.

I singoli gruppi di ioni vengono isolati utilizzando somiglianze e differenze nelle proprietà degli ioni utilizzando i cosiddetti reagenti di gruppo, sostanze che reagiscono allo stesso modo con un intero gruppo di ioni. I gruppi di ioni sono divisi in sottogruppi e questi, a loro volta, in singoli ioni, che vengono rilevati utilizzando il cosiddetto. reazioni analitiche caratteristiche di questi ioni. Tali reazioni sono necessariamente accompagnate da un segno analitico, cioè da un effetto esterno: la formazione di un precipitato, il rilascio di gas, un cambiamento nel colore della soluzione.

La reazione analitica ha le proprietà di specificità, selettività e sensibilità.

La specificità consente di rilevare un dato ione in determinate condizioni in presenza di altri ioni mediante l'una o l'altra caratteristica (colore, odore, ecc.). Esistono relativamente poche reazioni di questo tipo (ad esempio, la reazione di rilevamento dello ione NH 4 + mediante l'azione di un alcali su una sostanza quando riscaldata). Quantitativamente la specificità della reazione è valutata dal valore del rapporto limitante, pari al rapporto tra le concentrazioni dello ione determinato e degli ioni interferenti. Ad esempio, una reazione di goccioline allo ione Ni 2+ mediante l'azione della dimetilgliossima in presenza di ioni Co 2+ è possibile con un rapporto limite tra Ni 2+ e Co 2+ pari a 1: 5000.

La selettività (o selettività) della reazione è determinata dal fatto che un effetto esterno simile è possibile solo con un numero limitato di ioni con i quali la reazione dà un effetto positivo. Il grado di selettività (selettività) è tanto maggiore quanto minore è il numero di ioni con cui la reazione dà un effetto positivo.

La sensibilità della reazione è caratterizzata da una serie di valori correlati: il limite di rilevamento e il limite di diluizione. Ad esempio, il limite di rilevamento in una reazione microcristallina allo ione Ca 2+ mediante l'azione dell'acido solforico è di 0,04 μg di Ca 2+ in una goccia di soluzione. La diluizione limite (V prima, ml) è calcolata con la formula: V prima \u003d V 10 2 / C min, dove V è il volume della soluzione (ml). La diluizione limite mostra in quale volume della soluzione (in ml) è contenuto 1 g dello ione da determinare. Ad esempio, nella reazione dello ione K + con esanitrosocobaltato di sodio - Na 3, si forma un precipitato cristallino giallo K 2 Na. La sensibilità di questa reazione è caratterizzata da un limite di diluizione di 1:50000. Ciò significa che utilizzando questa reazione è possibile aprire uno ione potassio in una soluzione contenente almeno 1 g di potassio in 50.000 ml di acqua.

I metodi chimici di analisi qualitativa hanno importanza pratica solo per un piccolo numero di elementi. Per l'analisi multielemento, molecolare e funzionale (determinazione della natura dei gruppi funzionali), vengono utilizzati metodi fisico-chimici.

I componenti sono suddivisi in basici (1 - 100% in peso), minori (0,01 - 1% in peso) e impurità o tracce (meno di 0,01% in peso).

A seconda della massa e del volume del campione analizzato, si distingue la macroanalisi (0,5 - 1 go 20 - 50 ml),

semi-microanalisi (0,1 - 0,01 g o 1,0 - 0,1 ml),

microanalisi (10 -3 - 10 -6 g o 10 -1 - 10 -4 ml),

ultramicroanalisi (10 -6 - 10 -9 g, o 10 -4 - 10 -6 ml),

submicroanalisi (10 -9 - 10 -12 g o 10 -7 - 10 -10 ml).

I componenti analizzati possono essere atomi e ioni, isotopi di elementi, molecole, gruppi funzionali e radicali, fasi.

Classificazione in base alla natura delle particelle da determinare:

1.isotopico (fisico)

2. elementare o atomico

3. molecolare

4. gruppo strutturale (intermedio tra atomico e molecolare) - determinazione dei singoli gruppi funzionali nelle molecole di composti organici.

5. fase - analisi delle inclusioni in oggetti eterogenei, ad esempio minerali.

Altri tipi di analisi di classificazione:

Lordo e locale.

Distruttivo e non distruttivo.

Contatto e remoto.

Discreto e continuo.

Caratteristiche importanti della procedura analitica sono la rapidità del metodo (velocità di analisi), il costo dell'analisi e la possibilità della sua automazione.

4.2. METODI CROMATOGRAFICI

4.3. METODI CHIMICI

4.4. METODI ELETTROCHIMICI

4.5. METODI SPETTROSCOPICI

4.6. METODI DELLA SPETTROMETRIA DI MASSA

4.7. METODI DI ANALISI BASATI SULLA RADIOATTIVITÀ

4.8. METODI TERMICI

4.9. METODI DI ANALISI BIOLOGICA

5. CONCLUSIONE

6. ELENCO DEI RIFERIMENTI UTILIZZATI

INTRODUZIONE

L'analisi chimica serve come mezzo per monitorare la produzione e la qualità dei prodotti in numerosi settori dell'economia nazionale. L'esplorazione mineraria si basa in varia misura sui risultati dell'analisi. L’analisi è il mezzo principale per monitorare l’inquinamento ambientale. Determinare la composizione chimica di terreni, fertilizzanti, mangimi e prodotti agricoli è importante per il normale funzionamento del complesso agroindustriale. L'analisi chimica è indispensabile nella diagnostica medica e nella biotecnologia. Lo sviluppo di molte scienze dipende dal livello delle analisi chimiche e dalle attrezzature del laboratorio con metodi, strumenti e reagenti.

La base scientifica dell'analisi chimica è la chimica analitica, una scienza che da secoli fa parte, e talvolta la parte principale, della chimica.

La chimica analitica è la scienza che determina la composizione chimica delle sostanze e, in parte, la loro struttura chimica. I metodi di chimica analitica consentono di rispondere a domande su in cosa consiste una sostanza e quali componenti sono inclusi nella sua composizione. Questi metodi consentono spesso di scoprire in quale forma un determinato componente è presente in una sostanza, ad esempio per determinare lo stato di ossidazione di un elemento. Talvolta è possibile stimare la disposizione spaziale dei componenti.

Quando si sviluppano metodi, spesso è necessario prendere in prestito idee da campi scientifici correlati e adattarli ai propri obiettivi. Il compito della chimica analitica comprende lo sviluppo delle basi teoriche dei metodi, la definizione dei limiti della loro applicabilità, la valutazione delle caratteristiche metrologiche e di altro tipo e la creazione di metodi per l'analisi di vari oggetti.

I metodi e gli strumenti di analisi cambiano costantemente: sono coinvolti nuovi approcci, vengono utilizzati nuovi principi e fenomeni, spesso provenienti da campi di conoscenza distanti.

Il metodo di analisi è inteso come un metodo abbastanza universale e teoricamente giustificato per determinare la composizione, indipendentemente dal componente da determinare e dall'oggetto da analizzare. Quando parlano di metodo di analisi, intendono il principio sottostante, un'espressione quantitativa del rapporto tra la composizione e qualsiasi proprietà misurata; tecniche di attuazione selezionate, compresa l'identificazione e l'eliminazione delle interferenze; dispositivi per l'implementazione pratica e metodi per l'elaborazione dei risultati delle misurazioni. Una tecnica di analisi è una descrizione dettagliata dell'analisi di un dato oggetto utilizzando il metodo selezionato.

Si possono distinguere tre funzioni della chimica analitica come campo della conoscenza:

1. risolvere problemi generali di analisi,

2. sviluppo di metodi analitici,

3. risolvere problemi di analisi specifici.

Puoi anche evidenziare qualitativo E quantitativo analisi. Il primo risolve la questione di quali componenti includa l'oggetto analizzato, il secondo fornisce informazioni sul contenuto quantitativo di tutti o singoli componenti.

2. CLASSIFICAZIONE DEI METODI

Tutti i metodi esistenti della chimica analitica possono essere suddivisi in metodi di campionamento, decomposizione del campione, separazione dei componenti, rilevamento (identificazione) e determinazione. Esistono metodi ibridi che combinano separazione e determinazione. I metodi di rilevamento e definizione hanno molto in comune.

I metodi di determinazione sono della massima importanza. Possono essere classificati in base alla natura della proprietà da misurare o al metodo di registrazione del segnale corrispondente. I metodi di determinazione sono suddivisi in chimico , fisico E biologico. I metodi chimici si basano su reazioni chimiche (comprese quelle elettrochimiche). Ciò include anche metodi chiamati fisico-chimici. I metodi fisici si basano su fenomeni e processi fisici, i metodi biologici si basano sul fenomeno della vita.

I requisiti principali per i metodi di chimica analitica sono: accuratezza e buona riproducibilità dei risultati, basso limite di rilevamento dei componenti richiesti, selettività, rapidità, facilità di analisi e possibilità di automazione.

Quando si sceglie un metodo di analisi, è necessario conoscere chiaramente lo scopo dell'analisi, i compiti che devono essere risolti e valutare i vantaggi e gli svantaggi dei metodi di analisi disponibili.

3. SEGNALE ANALITICO

Dopo il campionamento e la preparazione del campione, inizia la fase dell'analisi chimica, in cui viene rilevato il componente o ne viene determinata la quantità. A questo scopo misurano segnale analitico. Nella maggior parte dei metodi, il segnale analitico è la media delle misurazioni di una quantità fisica nella fase finale dell'analisi, funzionalmente correlata al contenuto del componente da determinare.

Se è necessario rilevare qualche componente, solitamente il problema viene risolto aspetto segnale analitico: l'aspetto di un precipitato, colore, linea nello spettro, ecc. La comparsa di un segnale analitico deve essere registrata in modo affidabile. Quando si determina la quantità di un componente, viene misurato grandezza segnale analitico: massa del sedimento, intensità della corrente, intensità della linea dello spettro, ecc.

4. METODI DI CHIMICA ANALITICA

4.1. METODI DI MASCHERAMENTO, SEPARAZIONE E CONCENTRAZIONE

Mascheramento.

Il mascheramento è l'inibizione o la completa soppressione di una reazione chimica in presenza di sostanze che possono cambiarne la direzione o la velocità. In questo caso non si forma alcuna nuova fase. Esistono due tipi di mascheramento: termodinamico (equilibrio) e cinetico (non equilibrio). Con il mascheramento termodinamico si creano condizioni in cui la costante di reazione condizionale viene ridotta a tal punto che la reazione procede in modo insignificante. La concentrazione del componente mascherato diventa insufficiente per registrare in modo affidabile il segnale analitico. Il mascheramento cinetico si basa sull'aumento della differenza tra le velocità di reazione delle sostanze mascherate e dell'analita con lo stesso reagente.

Separazione e concentrazione.

La necessità di separazione e concentrazione può essere dovuta ai seguenti fattori: il campione contiene componenti che interferiscono con la determinazione; la concentrazione del componente da determinare è inferiore al limite di rilevamento del metodo; i componenti da determinare sono distribuiti in modo non uniforme nel campione; non esistono campioni standard per la calibrazione degli strumenti; il campione è altamente tossico, radioattivo e costoso.

Separazioneè un'operazione (processo) in seguito alla quale i componenti che compongono la miscela iniziale vengono separati tra loro.

concentrazioneè un'operazione (processo) che comporta un aumento del rapporto tra la concentrazione o la quantità di microcomponenti e la concentrazione o quantità di macrocomponenti.

Precipitazione e coprecipitazione.

La precipitazione viene tipicamente utilizzata per separare le sostanze inorganiche. La precipitazione dei microcomponenti con reagenti organici, e soprattutto la loro coprecipitazione, fornisce un elevato coefficiente di concentrazione. Questi metodi vengono utilizzati in combinazione con metodi di determinazione progettati per ottenere un segnale analitico da campioni solidi.

La separazione per precipitazione si basa sulle diverse solubilità dei composti, principalmente in soluzioni acquose.

La coprecipitazione è la distribuzione di un microcomponente tra una soluzione e un sedimento.

Estrazione.

L'estrazione è un processo fisico-chimico di distribuzione di una sostanza tra due fasi, molto spesso tra due liquidi immiscibili. È anche un processo di trasferimento di massa con reazioni chimiche.

I metodi di estrazione sono adatti per la concentrazione, l'estrazione di microcomponenti o macrocomponenti, l'isolamento individuale e di gruppo di componenti nell'analisi di una varietà di oggetti industriali e naturali. Il metodo è semplice e veloce da eseguire, fornisce un'elevata efficienza di separazione e concentrazione ed è compatibile con vari metodi di determinazione. L'estrazione consente di studiare lo stato delle sostanze in soluzione in varie condizioni e determinare le caratteristiche fisico-chimiche.

Assorbimento.

L'assorbimento è ben utilizzato per separare e concentrare sostanze. I metodi di assorbimento solitamente forniscono una buona selettività di separazione e coefficienti di concentrazione elevati.

Assorbimento– il processo di assorbimento di gas, vapori e sostanze disciolte da parte di assorbitori solidi o liquidi su un supporto solido (assorbenti).

Separazione elettrolitica e cementazione.

Il metodo più comune è l'elettrolisi, in cui la sostanza separata o concentrata viene isolata su elettrodi solidi allo stato elementare o sotto forma di qualche tipo di composto. Separazione elettrolitica (elettrolisi) basato sulla deposizione di una sostanza mediante corrente elettrica a potenziale controllato. L'opzione più comune è la deposizione catodica dei metalli. Il materiale dell'elettrodo può essere carbonio, platino, argento, rame, tungsteno, ecc.

Elettroforesi si basa sulle differenze nella velocità di movimento di particelle di diverse cariche, forme e dimensioni in un campo elettrico. La velocità del movimento dipende dalla carica, dall'intensità del campo e dal raggio delle particelle. Esistono due opzioni per l'elettroforesi: frontale (semplice) e zonale (su un supporto). Nel primo caso, un piccolo volume di soluzione contenente i componenti da separare viene posto in un tubo con una soluzione elettrolitica. Nel secondo caso, il movimento avviene in un ambiente stabilizzante, che mantiene le particelle in posizione dopo che il campo elettrico è spento.

Metodo cementazione consiste nella riduzione di componenti (solitamente piccole quantità) su metalli con potenziali sufficientemente negativi o almagami di metalli elettronegativi. Durante la cementazione avvengono contemporaneamente due processi: catodico (rilascio del componente) e anodico (dissoluzione del metallo cementante).

1. INTRODUZIONE

2. CLASSIFICAZIONE DEI METODI

3. SEGNALE ANALITICO

4.3. METODI CHIMICI

4.8. METODI TERMICI

5. CONCLUSIONE

6. ELENCO DEI RIFERIMENTI UTILIZZATI

INTRODUZIONE

L'analisi chimica serve come mezzo per monitorare la produzione e la qualità dei prodotti in numerosi settori dell'economia nazionale. L'esplorazione mineraria si basa in varia misura sui risultati dell'analisi. L’analisi è il mezzo principale per monitorare l’inquinamento ambientale. Determinare la composizione chimica di terreni, fertilizzanti, mangimi e prodotti agricoli è importante per il normale funzionamento del complesso agroindustriale. L'analisi chimica è indispensabile nella diagnostica medica e nella biotecnologia. Lo sviluppo di molte scienze dipende dal livello delle analisi chimiche e dalle attrezzature del laboratorio con metodi, strumenti e reagenti.

La base scientifica dell'analisi chimica è la chimica analitica, una scienza che da secoli fa parte, e talvolta la parte principale, della chimica.

La chimica analitica è la scienza che determina la composizione chimica delle sostanze e, in parte, la loro struttura chimica. I metodi di chimica analitica consentono di rispondere a domande su in cosa consiste una sostanza e quali componenti sono inclusi nella sua composizione. Questi metodi consentono spesso di scoprire in quale forma un determinato componente è presente in una sostanza, ad esempio per determinare lo stato di ossidazione di un elemento. Talvolta è possibile stimare la disposizione spaziale dei componenti.

Quando si sviluppano metodi, spesso è necessario prendere in prestito idee da campi scientifici correlati e adattarli ai propri obiettivi. Il compito della chimica analitica comprende lo sviluppo delle basi teoriche dei metodi, la definizione dei limiti della loro applicabilità, la valutazione delle caratteristiche metrologiche e di altro tipo e la creazione di metodi per l'analisi di vari oggetti.

I metodi e gli strumenti di analisi cambiano costantemente: sono coinvolti nuovi approcci, vengono utilizzati nuovi principi e fenomeni, spesso provenienti da campi di conoscenza distanti.

Il metodo di analisi è inteso come un metodo abbastanza universale e teoricamente giustificato per determinare la composizione, indipendentemente dal componente da determinare e dall'oggetto da analizzare. Quando parlano di metodo di analisi, intendono il principio sottostante, un'espressione quantitativa del rapporto tra la composizione e qualsiasi proprietà misurata; tecniche di attuazione selezionate, compresa l'identificazione e l'eliminazione delle interferenze; dispositivi per l'implementazione pratica e metodi per l'elaborazione dei risultati delle misurazioni. Una tecnica di analisi è una descrizione dettagliata dell'analisi di un dato oggetto utilizzando il metodo selezionato.

Si possono distinguere tre funzioni della chimica analitica come campo della conoscenza:

1. risolvere problemi generali di analisi,

2. sviluppo di metodi analitici,

3. risolvere problemi di analisi specifici.

Puoi anche evidenziare qualitativo E quantitativo analisi. Il primo risolve la questione di quali componenti includa l'oggetto analizzato, il secondo fornisce informazioni sul contenuto quantitativo di tutti o singoli componenti.

2. CLASSIFICAZIONE DEI METODI

Tutti i metodi esistenti della chimica analitica possono essere suddivisi in metodi di campionamento, decomposizione del campione, separazione dei componenti, rilevamento (identificazione) e determinazione. Esistono metodi ibridi che combinano separazione e determinazione. I metodi di rilevamento e definizione hanno molto in comune.

I metodi di determinazione sono della massima importanza. Possono essere classificati in base alla natura della proprietà da misurare o al metodo di registrazione del segnale corrispondente. I metodi di determinazione sono suddivisi in chimico , fisico E biologico. I metodi chimici si basano su reazioni chimiche (comprese quelle elettrochimiche). Ciò include anche metodi chiamati fisico-chimici. I metodi fisici si basano su fenomeni e processi fisici, i metodi biologici si basano sul fenomeno della vita.

I requisiti principali per i metodi di chimica analitica sono: accuratezza e buona riproducibilità dei risultati, basso limite di rilevamento dei componenti richiesti, selettività, rapidità, facilità di analisi e possibilità di automazione.

Quando si sceglie un metodo di analisi, è necessario conoscere chiaramente lo scopo dell'analisi, i compiti che devono essere risolti e valutare i vantaggi e gli svantaggi dei metodi di analisi disponibili.

3. SEGNALE ANALITICO

Dopo il campionamento e la preparazione del campione, inizia la fase dell'analisi chimica, in cui viene rilevato il componente o ne viene determinata la quantità. A questo scopo misurano segnale analitico. Nella maggior parte dei metodi, il segnale analitico è la media delle misurazioni di una quantità fisica nella fase finale dell'analisi, funzionalmente correlata al contenuto del componente da determinare.

Se è necessario rilevare qualche componente, solitamente il problema viene risolto aspetto segnale analitico: l'aspetto di un precipitato, colore, linea nello spettro, ecc. La comparsa di un segnale analitico deve essere registrata in modo affidabile. Quando si determina la quantità di un componente, viene misurato grandezza segnale analitico: massa del sedimento, intensità della corrente, intensità della linea dello spettro, ecc.

4. METODI DI CHIMICA ANALITICA

4.1. METODI DI MASCHERAMENTO, SEPARAZIONE E CONCENTRAZIONE

Mascheramento.

Il mascheramento è l'inibizione o la completa soppressione di una reazione chimica in presenza di sostanze che possono cambiarne la direzione o la velocità. In questo caso non si forma alcuna nuova fase. Esistono due tipi di mascheramento: termodinamico (equilibrio) e cinetico (non equilibrio). Con il mascheramento termodinamico si creano condizioni in cui la costante di reazione condizionale viene ridotta a tal punto che la reazione procede in modo insignificante. La concentrazione del componente mascherato diventa insufficiente per registrare in modo affidabile il segnale analitico. Il mascheramento cinetico si basa sull'aumento della differenza tra le velocità di reazione delle sostanze mascherate e dell'analita con lo stesso reagente.

Separazione e concentrazione.

La necessità di separazione e concentrazione può essere dovuta ai seguenti fattori: il campione contiene componenti che interferiscono con la determinazione; la concentrazione del componente da determinare è inferiore al limite di rilevamento del metodo; i componenti da determinare sono distribuiti in modo non uniforme nel campione; non esistono campioni standard per la calibrazione degli strumenti; il campione è altamente tossico, radioattivo e costoso.

Separazioneè un'operazione (processo) in seguito alla quale i componenti che compongono la miscela iniziale vengono separati tra loro.

concentrazioneè un'operazione (processo) che comporta un aumento del rapporto tra la concentrazione o la quantità di microcomponenti e la concentrazione o quantità di macrocomponenti.

Precipitazione e coprecipitazione.

La precipitazione viene tipicamente utilizzata per separare le sostanze inorganiche. La precipitazione dei microcomponenti con reagenti organici, e soprattutto la loro coprecipitazione, fornisce un elevato coefficiente di concentrazione. Questi metodi vengono utilizzati in combinazione con metodi di determinazione progettati per ottenere un segnale analitico da campioni solidi.

La separazione per precipitazione si basa sulle diverse solubilità dei composti, principalmente in soluzioni acquose.

La coprecipitazione è la distribuzione di un microcomponente tra una soluzione e un sedimento.

Estrazione.

L'estrazione è un processo fisico-chimico di distribuzione di una sostanza tra due fasi, molto spesso tra due liquidi immiscibili. È anche un processo di trasferimento di massa con reazioni chimiche.

I metodi di estrazione sono adatti per la concentrazione, l'estrazione di microcomponenti o macrocomponenti, l'isolamento individuale e di gruppo di componenti nell'analisi di una varietà di oggetti industriali e naturali. Il metodo è semplice e veloce da eseguire, fornisce un'elevata efficienza di separazione e concentrazione ed è compatibile con vari metodi di determinazione. L'estrazione consente di studiare lo stato delle sostanze in soluzione in varie condizioni e determinare le caratteristiche fisico-chimiche.

Assorbimento.

L'assorbimento è ben utilizzato per separare e concentrare sostanze. I metodi di assorbimento solitamente forniscono una buona selettività di separazione e coefficienti di concentrazione elevati.

Assorbimento– il processo di assorbimento di gas, vapori e sostanze disciolte da parte di assorbitori solidi o liquidi su un supporto solido (assorbenti).

Separazione elettrolitica e cementazione.

Il metodo più comune è l'elettrolisi, in cui la sostanza separata o concentrata viene isolata su elettrodi solidi allo stato elementare o sotto forma di qualche tipo di composto. Separazione elettrolitica (elettrolisi) basato sulla deposizione di una sostanza mediante corrente elettrica a potenziale controllato. L'opzione più comune è la deposizione catodica dei metalli. Il materiale dell'elettrodo può essere carbonio, platino, argento, rame, tungsteno, ecc.

Elettroforesi si basa sulle differenze nella velocità di movimento di particelle di diverse cariche, forme e dimensioni in un campo elettrico. La velocità del movimento dipende dalla carica, dall'intensità del campo e dal raggio delle particelle. Esistono due opzioni per l'elettroforesi: frontale (semplice) e zonale (su un supporto). Nel primo caso, un piccolo volume di soluzione contenente i componenti da separare viene posto in un tubo con una soluzione elettrolitica. Nel secondo caso, il movimento avviene in un ambiente stabilizzante, che mantiene le particelle in posizione dopo che il campo elettrico è spento.

Metodo cementazione consiste nella riduzione di componenti (solitamente piccole quantità) su metalli con potenziali sufficientemente negativi o almagami di metalli elettronegativi. Durante la cementazione avvengono contemporaneamente due processi: catodico (rilascio del componente) e anodico (dissoluzione del metallo cementante).

Metodi di evaporazione.

Metodi distillazione in base alla diversa volatilità delle sostanze. Una sostanza passa dallo stato liquido a quello gassoso e poi si condensa per formare di nuovo una fase liquida o talvolta solida.

Distillazione semplice (evaporazione)– processo di separazione e concentrazione in un unico passaggio. L'evaporazione rimuove le sostanze che si presentano sotto forma di composti volatili già pronti. Questi possono essere macrocomponenti e microcomponenti; la distillazione di questi ultimi è utilizzata meno frequentemente.

Sublimazione (sublimazione)- trasferimento di una sostanza dallo stato solido allo stato gassoso e sua successiva precipitazione in forma solida (bypassando la fase liquida). Di norma si ricorre alla separazione mediante sublimazione se i componenti da separare sono difficilmente fusi o difficilmente disciolti.

Cristallizzazione controllata.

Quando una soluzione, una fusione o un gas vengono raffreddati, si verifica la formazione di nuclei della fase solida: cristallizzazione, che può essere incontrollata (volumetrica) e controllata. Con la cristallizzazione incontrollata i cristalli si formano spontaneamente in tutto il volume. Con la cristallizzazione controllata, il processo è determinato da condizioni esterne (temperatura, direzione del movimento delle fasi, ecc.).

Esistono due tipi di cristallizzazione controllata: cristallizzazione direzionale(in una data direzione) e fusione della zona(movimento di una zona liquida in un solido in una determinata direzione).

Con la cristallizzazione direzionale, appare un'interfaccia tra un solido e un liquido: il fronte di cristallizzazione. Nella fusione zonale ci sono due confini: il fronte di cristallizzazione e il fronte di fusione.

4.2. METODI CROMATOGRAFICI

La cromatografia è il metodo analitico più comunemente utilizzato. Gli ultimi metodi cromatografici possono determinare sostanze gassose, liquide e solide con un peso molecolare da unità a 10 6. Questi possono essere isotopi di idrogeno, ioni metallici, polimeri sintetici, proteine, ecc. Utilizzando la cromatografia, sono state ottenute ampie informazioni sulla struttura e sulle proprietà dei composti organici di molte classi.

Cromatografiaè un metodo fisico-chimico per la separazione delle sostanze, basato sulla distribuzione dei componenti tra due fasi: stazionaria e mobile. La fase stazionaria è solitamente una sostanza solida (spesso chiamata assorbente) o una pellicola liquida depositata su una sostanza solida. La fase mobile è un liquido o un gas che scorre attraverso la fase stazionaria.

Il metodo consente di separare una miscela multicomponente, identificare i componenti e determinarne la composizione quantitativa.

I metodi cromatografici sono classificati secondo i seguenti criteri:

a) in base allo stato aggregato della miscela, in cui è separata in componenti: cromatografia gassosa, liquida e gas-liquido;

b) secondo il meccanismo di separazione - adsorbimento, distribuzione, scambio ionico, sedimentazione, redox, adsorbimento - cromatografia complessante;

c) secondo la forma del processo cromatografico: colonna, capillare, planare (carta, strato sottile e membrana).

4.3. METODI CHIMICI

I metodi di rilevamento e determinazione chimica si basano su tre tipi di reazioni chimiche: acido-base, redox e complessazione. A volte sono accompagnati da un cambiamento nello stato di aggregazione dei componenti. I più importanti tra i metodi chimici sono il gravimetrico e il titrimetrico. Questi metodi analitici sono chiamati classici. I criteri per l'idoneità di una reazione chimica come base di un metodo analitico nella maggior parte dei casi sono la completezza e l'alta velocità.

metodi gravimetrici.

L'analisi gravimetrica prevede l'isolamento di una sostanza nella sua forma pura e la sua pesatura. Molto spesso, tale isolamento viene effettuato mediante precipitazioni. Meno comunemente, il componente da determinare viene isolato sotto forma di composto volatile (metodi di distillazione). In alcuni casi, la gravimetria è il modo migliore per risolvere un problema analitico. Questo è il metodo assoluto (di riferimento).

Lo svantaggio dei metodi gravimetrici è la durata della determinazione, soprattutto nelle analisi seriali di un gran numero di campioni, così come la non selettività: i reagenti precipitanti, con poche eccezioni, sono raramente specifici. Pertanto sono spesso necessarie separazioni preliminari.

Il segnale analitico in gravimetria è la massa.

Metodi titrimetrici.

Il metodo titrimetrico dell'analisi chimica quantitativa è un metodo basato sulla misurazione della quantità di reagente B spesa nella reazione con il componente A determinato. In pratica, è più conveniente aggiungere il reagente sotto forma di una soluzione di concentrazione esattamente nota . In questa forma di realizzazione, la titolazione è il processo di aggiunta continua di una quantità controllata di una soluzione reagente di concentrazione esattamente nota (titrano) ad una soluzione del componente da determinare.

Nella titrimetria vengono utilizzati tre metodi di titolazione: titolazione diretta, inversa e sostituente.

Titolazione diretta- è la titolazione di una soluzione dell'analita A direttamente con una soluzione titolata B. Si usa se la reazione tra A e B procede velocemente.

Titolazione posteriore consiste nell'aggiungere all'analita A un eccesso di una quantità esattamente nota di soluzione standard B e, dopo aver completato la reazione tra loro, titolare la quantità rimanente di B con la soluzione titolata B'. Questo metodo viene utilizzato nei casi in cui la reazione tra A e B non procede abbastanza velocemente o non esiste un indicatore adatto per fissare il punto di equivalenza della reazione.

Titolazione per sostituente consiste nel titolare con il titolante B non una determinata quantità di sostanza A, ma una quantità equivalente di sostituente A' risultante da una reazione precedentemente effettuata tra la determinata sostanza A e qualche reagente. Questo metodo di titolazione viene solitamente utilizzato nei casi in cui la titolazione diretta non è possibile.

Metodi cinetici.

I metodi cinetici si basano sulla dipendenza della velocità di una reazione chimica dalla concentrazione dei reagenti e, nel caso delle reazioni catalitiche, dalla concentrazione del catalizzatore. Il segnale analitico nei metodi cinetici è la velocità del processo o un valore ad esso proporzionale.

La reazione alla base del metodo cinetico è detta indicatore. Una sostanza, dalla variazione della concentrazione di cui si giudica la velocità del processo indicatore, è un indicatore.

Metodi biochimici.

Tra i moderni metodi di analisi chimica, i metodi biochimici occupano un posto importante. I metodi biochimici includono metodi basati sull'uso di processi che si verificano con la partecipazione di componenti biologici (enzimi, anticorpi, ecc.). In questo caso, il segnale analitico è molto spesso la velocità iniziale del processo o la concentrazione finale di uno dei prodotti della reazione, determinata con qualsiasi metodo strumentale.

Metodi enzimatici si basano sull'utilizzo di reazioni catalizzate da enzimi - catalizzatori biologici caratterizzati da elevata attività e selettività d'azione.

Metodi immunochimici le analisi si basano sul legame specifico del composto rilevato - antigene - da parte degli anticorpi corrispondenti. La reazione immunochimica in soluzione tra anticorpi e antigeni è un processo complesso che avviene in più fasi.

4.4. METODI ELETTROCHIMICI

I metodi di analisi e ricerca elettrochimica si basano sullo studio e sull'uso dei processi che si verificano sulla superficie dell'elettrodo o nello spazio vicino all'elettrodo. Qualsiasi parametro elettrico (potenziale, corrente, resistenza, ecc.), funzionalmente correlato alla concentrazione della soluzione analizzata e suscettibile di misurazione corretta, può fungere da segnale analitico.

Esistono metodi elettrochimici diretti e indiretti. I metodi diretti sfruttano la dipendenza dell'intensità di corrente (potenziale, ecc.) dalla concentrazione del componente da determinare. Nei metodi indiretti, viene misurata l'intensità della corrente (potenziale, ecc.) per trovare il punto finale della titolazione dell'analita con un titolante adatto, ovvero Viene utilizzata la dipendenza del parametro misurato dal volume del titolante.

Per qualsiasi tipo di misura elettrochimica è necessario un circuito elettrochimico o cella elettrochimica, di cui la soluzione analizzata è parte integrante.

Esistono diversi modi per classificare i metodi elettrochimici, da molto semplici a molto complessi, che implicano la considerazione dei dettagli dei processi degli elettrodi.

4.5. METODI SPETTROSCOPICI

I metodi di analisi spettroscopici includono metodi fisici basati sull'interazione della radiazione elettromagnetica con la materia. Questa interazione porta a varie transizioni energetiche, che vengono registrate sperimentalmente sotto forma di assorbimento della radiazione, riflessione e diffusione della radiazione elettromagnetica.

4.6. METODI DELLA SPETTROMETRIA DI MASSA

Il metodo di analisi spettrometrico di massa si basa sulla ionizzazione di atomi e molecole della sostanza emessa e sulla successiva separazione degli ioni risultanti nello spazio o nel tempo.

L'applicazione più importante della spettrometria di massa è identificare e determinare la struttura dei composti organici. È consigliabile effettuare l'analisi molecolare di miscele complesse di composti organici dopo la loro separazione cromatografica.

4.7. METODI DI ANALISI BASATI SULLA RADIOATTIVITÀ

I metodi di analisi basati sulla radioattività sono nati durante l'era dello sviluppo della fisica nucleare, della radiochimica e della tecnologia nucleare e oggi vengono utilizzati con successo nella conduzione di varie analisi, anche nell'industria e nel servizio geologico. Questi metodi sono molto numerosi e vari. Si possono distinguere quattro gruppi principali: analisi radioattive; diluizione isotopica e altri metodi con traccianti radioattivi; metodi basati sull'assorbimento e sulla diffusione della radiazione; metodi puramente radiometrici. Il più diffuso metodo di radioattivazione. Questo metodo è apparso dopo la scoperta della radioattività artificiale e si basa sulla formazione di isotopi radioattivi dell'elemento determinato irradiando un campione con particelle nucleari o g e registrando la radioattività artificiale ottenuta durante l'attivazione.

4.8. METODI TERMICI

I metodi di analisi termica si basano sull'interazione di una sostanza con l'energia termica. La più grande applicazione in chimica analitica sono gli effetti termici, che sono la causa o la conseguenza delle reazioni chimiche. In misura minore vengono utilizzati metodi basati sul rilascio o sull'assorbimento di calore come risultato di processi fisici. Si tratta di processi associati alla transizione di una sostanza da una modifica all'altra, con un cambiamento nello stato di aggregazione e altri cambiamenti nell'interazione intermolecolare, ad esempio, che si verificano durante la dissoluzione o la diluizione. La tabella mostra i metodi di analisi termica più comuni.

I metodi termici vengono utilizzati con successo per l'analisi di materiali metallurgici, minerali, silicati e polimeri, per l'analisi di fase dei terreni e per la determinazione del contenuto di umidità nei campioni.

4.9. METODI DI ANALISI BIOLOGICA

I metodi di analisi biologici si basano sul fatto che per l'attività vitale - crescita, riproduzione e funzionamento generalmente normale degli esseri viventi, è necessario un ambiente con una composizione chimica rigorosamente definita. Quando questa composizione cambia, ad esempio quando un componente viene escluso dall'ambiente o viene introdotto un composto aggiuntivo (rilevabile), l'organismo invia un segnale di risposta appropriato dopo un certo tempo, a volte quasi immediatamente. Stabilire un collegamento tra la natura o l'intensità del segnale di risposta dell'organismo e la quantità di un componente introdotto nell'ambiente o escluso dall'ambiente serve a rilevarlo e determinarlo.

Gli indicatori analitici nei metodi biologici sono vari organismi viventi, i loro organi e tessuti, funzioni fisiologiche, ecc. Microrganismi, invertebrati, vertebrati e piante possono fungere da organismi indicatori.

5. CONCLUSIONE

L'importanza della chimica analitica è determinata dalla necessità della società di risultati analitici, di stabilire la composizione qualitativa e quantitativa delle sostanze, il livello di sviluppo della società, il bisogno sociale dei risultati dell'analisi, nonché il livello di sviluppo di chimica analitica stessa.

Citazione dal libro di testo di chimica analitica di N.A. Menshutkin, pubblicato nel 1897: “Dopo aver presentato l'intero corso delle lezioni di chimica analitica sotto forma di problemi, la cui soluzione viene fornita allo studente, dobbiamo sottolineare che per tale soluzione dei problemi, la chimica analitica fornirà un percorso rigorosamente definito. Questa certezza (soluzione sistematica dei problemi di chimica analitica) è di grande importanza pedagogica: lo studente impara ad applicare le proprietà dei composti per risolvere problemi, derivare condizioni di reazione e combinarle. Tutta questa serie di processi mentali può essere espressa in questo modo: la chimica analitica insegna a pensare chimicamente. Il raggiungimento di quest’ultimo sembra essere il più importante per gli studi pratici in chimica analitica”.

ELENCO DELLA LETTERATURA USATA

1. KM Olshanova, S.K. Piskareva, K.M. Barashkov “Chimica analitica”, Mosca, “Chimica”, 1980

2. "Chimica analitica. Metodi chimici di analisi", Mosca, "Chimica", 1993.

3. “Fondamenti di chimica analitica. Libro 1", Mosca, "Scuola superiore", 1999.

4. “Fondamenti di chimica analitica. Libro 2", Mosca, "Scuola superiore", 1999.

CHIMICA ANALITICA, la scienza che determina la composizione chimica di sostanze e materiali e, in una certa misura, la struttura chimica dei composti. La chimica analitica sviluppa le basi teoriche generali dell'analisi chimica, sviluppa metodi per determinare i componenti del campione in studio e risolve i problemi di analisi di oggetti specifici. L'obiettivo principale della chimica analitica è la creazione di metodi e mezzi che, a seconda del compito da svolgere, forniscano accuratezza, elevata sensibilità, rapidità e selettività dell'analisi. Sono inoltre in fase di sviluppo metodi che permettano di analizzare microoggetti, effettuare analisi locali (in un punto, su una superficie, ecc.), analisi senza distruggere il campione, a distanza da esso (analisi remota), analisi continue analisi (ad esempio, in un flusso), e anche installare, sotto forma di quale composto chimico e in quale forma fisica il componente determinato esiste nel campione (analisi chimica del materiale) e in quale fase è incluso (analisi di fase). Tendenze importanti nello sviluppo della chimica analitica sono l'automazione delle analisi, soprattutto nel controllo dei processi tecnologici, e la matematizzazione, in particolare l'uso diffuso dei computer.

Struttura della scienza. Ci sono tre aree principali della chimica analitica: fondamenti teorici generali; sviluppo di metodi di analisi; chimica analitica dei singoli oggetti. A seconda dello scopo dell'analisi, viene fatta una distinzione tra analisi chimica qualitativa e analisi chimica quantitativa. Compito del primo è rilevare e identificare i componenti del campione analizzato, compito del secondo è determinarne le concentrazioni o masse. A seconda di quali componenti devono essere rilevati o determinati, esistono analisi isotopiche, analisi elementare, analisi di gruppi strutturali (inclusa quella funzionale), analisi molecolare, analisi dei materiali e analisi di fase. Per la natura dell'oggetto analizzato, si distingue l'analisi di sostanze inorganiche e organiche, nonché di oggetti biologici.

La cosiddetta chemiometria, compresa la metrologia dell'analisi chimica, occupa un posto importante nei fondamenti teorici della chimica analitica. La teoria della chimica analitica comprende anche insegnamenti sulla selezione e preparazione dei campioni analitici, sull'elaborazione di uno schema di analisi e sulla scelta dei metodi, sui principi e sulle modalità di automatizzazione dell'analisi, utilizzando i computer, nonché i principi dell'uso razionale dei i risultati delle analisi chimiche. Una caratteristica della chimica analitica è lo studio di proprietà e caratteristiche non generali, ma individuali e specifiche degli oggetti, che garantisce la selettività di molti metodi analitici. Grazie agli stretti legami con le conquiste della fisica, della matematica, della biologia e di vari campi della tecnologia (questo vale soprattutto per i metodi di analisi), la chimica analitica si sta trasformando in una disciplina all'intersezione delle scienze. Vengono spesso usati altri nomi di questa disciplina: analisi, scienza analitica, ecc.

Nella chimica analitica si distinguono metodi di separazione, determinazione (rilevazione) e metodi di analisi ibridi, solitamente combinando i metodi dei primi due gruppi. I metodi di determinazione sono convenientemente suddivisi in metodi di analisi chimici (analisi gravimetrica, analisi titrimetrica, metodi di analisi elettrochimici, metodi di analisi cinetici), metodi di analisi fisici (spettroscopica, fisica nucleare, ecc.), metodi di analisi biochimici e metodi biologici metodo di analisi. I metodi chimici si basano su reazioni chimiche (l'interazione della materia con la materia), i metodi fisici si basano su fenomeni fisici (l'interazione della materia con le radiazioni, i flussi di energia), i metodi biologici utilizzano la risposta degli organismi o dei loro frammenti ai cambiamenti nell'ambiente .

Quasi tutti i metodi di determinazione si basano sulla dipendenza di qualsiasi proprietà misurabile delle sostanze dalla loro composizione. Pertanto, una direzione importante nella chimica analitica è la ricerca e lo studio di tali dipendenze al fine di utilizzarle per risolvere problemi analitici. In questo caso, è quasi sempre necessario trovare un'equazione per la relazione tra proprietà e composizione, sviluppare metodi per registrare la proprietà (segnale analitico), eliminare l'interferenza di altri componenti ed eliminare l'influenza interferente di vari fattori (ad esempio, sbalzi di temperatura). L'entità del segnale analitico viene convertita in unità che caratterizzano la quantità o la concentrazione dei componenti. Le proprietà misurate possono essere, ad esempio, massa, volume, assorbimento della luce, intensità di corrente.

Molta attenzione è rivolta alla teoria dei metodi di analisi. La teoria dei metodi chimici si basa sui concetti di diversi tipi fondamentali di reazioni chimiche ampiamente utilizzate nell'analisi (acido-base, redox, complessazione) e su diversi processi importanti (precipitazione, dissoluzione, estrazione). L'attenzione a questi problemi è dovuta alla storia dello sviluppo della chimica analitica e al significato pratico dei metodi corrispondenti. Poiché, tuttavia, la quota dei metodi chimici diminuisce e quella dei metodi fisici, biochimici e biologici aumenta, diventa opportuno migliorare la teoria dei metodi di questi ultimi gruppi e integrare gli aspetti teorici dei singoli metodi nella teoria generale della chimica analitica. Grande importanza.

Storia dello sviluppo. Le prove sui materiali venivano effettuate in tempi antichi; ad esempio, sono stati esaminati i minerali per determinarne l'idoneità alla fusione e sono stati esaminati vari prodotti per determinarne il contenuto di oro e argento. Gli alchimisti dei secoli XIV-XVI effettuarono un'enorme quantità di lavoro sperimentale per studiare le proprietà delle sostanze, gettando le basi per i metodi chimici di analisi. Nei secoli XVI-XVII (il periodo dell'iatrochimica) apparvero nuovi metodi chimici per la rilevazione delle sostanze, basati su reazioni in soluzione (ad esempio, la scoperta degli ioni argento mediante la formazione di un precipitato con ioni cloruro). R. Boyle, che ha introdotto il concetto di "analisi chimica", è considerato il fondatore della chimica analitica scientifica.

Fino alla metà del XIX secolo la chimica analitica era il ramo principale della chimica. Durante questo periodo furono scoperti molti elementi chimici, furono isolati i componenti di alcune sostanze naturali, furono stabilite le leggi di costanza della composizione e dei rapporti multipli e la legge di conservazione della massa. Il chimico e mineralogista svedese T. Bergman sviluppò uno schema per l'analisi qualitativa sistematica, utilizzò attivamente l'idrogeno solforato come reagente analitico e propose metodi di analisi della fiamma per ottenere perle. Nel 19° secolo, l'analisi qualitativa sistematica fu migliorata dai chimici tedeschi G. Rose e K. Fresenius. Lo stesso secolo fu segnato da enormi passi avanti nello sviluppo dell'analisi quantitativa. È stato creato un metodo titrimetrico (chimico francese F. Decroisille, J. Gay-Lussac), l'analisi gravimetrica è stata significativamente migliorata e sono stati sviluppati metodi di analisi del gas. Di grande importanza è stato lo sviluppo di metodi per l'analisi elementare dei composti organici (J. Liebig). Alla fine del XIX secolo fu sviluppata la teoria della chimica analitica, basata sulla dottrina dell'equilibrio chimico nelle soluzioni con la partecipazione di ioni (principalmente W. Ostwald). A questo punto, i metodi per analizzare gli ioni nelle soluzioni acquose occupavano un posto predominante nella chimica analitica.

Nel XX secolo furono sviluppati metodi per la microanalisi dei composti organici (F. Pregl). È stato proposto il metodo polarografico (Ya. Heyrovsky, 1922). Sono comparsi molti metodi fisici, ad esempio la spettrometria di massa, i raggi X, la fisica nucleare. Di grande importanza furono la scoperta della cromatografia (M. S. Tsvet, 1903) e la creazione di varie varianti di questo metodo, in particolare la cromatografia di partizione (A. Martin e R. Singh, 1941).

In Russia e nell'URSS, il libro di testo di I. A. Menshutkin "Chimica analitica" è stato di grande importanza per la chimica analitica (ha avuto 16 edizioni). M.A. Ilyinsky e L.A. Chugaev introdussero nella pratica i reagenti analitici organici (fine XIX - inizio XX secolo), N.A. Tananaev sviluppò il metodo goccia dell'analisi qualitativa (contemporaneamente al chimico austriaco F. Feigl, anni '20). Nel 1938 N.A. Izmailov e M. S. Schreiber furono i primi a descrivere la cromatografia su strato sottile. Gli scienziati russi hanno dato un grande contributo allo studio della formazione complessa e al suo uso analitico (I.P. Alimarin, A.K. Babko), alla teoria dell'azione dei reagenti analitici organici, allo sviluppo della spettrometria di massa, dei metodi fotometrici, della spettrometria di assorbimento atomico (B.V. . Lviv), nella chimica analitica dei singoli elementi, soprattutto rari e di platino, e di una serie di oggetti: sostanze di elevata purezza, materie prime minerali, metalli e leghe.

Le esigenze della pratica hanno sempre stimolato lo sviluppo della chimica analitica. Pertanto, negli anni '40 e '70, in connessione con la necessità di analizzare materiali nucleari, semiconduttori e altri materiali di elevata purezza, furono creati metodi sensibili come l'analisi di radioattivazione, la spettrometria di massa a scintilla, l'analisi spettrale chimica, la voltammetria di stripping, fornendo la determinazione di fino al 10 - 7 -10 -8% di impurità nelle sostanze pure, cioè 1 parte di impurità per 10-1000 miliardi di parti della sostanza principale. Per lo sviluppo della metallurgia ferrosa, soprattutto in connessione con la transizione alla produzione di acciaio per convertitori ad alta velocità, l'analisi rapida è diventata cruciale. L'utilizzo dei cosiddetti quantometri - dispositivi fotoelettrici per l'analisi ottica spettrale o a raggi X di più elementi - consente di effettuare analisi durante la fusione.

La necessità di analizzare miscele complesse di composti organici ha portato allo sviluppo intensivo della gascromatografia, che consente di analizzare miscele complesse contenenti diverse decine e persino centinaia di sostanze. La chimica analitica ha contribuito in modo significativo alla padronanza dell'energia del nucleo atomico, allo studio dello spazio e dell'oceano, allo sviluppo dell'elettronica e al progresso delle scienze biologiche.

Materia di studio. Un ruolo importante è giocato dallo sviluppo della teoria del campionamento dei materiali analizzati; Di solito, i problemi di campionamento vengono risolti insieme agli specialisti delle sostanze studiate (ad esempio geologi, metallurgisti). La chimica analitica sviluppa metodi per la decomposizione del campione: dissoluzione, fusione, sinterizzazione, ecc., che dovrebbero garantire la completa "apertura" del campione e prevenire la perdita dei componenti determinati e la contaminazione dall'esterno. I compiti della chimica analitica includono lo sviluppo di tecniche per operazioni analitiche generali come la misurazione del volume, la filtrazione e la calcinazione. Uno dei compiti della chimica analitica è determinare le direzioni per lo sviluppo della strumentazione analitica, la creazione di nuovi circuiti e progetti di dispositivi (che molto spesso funge da fase finale nello sviluppo di un metodo di analisi), nonché la sintesi di nuovi reagenti analitici.

Per l'analisi quantitativa, le caratteristiche metrologiche dei metodi e degli strumenti sono molto importanti. A questo proposito, la chimica analitica studia i problemi di calibrazione, produzione e utilizzo di campioni di riferimento (compresi campioni standard) e altri mezzi per garantire l'accuratezza dell'analisi. L'elaborazione dei risultati dell'analisi, in particolare l'elaborazione informatica, occupa un posto significativo. Per ottimizzare le condizioni di analisi, vengono utilizzate la teoria dell'informazione, la teoria del riconoscimento dei modelli e altri rami della matematica. I computer vengono utilizzati non solo per elaborare i risultati, ma anche per controllare gli strumenti, tenendo conto delle interferenze, calibrando e pianificando esperimenti; Ci sono problemi analitici che possono essere risolti solo con l'aiuto dei computer, ad esempio l'identificazione di molecole di composti organici mediante sistemi esperti.

La chimica analitica definisce approcci generali alla selezione di percorsi e metodi analitici. Sono in fase di sviluppo metodi per confrontare i metodi, vengono determinate le condizioni per la loro intercambiabilità e combinazione, i principi e le modalità per automatizzare l'analisi. Per l'uso pratico dell'analisi, è necessario sviluppare idee sul suo risultato come indicatore della qualità del prodotto, sulla dottrina del controllo espresso dei processi tecnologici e sulla creazione di metodi economicamente vantaggiosi. L'unificazione e la standardizzazione dei metodi sono di grande importanza per gli analisti che lavorano in vari settori dell'economia. È in fase di sviluppo una teoria per ottimizzare la quantità di informazioni necessarie per risolvere problemi analitici.

Metodi di analisi. A seconda della massa o del volume del campione analizzato, i metodi di separazione e determinazione sono talvolta suddivisi in metodi macro, micro e ultramicro.

Solitamente si ricorre alla separazione delle miscele nei casi in cui i metodi di determinazione o rilevamento diretti non forniscono il risultato corretto a causa dell'influenza interferente di altri componenti del campione. Particolarmente importante è la cosiddetta concentrazione relativa, la separazione di piccole quantità di componenti dell'analita da quantità significativamente maggiori dei componenti principali del campione. La separazione delle miscele può essere basata su differenze nelle caratteristiche termodinamiche, o di equilibrio, dei componenti (costanti di scambio ionico, costanti di stabilità dei complessi) o parametri cinetici. I principali metodi utilizzati per la separazione sono la cromatografia, l'estrazione, la precipitazione, la distillazione, nonché metodi elettrochimici come l'elettrodeposizione. I metodi di determinazione sono il gruppo principale dei metodi di chimica analitica. I metodi di analisi quantitativa si basano sulla dipendenza di qualsiasi proprietà misurabile, molto spesso fisica, dalla composizione del campione. Questa dipendenza deve essere descritta in un modo certo e conosciuto. I metodi analitici ibridi che combinano separazione e determinazione si stanno rapidamente sviluppando. Ad esempio, la gascromatografia con vari rivelatori è il metodo più importante per analizzare miscele complesse di composti organici. Per l'analisi di miscele di composti scarsamente volatili e termicamente instabili è più conveniente la cromatografia liquida ad alte prestazioni.

Per l’analisi sono necessari diversi metodi, poiché ognuno presenta vantaggi e limiti. Pertanto, la radioattivazione estremamente sensibile e i metodi spettrali di massa richiedono apparecchiature complesse e costose. I metodi cinetici semplici, accessibili e molto sensibili non sempre forniscono la riproducibilità dei risultati richiesta. Quando si valutano e si confrontano metodi, quando li si sceglie per risolvere problemi specifici, vengono presi in considerazione molti fattori: parametri metrologici, ambito di possibile utilizzo, disponibilità di attrezzature, qualifiche degli analisti, tradizioni, ecc. I più importanti tra questi fattori sono i parametri metrologici come come limite di rilevazione o intervallo di concentrazione (quantità) in cui il metodo fornisce risultati affidabili, e l'accuratezza del metodo, ovvero la correttezza e la riproducibilità dei risultati. In alcuni casi, i metodi "multicomponente" sono di grande importanza, poiché consentono la determinazione di un gran numero di componenti contemporaneamente, ad esempio l'emissione atomica e l'analisi spettrale dei raggi X, la cromatografia. Il ruolo di tali metodi è in aumento. A parità di altre condizioni, sono preferiti i metodi di analisi diretta, cioè non associati alla preparazione del campione chimico; tuttavia, tale preparazione è spesso necessaria. Ad esempio, la concentrazione preliminare del componente in studio consente di determinarne le concentrazioni inferiori, eliminando le difficoltà legate alla distribuzione disomogenea del componente nel campione e alla mancanza di campioni di riferimento.

I metodi di analisi locale occupano un posto speciale. Un ruolo significativo tra questi è svolto dalla microanalisi a raggi X (sonda elettronica), dalla spettrometria di massa degli ioni secondari, dalla spettroscopia Auger e da altri metodi fisici. Sono di grande importanza, in particolare quando si analizzano gli strati superficiali di materiali solidi o inclusioni nelle rocce.

Un gruppo specifico è costituito dai metodi di analisi elementare dei composti organici. La materia organica viene decomposta in un modo o nell'altro e i suoi componenti sotto forma dei composti inorganici più semplici (CO 2, H 2 O, NH 3, ecc.) Sono determinati con metodi convenzionali. L'uso della gascromatografia ha permesso di automatizzare l'analisi elementare; A questo scopo vengono prodotti analizzatori C, H, N, S e altri dispositivi automatici. L'analisi dei composti organici per gruppi funzionali (analisi funzionale) viene eseguita mediante vari metodi chimici, elettrochimici, spettrali (spettroscopia NMR o IR) o cromatografici.

Nell'analisi di fase, cioè nella determinazione dei composti chimici che formano fasi separate, queste vengono prima isolate, ad esempio utilizzando un solvente selettivo, e poi le soluzioni risultanti vengono analizzate con metodi convenzionali; I metodi fisici di analisi di fase senza separazione preliminare delle fasi sono molto promettenti.

Significato pratico. L'analisi chimica fornisce il controllo di molti processi tecnologici e della qualità dei prodotti in vari settori, svolge un ruolo enorme nella ricerca e nell'esplorazione dei minerali e nell'industria mineraria. Utilizzando l'analisi chimica viene monitorata la pulizia dell'ambiente (suolo, acqua e aria). I risultati della chimica analitica sono utilizzati in vari rami della scienza e della tecnologia: energia nucleare, elettronica, oceanologia, biologia, medicina, medicina legale, archeologia e ricerca spaziale. L’importanza economica dell’analisi chimica è grande. Pertanto, la determinazione precisa degli additivi leganti nella metallurgia consente di risparmiare metalli preziosi. Il passaggio all'analisi automatica continua nei laboratori medici e agrochimici consente di aumentare notevolmente la velocità delle analisi (sangue, urina, estratti del terreno, ecc.) e di ridurre il numero del personale di laboratorio.

Lett.: Fondamenti di chimica analitica: in 2 libri / A cura di Yu. A. Zolotov. M., 2002; Chimica analitica: In 2 volumi M., 2003-2004.