Qualsiasi metodo di analisi utilizza uno specifico segnale analitico che, in determinate condizioni, è dato da specifici oggetti elementari (atomi, molecole, ioni) che compongono le sostanze oggetto di studio.

Il segnale analitico fornisce informazioni sia di natura qualitativa che quantitativa. Ad esempio, se per l'analisi si utilizzano reazioni di precipitazione, le informazioni qualitative si ottengono dalla comparsa o dall'assenza di precipitazione. Le informazioni quantitative sono ottenute dalla massa sedimentaria. Quando una sostanza emette luce in determinate condizioni, l'informazione qualitativa si ottiene dalla comparsa di un segnale (emissione di luce) ad una lunghezza d'onda corrispondente ad un colore caratteristico, e l'informazione quantitativa si ottiene dall'intensità della radiazione luminosa.

In base all'origine del segnale analitico, i metodi di chimica analitica possono essere classificati in chimici, fisici e fisico-chimici.

IN metodi chimici eseguire una reazione chimica e misurare la massa del prodotto risultante - metodi gravimetrici (peso) o il volume del reagente speso per l'interazione con la sostanza - metodi titrimetrici, gas-volumetrici (volumetrici).

L'analisi volumetrica del gas (analisi volumetrica del gas) si basa sull'assorbimento selettivo dei componenti di una miscela di gas in recipienti riempiti con l'uno o l'altro assorbitore, seguito dalla misurazione della diminuzione del volume del gas mediante una buretta. Pertanto, l'anidride carbonica viene assorbita con una soluzione di idrossido di potassio, l'ossigeno con una soluzione di pirogallolo e il monossido di carbonio con una soluzione di ammoniaca di cloruro di rame. La volumemetria del gas si riferisce a metodi rapidi di analisi. È ampiamente utilizzato per la determinazione dei carbonati nei minerali e nei minerali.

I metodi chimici di analisi sono ampiamente utilizzati per l'analisi di minerali, rocce, minerali e altri materiali per determinare i componenti in essi contenuti con contenuti compresi tra decimi e diverse decine di percento. I metodi chimici di analisi sono caratterizzati da un'elevata precisione (l'errore di analisi è solitamente di decimi di punto percentuale). Tuttavia, questi metodi vengono gradualmente sostituiti da metodi di analisi fisico-chimica e fisica più rapidi.

Metodi fisici le analisi si basano sulla misurazione di qualsiasi proprietà fisica delle sostanze, che è funzione della composizione. Ad esempio, la rifrattometria si basa sulla misurazione degli indici di rifrazione relativi della luce. Nell'analisi di attivazione viene misurata l'attività degli isotopi, ecc.. Spesso l'analisi prevede prima una reazione chimica e la concentrazione del prodotto risultante è determinata dalle proprietà fisiche, ad esempio l'intensità dell'assorbimento della radiazione luminosa da parte del colorato prodotto di reazione. Tali metodi di analisi sono chiamati fisico-chimici.

I metodi fisici di analisi sono caratterizzati da elevata produttività, bassi limiti di rilevamento degli elementi, obiettività dei risultati dell'analisi e un elevato livello di automazione. I metodi fisici di analisi vengono utilizzati nell'analisi di rocce e minerali. Ad esempio, il metodo dell'emissione atomica viene utilizzato per determinare il tungsteno nei graniti e negli scisti, l'antimonio, lo stagno e il piombo nelle rocce e nei fosfati; metodo di assorbimento atomico - magnesio e silicio nei silicati; Fluorescenza a raggi X - vanadio in ilmenite, magnesite, allumina; spettrometria di massa - manganese nella regolite lunare; attivazione neutronica: ferro, zinco, antimonio, argento, cobalto, selenio e scandio nell'olio; mediante il metodo della diluizione isotopica: cobalto nelle rocce silicatiche.

I metodi fisici e fisico-chimici sono talvolta chiamati strumentali, poiché questi metodi richiedono l'uso di strumenti (attrezzature) appositamente adattati per eseguire le fasi principali dell'analisi e registrarne i risultati.

Metodi fisico-chimici l'analisi può includere trasformazioni chimiche dell'analita, dissoluzione del campione, concentrazione del componente analizzato, mascheramento di sostanze interferenti e altro. A differenza dei metodi di analisi chimici “classici”, in cui il segnale analitico è la massa di una sostanza o il suo volume, i metodi di analisi fisico-chimici utilizzano l’intensità della radiazione, l’intensità della corrente, la conduttività elettrica e la differenza di potenziale come segnale analitico.

Di grande importanza pratica sono i metodi basati sullo studio dell'emissione e dell'assorbimento della radiazione elettromagnetica in varie regioni dello spettro. Questi includono la spettroscopia (ad esempio analisi luminescente, analisi spettrale, nefelometria e turbidimetria e altri). Importanti metodi di analisi fisico-chimici includono metodi elettrochimici che utilizzano la misurazione delle proprietà elettriche di una sostanza (coulometria, potenziometria, ecc.), nonché la cromatografia (ad esempio gascromatografia, cromatografia liquida, cromatografia a scambio ionico, cromatografia su strato sottile) . Vengono sviluppati con successo metodi basati sulla misurazione della velocità delle reazioni chimiche (metodi di analisi cinetica), degli effetti termici delle reazioni (titolazione termometrica) e della separazione degli ioni in un campo magnetico (spettrometria di massa).

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) di una reazione è determinata dal fatto che un simile effetto esterno è possibile solo con un numero limitato di ioni con cui la reazione produce un effetto positivo. Il grado di selettività (selettività) è tanto maggiore quanto minore è il numero di ioni con cui la reazione produce un effetto positivo.

La sensibilità di una reazione è caratterizzata da una serie di quantità correlate tra loro: il limite di rilevamento e il limite di diluizione. Ad esempio, il limite di rilevamento nella reazione microcristallina allo ione Ca 2+ sotto l'azione dell'acido solforico è di 0,04 μg di Ca 2+ in una goccia di soluzione. La diluizione massima (V pre, ml) si calcola con la formula: V pre = V · 10 2 / C min, dove V è il volume della soluzione (ml). La diluizione limite mostra il volume della soluzione (in ml) che contiene 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 di 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 (che determina la natura dei gruppi funzionali), vengono utilizzati metodi fisico-chimici.

I componenti sono suddivisi in principali (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.

Metodo di analisi nominare i principi alla base dell'analisi della materia, cioè il tipo e la natura dell'energia che provoca il disturbo delle particelle chimiche della sostanza.

L'analisi si basa sulla relazione tra il segnale analitico rilevato e la presenza o concentrazione dell'analita.

Segnale analiticoè una proprietà fissa e misurabile di un oggetto.

Nella chimica analitica, i metodi analitici sono classificati in base alla natura della proprietà da determinare e al metodo di registrazione del segnale analitico:

1.chimico

2.fisico

3.fisico e chimico

I metodi fisico-chimici sono detti metodi strumentali o di misura, poiché richiedono l'uso di strumenti e strumenti di misura.

Consideriamo la classificazione completa dei metodi chimici di analisi.

Metodi chimici di analisi- si basano sulla misurazione dell'energia di una reazione chimica.

Durante la reazione cambiano i parametri associati al consumo dei materiali di partenza o alla formazione dei prodotti di reazione. Questi cambiamenti possono essere osservati direttamente (precipitato, gas, colore) o misurati da quantità come il consumo di reagente, la massa del prodotto formato, il tempo di reazione, ecc.

Di obiettivi I metodi di analisi chimica sono divisi in due gruppi:

I.Analisi qualitativa– consiste nel rilevare i singoli elementi (o ioni) che compongono l’analita.

I metodi di analisi qualitativa sono classificati:

1. analisi dei cationi

2. Analisi degli anioni

3. analisi di miscele complesse.

II.Analisi quantitativa– consiste nel determinare il contenuto quantitativo dei singoli componenti di una sostanza complessa.

I metodi chimici quantitativi classificano:

1. Gravimetrico Il metodo di analisi (peso) si basa sull'isolamento dell'analita nella sua forma pura e sulla sua pesatura.

I metodi gravimetrici si dividono in base al metodo di ottenimento del prodotto di reazione:

a) i metodi chemiogravimetrici si basano sulla misurazione della massa del prodotto di una reazione chimica;

b) i metodi elettrogravimetrici si basano sulla misurazione della massa del prodotto di una reazione elettrochimica;

c) i metodi termogravimetrici si basano sulla misurazione della massa di una sostanza formata durante l'esposizione termica.

2. Volumetrico i metodi di analisi si basano sulla misurazione del volume del reagente speso per l'interazione con la sostanza.

I metodi volumetrici, a seconda dello stato di aggregazione del reagente, si dividono in:

a) metodi gas-volumetrici, che si basano sull'assorbimento selettivo del componente determinato della miscela di gas e sulla misurazione del volume della miscela prima e dopo l'assorbimento;

b) i metodi liquido-volumetrici (titrimetrici o volumetrici) si basano sulla misurazione del volume del reagente liquido consumato per l'interazione con la sostanza da determinare.

A seconda del tipo di reazione chimica, si distinguono i metodi di analisi volumetrica:

· protolitometria – un metodo basato sul verificarsi di una reazione di neutralizzazione;

· redossometria – un metodo basato sul verificarsi di reazioni redox;

· complessometria – un metodo basato sul verificarsi di una reazione di complessazione;

· metodi di precipitazione – metodi basati sul verificarsi di reazioni di formazione di precipitazioni.

3. Cinetico i metodi analitici si basano sulla determinazione della dipendenza della velocità di una reazione chimica dalla concentrazione dei reagenti.

Lezione n. 2. Fasi del processo analitico

La soluzione al problema analitico viene effettuata eseguendo un'analisi della sostanza. Secondo la terminologia IUPAC analisi [‡] chiamava la procedura per ottenere dati sperimentali sulla composizione chimica di una sostanza.

Indipendentemente dal metodo scelto, ogni analisi si compone delle seguenti fasi:

1) campionamento (campionamento);

2) preparazione del campione (preparazione del campione);

3) misurazione (definizione);

4) elaborazione e valutazione dei risultati delle misurazioni.

Fig. 1. Rappresentazione schematica del processo analitico.

Selezione del campione

L'analisi chimica inizia con la selezione e la preparazione di un campione per l'analisi. Va notato che tutte le fasi dell'analisi sono interconnesse. Pertanto, un segnale analitico misurato attentamente non fornisce informazioni corrette sul contenuto del componente da determinare se il campione viene selezionato o preparato per l'analisi in modo errato. L'errore di campionamento spesso determina l'accuratezza complessiva della determinazione dei componenti e rende inutile l'uso di metodi altamente accurati. A loro volta, la selezione e la preparazione del campione dipendono non solo dalla natura dell'oggetto analizzato, ma anche dal metodo di misurazione del segnale analitico. I metodi e la procedura per il campionamento e la sua preparazione sono così importanti quando si conducono analisi chimiche che di solito sono prescritti dallo standard statale (GOST).

Consideriamo le regole di base per il campionamento:

· Il risultato può essere corretto solo se il campione è sufficiente rappresentante, cioè riflette accuratamente la composizione del materiale da cui è stato selezionato. Quanto più materiale viene selezionato per il campione, tanto più rappresentativo è. Tuttavia, campioni molto grandi sono difficili da gestire e aumentano i tempi e i costi di analisi. Pertanto, il campione deve essere prelevato in modo che sia rappresentativo e non molto ampio.

· La massa ottimale del campione è determinata dall'eterogeneità dell'oggetto analizzato, dalla dimensione delle particelle da cui inizia l'eterogeneità e dai requisiti per l'accuratezza dell'analisi.

· Per garantire la rappresentatività del campione, è necessario garantire l'omogeneità del lotto. Se non è possibile formare un lotto omogeneo, il lotto dovrà essere separato in parti omogenee.

· Quando si prelevano campioni, viene preso in considerazione lo stato complessivo dell'oggetto.

· Deve essere soddisfatta la condizione dell'uniformità dei metodi di campionamento: campionamento casuale, periodico, a scacchi, campionamento a più fasi, campionamento “cieco”, campionamento sistematico.

· Uno dei fattori di cui tenere conto nella scelta del metodo di campionamento è la possibilità che nel tempo si determinino cambiamenti nella composizione dell'oggetto e nel contenuto del componente. Ad esempio, la composizione variabile dell'acqua nel fiume, i cambiamenti nella concentrazione dei componenti nei prodotti alimentari, ecc.

V.F. Yustratova, 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. Yustratova, 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. Yustratova, 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 sopravvissuto 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 - tubo, 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 ulteriori informazioni su questi metodi di analisi.

Alla fine del XIX secolo, nel 1894, il chimico fisico tedesco W.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.

Inizio del 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. È necessario, prima di tutto, fare 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 sopra è chiaro 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 apparire 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 segni analitici.

Viene chiamata una reazione chimica durante la quale compaiono segni analitici risposta analitica qualitativa.

Vengono chiamate le sostanze utilizzate per effettuare 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. Il segno analitico in queste reazioni è spesso espresso 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 determinata. 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 (R.V.).

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.

(1)

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:

. (2)

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.

(3)

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)

(6)

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

. (7)

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

. (8)

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 portato alla tacca con acqua distillata.

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) considerato 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, studiandoli sarà possibile conoscerli in dettaglio.

B) I risultati dell'analisi ottenuti 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 eseguito l'analisi e ricevuto il risultato, è necessario stabilire la conformità tra la qualità del prodotto e i requisiti della relativa documentazione normativa.

1.7.6. Metodo e tecnica di analisi

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

Quando si parla di metodo di analisi, ciò significa che vengono prese in considerazione delle regole in base alle quali è possibile ottenere dati analitici e interpretarli (vedi paragrafo 1.4).

Metodo di analisi- questa è una descrizione dettagliata di tutte le operazioni di analisi, compreso il prelievo e la preparazione dei campioni (indicando le concentrazioni di tutte le soluzioni di prova).

Con l'applicazione pratica di ciascun metodo di analisi, vengono sviluppate molte tecniche 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, in un laboratorio di analisi quantitativa, tra gli altri, viene eseguito il lavoro di laboratorio "Determinazione permanganatometrica di Fe 2+ nella soluzione salina di Mohr", "Determinazione iodometrica di Cu 2+", "Determinazione dicromatometrica di Fe 2+". Le modalità per eseguirle 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 la precisione dell'analisi data. A P = 0,95 - 95 su 100.

Selettività del test caratterizza la possibilità di determinare un dato 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

Quando si valutano metodi o tecniche di analisi dal punto di vista della scienza delle misurazioni - metrologia - si notano le seguenti caratteristiche: gamma 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'analisiè la vicinanza dei risultati ottenuti al valore reale della quantità da determinare.

Riproducibilità e coerenza dei risultati Le analisi sono determinate dalla dispersione dei risultati delle analisi ripetute e sono causate dalla presenza di errori casuali.

Convergenza caratterizza la dispersione dei risultati in condizioni sperimentali fisse, 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 con qualsiasi misurazione, inclusa qualsiasi determinazione analitica, non importa con quanta attenzione venga eseguita. La loro presenza significa che determinazioni ripetute dell'uno o dell'altro componente in un dato campione, eseguite utilizzando lo stesso metodo, di solito danno risultati leggermente diversi.

A differenza degli errori sistematici, quelli 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 presa in considerazione teoricamente elaborando i risultati ottenuti in una serie di determinazioni parallele di un dato componente utilizzando metodi di statistica matematica.

Disponibilità errori grossolani O manca si manifesta nel fatto che tra risultati relativamente simili ci sono 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, questa misurazione viene immediatamente scartata. Tuttavia, nella maggior parte dei casi, è impossibile riconoscere immediatamente che un altro risultato non è corretto solo sulla base del "salto" dalle serie generali, e quindi è necessario condurre ulteriori ricerche.

Ci sono casi in cui non ha senso condurre ulteriori ricerche 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 stabilita 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 di determinazione in questo caso, vengono utilizzati metodi statistici matematici sviluppati per un numero limitato di determinazioni. I risultati di questo piccolo numero di determinazioni sono considerati selezionati casualmente - campione- 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:

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 il valore più grande e quello più piccolo di un numero 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).

Un risultato riconosciuto come errore grave è escluso da ulteriori considerazioni.

Il criterio Q non è l'unico indicatore dal cui valore si può 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 obiettivi principali.

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

Il secondo compito è valutare l’affidabilità dei risultati ottenuti, ad es. il grado della loro corrispondenza con il contenuto reale del componente determinato nel campione. Questo problema viene risolto calcolando la riproducibilità e l'accuratezza dell'analisi utilizzando le formule fornite di seguito.

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 è valutata dai valori di deviazione standard, deviazione standard relativa e dispersione.

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

(16)

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 da 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 - probabilità 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%):

. (21)

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)

(25)

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)

(28)

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?

Classificazione dei metodi di analisi qualitativa.

Oggetto e compiti della chimica analitica.

Chimica analiticaè la scienza dei metodi per la ricerca qualitativa e quantitativa sulla composizione delle sostanze (o delle loro miscele). Il compito della chimica analitica è sviluppare la teoria dei metodi chimici e fisico-chimici di analisi e operazioni nella ricerca scientifica.

La chimica analitica è composta da due sezioni principali: analisi qualitativa consiste nell’“aprire”, cioè rilevamento dei singoli elementi (o ioni) che compongono l'analita. Analisi quantitativa consiste nel determinare il contenuto quantitativo dei singoli componenti di una sostanza complessa.

L'importanza pratica della chimica analitica è grande. Utilizzando metodi chimici. l'analisi ha scoperto le leggi: sono state determinate la costanza della composizione, i rapporti multipli, le masse atomiche degli elementi, gli equivalenti chimici, sono state stabilite le formule di molti composti.

La chimica analitica contribuisce allo sviluppo delle scienze naturali: geochimica, geologia, mineralogia, fisica, biologia, discipline tecnologiche, medicina. L'analisi chimica è la base del moderno controllo chimico-tecnologico di tutte le industrie in cui vengono analizzate materie prime, prodotti e scarti di produzione. Sulla base dei risultati dell'analisi, vengono giudicati il ​​flusso del processo tecnologico e la qualità del prodotto. I metodi di analisi chimica e fisico-chimica costituiscono la base per stabilire standard statali per tutti i prodotti fabbricati.

Il ruolo della chimica analitica nell’organizzazione del monitoraggio ambientale è eccezionale. Si tratta del monitoraggio della contaminazione delle acque superficiali, dei suoli con metalli pesanti, pesticidi, prodotti petroliferi e radionuclidi. Uno dei compiti del monitoraggio è creare criteri che stabiliscano i limiti del possibile danno ambientale. Per esempio MPC - concentrazione massima consentita- si tratta di una concentrazione tale, se esposta al corpo umano, periodicamente o per tutta la vita, direttamente o indirettamente attraverso i sistemi ambientali, senza che si verifichino malattie o cambiamenti nello stato di salute, rilevabili con metodi moderni immediatamente o in periodi di vita a lungo termine. Per ogni chimica. le sostanze hanno il proprio valore MPC.

Classificazione dei metodi di analisi qualitativa.

Quando studiano un nuovo composto, determinano prima da quali elementi (o ioni) è costituito e poi i rapporti quantitativi in ​​cui si trovano. Pertanto, l’analisi qualitativa solitamente precede l’analisi quantitativa.

Tutti i metodi analitici si basano sull'ottenimento e sulla misurazione segnale analitico, quelli. qualsiasi manifestazione delle proprietà chimiche o fisiche di una sostanza che può essere utilizzata per stabilire la composizione qualitativa dell'oggetto analizzato o per quantificare i componenti in esso contenuti. L'oggetto analizzato può essere una connessione individuale in qualsiasi stato aggregato. una miscela di composti, un oggetto naturale (suolo, minerale, minerale, aria, acqua), prodotti industriali e alimenti. Prima dell'analisi vengono eseguiti campionamento, macinazione, vagliatura, media, ecc. Viene chiamato un oggetto preparato per l'analisi campione o campione.

A seconda del compito da svolgere, viene scelto un metodo. I metodi analitici di analisi qualitativa si dividono in: 1) analisi “a secco” e 2) analisi “umida”.

Analisi a secco effettuata con solidi. È diviso in metodi pirochimici e di macinazione.

Pirochimico L'analisi di tipo (greco - fuoco) viene effettuata riscaldando il campione in esame nella fiamma di un bruciatore a gas o alcool, eseguito in due modi: ottenendo “perle” colorate o colorando la fiamma del bruciatore.

1. “Perle”(Perle francesi) si formano quando i sali NaNH 4 PO 4 ∙ 4 H 2 O, Na 2 B 4 O 7 ∙ 10 H 2 O - borace) o gli ossidi metallici vengono sciolti in una massa fusa. Osservando il colore delle perle di vetro risultanti si stabilisce la presenza di alcuni elementi nel campione. Quindi, ad esempio, i composti del cromo danno origine al verde perla, al blu cobalto, al manganese - viola-ametista, ecc.

2. Colorazione della fiamma- i sali volatili di molti metalli, quando introdotti nella parte non luminosa della fiamma, la colorano in diversi colori, ad esempio sodio - giallo intenso, potassio - viola, bario - verde, calcio - rosso, ecc. Questi tipi di analisi vengono utilizzati nei test preliminari e come metodo “espresso”.

Analisi mediante metodo dello sfregamento. (1898 Flavitskij). Il campione da analizzare viene macinato in un mortaio di porcellana con una pari quantità di reagente solido. Il colore del composto risultante viene utilizzato per determinare la presenza dello ione da determinare. Il metodo viene utilizzato nelle prove preliminari e nelle analisi “espresse” sul campo per l'analisi di minerali e minerali.

2.Analisi del bagnato - Questa è l'analisi di un campione disciolto in un solvente. Il solvente più spesso utilizzato è l'acqua, gli acidi o gli alcali.

Secondo il metodo di conduzione, i metodi di analisi qualitativa sono suddivisi in frazionari e sistematici. Metodo di analisi frazionaria- questa è la determinazione degli ioni utilizzando reazioni specifiche in qualsiasi sequenza. Viene utilizzato nei laboratori agrochimici, industriali e alimentari, quando è nota la composizione del campione di prova ed è necessario solo verificare l'assenza di impurità o durante le prove preliminari. Analisi sistematica - Si tratta di un'analisi in una sequenza rigorosamente definita, in cui ogni ione viene rilevato solo dopo che gli ioni interferenti sono stati rilevati e rimossi.

A seconda della quantità di sostanza prelevata per l'analisi, nonché della tecnica di esecuzione delle operazioni, i metodi sono suddivisi in:

- macroanalisi - effettuato in quantità relativamente grandi della sostanza (1-10 g). L'analisi viene eseguita in soluzioni acquose e in provette.

- microanalisi - esamina quantità molto piccole di una sostanza (0,05 - 0,5 g). Viene eseguito su una striscia di carta, un vetro d'orologio con una goccia di soluzione (analisi delle gocce) o su un vetrino in una goccia di soluzione, si ottengono cristalli, in base alla forma della quale viene determinata la sostanza al microscopio (microcristallino).

Concetti di base della chimica analitica.

Reazioni analitiche - Si tratta di reazioni accompagnate da un effetto esterno ben visibile:

1) precipitazione o dissoluzione del sedimento;

2) cambiamento nel colore della soluzione;

3) rilascio di gas.

Inoltre, alle reazioni analitiche vengono imposti altri due requisiti: irreversibilità e velocità di reazione sufficiente.

Vengono chiamate le sostanze sotto l'influenza delle quali si verificano reazioni analitiche reagenti o reagenti. Tutto chimico. i reagenti sono divisi in gruppi:

1) per composizione chimica (carbonati, idrossidi, solfuri, ecc.)

2) in base al grado di purificazione del componente principale.

Condizioni per eseguire la chimica. analisi:

1. Mezzo di reazione

2. Temperatura

3. Concentrazione dello ione da determinare.

Mercoledì. Acido, alcalino, neutro.

Temperatura. La maggior parte della chimica. le reazioni vengono eseguite in condizioni ambientali “al freddo”, o talvolta è necessario raffreddarle sotto il rubinetto. Molte reazioni si verificano quando riscaldate.

Concentrazione- questa è la quantità di una sostanza contenuta in un determinato peso o volume di una soluzione. Vengono chiamati una reazione e un reagente in grado di provocare un notevole effetto esterno caratteristico anche a una concentrazione trascurabile della sostanza da determinare sensibile.

La sensibilità delle reazioni analitiche è caratterizzata da:

1) diluizione estrema;

2) concentrazione massima;

3) un volume minimo di una soluzione estremamente diluita;

4) limite di rilevazione (apertura minima);

5) indicatore di sensibilità.

Diluizione limite Vlim – il volume massimo di soluzione in cui è possibile rilevare un grammo di una determinata sostanza (in più di 50 esperimenti su 100 esperimenti) utilizzando una determinata reazione analitica. Il limite di diluizione è espresso in ml/g.

Ad esempio, quando gli ioni rame reagiscono con l'ammoniaca in una soluzione acquosa

Cu 2+ + 4NH 3 = 2+ ¯complesso blu brillante

La diluizione limite dello ione rame è (Vlim = 2,5 10 5 mg/l), cioè Gli ioni rame possono essere aperti da questa reazione in una soluzione contenente 1 g di rame in 250.000 ml di acqua. In una soluzione contenente meno di 1 g di rame (II) in 250.000 ml di acqua, questi cationi non possono essere rilevati dalla reazione di cui sopra.

Concentrazione limite Сlim (Cmin) – la concentrazione più bassa alla quale l'analita può essere rilevato in soluzione mediante una data reazione analitica. Espresso in g/ml.

La concentrazione massima e la diluizione massima sono legate dalla relazione: Clim = 1 / V lim

Ad esempio, gli ioni potassio in una soluzione acquosa vengono aperti utilizzando esanitrocobaltato di sodio (III)

2K + + Na 3 [ Co(NO 2) 6 ] ® NaK 2 [ Co(NO 2) 6 ] ¯ + 2Na +

La concentrazione limite di ioni K+ per questa reazione analitica è C lim = 10 -5 g/ml, cioè Lo ione potassio non può essere aperto da questa reazione se il suo contenuto è inferiore a 10 -5 g in 1 ml della soluzione analizzata.

Volume minimo di soluzione estremamente diluita Vmin– il volume più piccolo della soluzione analizzata necessario per rilevare la sostanza scoperta mediante una determinata reazione analitica. Espresso in ml.

Limite di rilevamento (apertura minima) m– la più piccola massa dell'analita che può essere scoperta in modo inequivocabile da un dato an. reazione in un volume minimo di soluzione estremamente diluita. Espresso in µg (1 µg = 10 -6 g).

m = C lim V min × 10 6 = V min × 10 6 / V lim

Indice di sensibilità viene determinata la reazione analitica

pС lim = - log C lim = - log(1/Vlim) = log V lim

UN. la reazione è tanto più sensibile quanto minore è la sua apertura minima, il volume minimo della soluzione estremamente diluita, e tanto maggiore è la diluizione massima.

Il limite di rilevamento dipende da:

1. Concentrazioni della soluzione test e del reagente.

2. Durata del corso di an. reazioni.

3. Metodo per osservare l'effetto esterno (visivamente o utilizzando un dispositivo)

4. Rispetto delle condizioni per l'adempimento di un. Reazioni (t, pH, quantità di reagente, sua purezza)

5. Presenza e rimozione di impurità, ioni estranei

6. Caratteristiche individuali di un chimico analitico (precisione, acuità visiva, capacità di distinguere i colori).

Tipi di reazioni analitiche (reagenti):

Specifica- reazioni che consentono la determinazione di un dato ione o sostanza in presenza di altri ioni o sostanze.

Ad esempio: NH4 + + OH - = NH 3 (odore) + H 2 O

Fe 3+ + CNS - = Fe(CNS) 3 ¯

sangue rosso

Selettivo- le reazioni consentono di aprire selettivamente più ioni contemporaneamente con lo stesso effetto esterno. Meno ioni si aprono un dato reagente, maggiore è la sua selettività.

Per esempio:

NH4++Na3 = NH4Na

K + + Na 3 = Na K 2

Reazioni di gruppo (reagenti) consentono di rilevare un intero gruppo di ioni o alcuni composti.

Ad esempio: cationi del gruppo II - reagente del gruppo (NH4)2CO3

CaCI 2 + (NH 4) 2 CO 3 = CaCO 3 + 2 NH 4 CI

BaCI 2 + (NH 4) 2 CO 3 = BaCO 3 + 2 NH 4 CI

SrCI 2 + (NH 4) 2 CO 3 = SrCO 3 + 2 NH 4 CI