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La struttura dei moderni metodi di analisi della chimica analitica. Classificazione dei metodi della chimica analitica

ISTITUTO AUTOMOBILISTICO E STRADALE DI MOSCA (UNIVERSITÀ TECNICA STATALE)

Dipartimento di Chimica

Approvo la testa. professore di dipartimento

IM Papisov "___" ____________ 2007

AA. LITMANOVICH, O.E. LITMANOVYCH

CHIMICA ANALITICA Parte 1: Analisi Chimica Qualitativa

Kit di strumenti

per gli studenti del secondo anno della specialità "Ingegneria della protezione ambientale"

MOSCA 2007

Litmanovich A.A., Litmanovich O.E. Chimica Analitica: Parte 1: Analisi Chimica Qualitativa: Guida Metodologica / MADI

(GTU) - M., 2007. 32 pag.

Vengono considerate le principali leggi chimiche dell'analisi qualitativa dei composti inorganici e la loro applicabilità per determinare la composizione degli oggetti ambientali. Il manuale è destinato agli studenti della specialità "Ingegneria ambientale".

© Istituto automobilistico e stradale di Mosca (Università tecnica statale), 2008

CAPITOLO 1. SOGGETTO E OBIETTIVI DELLA CHIMICA ANALITICA. REAZIONI ANALITICHE

1.1. Oggetto e compiti della chimica analitica

Chimica analitica- la scienza dei metodi per studiare la composizione delle sostanze. Con l'aiuto di questi metodi si stabilisce quali elementi chimici, in quale forma e in quale quantità sono contenuti nell'oggetto in esame. Nella chimica analitica si distinguono due grandi sezioni: analisi qualitativa e quantitativa. I compiti fissati dalla chimica analitica vengono risolti con l'ausilio di metodi chimici e strumentali (fisici, fisico-chimici).

Nei metodi chimici di analisi l'elemento da determinare viene convertito in un composto avente tali proprietà, con l'aiuto del quale è possibile stabilire la presenza di questo elemento o misurarne la quantità. Uno dei modi principali per misurare la quantità di un composto formato è determinare la massa di una sostanza pesando su una bilancia analitica, un metodo di analisi gravimetrico. I metodi di analisi chimica quantitativa e i metodi di analisi strumentale saranno discussi nella Parte 2 della Guida Metodologica alla Chimica Analitica.

Una direzione urgente nello sviluppo della moderna chimica analitica è lo sviluppo di metodi per l'analisi di oggetti ambientali, rifiuti e acque reflue, emissioni di gas da imprese industriali e veicoli a motore. Il controllo analitico consente di rilevare il contenuto in eccesso di componenti particolarmente dannosi negli scarichi e nelle emissioni e aiuta a identificare le fonti di inquinamento ambientale.

L'analisi chimica si basa sulle leggi fondamentali della chimica generale e inorganica che già conosci. I fondamenti teorici dell'analisi chimica includono: conoscenza delle proprietà delle soluzioni acquose; Equilibri acido-base in soluzioni acquose

soluzioni; equilibri redox e proprietà delle sostanze; modelli di reazioni di complessazione; condizioni per la formazione e la dissoluzione della fase solida (precipitati).

1.2. reazioni analitiche. Condizioni e modalità per la loro attuazione

L'analisi chimica qualitativa viene effettuata utilizzando reazioni analitiche, accompagnato da notevoli cambiamenti esterni: ad esempio evoluzione di gas, scolorimento, formazione o dissoluzione di un precipitato, in alcuni casi, comparsa di un odore specifico.

Requisiti di base per le reazioni analitiche:

1) Alta sensibilità, caratterizzato dal valore del limite di rilevamento (Cmin) - la concentrazione più bassa del componente nel campione di soluzione, alla quale questa tecnica di analisi consente di rilevare con sicurezza questo componente. Il valore minimo assoluto della massa di una sostanza che può essere rilevato mediante reazioni analitiche va da 50 a 0,001 μg (1 μg = 10–6 g).

2) Selettività- caratterizzato dalla capacità del reagente di reagire con il minor numero possibile di componenti (elementi). In pratica, cercano di rilevare gli ioni in condizioni in cui la reazione selettiva diventa specifica, cioè consente di rilevare questo ione in presenza di altri ioni. COME esempi di reazioni specifiche(di cui ce ne sono pochi) sono i seguenti.

a) L'interazione dei sali di ammonio con un eccesso di alcali quando riscaldato:

NH4Cl + NaOH → NH3 + NaCl + H2O . (1)

L'ammoniaca rilasciata è facilmente riconoscibile dal suo odore caratteristico (“ammoniaca”) o dal cambiamento di colore di una cartina indicatrice bagnata portata al collo della provetta. Reazione

permette di rilevare la presenza di ioni ammonio NH4+ nella soluzione analizzata.

b) Interazione dei sali ferrosi con l'esacianoferrato di potassio (III) K3 con formazione di un precipitato di colore blu (blu di Turnbull o blu di Prussia). Reazione (che ti è ben familiare sull'argomento "Corrosione dei metalli" nel corso

Queste reazioni permettono di rilevare gli ioni Fe2+ e Fe3+ nella soluzione analizzata.

Le reazioni specifiche sono convenienti in quanto la presenza di ioni sconosciuti può essere determinata con il metodo frazionario - in campioni separati della soluzione analizzata contenente altri ioni.

3) La velocità della reazione ( ad alta velocità) e facilità di implementazione.

L'elevata velocità di reazione garantisce il raggiungimento dell'equilibrio termodinamico nel sistema in breve tempo (praticamente con la velocità di miscelazione dei componenti nelle reazioni in soluzione).

Quando si eseguono reazioni analitiche, è necessario ricordare cosa determina lo spostamento dell'equilibrio della reazione nella giusta direzione e il suo flusso verso una grande profondità di trasformazione. Per le reazioni che avvengono in soluzioni acquose di elettroliti, lo spostamento dell'equilibrio termodinamico è influenzato dalla concentrazione degli ioni con lo stesso nome, dal pH del mezzo e dalla temperatura. In particolare, la temperatura dipende il valore delle costanti di equilibrio - costanti

dissociazione per elettroliti deboli e prodotti di solubilità (PR) per sali e basi poco solubili

Questi fattori determinano la profondità della reazione, la resa del prodotto e l'accuratezza della determinazione dell'analita (o la possibilità stessa di rilevare un determinato ione in una piccola quantità e concentrazione dell'analita).

La sensibilità di alcune reazioni aumenta in una soluzione organica acquosa, ad esempio quando a una soluzione acquosa si aggiunge acetone o etanolo. Ad esempio, in una soluzione acquosa di etanolo, la solubilità di CaSO4 è molto inferiore rispetto a una soluzione acquosa (il valore SP è inferiore), il che consente di rilevare inequivocabilmente la presenza di ioni Ca2+ nella soluzione analizzata a concentrazioni molto inferiori rispetto a in soluzione acquosa, ed anche per liberare quasi completamente la soluzione da questi ioni (precipitazione con H2 SO4 ) per proseguire l'analisi della soluzione.

Nell'analisi chimica qualitativa, viene sviluppata una sequenza razionale nella separazione e rilevamento degli ioni: un corso (schema) sistematico di analisi. In questo caso, gli ioni vengono isolati dalla miscela in gruppi, in base alla loro equa relazione con l'azione di alcuni reagenti del gruppo.

Viene utilizzata una parte della soluzione analizzata, dalla quale vengono successivamente isolati gruppi di ioni sotto forma di precipitazione e soluzioni, in cui vengono poi rilevati i singoli ioni . L'uso di reagenti di gruppo consente di scomporre il complesso problema dell'analisi qualitativa in una serie di problemi più semplici. Il rapporto tra gli ioni e l'azione di alcuni

i reagenti del gruppo sono la base classificazione analitica degli ioni.

1.3. Analisi preliminare di una soluzione acquosa contenente una miscela di sali per colore, odore, valore di pH

La presenza di un colore in una soluzione limpida proposta per l'analisi può indicare la presenza di uno o più ioni contemporaneamente (Tabella 1). L'intensità del colore dipende dalla concentrazione dello ione nel campione e il colore stesso può cambiare se

i cationi metallici formano ioni complessi più stabili rispetto ai cationi complessi con molecole di H2O come ligandi, per i quali il colore della soluzione è indicato in Tabella. 1 .

Tabella 1

Colore della malta

Possibili cationi

Possibile

Turchese

Cu2+

Cr3+

Ni2+

MnO42-

Fe3+ (a causa dell'idrolisi)

CrO4 2- , Cr2 O7 2-

Co2+

MnO4-

Misurazione del pH della soluzione proposta ( se la soluzione è preparata in acqua, e non in una soluzione di alcali o acidi).

dà aggiuntivo

informazioni su

composizione possibile

Tavolo 2

Possedere-

Possibile

Possibile

nessun pH dell'acqua-

soluzione

Idrolisi

Na+, K+, Ba2+,

SO32-, S2-, CO32-,

educato

Ca2+

CH3COO-

metalli s-

(corrispondente

base

elettronico

gli acidi sono deboli

acido debole

famiglie)

elettroliti)

Idrolisi

NH4+

Cl-, SO4 2- , NO3 - , Br-

educato

(corrispondente

in pratica

acido

metalli

elettroliti)

base

Idrolisi

Al3+, Fe3+

motivi

Le soluzioni acquose di alcuni sali possono avere odori specifici a seconda del pH della soluzione a causa della formazione di composti instabili (in decomposizione) o volatili. Aggiungendo soluzioni di NaOH alla soluzione campione o

acido forte (HCl, H2 SO4 ), si sente delicatamente l'odore della soluzione (Tabella 3).

Tabella 3

pH della soluzione

Ione corrispondente

dopo aver aggiunto

in soluzione

Ammoniaca

NH4+

(odore di ammoniaca)

sgradevole

SO32-

odore (SO2)

"Aceto"

(acetico

CH3COO-

acido CH3COOH)

(idrogeno solforato H2S)

Il motivo della comparsa dell'odore (vedi Tabella 3) è la nota proprietà delle reazioni nelle soluzioni elettrolitiche: lo spostamento di acidi o basi deboli (spesso soluzioni acquose di sostanze gassose) dai loro sali con acidi e basi forti, rispettivamente.

CAPITOLO 2. ANALISI CHIMICA QUALITATIVA DEI CATIONI

2.1. Metodo acido-base per la classificazione dei cationi per gruppi analitici

Il metodo acido-base (base) più semplice e meno "dannoso" di analisi qualitativa si basa sul rapporto tra cationi e acidi e basi. La classificazione dei cationi viene effettuata secondo i seguenti criteri:

a) solubilità di cloruri, solfati e idrossidi; b) carattere basico o anfotero degli idrossidi;

c) la capacità di formare composti complessi stabili con ammoniaca (NH3) - ammoniati (cioè amminocomplessi).

Tutti i cationi sono divisi in sei gruppi analitici utilizzando 4 reagenti: soluzione 2M HCl, soluzione 1M H2SO4, soluzione 2M NaOH e soluzione acquosa concentrata di ammoniaca

NH4OH (15-17%) (Tabella 4).

Tabella 4 Classificazione dei cationi per gruppi analitici

Gruppo

Risultato

azione di gruppo

reagente

Ag+, Pb2+

Precipitato: AgCl, PbCl2

1M H2SO4

(Pb2+), Ca2+,

Precipitato (bianco): BaSO4,

Ba2+

(PbSO4), CaSO4

Al3+, Cr3+, Zn2+

Soluzione: [Àl(OH)4]–,

(eccesso)

– , 2–

NH4OH (concentrato)

Fe2+, Fe3+, Mg2+,

Precipitato: Fe(OH)2,

Mn2+

Fe(OH)3, Mg(OH)2,

Mn(OH)2

NH4OH (concentrato)

Cu2+, Ni2+, Co2+

Malta (dipinta):

2+, blu

2+, blu

2+, giallo (on

l'aria diventa blu a causa di

ossidazione a Co3+)

Assente

NH4+, Na+, K+

Ovviamente, l'elenco dei cationi sopra riportato è lungi dall'essere completo e comprende i cationi più frequentemente riscontrati nella pratica nei campioni analizzati. Inoltre, ci sono altri principi di classificazione per gruppi analitici.

2.2. Analisi intragruppo di cationi e reazioni analitiche per la loro rilevazione

2.2.1. Primo gruppo (Ag+, Pb2+)

Soluzione test contenente cationi Ag+, Pb2+

↓ + soluzione 2M HCl + C 2 H5 OH (per ridurre la solubilità di PbCl2)

Se PC > PR, si formano precipitati bianchi di una miscela di cloruri,

che vengono separati dalla soluzione (la soluzione non viene analizzata):

Ag+ + Cl– ↔ AgCl↓ e Pb2+ + 2Cl– ↔ PbCl2 ↓ (3)

Ovviamente, a basse concentrazioni di cationi precipitati, la concentrazione di anioni Cl– dovrebbe essere relativamente alta

↓ Parte sedimentata + H2 O (distillata) + ebollizione

Va parzialmente in soluzione

Nel sedimento: tutto AgCl e

Ioni Pb 2+ (spostamento dell'equilibrio

parzialmente PbCl2

(3) a sinistra, perché computer< ПР для PbCl2 )

↓ + NH4OH (concentrato)

Rilevazione in soluzione,

1. Dissoluzione di AgCl dovuta a

separato dal sedimento:

complessazione:

1. Con reagente KI (dopo

AgCl↓+ 2NH4OH(e) →

raffreddamento):

→+ +Cl– +2H2O

Pb2+ + 2I– → PbI2 ↓ (dorato

cristalli) (4)

↓+ Soluzione 2M HNO3

↓ al pH<3

2. Precipitazione di AgCl dovuta a

decadimento di uno ione complesso:

Cl– + 2HNO3

→AgCl↓+ 2NH4 + + 2NO3

↓ Alla 2a parte del sedimento della miscela di cloruri + 30%

La chimica analitica è una sezione che consente di controllare la produzione e la qualità dei prodotti in vari settori dell'economia. L'esplorazione delle risorse naturali si basa sui risultati di questi studi. I metodi della chimica analitica vengono utilizzati per controllare il grado di inquinamento ambientale.

Significato pratico

L'analisi è l'opzione principale per determinare la composizione chimica di mangimi, fertilizzanti, terreni, prodotti agricoli, che è importante per il normale funzionamento del settore agroindustriale.

La chimica qualitativa e quantitativa è indispensabile nella biotecnologia e nella diagnostica medica. L'efficienza e l'efficacia di molti campi scientifici dipende dal grado di attrezzatura dei laboratori di ricerca.

Base teorica

La chimica analitica è una scienza che consente di determinare la composizione e la struttura chimica della materia. I suoi metodi aiutano a rispondere a domande relative non solo alle parti costitutive di una sostanza, ma anche al loro rapporto quantitativo. Con il loro aiuto, puoi capire in che forma si trova un particolare componente nella sostanza in studio. In alcuni casi, possono essere utilizzati per determinare la disposizione spaziale dei componenti compositi.

Quando si riflette sui metodi, le informazioni vengono spesso prese in prestito da campi scientifici correlati, adattate a un'area di ricerca specifica. Quali domande risolve la chimica analitica? I metodi di analisi consentono di sviluppare basi teoriche, stabilire i confini del loro utilizzo, valutare caratteristiche metrologiche e di altro tipo e creare metodi per analizzare vari oggetti. Vengono costantemente aggiornati, modernizzati, diventando più versatili ed efficienti.

Quando si parla del metodo di analisi, si assume il principio che si pone nell'espressione del rapporto quantitativo tra la proprietà da determinare e la composizione. Metodi selezionati di conduzione, inclusa l'identificazione e l'eliminazione delle interferenze, dispositivi per attività pratiche e opzioni per l'elaborazione delle misurazioni effettuate.

Funzioni della Chimica Analitica

Esistono tre aree principali di conoscenza:

  • soluzione di problemi generali di analisi;
  • creazione di metodi analitici;
  • elaborazione di compiti specifici.

La moderna chimica analitica è una combinazione di analisi qualitativa e quantitativa. La prima sezione affronta la questione dei componenti inclusi nell'oggetto analizzato. Il secondo fornisce informazioni sul contenuto quantitativo di una o più parti della sostanza.

Classificazione dei metodi

Sono suddivisi nei seguenti gruppi: campionamento, decomposizione dei campioni, separazione dei componenti, identificazione e determinazione degli stessi. Esistono anche metodi ibridi che combinano separazione e definizione.

I metodi di determinazione sono della massima importanza. Sono suddivisi in base alla natura del bene analizzato e alla variante di registrazione di un determinato segnale. I problemi in chimica analitica spesso implicano il calcolo di alcuni componenti in base a reazioni chimiche. Per eseguire tali calcoli sono necessarie solide basi matematiche.

Tra i principali requisiti che si applicano ai metodi della chimica analitica, segnaliamo:

  • correttezza e ottima riproducibilità dei risultati ottenuti;
  • limite basso di determinazione di componenti specifici;
  • esprimere;
  • selettività;
  • semplicità;
  • automazione degli esperimenti.

Quando si sceglie un metodo di analisi, è importante conoscere chiaramente lo scopo e gli obiettivi dello studio, per valutare i principali vantaggi e svantaggi dei metodi disponibili.

Il metodo chimico della chimica analitica si basa sulle reazioni qualitative caratteristiche di alcuni composti.

Segnale analitico

Dopo aver completato il campionamento e la preparazione del campione, viene eseguita la fase di analisi chimica. È associato al rilevamento dei componenti in una miscela, alla determinazione del suo contenuto quantitativo.

La chimica analitica è una scienza in cui esistono molti metodi, uno di questi è il segnale. Un segnale analitico è la media di diverse misurazioni di una grandezza fisica nell'ultima fase dell'analisi, che è funzionalmente correlata al contenuto del componente desiderato. Se è necessario rilevare un determinato elemento, utilizzano un segnale analitico: sedimento, colore, linea nello spettro. La determinazione della quantità del componente è associata alla massa del deposito, all'intensità delle linee spettrali e all'entità della corrente.

Metodi di mascheramento, concentrazione, separazione

Il mascheramento è l'inibizione o la completa soppressione di una reazione chimica in presenza di quelle sostanze che possono cambiarne la velocità o la direzione. Esistono due tipi di mascheramento: equilibrio (termodinamico) e non equilibrio (cinetico). Nel primo caso si creano le condizioni in cui la costante di reazione diminuisce così tanto che il processo procede in modo insignificante. La concentrazione del componente mascherato sarà insufficiente per una fissazione affidabile del segnale analitico. Il mascheramento cinetico si basa sulla crescita della differenza tra le velocità dell'analita e della sostanza mascherata con un reagente costante.

L'esecuzione della concentrazione e della separazione è dovuta a determinati fattori:

  • sono presenti componenti nel campione che interferiscono con la determinazione;
  • la concentrazione dell'analita non supera il limite inferiore di rilevazione;
  • i componenti rilevati sono distribuiti in modo non uniforme nel campione;
  • il campione è radioattivo o tossico.

La separazione è il processo attraverso il quale i componenti presenti nella miscela originale possono essere separati gli uni dagli altri.

La concentrazione è un'operazione grazie alla quale aumenta il rapporto tra il numero di piccoli elementi e il numero di macrocomponenti.

La precipitazione è adatta per separarne diverse, da utilizzare in combinazione con metodi di determinazione progettati per ottenere un segnale analitico da campioni solidi. La divisione si basa sulla diversa solubilità delle sostanze utilizzate nelle soluzioni acquose.

Estrazione

Il Dipartimento di Chimica Analitica si occupa di ricerche di laboratorio legate all'estrazione. Con esso si intende il processo fisico-chimico della distribuzione di una sostanza tra liquidi immiscibili. L'estrazione è anche chiamata processo di trasferimento di massa durante le reazioni chimiche. Tali metodi di ricerca sono adatti per l'estrazione, la concentrazione di macro e microcomponenti, nonché per l'isolamento di gruppo e individuale nell'analisi di vari oggetti naturali e industriali. Queste tecniche sono semplici e veloci da eseguire, garantiscono un'eccellente concentrazione ed efficienza di separazione e sono completamente compatibili con una varietà di metodi di rilevamento. Grazie all'estrazione è possibile considerare lo stato di un componente in soluzione in diverse condizioni, nonché rivelarne le caratteristiche fisico-chimiche.

Assorbimento

Viene utilizzato per la concentrazione e la separazione delle sostanze. Le tecnologie di assorbimento forniscono una buona selettività nella separazione della miscela. Questo è il processo di assorbimento di vapori, liquidi, gas da parte di assorbenti (assorbitori a base solida).

Carburazione ed elettroestrazione

Cos’altro fa la chimica analitica? Il libro di testo contiene informazioni sul metodo dell'elettroscarica, in cui una sostanza concentrata o separata viene depositata su elettrodi solidi sotto forma di sostanza semplice o come parte di un composto.

L'elettrolisi si basa sulla precipitazione di una sostanza specifica utilizzando una corrente elettrica. L'opzione più comune è la deposizione catodica di metalli a bassa attività. Il materiale per l'elettrodo può essere platino, carbonio, rame, argento, tungsteno.

elettroforesi

Si basa sulle differenze nella velocità di movimento di particelle di diversa carica in un campo elettrico con un cambiamento di tensione e dimensione delle particelle. Attualmente in chimica analitica si distinguono due forme di elettroforesi: semplice (frontale) e su supporto (zona). La prima opzione è adatta per un piccolo volume di soluzione che contiene i componenti da separare. Viene posto in un tubo dove sono presenti soluzioni. La chimica analitica spiega tutti i processi che avvengono al catodo e all'anodo. Nell'elettroforesi zonale, il movimento delle particelle viene effettuato in un mezzo stabilizzante che le mantiene in posizione dopo l'interruzione della corrente.

Il metodo di cementazione consiste nel ripristino delle parti costitutive su metalli che presentano un potenziale negativo significativo. In tal caso, si verificano due processi contemporaneamente: catodico (con il rilascio del componente) e anodo (il metallo cementante si dissolve).

Evaporazione

La distillazione si basa sulla variabile volatilità delle sostanze chimiche. C'è una transizione dalla forma liquida allo stato gassoso, quindi si condensa, trasformandosi nuovamente in una fase liquida.

Con la distillazione semplice si procede con un processo di separazione in un unico stadio, seguito dalla concentrazione della sostanza. Nel caso dell'evaporazione vengono rimosse le sostanze presenti in forma volatile. Ad esempio, tra questi potrebbero esserci macro e micro componenti. La sublimazione (sublimazione) comporta il trasferimento di una sostanza dalla fase solida a quella gassosa, bypassando la forma liquida. Una tecnica simile viene utilizzata nei casi in cui le sostanze da separare sono scarsamente solubili in acqua o fondono scarsamente.

Conclusione

In chimica analitica esistono molti modi per isolare una sostanza da una miscela, per identificarne la presenza nel campione in studio. La cromatografia è uno dei metodi analitici più utilizzati. Permette di rilevare sostanze liquide, gassose, solide aventi peso molecolare da 1 a 106 a. e. m. Grazie alla cromatografia è possibile ottenere informazioni complete sulle proprietà e sulla struttura delle sostanze organiche di varie classi. Il metodo si basa sulla distribuzione dei componenti tra le fasi mobile e stazionaria. Stazionario è una sostanza solida (assorbente) o una pellicola liquida che si deposita su una sostanza solida.

La fase mobile è un gas o un liquido che scorre attraverso la parte stazionaria. Grazie a questa tecnologia è possibile identificare i singoli componenti, effettuare la composizione quantitativa della miscela e separarla in componenti.

Oltre alla cromatografia, nell'analisi qualitativa e quantitativa vengono utilizzati metodi gravimetrici, titrimetrici e cinetici. Tutti si basano sulle proprietà fisiche e chimiche delle sostanze, consentono al ricercatore di rilevare determinati composti nel campione e di calcolarne il contenuto quantitativo. La chimica analitica può essere giustamente considerata uno dei rami più importanti della scienza.

Il suo oggetto come scienza è il miglioramento dell'esistente e lo sviluppo di nuovi metodi di analisi, la loro applicazione pratica, lo studio dei fondamenti teorici dei metodi analitici.

A seconda del compito, la chimica analitica è suddivisa in analisi qualitative, volte a determinare se Che cosa O Quale sostanza, in quale forma si trova nel campione e analisi quantitativa finalizzata alla determinazione Quanti nel campione è presente una determinata sostanza (elementi, ioni, forme molecolari, ecc.).

Si chiama determinazione della composizione elementare degli oggetti materiali analisi elementare. Viene chiamata la creazione della struttura dei composti chimici e delle loro miscele a livello molecolare analisi molecolare. Uno dei tipi di analisi molecolare dei composti chimici è l'analisi strutturale volta a studiare la struttura atomica spaziale delle sostanze, stabilendo formule empiriche, pesi molecolari, ecc. I compiti della chimica analitica includono la determinazione delle caratteristiche di oggetti organici, inorganici e biochimici. Si chiama l'analisi dei composti organici per gruppi funzionali analisi funzionale.

Storia

La chimica analitica esiste da quando esisteva la chimica nel suo senso moderno, e molte delle tecniche in essa utilizzate risalgono a un'epoca ancora precedente, l'era dell'alchimia, uno dei compiti principali della quale era proprio la determinazione della composizione dei vari sostanze naturali e lo studio dei processi delle loro reciproche trasformazioni. Ma con lo sviluppo della chimica nel suo complesso, anche i metodi di lavoro in essa utilizzati sono stati notevolmente migliorati e, oltre al suo significato puramente ausiliario di uno dei dipartimenti ausiliari della chimica, la chimica analitica ha attualmente il valore di un dipartimento di conoscenza chimica completamente indipendente con domande teoriche molto serie e importanti. Un'influenza molto importante sullo sviluppo della chimica analitica è stata la moderna chimica fisica, che l'ha arricchita con una serie di metodi di lavoro e basi teoriche completamente nuovi, tra cui la dottrina delle soluzioni (vedi), la teoria della dissociazione elettrolitica, la legge di azione di massa (vedi Equilibrio chimico) e tutta la dottrina dell'affinità chimica.

Metodi della chimica analitica

Confronto tra metodi di chimica analitica

Aggregato metodi tradizionali la determinazione della composizione di una sostanza mediante la sua decomposizione chimica sequenziale era chiamata "chimica umida" ("analisi umida"). Questi metodi hanno una precisione relativamente bassa, richiedono qualifiche relativamente basse degli analisti e ora sono stati quasi completamente sostituiti dai metodi moderni. metodi strumentali(metodi ottici, spettrometrici di massa, elettrochimici, cromatografici e altri metodi fisici e chimici) determinazione della composizione di una sostanza. Tuttavia, la chimica umida ha il suo vantaggio rispetto ai metodi spettrometrici: consente mediante procedure standardizzate (analisi sistematica) di determinare direttamente la composizione e i vari stati di ossidazione di elementi come ferro (Fe + 2 , Fe + 3), titanio, ecc.

I metodi analitici possono essere suddivisi in lordi e locali. I metodi di analisi grossolani di solito richiedono una sostanza separata e dettagliata (campione rappresentativo). Metodi locali determinare la composizione di una sostanza in un piccolo volume nel campione stesso, il che consente di elaborare "mappe" della distribuzione delle proprietà chimiche del campione sulla sua superficie e/o profondità. Dovrebbe anche evidenziare i metodi analisi diretta, cioè non associato alla preparazione preliminare del campione. Spesso è necessaria la preparazione del campione (ad esempio frantumazione, preconcentrazione o separazione). Quando si preparano i campioni, si interpretano i risultati, si stima il numero di analisi, vengono utilizzati metodi statistici.

Metodi di analisi chimica qualitativa

Per determinare la composizione qualitativa di qualsiasi sostanza è necessario studiarne le proprietà, che, dal punto di vista della chimica analitica, possono essere di due tipi: le proprietà della sostanza in quanto tale e le sue proprietà nelle trasformazioni chimiche.

I primi comprendono: lo stato fisico (solido, liquido, gas), la sua struttura allo stato solido (sostanza amorfa o cristallina), colore, odore, gusto, ecc. sentimenti di una persona, è possibile stabilire la natura di questo sostanza. Nella maggior parte dei casi, tuttavia, è necessario trasformare una determinata sostanza in una nuova con proprietà caratteristiche chiaramente espresse, utilizzando a questo scopo alcuni composti appositamente selezionati chiamati reagenti.

Le reazioni utilizzate nella chimica analitica sono estremamente diverse e dipendono dalle proprietà fisiche e dal grado di complessità della composizione della sostanza studiata. Nel caso in cui un composto chimico ovviamente puro e omogeneo sia sottoposto ad analisi chimica, il lavoro viene eseguito in modo relativamente semplice e rapido; quando si ha a che fare con una miscela di più composti chimici, la questione della sua analisi diventa quindi più complicata, e nella produzione dell'opera è necessario attenersi ad un certo sistema definito per non trascurare un singolo elemento che entra la sostanza. In chimica analitica esistono due tipi di reazioni: reazioni di via umida(nelle soluzioni) e reazioni secche..

Reazioni in soluzioni

Nell'analisi chimica qualitativa, vengono utilizzate solo tali reazioni in soluzioni facilmente percepibili dai sensi umani e il momento in cui si verifica la reazione è riconosciuto da uno dei seguenti fenomeni:

  1. la formazione di un precipitato insolubile in acqua,
  2. cambiando il colore della soluzione
  3. rilascio di gas.

Precipitazione nelle reazioni di analisi chimica dipende dalla formazione di qualche sostanza insolubile in acqua; se, ad esempio, si aggiunge acido solforico o il suo sale idrosolubile a una soluzione di sale di bario, si forma un precipitato polveroso bianco di solfato di bario:

BaCl 2 + H 2 SO 4 \u003d 2HCl + BaSO 4 ↓

Tenendo presente che alcuni altri metalli, ad esempio il piombo, capace di formare un sale solfato insolubile PbSO 4, possono dare una reazione simile alla formazione di un precipitato bianco sotto l'azione dell'acido solforico, per essere completamente sicuri che sia questo o quel metallo, è necessario produrre più reazioni di verifica, sottoponendo ad uno studio opportuno il precipitato formatosi nella reazione.

Per eseguire con successo la reazione di formazione delle precipitazioni, oltre alla selezione del reagente appropriato, è anche necessario osservare una serie di condizioni molto importanti riguardanti la forza delle soluzioni del sale e del reagente studiati, la proporzione di entrambi, temperatura, durata dell'interazione, ecc. Quando si considerano le precipitazioni formate nell'analisi delle reazioni chimiche, è necessario prestare attenzione al loro aspetto, cioè al colore, alla struttura (precipitati amorfi e cristallini), ecc., nonché alla alle loro proprietà in relazione all'effetto su di essi del riscaldamento, di acidi o alcali, ecc.. Quando interagiscono soluzioni deboli è talvolta necessario attendere la formazione di un precipitato fino a 24-48 ore, purché mantenute a temperatura certa temperatura.

La reazione di formazione del precipitato, indipendentemente dal suo significato qualitativo nell'analisi chimica, viene spesso utilizzata per separare alcuni elementi gli uni dagli altri. A tal fine, una soluzione contenente composti di due o più elementi viene trattata con un apposito reagente capace di convertire alcuni di essi in composti insolubili, e quindi il precipitato formatosi viene separato dalla soluzione (filtrato) mediante filtrazione, esaminandoli ulteriormente separatamente. Se prendiamo, ad esempio, sali di cloruro di potassio e cloruro di bario e aggiungiamo loro acido solforico, si forma un precipitato insolubile di solfato di bario BaSO 4 e solfato di potassio K 2 SO 4 solubile in acqua, che può essere separato mediante filtrazione . Quando si separa il precipitato di una sostanza insolubile in acqua dalla soluzione, bisogna prima fare attenzione che esso abbia una struttura adeguata che permetta di svolgere senza difficoltà il lavoro di filtrazione e poi, dopo averlo raccolto sul filtro, è necessario lavarlo accuratamente dalle impurità estranee. Secondo gli studi di W. Ostwald, bisogna tenere presente che quando si utilizza una certa quantità di acqua per il lavaggio, è più opportuno lavare il sedimento più volte con piccole porzioni di acqua che viceversa - più volte con grandi porzioni . Per quanto riguarda il successo della reazione di separazione di un elemento sotto forma di precipitato insolubile, quindi, sulla base della teoria delle soluzioni, W. Ostwald scoprì che per una separazione sufficientemente completa di un elemento sotto forma di precipitato insolubile, è sempre necessario prelevare un eccesso del reagente utilizzato per la precipitazione.

Cambiare il colore della soluzioneè una delle caratteristiche molto importanti nelle reazioni dell'analisi chimica ed è molto importante, soprattutto in connessione con i processi di ossidazione e riduzione, nonché nel lavoro con indicatori chimici (vedi sotto - alcalimetria e acidimetria).

Esempi reazioni di colore Nelle analisi chimiche qualitative possono servire: il tiocianato di potassio KCNS che conferisce una caratteristica colorazione rosso sangue con i sali di ossido di ferro; con i sali di ossidi ferrosi lo stesso reagente non dà nulla. Se ad una soluzione di cloruro ferrico FeCl 2, di colore leggermente verde, si aggiunge un qualsiasi agente ossidante, ad esempio l'acqua clorata, la soluzione diventa gialla a causa della formazione di cloruro ferrico, che è lo stato di ossidazione più elevato di questo metallo. Se prendi il bicromato di potassio arancione K 2 Cr 2 O 7 e aggiungi un po 'di acido solforico e qualche agente riducente, ad esempio l'alcol del vino, in una soluzione, il colore arancione cambia in verde scuro, corrispondente alla formazione del più basso stato di ossidazione del cromo sotto forma di sale di cromo solfato Cr 3 (SO 4) 3.

A seconda del corso dell'analisi chimica, spesso è necessario eseguire questi processi di ossidazione e riduzione. Gli agenti ossidanti più importanti sono: alogeni, acido nitrico, acqua ossigenata, permanganato di potassio, dicromato di potassio; gli agenti riducenti più importanti sono: idrogeno al momento dell'isolamento, idrogeno solforato, acido solforoso, cloruro di stagno, acido iodidrico.

Reazioni di degassamento nelle soluzioni nella produzione di analisi chimiche di alta qualità, molto spesso non hanno un significato indipendente e sono reazioni ausiliarie; molto spesso devi incontrare il rilascio di anidride carbonica CO 2 - sotto l'azione di acidi su sali carbonici, idrogeno solforato - durante la decomposizione di metalli solforosi con acidi, ecc.

Reazioni per via secca

Queste reazioni sono utilizzate nell'analisi chimica, principalmente nel cosiddetto. "test preliminare", quando si testa la purezza dei precipitati, per le reazioni di verifica e nello studio dei minerali. Le reazioni più importanti di questo tipo consistono nel testare una sostanza in relazione a:

  1. la sua fusibilità quando riscaldato,
  2. la capacità di colorare la fiamma non luminosa di un bruciatore a gas,
  3. volatilità quando riscaldato,
  4. capacità di ossidarsi e ridursi.

Per la realizzazione di questi test, nella maggior parte dei casi, viene utilizzata la fiamma non luminosa di un bruciatore a gas. I componenti principali del gas da illuminazione (idrogeno, monossido di carbonio, gas di palude e altri idrocarburi) sono agenti riducenti, ma quando viene bruciato all'aria (vedi Combustione), si forma una fiamma, in varie parti della quale si possono trovare le condizioni necessario per la riduzione o l'ossidazione, ed equivale al riscaldamento ad una temperatura più o meno elevata.

Prova di fusibilità Si esercita principalmente nello studio dei minerali, per cui un piccolissimo frammento di essi, rinforzato con un sottile filo di platino, viene introdotto nella parte della fiamma che ha la temperatura più alta, e quindi utilizzando una lente d'ingrandimento, si osserva quanto sono arrotondati i bordi del campione.

Prova del colore della fiamma si ottiene introducendo un piccolo campione di seppia su un filo di platino, prima nella base della fiamma, e poi nella parte di essa a più alta temperatura.

Test di volatilità Si produce riscaldando un campione di una sostanza in un cilindro di analisi o in un tubo di vetro sigillato ad un'estremità, e le sostanze volatili si trasformano in vapori, che poi condensano nella parte più fredda.

Ossidazione e riduzione a secco può essere prodotto in palline di borace fuso ( 2 4 7 + 10 2 ) La sostanza in esame viene introdotta in una piccola quantità in palline ottenute sciogliendo questi sali su filo di platino, e poi queste vengono riscaldate nella parte ossidante o riducente della fiamma . Il restauro può essere effettuato in molti altri modi, vale a dire: riscaldamento su un bastoncino carbonizzato con soda, riscaldamento in un tubo di vetro con metalli: sodio, potassio o magnesio, riscaldamento nel carbone con un cannello, riscaldamento semplice.

Classificazione degli elementi

La classificazione degli elementi adottata nella chimica analitica si basa sulla stessa divisione degli elementi, come è consuetudine nella chimica generale, in metalli e non metalli (metalloidi), questi ultimi sono spesso considerati sotto forma dei corrispondenti acidi. Per produrre un'analisi qualitativa sistematica, ciascuna di queste classi di elementi è divisa a sua volta in gruppi con alcune caratteristiche di gruppo comuni.

Metalli in chimica analitica sono divisi in due dipartimenti, che a loro volta sono divisi in cinque gruppi:

  1. Metalli i cui composti dello zolfo sono solubili in acqua- la distribuzione dei metalli di questo dipartimento in gruppi si basa sulle proprietà dei loro sali carbonici. 1° gruppo: potassio, sodio, rubidio, cesio, litio. I composti dello zolfo e i loro sali carbonici sono solubili in acqua. Non esiste un reagente comune per la precipitazione di tutti i metalli di questo gruppo sotto forma di composti insolubili. 2° gruppo: bario, stronzio, calcio, magnesio. I composti dello zolfo sono solubili in acqua, i sali carbonici sono insolubili. Un reagente comune che fa precipitare tutti i metalli di questo gruppo sotto forma di composti insolubili è il carbonato di ammonio.
  2. Metalli i cui composti dello zolfo sono insolubili in acqua- per dividere questo reparto in tre gruppi, usano il rapporto tra i loro composti di zolfo e gli acidi deboli e il solfuro di ammonio. 3° gruppo: alluminio , cromo , ferro , manganese , zinco , nichel , cobalto .

L'alluminio e il cromo non formano composti di zolfo con l'acqua; i restanti metalli formano composti di zolfo che, come i loro ossidi, sono solubili in acidi deboli. Da una soluzione acida, l'idrogeno solforato non li fa precipitare, il solfuro di ammonio fa precipitare ossidi o composti di zolfo. Il solfuro di ammonio è un reagente comune per questo gruppo e un eccesso dei suoi composti di zolfo non si dissolve. 4° gruppo: argento, piombo, bismuto, rame, palladio, rodio, rutenio, osmio. I composti dello zolfo sono insolubili negli acidi deboli e vengono precipitati dall'idrogeno solforato in una soluzione acida; sono anche insolubili nel solfuro di ammonio. Il solfuro di idrogeno è un reagente comune per questo gruppo. 5° gruppo: stagno, arsenico, antimonio, oro, platino. I composti dello zolfo sono anche insolubili negli acidi deboli e vengono precipitati dall'idrogeno solforato da una soluzione acida. Ma sono solubili nel solfuro di ammonio e con esso formano solfasali idrosolubili.

Non metalli (metalloidi) devono essere scoperti nell'analisi chimica sempre sotto forma di acidi che formano o dei loro corrispondenti sali. La base per dividere gli acidi in gruppi sono le proprietà dei loro sali di bario e argento in relazione alla loro solubilità in acqua e in parte negli acidi. Il cloruro di bario è un reagente comune per il 1o gruppo, nitrato d'argento in una soluzione di nitrato - per il 2o gruppo, i sali di bario e argento del 3o gruppo di acidi sono solubili in acqua. 1° gruppo: in soluzione neutra il cloruro di bario fa precipitare i sali insolubili; i sali d'argento sono insolubili in acqua, ma solubili in acido nitrico. Questi includono acidi: cromico, solforoso, solforoso, acquoso, carbonico, silicico, solforico, fluorosilicico (sali di bario insolubili negli acidi), arsenico e arsenico. 2° gruppo: in una soluzione acidificata con acido nitrico precipita il nitrato d'argento. Questi includono acidi: cloridrico, bromidrico e iodico, cianidrico, idrogeno solforato, ferro e cianuro di ferro e iodio. 3° gruppo: acido nitrico e acido clorico, che non vengono precipitati né dal nitrato d'argento né dal cloruro di bario.

Bisogna però tenere presente che i reagenti indicati per gli acidi non sono reagenti generici che potrebbero essere utilizzati per separare gli acidi in gruppi. Questi reagenti possono solo dare un'indicazione della presenza di un acido o di un altro gruppo e per scoprire ogni singolo acido è necessario utilizzare le loro particolari reazioni. La suddetta classificazione di metalli e non metalli (metalloidi) ai fini della chimica analitica è adottata nelle scuole e nei laboratori russi (secondo N. A. Menshutkin), nei laboratori dell'Europa occidentale viene adottata un'altra classificazione, basata però essenzialmente sulla stessa i principi.

Fondamenti teorici delle reazioni

I fondamenti teorici delle reazioni dell'analisi chimica qualitativa in soluzioni vanno ricercati, come già sopra indicato, nei dipartimenti di chimica generale e fisica riguardanti le soluzioni e l'affinità chimica. Uno dei primi e più importanti problemi è lo stato di tutti i minerali nelle soluzioni acquose, in cui, secondo la teoria della dissociazione elettrolitica, tutte le sostanze appartenenti alle classi dei sali, degli acidi e degli alcali si dissociano in ioni. Pertanto, tutte le reazioni dell'analisi chimica non si verificano tra intere molecole di composti, ma tra i loro ioni. Ad esempio, la reazione del cloruro di sodio NaCl e del nitrato d'argento AgNO 3 avviene secondo l'equazione:

Na + + Cl - + Ag + + (NO 3) - = AgCl↓ + Na + + (NO 3) - ione sodio + ione cloruro + ione argento + anione acido nitrico = sale insolubile + anione acido nitrico

Di conseguenza, il nitrato d'argento non è un reagente per il cloruro di sodio o l'acido cloridrico, ma solo per lo ione cloro. Pertanto, per ciascun sale in soluzione, dal punto di vista della chimica analitica, il suo catione (ione metallico) e il suo anione (residuo acido) devono essere considerati separatamente. Per un acido libero bisogna considerare gli ioni idrogeno e un anione; infine, per ciascun alcali, un catione metallico e un anione ossidrile. E in sostanza, il compito più importante dell'analisi chimica qualitativa è studiare le reazioni di vari ioni e i modi per aprirli e separarli gli uni dagli altri.

Per raggiungere quest'ultimo scopo, mediante l'azione di opportuni reagenti, gli ioni vengono convertiti in composti insolubili che precipitano dalla soluzione sotto forma di precipitazione, oppure vengono separati dalle soluzioni sotto forma di gas. Nella stessa teoria della dissociazione elettrolitica bisogna cercare spiegazioni sull'azione degli indicatori chimici, che spesso trovano applicazione nell'analisi chimica. Secondo la teoria di W. Ostwald, tutti gli indicatori chimici appartengono agli acidi relativamente deboli, parzialmente dissociati in soluzioni acquose. Inoltre alcuni di essi hanno molecole intere incolori e anioni colorati, altri, al contrario, hanno molecole colorate e un anione incolore o un anione di colore diverso; esposti all'influenza di ioni idrogeno liberi di acidi o ioni idrossile di alcali, gli indicatori chimici possono modificare il grado della loro dissociazione e allo stesso tempo il loro colore. Gli indicatori più importanti sono:

  1. Arancio metilico, che in presenza di ioni idrogeno liberi (reazione acida) dà un colore rosa, e in presenza di sali neutri o alcali dà un colore giallo;
  2. Fenolftaleina - in presenza di ioni ossidrile (reazione alcalina) dà un caratteristico colore rosso, e in presenza di sali neutri o acidi è incolore;
  3. Tornasole: diventa rosso sotto l'influenza degli acidi e diventa blu sotto l'influenza degli alcali e, infine,
  4. La curcumina: sotto l'influenza degli alcali diventa marrone e in presenza di acidi assume nuovamente un colore giallo.

Gli indicatori chimici hanno un'applicazione molto importante nell'analisi chimica di massa (vedi sotto). Nelle reazioni di analisi chimica qualitativa, si incontra spesso anche il fenomeno dell'idrolisi, cioè la decomposizione dei sali sotto l'influenza dell'acqua, e la soluzione acquosa acquisisce una reazione alcalina o acida più o meno forte.

Avanzamento dell'analisi chimica qualitativa

In un'analisi chimica qualitativa, è importante determinare non solo quali elementi o composti sono inclusi nella composizione di una determinata sostanza, ma anche in quali quantità relative sono approssimativamente questi costituenti. A tale scopo è sempre necessario procedere da determinate quantità dell'analita (di solito è sufficiente prelevare 0,5-1 grammo) e, nel corso dell'analisi, confrontare tra loro l'entità delle singole precipitazioni. È inoltre necessario utilizzare soluzioni di reagenti di una certa concentrazione, vale a dire: normale, seminormale, un decimo normale.

Ogni analisi chimica qualitativa è divisa in tre parti:

  1. prova preliminare,
  2. scoperta di metalli (cationi),
  3. scoperta di non metalli (metalloidi) o acidi (anioni).

Relativamente alla natura dell’analita si possono verificare quattro casi:

  1. una sostanza solida non metallica,
  2. una sostanza solida sotto forma di metallo o lega di metalli,
  3. liquido (soluzione)

Durante l'analisi sostanza solida non metallica prima di tutto, viene effettuato un esame esterno e un esame microscopico, nonché un test preliminare con i metodi di analisi di cui sopra in forma secca. Il campione della sostanza viene sciolto, a seconda della sua natura, in uno dei seguenti solventi: acqua, acido cloridrico, acido nitrico e acqua regia (una miscela di acido cloridrico e nitrico). Le sostanze che non sono in grado di dissolversi in nessuno dei solventi indicati vengono trasferite in soluzione mediante alcuni metodi speciali, come: fusione con soda o potassa, ebollizione con una soluzione di soda, riscaldamento con alcuni acidi, ecc. La soluzione risultante viene sottoposta a analisi sistematica con isolamento preliminare di metalli e acidi per gruppi e loro ulteriore suddivisione in elementi separati, utilizzando le loro reazioni particolari.

Durante l'analisi Lega metallica un certo campione di esso viene sciolto in acido nitrico (in rari casi in acqua regia), e la soluzione risultante viene evaporata a secchezza, dopodiché il residuo solido viene sciolto in acqua e sottoposto ad analisi sistematica.

Se la sostanza c'è liquido Prima di tutto, si attira l'attenzione sul suo colore, odore e reazione al tornasole (acido, alcalino, neutro). Per assicurarsi che non ci siano solidi nella soluzione, una piccola parte del liquido viene evaporata su una lastra di platino o un vetro da orologio. Dopo queste prove preliminari il liquido viene apalizzato con metodi convenzionali.

Analisi gas prodotto da alcuni metodi speciali indicati nell'analisi quantitativa.

Metodi di analisi chimica quantitativa

L'analisi chimica quantitativa mira a determinare la quantità relativa dei singoli costituenti di un composto o miscela chimica. I metodi utilizzati dipendono dalle qualità e dalla composizione della sostanza, pertanto l'analisi chimica quantitativa deve sempre essere preceduta da un'analisi chimica qualitativa.

Per produrre analisi quantitative è possibile utilizzare due metodi diversi: gravimetrico e volumetrico. Con il metodo ponderale si isolano i corpi da determinare sotto forma di composti possibilmente insolubili o difficilmente solubili di composizione chimica nota e si determina il loro peso, in base al quale è possibile determinare la quantità di l'elemento desiderato mediante calcolo. Nell'analisi volumetrica vengono misurati i volumi delle soluzioni titolate (contenenti una certa quantità di reagente) utilizzate per l'analisi. Inoltre, differiscono numerosi metodi speciali di analisi chimica quantitativa, vale a dire:

  1. elettrolitico, basato sull'isolamento dei singoli metalli mediante elettrolisi,
  2. colorimetrico, prodotto confrontando l'intensità del colore di una data soluzione con il colore di una soluzione di una certa concentrazione,
  3. analisi organica, consistente nella combustione della materia organica in anidride carbonica CO 2 e acqua H 2 0 e nel determinare la quantità del loro contenuto relativo nella sostanza di carbonio e idrogeno,
  4. analisi del gas, consistente nella determinazione mediante alcuni metodi speciali della composizione qualitativa e quantitativa dei gas o delle loro miscele.

Un gruppo molto speciale è analisi chimico-mediche, che abbraccia una serie di metodi diversi per esaminare il sangue, l'urina e altri prodotti di scarto del corpo umano.

Analisi chimica quantitativa ponderata

I metodi di analisi chimica quantitativa ponderale sono di due tipi: metodo di analisi diretta E metodo di analisi indiretta (indiretta).. Nel primo caso, il componente da determinare viene isolato sotto forma di un composto insolubile e viene determinato il peso di quest'ultimo. L'analisi indiretta si basa sul fatto che due o più sostanze sottoposte allo stesso trattamento chimico subiscono una variazione disuguale del loro peso. Avendo, ad esempio, una miscela di cloruro di potassio e nitrato di sodio, è possibile determinare il primo mediante analisi diretta, facendo precipitare il cloro sotto forma di cloruro d'argento e pesandolo. Se è presente una miscela di sali di potassio e cloruro di sodio, è possibile determinarne il rapporto con un metodo indiretto facendo precipitare tutto il cloro, sotto forma di cloruro d'argento, e determinandone il peso, quindi effettuare il calcolo.

Analisi chimiche volumetriche

Analisi dell'elettrolisi

Metodi colorimetrici

Analisi organica elementare

Analisi del gas

Classificazione dei metodi della chimica analitica

  • Metodi di analisi elementare
    • Analisi spettrale dei raggi X (fluorescenza dei raggi X)
    • Analisi dell'attivazione dei neutroni ( Inglese) (vedi analisi radioattiva)
    • Spettrometria elettronica Auger (EOS) ( Inglese); vedi effetto Auger
    • La spettrometria atomica analitica è un insieme di metodi basati sulla trasformazione dei campioni analizzati nello stato di singoli atomi liberi, le cui concentrazioni vengono poi misurate spettroscopicamente (a volte l'analisi della fluorescenza a raggi X è inclusa qui, sebbene non sia basata sull'atomizzazione del campione e non è associata alla spettroscopia del vapore atomico).
      • MS - spettrometria di massa con registrazione delle masse di ioni atomici
        • ICP-MS - spettrometria di massa al plasma accoppiato induttivamente (vedere plasma accoppiato induttivamente nella spettrometria di massa)
        • LA-ICP-MS - spettrometria di massa con plasma accoppiato induttivamente e ablazione laser
        • LIMS - spettrometria di massa a scintilla laser; vedi ablazione laser (esempio di implementazione commerciale: LAMAS-10M)
        • SIMS - Spettrometria di massa di ioni secondari (SIMS)
        • TIMS - Spettrometria di massa a ionizzazione termica (TIMS)
        • Spettrometria di massa ad alta energia (AMS) con acceleratore di particelle
      • AAS: spettrometria di assorbimento atomico
        • ETA-AAS - spettrometria di assorbimento atomico con atomizzazione elettrotermica (vedi spettrometri di assorbimento atomico)
        • CVR - Spettroscopia del tempo di decadimento del risonatore (CRDS)
        • VRLS - spettroscopia laser intracavitaria
      • AES - spettrometria di emissione atomica
        • scintilla e arco come sorgenti di radiazione (vedi scarica di scintilla; arco elettrico)
        • ICP-AES: spettrometria di emissione atomica al plasma accoppiato induttivamente
        • LIES - spettrometria di emissione di scintille laser (LIBS o LIPS); vedere ablazione laser
      • APS - spettrometria di fluorescenza atomica (vedi fluorescenza)
        • ICP-AFS - spettrometria di fluorescenza atomica al plasma accoppiato induttivamente (dispositivi Baird)
        • LAFS - spettrometria di fluorescenza atomica laser
        • APS su lampade a catodo cavo (esempio commerciale: AI3300)
      • AIS - Spettrometria a ionizzazione atomica
        • LAIS (LIIS) - ionizzazione atomica laser o spettroscopia di ionizzazione intensificata dal laser (eng. Ionizzazione potenziata dal laser, LEI )
        • RIMS - spettrometria di massa a ionizzazione a risonanza laser
        • OG - optogalvanica (LOGS - spettroscopia optogalvanica laser)
  • Altri metodi di analisi
    • titrimetria, analisi volumetrica
    • analisi del peso - gravimetria, elettrogravimetria
    • spettrofotometria (solitamente assorbimento) di gas molecolari e materia condensata
      • spettrometria elettronica (spettro visibile e spettrometria UV); vedi spettroscopia elettronica
      • spettrometria vibrazionale (spettrometria IR); vedere spettroscopia vibrazionale
    • Spettroscopia Raman; vedi effetto Raman
    • analisi luminescente
    • spettrometria di massa con registrazione delle masse di ioni molecolari e cluster, radicali
    • spettrometria di mobilità ionica (

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 dei settori di formazione 552400 "Tecnologie alimentari", 655600 "Produzione di alimenti da materiali 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, Testa Dipartimento di Chimica Analitica

Università statale di Kemerovo, dott. di chimica. scienze, professore;

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

sostanze inorganiche del Kuzbass State Technical

Università, dottorato di ricerca chimico. Scienze

Istituto tecnologico di Kemerovo

Industria alimentare

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

Yu90 Chimica analitica. Analisi chimica quantitativa: Proc. indennità. - 2a ed., rivista. e aggiuntivi - / V.F. Yustratov, 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-X

Vengono delineati i concetti base e le sezioni della chimica analitica. Tutte le fasi dell'analisi chimica quantitativa dal campionamento all'ottenimento dei risultati e dei metodi per la loro elaborazione sono considerate in dettaglio. Il manuale comprende un capitolo sui metodi di analisi strumentali, in quanto i più promettenti. Viene indicato l'uso di ciascuno dei metodi descritti nel controllo tecnochimico dell'industria alimentare.

Il libro di testo è stato redatto in conformità con gli standard educativi statali nei settori "Tecnologia alimentare", "Produzione alimentare da materie prime vegetali e prodotti di origine animale", "Tecnologia dei prodotti alimentari per scopi speciali e ristorazione pubblica". Contiene raccomandazioni metodologiche per gli studenti su come prendere appunti delle lezioni e lavorare con un libro di testo.

Progettato per gli studenti di tutte le forme di apprendimento.

UDC 543.062 (07)

BBC 24.4 e 7

ISBN 5-89289-312-X

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

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

©KemTIPP, 1994

PREFAZIONE

Il libro di testo è destinato agli studenti di specialità tecnologiche delle università del profilo alimentare. 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 alimentare da materiali vegetali", " Tecnologia delle Materie Prime e dei prodotti di origine animale”, “Tecnologia dei prodotti alimentari a usi speciali e della ristorazione collettiva”.

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

Quando si presenta il materiale, vengono presi in considerazione la moderna nomenclatura dei composti chimici, concetti e idee moderni generalmente accettati, nuovi dati scientifici vengono utilizzati per argomentare le conclusioni.

Il manuale include inoltre un capitolo sui metodi di analisi strumentali, come i più promettenti, e mostra le tendenze attuali nello sviluppo della chimica analitica.

Secondo la forma di presentazione, il testo del manuale è adattato agli studenti dei corsi I-II, a cui mancano ancora le capacità di 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 voluminosa e difficile da ricordare. Nei libri di testo delle scuole superiori vengono fornite 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 apparvero nella società beni e materiali, i più importanti dei quali erano l'oro e l'argento, divenne necessario controllarne la qualità. La coppellazione, la prova del fuoco, fu la prima tecnica ampiamente utilizzata per l'analisi di questi metalli. Questa tecnica quantitativa prevede la pesatura dell'analita prima e dopo il riscaldamento. La menzione di questa operazione si trova in tavolette babilonesi datate 1375-1350. AVANTI CRISTO.

Le squame sono note 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 il punto di partenza, quando 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 il termine per la prima volta 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 una serie di problemi che potevano essere risolti solo utilizzando metodi analitici. La necessità di metalli, in particolare di ferro, aumentò notevolmente, il che contribuì 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, raggruppati secondo la natura delle sostanze analizzate.

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

Un numero enorme di reagenti utilizzati per l'analisi qualitativa è sistematizzato da Heinrich Rose (1795-1864) nel suo libro "Una guida alla chimica analitica". Capitoli separati di questo libro sono dedicati ad alcuni elementi e alle reazioni note di questi elementi. Così, nel 1824, Rose descrisse per primo le reazioni dei singoli elementi e fornì uno schema di analisi sistematica, che è stato conservato fino ad oggi nelle sue caratteristiche principali (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 fino ad oggi. La rivista è stata fondata da Fresenius e pubblicata in Germania.

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

I metodi di analisi volumetrica iniziarono ad essere ampiamente inclusi nella pratica analitica solo nel 1860. La descrizione di questi metodi apparve nei libri di testo. A questo punto erano stati sviluppati dispositivi (dispositivi) per la titolazione ed è stata fornita una giustificazione teorica di questi metodi.

Le principali scoperte che hanno permesso di dare fondamento teorico ai metodi di analisi volumetrica includono la legge di conservazione della massa della materia, scoperta da M.V. Lomonosov (1711-1765), una 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 nell'arco di quasi due secoli e il loro sviluppo è strettamente correlato alle esigenze della pratica, in primo luogo ai problemi del candeggio dei tessuti e della produzione di potassio.

Sono stati spesi molti anni per lo sviluppo di strumenti convenienti e accurati, lo sviluppo di operazioni per la classificazione della vetreria volumetrica, le manipolazioni quando si lavora con vetreria di precisione e metodi per fissare la fine della 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 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 descrisse l'operazione di titolazione nella forma attuale.


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. Il colore del fenomeno della cromatografia, che fu la base per lo sviluppo di varie varianti del metodo cromatografico, il cui sviluppo continua ancora oggi.

Nel XX 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 dovuto alla creazione di dispositivi unici che consentono di registrare le proprietà individuali 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 ha sempre tenuto conto di due fattori: da un lato, l'industria in via di sviluppo ha costituito un problema da risolvere; d'altro canto, le scoperte della scienza si adattarono alla soluzione 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, fondatezza scientifica, sviluppo e miglioramento di tecniche e 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. Garantire il 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 tutte le parti 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 dispositivi 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 della 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. Determinare nelle materie prime e nei prodotti alimentari sostanze tossiche (nocive) per il corpo umano.

1.4. Metodo di analisi

La chimica analitica studia i metodi di analisi, i vari aspetti del loro sviluppo e applicazione. Secondo le raccomandazioni dell'autorevole organizzazione chimica internazionale IUPAC*, il metodo di analisi è l'insieme dei principi alla base dell'analisi di una sostanza, ovvero il tipo e la natura dell'energia che provoca la perturbazione delle particelle chimiche della materia. Il principio di analisi è a sua volta determinato dai fenomeni della natura 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:

Il metodo di analisi è la somma delle regole e delle tecniche per eseguire l'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 di analisi.

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

All'interno 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 si verifica 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. Quindi vengono calcolati i risultati dell'analisi.

2. Metodi fisici di analisi.

I metodi fisici di analisi si basano sulla misurazione delle proprietà fisiche delle sostanze analizzate. Nella maggior parte dei casi, questi metodi fissano le proprietà ottiche, magnetiche, elettriche e termiche.

3. Metodi di analisi fisici e chimici.

Si basano sulla misurazione di alcune proprietà fisiche (parametri) del sistema analizzato, che cambiano sotto l'influenza di una reazione chimica che si verifica in esso.

*IUPAC - Unione Internazionale di Chimica Pura e Applicata. Istituzioni scientifiche di molti paesi sono membri di questa organizzazione. L'Accademia Russa delle Scienze (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 con l'uso di 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 questa è la maggior parte degli oggetti naturali e dei prodotti alimentari), potrebbe essere necessario separare l'analita dai componenti interferenti.

A volte nella soluzione analizzata il componente determinato è molto inferiore a quello che può essere determinato con il metodo di analisi scelto. In questo caso, prima di determinare tali componenti, è necessario preconcentrarli.

concentrazione- questa è un'operazione, dopo la quale la concentrazione del componente determinato 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 fissazione consentirà di risolvere il problema della quantità dell'analita nella miscela. Il metodo di analisi può iniziare con un'operazione di separazione, talvolta comprende anche la concentrazione.

1.5.2. Classificazione basata sulla massa di una sostanza o volume

soluzione presa per l'analisi

Una classificazione che dimostra le possibilità 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. Si distingue quindi tra analisi qualitativa e analisi quantitativa.

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

Oggetto analizzato può essere una sostanza singola (semplice o molto complessa, come il pane), così come una miscela di sostanze. Come parte di un oggetto, i suoi vari componenti possono interessare. È possibile determinare da quali ioni, elementi, molecole, fasi, gruppi di atomi è costituito l'oggetto analizzato. Negli alimenti, gli ioni sono spesso sostanze determinate, semplici o complesse che sono utili (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 scoperta.

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

Per questo vengono preliminarmente studiate alcune proprietà dei composti di riferimento indicati, la cui presenza si presuppone nell'oggetto analizzato. Ad esempio, nello studio delle sostanze inorganiche vengono effettuate reazioni chimiche con cationi o anioni (questi ioni sono standard) oppure vengono misurate le costanti fisiche delle sostanze organiche di riferimento. Quindi eseguire gli stessi test con il composto di prova e confrontare i risultati.

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

L'analisi chimica qualitativa si basa principalmente sulla trasformazione dell'analita in un nuovo composto che ha proprietà caratteristiche: un colore, un certo stato fisico, una 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 ai reagenti del gruppo, poiché forma carbonati bianchi insolubili in acqua con ioni Ca 2+, Sr 2+, Ba 2+.

caratteristica chiamate tali reazioni a cui partecipano 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 per lo ione Fe 2+ (composto rosso idrosolubile).

Le più importanti nell'analisi qualitativa sono le reazioni specifiche. specifica una reazione a un dato ione è una reazione tale che rende possibile rilevarlo in condizioni sperimentali in una miscela con altri ioni. Tale reazione è, ad esempio, una reazione di rilevamento di ioni, che procede sotto l'azione degli alcali quando riscaldata:

L'ammoniaca rilasciata può essere identificata da un 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 una documentazione tecnica speciale: standard statali (GOST), condizioni 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 grado di purezza. A seconda della frazione di massa delle impurità, al reagente viene assegnato un marchio. Alcune marche di reagenti sono presentate nella tabella. 2.

Tavolo 2

Marche di reagenti

Di solito, nella pratica dell'analisi chimica, vengono utilizzati reagenti che soddisfano la qualifica di "grado analitico" e "chimicamente puro". 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 la sua attuazione, la sostanza in esame deve essere preventivamente disciolta. 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, pertanto, quando applicati, sono questi ioni che vengono rilevati.

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

Esempi di reazioni eseguite per via "a secco" sono le reazioni di colorazione della 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 alcuni metalli, nonché la fusione del solido in esame con "fondenti", ad esempio: miscele di solidi Na 2 CO 3 e K 2 CO 3, o Na 2 CO 3 e SAPERE 3.

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

1.6.3. Analisi sistematica

L'analisi qualitativa dell'oggetto può essere effettuata con due metodi diversi.

Analisi sistematica - questo è un metodo per condurre analisi qualitative secondo lo 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 iniziale, ad es. senza ricorrere a uno schema di rilevamento ionico specifico, viene chiamato 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 determinare. sostanza di lavoro

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

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

1.7.2. Modi di 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 soluto 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 eq (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 / 2H 2 SO 4). La frazione davanti alla formula dell'acido solforico indica quale parte della molecola (o ione) è equivalente. Si chiama fattore di equivalenza, indicato con f equiv. Per H 2 SO 4 f equiv = 1/2. Il fattore di equivalenza viene calcolato in base alla stechiometria della reazione. Il numero che mostra quanti equivalenti sono contenuti nella molecola è chiamato numero di equivalenza ed è indicato con Z*. f equiv \u003d 1 / Z *, quindi anche la concentrazione molare degli equivalenti è indicata in questo modo: C (1 / Z * H 2 SO 4).

2. Nelle condizioni dei laboratori di analisi, quando è necessario molto tempo per eseguire una serie di singole analisi utilizzando una formula di calcolo, viene spesso utilizzato un fattore di correzione o correzione K.

Molto spesso, la correzione si riferisce alla sostanza di lavoro. Il coefficiente mostra quante volte la concentrazione della soluzione preparata della sostanza di lavoro differisce dalla concentrazione espressa in numeri tondi (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. Dal record: K \u003d 1,2100 a C eq (HCl) \u003d 0,0200 mol / dm 3 ne consegue che C eq (HCl) \u003d 0,0200 mol / dm 3 è la concentrazione molare standard degli equivalenti di HCl, quindi viene calcolato il vero per formula:

3. Titoloè la massa della sostanza contenuta in 1 cm 3 del volume della soluzione.

Il titolo si riferisce molto spesso a una soluzione della sostanza di lavoro.

(3)

L'unità del titolo è g/cm 3 , il titolo è calcolato alla sesta cifra decimale. Conoscendo il titolo della sostanza di lavoro, è possibile calcolare la concentrazione molare degli equivalenti della sua soluzione.

(4)

4. Il titolo della sostanza di lavoro secondo l'analita- questa è la massa della sostanza da determinare, equivalente alla massa della sostanza di lavoro contenuta in 1 cm 3 della soluzione.

(5)

(6)

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

. (7)

6. Frazione di volume il 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 come:

; (9)

. (10)

In questo caso, l'unità per w e j è una percentuale.

Occorre prestare attenzione alle 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 una didascalia.

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 la misurazione dei volumi consente di misurare il volume con una precisione di 0,01 cm 3, è con tale precisione che dovrebbero essere i numeri che esprimono i volumi delle soluzioni di analiti e sostanze di lavoro coinvolte nell'analisi registrato.

1.7.3. Metodi per preparare le soluzioni

Prima di procedere con la preparazione della soluzione è necessario rispondere alle seguenti domande.

1. Per quale scopo viene preparata la soluzione (per l'uso come RV, per creare un determinato valore di pH del mezzo, ecc.)?

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

3. Con quale precisione, ad es. fino a quale cifra decimale va determinato il numero che esprime la concentrazione scelta?

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. Attacco accurato.

Se sostanza da cui preparare la soluzione, è standard, cioè. soddisfa determinati requisiti (elencati di seguito), quindi la soluzione può essere preparata da un campione accurato. Ciò significa che il peso del campione viene calcolato e misurato su una bilancia analitica con una precisione di quattro cifre decimali.

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 durante lo stoccaggio in forma solida e in soluzione;

d) è desiderabile un grande equivalente di massa molare della sostanza.

2. Dal canale fisso.

Una variante del metodo di preparazione di una soluzione per un campione accurato è il metodo di preparazione di una soluzione da fixanal. Il ruolo di un campione accurato è svolto dalla quantità esatta della sostanza contenuta nell'ampolla di vetro. Va tenuto presente che la sostanza nella fiala può essere standard (vedere paragrafo 1) e non standard. Questa circostanza influisce sui metodi e sulla durata della conservazione delle soluzioni di sostanze non standard preparate da fissanali.

FISSO(titolo standard, dose norma) è una fiala sigillata, in cui si trova in forma secca o sotto forma di una soluzione di 0,1000, 0,0500 o un altro numero di moli di sostanze equivalenti.

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 da un campione accurato o da fissanale titolato, standard O soluzione standard I, Perché la sua concentrazione dopo la preparazione è esatta. Scrivilo come un numero con quattro cifre decimali se è una concentrazione molare di equivalenti e con sei cifre decimali se è un titolo.

3. In base al peso approssimativo.

Se la sostanza da cui deve essere preparata la soluzione non soddisfa i requisiti per le sostanze standard e non esiste un fissanale adatto, la soluzione viene preparata in un peso 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 con una precisione della seconda cifra decimale, sciolta in un matraccio tarato. Ottieni 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 del soluto 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 da preparare, calcolare il volume della soluzione concentrata da misurare, tenendo conto della sua frazione di massa e della densità. Misurare il volume con un cilindro graduato, versare in un matraccio tarato, diluire a volume con acqua distillata e mescolare. La soluzione così preparata ha una concentrazione approssimativa.

L'esatta concentrazione delle soluzioni preparate da un campione approssimativo e diluendo una soluzione concentrata viene determinata eseguendo un'analisi gravimetrica o titrimetrica, pertanto le soluzioni preparate con questi metodi, dopo aver determinato la loro esatta concentrazione, vengono chiamate soluzioni a titolo fisso, 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 un titolo viene preparata dalla sostanza secca A, il calcolo della massa della sostanza che deve essere presa per preparare la soluzione viene effettuato secondo le seguenti formule:

; (11)

. (12)

Nota. L'unità di misura del volume è cm 3.

Il calcolo della massa di una sostanza viene effettuato con tale precisione, determinata dal metodo di preparazione della soluzione.

Le formule di calcolo utilizzate nella preparazione delle soluzioni con il metodo delle diluizioni sono determinate dal tipo di concentrazione che si vuole ottenere e dal tipo di concentrazione da 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 il campionamento 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) sotto tutti gli aspetti alla sua composizione media.

I metodi di campionamento per le diverse tipologie di prodotti (materie prime, semilavorati, prodotti finiti di diverse industrie) sono molto diversi tra loro. Durante il campionamento, sono guidati dalle regole descritte in dettaglio nei manuali tecnici, nei GOST e nelle 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 dell'analisi molto responsabile e importante. Un campione selezionato in modo errato può distorcere completamente i risultati, nel qual caso generalmente non ha senso eseguire ulteriori operazioni di analisi.

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

La preparazione del campione per l'analisi, così come il campionamento, sono descritti nella documentazione normativa e tecnica, in base alla quale vengono analizzate materie prime, semilavorati e prodotti finiti. Tra le operazioni chimiche incluse nella procedura per preparare un campione per l'analisi, possiamo citarne una che viene spesso utilizzata nella preparazione di campioni di materie prime, prodotti semilavorati, prodotti finiti nell'industria alimentare: questo è l'incenerimento operazione.

Incenerimentoè il processo di conversione di un prodotto (materiale) in cenere. Un campione viene preparato mediante incenerimento durante 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 sottoposta ad analisi.

3. Ottenere dati analitici. Durante l'analisi, il campione preparato viene influenzato da una sostanza reagente o da qualche tipo di energia. Ciò porta alla comparsa di segnali analitici (cambiamento di colore, comparsa di nuove radiazioni, ecc.). Il segnale apparso 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.

Esistono diversi modi per convertire i dati analitici in risultati di analisi.

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 l'analita. Quindi questo volume viene sostituito nella formula appropriata e viene calcolato il risultato dell'analisi: la massa o concentrazione dell'analita.

2. Grafico del metodo di calibrazione (calibrazione).

3. Metodo di confronto.

4. Metodo delle addizioni.

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

Limite di rilevamento(C min., p) è il contenuto più basso al quale la presenza del componente determinato con una data probabilità di confidenza può essere rilevata con questo metodo. 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. Con P \u003d 0,95 - 95 su 100.

Selettività dell'analisi caratterizza la possibilità di determinare questo componente in presenza di sostanze estranee.

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

Durata dell'analisi- il 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. Allo stesso tempo, 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 convergenza 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 mutevoli dell'esperimento.

Tutte le caratteristiche analitiche e metrologiche del metodo o del metodo 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 l'elaborazione statica dei 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 determinato, ad es. il risultato dell'analisi si ottiene sempre con qualche imprecisione: un errore.

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

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

Errori casuali si chiamano errori di grandezza e di segno indefiniti, nel cui aspetto non si osserva alcuna regolarità.

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 nelle condizioni date.

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

dove X 1 - risultato dell'analisi sospettosamente distinto;

X 2 - il risultato di un'unica definizione, il più vicino in valore 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 tabellare 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 accertata solo eseguendo un'elaborazione matematica completa dei risultati dell'analisi.

Si possono identificare anche errori grossolani:

A) deviazione standard. Il risultato X i viene riconosciuto come errore grossolano e scartato se

. (14)

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

. (15)

Sulle quantità indicate dai segni , vedere la 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.

(16)

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

La deviazione standard ha la stessa unità della media, o valore vero m, della quantità da determinare.

Il metodo o la tecnica di analisi è tanto più riproducibile quanto più bassi sono i valori di deviazione assoluta (S) e relativa (Sr).

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

(18)

Nelle formule presentate: Xi - valore individuale della quantità ottenuta durante l'analisi; - media aritmetica dei risultati ottenuti per tutte le misurazioni; n è il numero di misurazioni; io = 1…n.

La correttezza o accuratezza dell'analisi è caratterizzata dall'intervallo di confidenza del valore medio di p, f. È l'area all'interno della quale, in assenza di errori sistematici, si trova il vero valore della grandezza misurata con una probabilità di confidenza P.

, (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 o come errore assoluto nelle stesse unità in cui è espresso il risultato dell'analisi, oppure come errore relativo DX o (in %):

. (21)

Pertanto il risultato dell’analisi può essere rappresentato come:

. (23)

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

DX \u003d 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, i risultati medi differiscono 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 del valore desiderato sono considerati compatibili se appartengono alla stessa popolazione generale. Ciò può essere risolto, ad esempio, con il criterio di Fisher (criterio F).

dove sono le dispersioni 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 tabulari dovrebbero essere gli stessi).

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

A) F ex > scheda F. La discrepanza tra le varianze è significativa e i campioni considerati differiscono in termini di 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 differenza tra le varianze non è significativa, puoi scoprire 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 - il numero di misurazioni nel primo e nel secondo campione.

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

Se allo stesso tempo 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 sono considerati dalla chimica analitica?

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

5. Cosa sono le caratteristiche analitiche? Cosa possono 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 la sua implementazione?

9. Cosa significano le lettere “chimicamente puro”, “ch.d.a.”? sull'etichetta chimica?

10. Qual è il compito dell'analisi quantitativa?

11.Qual è la sostanza di lavoro?

12. In quali modi si può preparare una soluzione di sostanza operativa?

13. Cos'è una sostanza standard?

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

15. Qual è il titolo e il titolo della sostanza di lavoro secondo l'analita?

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


1. INTRODUZIONE

2. CLASSIFICAZIONE DEI METODI

3. SEGNALE ANALITICO

4.3. METODI CHIMICI

4.8. METODI TERMICI

5. CONCLUSIONE

6. ELENCO DELLA LETTERATURA USATA

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. Scoprire 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 di analisi chimica, dall'attrezzatura 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 della chimica analitica consentono di rispondere a domande su in cosa consiste una sostanza, 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, 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, l'espressione quantitativa del rapporto tra la composizione e qualsiasi proprietà misurata; tecniche di implementazione selezionate, compreso il rilevamento e l'eliminazione delle interferenze; dispositivi per l'implementazione pratica e metodi per l'elaborazione dei risultati delle misurazioni. La metodologia di analisi è una descrizione dettagliata dell'analisi di un determinato oggetto utilizzando il metodo selezionato.

Le funzioni della chimica analitica come campo della conoscenza sono tre:

1. soluzione di problemi generali di analisi,

2. sviluppo di metodi analitici,

3. soluzione di specifici problemi di analisi.

Si può anche distinguere qualitativo E quantitativo analisi. Il primo decide quali componenti comprende 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 dei campioni, separazione dei componenti, rilevamento (identificazione) e determinazione. Esistono metodi ibridi che combinano separazione e definizione. 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 misurata o al modo in cui viene registrato il 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 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: correttezza e buona riproducibilità dei risultati, basso limite di rilevamento dei componenti richiesti, selettività, rapidità, facilità di analisi e possibilità della sua 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 la selezione e la preparazione del campione, inizia la fase dell'analisi chimica, in cui viene rilevato il componente o determinata la sua 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 dell'analita.

Se è necessario rilevare qualche componente, solitamente il problema viene risolto aspetto segnale analitico: l'aspetto di un precipitato, colore, linee 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). Nel mascheramento termodinamico si creano condizioni in cui la costante condizionale di reazione viene ridotta a tal punto che la reazione procede in modo insignificante. La concentrazione del componente mascherato diventa insufficiente per fissare in modo affidabile il segnale analitico. Il mascheramento cinetico si basa sull'aumento della differenza tra le velocità di reazione del mascherato 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 dell'analita 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.

Separazione- questa è un'operazione (processo), a seguito della quale i componenti che compongono la miscela iniziale vengono separati l'uno dall'altro.

concentrazione- questa è un'operazione (processo), a seguito della quale aumenta il rapporto tra la concentrazione o la quantità di microcomponenti e la concentrazione o quantità del macrocomponente.

Precipitazione e coprecipitazione.

La precipitazione viene generalmente utilizzata per separare le sostanze inorganiche. La precipitazione dei microcomponenti da parte dei reagenti organici, e soprattutto la loro coprecipitazione, forniscono un elevato fattore 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 è basata sulla diversa solubilità dei composti, principalmente in soluzioni acquose.

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

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 vari 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, per determinarne le caratteristiche fisico-chimiche.

Assorbimento.

L'assorbimento è ben utilizzato per la separazione e la concentrazione delle sostanze. I metodi di assorbimento forniscono solitamente una buona selettività di separazione e valori elevati di fattori di concentrazione.

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

Separazione elettrolitica e cementazione.

Il metodo più comune di separazione elettorale, in cui la sostanza separata o concentrata viene isolata su elettrodi solidi allo stato elementare o sotto forma di qualche tipo di composto. Isolamento elettrolitico (elettrolisi) basato sulla deposizione di una sostanza mediante corrente elettrica a potenziale controllato. La variante più comune della 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 tipi di elettroforesi: frontale (semplice) e zonale (su 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 mezzo stabilizzante che mantiene le particelle in posizione dopo la disattivazione del campo elettrico.

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

Metodi di evaporazione.

Metodi distillazione in base alla diversa volatilità delle sostanze. La sostanza passa dallo stato liquido allo stato gassoso, per poi condensare, formando nuovamente una fase liquida o talvolta solida.

Distillazione semplice (evaporazione)– processo di separazione e concentrazione a stadio singolo. L'evaporazione rimuove le sostanze che si presentano sotto forma di composti volatili già pronti. Questi possono essere macrocomponenti e microcomponenti, di questi ultimi si utilizza meno frequentemente la distillazione.

Sublimazione (sublimazione)- trasferimento di una sostanza dallo stato solido allo stato gassoso e sua successiva precipitazione in forma solida (bypassando la fase liquida). Solitamente si ricorre alla separazione per sublimazione nel caso in cui i componenti da separare siano difficilmente fusi o difficilmente disciolti.

Cristallizzazione controllata.

Quando una soluzione, una fusione o un gas viene raffreddato, si formano nuclei in fase solida: cristallizzazione, che può essere incontrollata (in massa) 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 determinata direzione) e fusione della zona(movimento di una zona liquida in un corpo solido in una determinata direzione).

Nella cristallizzazione direzionale si forma un'interfaccia tra il solido e il liquido: il fronte di cristallizzazione. Ci sono due confini nella fusione zonale: il fronte di cristallizzazione e il fronte di fusione.

4.2. METODI CROMATOGRAFICI

La cromatografia è il metodo analitico più comunemente utilizzato. I più recenti metodi cromatografici possono determinare sostanze gassose, liquide e solide con pesi molecolari da unità a 10 6 . Questi possono essere isotopi di idrogeno, ioni metallici, polimeri sintetici, proteine, ecc. La cromatografia ha fornito ampie informazioni sulla struttura e sulle proprietà di molte classi di composti organici.

Cromatografia- Questo è un metodo fisico-chimico di separazione delle sostanze, basato sulla distribuzione dei componenti tra due fasi: stazionaria e mobile. La fase stazionaria (stazionaria) è solitamente una fase solida (spesso definita assorbente) o una pellicola liquida depositata su un solido. 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 di aggregazione della miscela, in cui è separata in componenti - cromatografia gassosa, liquida e gas-liquido;

b) secondo il meccanismo di separazione: cromatografia ad adsorbimento, distribuzione, scambio ionico, sedimentaria, redox, adsorbimento-complessazione;

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

4.3. METODI CHIMICI

I metodi chimici di rilevamento e determinazione si basano su reazioni chimiche di tre tipi: acido-base, redox e formazione di complessi. A volte sono accompagnati da un cambiamento nello stato aggregato 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 consiste nell'isolare una sostanza nella sua forma pura e pesarla. Molto spesso, tale isolamento viene effettuato mediante precipitazioni. Un componente meno comunemente determinato viene isolato come composto volatile (metodi di distillazione). In alcuni casi, la gravimetria è il modo migliore per risolvere un problema analitico. Questo è un 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.

La massa è il segnale analitico in gravimetria.

metodi titrimetrici.

Il metodo titrimetrico dell'analisi chimica quantitativa è un metodo basato sulla misurazione della quantità di reagente B spesa nella reazione con la determinazione del componente A. In pratica, è più conveniente aggiungere il reagente sotto forma di una soluzione di concentrazione esattamente nota . In questa versione, 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 di titrano 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 della soluzione standard B e, dopo aver completato la reazione tra loro, titolare la quantità rimanente di B con una soluzione di titrano B'. Questo metodo viene utilizzato nei casi in cui la reazione tra A e B non è abbastanza veloce o non esiste un indicatore adatto per fissare il punto di equivalenza della reazione.

Titolazione sostituente consiste nella titolazione con il titolante B non di una determinata quantità di sostanza A, ma di una quantità equivalente di sostituente A', risultante da una reazione preliminare tra una determinata sostanza A e un qualche reagente. Questo metodo di titolazione viene solitamente utilizzato nei casi in cui è impossibile effettuare una titolazione diretta.

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 una quantità ad essa proporzionale.

La reazione alla base del metodo cinetico è detta indicatore. Una sostanza la cui variazione di concentrazione viene utilizzata per giudicare la velocità di un processo indicatore è un indicatore.

metodi biochimici.

I metodi biochimici occupano un posto importante tra i moderni metodi di analisi chimica. I metodi biochimici includono metodi basati sull'uso di processi che coinvolgono 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 basato 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 determinato - antigene da parte dei corrispondenti anticorpi. 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, intensità di corrente, resistenza, ecc.) che è funzionalmente correlato alla concentrazione della soluzione analizzata e può essere misurato correttamente può fungere da segnale analitico.

Esistono metodi elettrochimici diretti e indiretti. Nei metodi diretti viene utilizzata la dipendenza dell'intensità della corrente (potenziale, ecc.) dalla concentrazione dell'analita. 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 utilizzare la dipendenza del parametro misurato dal volume del titolante.

Per qualsiasi tipo di misurazione elettrochimica è necessario un circuito elettrochimico o una cella elettrochimica, il cui componente è la soluzione analizzata.

Esistono vari 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, 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 stata quella di identificare e stabilire la struttura dei composti organici. L'analisi molecolare di miscele complesse di composti organici dovrebbe essere effettuata dopo la loro separazione cromatografica.

4.7. METODI DI ANALISI BASATI SULLA RADIOATTIVITÀ

I metodi di analisi basati sulla radioattività sono nati nell'era dello sviluppo della fisica nucleare, della radiochimica e della tecnologia atomica e ora vengono utilizzati con successo in varie analisi, anche nell'industria e nel servizio geologico. Questi metodi sono molto numerosi e vari. Si possono distinguere quattro gruppi principali: analisi radioattive; metodi di diluizione isotopica e altri metodi con radiotraccianti; metodi basati sull'assorbimento e diffusione della radiazione; metodi puramente radiometrici. Il più diffuso metodo radioattivo. Questo metodo è apparso dopo la scoperta della radioattività artificiale e si basa sulla formazione di isotopi radioattivi dell'elemento da determinare irradiando il 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 della materia con l'energia termica. Gli effetti termici, che sono la causa o l'effetto delle reazioni chimiche, sono ampiamente utilizzati nella chimica analitica. 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 più comuni di analisi termica.

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 BIOLOGICI DI ANALISI

I metodi di analisi biologici si basano sul fatto che per l'attività vitale - crescita, riproduzione e, in generale, il normale funzionamento degli esseri viventi, è necessario un ambiente con una composizione chimica rigorosamente definita. Quando questa composizione cambia, ad esempio quando un componente viene escluso dal mezzo o viene introdotto un ulteriore composto (determinato), l'organismo, dopo un certo tempo, a volte quasi immediatamente, fornisce un segnale di risposta appropriato. 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 dal bisogno della società di risultati analitici, nello 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.

Una citazione dal libro di testo di N.A. Menshutkin sulla chimica analitica, 1897: “Dopo aver presentato l'intero corso delle lezioni di chimica analitica sotto forma di problemi, la cui soluzione è lasciata allo studente, dobbiamo sottolineare che per tale soluzione di problemi , la chimica analitica darà un percorso rigorosamente definito. Questa certezza (risoluzione sistematica dei problemi di chimica analitica) è di grande importanza pedagogica e allo stesso tempo lo studente impara ad applicare le proprietà dei composti alla risoluzione dei problemi, a derivare le condizioni di reazione e a combinarle. Tutta questa serie di processi mentali può essere espressa come segue: la chimica analitica insegna il pensiero chimico. Il conseguimento 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