dom > Artyści

Analiza suchej masy w chemii analitycznej. Analiza ilościowa. Chemiczne metody analizy. Chemia analityczna

26.09.2019

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

CHEMIA ANALITYCZNA

Ilościowa analiza chemiczna

Instruktaż

Dla studentów uniwersytetu

Wydanie drugie, poprawione i rozszerzone

wyższe wykształcenie zawodowe do użytku międzyuczelnianego

jako podręcznik z chemii analitycznej dla studentów studiujących na kierunkach 552400 „Technologia żywności”, 655600 „Produkcja produktów spożywczych z surowców roślinnych”,

655900 „Technologia surowców, produktów pochodzenia zwierzęcego”

oraz 655700 „Technologia produktów spożywczych

catering specjalny i publiczny”

Kemerowo 2005

UDC 543.062 (07)

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

Edytowany przez V.F. Justratowa

Recenzenci:

VA Niewostrujew, menedżer Katedra Chemii Analitycznej

Uniwersytet Państwowy w Kemerowie, doktor chemii. nauki ścisłe, profesor;

sztuczna inteligencja Gerasimowa, profesor nadzwyczajny, Wydział Chemii i Technologii

substancje nieorganiczne Kuzbass State Technical

Uniwersytet, doktorat chemia nauki

Instytut Technologii Kemerowo

Przemysł spożywczy

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

Yu90 Chemia analityczna. Ilościowa analiza chemiczna: Podręcznik. dodatek. - wyd. 2, poprawione. i dodatkowe - / V.F. Yustratova, G.N. Mikileva, I.A. Mochałowa; wyd. V.F. Justratowa; Instytut Technologiczny Przemysłu Spożywczego Kemerowo - Kemerowo, 2005. - 160 s.

ISBN 5-89289-312-Х

Omówiono podstawowe pojęcia i działy chemii analitycznej. Szczegółowo omówiono wszystkie etapy ilościowej analizy chemicznej od pobrania próbki po uzyskanie wyników i metody ich przetwarzania. W podręczniku znajduje się rozdział poświęcony instrumentalnym metodom analizy, jako najbardziej obiecującym. Wskazano zastosowanie każdej z opisanych metod w kontroli technicznej i chemicznej przemysłu spożywczego.

Podręcznik został opracowany zgodnie z państwowymi standardami edukacyjnymi w zakresie „Technologia żywności”, „Wytwarzanie artykułów spożywczych z surowców roślinnych i produktów pochodzenia zwierzęcego”, „Technologia artykułów spożywczych specjalnego przeznaczenia i gastronomii”. Zawiera zalecenia metodyczne dla studentów dotyczące sporządzania notatek z wykładów i pracy z podręcznikiem.

Przeznaczony dla studentów wszystkich form studiów.

UDC 543.062 (07)

BBK 24,4 i 7

ISBN 5-89289-312-Х

PRZEDMOWA

Podręcznik przeznaczony jest dla studentów kierunków technologicznych uczelni wyższych zajmujących się naukami o żywności. Wydanie drugie, poprawione i rozszerzone. Podczas przetwarzania materiału porady i uwagi kierownika Katedry Chemii Analitycznej Państwowej Akademii Technologicznej w Woroneżu, Honorowego Pracownika Nauki i Technologii Federacji Rosyjskiej, doktora nauk chemicznych, profesora Ya.I. Korenmana. Autorzy wyrażają mu głęboką wdzięczność.

W ciągu dziesięciu lat od ukazania się pierwszego wydania ukazały się nowe podręczniki z zakresu chemii analitycznej, jednak żaden z nich nie odpowiada w pełni państwowym standardom edukacyjnym w obszarach „Technologia żywności”, „Produkcja artykułów spożywczych z surowców roślinnych”. ”, „Technologia surowców i produktów pochodzenia zwierzęcego”, „Technologia produktów spożywczych specjalnego przeznaczenia i żywienia zbiorowego”.

W podręczniku materiał jest przedstawiony w taki sposób, aby student widział „zadanie chemii analitycznej” całościowo: od doboru próbek po uzyskanie wyników analiz, metody ich przetwarzania i metrologię analityczną. Podano krótką historię rozwoju chemii analitycznej i jej roli w produkcji żywności; podano podstawowe pojęcia jakościowych i ilościowych analiz chemicznych, metody wyrażania składu roztworów i sporządzania roztworów, wzory na obliczanie wyników analiz; teoria metod analizy miareczkowej: neutralizacja (miareczkowanie kwasowo-zasadowe), redoksymetria (miareczkowanie redoks), kompleksometria, strącanie i grawimetria. Wskazano zastosowanie każdego z nich w przemyśle spożywczym. Rozważając miareczkowe metody analizy, proponuje się schemat strukturalny i logiczny w celu uproszczenia ich badania.

Prezentując materiał uwzględniono współczesną nomenklaturę związków chemicznych, współczesne powszechnie przyjęte koncepcje i idee, a na poparcie wniosków wykorzystano nowe dane naukowe.

Podręcznik zawiera dodatkowo rozdział poświęcony instrumentalnym metodom analizy, jako najbardziej obiecującym, oraz ukazuje aktualne tendencje w rozwoju chemii analitycznej.

Pod względem prezentacji tekst podręcznika jest dostosowany dla studentów I i II roku, którzy nie posiadają jeszcze wystarczających umiejętności samodzielnej pracy z literaturą edukacyjną.

Sekcje 1, 2, 5 zostały napisane przez V.F. Yustratova, sekcje 3, 6, 8, 9 - G.N. Mikileva, sekcja 7 - I.A. Mochalova, sekcja 4 - G.N. Mikileva i I.A. Mochałowa.

CHEMIA ANALITYCZNA JAKO NAUKA

Chemia analityczna jest jedną z gałęzi chemii. Jeśli podamy najpełniejszą definicję chemii analitycznej jako nauki, wówczas możemy posłużyć się definicją zaproponowaną przez Akademika I.P. Alimaryn.

„Chemia analityczna jest nauką, która opracowuje podstawy teoretyczne analizy składu chemicznego substancji, opracowuje metody identyfikacji i wykrywania, oznaczania i rozdziału pierwiastków chemicznych, ich związków, a także metody ustalania struktury chemicznej związków.”

Definicja ta jest dość długa i trudna do zapamiętania. Podręczniki uniwersyteckie podają bardziej zwięzłe definicje, których znaczenie jest następujące.

Chemia analitycznato nauka o metodach określania składu chemicznego i struktury substancji (układów).

1.1. Z historii rozwoju chemii analitycznej

Chemia analityczna jest nauką bardzo starożytną.

Gdy tylko w społeczeństwie pojawiły się towary i materiały, z których najważniejszymi było złoto i srebro, pojawiła się potrzeba sprawdzenia ich jakości. Pierwszą szeroko rozpowszechnioną metodą analizy tych metali była kupelacja – badanie ogniowe. Ta technika ilościowa polega na ważeniu analitu przed i po ogrzewaniu. Wzmiankę o tej operacji znajdziemy na tabliczkach z Babilonu, datowanych na lata 1375-1350. PNE.

Wagi były znane ludzkości jeszcze przed czasami starożytnej cywilizacji. Znalezione odważniki do wag datowane są na rok 2600 p.n.e.

Zgodnie z ogólnie przyjętym punktem widzenia renesans można uznać za etap początkowy, kiedy poszczególne techniki analityczne ukształtowały się w metodach naukowych.

Jednak termin „analiza” we współczesnym znaczeniu tego słowa został wprowadzony przez angielskiego chemika Roberta Boyle'a (1627-1691). Po raz pierwszy użył tego określenia w 1654 r.

Szybki rozwój chemii analitycznej rozpoczął się pod koniec XVII wieku. w związku z pojawieniem się manufaktur, gwałtowny wzrost ich liczby. Rodziło to różne problemy, które można było rozwiązać jedynie metodami analitycznymi. Znacznie wzrosło zapotrzebowanie na metale, zwłaszcza żelazo, co przyczyniło się do rozwoju chemii analitycznej minerałów.

Analiza chemiczna została podniesiona do rangi odrębnej gałęzi nauki – chemii analitycznej – przez szwedzkiego naukowca Thornburna Bergmana (1735-1784). Pracę Bergmana można uznać za pierwszy podręcznik chemii analitycznej, który daje systematyczny przegląd procesów stosowanych w chemii analitycznej, zestawionych ze względu na charakter analizowanych substancji.

Pierwszą znaną książką w całości poświęconą chemii analitycznej jest The Complete Chemical Assay Office, napisana przez Johanna Göttlinga (1753-1809) i opublikowana w 1790 roku w Jenie.

Ogromną liczbę odczynników stosowanych w analizie jakościowej usystematyzował Heinrich Rose (1795-1864) w swojej książce „Podręcznik chemii analitycznej”. Osobne rozdziały tej książki poświęcone są pewnym elementom i znanym reakcjom tych pierwiastków. Tym samym Róża w 1824 r. jako pierwsza opisał reakcje poszczególnych pierwiastków i podała schemat analizy systematycznej, który w swoich głównych cechach zachował się do dziś (analiza systematyczna patrz podrozdział 1.6.3).

W 1862 roku ukazał się pierwszy numer Journal of Analytical Chemistry, czasopisma poświęconego wyłącznie chemii analitycznej, ukazującemu się do dziś. Magazyn został założony przez Freseniusa i wydawany w Niemczech.

Podstawy analizy grawimetrycznej (grawimetrycznej) - najstarszej i najbardziej logicznej metody analizy ilościowej - położył T. Bergman.

Metody analizy wolumetrycznej zaczęły powszechnie wchodzić do praktyki analitycznej dopiero w 1860 roku. Opisy tych metod pojawiały się w podręcznikach. Do tego czasu opracowano urządzenia (urządzenia) do miareczkowania i podano teoretyczne uzasadnienie tych metod.

Do głównych odkryć, które umożliwiły teoretyczne uzasadnienie wolumetrycznych metod analizy, należy prawo zachowania masy materii, odkryte przez M.V. Łomonosow (1711-1765), prawo okresowe, odkryte przez D.I. Mendelejewa (1834-1907), teorię dysocjacji elektrolitycznej rozwiniętą przez S. Arrheniusa (1859-1927).

Podwaliny metod analizy wolumetrycznej powstawały na przestrzeni prawie dwóch stuleci, a ich rozwój jest ściśle powiązany z potrzebami praktyki, przede wszystkim z problematyką bielenia tkanin i produkcji potażu.

Wiele lat poświęcono na rozwój wygodnych i dokładnych przyrządów, rozwój operacji kalibracyjnych do pomiaru wyrobów szklanych, manipulacje podczas pracy z precyzyjnymi naczyniami szklanymi oraz metody rejestrowania końca miareczkowania.

Nic dziwnego, że już w 1829 r. Berzelius (1779-1848) uważał, że wolumetryczne metody analizy można stosować jedynie do przybliżonych szacunków.

Po raz pierwszy terminy są obecnie powszechnie akceptowane w chemii "pipeta"(Ryc. 1) (z rury francuskiej - rurka, pipeta - rurki) i "biureta"(ryc. 2) (z francuskiej biurety – butelka) znajdują się w publikacji J.L. Gay-Lussac (1778-1850), opublikowana w 1824 r. Opisał tutaj operację miareczkowania w obecnym kształcie.

Ryż. 1. Pipety Ryc. 2. Biurety

Rok 1859 okazał się znaczący dla chemii analitycznej. To właśnie w tym roku G. Kirchhoff (1824-1887) i R. Bunsen (1811-1899) opracowali analizę spektralną i przekształcili ją w praktyczną metodę chemii analitycznej. Analiza spektralna była pierwszą z instrumentalnych metod analizy, która zapoczątkowała ich szybki rozwój. Więcej informacji na temat tych metod analizy można znaleźć w rozdziale 8.

Pod koniec XIX wieku, w 1894 roku, niemiecki chemik fizyczny W.F. Ostwald opublikował książkę na temat teoretycznych podstaw chemii analitycznej, której podstawową teorią była teoria dysocjacji elektrolitycznej, na której do dziś opierają się chemiczne metody analizy.

Początek XX wieku. (1903) upłynął pod znakiem odkrycia rosyjskiego botanika i biochemika M.S. Kolory zjawiska chromatografii, które stały się podstawą opracowania różnych wariantów metody chromatograficznej, której rozwój trwa do dziś.

W XX wieku Chemia analityczna rozwinęła się całkiem pomyślnie. Nastąpił rozwój zarówno chemicznych, jak i instrumentalnych metod analizy. Rozwój metod instrumentalnych nastąpił poprzez stworzenie unikalnych urządzeń, które umożliwiły rejestrację indywidualnych właściwości analizowanych składników.

Rosyjscy naukowcy wnieśli ogromny wkład w rozwój chemii analitycznej. Przede wszystkim należy wymienić nazwiska N.A. Tananaeva, I.P. Alimarina, A.K. Babko, Yu.A. Zołotow i wielu innych.

Rozwój chemii analitycznej zawsze odbywał się z uwzględnieniem dwóch czynników: z jednej strony rozwijający się przemysł stworzył problem wymagający rozwiązania; z drugiej strony odkrycia nauki zostały przystosowane do rozwiązywania problemów chemii analitycznej.

Tendencja ta utrzymuje się do dziś. W analizie szeroko wykorzystuje się komputery i lasery, pojawiają się nowe metody analizy, wprowadzana jest automatyzacja i matematyzacja, tworzone są metody i środki lokalnej, nieniszczącej, zdalnej, ciągłej analizy.

1.2. Ogólne problemy chemii analitycznej

Ogólne zadania chemii analitycznej:

1. Rozwój teorii chemicznych i fizykochemicznych metod analizy, uzasadnienie naukowe, rozwój i doskonalenie technik i metod badawczych.

2. Opracowanie metod rozdzielania substancji i metod zagęszczania mikrozanieczyszczeń.

3. Doskonalenie i rozwój metod analizy substancji naturalnych, środowiska, materiałów technicznych itp.

4. Zapewnienie kontroli chemiczno-analitycznej w procesie realizacji różnorodnych projektów badawczych z zakresu chemii i pokrewnych dziedzin nauki, przemysłu i technologii.

5. Utrzymanie chemiczno-technologicznych i fizykochemicznych procesów produkcyjnych na zadanym optymalnym poziomie w oparciu o systematyczną kontrolę chemiczno-analityczną wszystkich poziomów produkcji przemysłowej.

6. Tworzenie metod automatycznego sterowania procesami technologicznymi w połączeniu z systemami sterowania opartymi na wykorzystaniu elektronicznych maszyn, przyrządów i aparatury liczącej, rejestrującej, sygnalizacyjnej, blokującej i sterującej.

Z powyższego jasno wynika, że możliwości chemii analitycznej są szerokie. Dzięki temu można go wykorzystać do rozwiązywania szerokiej gamy problemów praktycznych, w tym w przemyśle spożywczym.

1.3. Rola chemii analitycznej w przemyśle spożywczym

Metody chemii analitycznej pozwalają na rozwiązanie następujących problemów w przemyśle spożywczym:

1. Określ jakość surowców.

2. Kontrolować proces produkcji żywności na wszystkich jego etapach.

3. Kontroluj jakość produktów.

4. Analizować odpady produkcyjne pod kątem ich utylizacji (dalszego wykorzystania).

5. Identyfikować substancje znajdujące się w surowcach i produktach spożywczych, które są toksyczne (szkodliwe) dla organizmu człowieka.

1.4. Metoda analizy

Chemia analityczna zajmuje się metodami analizy oraz różnymi aspektami ich rozwoju i zastosowania. Zgodnie z zaleceniami autorytatywnej międzynarodowej organizacji chemicznej IUPAC*, metoda analizy odnosi się do zasad leżących u podstaw analizy substancji, tj. rodzaj i charakter energii powodującej zaburzenie cząstek chemicznych substancji. O zasadzie analizy decydują z kolei zjawiska naturalne, na których opierają się procesy chemiczne lub fizyczne.

W literaturze edukacyjnej z zakresu chemii z reguły nie podaje się definicji metody analizy. Ale ponieważ jest to dość ważne, należy je sformułować. Naszym zdaniem najbardziej akceptowalna definicja to:

Metoda analizy to zbiór zasad i technik przeprowadzania analiz, które pozwalają określić skład chemiczny i strukturę substancji (układów).

1,5. Klasyfikacja metod analitycznych

W chemii analitycznej istnieje kilka rodzajów klasyfikacji metod analitycznych.

1.5.1. Klasyfikacja na podstawie właściwości chemicznych i fizycznych analizowanych substancji (systemów)

W ramach tej klasyfikacji uwzględnia się następujące grupy metod analitycznych:

1. Chemiczne metody analizy.

Do tej grupy metod analitycznych zalicza się te, w których wyniki analiz opierają się na reakcji chemicznej zachodzącej pomiędzy substancjami. Pod koniec reakcji rejestruje się objętość jednego z uczestników reakcji lub masę jednego z produktów reakcji. Następnie obliczane są wyniki analizy.

2. Fizyczne metody analizy.

Fizyczne metody analizy opierają się na pomiarze właściwości fizycznych analitów. Metody te najczęściej rejestrują właściwości optyczne, magnetyczne, elektryczne i termiczne.

3. Fizykochemiczne metody analizy.

Polegają na pomiarze dowolnej właściwości fizycznej (parametru) analizowanego układu, która zmienia się pod wpływem zachodzącej w nim reakcji chemicznej.

* IUPAC – Międzynarodowa Unia Chemii Czystej i Stosowanej. Członkami tej organizacji są instytucje naukowe z wielu krajów. Od 1930 roku jej członkiem jest Rosyjska Akademia Nauk (jako następczyni Akademii Nauk ZSRR).

We współczesnej chemii nazywane są fizyczne i fizykochemiczne metody analizy instrumentalny metody analizy. „Przyrządowa” oznacza, że tę metodę analizy można przeprowadzić wyłącznie przy użyciu „przyrządu” – urządzenia zdolnego do rejestrowania i oceny właściwości fizycznych (szczegółowe informacje można znaleźć w sekcji 8).

4. Metody separacji.

Przy analizie mieszanin złożonych (a jest to większość obiektów naturalnych i produktów spożywczych) może zaistnieć konieczność oddzielenia oznaczanego składnika od składników zakłócających.

Czasami analizowany roztwór zawiera znacznie mniej oznaczanego składnika, niż można to określić wybraną metodą analizy. W takim przypadku przed określeniem takich składników konieczne jest ich zagęszczenie.

Stężenie- jest to operacja, po której stężenie oznaczanego składnika może wzrosnąć od n do 10 n razy.

Operacje oddzielania i zagęszczania są często łączone. Na etapie zatężania w analizowanym układzie może wyraźnie ujawnić się pewna właściwość, której zarejestrowanie pozwoli na rozstrzygnięcie kwestii ilości analitu w mieszaninie. Metoda analityczna może rozpocząć się od operacji separacji, czasami obejmuje również zatężanie.

1.5.2. Klasyfikacja na podstawie masy lub objętości substancji

rozwiązanie przyjęte do analizy

Klasyfikację obrazującą możliwości nowoczesnych metod analizy przedstawiono w tabeli. 1. Opiera się na masie substancji lub objętości roztworu pobranego do analizy.

Tabela 1

Klasyfikacja metod analizy w zależności od masy substancji

lub objętość roztworu pobranego do analizy

1.6. Analiza jakościowa

Analizę substancji można przeprowadzić w celu ustalenia jej składu jakościowego lub ilościowego. Zgodnie z tym rozróżnia się analizy jakościowe i ilościowe.

Zadaniem analizy jakościowej jest ustalenie składu chemicznego analizowanego obiektu.

Analizowany obiekt może być pojedynczą substancją (prostą lub bardzo złożoną, np. chlebem) lub mieszaniną substancji. W obrębie obiektu interesujące mogą być różne komponenty. Można określić z jakich jonów, pierwiastków, cząsteczek, faz, grup atomów składa się analizowany obiekt. W produktach spożywczych jony to najczęściej oznaczane substancje proste lub złożone, które są albo korzystne (Ca 2+, NaCl, tłuszcz, białko itp.), albo szkodliwe dla organizmu człowieka (Cu 2+, Pb 2+, pestycydy itp.) .). ). Można to zrobić na dwa sposoby: identyfikacja I wykrycie.

Identyfikacja- ustalenie tożsamości (tożsamości) badanego związku chemicznego ze znaną substancją (wzorcem) poprzez porównanie ich właściwości fizykochemicznych .

W tym celu w pierwszej kolejności badane są pewne właściwości określonych związków odniesienia, których obecność zakłada się w analizowanym obiekcie. Na przykład przeprowadzają reakcje chemiczne z kationami lub anionami (te jony są wzorcami) podczas badania substancji nieorganicznych lub mierzą stałe fizyczne standardowych substancji organicznych. Następnie wykonaj te same badania z badanym związkiem i porównaj uzyskane wyniki.

Wykrycie- sprawdzenie obecności określonych głównych składników, zanieczyszczeń itp. w analizowanym obiekcie .

Jakościowa analiza chemiczna polega w większości na przekształceniu badanej substancji w nowy związek, który ma charakterystyczne właściwości: kolor, określony stan skupienia, strukturę krystaliczną lub amorficzną, specyficzny zapach itp. Te charakterystyczne właściwości nazywane są znaki analityczne.

Reakcja chemiczna, podczas której pojawiają się znaki analityczne, nazywa się jakościowa odpowiedź analityczna.

Substancje używane do przeprowadzania reakcji analitycznych nazywane są odczynniki lub odczynniki.

Jakościowe reakcje analityczne i odpowiednio stosowane w nich odczynniki, w zależności od zakresu zastosowania, dzielą się na grupę (ogólną), charakterystyczną i specyficzną.

Reakcje grupowe umożliwiają wyizolowanie ze złożonej mieszaniny substancji pod wpływem odczynnika grupowego całych grup jonów o tej samej charakterystyce analitycznej. Na przykład węglan amonu (NH 4) 2 CO 3 należy do grupy odczynników, ponieważ wraz z jonami Ca 2+, Sr 2+, Ba 2+ tworzy białe węglany nierozpuszczalne w wodzie.

Charakterystyka Są to reakcje obejmujące odczynniki oddziałujące z jednym lub niewielką liczbą jonów. Znak analityczny w tych reakcjach wyraża się najczęściej charakterystyczną barwą. Na przykład dimetyloglioksym jest charakterystycznym odczynnikiem dla jonu Ni 2+ (różowy osad) i jonu Fe 2+ (rozpuszczalny w wodzie związek czerwony).

W analizie jakościowej najważniejsze są reakcje specyficzne. Konkretny reakcja na dany jon to reakcja, która pozwala na jego wykrycie w warunkach eksperymentalnych w mieszaninie z innymi jonami. Taką reakcją jest na przykład reakcja wykrywania jonów, która zachodzi pod wpływem zasady po podgrzaniu:

Uwolniony amoniak można rozpoznać po specyficznym, łatwo rozpoznawalnym zapachu i innych właściwościach.

1.6.1. Marki odczynników

W zależności od konkretnego obszaru zastosowania odczynników nakłada się na nie szereg wymagań. Jednym z nich jest wymóg dotyczący ilości zanieczyszczeń.

Ilość zanieczyszczeń w odczynnikach chemicznych reguluje specjalna dokumentacja techniczna: normy państwowe (GOST), warunki techniczne (TU) itp. Skład zanieczyszczeń może być inny i zwykle jest to wskazane na etykiecie fabrycznej odczynnika.

Odczynniki chemiczne klasyfikuje się według stopnia czystości. W zależności od udziału masowego zanieczyszczeń odczynnikowi przypisuje się klasę. Niektóre marki odczynników przedstawiono w tabeli. 2.

Tabela 2

Marki odczynników

Zwykle w praktyce analizy chemicznej stosuje się odczynniki spełniające kryteria „stopnia analitycznego” i „stopnia odczynnika”. Czystość odczynników podana jest na etykiecie oryginalnego opakowania odczynnika. Niektóre branże wprowadzają własne, dodatkowe kwalifikacje czystości odczynników.

1.6.2. Metody przeprowadzania reakcji analitycznych

Można przeprowadzić reakcje analityczne "mokry" I "suchy" sposoby. Podczas przeprowadzania reakcji "mokry" w wyniku interakcji analitu i odpowiednich odczynników występuje w roztworze. Aby to przeprowadzić, należy najpierw rozpuścić substancję testową. Rozpuszczalnikiem jest zwykle woda lub, jeśli substancja jest nierozpuszczalna w wodzie, inny rozpuszczalnik. Reakcje mokre zachodzą między jonami prostymi lub złożonymi, więc gdy są stosowane, to właśnie te jony są wykrywane.

Metoda „sucha” reakcji polega na tym, że badaną substancję i odczynniki przyjmuje się w stanie stałym, a reakcję pomiędzy nimi prowadzi się poprzez ich podgrzanie do wysokiej temperatury.

Przykładami reakcji prowadzonych „na sucho” są reakcje barwienia płomieniowego solami niektórych metali, powstawanie kolorowych perełek (szkła) tetraboranu sodu (boraksu) lub wodorofosforan sodu i amonu podczas stapiania ich z solami niektórych metali, a także stapiania badanej substancji stałej z „topnikami”, np.: mieszaninami stałego Na 2 CO 3 i K 2 CO 3 lub Na 2 CO 3 i KNO 3.

Do reakcji prowadzonych metodą „na sucho” zalicza się także reakcję zachodzącą podczas mielenia badanej substancji stałej z jakimś stałym odczynnikiem, w wyniku czego mieszanina nabiera koloru.

1.6.3. Analiza systematyczna

Analizę jakościową obiektu można przeprowadzić dwoma różnymi metodami.

Analiza systematyczna - Jest to metoda prowadzenia analizy jakościowej według schematu, w którym ściśle określona jest kolejność operacji dodawania odczynników.

1.6.4. Analiza frakcyjna

Metoda analizy polegająca na wykorzystaniu reakcji, za pomocą których można wykryć pożądane jony w dowolnej kolejności w poszczególnych porcjach roztworu wyjściowego, tj. bez uciekania się do określonego schematu wykrywania jonów analiza frakcyjna.

1.7. Analiza ilościowa

Zadaniem analizy ilościowej jest określenie zawartości (masy lub stężenia) konkretnego składnika w analizowanym obiekcie.

Ważnymi pojęciami analizy ilościowej są pojęcia „substancji określonej” i „substancji roboczej”.

1.7.1. Ustalona substancja. Substancja robocza

Pierwiastek chemiczny, jon, substancja prosta lub złożona, której zawartość określa się w danej próbce analizowanego produktu, nazywa się zwykle „substancja możliwa do zidentyfikowania” (O.V.).

Substancja, za pomocą której dokonuje się tego oznaczenia, nazywa się substancja robocza (R.V.).

1.7.2. Metody wyrażania składu roztworów stosowane w chemii analitycznej

1. Najwygodniejszym sposobem wyrażenia składu roztworu jest stężenie . Stężenie to wielkość fizyczna (wymiarowa lub bezwymiarowa), która określa skład ilościowy roztworu, mieszaniny lub stopu. Rozważając skład ilościowy roztworu, najczęściej chodzi o stosunek ilości rozpuszczonej substancji do objętości roztworu.

Najbardziej powszechne jest stężenie molowe równoważników. Jego symbol, zapisany np. dla kwasu siarkowego, to C ekwiwalent (H 2 SO 4), jednostką miary jest mol/dm 3.

W literaturze istnieją inne oznaczenia tego stężenia. Na przykład C(1/2H 2 SO 4). Ułamek przed wzorem kwasu siarkowego wskazuje, która część cząsteczki (lub jonu) jest równoważna. Nazywa się to współczynnikiem równoważności, oznaczanym przez f eq. Dla H 2 SO 4 f równ. = 1/2. Współczynnik równoważności oblicza się na podstawie stechiometrii reakcji. Liczba pokazująca, ile równoważników znajduje się w cząsteczce, nazywa się liczbą równoważności i oznacza się Z*. f eq = 1/Z*, dlatego stężenie molowe równoważników oznacza się także w ten sposób: C(1/Z*H 2 SO 4).

2. W laboratoriach analitycznych, gdy konieczne jest wykonanie przez długi czas serii pojedynczych analiz przy użyciu jednego wzoru obliczeniowego, często stosuje się współczynnik korygujący, czyli poprawkę K.

Najczęściej poprawka dotyczy substancji roboczej. Współczynnik pokazuje, ile razy stężenie przygotowanego roztworu substancji roboczej różni się od stężenia wyrażonego w liczbach zaokrąglonych (0,1; 0,2; 0,5; 0,01; 0,02; 0,05), z których jedna może znajdować się we wzorze obliczeniowym:

K zapisuje się jako liczby z czterema miejscami po przecinku. Z wpisu: K = 1,2100 k C eq (HCl) = 0,0200 mol/dm 3 wynika, że C eq (HCl) = 0,0200 mol/dm 3 to standardowe stężenie molowe równoważników HCl, wówczas rzeczywiste stężenie oblicza się ze wzoru :

3. Miano- jest to masa substancji zawartej w 1 cm3 objętości roztworu.

Miano najczęściej odnosi się do roztworu substancji roboczej.

Jednostką miana jest g/cm3, miano oblicza się z dokładnością do szóstego miejsca po przecinku. Znając miano substancji roboczej, można obliczyć stężenie molowe równoważników jej roztworu.

(4)

4. Miano substancji roboczej w zależności od oznaczanej substancji- jest to masa oznaczanej substancji, odpowiadająca masie substancji roboczej zawartej w 1 cm 3 roztworu.

5. Udział masowy rozpuszczonej substancji jest równy stosunkowi masy rozpuszczonej substancji A do masy roztworu:

6. Ułamek objętościowy substancji rozpuszczonej jest równy stosunkowi objętości substancji rozpuszczonej A do całkowitej objętości roztworu:

Ułamki masowe i objętościowe są wielkościami bezwymiarowymi. Ale najczęściej wyrażenia do obliczania ułamków masowych i objętościowych są zapisywane w postaci:

; (9)

. (10)

W tym przypadku jednostką w i j jest procent.

Należy zwrócić uwagę na następujące okoliczności:

1. Podczas wykonywania analizy stężenie substancji roboczej musi być dokładne i wyrażone liczbą zawierającą cztery miejsca po przecinku, jeżeli stężenie jest równoważnikiem molowym; lub liczbę zawierającą sześć miejsc po przecinku, jeśli jest to tytuł.

2. We wszystkich wzorach obliczeniowych przyjętych w chemii analitycznej jednostką objętości jest cm 3. Ponieważ wyroby szklane użyte w analizie do pomiaru objętości umożliwiają pomiar objętości z dokładnością do 0,01 cm 3, z taką dokładnością należy podawać liczby wyrażające objętości roztworów analitów i substancji roboczych biorących udział w analizie zapisane.

1.7.3. Metody sporządzania roztworów

Zanim zaczniesz przygotowywać rozwiązanie, powinieneś odpowiedzieć na następujące pytania.

1. W jakim celu przygotowywany jest roztwór (do wykorzystania jako kamper, do wytworzenia określonego pH środowiska itp.)?

2. W jakiej formie najwłaściwiej jest wyrazić stężenie roztworu (w postaci stężenia molowego równoważników, ułamka masowego, miana itp.)?

3. Z jaką dokładnością, tj. Do jakiego miejsca po przecinku należy określić liczbę wyrażającą wybrane stężenie?

4. Jaką objętość roztworu należy przygotować?

5. W zależności od charakteru substancji (płynna czy stała, standardowa czy niestandardowa), jaką metodę przygotowania roztworu należy zastosować?

Roztwór można przygotować na następujące sposoby:

1. Poprzez dokładne ważenie.

Jeśli substancja, z którego należy przygotować rozwiązanie, jest standardem, tj. spełnia określone (wymienione poniżej) wymagania, wówczas roztwór można przygotować na podstawie dokładnego naważenia. Oznacza to, że masę próbki oblicza się i mierzy na wadze analitycznej z dokładnością do czwartego miejsca po przecinku.

Wymagania dla substancji standardowych są następujące:

a) substancja musi mieć strukturę krystaliczną i odpowiadać określonemu wzorowi chemicznemu;

c) substancja musi być stabilna podczas przechowywania w postaci stałej i w roztworze;

d) pożądana jest duża masa molowa równoważnej substancji.

2. Z kanału naprawczego.

Odmianą sposobu przygotowania roztworu za pomocą dokładnego ważenia jest metoda przygotowania roztworu z fixanalu. Rolę dokładnego odważenia pełni dokładna ilość substancji zawarta w szklanej ampułce. Należy pamiętać, że substancja zawarta w ampułce może być standardowa (patrz punkt 1) lub niestandardowa. Okoliczność ta wpływa na sposób i czas przechowywania roztworów substancji niestandardowych przygotowanych z utrwalaczy.

FIXANAL(miano standardowe, dawka normatywna) to zamknięta ampułka zawierająca 0,1000, 0,0500 lub inną liczbę moli równoważnych substancji w postaci suchej lub w postaci roztworu.

Aby przygotować wymagany roztwór, ampułkę rozbija się na lejku wyposażonym w specjalne urządzenie dziurkujące (uderzenie). Jego zawartość przenosi się ilościowo do kolby miarowej o wymaganej pojemności i objętość uzupełnia wodą destylowaną do kreski pierścieniowej.

Nazywa się roztworem przygotowanym przez dokładne ważenie lub z fixanalu miareczkowany, standardowy Lub rozwiązanie standardowe I, ponieważ Jego stężenie po przygotowaniu jest dokładne. Zapisz to jako liczbę z czterema miejscami po przecinku, jeśli jest to stężenie molowe równoważników, i z sześcioma miejscami po przecinku, jeśli jest to miano.

3. Na podstawie przybliżonej wagi.

Jeżeli substancja, z której ma zostać sporządzony roztwór, nie spełnia wymagań dla substancji standardowych i nie ma odpowiedniego utrwalacza, wówczas roztwór przygotowuje się z próbki przybliżonej.

Oblicz masę substancji, którą należy pobrać, aby przygotować roztwór, biorąc pod uwagę jej stężenie i objętość. Masę tę odważa się na wadze technicznej z dokładnością do drugiego miejsca po przecinku i rozpuszcza w kolbie miarowej. Otrzymuje się roztwór o przybliżonym stężeniu.

4. Rozcieńczając bardziej stężony roztwór.

Jeśli substancja jest produkowana przemysłowo w postaci stężonego roztworu (jest oczywiste, że jest to niestandardowa), wówczas jej roztwór o niższym stężeniu można przygotować jedynie poprzez rozcieńczenie stężonego roztworu. Przygotowując w ten sposób roztwór należy pamiętać, że masa rozpuszczonej substancji musi być taka sama zarówno w objętości przygotowanego roztworu, jak i w części stężonego roztworu przyjętej do rozcieńczenia. Znając stężenie i objętość roztworu, który należy przygotować, oblicza się objętość stężonego roztworu, którą należy zmierzyć, biorąc pod uwagę jego udział masowy i gęstość. Odmierzyć objętość cylindrem miarowym, przelać do kolby miarowej, uzupełnić wodą destylowaną do kreski i wymieszać. Przygotowany w ten sposób roztwór ma przybliżone stężenie.

Dokładne stężenie roztworów przygotowanych przez przybliżone ważenie i rozcieńczenie stężonego roztworu określa się metodą analizy grawimetrycznej lub miareczkowej, dlatego roztwory przygotowane tymi metodami, po określeniu ich dokładnego stężenia, nazywane są roztwory o ustalonym mianowaniu, standaryzowane rozwiązania Lub rozwiązania standardowe II.

1.7.4. Wzory stosowane do obliczania masy substancji potrzebnej do przygotowania roztworu

Jeżeli z suchej substancji A przygotowuje się roztwór o danym stężeniu molowym równoważników lub mianie, wówczas masę substancji, którą należy pobrać do przygotowania roztworu, oblicza się ze wzorów:

; (11)

. (12)

Notatka. Jednostką objętości jest cm3.

Masę substancji oblicza się z taką dokładnością, jaką wyznacza sposób przygotowania roztworu.

Wzory obliczeniowe stosowane przy przygotowywaniu roztworów poprzez rozcieńczanie zależą od rodzaju stężenia, które należy uzyskać, i rodzaju stężenia, które należy rozcieńczyć.

1.7.5. Schemat analizy

Głównym wymogiem analizy jest to, aby uzyskane wyniki odpowiadały rzeczywistej zawartości składników. Wyniki analizy spełnią ten wymóg tylko wtedy, gdy wszystkie operacje analityczne zostaną wykonane prawidłowo, w określonej kolejności.

1. Pierwszym krokiem w każdym oznaczeniu analitycznym jest wybór próbki do analizy. Z reguły pobierana jest średnia próbka.

Przeciętna próbka- jest to część analizowanego obiektu, niewielka w stosunku do całej jego masy, której przeciętny skład i właściwości są identyczne (takie same) pod każdym względem z jego przeciętnym składem.

Metody pobierania próbek dla różnych rodzajów produktów (surowców, półproduktów, produktów gotowych z różnych branż) znacznie się od siebie różnią. Pobierając próbki kierują się zasadami szczegółowo opisanymi w instrukcjach technicznych, GOST i specjalnych instrukcjach poświęconych analizie tego typu produktów.

W zależności od rodzaju produktu i rodzaju analizy, próbkę można pobrać w postaci określonej objętości lub określonej masy.

Próbowanie- jest to bardzo odpowiedzialna i ważna operacja przygotowawcza analizy. Nieprawidłowo dobrana próbka może całkowicie zniekształcić wyniki i w takim przypadku prowadzenie dalszych analiz nie ma sensu.

2. Przygotowanie próbki do analizy. Próbka pobrana do analizy nie zawsze jest przygotowywana w jakiś specjalny sposób. Przykładowo, przy określaniu wilgotności mąki, chleba i wyrobów piekarniczych metodą arbitrażową, należy odważyć pewną próbkę każdego produktu i umieścić ją w suszarce. Najczęściej analizuje się roztwory otrzymane w wyniku odpowiedniej obróbki próbki. W tym przypadku zadanie przygotowania próbki do analizy sprowadza się do następujących kwestii. Próbkę poddaje się takiej obróbce, w której ilość analizowanego składnika zostaje zachowana i całkowicie przechodzi do roztworu. W takim przypadku może zaistnieć konieczność wyeliminowania substancji obcych, które mogą znajdować się w analizowanej próbce wraz z oznaczanym składnikiem.

Przygotowanie próbki do analizy oraz pobranie próbki opisane są w dokumentacji regulacyjnej i technicznej, zgodnie z którą przeprowadzane są analizy surowców, półproduktów i wyrobów gotowych. Spośród operacji chemicznych wchodzących w skład procedury przygotowania próbki do analizy można wymienić taką, która często wykorzystywana jest przy przygotowywaniu próbek surowców, półproduktów i wyrobów gotowych w przemyśle spożywczym – jest to operacja spopielania.

Spopielanie to proces przekształcania dowolnego produktu (materiału) w popiół. Poprzez spopielanie przygotowuje się próbkę do oznaczania np. jonów metali. Próbka jest spalana w określonych warunkach. Pozostały popiół rozpuszcza się w odpowiednim rozpuszczalniku. Otrzymuje się rozwiązanie, które poddaje się analizie.

3. Pozyskiwanie danych analitycznych. Podczas analizy przygotowaną próbkę poddaje się działaniu substancji odczynnika lub pewnego rodzaju energii. Prowadzi to do pojawienia się sygnałów analitycznych (zmiana koloru, pojawienie się nowego promieniowania itp.). Powstały sygnał może być: a) zarejestrowany; b) uwzględnić moment, w którym należy zmierzyć określony parametr w analizowanym układzie, np. objętość substancji roboczej.

4. Przetwarzanie danych analitycznych.

A) Uzyskane pierwotne dane analityczne służą do obliczenia wyników analizy.

Sposoby przekształcania danych analitycznych w wyniki analiz mogą się różnić.

1. Metoda obliczeniowa. Metodę tę bardzo często stosuje się np. w ilościowej analizie chemicznej. Po zakończeniu analizy uzyskuje się objętość substancji roboczej zużytej na reakcję z oznaczaną substancją. Następnie objętość tę podstawiamy do odpowiedniego wzoru i wyliczamy wynik analizy – oznaczamy masę lub stężenie badanej substancji.

2. Metoda wykresu kalibracji.

3. Metoda porównawcza.

4. Metoda addytywna.

5. Metoda różnicowa.

Te metody przetwarzania danych analitycznych stosowane są w instrumentalnych metodach analizy, przy badaniu których będzie można się z nimi szczegółowo zapoznać.

B) Uzyskane wyniki analiz należy przetwarzać zgodnie z zasadami statystyki matematycznej, które omówiono w punkcie 1.8.

5. Określenie znaczenia społeczno-gospodarczego wyniku analizy. Ten etap jest ostateczny. Po przeprowadzeniu analizy i otrzymaniu wyniku konieczne jest ustalenie zgodności jakości produktu z wymaganiami dokumentacji regulacyjnej.

1.7.6. Metoda i technika analizy

Aby przejść od teorii dowolnej metody chemii analitycznej do konkretnej metody wykonywania analizy, należy rozróżnić pojęcia „metoda analizy” i „metoda analizy”.

Kiedy mówimy o metodzie analizy, oznacza to, że uwzględniane są reguły, dzięki którym możliwe jest uzyskanie danych analitycznych i ich interpretacja (patrz sekcja 1.4).

Metoda analizy- jest to szczegółowy opis wszystkich czynności analitycznych, w tym pobrania i przygotowania próbek (ze wskazaniem stężeń wszystkich roztworów do badań).

Wraz z praktycznym zastosowaniem każdej metody analizy opracowuje się wiele technik analizy. Różnią się one charakterem analizowanych obiektów, sposobem pobierania i przygotowania próbek, warunkami przeprowadzania poszczególnych czynności analitycznych itp.

Przykładowo w pracowni laboratoryjnej poświęconej analizie ilościowej wykonywane są m.in. prace laboratoryjne „Permanganatometryczne oznaczanie Fe 2+ w roztworze soli Mohra”, „Jodometryczne oznaczanie Cu 2+”, „Dichromatometryczne oznaczanie Fe 2+”. Metody ich wykonywania są zupełnie różne, ale opierają się na tej samej metodzie analizy „redoksymetrii”.

1.7.7. Charakterystyka analityczna metod analitycznych

Aby metody lub techniki analizy mogły być porównywane lub oceniane ze sobą, co odgrywa ważną rolę w ich wyborze, każda metoda i technika ma swoje własne cechy analityczne i metrologiczne. Charakterystyki analityczne obejmują: współczynnik czułości (granica wykrywalności), selektywność, czas trwania, produktywność.

Granica wykrywalności(C min., p) to najniższa zawartość, przy której tą metodą można wykryć obecność składnika analitu z zadanym prawdopodobieństwem ufności. Prawdopodobieństwo ufności - P to odsetek przypadków, w których średnia arytmetyczna wyniku dla danej liczby oznaczeń będzie mieścić się w określonych granicach.

W chemii analitycznej z reguły stosuje się poziom ufności P = 0,95 (95%).

Innymi słowy, P jest prawdopodobieństwem wystąpienia błędu losowego. Pokazuje, ile eksperymentów na 100 daje wyniki uważane za prawidłowe w ramach zadanej dokładności analizy. Przy P = 0,95 - 95 na 100.

Selektywność testu charakteryzuje możliwość oznaczenia danego składnika w obecności substancji obcych.

Wszechstronność- możliwość jednoczesnego wykrywania wielu składników z jednej próbki.

Czas trwania analizy- czas poświęcony na jego realizację.

Wydajność analizy- liczba równoległych próbek, które można poddać analizie w jednostce czasu.

1.7.8. Charakterystyka metrologiczna metod analitycznych

Oceniając metody lub techniki analizy z punktu widzenia nauki o pomiarach - metrologii - zwraca się uwagę na następujące cechy: zakres oznaczanych treści, poprawność (dokładność), odtwarzalność, zbieżność.

Przedział określonej zawartości- jest to obszar przewidziany tą techniką, w którym mieszczą się wartości ustalonych ilości składników. Zwyczajowo jest to również zauważane dolna granica oznaczanej zawartości(C n) - najmniejsza wartość oznaczanej zawartości, ograniczająca zakres oznaczanej zawartości.

Poprawność (dokładność) analizy jest zbliżeniem uzyskanych wyników do prawdziwej wartości wyznaczanej wielkości.

Powtarzalność i spójność wyników analizy są zdeterminowane rozrzutem wyników powtarzanych analiz i spowodowane są obecnością błędów losowych.

Konwergencja charakteryzuje rozproszenie wyników w ustalonych warunkach eksperymentalnych, oraz odtwarzalność- w zmieniających się warunkach doświadczalnych.

Wszystkie cechy analityczne i metrologiczne metody lub procedury analitycznej są podane w ich instrukcjach.

Charakterystyki metrologiczne uzyskuje się poprzez przetwarzanie wyników uzyskanych w serii powtarzanych analiz. Wzory do ich obliczeń podano w punkcie 1.8.2. Są one podobne do formuł stosowanych do statycznego przetwarzania wyników analiz.

1.8. Błędy (błędy) w analizie

Bez względu na to, jak dokładnie przeprowadza się to czy inne oznaczenie ilościowe, uzyskany wynik z reguły nieco różni się od rzeczywistej zawartości oznaczanego składnika, tj. wynik analizy uzyskuje się zawsze z pewną niedokładnością - błędem.

Błędy pomiarowe dzieli się na systematyczne (pewne), losowe (niepewne) i duże lub chybione.

Błędy systematyczne- są to błędy o stałej wartości lub różniące się w zależności od określonego prawa. Mogą mieć charakter metodologiczny, w zależności od specyfiki zastosowanej metody analizy. Mogą one zależeć od zastosowanych przyrządów i odczynników, od nieprawidłowego lub niewystarczająco dokładnego wykonania czynności analitycznych, od indywidualnych cech osoby przeprowadzającej analizę. Błędy systematyczne są trudne do zauważenia, ponieważ mają charakter stały i pojawiają się przy powtarzających się oznaczeniach. Aby uniknąć tego typu błędów, należy wyeliminować ich źródło lub wprowadzić odpowiednią korektę wyniku pomiaru.

Losowe błędy nazywane są błędami o niepewnej wielkości i znaku, w wyglądzie każdego z nich nie obserwuje się żadnego wzoru.

Przy każdym pomiarze, w tym przy każdym oznaczeniu analitycznym, niezależnie od tego, jak starannie jest on przeprowadzany, pojawiają się błędy losowe. Ich obecność powoduje, że powtarzane oznaczenia tego czy innego składnika w danej próbce, wykonywane tą samą metodą, dają zazwyczaj nieco inne wyniki.

W przeciwieństwie do błędów systematycznych, błędów losowych nie można uwzględnić ani wyeliminować poprzez wprowadzenie jakichkolwiek poprawek. Można je jednak znacząco ograniczyć poprzez zwiększenie liczby równoległych oznaczeń. Wpływ błędów przypadkowych na wynik analizy można uwzględnić teoretycznie, przetwarzając wyniki uzyskane w serii równoległych oznaczeń danej składowej metodami statystyki matematycznej.

Dostępność rażące błędy Lub tęskni objawia się tym, że wśród stosunkowo podobnych wyników znajduje się jedna lub kilka wartości, które zauważalnie wyróżniają się wielkością z ogólnego szeregu. Jeżeli różnica jest na tyle duża, że można mówić o dużym błędzie, wówczas pomiar ten natychmiast odrzuca się. Jednak w większości przypadków nie da się od razu rozpoznać, że inny wynik jest nieprawidłowy, jedynie na podstawie „wyskoczenia” z szeregu ogólnego i dlatego konieczne jest przeprowadzenie dodatkowych badań.

Zdarzają się przypadki, gdy nie ma sensu przeprowadzać dodatkowych badań, a jednocześnie niepożądane jest wykorzystywanie błędnych danych do obliczenia ogólnego wyniku analizy. W takim przypadku obecność rażących błędów lub chybień ustala się zgodnie z kryteriami statystyki matematycznej.

Znanych jest kilka takich kryteriów. Najprostszym z nich jest test Q.

1.8.1. Ustalanie obecności rażących błędów (chybień)

W analizie chemicznej zawartość składnika w próbce określa się z reguły za pomocą niewielkiej liczby równoległych oznaczeń (n £ 3). Do obliczenia błędów oznaczeń w tym przypadku stosuje się metody statystyki matematycznej opracowane dla niewielkiej liczby oznaczeń. Wyniki tej niewielkiej liczby oznaczeń uważa się za wybrane losowo - próbka- ze wszystkich możliwych wyników populacji ogólnej w danych warunkach.

Dla małych próbek z liczbą pomiarów n<10 определение грубых погрешностей можно оценивать при помощи zakres zmienności zgodnie z kryterium Q. Aby to zrobić, uzupełnij proporcję:

, (13)

gdzie X 1 jest podejrzanie wyraźnym wynikiem analizy;

X 2 - wynik pojedynczego oznaczenia, najbliższy wartości X 1;

R – zakres zmienności – różnica pomiędzy największą i najmniejszą wartością szeregu pomiarów, tj. R = Xmaks. - X min.

Obliczoną wartość Q porównuje się z wartością tabelaryczną Q (p, f). Występowanie błędu grubego zostaje udowodnione, jeżeli Q > Q (p, f).

Wynik uznany za błąd gruby jest wyłączony z dalszego rozpatrywania.

Kryterium Q nie jest jedynym wskaźnikiem, na podstawie którego wartości można ocenić obecność błędu brutto, ale oblicza się go szybciej niż inne, ponieważ pozwala natychmiast wyeliminować rażące błędy bez wykonywania innych obliczeń.

Pozostałe dwa kryteria są dokładniejsze, ale wymagają pełnego obliczenia błędu, tj. obecność rażącego błędu można określić jedynie poprzez wykonanie pełnego matematycznego przetwarzania wyników analizy.

Błędy rażące można również zidentyfikować:

A) Według odchylenia standardowego. Wynik X i jest uważany za poważny błąd i odrzucany, jeśli

. (14)

B) Dokładność pomiaru bezpośredniego. Wynik X i jest odrzucany, jeśli

. (15)

O ilościach wskazanych znakami , omówione w rozdziale 1.8.2.

1.8.2. Statystyczne przetwarzanie wyników analiz

Statystyczne przetwarzanie wyników ma dwa główne cele.

Pierwszym zadaniem jest przedstawienie wyniku definicji w zwartej formie.

Drugim zadaniem jest ocena wiarygodności uzyskanych wyników, tj. stopień ich zgodności z rzeczywistą zawartością oznaczanego w próbce składnika. Problem ten rozwiązuje się poprzez obliczenie powtarzalności i dokładności analizy za pomocą podanych poniżej wzorów.

Jak już wspomniano, odtwarzalność charakteryzuje rozrzut wyników powtarzanych analiz i jest zdeterminowana obecnością błędów losowych. Powtarzalność analizy ocenia się na podstawie wartości odchylenia standardowego, względnego odchylenia standardowego i dyspersji.

Ogólną charakterystykę rozproszenia danych wyznacza wartość odchylenia standardowego S.

Czasami, oceniając powtarzalność analizy, określa się względne odchylenie standardowe Sr.

Odchylenie standardowe ma tę samą jednostkę miary, co średnia lub prawdziwa wartość m określanej wielkości.

Im niższe wartości odchylenia bezwzględnego (S) i względnego (Sr), tym lepsza odtwarzalność metody lub techniki analizy.

Rozproszenie danych analizy wokół średniej oblicza się jako wariancję S 2 .

(18)

W prezentowanych wzorach: Xi jest odrębną wartością uzyskaną w trakcie analizy; - średnia arytmetyczna wyników uzyskanych ze wszystkich pomiarów; n - liczba pomiarów; ja = 1…n.

Dokładność lub precyzję analizy charakteryzuje przedział ufności średniej wartości p, f. Jest to obszar, w którym przy braku błędów systematycznych mieści się prawdziwa wartość mierzonej wartości z prawdopodobieństwem ufności P.

, (19)

gdzie p, f - przedział ufności, tj. granice ufności, w których może mieścić się wartość wyznaczonej wielkości X.

W tym wzorze t p, f to współczynnik Studenta; f jest liczbą stopni swobody; f = n – 1; P – prawdopodobieństwo ufności (patrz 1.7.7); t p, f - podana tabela.

Odchylenie standardowe średniej arytmetycznej. (20)

Przedział ufności oblicza się albo jako błąd bezwzględny w tych samych jednostkach, w których wyrażony jest wynik analizy, albo jako błąd względny DХ o (w%):

Dlatego wynik analizy można przedstawić jako:

. (23)

Przetwarzanie wyników analiz jest znacznie uproszczone, jeśli podczas wykonywania analiz (próbek kontrolnych lub wzorcowych) znana jest rzeczywista zawartość (m) oznaczanego składnika. Obliczane są błędy bezwzględne (DX) i względne (DX o, %).

DX = X - m (24)

1.8.3. Porównanie dwóch średnich wyników przeprowadzonej analizy

różne metody

W praktyce zdarzają się sytuacje, gdy obiekt wymaga analizy różnymi metodami, w różnych laboratoriach, przez różnych analityków. W takich przypadkach uzyskuje się wyniki średnie, które różnią się od siebie. Obydwa wyniki charakteryzują się pewnym przybliżeniem prawdziwej wartości pożądanej wielkości. Aby sprawdzić, czy można ufać obu wynikom, sprawdza się, czy różnica między nimi jest istotna statystycznie, tj. "za duży. Średnie wartości pożądanej ilości uważa się za zgodne, jeśli należą do tej samej populacji. Można to rozwiązać na przykład za pomocą kryterium Fishera (kryterium F).

gdzie są wariancje obliczone dla różnych serii analiz.

F ex jest zawsze większe niż jeden, ponieważ jest on równy stosunkowi większej wariancji do mniejszej. Obliczoną wartość F ex porównuje się z wartością tabeli F. (prawdopodobieństwo ufności P i liczba stopni swobody f dla wartości eksperymentalnych i tabelarycznych powinny być takie same).

Porównując tabelę F ex i F, możliwe są opcje.

A) Zakładka F ex >F. Rozbieżność pomiędzy wariancjami jest znaczna, a badane próbki różnią się powtarzalnością.

B) Jeżeli F ex jest znacznie mniejsze niż tabela F, wówczas różnica w odtwarzalności jest losowa i obie wariancje są przybliżonymi szacunkami tej samej wariancji populacji ogólnej dla obu próbek.

Jeżeli rozbieżność pomiędzy wariancjami jest niewielka, można określić, czy istnieje istotna statystycznie różnica w średnich wynikach analizy uzyskanych różnymi metodami. Aby to zrobić, użyj współczynnika Studenta t p, f. Oblicz średnie ważone odchylenie standardowe i t ex.

; (27)

gdzie są średnie wyniki porównywanych próbek;

n 1, n 2 - liczba pomiarów w pierwszej i drugiej próbce.

Porównaj t ex z tabelą t przy liczbie stopni swobody f = n 1 + n 2 -2.

Jeśli t ex > t table, to rozbieżność między nimi jest znaczna, próbki nie należą do tej samej populacji ogólnej, a prawdziwe wartości w każdej próbie są różne. Jeśli t np< t табл, можно все данные рассматривать как единую выборочную совокупность для (n 1 +n 2) результатов.

PYTANIA KONTROLNE

1. Czym zajmuje się chemia analityczna?

2. Jaka jest metoda analizy?

3. Jakie grupy metod analitycznych uwzględnia chemia analityczna?

4. Jakimi metodami można przeprowadzić analizę jakościową?

5. Czym są cechy analityczne? Jakie mogą być?

6. Co to jest odczynnik?

7. Jakie odczynniki są potrzebne do przeprowadzenia analizy systematycznej?

8. Co to jest analiza frakcyjna? Jakie odczynniki są potrzebne do jego wykonania?

9. Co oznaczają litery „kh.ch.”, „ch.d.a”? na etykiecie odczynnika chemicznego?

10.Jakie jest zadanie analizy ilościowej?

11.Jaka jest substancja robocza?

12. W jaki sposób można przygotować roztwór substancji roboczej?

13.Co to jest substancja standardowa?

14.Co oznaczają pojęcia „rozwiązanie standardowe I” i „rozwiązanie standardowe II”?

15.Jakie jest oznaczone miano i miano substancji roboczej?

16.Jak w skrócie oznacza się stężenie molowe równoważników?

Istotną rolę w kształceniu specjalistów w dziedzinie inżynierii środowiska odgrywa kurs chemii fizycznej i koloidalnej, obejmujący fizyczne i chemiczne metody analizy oraz metody separacji i oczyszczania. Główne gałęzie chemii fizycznej - kinetyka chemiczna i termodynamika chemiczna - stanowią podstawę teoretyczną dla innych działów chemii, a także technologii chemicznej oraz metod rozdzielania i oczyszczania substancji. Pomiary właściwości fizykochemicznych substancji stanowią podstawę wielu nowoczesnych instrumentalnych (fizykochemicznych) metod analizy i monitorowania stanu środowiska. Ponieważ większość obiektów naturalnych to układy koloidalne, konieczne jest przestudiowanie podstaw chemii koloidalnej.

Niebezpieczeństwo skażenia środowiska produktami zawierającymi szkodliwe substancje można znacznie zmniejszyć poprzez dokładne czyszczenie produktów. Chemiczne metody czyszczenia obejmują obróbkę odczynnikami neutralizującymi szkodliwe składniki. Konieczna jest znajomość szybkości i kompletności reakcji, ich zależności od warunków zewnętrznych oraz umiejętność obliczenia stężenia odczynników zapewniających wymagany stopień oczyszczenia. Szeroko stosowane są również metody oczyszczania fizykochemicznego, obejmujące rektyfikację, ekstrakcję, sorpcję, wymianę jonową i chromatografię.

Studiowanie kierunku chemii fizycznej i koloidalnej przez studentów specjalności ochrony środowiska (nr №) obejmuje opanowanie kursu teoretycznego (wykładowego), seminariów z chemii analitycznej, w tym fizycznych i chemicznych metod analizy, metod separacji i oczyszczania, chromatografii i przekrojów koloidalnych chemia, prace laboratoryjne i ćwiczenia praktyczne, a także praca samodzielna, obejmująca wykonanie trzech zadań domowych. Podczas zajęć laboratoryjnych i praktycznych studenci nabywają umiejętności przeprowadzania eksperymentów fizycznych i chemicznych, sporządzania wykresów, matematycznego przetwarzania wyników pomiarów i analizy błędów. W trakcie realizacji zadań laboratoryjnych, praktycznych i domowych studenci nabywają umiejętność pracy z literaturą przedmiotu.

Seminaria z chemii analitycznej i koloidalnej

Seminarium 1. Przedmiot chemii analitycznej. Klasyfikacja metod analitycznych. Metrologia. Klasyczne metody analizy ilościowej.

Specjaliści zajmujący się inżynierią środowiska potrzebują w miarę pełnych informacji na temat składu chemicznego surowców, produktów produkcyjnych, odpadów produkcyjnych oraz środowiska - powietrza, wody i gleby; Szczególną uwagę należy zwrócić na identyfikację substancji szkodliwych i określenie ich ilości. Ten problem został rozwiązany chemia analityczna - nauka o określaniu składu chemicznego substancji. Analiza chemiczna jest głównym i niezbędnym sposobem kontroli zanieczyszczeń środowiska.

Superkrótkie studia z tego działu chemii nie kwalifikują chemika-analityka, jego celem jest zapoznanie się z minimalnym zakresem wiedzy wystarczającej do postawienia przed chemikiem konkretnych zadań, skupienia się na możliwościach określonych metod analitycznych i zrozumienia znaczenia uzyskane wyniki analityczne.

Klasyfikacja metod analitycznych

Rozróżnia się analizę jakościową i ilościową. Pierwszy określa obecność określonych składników, drugi - ich zawartość ilościową. Badając skład substancji, analiza jakościowa zawsze poprzedza analizę ilościową, ponieważ wybór metody analizy ilościowej zależy od składu jakościowego badanego obiektu. Metody analizy dzielą się na chemiczne i fizykochemiczne. Chemiczne metody analizy opierają się na przemianie analitu w nowe związki posiadające określone właściwości. Skład substancji jest określony przez tworzenie charakterystycznych związków pierwiastków.

Analiza jakościowa związków nieorganicznych opiera się na reakcjach jonowych i pozwala na wykrycie pierwiastków w postaci kationów i anionów. Na przykład jony Cu 2+ można zidentyfikować poprzez utworzenie złożonego jonu 2+ o jasnoniebieskim kolorze. Analizując związki organiczne, zwykle oznacza się C, H, N, S, P, Cl i inne pierwiastki. Węgiel i wodór oznacza się po spaleniu próbki, rejestrując uwolniony dwutlenek węgla i wodę. Istnieje wiele technik wykrywania innych pierwiastków.

Analiza jakościowa dzieli się na cząstkową i systematyczną.

Analiza frakcyjna polega na wykorzystaniu specyficznych i selektywnych reakcji, za pomocą których można wykryć pożądane jony w dowolnej kolejności w poszczególnych porcjach badanego roztworu. Analiza frakcyjna pozwala szybko oznaczyć ograniczoną liczbę jonów (od jednego do pięciu) zawartych w mieszaninie, której skład jest w przybliżeniu znany.

Analiza systematyczna to specyficzna sekwencja wykrywania poszczególnych jonów po znalezieniu i usunięciu z roztworu wszystkich innych jonów zakłócających.

Poszczególne grupy jonów izolowane są na podstawie podobieństw i różnic we właściwościach jonów za pomocą tzw. odczynników grupowych – substancji, które reagują jednakowo z całą grupą jonów. Grupy jonów dzielimy na podgrupy, a te z kolei na pojedyncze jony, które wykrywamy za pomocą tzw. reakcje analityczne charakterystyczne dla tych jonów. Takim reakcjom koniecznie towarzyszy znak analityczny, to znaczy efekt zewnętrzny - tworzenie się osadu, uwalnianie gazu, zmiana koloru roztworu.

Reakcja analityczna ma właściwości specyficzności, selektywności i czułości.

Specyficzność pozwala wykryć dany jon w określonych warunkach w obecności innych jonów na podstawie tej lub innej cechy charakterystycznej (kolor, zapach itp.). Takich reakcji jest stosunkowo niewiele (na przykład reakcja wykrywania jonu NH4 + przez działanie zasady na substancję po podgrzaniu). Ilościowo specyficzność reakcji ocenia się na podstawie wartości współczynnika granicznego, równego stosunkowi stężeń oznaczanego jonu i jonów zakłócających. Na przykład możliwa jest reakcja kropelkowa na jon Ni 2+ przez działanie dimetyloglioksymu w obecności jonów Co 2+ przy ograniczającym stosunku Ni 2+ do Co 2+ równym 1: 5000.

O selektywności (lub selektywności) reakcji decyduje fakt, że podobny efekt zewnętrzny jest możliwy tylko przy ograniczonej liczbie jonów, z którymi reakcja daje pozytywny efekt. Stopień selektywności (selektywności) jest tym większy, im mniejsza jest liczba jonów, z którymi reakcja daje pozytywny efekt.

Czułość reakcji charakteryzuje się szeregiem wzajemnie powiązanych wielkości: granicą wykrywalności i granicą rozcieńczenia. Na przykład granica wykrywalności w reakcji mikrokrystaloskopowej na jon Ca 2+ pod działaniem kwasu siarkowego wynosi 0,04 μg Ca 2+ w kropli roztworu. Maksymalne rozcieńczenie (V pre, ml) oblicza się ze wzoru: V pre = V · 10 2 / C min, gdzie V to objętość roztworu (ml). Rozcieńczenie graniczne pokazuje objętość roztworu (w ml), która zawiera 1 g oznaczanego jonu. Na przykład w reakcji jonu K + z heksanitrozokobaltanem sodu - Na 3 powstaje żółty krystaliczny osad K2 Na. Czułość tej reakcji charakteryzuje się granicą rozcieńczenia wynoszącą 1:50000. Oznacza to, że za pomocą tej reakcji można otworzyć jon potasu w roztworze zawierającym co najmniej 1 g potasu w 50 000 ml wody.

Chemiczne metody analizy jakościowej mają praktyczne znaczenie tylko dla niewielkiej liczby pierwiastków. Do analiz wielopierwiastkowych, molekularnych, a także funkcjonalnych (określanie charakteru grup funkcyjnych) stosuje się metody fizykochemiczne.

Składniki dzielą się na główne (1 - 100% wag.), drugorzędne (0,01 - 1% wag.) i zanieczyszczenia lub śladowe (mniej niż 0,01% wag.).

W zależności od masy i objętości analizowanej próbki wyróżnia się makroanalizę (0,5 – 1 g lub 20 – 50 ml),

półmikroanaliza (0,1 – 0,01 g lub 1,0 – 0,1 ml),

mikroanaliza (10 -3 - 10 -6 g lub 10 -1 - 10 -4 ml),

ultramikroanaliza (10 -6 - 10 -9 g lub 10 -4 - 10 -6 ml),

submikroanaliza (10 -9 - 10 -12 g lub 10 -7 - 10 -10 ml).

Analizowanymi składnikami mogą być atomy i jony, izotopy pierwiastków, cząsteczki, grupy funkcyjne i rodniki, fazy.

Klasyfikacja ze względu na charakter oznaczanych cząstek:

1.izotopowy (fizyczny)

2. elementarny lub atomowy

3. molekularny

4. grupa strukturalna (pośrednia między atomową a molekularną) - oznaczanie poszczególnych grup funkcyjnych w cząsteczkach związków organicznych.

5. faza - analiza wtrąceń w obiektach niejednorodnych, np. minerałach.

Inne rodzaje analizy klasyfikacyjnej:

Brutto i lokalnie.

Niszczące i nieniszczące.

Kontakt i zdalnie.

Dyskretny i ciągły.

Ważnymi cechami procedury analitycznej są szybkość metody (szybkość analizy), koszt analizy i możliwość jej automatyzacji.

4.2. METODY CHROMATOGRAFICZNE

4.3. METODY CHEMICZNE

4.4. METODY ELEKTROCHEMICZNE

4,5. METODY SPEKTROSKOPOWE

4.6. METODY SPEKTROMETRII MAS

4.7. METODY ANALIZY OPARTE NA PROMIENIOAKTYWNOŚCI

4.8. METODY TERMICZNE

4.9. METODY ANALIZY BIOLOGICZNEJ

5. WNIOSEK

6. WYKAZ WYKORZYSTANYCH BIBLIOGRAFII

WSTĘP

Analiza chemiczna służy do monitorowania produkcji i jakości produktów w wielu sektorach gospodarki narodowej. Poszukiwania minerałów opierają się w różnym stopniu na wynikach analiz. Analiza jest głównym sposobem monitorowania zanieczyszczenia środowiska. Określenie składu chemicznego gleb, nawozów, pasz i produktów rolnych jest ważne dla normalnego funkcjonowania kompleksu rolno-przemysłowego. Analiza chemiczna jest niezbędna w diagnostyce medycznej i biotechnologii. Rozwój wielu nauk uzależniony jest od poziomu analizy chemicznej oraz wyposażenia laboratorium w metody, instrumenty i odczynniki.

Naukową podstawą analizy chemicznej jest chemia analityczna, nauka, która od wieków stanowi część, a czasem główną część chemii.

Chemia analityczna to nauka zajmująca się określaniem składu chemicznego substancji i częściowo ich struktury chemicznej. Metody chemii analitycznej pozwalają odpowiedzieć na pytania dotyczące tego, z czego składa się substancja i jakie składniki wchodzą w jej skład. Metody te często pozwalają dowiedzieć się, w jakiej formie dany składnik występuje w substancji, np. określić stopień utlenienia pierwiastka. Czasem możliwe jest oszacowanie przestrzennego rozmieszczenia elementów.

Opracowując metody, często trzeba zapożyczać pomysły z pokrewnych dziedzin nauki i dostosowywać je do swoich celów. Zadaniem chemii analitycznej jest opracowywanie podstaw teoretycznych metod, ustalanie granic ich stosowalności, ocena właściwości metrologicznych i innych oraz tworzenie metod analizy różnych obiektów.

Metody i środki analizy stale się zmieniają: stosuje się nowe podejścia, stosuje się nowe zasady i zjawiska, często z odległych dziedzin wiedzy.

Przez metodę analizy rozumie się dość uniwersalną i teoretycznie uzasadnioną metodę określania składu, niezależnie od oznaczanego składnika i przedmiotu analizowanego. Kiedy mówią o metodzie analizy, mają na myśli podstawową zasadę, ilościowy wyraz związku między składem a dowolną mierzoną właściwością; wybrane techniki realizacji, w tym identyfikacja i eliminacja zakłóceń; urządzenia do praktycznego zastosowania i metody przetwarzania wyników pomiarów. Technika analizy to szczegółowy opis analizy danego obiektu wybraną metodą.

Można wyróżnić trzy funkcje chemii analitycznej jako dziedziny wiedzy:

1. rozwiązywanie ogólnych problemów analizy,

2. rozwój metod analitycznych,

3. rozwiązywanie konkretnych problemów analitycznych.

Możesz także podkreślić jakościowy I ilościowy testy. Pierwsza rozwiązuje pytanie, jakie składniki zawiera analizowany obiekt, druga dostarcza informacji o zawartości ilościowej wszystkich lub poszczególnych składników.

2. KLASYFIKACJA METOD

Wszystkie istniejące metody chemii analitycznej można podzielić na metody pobierania próbek, rozkładu próbki, rozdzielania składników, wykrywania (identyfikacji) i oznaczania. Istnieją metody hybrydowe, które łączą separację i oznaczanie. Metody wykrywania i definicji mają ze sobą wiele wspólnego.

Metody oznaczania mają ogromne znaczenie. Można je klasyfikować ze względu na charakter mierzonej właściwości lub metodę rejestracji odpowiedniego sygnału. Metody oznaczania dzielą się na chemiczny , fizyczny I biologiczny. Metody chemiczne opierają się na reakcjach chemicznych (w tym elektrochemicznych). Dotyczy to również metod zwanych fizykochemicznymi. Metody fizyczne opierają się na zjawiskach i procesach fizycznych, metody biologiczne opierają się na zjawisku życia.

Główne wymagania stawiane metodom chemii analitycznej to: dokładność i dobra powtarzalność wyników, niska granica wykrywalności wymaganych składników, selektywność, szybkość, łatwość analizy i możliwość jej automatyzacji.

Wybierając metodę analizy, musisz jasno znać cel analizy, zadania, które należy rozwiązać, a także ocenić zalety i wady dostępnych metod analizy.

3. SYGNAŁ ANALITYCZNY

Po pobraniu i przygotowaniu próbki rozpoczyna się etap analizy chemicznej, na którym wykrywany jest składnik lub określana jest jego ilość. W tym celu mierzą sygnał analityczny. W większości metod sygnałem analitycznym jest średnia z pomiarów wielkości fizycznej na końcowym etapie analizy, funkcjonalnie powiązana z zawartością oznaczanego składnika.

Jeśli konieczne jest wykrycie dowolnego komponentu, zwykle jest on naprawiany wygląd sygnał analityczny - pojawienie się osadu, koloru, linii w widmie itp. Należy wiarygodnie zarejestrować pojawienie się sygnału analitycznego. Przy określaniu ilości składnika dokonuje się jego pomiaru ogrom sygnał analityczny - masa osadu, natężenie prądu, natężenie linii widmowej itp.

4. METODY CHEMII ANALITYCZNEJ

4.1. METODY MASKOWANIA, SEPARACJI I ZATĘŻANIA

Maskowanie.

Maskowanie to hamowanie lub całkowite tłumienie reakcji chemicznej w obecności substancji, które mogą zmienić jej kierunek lub prędkość. W tym przypadku nie tworzy się żadna nowa faza. Istnieją dwa rodzaje maskowania: termodynamiczny (równowaga) i kinetyczny (nierównowaga). Przy maskowaniu termodynamicznym powstają warunki, w których warunkowa stała reakcji zmniejsza się do tego stopnia, że reakcja przebiega w niewielkim stopniu. Stężenie zamaskowanego składnika staje się niewystarczające, aby wiarygodnie zarejestrować sygnał analityczny. Maskowanie kinetyczne polega na zwiększaniu różnicy między szybkościami reakcji substancji maskowanej i substancji analitycznej z tym samym odczynnikiem.

Separacja i koncentracja.

Konieczność rozdzielenia i zagęszczenia może wynikać z następujących czynników: próbka zawiera składniki zakłócające oznaczenie; stężenie oznaczanego składnika jest poniżej granicy wykrywalności metody; oznaczane składniki są nierównomiernie rozmieszczone w próbce; nie ma wzorców próbek do wzorcowania przyrządów; próbka jest wysoce toksyczna, radioaktywna i kosztowna.

Separacja to operacja (proces), w wyniku której następuje oddzielenie od siebie składników tworzących mieszaninę wyjściową.

Stężenie to operacja (proces), w wyniku której następuje zwiększenie stosunku stężenia lub ilości mikroskładników do stężenia lub ilości makroskładników.

Opady i współstrącanie.

Opady są zwykle stosowane do oddzielania substancji nieorganicznych. Wytrącanie mikroskładników za pomocą odczynników organicznych, a zwłaszcza ich współstrącanie, zapewnia wysoki współczynnik koncentracji. Metody te stosuje się w połączeniu z metodami oznaczania, które mają na celu uzyskanie sygnału analitycznego z próbek stałych.

Rozdział przez wytrącanie opiera się na różnej rozpuszczalności związków, głównie w roztworach wodnych.

Współstrącanie to rozkład mikroskładnika pomiędzy roztworem a osadem.

Ekstrakcja.

Ekstrakcja to fizykochemiczny proces rozdziału substancji pomiędzy dwie fazy, najczęściej pomiędzy dwie niemieszające się ciecze. Jest to także proces przenoszenia masy z reakcjami chemicznymi.

Metody ekstrakcyjne nadają się do zatężania, ekstrakcji mikroskładników lub makroskładników, indywidualnej i grupowej izolacji składników w analizie różnorodnych obiektów przemysłowych i naturalnych. Metoda jest prosta i szybka w wykonaniu, zapewnia wysoką skuteczność separacji i zatężania oraz jest kompatybilna z różnymi metodami oznaczania. Ekstrakcja pozwala badać stan substancji w roztworze w różnych warunkach i określać właściwości fizykochemiczne.

Sorpcja.

Sorpcja jest dobrze wykorzystywana do oddzielania i zagęszczania substancji. Metody sorpcyjne zapewniają zazwyczaj dobrą selektywność separacji i wysokie współczynniki stężenia.

Sorpcja– proces absorpcji gazów, par i substancji rozpuszczonych przez absorbery stałe lub ciekłe na stałym nośniku (sorbentach).

Separacja i cementacja elektrolityczna.

Najpopularniejszą metodą jest elektroliza, podczas której oddzielona lub stężona substancja jest izolowana na elektrodach stałych w stanie elementarnym lub w postaci pewnego związku. Separacja elektrolityczna (elektroliza) polega na osadzaniu się substancji za pomocą prądu elektrycznego o kontrolowanym potencjale. Najpopularniejszą opcją jest katodowe osadzanie metali. Materiałem elektrody może być węgiel, platyna, srebro, miedź, wolfram itp.

Elektroforeza opiera się na różnicach w prędkości ruchu cząstek o różnych ładunkach, kształtach i rozmiarach w polu elektrycznym. Prędkość ruchu zależy od ładunku, natężenia pola i promienia cząstek. Istnieją dwie możliwości elektroforezy: czołowa (prosta) i strefowa (na nośniku). W pierwszym przypadku niewielką objętość roztworu zawierającą rozdzielane składniki umieszcza się w rurce z roztworem elektrolitu. W drugim przypadku ruch następuje w środowisku stabilizującym, które utrzymuje cząstki w miejscu po wyłączeniu pola elektrycznego.

metoda cementowanie polega na redukcji składników (zwykle małych ilości) na metalach o dostatecznie ujemnych potencjałach lub almagamach metali elektroujemnych. Podczas cementowania zachodzą jednocześnie dwa procesy: katodowy (uwalnianie składnika) i anodowy (rozpuszczanie metalu cementującego).

1. WSTĘP

2. KLASYFIKACJA METOD

3. SYGNAŁ ANALITYCZNY

4.3. METODY CHEMICZNE

4.8. METODY TERMICZNE

5. WNIOSEK

6. WYKAZ WYKORZYSTANYCH BIBLIOGRAFII

WSTĘP

Naukową podstawą analizy chemicznej jest chemia analityczna, nauka, która od wieków stanowi część, a czasem główną część chemii.

Metody i środki analizy stale się zmieniają: stosuje się nowe podejścia, stosuje się nowe zasady i zjawiska, często z odległych dziedzin wiedzy.

Można wyróżnić trzy funkcje chemii analitycznej jako dziedziny wiedzy:

1. rozwiązywanie ogólnych problemów analizy,

2. rozwój metod analitycznych,

3. rozwiązywanie konkretnych problemów analitycznych.

2. KLASYFIKACJA METOD

Wybierając metodę analizy, musisz jasno znać cel analizy, zadania, które należy rozwiązać, a także ocenić zalety i wady dostępnych metod analizy.

3. SYGNAŁ ANALITYCZNY

4. METODY CHEMII ANALITYCZNEJ

4.1. METODY MASKOWANIA, SEPARACJI I ZATĘŻANIA

Maskowanie.

Separacja i koncentracja.

Separacja to operacja (proces), w wyniku której następuje oddzielenie od siebie składników tworzących mieszaninę wyjściową.

Stężenie to operacja (proces), w wyniku której następuje zwiększenie stosunku stężenia lub ilości mikroskładników do stężenia lub ilości makroskładników.

Opady i współstrącanie.

Rozdział przez wytrącanie opiera się na różnej rozpuszczalności związków, głównie w roztworach wodnych.

Współstrącanie to rozkład mikroskładnika pomiędzy roztworem a osadem.

Ekstrakcja.

Sorpcja.

Sorpcja jest dobrze wykorzystywana do oddzielania i zagęszczania substancji. Metody sorpcyjne zapewniają zazwyczaj dobrą selektywność separacji i wysokie współczynniki stężenia.

Sorpcja– proces absorpcji gazów, par i substancji rozpuszczonych przez absorbery stałe lub ciekłe na stałym nośniku (sorbentach).

Separacja i cementacja elektrolityczna.

Metody odparowywania.

Metody destylacja w oparciu o różną lotność substancji. Substancja przechodzi ze stanu ciekłego w stan gazowy, a następnie skrapla się, tworząc ponownie fazę ciekłą lub czasami stałą.

Prosta destylacja (odparowanie)– jednoetapowy proces separacji i zatężania. Odparowanie usuwa substancje, które mają postać gotowych lotnych związków. Mogą to być makroskładniki i mikroskładniki, rzadziej stosuje się destylację tego ostatniego.

Sublimacja (sublimacja)- przejście substancji ze stanu stałego do stanu gazowego i późniejsze wytrącenie jej do postaci stałej (z pominięciem fazy ciekłej). Rozdzielanie przez sublimację stosuje się z reguły wtedy, gdy oddzielane składniki trudno się topią lub są trudne do rozpuszczenia.

Kontrolowana krystalizacja.

Po ochłodzeniu roztworu, stopu lub gazu następuje tworzenie się zarodków fazy stałej - krystalizacja, która może być niekontrolowana (objętościowa) i kontrolowana. Przy niekontrolowanej krystalizacji kryształy powstają samoistnie w całej objętości. Przy kontrolowanej krystalizacji proces jest ustalany przez warunki zewnętrzne (temperatura, kierunek ruchu faz itp.).

Istnieją dwa rodzaje kontrolowanej krystalizacji: krystalizacja kierunkowa(w danym kierunku) i topnienie strefy(ruch strefy cieczy w ciele stałym w określonym kierunku).

W przypadku krystalizacji kierunkowej pomiędzy ciałem stałym a cieczą pojawia się jedna granica fazowa – czoło krystalizacji. W strefie topnienia istnieją dwie granice: front krystalizacji i front topnienia.

4.2. METODY CHROMATOGRAFICZNE

Chromatografia jest najczęściej stosowaną metodą analityczną. Najnowsze metody chromatograficzne umożliwiają oznaczanie substancji gazowych, ciekłych i stałych o masie cząsteczkowej od jednostek do 10 6. Mogą to być izotopy wodoru, jony metali, polimery syntetyczne, białka itp. Za pomocą chromatografii uzyskano obszerne informacje na temat budowy i właściwości związków organicznych wielu klas.

Chromatografia to fizykochemiczna metoda rozdziału substancji, polegająca na rozkładzie składników pomiędzy dwie fazy – stacjonarną i ruchomą. Faza stacjonarna to zazwyczaj substancja stała (często nazywana sorbentem) lub warstwa cieczy osadzona na substancji stałej. Faza ruchoma to ciecz lub gaz przepływający przez fazę stacjonarną.

Metoda pozwala na rozdzielenie mieszaniny wieloskładnikowej, identyfikację składników oraz określenie jej składu ilościowego.

Metody chromatograficzne klasyfikuje się według następujących kryteriów:

a) według stanu skupienia mieszaniny, w którym jest ona rozdzielona na składniki – chromatografia gazowa, cieczowa i gazowo-cieczowa;

b) zgodnie z mechanizmem separacji - adsorpcja, dystrybucja, wymiana jonowa, sedymentacja, redoks, adsorpcja - chromatografia kompleksująca;

c) w zależności od formy procesu chromatograficznego – kolumnowy, kapilarny, planarny (papierowy, cienkowarstwowy i membranowy).

4.3. METODY CHEMICZNE

Metody wykrywania i oznaczania chemicznego opierają się na trzech typach reakcji chemicznych: kwasowo-zasadowej, redoks i kompleksowaniu. Czasami towarzyszy im zmiana stanu skupienia składników. Do najważniejszych metod chemicznych należą grawimetryczne i miareczkowe. Te metody analityczne nazywane są klasycznymi. Kryteriami przydatności reakcji chemicznej jako podstawy metody analitycznej są w większości przypadków kompletność i duża szybkość.

Metody grawimetryczne.

Analiza grawimetryczna polega na wyizolowaniu substancji w czystej postaci i zważeniu jej. Najczęściej taką izolację przeprowadza się przez opady atmosferyczne. Rzadziej oznaczany składnik wyodrębnia się w postaci lotnego związku (metody destylacyjne). W niektórych przypadkach grawimetria jest najlepszym sposobem rozwiązania problemu analitycznego. Jest to metoda bezwzględna (referencyjna).

Wadą metod grawimetrycznych jest czas oznaczania, szczególnie w przypadku analiz seryjnych dużej liczby próbek, a także brak selektywności – odczynniki strącające, z nielicznymi wyjątkami, rzadko są specyficzne. Dlatego często konieczne jest wstępne rozdzielenie.

Sygnałem analitycznym w grawimetrii jest masa.

Metody miareczkowe.

Miareczkowa metoda ilościowej analizy chemicznej jest metodą polegającą na pomiarze ilości odczynnika B zużytego na reakcję z oznaczonym składnikiem A. W praktyce najwygodniej jest dodać odczynnik w postaci roztworu o dokładnie znanym stężeniu . W tym wykonaniu miareczkowanie to proces ciągłego dodawania kontrolowanej ilości roztworu odczynnika o dokładnie znanym stężeniu (titranu) do roztworu oznaczanego składnika.

W miareczkowaniu stosuje się trzy metody miareczkowania: miareczkowanie bezpośrednie, odwrotne i podstawnikowe.

Miareczkowanie bezpośrednie- jest to miareczkowanie roztworu analitu A bezpośrednio roztworem titranu B. Stosuje się je, jeśli reakcja między A i B przebiega szybko.

Miareczkowanie wsteczne polega na dodaniu do analitu A nadmiaru dokładnie znanej ilości roztworu wzorcowego B i po zakończeniu reakcji pomiędzy nimi, miareczkowaniu pozostałej ilości B roztworem miareczkowania B’. Metodę tę stosuje się w przypadkach, gdy reakcja między A i B nie przebiega wystarczająco szybko lub nie ma odpowiedniego wskaźnika umożliwiającego ustalenie punktu równoważności reakcji.

Miareczkowanie przez podstawnik polega na miareczkowaniu titrantem B nie określonej ilości substancji A, ale równoważnej ilości podstawnika A’ powstałej w wyniku wcześniej przeprowadzonej reakcji pomiędzy oznaczaną substancją A i jakimś odczynnikiem. Tę metodę miareczkowania stosuje się zwykle w przypadkach, gdy bezpośrednie miareczkowanie nie jest możliwe.

Metody kinetyczne.

Metody kinetyczne opierają się na wykorzystaniu zależności szybkości reakcji chemicznej od stężenia reagentów, a w przypadku reakcji katalitycznych od stężenia katalizatora. Sygnałem analitycznym w metodach kinetycznych jest szybkość procesu lub wartość proporcjonalna do niej.

Reakcja leżąca u podstaw metody kinetycznej nazywa się wskaźnikiem. Substancja, na podstawie zmiany stężenia, której szybkość procesu wskaźnikowego ocenia się, jest wskaźnikiem.

Metody biochemiczne.

Wśród nowoczesnych metod analizy chemicznej ważne miejsce zajmują metody biochemiczne. Do metod biochemicznych zalicza się metody oparte na wykorzystaniu procesów zachodzących z udziałem składników biologicznych (enzymy, przeciwciała itp.). W tym przypadku sygnałem analitycznym jest najczęściej początkowa szybkość procesu lub końcowe stężenie jednego z produktów reakcji, określone dowolną metodą instrumentalną.

Metody enzymatyczne opierają się na wykorzystaniu reakcji katalizowanych przez enzymy – katalizatory biologiczne charakteryzujące się dużą aktywnością i selektywnością działania.

Metody immunochemiczne analizy opierają się na specyficznym wiązaniu wykrytego związku – antygenu – przez odpowiednie przeciwciała. Reakcja immunochemiczna w roztworze pomiędzy przeciwciałami i antygenami jest złożonym procesem, który przebiega w kilku etapach.

4.4. METODY ELEKTROCHEMICZNE

Elektrochemiczne metody analizy i badań opierają się na badaniu i wykorzystaniu procesów zachodzących na powierzchni elektrody lub w przestrzeni przyelektrodowej. Sygnałem analitycznym może być dowolny parametr elektryczny (potencjał, prąd, rezystancja itp.), funkcjonalnie powiązany ze stężeniem analizowanego roztworu i dający się poprawnie zmierzyć.

Istnieją bezpośrednie i pośrednie metody elektrochemiczne. Metody bezpośrednie wykorzystują zależność natężenia prądu (potencjału itp.) od stężenia oznaczanego składnika. W metodach pośrednich mierzy się natężenie prądu (potencjał itp.) w celu znalezienia punktu końcowego miareczkowania analitu odpowiednim titrantem, tj. Wykorzystuje się zależność mierzonego parametru od objętości titranta.

Do każdego rodzaju pomiarów elektrochemicznych niezbędny jest obwód elektrochemiczny lub ogniwo elektrochemiczne, którego integralną częścią jest analizowany roztwór.

Istnieją różne sposoby klasyfikacji metod elektrochemicznych, od bardzo prostych do bardzo złożonych, obejmujących uwzględnienie szczegółów procesów elektrodowych.

4,5. METODY SPEKTROSKOPOWE

Spektroskopowe metody analizy obejmują metody fizyczne oparte na oddziaływaniu promieniowania elektromagnetycznego z materią. Oddziaływanie to prowadzi do różnorodnych przejść energetycznych, które są rejestrowane eksperymentalnie w postaci absorpcji promieniowania, odbicia i rozproszenia promieniowania elektromagnetycznego.

4.6. METODY SPEKTROMETRII MAS

Metoda analizy spektrometrii mas opiera się na jonizacji atomów i cząsteczek emitowanej substancji i późniejszym rozdzieleniu powstałych jonów w przestrzeni lub czasie.

Najważniejszym zastosowaniem spektrometrii mas jest identyfikacja i określenie struktury związków organicznych. Wskazane jest przeprowadzanie analizy molekularnej złożonych mieszanin związków organicznych po ich chromatograficznym rozdzieleniu.

4.7. METODY ANALIZY OPARTE NA PROMIENIOAKTYWNOŚCI

Metody analizy oparte na promieniotwórczości powstały w dobie rozwoju fizyki jądrowej, radiochemii i technologii jądrowej i są dziś z powodzeniem stosowane w prowadzeniu różnych analiz, m.in. w przemyśle i służbie geologicznej. Metody te są bardzo liczne i różnorodne. Można wyróżnić cztery główne grupy: analiza radioaktywna; rozcieńczanie izotopowe i inne metody wykorzystujące radioznacznik; metody oparte na absorpcji i rozpraszaniu promieniowania; metody czysto radiometryczne. Najbardziej rozpowszechniony metoda radioaktywacji. Metoda ta pojawiła się po odkryciu sztucznej promieniotwórczości i polega na powstaniu radioaktywnych izotopów pierwiastka, określanym poprzez napromienianie próbki cząsteczkami jądrowymi lub cząsteczkami G i rejestrowaniu sztucznej radioaktywności uzyskanej podczas aktywacji.

4.8. METODY TERMICZNE

Metody analizy termicznej opierają się na oddziaływaniu substancji z energią cieplną. Największym zastosowaniem w chemii analitycznej są efekty termiczne, które są przyczyną lub skutkiem reakcji chemicznych. W mniejszym stopniu stosuje się metody polegające na uwalnianiu lub pochłanianiu ciepła w wyniku procesów fizycznych. Są to procesy związane z przejściem substancji z jednej modyfikacji do drugiej, ze zmianą stanu agregacji i innymi zmianami w oddziaływaniach międzycząsteczkowych, na przykład zachodzącymi podczas rozpuszczania lub rozcieńczania. W tabeli przedstawiono najpopularniejsze metody analizy termicznej.

Metody termiczne z powodzeniem stosowane są do analizy materiałów hutniczych, minerałów, krzemianów, a także polimerów, do analizy fazowej gleb i oznaczania zawartości wilgoci w próbkach.

4.9. METODY ANALIZY BIOLOGICZNEJ

Biologiczne metody analizy opierają się na fakcie, że do aktywności życiowej - wzrostu, rozmnażania i ogólnie normalnego funkcjonowania istot żywych niezbędne jest środowisko o ściśle określonym składzie chemicznym. Kiedy ten skład ulega zmianie, np. po wykluczeniu ze środowiska jakiegoś składnika lub wprowadzeniu dodatkowego (wykrywalnego) związku, organizm po pewnym czasie, czasem niemal natychmiast, wysyła odpowiedni sygnał reakcji. Ustalenie związku pomiędzy charakterem lub natężeniem sygnału reakcji organizmu a ilością składnika wprowadzonego do środowiska lub wydalonego ze środowiska służy jego wykryciu i określeniu.

Wskaźnikami analitycznymi w metodach biologicznych są różne żywe organizmy, ich narządy i tkanki, funkcje fizjologiczne itp. Mikroorganizmy, bezkręgowce, kręgowce i rośliny mogą działać jako organizmy wskaźnikowe.

5. WNIOSEK

Znaczenie chemii analitycznej zależy od zapotrzebowania społeczeństwa na wyniki analiz, ustalenia składu jakościowego i ilościowego substancji, poziomu rozwoju społeczeństwa, zapotrzebowania społecznego na wyniki analiz, a także poziomu rozwoju chemii analitycznej. sama chemia analityczna.

Cytat z podręcznika chemii analitycznej N.A. Menshutkina, opublikowanego w 1897 r.: „Po przedstawieniu całego przebiegu zajęć z chemii analitycznej w formie problemów, których rozwiązanie jest dostarczane uczniowi, musimy zaznaczyć, że dla takiego rozwiązania problemów, chemia analityczna zapewni ściśle określoną ścieżkę. Ta pewność (systematyczne rozwiązywanie problemów chemii analitycznej) ma ogromne znaczenie pedagogiczne.Uczeń uczy się wykorzystywać właściwości związków do rozwiązywania problemów, wyprowadzania warunków reakcji i łączenia ich. Cały ten ciąg procesów umysłowych można wyrazić w ten sposób: chemia analityczna uczy chemicznego myślenia. Osiągnięcie tego ostatniego wydaje się najważniejsze dla praktycznych badań w chemii analitycznej.”

WYKAZ WYKORZYSTANYCH BIBLIOGRAFII

1. K.M. Olshanova, S.K. Piskareva, K.M. Barashkov „Chemia analityczna”, Moskwa, „Chemia”, 1980

2. „Chemia analityczna. Chemiczne metody analizy”, Moskwa, „Chemia”, 1993.

3. „Podstawy chemii analitycznej. Księga 1”, Moskwa, „Szkoła Wyższa”, 1999.

4. „Podstawy chemii analitycznej. Księga 2”, Moskwa, „Szkoła Wyższa”, 1999.

CHEMIA ANALITYCZNA, nauka o określaniu składu chemicznego substancji i materiałów oraz w pewnym stopniu struktury chemicznej związków. Chemia analityczna rozwija ogólne podstawy teoretyczne analizy chemicznej, opracowuje metody oznaczania składników badanej próbki i rozwiązuje problemy analizy konkretnych obiektów. Głównym celem chemii analitycznej jest tworzenie metod i środków, które w zależności od postawionego zadania zapewniają dokładność, wysoką czułość, szybkość i selektywność analizy. Rozwijane są także metody umożliwiające analizę mikroobiektów, analizę lokalną (w punkcie, na powierzchni itp.), analizę bez niszczenia próbki, w pewnej odległości od niej (analiza zdalna), analizę ciągłą analizę (np. w przepływie), a także zainstalować, w jakim związku chemicznym i w jakiej postaci fizycznej oznaczany składnik występuje w próbce (analiza chemiczna materiału) i do jakiej fazy należy (analiza fazowa). Ważnymi trendami w rozwoju chemii analitycznej są automatyzacja analiz, szczególnie w sterowaniu procesami technologicznymi oraz matematyzacja, w szczególności powszechne wykorzystanie komputerów.

Struktura nauki. Można wyróżnić trzy główne obszary chemii analitycznej: ogólne podstawy teoretyczne; rozwój metod analitycznych; chemia analityczna poszczególnych obiektów. W zależności od celu analizy rozróżnia się jakościową analizę chemiczną i ilościową analizę chemiczną. Zadaniem pierwszego jest wykrycie i identyfikacja składników analizowanej próbki, zadaniem drugiego jest określenie ich stężeń lub mas. W zależności od tego, które składniki należy wykryć lub określić, przeprowadza się analizę izotopową, analizę elementarną, analizę grup strukturalnych (w tym funkcjonalną), analizę molekularną, analizę materiałową i analizę fazową. Ze względu na charakter analizowanego obiektu wyróżnia się analizę substancji nieorganicznych i organicznych oraz obiektów biologicznych.

W teoretycznych podstawach chemii analitycznej znaczące miejsce zajmuje tzw. chemometria, w tym metrologia analizy chemicznej. Teoria chemii analitycznej obejmuje także naukę o doborze i przygotowaniu próbek analitycznych, opracowywaniu schematu analizy i wyborze metod, o zasadach i sposobach automatyzacji analiz, obsłudze komputerów, a także zasadach racjonalnego wykorzystania metod analitycznych. wyniki analiz chemicznych. Cechą chemii analitycznej jest badanie nie ogólnych, ale indywidualnych, specyficznych właściwości i cech obiektów, co zapewnia selektywność wielu metod analitycznych. Dzięki ścisłym powiązaniom z osiągnięciami fizyki, matematyki, biologii i różnych dziedzin techniki (dotyczy to zwłaszcza metod analitycznych), chemia analityczna staje się dyscypliną na styku nauk. Często używane są inne nazwy tej dyscypliny - analityka, nauka analityczna itp.

W chemii analitycznej wyróżnia się metody separacji, oznaczania (detekcji) oraz hybrydowe metody analizy, zazwyczaj łączące metody z dwóch pierwszych grup. Metody oznaczania można wygodnie podzielić na chemiczne metody analizy (analiza grawimetryczna, analiza miareczkowa, elektrochemiczne metody analizy, kinetyczne metody analizy), fizyczne metody analizy (spektroskopowe, fizyka jądrowa itp.), Biochemiczne metody analizy i biologiczne metody analizy analiza. Metody chemiczne opierają się na reakcjach chemicznych (oddziaływanie materii z materią), metody fizyczne opierają się na zjawiskach fizycznych (oddziaływanie materii z promieniowaniem, przepływami energii), metody biologiczne wykorzystują reakcję organizmów lub ich fragmentów na zmiany w środowisku.

Prawie wszystkie metody oznaczania opierają się na zależności wszelkich mierzalnych właściwości substancji od ich składu. Dlatego ważnym kierunkiem w chemii analitycznej jest poszukiwanie i badanie takich zależności w celu wykorzystania ich do rozwiązywania problemów analitycznych. W takim przypadku prawie zawsze konieczne jest znalezienie równania związku między właściwością a składem, opracowanie metod rejestrowania właściwości (sygnału analitycznego), wyeliminowanie zakłóceń z innych komponentów i wyeliminowanie zakłócającego wpływu różnych czynników (na przykład wahania temperatury). Wielkość sygnału analitycznego przeliczana jest na jednostki charakteryzujące ilość lub stężenie składników. Mierzonymi właściwościami mogą być np. masa, objętość, pochłanianie światła, natężenie prądu.

Wiele uwagi poświęca się teorii metod analizy. Teoria metod chemicznych opiera się na koncepcjach kilku podstawowych typów reakcji chemicznych szeroko stosowanych w analizie (kwas-zasada, redoks, kompleksowanie) oraz kilku ważnych procesów (wytrącanie, rozpuszczanie, ekstrakcja). Zwrócenie uwagi na te zagadnienia wynika z historii rozwoju chemii analitycznej i praktycznego znaczenia odpowiednich metod. Ponieważ jednak maleje udział metod chemicznych, a rośnie udział metod fizycznych, biochemicznych i biologicznych, istotne staje się doskonalenie teorii metod tych ostatnich grup i włączanie teoretycznych aspektów poszczególnych metod do ogólnej teorii chemii analitycznej. bardzo ważne.

Historia rozwoju. Testowanie materiałów przeprowadzono w czasach starożytnych; na przykład badano rudy, aby określić ich przydatność do wytapiania, oraz różne produkty, aby określić zawartość złota i srebra. Alchemicy XIV-XVI wieku przeprowadzili ogromną ilość prac eksperymentalnych w celu zbadania właściwości substancji, kładąc podwaliny pod chemiczne metody analizy. W XVI-XVII wieku (okres jatrochemii) pojawiły się nowe chemiczne metody wykrywania substancji, oparte na reakcjach w roztworze (na przykład odkrycie jonów srebra poprzez utworzenie osadu z jonami chlorkowymi). Za twórcę naukowej chemii analitycznej uważany jest R. Boyle, który wprowadził pojęcie „analizy chemicznej”.

Do połowy XIX wieku główną gałęzią chemii była chemia analityczna. W tym okresie odkryto wiele pierwiastków chemicznych, wyodrębniono składniki niektórych substancji naturalnych, ustalono prawa stałości składu i wielokrotnych stosunków oraz prawo zachowania masy. Szwedzki chemik i mineralog T. Bergman opracował schemat systematycznej analizy jakościowej, aktywnie wykorzystywał siarkowodór jako odczynnik analityczny oraz zaproponował metody analizy płomieniowej w celu uzyskania pereł. W XIX wieku systematyczną analizę jakościową udoskonalili niemieccy chemicy G. Rose i K. Fresenius. W tym samym stuleciu nastąpił ogromny postęp w rozwoju analizy ilościowej. Stworzono metodę miareczkową (francuski chemik F. Decroisille, J. Gay-Lussac), znacznie udoskonalono analizę grawimetryczną i rozwinięto metody analizy gazów. Duże znaczenie miał rozwój metod analizy elementarnej związków organicznych (J. Liebig). Pod koniec XIX w. rozwinęła się teoria chemii analitycznej, która opierała się na doktrynie równowagi chemicznej w roztworach z udziałem jonów (głównie W. Ostwalda). Do tego czasu metody analizy jonów w roztworach wodnych zajmowały dominujące miejsce w chemii analitycznej.

W XX wieku rozwinęły się metody mikroanalizy związków organicznych (F. Pregl). Zaproponowano metodę polarograficzną (Ya. Heyrovsky, 1922). Pojawiło się wiele metod fizycznych, np. spektrometria mas, promieniowanie rentgenowskie, fizyka jądrowa. Duże znaczenie miało odkrycie chromatografii (M. S. Tsvet, 1903) i stworzenie różnych wariantów tej metody, w szczególności chromatografii podziałowej (A. Martin i R. Singh, 1941).

W Rosji i ZSRR podręcznik I. A. Menshutkina „Chemia analityczna” miał ogromne znaczenie dla chemii analitycznej (miał 16 wydań). M.A. Ilyinsky i L.A. Chugaev wprowadzili do praktyki organiczne odczynniki analityczne (koniec XIX - początek XX wieku), N.A. Tananaev opracował metodę analizy jakościowej metodą kropli (jednocześnie z austriackim chemikiem F. Feiglem, lata 20. XX w.). W 1938 roku N.A. Izmailov i M.S. Schreiber jako pierwsi opisali chromatografię cienkowarstwową. Rosyjscy naukowcy wnieśli ogromny wkład w badania tworzenia kompleksów i ich zastosowania analitycznego (I.P. Alimarin, A.K. Babko), teorię działania organicznych odczynników analitycznych, rozwój spektrometrii mas, metod fotometrycznych, atomowej spektrometrii absorpcyjnej (B.V. . Lwów), w chemię analityczną poszczególnych pierwiastków, zwłaszcza rzadkich i platynowych, oraz szereg obiektów - substancje o dużej czystości, surowce mineralne, metale i stopy.

Wymagania praktyki zawsze stymulowały rozwój chemii analitycznej. I tak, w latach 1940-1970, w związku z koniecznością analizy materiałów jądrowych, półprzewodnikowych i innych materiałów o wysokiej czystości, stworzono tak czułe metody, jak analiza radioaktywacji, iskrowa spektrometria mas, chemiczna analiza spektralna, woltametria odpędzająca, umożliwiające określenie do do 10 - 7 -10 -8% zanieczyszczeń w substancjach czystych, tj. 1 część zanieczyszczenia na 10-1000 miliardów części substancji głównej. Dla rozwoju hutnictwa żelaza, zwłaszcza w związku z przejściem na produkcję stali szybkotnącej, kluczowa stała się szybka analiza. Zastosowanie tzw. kwantometrów – urządzeń fotoelektrycznych do wieloelementowej analizy widm optycznych lub rentgenowskich – pozwala na prowadzenie analiz w trakcie topienia.

Konieczność analizy złożonych mieszanin związków organicznych doprowadziła do intensywnego rozwoju chromatografii gazowej, która umożliwia analizę złożonych mieszanin zawierających kilkadziesiąt, a nawet setki substancji. Chemia analityczna znacząco przyczyniła się do opanowania energii jądra atomowego, badania przestrzeni kosmicznej i oceanów, rozwoju elektroniki i postępu nauk biologicznych.

Przedmiot badań. Ważną rolę odgrywa rozwój teorii pobierania próbek analizowanych materiałów; Zwykle kwestie pobierania próbek rozwiązuje się wspólnie ze specjalistami w dziedzinie badanych substancji (na przykład geologami, hutnikami). Chemia analityczna opracowuje metody rozkładu próbki - rozpuszczania, stapiania, spiekania itp., które powinny zapewnić całkowite „otwarcie” próbki i zapobiec utracie oznaczanych składników oraz zanieczyszczeniu z zewnątrz. Do zadań chemii analitycznej należy rozwój technik takich ogólnych operacji analitycznych, jak pomiar objętości, filtracja i kalcynacja. Jednym z zadań chemii analitycznej jest wyznaczanie kierunków rozwoju aparatury analitycznej, tworzenie nowych obwodów i projektów urządzeń (co najczęściej stanowi końcowy etap rozwoju metody analitycznej), a także synteza nowych odczynników analitycznych.

W przypadku analizy ilościowej bardzo ważne są właściwości metrologiczne metod i instrumentów. W związku z tym chemia analityczna bada problemy kalibracji, produkcji i stosowania próbek referencyjnych (w tym próbek standardowych) oraz innych sposobów zapewnienia dokładności analizy. Obróbka wyników analiz, zwłaszcza obróbka komputerowa, zajmuje istotne miejsce. Aby zoptymalizować warunki analizy, stosuje się teorię informacji, teorię rozpoznawania wzorców i inne gałęzie matematyki. Komputery służą nie tylko do przetwarzania wyników, ale także do kontrolowania przyrządów, uwzględnienia zakłóceń, wzorcowania i planowania eksperymentów; Istnieją problemy analityczne, które można rozwiązać jedynie za pomocą komputerów, na przykład identyfikacja cząsteczek związków organicznych za pomocą systemów ekspertowych.

Chemia analityczna definiuje ogólne podejścia do wyboru ścieżek i metod analitycznych. Opracowywane są metody porównywania metod, ustalane są warunki ich wymienności i łączenia, zasady i sposoby automatyzacji analiz. Dla praktycznego zastosowania analizy konieczne jest opracowanie pomysłów na temat jej wyniku jako wskaźnika jakości produktu, doktryny wyraźnej kontroli procesów technologicznych i stworzenia opłacalnych metod. Ujednolicenie i standaryzacja metod mają ogromne znaczenie dla analityków pracujących w różnych sektorach gospodarki. Trwają prace nad teorią mającą na celu optymalizację ilości informacji potrzebnych do rozwiązania problemów analitycznych.

Metody analizy. W zależności od masy lub objętości analizowanej próbki, metody separacji i oznaczania dzieli się czasami na metody makro-, mikro- i ultramikro.

Rozdzielanie mieszanin stosuje się zwykle w przypadkach, gdy bezpośrednie metody oznaczania lub wykrywania nie dają prawidłowego wyniku ze względu na zakłócający wpływ innych składników próbki. Szczególnie ważne jest tzw. stężenie względne, czyli oddzielenie małych ilości składników analitu od znacznie większych ilości głównych składników próbki. Rozdzielanie mieszanin może opierać się na różnicach w termodynamicznych, czyli równowagowych, charakterystykach składników (stałe wymiany jonowej, stałe stabilności kompleksów) lub parametrach kinetycznych. Stosowane metody separacji to głównie chromatografia, ekstrakcja, wytrącanie, destylacja, a także metody elektrochemiczne, takie jak osadzanie galwaniczne. Główną grupę metod chemii analitycznej stanowią metody oznaczające. Metody analizy ilościowej opierają się na zależności dowolnej mierzalnej właściwości, najczęściej fizycznej, od składu próbki. Zależność tę trzeba opisać w pewien i znany sposób. Szybko rozwijają się hybrydowe metody analityczne, które łączą separację i oznaczanie. Na przykład chromatografia gazowa z różnymi detektorami jest najważniejszą metodą analizy złożonych mieszanin związków organicznych. Do analizy mieszanin związków słabo lotnych i niestabilnych termicznie wygodniejsza jest wysokosprawna chromatografia cieczowa.

Do analizy potrzebne są różne metody, ponieważ każda z nich ma swoje zalety i ograniczenia. Zatem niezwykle czułe metody radioaktywacji i widm masowych wymagają złożonego i drogiego sprzętu. Proste, dostępne i bardzo czułe metody kinetyczne nie zawsze zapewniają wymaganą powtarzalność wyników. Przy ocenie i porównywaniu metod, przy wyborze ich do rozwiązania konkretnych problemów bierze się pod uwagę wiele czynników: parametry metrologiczne, zakres możliwych zastosowań, dostępność sprzętu, kwalifikacje analityków, tradycje itp. Wśród tych czynników najważniejsze są parametry metrologiczne takie jak: jako granica wykrywalności lub zakres (ilości) stężeń, w jakich metoda daje wiarygodne wyniki, oraz dokładność metody, czyli poprawność i powtarzalność wyników. W niektórych przypadkach ogromne znaczenie mają metody „wieloskładnikowe”, umożliwiające oznaczenie dużej liczby składników jednocześnie, na przykład analiza emisji atomowej i widma rentgenowskiego, chromatografia. Rola takich metod wzrasta. Przy pozostałych czynnikach preferowane są metody analizy bezpośredniej, tj. niezwiązane z chemicznym przygotowaniem próbki; jednakże takie przygotowanie jest często konieczne. Przykładowo wstępne stężenie badanego składnika pozwala na określenie jego niższych stężeń, eliminując trudności związane z niejednorodnym rozmieszczeniem składnika w próbce i brakiem próbek referencyjnych.

Szczególne miejsce zajmują metody analizy lokalnej. Wśród nich znaczącą rolę odgrywa mikroanaliza rentgenowska (sonda elektronowa), spektrometria masowa jonów wtórnych, spektroskopia Augera i inne metody fizyczne. Mają one ogromne znaczenie zwłaszcza przy analizie powierzchniowych warstw materiałów stałych czy wtrąceń w skałach.

Specyficzną grupę stanowią metody analizy elementarnej związków organicznych. Materia organiczna rozkłada się w ten czy inny sposób, a jej składniki w postaci najprostszych związków nieorganicznych (CO 2, H 2 O, NH 3 itp.) Oznacza się konwencjonalnymi metodami. Zastosowanie chromatografii gazowej umożliwiło automatyzację analizy elementarnej; W tym celu produkowane są analizatory C, H, N, S i inne automatyczne urządzenia. Analizę związków organicznych według grup funkcyjnych (analiza funkcjonalna) przeprowadza się różnymi metodami chemicznymi, elektrochemicznymi, spektralnymi (spektroskopia NMR lub IR) lub chromatograficznymi.

W analizie fazowej, czyli oznaczaniu związków chemicznych tworzących oddzielne fazy, te ostatnie w pierwszej kolejności wyodrębnia się np. przy użyciu selektywnego rozpuszczalnika, a następnie powstałe roztwory analizuje się konwencjonalnymi metodami; Fizyczne metody analizy faz bez wstępnego rozdzielania faz są bardzo obiecujące.

Praktyczne znaczenie. Analiza chemiczna zapewnia kontrolę wielu procesów technologicznych i jakości produktów w różnych gałęziach przemysłu, odgrywa ogromną rolę w poszukiwaniu i rozpoznawaniu minerałów oraz w górnictwie. Za pomocą analizy chemicznej monitoruje się czystość środowiska (gleby, wody i powietrza). Osiągnięcia chemii analitycznej wykorzystywane są w różnych gałęziach nauki i techniki: energetyce jądrowej, elektronice, oceanologii, biologii, medycynie, kryminalistyce, archeologii i badaniach kosmicznych. Ekonomiczne znaczenie analizy chemicznej jest ogromne. Tym samym precyzyjne określenie dodatków stopowych w metalurgii pozwala na oszczędność cennych metali. Przejście na ciągłą analizę automatyczną w laboratoriach medycznych i agrochemicznych pozwala radykalnie zwiększyć prędkość analiz (krew, mocz, ekstrakty gleby itp.) i zmniejszyć liczbę personelu laboratoryjnego.

Dosł.: Podstawy chemii analitycznej: w 2 książkach / pod redakcją Yu. A. Zołotowa. M., 2002; Chemia analityczna: W 2 tomach M., 2003-2004.