MOSKWA INSTYTUT MOTORYZACJI I DROGÓW (PAŃSTWOWA UNIWERSYTET TECHNICZNY)

Wydział Chemii

Popieram głowę. profesor wydziału

I.M. Papisow „___” ____________ 2007

AA LITMANOVICH, O.E. LITMANOWICZ

CHEMIA ANALITYCZNA Część 1: Jakościowa analiza chemiczna

zestaw narzędzi

dla studentów drugiego roku specjalności „Inżynieria ochrony środowiska”

MOSKWA 2007

Litmanovich A.A., Litmanovich O.E. Chemia analityczna: Część 1: Jakościowa analiza chemiczna: Przewodnik metodologiczny / MADI

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

Omówiono główne prawa chemiczne analizy jakościowej związków nieorganicznych i ich zastosowanie do określania składu obiektów środowiska. Podręcznik przeznaczony jest dla studentów specjalności „Inżynieria Środowiska”.

© Moskiewski Instytut Samochodów i Dróg (Państwowy Uniwersytet Techniczny), 2008

ROZDZIAŁ 1. PRZEDMIOT I CELE CHEMII ANALITYCZNEJ. REAKCJE ANALITYCZNE

1.1. Przedmiot i zadania chemii analitycznej

Chemia analityczna- nauka o metodach badania składu substancji. Za pomocą tych metod ustala się, jakie pierwiastki chemiczne, w jakiej formie i w jakiej ilości znajdują się w badanym obiekcie. W chemii analitycznej wyróżnia się dwie duże sekcje - analizę jakościową i ilościową. Zadania stawiane przez chemię analityczną rozwiązuje się za pomocą metod chemicznych i instrumentalnych (fizycznych, fizykochemicznych).

W chemicznych metodach analizy oznaczany pierwiastek przekształca się w związek posiadający takie właściwości, za pomocą których można stwierdzić obecność tego pierwiastka lub zmierzyć jego ilość. Jednym z głównych sposobów pomiaru ilości powstałego związku jest określenie masy substancji poprzez ważenie na wadze analitycznej - grawimetryczna metoda analizy. Metody ilościowej analizy chemicznej i instrumentalne metody analizy zostaną omówione w części 2 Przewodnika metodologicznego po chemii analitycznej.

Pilnym kierunkiem rozwoju współczesnej chemii analitycznej jest rozwój metod analizy obiektów środowiskowych, ścieków i ścieków, emisji gazów z przedsiębiorstw przemysłowych i pojazdów mechanicznych. Kontrola analityczna pozwala na wykrycie nadmiernej zawartości szczególnie szkodliwych składników w zrzutach i emisjach oraz pomaga zidentyfikować źródła zanieczyszczeń środowiska.

Analiza chemiczna opiera się na podstawowych prawach chemii ogólnej i nieorganicznej, które są Ci już znane. Teoretyczne podstawy analizy chemicznej obejmują: znajomość właściwości roztworów wodnych; równowaga kwasowo-zasadowa w wodzie

rozwiązania; Równowagi redoks i właściwości substancji; wzorce reakcji kompleksowania; warunki tworzenia i rozpuszczania fazy stałej (wytrącania).

1.2. reakcje analityczne. Warunki i metody ich realizacji

Jakościową analizę chemiczną przeprowadza się za pomocą reakcje analityczne, któremu towarzyszą zauważalne zmiany zewnętrzne: na przykład wydzielanie się gazu, odbarwienie, utworzenie lub rozpuszczenie osadu, w niektórych przypadkach pojawienie się specyficznego zapachu.

Podstawowe wymagania dotyczące reakcji analitycznych:

1) Wysoka czułość, charakteryzujący się wartością granicy wykrywalności (Cmin) - najniższe stężenie składnika w próbce roztworu, przy którym ta technika analizy pozwala z pewnością wykryć ten składnik. Bezwzględnie minimalna wartość masy substancji, którą można wykryć za pomocą reakcji analitycznych, wynosi od 50 do 0,001 μg (1 μg = 10–6 g).

2) Selektywność- charakteryzuje się zdolnością odczynnika do reagowania z jak najmniejszą liczbą składników (pierwiastków). W praktyce starają się wykrywać jony w warunkach, w których reakcja selektywna staje się specyficzna, tj. pozwala wykryć ten jon w obecności innych jonów. Jak przykłady konkretnych reakcji(których jest niewiele) są następujące.

a) Oddziaływanie soli amonowych z nadmiarem zasad po podgrzaniu:

NH4Cl + NaOH → NH3 + NaCl + H2O . (1)

Uwolniony amoniak można łatwo rozpoznać po charakterystycznym zapachu („amoniak”) lub po zmianie koloru mokrej bibułki wskaźnikowej przyłożonej do szyjki probówki. Reakcja

pozwala wykryć obecność jonów amonowych NH4+ w analizowanym roztworze.

b) Oddziaływanie soli żelaza z heksacyjanożelazianem (III) potasu K3 z utworzeniem niebieskiego osadu (błękit Turnbulla lub błękit pruski). Reakcja (dobrze znana w temacie „Korozja metali” w kursie

Reakcje te umożliwiają wykrycie jonów Fe2+ i Fe3+ w analizowanym roztworze.

Reakcje specyficzne są dogodne, ponieważ obecność nieznanych jonów można określić metodą ułamkową - w oddzielnych próbkach analizowanego roztworu zawierającego inne jony.

3) Szybkość reakcji ( wysoka prędkość) i łatwość wdrożenia.

Wysoka szybkość reakcji zapewnia osiągnięcie równowagi termodynamicznej w układzie w krótkim czasie (praktycznie przy szybkości mieszania się składników reakcji w roztworze).

Wykonując reakcje analityczne, należy pamiętać, co decyduje o przesunięciu równowagi reakcji we właściwym kierunku i jej przepłynięciu na dużą głębokość transformacji. W przypadku reakcji zachodzących w wodnych roztworach elektrolitów na zmianę równowagi termodynamicznej wpływa stężenie jonów o tej samej nazwie, pH ośrodka i temperatura. W szczególności zależy od temperatury wartość stałych równowagi - stałe

dysocjacja słabych elektrolitów i produktów rozpuszczalności (PR) trudno rozpuszczalnych soli, zasad

Czynniki te decydują o głębokości reakcji, wydajności produktu oraz dokładności oznaczenia analitu (czyli samej możliwości wykrycia określonego jonu przy niewielkiej ilości i stężeniu analitu).

Czułość niektórych reakcji wzrasta w wodnym roztworze organicznym, na przykład po dodaniu acetonu lub etanolu do roztworu wodnego. Przykładowo w wodnym roztworze etanolu rozpuszczalność CaSO4 jest znacznie mniejsza niż w roztworze wodnym (niższa wartość SP), co pozwala jednoznacznie wykryć obecność jonów Ca2+ w analizowanym roztworze przy znacznie niższych stężeniach niż w roztworze wodnym, a także jak najbardziej całkowicie uwolnić roztwór od tych jonów (wytrącanie H2SO4) w celu kontynuacji analizy roztworu.

W jakościowej analizie chemicznej opracowuje się racjonalną sekwencję separacji i wykrywania jonów - systematyczny przebieg (schemat) analizy. W tym przypadku jony są izolowane z mieszaniny grupami, w oparciu o ich równy stosunek do działania niektórych odczynniki grupowe.

Wykorzystuje się jedną porcję analizowanego roztworu, z której sekwencyjnie wyodrębnia się grupy jonów w postaci strącania oraz roztwory, w których następnie wykrywane są poszczególne jony . Zastosowanie odczynników grupowych umożliwia rozłożenie złożonego problemu analizy jakościowej na szereg prostszych. Stosunek jonów do działania niektórych

odczynniki grupowe stanowią podstawę Klasyfikacja analityczna jonów.

1.3. Wstępna analiza wodnego roztworu zawierającego mieszaninę soli pod względem koloru, zapachu, wartości pH

Obecność zabarwienia w klarownym roztworze proponowanym do analizy może wskazywać na obecność jednego lub kilku jonów jednocześnie (tab. 1). Intensywność koloru zależy od stężenia jonów w próbce, a sam kolor może się zmienić

kationy metali tworzą bardziej stabilne jony kompleksowe niż kationy złożone z cząsteczkami H2O jako ligandami, dla których kolor roztworu podano w tabeli. 1.

		Tabela 1
Kolor zaprawy	Możliwe kationy	Możliwy
Turkus	Cu2+
	Cr3+
	Ni2+	MnO4 2-
	Fe3+ (w wyniku hydrolizy)	CrO4 2- , Cr2 O7 2-
	Co2+	MnO4-

Pomiar pH proponowanego roztworu ( jeżeli roztwór sporządza się w wodzie, a nie w roztworze zasady lub kwasu).

daje dodatkowe		Informacja o			możliwy skład
						Tabela 2
Własny-				Możliwy		Możliwy
nowe pH wody-
rozwiązanie
	Hydroliza			Na+, K+, Ba2+,		SO3 2- , S2- , CO3 2- ,
	wykształcony			Ca2+		CH3COO-
				metale s-		(odpowiedni
	podstawa			elektroniczny		kwasy są słabe
	słaby kwas			rodziny)		elektrolity)
	Hydroliza			NH4+		Cl-, SO4 2- , NO3 - , Br-
	wykształcony					(odpowiedni
				praktycznie
	kwas
				metale		elektrolity)
	podstawa
	Hydroliza			Al3+, Fe3+
	fusy

Wodne roztwory niektórych soli mogą mieć specyficzny zapach w zależności od pH roztworu ze względu na tworzenie się niestabilnych (rozkładających się) lub lotnych związków. Dodając roztwory NaOH do roztworu próbki lub

mocny kwas (HCl, H2SO4 ), roztwór można delikatnie wyczuć (tab. 3).

Tabela 3

pH roztworu			Odpowiedni jon
po dodaniu
			w rozwiązaniu
	Amoniak		NH4+
	(zapach amoniaku)
		nieprzyjemny	SO3 2-
	zapach (SO2)
	"Ocet"	(octowy	CH3COO-
	kwas CH3COOH)
	(siarkowodór H2S)

Przyczyną pojawienia się zapachu (patrz tabela 3) jest dobrze znana właściwość reakcji w roztworach elektrolitów - wypieranie słabych kwasów lub zasad (często wodnych roztworów substancji gazowych) z ich soli odpowiednio przez mocne kwasy i zasady.

ROZDZIAŁ 2. JAKOŚCIOWA ANALIZA CHEMICZNA Kationów

2.1. Metoda kwasowo-zasadowa klasyfikacji kationów według grup analitycznych

Najprostsza i najmniej „szkodliwa” metoda analizy jakościowej kwasowo-zasadowej (zasadowej) opiera się na stosunku kationów do kwasów i zasad. Klasyfikację kationów przeprowadza się według następujących kryteriów:

a) rozpuszczalność chlorków, siarczanów i wodorotlenków; b) zasadowy lub amfoteryczny charakter wodorotlenków;

c) zdolność do tworzenia stabilnych związków kompleksowych z amoniakiem (NH3) – amoniakami (tj. kompleksami aminowymi).

Wszystkie kationy dzieli się na sześć grup analitycznych przy użyciu 4 odczynników: 2M roztworu HCl, 1M roztworu H2SO4, 2M roztworu NaOH i stężonego wodnego roztworu amoniaku

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

Tabela 4 Klasyfikacja kationów według grup analitycznych

	Grupa		Wynik
			akcja grupowa
			odczynnik
		Ag+, Pb2+	Osad: AgCl, PbCl2
	1M H2SO4	(Pb2+), Ca2+,	Osad (biały): BaSO4,
		Ba2+	(PbSO4), CaSO4
		Al3+, Cr3+, Zn2+	Rozwiązanie: [Al(OH)4]–,
	(nadmiar)		– , 2–
	NH4OH (stężony)	Fe2+, Fe3+, Mg2+,	Osad: Fe(OH)2,
		Mn2+	Fe(OH)3, Mg(OH)2,
			Mn(OH)2
	NH4OH (stężony)	Cu2+, Ni2+, Co2+	Zaprawa (malowana):
			2+, niebieski
			2+, niebieski
			2+, żółty (wł
			powietrze zmienia kolor na niebieski z powodu
			utlenianie do Co3+)
	Nieobecny	NH4+, Na+, K+

Oczywiście powyższa lista kationów jest niepełna i obejmuje kationy najczęściej spotykane w praktyce w analizowanych próbkach. Ponadto istnieją inne zasady klasyfikacji według grup analitycznych.

2.2. Analiza wewnątrzgrupowa kationów i reakcje analityczne służące ich detekcji

2.2.1. Pierwsza grupa (Ag+, Pb2+)

Roztwór testowy zawierający kationy Ag+, Pb2+

↓ + 2M roztwór HCl + C 2 H5 OH (w celu zmniejszenia rozpuszczalności PbCl2)

Jeśli PC > PR, powstają białe osady mieszaniny chlorków,

które oddzielają się od roztworu (roztwór nie jest analizowany):

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

Oczywiście przy małych stężeniach wytrąconych kationów stężenie anionów Cl– powinno być stosunkowo wysokie

↓ Do osadu + H2O (destylowana) + wrzenie

Częściowo przechodzi do rozwiązania	W osadzie - cały AgCl i
Jony Pb 2+ (przesunięcie równowagi	częściowo PbCl2
(3) w lewo, ponieważ komputer< ПР для PbCl2 )
	↓ + NH4OH (stęż.)
Wykrywanie w roztworze,
	1. Rozpuszczanie AgCl z powodu
oddzielony od osadu:	kompleksowanie:
1. Z odczynnikiem KI (po	AgCl↓+ 2NH4OH(e) →
chłodzenie):	→+ +Cl– +2H2O
Pb2+ + 2I– → PbI2 ↓ (złoty
kryształy) (4)
	↓+ 2M roztwór HNO3
	↓ do pH<3
	2. Wytrącanie się AgCl z powodu
	rozpad jonu złożonego:
	Cl– + 2HNO3
	→AgCl↓+ 2NH4 + + 2NO3

↓ Do 2. części osadu mieszaniny chlorków + 30%

Chemia analityczna to dział, który pozwala kontrolować produkcję i jakość produktów w różnych sektorach gospodarki. Eksploracja zasobów naturalnych opiera się na wynikach tych badań. Do kontroli stopnia zanieczyszczenia środowiska stosuje się metody chemii analitycznej.

Praktyczne znaczenie

Analiza jest główną opcją określania składu chemicznego pasz, nawozów, gleb, produktów rolnych, co jest ważne dla normalnego funkcjonowania sektora rolno-przemysłowego.

Chemia jakościowa i ilościowa jest niezbędna w biotechnologii i diagnostyce medycznej. Od stopnia wyposażenia laboratoriów badawczych zależy od efektywności i efektywności wielu dziedzin nauki.

Podstawy teoretyczne

Chemia analityczna jest nauką, która pozwala określić skład i strukturę chemiczną materii. Jej metody pomagają odpowiedzieć na pytania dotyczące nie tylko części składowych substancji, ale także ich stosunku ilościowego. Za ich pomocą możesz zrozumieć, w jakiej formie dany składnik występuje w badanej substancji. W niektórych przypadkach można je wykorzystać do określenia przestrzennego rozmieszczenia elementów kompozytowych.

Zastanawiając się nad metodami, często zapożycza się informacje z pokrewnych dziedzin nauki, dostosowuje je do konkretnego obszaru badań. Jakie pytania rozwiązuje chemia analityczna? Metody analityczne umożliwiają opracowanie podstaw teoretycznych, ustalenie granic ich zastosowania, ocenę właściwości metrologicznych i innych oraz stworzenie metod analizy różnych obiektów. Są stale unowocześniane, unowocześniane, stają się coraz bardziej wszechstronne i wydajne.

Mówiąc o metodzie analizy, przyjmują zasadę, która wyraża się w wyrażeniu ilościowego związku pomiędzy wyznaczaną właściwością a składem. Wybrane metody prowadzenia, w tym identyfikacja i eliminacja zakłóceń, urządzenia do zajęć praktycznych oraz możliwości przetwarzania wykonanych pomiarów.

Funkcje chemii analitycznej

Istnieją trzy główne obszary wiedzy:

• rozwiązywanie ogólnych problemów analitycznych;
• tworzenie metod analitycznych;
• opracowywanie konkretnych zadań.

Współczesna chemia analityczna jest połączeniem analizy jakościowej i ilościowej. W pierwszej części poruszono problematykę komponentów wchodzących w skład analizowanego obiektu. Drugi podaje informację o zawartości ilościowej jednej lub większej liczby części substancji.

Klasyfikacja metod

Dzielą się one na następujące grupy: pobieranie próbek, rozkład próbek, rozdzielanie składników, identyfikacja i oznaczanie. Istnieją również metody hybrydowe, które łączą separację i definicję.

Metody oznaczania mają ogromne znaczenie. Dzieli się je ze względu na charakter analizowanej właściwości oraz wariant rejestracji określonego sygnału. Problemy w chemii analitycznej często wiążą się z obliczaniem niektórych składników na podstawie reakcji chemicznych. Aby przeprowadzić takie obliczenia, wymagane są solidne podstawy matematyczne.

Wśród głównych wymagań, które dotyczą metod chemii analitycznej, wyróżniamy:

• poprawność i doskonała powtarzalność uzyskanych wyników;
• dolna granica oznaczalności poszczególnych składników;
• wyrazić;
• selektywność;
• prostota;
• automatyzacja eksperymentów.

Przy wyborze metody analizy ważne jest jasne poznanie celu i założeń badania, aby ocenić główne zalety i wady dostępnych metod.

Chemiczna metoda chemii analitycznej opiera się na reakcjach jakościowych charakterystycznych dla niektórych związków.

Sygnał analityczny

Po zakończeniu pobierania próbek i ich przygotowaniu następuje etap analizy chemicznej. Związane jest to z wykryciem składników mieszaniny, określeniem jej zawartości ilościowej.

Chemia analityczna jest nauką, w której istnieje wiele metod, jedną z nich jest sygnał. Sygnał analityczny to średnia z kilku pomiarów wielkości fizycznej na ostatnim etapie analizy, która jest funkcjonalnie powiązana z zawartością pożądanego składnika. Jeśli konieczne jest wykrycie określonego pierwiastka, wykorzystują sygnał analityczny: osad, kolor, linię w widmie. Określenie ilości składnika wiąże się z masą osadu, intensywnością linii widmowych i wielkością prądu.

Metody maskowania, koncentracji, separacji

Maskowanie to hamowanie lub całkowite tłumienie reakcji chemicznej w obecności substancji, które mogą zmienić jej prędkość lub kierunek. Istnieją dwa rodzaje maskowania: równowagowe (termodynamiczne) i nierównowagowe (kinetyczne). W pierwszym przypadku tworzone są warunki, w których stała reakcji maleje na tyle, że proces przebiega nieznacznie. Stężenie zamaskowanego składnika będzie niewystarczające do niezawodnego utrwalenia sygnału analitycznego. Maskowanie kinetyczne polega na wzroście różnicy prędkości analitu i substancji zamaskowanej przy stałym odczynniku.

Przeprowadzenie koncentracji i separacji wynika z pewnych czynników:

• w próbce znajdują się składniki zakłócające oznaczenie;
• stężenie analitu nie przekracza dolnej granicy wykrywalności;
• wykryte składniki są nierównomiernie rozmieszczone w próbce;
• próbka jest radioaktywna lub toksyczna.

Separacja to proces, w wyniku którego można oddzielić od siebie składniki występujące w pierwotnej mieszaninie.

Koncentracja jest operacją, w wyniku której zwiększa się stosunek liczby małych pierwiastków do liczby makroskładników.

Opady nadają się do rozdzielenia kilku próbek. Stosuj je w połączeniu z metodami oznaczania mającymi na celu uzyskanie sygnału analitycznego z próbek stałych. Podział opiera się na różnej rozpuszczalności substancji stosowanych w roztworach wodnych.

Ekstrakcja

Katedra Chemii Analitycznej zajmuje się badaniami laboratoryjnymi związanymi z ekstrakcją. Rozumie się przez to fizykochemiczny proces dystrybucji substancji pomiędzy niemieszającymi się cieczami. Ekstrakcja nazywana jest także procesem przenoszenia masy podczas reakcji chemicznych. Takie metody badawcze nadają się do ekstrakcji, koncentracji makro- i mikroskładników, a także do izolacji grupowej i indywidualnej w analizie różnych obiektów przyrodniczych i przemysłowych. Techniki te są proste i szybkie w wykonaniu, gwarantują doskonałą skuteczność zatężania i separacji oraz są w pełni kompatybilne z różnorodnymi metodami detekcji. Dzięki ekstrakcji możliwe jest zbadanie stanu składnika w roztworze w różnych warunkach, a także ujawnienie jego właściwości fizykochemicznych.

Sorpcja

Służy do zatężania i rozdzielania substancji. Technologie sorpcyjne zapewniają dobrą selektywność rozdzielania mieszanin. Jest to proces pochłaniania par, cieczy, gazów przez sorbenty (absorbery w postaci stałej).

Nawęglanie i elektrolityczne otrzymywanie

Co jeszcze robi chemia analityczna? Podręcznik zawiera informacje na temat metody elektroerozyjnej, podczas której na elektrodach stałych osadza się skoncentrowaną lub oddzieloną substancję w postaci substancji prostej lub jako część związku.

Elektroliza polega na wytrącaniu określonej substancji za pomocą prądu elektrycznego. Najpopularniejszą opcją jest katodowe osadzanie metali o niskiej aktywności. Materiałem elektrody może być platyna, węgiel, miedź, srebro, wolfram.

elektroforeza

Opiera się na różnicach prędkości ruchu cząstek o różnych ładunkach w polu elektrycznym wraz ze zmianą napięcia, wielkości cząstek. Obecnie w chemii analitycznej wyróżnia się dwie formy elektroforezy: prostą (frontalną) i na nośniku (strefową). Pierwsza opcja jest odpowiednia w przypadku małej objętości roztworu zawierającego rozdzielane składniki. Umieszczony jest w probówce, w której znajdują się roztwory. Chemia analityczna wyjaśnia wszystkie procesy zachodzące na katodzie i anodzie. W elektroforezie strefowej ruch cząstek odbywa się w ośrodku stabilizującym, który utrzymuje je na miejscu po wyłączeniu prądu.

Metoda nawęglania polega na odtworzeniu części składowych metali, które mają znaczny potencjał ujemny. W takim przypadku zachodzą jednocześnie dwa procesy: katodowy (z uwolnieniem składnika) i anodowy (rozpuszczenie metalu cementującego).

Odparowanie

Destylacja opiera się na zmiennej lotności substancji chemicznych. Następuje przejście z postaci ciekłej do stanu gazowego, następnie ulega kondensacji, ponownie przechodząc w fazę ciekłą.

Przy prostej destylacji przebiega jednoetapowy proces separacji, po którym następuje zatężanie substancji. W przypadku odparowania usuwane są substancje występujące w postaci lotnej. Na przykład wśród nich mogą znajdować się makro- i mikroelementy. Sublimacja (sublimacja) polega na przeniesieniu substancji z fazy stałej do gazowej z pominięciem postaci ciekłej. Podobną technikę stosuje się w przypadkach, gdy rozdzielane substancje są słabo rozpuszczalne w wodzie lub słabo się topią.

Wniosek

W chemii analitycznej istnieje wiele sposobów wyizolowania jednej substancji z mieszaniny w celu zidentyfikowania jej obecności w badanej próbce. Chromatografia jest jedną z najczęściej stosowanych metod analitycznych. Pozwala wykryć substancje ciekłe, gazowe, stałe o masie cząsteczkowej od 1 do 106 a. e. m. Dzięki chromatografii możliwe jest uzyskanie pełnej informacji o właściwościach i strukturze substancji organicznych różnych klas. Metoda opiera się na rozkładzie składników pomiędzy fazę ruchomą i stacjonarną. Stacjonarne to substancja stała (sorbent) lub ciekły film osadzony na substancji stałej.

Faza ruchoma to gaz lub ciecz przepływająca przez część stacjonarną. Dzięki tej technologii możliwa jest identyfikacja poszczególnych składników, przeprowadzenie składu ilościowego mieszaniny i rozdzielenie jej na składniki.

Oprócz chromatografii w analizie jakościowej i ilościowej stosuje się metody grawimetryczne, miareczkowe i kinetyczne. Wszystkie opierają się na właściwościach fizykochemicznych substancji, pozwalają badaczowi wykryć w próbce określone związki i obliczyć ich zawartość ilościową. Chemia analityczna może być słusznie uważana za jedną z najważniejszych dziedzin nauki.

Jej przedmiotem jako nauki jest doskonalenie istniejących i opracowywanie nowych metod analizy, ich praktyczne zastosowanie, badanie teoretycznych podstaw metod analitycznych.

W zależności od zadania chemię analityczną dzieli się na analizę jakościową, mającą na celu ustalenie, czy Co Lub Który substancja, w jakiej postaci występuje w próbce, oraz analizę ilościową mającą na celu ustalenie Ile dana substancja (pierwiastki, jony, formy molekularne itp.) znajduje się w próbce.

Określanie składu pierwiastkowego przedmiotów materialnych nazywa się Analiza elementarna. Nazywa się ustalaniem struktury związków chemicznych i ich mieszanin na poziomie molekularnym analiza molekularna. Jednym z rodzajów analizy molekularnej związków chemicznych jest analiza strukturalna mająca na celu badanie przestrzennej struktury atomowej substancji, ustalanie wzorów empirycznych, mas cząsteczkowych itp. Do zadań chemii analitycznej należy określanie cech obiektów organicznych, nieorganicznych i biochemicznych. Nazywa się analizę związków organicznych według grup funkcyjnych analiza funkcjonalna.

Fabuła

Chemia analityczna istnieje odkąd istnieje chemia w jej współczesnym znaczeniu, a wiele stosowanych w niej technik sięga jeszcze wcześniejszej epoki, ery alchemii, której jednym z głównych zadań było właśnie określenie składu różnych substancji naturalnych i badanie procesów ich wzajemnych przemian. Ale wraz z rozwojem chemii jako całości znacznie udoskonalono także stosowane w niej metody pracy i obok czysto pomocniczego znaczenia jednego z pomocniczych działów chemii, chemia analityczna ma obecnie wartość całkowicie niezależny wydział wiedzy chemicznej z bardzo poważnymi i ważnymi zagadnieniami teoretycznymi. Bardzo istotny wpływ na rozwój chemii analitycznej wywarła współczesna chemia fizyczna, która wzbogaciła ją o szereg zupełnie nowych metod pracy i podstaw teoretycznych, do których zalicza się doktrynę roztworów (patrz), teorię dysocjacji elektrolitycznej, prawo działanie mas (patrz Równowaga chemiczna) i cała doktryna powinowactwa chemicznego.

Metody chemii analitycznej

Porównanie metod chemii analitycznej

Agregat tradycyjne metody określenie składu substancji poprzez jej sekwencyjny rozkład chemiczny nazwano „chemią mokrą” („analiza mokra”). Metody te charakteryzują się stosunkowo niską dokładnością, wymagają stosunkowo niskich kwalifikacji analityków i zostały obecnie niemal całkowicie wyparte przez metody nowoczesne. metody instrumentalne(optyczne, spektrometryczne mas, elektrochemiczne, chromatograficzne i inne metody fizykochemiczne) oznaczanie składu substancji. Chemia mokra ma jednak przewagę nad metodami spektrometrycznymi - pozwala za pomocą ustandaryzowanych procedur (analizy systematycznej) bezpośrednio określić skład i różne stopnie utlenienia pierwiastków takich jak żelazo (Fe+2, Fe+3), tytan itp.

Metody analityczne można podzielić na brutto i lokalne. Metody analizy brutto zwykle wymagają oddzielnej, szczegółowej substancji (próbki reprezentatywnej). Metody lokalne określić skład substancji w niewielkiej objętości w samej próbce, co umożliwia sporządzenie „map” rozkładu właściwości chemicznych próbki na jej powierzchni i/lub głębokości. Należy również podkreślić metody bezpośrednia analiza, czyli niezwiązane ze wstępnym przygotowaniem próbki. Często konieczne jest przygotowanie próbki (np. rozdrobnienie, wstępne zagęszczenie lub separacja). Przy przygotowaniu próbek, interpretacji wyników, szacowaniu liczby analiz stosuje się metody statystyczne.

Jakościowe metody analizy chemicznej

Aby określić skład jakościowy dowolnej substancji, konieczne jest zbadanie jej właściwości, które z punktu widzenia chemii analitycznej mogą być dwojakiego rodzaju: właściwości substancji jako takiej i jej właściwości w przemianach chemicznych.

Do tych pierwszych zalicza się: stan skupienia (stały, ciekły, gazowy), jego strukturę w stanie stałym (substancja amorficzna lub krystaliczna), barwę, zapach, smak itp. uczucia człowieka, można ustalić naturę tego stanu. substancja. W większości przypadków konieczne jest jednak przekształcenie danej substancji w nową o wyraźnie wyrażonych charakterystycznych właściwościach, wykorzystując w tym celu specjalnie dobrane związki zwane odczynnikami.

Reakcje stosowane w chemii analitycznej są niezwykle różnorodne i zależą od właściwości fizycznych oraz stopnia złożoności składu badanej substancji. W przypadku, gdy analizie chemicznej poddawany jest oczywiście czysty, jednorodny związek chemiczny, prace te przeprowadza się stosunkowo łatwo i szybko; gdy mamy do czynienia z mieszaniną kilku związków chemicznych, kwestia jej analizy staje się zatem bardziej skomplikowana, a przy wytwarzaniu pracy konieczne jest trzymanie się pewnego określonego systemu, aby nie przeoczyć żadnego wchodzącego elementu Substancja. W chemii analitycznej wyróżnia się dwa rodzaje reakcji: reakcje mokrej drogi(w roztworach) i suche reakcje..

Reakcje w roztworach

W jakościowej analizie chemicznej wykorzystuje się tylko takie reakcje w roztworach, które są łatwo dostrzegalne dla ludzkich zmysłów, a moment wystąpienia reakcji rozpoznaje się na podstawie jednego z następujących zjawisk:

1. utworzenie się nierozpuszczalnego w wodzie osadu,
2. zmiana koloru roztworu
3. uwolnienie gazu.

Opad atmosferyczny w reakcjach analizy chemicznej zależy to od powstania jakiejś substancji nierozpuszczalnej w wodzie; jeśli na przykład kwas siarkowy lub jego rozpuszczalna w wodzie sól zostanie dodana do roztworu soli baru, powstanie biały proszkowy osad siarczanu baru:

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

Mając na uwadze, że niektóre inne metale, na przykład ołów, zdolny do tworzenia nierozpuszczalnej soli siarczanowej PbSO4, może dać podobną reakcję tworzenia się białego osadu pod działaniem kwasu siarkowego, aby mieć całkowitą pewność, że to właśnie to lub tego metalu, konieczne jest przeprowadzenie większej liczby reakcji weryfikacyjnych, poddając osad powstały w reakcji odpowiednim badaniom.

Aby pomyślnie przeprowadzić reakcję tworzenia się strącania, oprócz doboru odpowiedniego odczynnika, należy również przestrzegać szeregu bardzo ważnych warunków dotyczących mocy roztworów badanej soli i odczynnika, proporcji zarówno temperatura, czas trwania oddziaływania itp. Rozważając wytrącenia powstające w analizie reakcji chemicznych, należy zwrócić uwagę na ich wygląd, czyli kolor, strukturę (wytrącenia amorficzne i krystaliczne) itp., a także do ich właściwości w związku z wpływem na nie ogrzewania, kwasów, zasad itp. W przypadku interakcji słabych roztworów czasami konieczne jest odczekanie do wytrącenia się osadu do 24-48 godzin, pod warunkiem, że są one przechowywane w temperaturze pewna, pewna temperatura.

Reakcja powstawania osadu, niezależnie od jej jakościowego znaczenia w analizie chemicznej, jest często wykorzystywana do oddzielania od siebie pewnych pierwiastków. W tym celu roztwór zawierający związki dwóch lub więcej pierwiastków poddaje się działaniu odpowiedniego odczynnika zdolnego do przekształcenia części z nich w związki nierozpuszczalne, a następnie powstały osad oddziela się od roztworu (przesączu) metodą filtracji, poddając je dalszemu osobnemu badaniu. Jeśli weźmiemy na przykład sole chlorku potasu i chlorku baru i dodamy do nich kwas siarkowy, wówczas powstanie nierozpuszczalny osad siarczanu baru BaSO 4 i rozpuszczalny w wodzie siarczan potasu K 2 SO 4, który można oddzielić przez filtrację . Podczas oddzielania osadu substancji nierozpuszczalnej w wodzie z roztworu należy w pierwszej kolejności zadbać o to, aby uzyskał on odpowiednią strukturę pozwalającą na bezproblemowe prowadzenie pracy filtracyjnej, a następnie po zebraniu go na filtrze, konieczne jest dokładne umycie go z obcych zanieczyszczeń. Według badań W. Ostwalda należy mieć na uwadze, że przy użyciu określonej ilości wody do mycia bardziej celowe jest wielokrotne przemywanie osadu małymi porcjami wody niż odwrotnie – kilkukrotne dużymi porcjami . Jeśli chodzi o powodzenie reakcji wydzielenia pierwiastka w postaci nierozpuszczalnego osadu, to na podstawie teorii roztworów W. Ostwald stwierdził, że dla dostatecznie całkowitego wydzielenia pierwiastka w postaci nierozpuszczalnego osadu należy zawsze konieczne jest pobranie nadmiaru odczynnika użytego do wytrącania.

Zmiana koloru roztworu jest jedną z bardzo ważnych cech w reakcjach analizy chemicznej i jest bardzo ważna, zwłaszcza w związku z procesami utleniania i redukcji, a także w pracy ze wskaźnikami chemicznymi (patrz poniżej - alkalimetria i kwasymetria).

Przykłady reakcje barwne do jakościowej analizy chemicznej mogą służyć: tiocyjanian potasu KCNS, który w obecności soli tlenku żelaza daje charakterystyczne krwistoczerwone zabarwienie; w przypadku soli tlenku żelaza ten sam odczynnik nic nie daje. Jeśli do roztworu chlorku żelazowego FeCl 2 o lekko zielonym zabarwieniu doda się jakikolwiek środek utleniający, na przykład wodę chlorowaną, roztwór zmienia kolor na żółty z powodu tworzenia się chlorku żelazowego, który jest najwyższym stopniem utlenienia tego metalu. Jeśli weźmiesz pomarańczowy dwuchromian potasu K 2 Cr 2 O 7 i dodasz do niego trochę kwasu siarkowego i środka redukującego, na przykład alkoholu winnego, w roztworze, kolor pomarańczowy zmieni się na ciemnozielony, co odpowiada tworzeniu się najniższego stopień utlenienia chromu w postaci soli siarczanu chromu Cr 3 (SO 4) 3.

W zależności od przebiegu analizy chemicznej często trzeba w niej przeprowadzić te procesy utleniania i redukcji. Do najważniejszych utleniaczy należą: halogeny, kwas azotowy, nadtlenek wodoru, nadmanganian potasu, dwuchromian potasu; najważniejszymi czynnikami redukującymi są: wodór w czasie izolacji, siarkowodór, kwas siarkawy, chlorek cyny, jodowodór.

Reakcje odgazowania w roztworach do produkcji wysokiej jakości analiz chemicznych najczęściej nie mają one niezależnego znaczenia i są reakcjami pomocniczymi; najczęściej trzeba się spotkać z uwolnieniem dwutlenku węgla CO 2 - pod działaniem kwasów na sole węglowe, siarkowodoru - podczas rozkładu metali siarkowych za pomocą kwasów itp.

Reakcje drogą suchą

Reakcje te wykorzystywane są w analizie chemicznej, głównie w tzw. „badanie wstępne”, przy badaniu czystości osadów, reakcjach weryfikacyjnych i badaniu minerałów. Najważniejsze reakcje tego rodzaju polegają na badaniu substancji pod kątem:

1. jego topliwość po podgrzaniu,
2. możliwość barwienia nieświecącego płomienia palnika gazowego,
3. lotność po podgrzaniu,
4. zdolność utleniania i redukcji.

Do produkcji tych testów w większości przypadków wykorzystuje się nieświecący płomień palnika gazowego. Głównymi składnikami gazu zapalającego (wodór, tlenek węgla, gaz bagienny i inne węglowodory) są środki redukujące, ale gdy spala się go w powietrzu (patrz Spalanie), powstaje płomień, w różnych jego częściach można znaleźć warunki niezbędne do redukcji lub utlenienia i równoznaczne z ogrzewaniem do mniej więcej wysokiej temperatury.

Test topliwości Wykonuje się ją głównie przy badaniu minerałów, dla których bardzo mały ich fragment, wzmocniony cienkim drutem platynowym, wprowadza się do części płomienia o najwyższej temperaturze, a następnie za pomocą szkła powiększającego obserwuje się jak zaokrąglone są krawędzie próbki.

Test koloru płomienia powstaje poprzez wprowadzenie małej próbki sepii, małej próbki substancji na drucie platynowym, najpierw do podstawy płomienia, a następnie do jego części o najwyższej temperaturze.

Test zmienności Polega na podgrzaniu próbki substancji w cylindrze probierczym lub w szklanej rurce zamkniętej na jednym końcu, a substancje lotne zamieniają się w pary, które następnie skraplają się w zimniejszej części.

Utlenianie i redukcja na sucho można wytworzyć w kulkach topionego boraksu ( 2 4 7 + 10 2 ) Substancję badaną wprowadza się w niewielkiej ilości do kulek otrzymanych w wyniku stopienia tych soli na drucie platynowym, a następnie podgrzewa się je w utleniającej lub redukującej części płomienia . Renowację można przeprowadzić na wiele innych sposobów, a mianowicie: ogrzewanie na patyku opalonym sodą, ogrzewanie w szklanej rurce z metalami - sodem, potasem lub magnezem, ogrzewanie węglem drzewnym za pomocą dmuchawki, proste ogrzewanie.

Klasyfikacja elementów

Klasyfikacja pierwiastków przyjęta w chemii analitycznej opiera się na tym samym ich podziale, jaki jest zwyczajowo stosowany w chemii ogólnej - na metale i niemetale (metaloidy), przy czym te ostatnie rozpatrywane są najczęściej w postaci odpowiednich kwasów. Aby przeprowadzić systematyczną analizę jakościową, każdą z tych klas elementów dzieli się kolejno na grupy posiadające pewne wspólne cechy grupowe.

Metale chemii analitycznej dzielą się na dwa wydziały, które z kolei dzielą się na pięć grup:

1. Metale, których związki siarki są rozpuszczalne w wodzie- podział metali tego działu na grupy opiera się na właściwościach ich soli węglowych. 1. grupa: potas, sód, rubid, cez, lit. Związki siarki i ich sole węglowe są rozpuszczalne w wodzie. Nie ma wspólnego odczynnika do wytrącania wszystkich metali z tej grupy w postaci związków nierozpuszczalnych. 2. grupa: bar, stront, wapń, magnez. Związki siarki są rozpuszczalne w wodzie, sole węglowe są nierozpuszczalne. Powszechnym odczynnikiem wytrącającym wszystkie metale z tej grupy w postaci nierozpuszczalnych związków jest węglan amonu.
2. Metale, których związki siarki są nierozpuszczalne w wodzie- aby podzielić ten dział na trzy grupy, stosują stosunek swoich związków siarki do słabych kwasów i do siarczku amonu. 3. grupa: aluminium , chrom , żelazo , mangan , cynk , nikiel , kobalt .

Aluminium i chrom nie tworzą z wodą związków siarki; pozostałe metale tworzą związki siarki, które podobnie jak ich tlenki są rozpuszczalne w słabych kwasach. Z kwaśnego roztworu siarkowodór ich nie wytrąca, siarczek amonu wytrąca tlenki lub związki siarki. Siarczek amonu jest powszechnym odczynnikiem tej grupy, a nadmiar jego związków siarki nie rozpuszcza się. 4. grupa: srebro, ołów, bizmut, miedź, pallad, rod, ruten, osm. Związki siarki są nierozpuszczalne w słabych kwasach i wytrącają się w kwaśnym roztworze pod wpływem siarkowodoru; są również nierozpuszczalne w siarczku amonu. Siarkowodór jest powszechnym odczynnikiem dla tej grupy. Grupa 5: cyna, arsen, antymon, złoto, platyna. Związki siarki są również nierozpuszczalne w słabych kwasach i wytrącają się z kwaśnego roztworu pod wpływem siarkowodoru. Są jednak rozpuszczalne w siarczku amonu i tworzą z nim rozpuszczalne w wodzie sulfasale.

Niemetale (metaloidy) muszą być odkryte w analizie chemicznej zawsze w postaci tworzących się kwasów lub ich odpowiednich soli. Podstawą podziału kwasów na grupy są właściwości ich soli baru i srebra w odniesieniu do ich rozpuszczalności w wodzie i częściowo w kwasach. Chlorek baru jest powszechnym odczynnikiem 1. grupy, azotan srebra w roztworze azotanu - dla 2. grupy sole baru i srebra 3. grupy kwasów są rozpuszczalne w wodzie. 1. grupa: w obojętnym roztworze chlorek baru wytrąca nierozpuszczalne sole; sole srebra są nierozpuszczalne w wodzie, ale rozpuszczalne w kwasie azotowym. Należą do nich kwasy: chromowy, siarkowy, siarkowy, wodny, węglowy, krzemowy, siarkowy, fluorokrzemowy (sole baru nierozpuszczalne w kwasach), arsen i arsen. 2. grupa: w roztworze zakwaszonym kwasem azotowym wytrąca się azotan srebra. Należą do nich kwasy: solny, bromowodorowy i jodowodorowy, cyjanowodorowy, siarkowodór, żelazo i cyjanek żelaza oraz jod. 3. grupa: kwas azotowy i kwas chlorowy, które nie są wytrącane ani przez azotan srebra, ani przez chlorek baru.

Należy jednak mieć na uwadze, że odczynniki wskazane dla kwasów nie są odczynnikami ogólnymi, które można zastosować do rozdzielenia kwasów na grupy. Odczynniki te mogą jedynie wskazywać na obecność grupy kwasowej lub innej, a aby odkryć każdy pojedynczy kwas, należy zastosować ich szczególne reakcje. Powyższa klasyfikacja metali i niemetali (metaloidów) dla celów chemii analitycznej została przyjęta w rosyjskiej szkole i laboratoriach (wg N. A. Menshutkina), w laboratoriach Europy Zachodniej przyjmuje się inną klasyfikację, opartą jednak zasadniczo na tym samym zasady.

Teoretyczne podstawy reakcji

Podstaw teoretycznych reakcji jakościowej analizy chemicznej w roztworach należy szukać, jak już wskazano powyżej, w działach chemii ogólnej i fizycznej dotyczących roztworów i powinowactwa chemicznego. Jednym z pierwszych, najważniejszych zagadnień jest stan wszystkich minerałów w roztworach wodnych, w którym zgodnie z teorią dysocjacji elektrolitycznej wszystkie substancje należące do klas soli, kwasów i zasad dysocjują na jony. Dlatego wszystkie reakcje analizy chemicznej zachodzą nie między całymi cząsteczkami związków, ale między ich jonami. Na przykład reakcja chlorku sodu NaCl i azotanu srebra AgNO 3 zachodzi zgodnie z równaniem:

Na + + Cl - + Ag + + (NO 3) - = AgCl↓ + Na + + (NO 3) - jon sodu + jon chlorku + jon srebra + anion kwasu azotowego = nierozpuszczalna sól + anion kwasu azotowego

W związku z tym azotan srebra nie jest odczynnikiem chlorku sodu ani kwasu solnego, a jedynie jonu chloru. Zatem dla każdej soli w roztworze, z punktu widzenia chemii analitycznej, jej kation (jon metalu) i anion (pozostałość kwasowa) należy rozpatrywać osobno. W przypadku wolnego kwasu należy wziąć pod uwagę jony wodoru i anion; wreszcie dla każdej zasady, kation metalu i anion hydroksylowy. W istocie najważniejszym zadaniem jakościowej analizy chemicznej jest badanie reakcji różnych jonów oraz sposobów ich otwierania i oddzielania od siebie.

Aby osiągnąć ten ostatni cel, pod wpływem odpowiednich odczynników jony ulegają przemianie w nierozpuszczalne związki, które wytrącają się z roztworu w postaci opadów lub oddzielają się od roztworów w postaci gazów. W tej samej teorii dysocjacji elektrolitycznej należy szukać wyjaśnień działania wskaźników chemicznych, które często znajdują zastosowanie w analizie chemicznej. Według teorii W. Ostwalda wszystkie wskaźniki chemiczne należą do stosunkowo słabych kwasów, częściowo zdysocjowanych w roztworach wodnych. Co więcej, niektóre z nich mają bezbarwne całe cząsteczki i kolorowe aniony, inne, wręcz przeciwnie, mają kolorowe cząsteczki i bezbarwny anion lub anion o innym kolorze; pod wpływem wolnych jonów wodorowych kwasów lub jonów hydroksylowych zasad, wskaźniki chemiczne mogą zmieniać stopień ich dysocjacji, a tym samym ich kolor. Najważniejsze wskaźniki to:

1. Oranż metylowy, który w obecności wolnych jonów wodorowych (reakcja kwasowa) daje kolor różowy, a w obecności obojętnych soli lub zasad daje kolor żółty;
2. Fenoloftaleina – w obecności jonów hydroksylowych (reakcja alkaliczna) daje charakterystyczną czerwoną barwę, natomiast w obecności obojętnych soli lub kwasów jest bezbarwna;
3. Lakmus - czerwienieje pod wpływem kwasów i zmienia kolor na niebieski pod wpływem zasad, i wreszcie
4. Kurkumina - pod wpływem zasad zmienia kolor na brązowy, a w obecności kwasów ponownie przyjmuje kolor żółty.

Wskaźniki chemiczne mają bardzo ważne zastosowanie w masowej analizie chemicznej (patrz poniżej). W reakcjach jakościowej analizy chemicznej często spotyka się także zjawisko hydrolizy, czyli rozkładu soli pod wpływem wody, a roztwór wodny nabiera mniej lub bardziej silnego odczynu zasadowego lub kwaśnego.

Postęp jakościowej analizy chemicznej

W jakościowej analizie chemicznej ważne jest nie tylko określenie, jakie pierwiastki lub związki wchodzą w skład danej substancji, ale także w jakich, w przybliżeniu, względnych ilościach występują te składniki. W tym celu zawsze należy wyjść od pewnych ilości analitu (zwykle wystarczy przyjąć 0,5-1 grama) i w trakcie analizy porównać ze sobą wielkość poszczególnych opadów. Konieczne jest również stosowanie roztworów odczynników o określonej mocy, a mianowicie: normalnej, półnormalnej, jednej dziesiątej normalnej.

Każda jakościowa analiza chemiczna jest podzielona na trzy części:

1. test wstępny,
2. odkrycie metali (kationów),
3. odkrycie niemetali (metaloidów) lub kwasów (anionów).

Ze względu na charakter analitu mogą wystąpić cztery przypadki:

1. stała substancja niemetaliczna,
2. substancja stała w postaci metalu lub stopu metali,
3. płyn (roztwór)

Podczas analizowania stała substancja niemetaliczna przede wszystkim przeprowadza się badanie zewnętrzne i badanie mikroskopowe, a także wstępne badanie powyższymi metodami analizy w postaci suchej. Próbkę substancji rozpuszcza się, w zależności od jej charakteru, w jednym z rozpuszczalników: wodzie, kwasie solnym, kwasie azotowym i wodzie królewskiej (mieszaninie kwasu solnego i azotowego). Substancje, które nie są w stanie rozpuścić się w żadnym ze wskazanych rozpuszczalników, przeprowadza się do roztworu specjalnymi metodami, takimi jak: stapianie z sodą lub potasem, gotowanie z roztworem sody, ogrzewanie z określonymi kwasami itp. Powstały roztwór poddaje się procesowi analiza systematyczna ze wstępną izolacją metali i kwasów według grup i dalszym podziałem ich na osobne pierwiastki, wykorzystując ich własne, szczególne reakcje.

Podczas analizowania stop metalu pewną jego próbkę rozpuszcza się w kwasie azotowym (w rzadkich przypadkach w wodzie królewskiej), a powstały roztwór odparowuje się do sucha, po czym stałą pozostałość rozpuszcza się w wodzie i poddaje systematycznej analizie.

Jeśli substancja jest płyn Przede wszystkim zwraca się uwagę na jego kolor, zapach i reakcję na lakmus (kwasowy, zasadowy, obojętny). Aby mieć pewność, że w roztworze nie ma substancji stałych, niewielką część cieczy odparowuje się na platynowej płytce lub szkiełku zegarkowym. Po tych wstępnych testach ciecz poddaje się apalizacji konwencjonalnymi metodami.

Analiza gazy wyprodukowane specjalnymi metodami wskazanymi w analizie ilościowej.

Metody ilościowej analizy chemicznej

Ilościowa analiza chemiczna ma na celu określenie względnej ilości poszczególnych składników związku chemicznego lub mieszaniny. Stosowane w nim metody zależą od właściwości i składu substancji, dlatego też ilościowa analiza chemiczna musi być zawsze poprzedzona jakościową analizą chemiczną.

Do analizy ilościowej można zastosować dwie różne metody: grawimetryczną i wolumetryczną. Metodą wagową wyodrębnia się oznaczane ciała w postaci możliwie nierozpuszczalnych lub trudnorozpuszczalnych związków o znanym składzie chemicznym i określa się ich masę, na podstawie której można określić ilość żądany element poprzez obliczenia. W analizie wolumetrycznej mierzy się objętości miareczkowanych (zawierających określoną ilość odczynnika) roztworów stosowanych do analizy. Ponadto różni się szereg specjalnych metod ilościowej analizy chemicznej, a mianowicie:

1. elektrolityczny, polegająca na izolowaniu poszczególnych metali metodą elektrolizy,
2. kolorymetryczna, powstający poprzez porównanie intensywności barwy danego roztworu z barwą roztworu o określonej mocy,
3. analiza organiczna, polegający na spalaniu materii organicznej na dwutlenek węgla CO 2 i wodę H 2 0 oraz na określeniu ilości ich względnej zawartości w substancji węgla i wodoru,
4. analiza gazów, polegające na oznaczaniu specjalnymi metodami składu jakościowego i ilościowego gazów lub ich mieszanin.

Bardzo specyficzną grupą jest medyczna analiza chemiczna, obejmujących szereg różnych metod badania krwi, moczu i innych produktów przemiany materii ludzkiego organizmu.

Ważona ilościowa analiza chemiczna

Metody wagowej ilościowej analizy chemicznej są dwojakiego rodzaju: metoda analizy bezpośredniej I metoda analizy pośredniej (pośredniej).. W pierwszym przypadku wyodrębnia się oznaczany składnik w postaci jakiegoś nierozpuszczalnego związku i określa masę tego ostatniego. Analiza pośrednia opiera się na fakcie, że dwie lub więcej substancji poddanych tej samej obróbce chemicznej ulegają nierównej zmianie swojej masy. Mając np. mieszaninę chlorku potasu i azotanu sodu, pierwszy z nich można oznaczyć metodą bezpośredniej analizy, wytrącając chlor w postaci chlorku srebra i go ważąc. Jeżeli występuje mieszanina soli chlorkowych potasu i sodu, można określić ich stosunek metodą pośrednią, wytrącając cały chlor w postaci chlorku srebra i określając jego masę, a następnie obliczając.

Wolumetryczna analiza chemiczna

Analiza elektrolizy

Metody kolorymetryczne

Elementarna analiza organiczna

Analiza gazu

Klasyfikacja metod chemii analitycznej

• Metody analizy elementarnej
  • Analiza widmowa promieni rentgenowskich (fluorescencja rentgenowska)
  • Analiza aktywacji neutronów ( język angielski) (patrz analiza radioaktywna )
  • Spektrometria elektronów Augera (EOS) ( język angielski); zobacz efekt Augera
  • Analityczna spektrometria atomowa to zespół metod polegający na przekształceniu analizowanych próbek w stan pojedynczych wolnych atomów, których stężenia są następnie mierzone spektroskopowo (czasami włącza się tu analizę fluorescencji rentgenowskiej, chociaż nie opiera się ona na atomizacji próbki i nie jest powiązany z atomową spektroskopią par).
    • MS - spektrometria mas z rejestracją mas jonów atomowych
      • ICP-MS - spektrometria mas w plazmie sprzężonej indukcyjnie (patrz plazma sprzężona indukcyjnie w spektrometrii mas)
      • LA-ICP-MS - spektrometria mas z plazmą indukcyjnie sprzężoną i ablacją laserową
      • LIMS – spektrometria mas z iskrą laserową; zobacz ablację laserową (przykład komercyjnego wdrożenia: LAMAS-10M)
      • SIMS – spektrometria mas jonów wtórnych (SIMS)
      • TIMS – termojonizacyjna spektrometria mas (TIMS)
      • Wysokoenergetyczna spektrometria masowa z akceleratorem cząstek (AMS)
    • AAS – atomowa spektrometria absorpcyjna
      • ETA-AAS - atomowa spektrometria absorpcyjna z atomizacją elektrotermiczną (patrz spektrometry absorpcji atomowej)
      • CVR – spektroskopia czasu zaniku rezonatora (CRDS)
      • VRLS – wewnątrzwnękowa spektroskopia laserowa
    • AES – atomowa spektrometria emisyjna
      • iskra i łuk jako źródła promieniowania (patrz wyładowanie iskrowe; łuk elektryczny)
      • ICP-AES – atomowa spektrometria emisyjna w plazmie sprzężonej indukcyjnie
      • LIES - spektrometria emisyjna iskier laserowych (LIBS lub LIPS); zobacz ablację laserową
    • APS - atomowa spektrometria fluorescencyjna (patrz fluorescencja)
      • ICP-AFS - atomowa spektrometria fluorescencji w plazmie sprzężonej indukcyjnie (urządzenia firmy Baird)
      • LAFS - laserowa spektrometria atomowa fluorescencji
      • APS w lampach z katodą wnękową (przykład komercyjny: AI3300)
    • AIS – atomowa spektrometria jonizacyjna
      • LAIS (LIIS) – laserowa jonizacja atomowa lub spektroskopia jonizacyjna ze wzmocnieniem laserowym (ang. Jonizacja wzmocniona laserem, LEI )
      • RIMS - spektrometria mas z jonizacją rezonansu laserowego
      • OG - optogalwaniczna (LOGS - laserowa spektroskopia optogalwaniczna)

• Inne metody analizy
  • miareczkowanie, analiza wolumetryczna
  • analiza masy - grawimetria, elektrograwimetria
  • spektrofotometria (zwykle absorpcja) gazów molekularnych i materii skondensowanej
    • spektrometria elektronowa (widmo widzialne i spektrometria UV); patrz spektroskopia elektronowa
    • spektrometria wibracyjna (spektrometria IR); patrz spektroskopia wibracyjna
  • spektroskopia Ramana; zobacz efekt Ramana
  • analiza luminescencyjna
  • spektrometria mas z rejestracją mas jonów molekularnych i klasterowych, rodników
  • spektrometria ruchliwości jonów (

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

CHEMIA ANALITYCZNA

Ilościowa analiza chemiczna

Instruktaż

Dla studentów uniwersytetu

Wydanie drugie, poprawione i powiększone

wyższe wykształcenie zawodowe do użytku międzyuczelnianego

jako podręcznik z chemii analitycznej dla studentów studiujących na kierunkach 552400 „Technologia żywności”, 655600 „Produkcja żywności 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. Justratow, G.N. Mikileva, I.A. Mochałowa

Edytowany przez V.F. Justratowa

Recenzenci:

VA Niewostrujew, głowa Katedra Chemii Analitycznej

Uniwersytet Państwowy w Kemerowie, dr Chem. nauki ścisłe, profesor;

sztuczna inteligencja Gierasimow, profesor nadzwyczajny, Wydział Chemii i Technologii

substancje nieorganiczne Państwowego Technicznego Kuzbass

Uniwersytet, doktorat chemia Nauki

Instytut Technologiczny Kemerowo

Przemysł spożywczy

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

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

ISBN 5-89289-312-X

Omówiono podstawowe pojęcia i działy chemii analitycznej. Szczegółowo omówiono wszystkie etapy ilościowej analizy chemicznej, od pobierania próbek 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 sterowaniu technochemicznym przemysłu spożywczego.

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

Przeznaczony dla uczniów wszystkich form uczenia się.

UDC 543.062 (07)

BBC 24.4 i 7

ISBN 5-89289-312-X

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

© V.F. Justratow, G.N. Mikileva, I.A. Mochalova, 2005, dodatek

© KemTIPP, 1994

PRZEDMOWA

Podręcznik przeznaczony jest dla studentów kierunków technologicznych uczelni o profilu spożywczym. Wydanie drugie, poprawione i powiększone. 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 ostatnich 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 Kształcenia w obszarach „Technologia żywności”, „Produkcja żywności z surowców roślinnych”, „ Technologia surowców i produktów pochodzenia zwierzęcego”, „Technologia produktów spożywczych specjalnego przeznaczenia i gastronomii”.

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

Prezentując materiał, uwzględniono współczesną nomenklaturę związków chemicznych, współczesne, ogólnie przyjęte koncepcje i idee, a do uzasadnienia wniosków posłużono się nowymi danymi naukowymi.

Podręcznik zawiera dodatkowo rozdział dotyczący instrumentalnych metod analizy, jako najbardziej obiecujących, oraz ukazuje aktualne tendencje w rozwoju chemii analitycznej.

Tekst podręcznika, zgodnie z formą prezentacji, dostosowany jest dla studentów kierunków I-II, którym brakuje jeszcze umiejętności samodzielnej pracy z literaturą dydaktyczną.

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 obszerna i trudna do zapamiętania. W podręcznikach do szkół średnich podawane są 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, konieczne stało się sprawdzanie ich jakości. Pierwszą powszechnie stosowaną techniką analizy tych metali była kupelacja, czyli próba ogniowa. 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.

Łuski były znane ludzkości jeszcze przed czasami starożytnej cywilizacji. Odważniki znalezione dla wag sięgają 2600 roku p.n.e.

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

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

Szybki rozwój chemii analitycznej rozpoczął się pod koniec XVII wieku. w związku z pojawieniem się manufaktur, gwałtowny wzrost ich liczby. Doprowadziło to do powstania szeregu problemów, 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 zawiera systematyczny przegląd procesów stosowanych w chemii analitycznej, pogrupowanych ze względu na charakter analizowanych substancji.

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

Ogromną liczbę odczynników stosowanych w analizie jakościowej usystematyzował Heinrich Rose (1795-1864) w swojej książce „A Guide to Analytical Chemistry”. Oddzielne rozdziały tej książki poświęcone są niektórym pierwiastkom i znanym reakcjom tych pierwiastków. I tak w 1824 r. Róża jako pierwsza opisał reakcje poszczególnych pierwiastków i podała schemat analizy systematycznej, który w 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, które ukazuje się do dziś. Magazyn został założony przez Freseniusa i wydawany w Niemczech.

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

Metody analizy wolumetrycznej zaczęto powszechnie włączać 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. Łomonosowa (1711-1765), prawo okresowe odkryte przez D.I. Mendelejewa (1834-1907), teorię dysocjacji elektrolitycznej rozwiniętą przez S. Arrheniusa (1859-1927).

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

Wiele lat poświęcono opracowaniu wygodnych i dokładnych przyrządów, opracowaniu operacji sortowania szkła wolumetrycznego, manipulacji podczas pracy ze szkłem precyzyjnym oraz metod ustalania końca miareczkowania.

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

Po raz pierwszy obecnie ogólnie przyjęte terminy w chemii "pipeta"(ryc. 1) (z rury francuskiej - rura, 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 tu działanie miareczkowania w takiej formie, w jakiej odbywa się to obecnie.

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 szczegółów na temat tych metod analizy można znaleźć w sekcji 8.

Pod koniec XIX wieku, w 1894 roku, niemiecki chemik fizyczny V.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.

Rozpoczęło się w XX wieku (1903) upłynął pod znakiem odkrycia rosyjskiego botanika i biochemika M.S. Barwa zjawiska chromatograficznego, która stała się podstawą rozwoju różnych wariantów metody chromatograficznej, której rozwój trwa do dziś.

W dwudziestym wieku chemia analityczna rozwinęła się całkiem pomyślnie. Nastąpił rozwój zarówno chemicznych, jak i instrumentalnych metod analizy. Rozwój metod instrumentalnych nastąpił dzięki stworzeniu unikalnych urządzeń, które pozwalają na rejestrację indywidualnych właściwości analizowanych składników.

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

Rozwój chemii analitycznej zawsze uwzględniał dwa czynniki: z jednej strony rozwijający się przemysł stworzył problem, który należy rozwiązać; z drugiej strony odkrycia nauki 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 części produkcji przemysłowej.

6. Tworzenie metod automatycznego sterowania procesami technologicznymi w połączeniu z systemami sterowania opartymi na wykorzystaniu elektronicznych maszyn, przyrządów i urządzeń liczących, rejestrujących, sygnalizacyjnych, blokujących i sterujących.

Z powyższego widać, 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. Oznaczyć w surowcach i produktach spożywczych substancje toksyczne (szkodliwe) dla organizmu człowieka.

1.4. Metoda analizy

Chemia analityczna zajmuje się metodami analizy, różnymi aspektami ich rozwoju i zastosowania. Zgodnie z zaleceniami autorytatywnej międzynarodowej organizacji chemicznej IUPAC* metodą analizy są zasady leżące u podstaw analizy substancji, tj. rodzaj i charakter energii powodującej zaburzenia chemicznych cząstek materii. Z kolei zasadę analizy wyznaczają zjawiska przyrody, 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 wystarczająco ważne, należy je sformułować. Naszym zdaniem najbardziej akceptowalna definicja to:

Metoda analizy jest sumą 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 analizy.

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 analizy zaliczają się te, w których wyniki analizy 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 analizowanych substancji. Najczęściej metody te ustalają właściwości optyczne, magnetyczne, elektryczne i termiczne.

3. Fizyko-chemiczne metody analizy.

Polegają one na pomiarze pewnej 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 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 rejestracji i oceny właściwości fizycznych (szczegóły w rozdziale 8).

4. Metody separacji.

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

Czasami w analizowanym roztworze wyznaczonego składnika jest znacznie mniej, niż można to określić wybraną metodą analizy. W takim przypadku przed określeniem takich składników konieczne jest ich wstępne 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 koncentracji w analizowanym układzie wyraźnie może ujawnić się pewna właściwość, której utrwalenie pozwoli rozwiązać problem ilości analitu w mieszaninie. Metoda analizy może rozpocząć się od operacji separacji, czasami obejmuje również zatężanie.

1.5.2. Klasyfikacja na podstawie masy substancji lub objętości

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. W związku z tym rozróżnia się analizę jakościową i ilościową.

Zadaniem analizy jakościowej jest ustalenie składu chemicznego analizowanego obiektu.

Analizowany obiekt może być pojedynczą substancją (prostą lub bardzo złożoną, np. chleb), jak również mieszaniną substancji. Jako część obiektu interesujące mogą być jego różne elementy. 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 przydatne (Ca 2+, NaCl, tłuszcz, białko itp.), albo szkodliwe dla organizmu ludzkiego (Cu 2+ , Pb 2+ , pestycydy itp. . ). Można to zrobić na dwa sposoby: identyfikacja I odkrycie.

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

W tym celu wstępnie bada się pewne właściwości danych związków odniesienia, których obecność zakłada się w analizowanym obiekcie. Na przykład reakcje chemiczne przeprowadza się z kationami lub anionami (te jony są wzorcami) w badaniu substancji nieorganicznych lub mierzy się stałe fizyczne referencyjnych substancji organicznych. Następnie przeprowadza się te same testy z badanym związkiem i porównuje wyniki.

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

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

Reakcja chemiczna, podczas której pojawiają się znaki analityczne, nazywa się wysokiej jakości reakcja analityczna.

Substancje stosowane w reakcjach 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 pozwalają wyizolować ze złożonej mieszaniny substancji pod wpływem odczynnika grupowego całe grupy jonów, które mają tę samą cechę analityczną. Na przykład węglan amonu (NH 4) 2 CO 3 należy do grupy odczynników, ponieważ tworzy białe węglany nierozpuszczalne w wodzie z jonami Ca 2+, Sr 2+, Ba 2+.

Charakterystyka nazywane są takimi reakcjami, w których biorą udział odczynniki oddziałujące z jednym lub niewielką liczbą jonów. Cecha analityczna w tych reakcjach najczęściej wyraża się w charakterystycznym kolorze. Na przykład dimetyloglioksym jest charakterystycznym odczynnikiem dla jonu Ni 2+ (różowy osad) i dla jonu Fe 2+ (rozpuszczalny w wodzie czerwony związek).

W analizie jakościowej najważniejsze są reakcje specyficzne. konkretny reakcją na dany jon jest taka reakcja, która pozwala na wykrycie go w warunkach eksperymentalnych w mieszaninie z innymi jonami. Taką reakcją jest na przykład reakcja wykrywania jonów, zachodząca pod działaniem 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 markę. Niektóre marki odczynników przedstawiono w tabeli. 2.

Tabela 2

Marki odczynników

Zwykle w praktyce analizy chemicznej stosuje się odczynniki spełniające kwalifikację „stopień analityczny” i „czysty chemicznie”. 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. W celu jego wdrożenia substancja badana musi zostać wcześniej rozpuszczona. Rozpuszczalnikiem jest zwykle woda lub, jeśli substancja jest nierozpuszczalna w wodzie, inny rozpuszczalnik. Reakcje mokre zachodzą pomiędzy jonami prostymi lub złożonymi, dlatego po zastosowaniu wykrywane są właśnie te jony.

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

Przykładami reakcji przeprowadzanych metodą „na sucho” są reakcje barwienia płomienia 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 badanego ciała stałego 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 rozcierania badanej substancji stałej z jakimś stałym odczynnikiem, w wyniku czego mieszanina nabiera barwy.

1.6.3. Analiza systematyczna

Analizę jakościową obiektu można przeprowadzić dwoma różnymi metodami.

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

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. Identyfikowana substancja. substancja robocza

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

Substancja, za pomocą której przeprowadza się to oznaczenie, nazywa się substancja robocza (RV).

1.7.2. Sposoby 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 substancji rozpuszczonej do objętości roztworu.

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

(1)

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 i oznacza się go f ekwiwalentem. Dla H 2 SO 4 f równoważnik = 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 równoważnik \u003d 1 / Z * dlatego stężenie molowe równoważników jest również oznaczane w ten sposób: C (1 / Z * H 2 SO 4).

2. W warunkach laboratoriów analitycznych, gdy wykonanie serii pojedynczych analiz przy użyciu jednego wzoru obliczeniowego zajmuje dużo czasu, często stosuje się współczynnik korygujący, czyli poprawkę K.

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

. (2)

K zapisuje się jako liczby z czterema miejscami po przecinku. Z zapisu: K \u003d 1,2100 do C eq (HCl) \u003d 0,0200 mol / dm 3 wynika, że ​​C eq (HCl) \u003d 0,0200 mol / dm 3 to standardowe stężenie molowe równoważników HCl, następnie oblicza się prawdę według wzoru:

3. Miano jest masą substancji zawartej w 1 cm3 objętości roztworu.

Miano najczęściej odnosi się do roztworu substancji roboczej.

(3)

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 analitu- jest to masa oznaczanej substancji, odpowiadająca masie substancji roboczej zawartej w 1 cm 3 roztworu.

(5)

(6)

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

. (7)

6. Ułamek objętościowy substancja rozpuszczona jest równa stosunkowi objętości substancji rozpuszczonej A do całkowitej objętości roztworu:

. (8)

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

; (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 podpis.

2. We wszystkich wzorach obliczeniowych przyjętych w chemii analitycznej jednostką objętości jest cm 3. Ponieważ szkło stosowane w analizie do pomiaru objętości pozwala na pomiar objętości z dokładnością do 0,01 cm 3, to z taką dokładnością należy podawać liczby wyrażające objętości roztworów analitów i substancji roboczych biorących udział w analizie nagrany.

1.7.3. Metody sporządzania roztworów

Przed przystąpieniem do przygotowania roztworu należy odpowiedzieć na poniższe pytania.

1. W jakim celu przygotowywany jest roztwór (do zastosowania jako RV, do wytworzenia określonej wartości pH podłoża 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 (ciekła czy stała, standardowa czy niestandardowa), jaką metodę przygotowania roztworu zastosować?

Roztwór można przygotować na następujące sposoby:

1. Precyzyjny zaczep.

Jeśli substancja z którego należy przygotować roztwór, jest standardem, tj. spełnia określone (wymienione poniżej) wymagania, wówczas roztwór można przygotować na podstawie dokładnej próbki. Oznacza to, że masę próbki oblicza się i mierzy na wadze analitycznej z dokładnością do czterech miejsc 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) pożądany jest duży równoważnik masy molowej substancji.

2. Z kanału naprawczego.

Odmianą metody przygotowania roztworu dla dokładnej próbki jest metoda przygotowania roztworu z fixanalu. Rolę dokładnej próbki pełni dokładna ilość substancji w szklanej ampułce. Należy pamiętać, że substancja w ampułce może być standardowa (patrz akapit 1) i niestandardowa. Okoliczność ta wpływa na sposób i czas przechowywania roztworów substancji niestandardowych przygotowanych z utrwalaczy.

FIXANAL(miano standardowe, dawka normalna) to zamknięta ampułka, w której występuje w postaci suchej lub w postaci roztworu 0,1000, 0,0500 lub innej liczby moli równoważników substancji.

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 roztwór przygotowany z dokładnej próbki 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 tytuł.

3. Według przybliżonej wagi.

Jeżeli substancja, z której ma zostać sporządzony roztwór, nie spełnia wymagań dla substancji standardowych, a nie ma odpowiedniego fixanalu, to roztwór przygotowuje się według przybliżonej masy.

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, rozpuszczoną w kolbie miarowej. Uzyskaj roztwór o przybliżonym stężeniu.

4. Rozcieńczając bardziej stężony roztwór.

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

Dokładne stężenie roztworów przygotowanych na podstawie przybliżonej próbki i poprzez rozcieńczenie stężonego roztworu określa się przeprowadzając analizę grawimetryczną lub miareczkową, dlatego roztwory przygotowane tymi metodami, po określeniu ich dokładnych stężeń, nazywane są roztwory o stałym mianie, 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 obliczenie masy substancji, którą należy pobrać do przygotowania roztworu, przeprowadza się według następujących wzorów:

; (11)

. (12)

Notatka. Jednostką miary objętości jest cm 3.

Obliczanie masy substancji przeprowadza się z taką dokładnością, jaką określa metoda przygotowania roztworu.

Wzory obliczeniowe stosowane przy sporządzaniu roztworów metodą rozcieńczania zależą od rodzaju stężenia, które należy uzyskać, oraz 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 analizy zostaną wykonane prawidłowo, w określonej kolejności.

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

Przeciętna próbka- jest to część analizowanego obiektu, niewielka w stosunku do całej 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) bardzo się od siebie różnią. Podczas pobierania próbek 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 wykonywanie dalszych analiz nie ma w zasadzie 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, waży się określoną próbkę każdego produktu i umieszcza w piecu. Najczęściej analizie poddawane są roztwory uzyskane w wyniku odpowiedniej obróbki próbki. W takim przypadku zadanie przygotowania próbki do analizy sprowadza się do następujących czynności. Próbkę poddaje się takiej obróbce, w której zostaje zachowana ilość analizowanego składnika i całkowicie przechodzi do roztworu. W takim przypadku może zaistnieć konieczność wyeliminowania substancji obcych, które mogą znajdować się w analizowanej próbce wraz ze składnikiem, który ma być oznaczany.

Przygotowanie próbek do analizy, a także pobieranie próbek opisano w dokumentacji regulacyjnej i technicznej, zgodnie z którą analizowane są surowce, półprodukty i produkty gotowe. Spośród operacji chemicznych wchodzących w skład procedury przygotowania próbki do analizy możemy wymienić taką, która jest często stosowana przy przygotowywaniu próbek surowców, półproduktów, produktów gotowych w przemyśle spożywczym - jest to popiół operacja.

Spopielanie to proces przekształcania produktu (materiału) w popiół. Próbkę przygotowuje się poprzez spopielanie w celu oznaczenia 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 na przygotowaną próbkę działa substancja odczynnikowa lub jakiś rodzaj energii. Prowadzi to do pojawienia się sygnałów analitycznych (zmiana koloru, pojawienie się nowego promieniowania itp.). Pojawiający się sygnał może być: a) zarejestrowany; b) rozważyć moment, w którym konieczne jest zmierzenie określonego parametru w analizowanym układzie, np. objętości substancji roboczej.

4. Przetwarzanie danych analitycznych.

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

Istnieją różne sposoby przekształcania danych analitycznych w wyniki analiz.

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 analitem. Następnie objętość tę podstawiamy do odpowiedniego wzoru i wyliczamy wynik analizy – masę lub stężenie analitu.

2. Wykres metody kalibracji (kalibracji).

3. Metoda porównania.

4. Sposób dodawania.

5. Metoda różnicowa.

Te metody przetwarzania danych analitycznych znajdują zastosowanie w instrumentalnych metodach analizy, podczas których badania będzie można je szczegółowo poznać.

B) Uzyskane wyniki analizy należy przetworzyć zgodnie z zasadami statystyki matematycznej, które zostały omówione w podrozdziale 1.8.

5. Określenie znaczenia społeczno-gospodarczego wyniku analizy. Ten etap jest ostateczny. Po zakończeniu analizy i otrzymaniu wyniku konieczne jest ustalenie zgodności między jakością produktu a wymogami dokumentacji regulacyjnej dla niego.

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”.

Jeśli chodzi o metodę analizy, oznacza to, że uwzględniane są zasady, dzięki którym można uzyskać dane analityczne i je zinterpretować (patrz rozdział 1.4).

Metoda analizy- jest to szczegółowy opis wszystkich czynności związanych z wykonaniem analizy, w tym pobraniem i przygotowaniem próbek (ze wskazaniem stężeń wszystkich roztworów do badania).

W praktycznym zastosowaniu każdej metody analizy opracowuje się wiele metod 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 „Permanganometryczne oznaczanie Fe 2+ w roztworze soli Mohra”, „jodometryczne oznaczanie Cu 2+”, „Dichromatometryczne oznaczanie Fe 2+”. Metody ich realizacji są zupełnie inne, ale opierają się na tej samej metodzie analizy „Redoksymetrii”.

1.7.7. Charakterystyka analityczna metod analitycznych

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

Granica wykrywalności(C min., p) to najniższa zawartość, przy której tą metodą można wykryć obecność wyznaczonego składnika z danym 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 określonej dokładności analizy. Przy P \u003d 0,95 - 95 na 100.

Selektywność analizy charakteryzuje możliwość oznaczania tego 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: przedział określonych treści, poprawność (dokładność), odtwarzalność, zbieżność.

Przedział określonej zawartości- jest to obszar zapewniany tą techniką, w którym mieszczą się wartości wyznaczonych ilości składników. Jednocześnie zwyczajowo należy to zauważyć dolna granica oznaczanej zawartości(C n) - najmniejsza wartość oznaczanej zawartości, ograniczająca zakres oznaczanej zawartości.

Poprawność (dokładność) analizy- jest zbliżeniem uzyskanych wyników do prawdziwej wartości ustalonej wartości.

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

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

Wszystkie cechy analityczne i metrologiczne metody lub metody analizy 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 wzorów 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 jest zawsze uzyskiwany 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 one mieć charakter metodyczny, w zależności od konkretnej zastosowanej metody analizy. Mogą one zależeć od zastosowanych przyrządów i odczynników, od nieprawidłowego lub niewystarczająco starannego wykonania czynności analitycznych, od indywidualnych cech osoby przeprowadzającej analizę. Błędy systematyczne są trudne do zauważenia, gdyż mają charakter stały i pojawiają się podczas powtarzanych oznaczeń. Aby uniknąć tego typu błędów, należy wyeliminować ich źródło lub wprowadzić odpowiednią korektę do wyniku pomiaru.

Losowe błędy nazywane są błędami o nieokreślonej wielkości i znaku, w wyglądzie którego nie obserwuje się żadnej prawidłowości.

Błędy losowe występują w każdym pomiarze, w tym w każdym oznaczeniu analitycznym, niezależnie od tego, jak starannie jest on przeprowadzany. O ich obecności świadczy fakt, że powtarzane oznaczenia tego czy innego składnika danej próbki, wykonywane tą samą metodą, dają zazwyczaj nieco inne wyniki.

W przeciwieństwie do błędów systematycznych, błędów przypadkowych nie można uwzględnić ani wyeliminować poprzez wprowadzenie jakichkolwiek poprawek. Można je jednak znacząco ograniczyć poprzez zwiększenie liczby równoległych oznaczeń. Teoretycznie można uwzględnić wpływ błędów przypadkowych na wynik analizy, przetwarzając wyniki uzyskane w serii równoległych oznaczeń tego składnika z wykorzystaniem metod statystyki matematycznej.

Dostępność rażące błędy Lub tęskni objawia się tym, że wśród stosunkowo bliskich wyników obserwuje się jedną lub kilka wartości, które zauważalnie różnią się wielkością od ogólnego szeregu. Jeśli różnica jest na tyle duża, że ​​można mówić o błędzie rażącym, wówczas pomiar ten jest natychmiast odrzucany. Jednak w większości przypadków drugiego wyniku nie można od razu uznać za błędny jedynie na podstawie „wyskoczenia” z szeregu ogólnego, dlatego konieczne są dodatkowe badania.

Istnieją opcje, gdy przeprowadzanie dodatkowych badań nie ma sensu, a jednocześnie niepożądane jest używanie nieprawidłowych danych do obliczenia ogólnego wyniku analizy. W tym przypadku obecność rażących błędów lub chybień określa się na podstawie kryteriów 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 definicji w tym przypadku stosuje się metody statystyki matematycznej opracowane dla niewielkiej liczby definicji. Wyniki tej niewielkiej liczby oznaczeń uważa się za wybrane losowo - próbowanie- ze wszystkich możliwych wyników populacji ogólnej w danych warunkach.

Dla małych próbek o liczbie pomiarów n<10 определение грубых погрешностей можно оценивать при помощи zakres zmienności według kryterium Q. Aby to zrobić, wykonaj proporcję:

gdzie X 1 – podejrzanie wyróżniony wynik analizy;

X 2 - wynik pojedynczej definicji, najbliższy wartości X 1 ;

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

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

Wynik uznany za błąd rażący nie jest brany pod uwagę w dalszych rozważaniach.

Kryterium Q nie jest jedynym wskaźnikiem, którego wartość można wykorzystać do oceny obecności rażącego błędu, ale jest obliczane 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 stwierdzić jedynie poprzez wykonanie pełnego matematycznego przetwarzania wyników analizy.

Błędy rażące można również zidentyfikować:

A) odchylenie standardowe. Wynik X i uznawany jest za błąd gruby i odrzucany, jeżeli

. (14)

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

. (15)

O ilościach wskazanych znakami , patrz sekcja 1.8.2.

1.8.2. Statystyczne przetwarzanie wyników analiz

Statystyczne przetwarzanie wyników ma dwa główne zadania.

Pierwszym zadaniem jest przedstawienie wyniku definicji w zwartej formie.

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

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

Ogólna charakterystyka rozproszenia danych jest określona przez wartość odchylenia standardowego S.

(16)

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

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

Metoda lub technika analizy jest tym bardziej powtarzalna, im niższe są dla nich wartości odchylenia bezwzględnego (S) i względnego (Sr).

Rozrzut danych analitycznych względem średniej oblicza się jako wariancję S 2 .

(18)

W prezentowanych wzorach: Xi – indywidualna wartość wielkości otrzymana w trakcie analizy; - średnia arytmetyczna wyników uzyskanych ze wszystkich pomiarów; n to liczba pomiarów; ja = 1…n.

Poprawność lub dokładność analizy charakteryzuje się przedziałem ufności średniej wartości p, f. Jest to obszar, w którym przy braku błędów systematycznych można znaleźć prawdziwą wartość mierzonej wielkości z prawdopodobieństwem ufności P.

, (19)

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

We wzorze tym t p, f jest współczynnikiem Studenta; f jest liczbą stopni swobody; f = n - 1; P jest poziomem 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 DX o (w %):

. (21)

Dlatego wynik analizy można przedstawić jako:

. (23)

Przetwarzanie wyników analizy jest znacznie uproszczone, jeśli podczas wykonywania analiz (próbki kontrolne lub wzorcowe) znana jest rzeczywista zawartość (m) oznaczanego składnika. Oblicz błąd bezwzględny (DX) i względny (DX o, %).

DX \u003d X - m (24)

(25)

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 tych przypadkach średnie wyniki 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 wartości uważa się za zgodne, jeśli należą do tej samej populacji ogólnej. Można to rozwiązać na przykład za pomocą kryterium Fishera (kryterium F).

gdzie są rozproszeniami obliczonymi dla różnych serii analiz.

F ex - jest zawsze większe od jedności, 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).

Przy porównywaniu możliwe są opcje tabeli F ex i F.

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

B) Jeśli 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 różnica pomiędzy wariancjami nie jest istotna, można sprawdzić, czy istnieje statystycznie istotna 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)

(28)

gdzie są średnie wyniki porównywanych próbek;

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

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

Jeśli jednocześnie t ex > t table, to rozbieżność między nimi jest znacząca, 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 analizy 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 realizacji?

9. Co oznaczają litery „chemicznie czysty”, „ch.d.a”? na etykiecie substancji chemicznych?

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”, „rozwiązanie standardowe II”?

15. Jakie jest miano i miano substancji roboczej w zależności od analitu?

16. Jak w skrócie wskazuje się stężenie molowe równoważników?

1. WSTĘP

2. KLASYFIKACJA METOD

3. SYGNAŁ ANALITYCZNY

4.3. METODY CHEMICZNE

4.8. METODY TERMICZNE

5. WNIOSEK

6. WYKAZ WYKORZYSTANEJ LITERATURY

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. Poznanie 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 zależy od poziomu analizy chemicznej, 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, z czego składa się substancja, 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. Czasami możliwe jest oszacowanie przestrzennego rozmieszczenia elementów.

Opracowując metody, często trzeba zapożyczać pomysły z pokrewnych dziedzin nauki i dostosowywać je do swoich celów. Zadanie chemii analitycznej obejmuje opracowanie podstaw teoretycznych metod, ustalenie granic ich stosowalności, ocenę właściwości metrologicznych i innych, stworzenie 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.

Metodę analizy rozumie się jako 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 wykrywanie i eliminacja zakłóceń; urządzenia do praktycznego zastosowania i metody przetwarzania wyników pomiarów. Metodologia analizy to szczegółowy opis analizy danego obiektu wybraną metodą.

Chemia analityczna jako dziedzina wiedzy pełni trzy funkcje:

1. rozwiązanie ogólnych zagadnień analizy,

2. rozwój metod analitycznych,

3. rozwiązywanie konkretnych problemów analizy.

Można to też rozróżnić jakościowy I ilościowyćwiczenie. Pierwsza decyduje o tym, jakie składniki zawiera analizowany obiekt, druga daje informację o zawartości ilościowej wszystkich lub poszczególnych składników.

2. KLASYFIKACJA METOD

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

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

Głównymi wymaganiami stawianymi metodom chemii analitycznej są: poprawność i dobra powtarzalność wyników, niska granica wykrywalności wymaganych składników, selektywność, szybkość, łatwość analizy i możliwość jej automatyzacji.

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

3. SYGNAŁ ANALITYCZNY

Po selekcji 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 analitu.

Jeśli konieczne jest wykrycie dowolnego komponentu, zwykle jest on naprawiany wygląd sygnał analityczny - pojawienie się osadu, kolor, linie 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 (równowagowy) i kinetyczny (nierównowagowy). W maskowaniu termodynamicznym powstają warunki, w których warunkowa stała reakcji zmniejsza się do takiego stopnia, że ​​reakcja przebiega w niewielkim stopniu. Stężenie zamaskowanego składnika staje się niewystarczające, aby wiarygodnie utrwalić sygnał analityczny. Maskowanie kinetyczne polega na zwiększaniu różnicy między szybkością reakcji zamaskowanej i analitu z tym samym odczynnikiem.

Separacja i koncentracja.

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

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

stężenie- jest to operacja (proces), w wyniku której wzrasta stosunek stężenia lub ilości mikroskładników do stężenia lub ilości makroskładnika.

Opady i współstrącanie.

Opady są powszechnie stosowane do oddzielania substancji nieorganicznych. Wytrącanie mikroskładników przez odczynniki organiczne, a zwłaszcza ich współstrącanie, zapewnia wysoki współczynnik koncentracji. Metody te stosuje się w połączeniu z metodami oznaczania, których zadaniem jest 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 różnych obiektów przemysłowych i przyrodniczych. Metoda jest prosta i szybka w wykonaniu, zapewnia wysoką skuteczność separacji i zatężania oraz jest kompatybilna z różnymi metodami oznaczania. Ekstrakcja pozwala na badanie stanu substancji w roztworze w różnych warunkach, w celu określenia właściwości fizykochemicznych.

Sorpcja.

Sorpcja jest dobrze wykorzystywana do separacji i zatężania substancji. Metody sorpcyjne zapewniają zazwyczaj dobrą selektywność separacji i wysokie wartości współczynników stężenia.

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

Separacja i cementacja elektrolityczna.

Najpopularniejsza metoda separacji wyborczej, w której oddzielona lub stężona substancja jest izolowana na elektrodach stałych w stanie elementarnym lub w postaci pewnego związku. Izolacja elektrolityczna (elektroliza) polega na osadzaniu się substancji za pomocą prądu elektrycznego o kontrolowanym potencjale. Najpopularniejszy wariant katodowego osadzania 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. Wyróżnia się dwa rodzaje elektroforezy: czołową (prostą) i strefową (na nośniku). W pierwszym przypadku niewielką objętość roztworu zawierającego rozdzielane składniki umieszcza się w rurce z roztworem elektrolitu. W drugim przypadku ruch następuje w ośrodku stabilizującym, który utrzymuje cząstki na miejscu po wyłączeniu pola elektrycznego.

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

Metody odparowywania.

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

Prosta destylacja (odparowanie)– jednoetapowy proces separacji i zatężania. Odparowanie usuwa substancje, które mają postać gotowych lotnych związków. Mogą to być makroskładniki i mikroskładniki, destylacja tych ostatnich jest stosowana rzadziej.

Sublimacja (sublimacja)- przejście substancji ze stanu stałego do stanu gazowego i późniejsze wytrącenie jej do postaci stałej (z pominięciem fazy ciekłej). Rozdzielanie poprzez sublimację stosuje się zwykle, jeśli rozdzielane składniki są trudne do stopienia lub są trudne do rozpuszczenia.

Kontrolowana krystalizacja.

Kiedy roztwór, stop lub gaz schładza się, tworzą się zarodki fazy stałej – krystalizacja, która może być niekontrolowana (masowa) 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 masach cząsteczkowych od jednostek do 10 6 . Mogą to być izotopy wodoru, jony metali, polimery syntetyczne, białka itp. Chromatografia dostarczyła obszernych informacji na temat struktury i właściwości wielu klas związków organicznych.

Chromatografia- Jest to fizykochemiczna metoda rozdziału substancji, polegająca na rozkładzie składników pomiędzy dwiema fazami – stacjonarną i ruchomą. Faza stacjonarna (stacjonarna) to zazwyczaj ciało stałe (często określane jako sorbent) lub warstwa cieczy osadzona na ciele stałym. 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 następuje jej rozdzielenie na składniki – chromatografia gazowa, cieczowa i gazowo-cieczowa;

b) zgodnie z mechanizmem separacji - chromatografia adsorpcyjna, dystrybucyjna, jonowymienna, sedymentacyjna, redoks, kompleksowo-adsorpcyjna;

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

4.3. METODY CHEMICZNE

Chemiczne metody wykrywania i oznaczania opierają się na reakcjach chemicznych trzech typów: kwasowo-zasadowej, redoks i tworzeniu kompleksów. Czasami towarzyszy im zmiana stanu skupienia komponentów. 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 jako związek lotny (metody destylacyjne). W niektórych przypadkach grawimetria jest najlepszym sposobem rozwiązania problemu analitycznego. Jest to metoda bezwzględna (referencyjna).

Wadą metod grawimetrycznych jest czas trwania oznaczenia, zwłaszcza przy analizach seryjnych dużej liczby próbek, a także brak selektywności – odczynniki strącające, z nielicznymi wyjątkami, rzadko są specyficzne. Dlatego często konieczne jest wstępne rozdzielenie.

Masa jest sygnałem analitycznym w grawimetrii.

metody miareczkowe.

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

W miareczkowaniu stosuje się trzy metody miareczkowania: miareczkowanie w przód, w tył i przez podstawnik.

miareczkowanie bezpośrednie- jest to miareczkowanie roztworu analitu A bezpośrednio roztworem titranu B. Stosuje się je, gdy reakcja pomiędzy 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 titranu B'. Metodę tę stosuje się w przypadkach, gdy reakcja między A i B nie jest wystarczająco szybka lub nie ma odpowiedniego wskaźnika umożliwiającego ustalenie punktu równoważności reakcji.

Miareczkowanie podstawnikowe polega na miareczkowaniu titrantem B nie określonej ilości substancji A, ale równoważnej ilości podstawnika A', powstałej w wyniku wstępnej reakcji pomiędzy określoną substancją A i jakimś odczynnikiem. Tę metodę miareczkowania stosuje się zwykle w przypadkach, gdy nie można przeprowadzić miareczkowania bezpośredniego.

Metody kinetyczne.

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

Reakcja leżąca u podstaw metody kinetycznej nazywa się wskaźnikiem. Substancja, której zmiana stężenia służy do oceny szybkości procesu wskaźnikowego, jest wskaźnikiem.

metody biochemiczne.

Metody biochemiczne zajmują ważne miejsce wśród nowoczesnych metod analizy chemicznej. Do metod biochemicznych zalicza się metody oparte na wykorzystaniu procesów 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 opiera się na wykorzystaniu reakcji katalizowanych przez enzymy - katalizatory biologiczne, charakteryzujące się dużą aktywnością i selektywnością działania.

Metody immunochemiczne analizy opierają się na specyficznym wiązaniu oznaczanego 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, natężenie prądu, rezystancja itp.), który jest funkcjonalnie powiązany ze stężeniem analizowanego roztworu i który można poprawnie zmierzyć.

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

Do każdego rodzaju pomiarów elektrochemicznych niezbędny jest obwód elektrochemiczny lub ogniwo elektrochemiczne, którego składnikiem 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, 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 ustalenie struktury związków organicznych. Analizę molekularną złożonych mieszanin związków organicznych należy przeprowadzić 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 atomowej, a obecnie są z powodzeniem stosowane w różnorodnych analizach, m.in. w przemyśle i służbie geologicznej. Metody te są bardzo liczne i różnorodne. Można wyróżnić cztery główne grupy: analiza radioaktywna; metody rozcieńczania izotopów i inne metody wykorzystujące znaczniki promieniotwórcze; metody oparte na absorpcji i rozpraszaniu promieniowania; metody czysto radiometryczne. Najbardziej rozpowszechniony metoda radioaktywna. Metoda ta pojawiła się po odkryciu sztucznej promieniotwórczości i polega na tworzeniu się radioaktywnych izotopów pierwiastka oznaczanych poprzez napromieniowanie próbki cząstkami jądrowymi lub cząsteczkami G i rejestrowaniu sztucznej radioaktywności uzyskanej podczas aktywacji.

4.8. METODY TERMICZNE

Termiczne metody analizy opierają się na oddziaływaniu materii z energią cieplną. Efekty termiczne, będące przyczyną lub skutkiem reakcji chemicznych, są najpowszechniej stosowane w chemii analitycznej. 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 oraz do oznaczania zawartości wilgoci w próbkach.

4.9. BIOLOGICZNE METODY ANALIZY

Biologiczne metody analizy opierają się na fakcie, że dla aktywności życiowej - wzrostu, reprodukcji i ogólnie normalnego funkcjonowania istot żywych konieczne jest środowisko o ściśle określonym składzie chemicznym. Kiedy skład ten ulega zmianie, np. po wykluczeniu składnika z pożywki lub wprowadzeniu dodatkowego (określonego) związku, organizm po pewnym czasie, czasem niemal natychmiast, daje 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, a także rośliny mogą pełnić rolę organizmów wskaźnikowych.

5. WNIOSEK

Znaczenie chemii analitycznej określa zapotrzebowanie społeczeństwa na wyniki analiz, w ustalaniu składu jakościowego i ilościowego substancji, poziom rozwoju społeczeństwa, zapotrzebowanie społeczne na wyniki analiz, a także poziom rozwoju sama chemia analityczna.

Cytat z podręcznika N.A. Menshutkina z chemii analitycznej, 1897: „Po przedstawieniu całego przebiegu zajęć z chemii analitycznej w formie problemów, których rozwiązanie pozostawia się uczniowi, musimy zaznaczyć, że dla takiego rozwiązania problemów , chemia analityczna da ściśle określoną ścieżkę. Ta pewność (systematyczne rozwiązywanie problemów chemii analitycznej) ma ogromne znaczenie pedagogiczne, jednocześnie student uczy się wykorzystywać właściwości związków do rozwiązywania problemów, wyprowadzać warunki reakcji i je łączyć. Cały ten szereg procesów umysłowych można wyrazić następująco: chemia analityczna uczy myślenia chemicznego. Osiągnięcie tego ostatniego wydaje się najważniejsze dla praktycznych badań chemii analitycznej.

WYKAZ WYKORZYSTANEJ LITERATURY

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