Аналитическая химия

Аналитическая химия.

«Широко распростирает химия руки свои в дела человеческие. Куда не посмотрим , куда не оглянемся – везде перед очами нашими успехи её применения...» М.В.Ломоносов.

 

Краткий исторический очерк развития аналитической химии.

Предмет, содержание и задачи аналитической химии.

Стадии аналитического процесса.

Классификация методов аналитической химии.

Классификация погрешностей в химическом анализе.

Математическая обработка результатов анализа.

Аналитическая химия сформировалась в современную науку в процессе длительного исторического развития. Практические приемы аналитической химии возникли в глубокой древности.… Впервые научно обосновал понятие «химический анализ» английский ученый Р. Бойль (1627–1691) в 1661 г. в книге…

Стадии аналитического процесса.

Качественный анализ включает идентификацию (распознавание) химического соединения и обнаружение тех или иных компонентов (атомов, ионов, молекул).… Для того чтобы получить представление о том, какие элементы встречаются в… Вот лишь один пример. Очень давно известно, что нечестные торговцы подмешивали в сметану муку, чтобы увеличить свою…

Методы элементного анализа

  При выборе метода и методики анализа учитывают структуру анализируемых…  

Стадия измерения.

Оценка результатов измерения. Это заключительная стадия аналитического процесса. После вычисления результатов анализа важно оценить их… Методы химического анализа в связи с этим характеризуют правильностью и… Все усилия химиков-аналитиков направлены на разработку методов анализа, обеспечивающих правильные и воспроизводимые…

Классификация методов аналитической химии.

Любой метод анализа использует определенный аналитический сигнал, который в данных условиях дают конкретные элементарные объекты (атомы, молекулы, ионы), из которых состоят исследуемые вещества.

Аналитический сигнал дает информацию как качественного, так и количественного характера. Например, если для анализа используются реакции осаждения, качественную информацию получают по появлению или отсутствию осадка. Количественную информацию получают по величине массы осадка. При испускании веществом света в определенных условиях качественную информацию получают по появлению сигнала (испускание света) при длине волны, соответствующей характерному цвету, а по интенсивности светового излучения получают количественную информацию.

По происхождению аналитического сигнала методы аналитической химии можно классифицировать на химические, физические и физико-химические.

 

В химических методах проводят химическую реакцию и измеряют либо массу полученного продукта – гравиметрические(весовые) методы, либо объем реагента, израсходованный на взаимодействие с веществом, – титриметрические,газоволюмометрические (объемные) методы.

Газоволюмометрия (газовый объёмный анализ) основана на избирательной абсорбции составных частей газовой смеси в сосудах, заполненных тем или иным поглотителем, c последующим измерением уменьшения объёма газа c помощью бюретки. Tак, диоксид углерода поглощают раствором гидроксида калия, кислород - раствором пирогаллола, монооксид углерода - аммиачным раствором хлорида меди. Газоволюмометрия относится к экспрессным методам анализа. Oна широко используется для определения карбонатов в г. п. и минералах.

Xимические методы aнализа широко используют для анализа руд, горных пород , минералов и других материалов при определении в них компонентов c содержанием от десятых долей до нескольких десятков процента. Xимические методы анализа характеризуются высокой точностью (погрешность анализа обычно составляет десятые доли процента). Однако эти методы постепенно вытесняются более экспрессными физико-химическими и физизическими методами анализа.

 

Физические методы анализа основаны на измерении какого-либо физического свойства веществ, являющегося функцией состава. Например, рефрактометрия основана на измерении относительных показателей преломления света. В активационном анализе измеряется активность изотопов и т. д. Часто при проведении анализа предварительно проводят химическую реакцию, и концентрацию полученного продукта определяют по физическим свойствам, например по интенсивности поглощения светового излучения цветным продуктом реакции. Такие методы анализа называют физико-химическими.

Физические методы анализа характеризуются высокой производительностью, низкими пределами обнаружения элементов, объективностью результатов анализа, высоким уровнем автоматизации. Физические методы анализа используют при анализе горных пород и минералов. Hапример, атомно-эмиссионным методом определяют вольфрам в гранитах и сланцах, сурьму, олово и свинец в горных породах и фосфатах; атомно-абсорбционным методом - магний и кремний в силикатах; рентгенофлуоресцентным - ванадий в ильмените, магнезите, глинозёме; масс-спектрометрическим - марганец в лунном реголите; нейтронно-активационным - железо, цинк, сурьму, серебро, кобальт, селен и скандий в нефти; методом изотопного разбавления - кобальт в силикатных породах.

Физические и физико-химические методы иногда называют инструментальными, т. к. в этих методах требуется применение специально приспособленных для проведения основных этапов анализа и регистрации его результатов инструментов (аппаратуры).

 

Физико-химические методы анализа могут включать химические превращения определяемого соединения, растворение образца, концентрирование анализируемого компонента, маскирование мешающих веществ и других. В отличие от «классических» химических методов анализа, где аналитическим сигналом служит масса вещества или его объем, в физико-химические методы анализа в качестве аналитического сигнала используют интенсивность излучения, силу тока, электропроводность, разность потенциалов.

Важное практическое значение имеют методы, основанные на исследовании испускания и поглощения электромагнитного излучения в различных областях спектра. К ним относится спектроскопия (например, люминесцентный анализ, спектральный анализ, нефелометрия и турбидиметрия и другие). К важным физико-химическим методам анализа принадлежат электрохимические методы, использующие измерение электрических свойств вещества (кулонометрия, потенциометрия и т. д.), а также хроматография (например, газовая хроматография, жидкостная хроматография, ионообменная хроматография, тонкослойная хроматография). Успешно развиваются методы, основанные на измерении скоростей химических реакций (кинетические методы анализа), тепловых эффектов реакций (термометрическое титрование), а также на разделении ионов в магнитном поле (масс-спектрометрия).

 

Классификация погрешностей в химическом анализе.

Любое измерение имеет свою определенную погрешность, связанную с точностью измерительной аппаратуры и особенностями метода. Кроме того, при выполнении анализа возникают погрешности, связанные с отдельными операциями (растворение, разбавление до определенного объема, перенос вещества и т. д.). Все это приводит к тому, что получаемый экспериментально количественный результат отличается от истинного значения на некоторую величину, называемую погрешностью анализа.

По своему характеру погрешности подразделяются на систематические, случайные и грубые (промахи).

Систематические погрешности.
Под систематическими погрешностями подразумевают погрешности, которые, практически не изменяясь за время опыта, одинаковым образом входят в каждый результат измерений, вызывая смещение его либо в сторону увеличения, либо в сторону уменьшения.

Причинами систематических погрешностей могут быть недостатки метода анализа, неисправность прибора, присутствие в применяемых реактивах определяемого вещества или веществ, мешающих определению, погрешности самого экспериментатора.

Например, систематическая погрешность может быть вызвана тем, что используемый при титровании индикатор меняет цвет до достижения точки эквивалентности.

Аналогичным образом к систематической погрешности приведет применение грязной бюретки или неправильный способ выливания растворов из пипеток и т. д.

Систематические погрешности можно заранее предусмотреть, устранить или ввести на них поправку.

Случайные погрешности.
Это неопределенные по величине и знаку погрешности, в появлении которых не наблюдается какой-либо закономерности. Они могут быть вызваны изменением температуры, влажности воздуха, колебанием освещенности рабочего места, изменением в состоянии органов чувств человека, участвующего в измерениях, и т. п.

Случайные погрешности происходят при любом аналитическом определении, как бы тщательно оно ни проводилось. Наличие их сказывается в том, что повторные определения того или иного элемента в данном объекте, выполненные одним и тем же методом, дают, как правило, несколько различающиеся между собой результаты.

Случайные погрешности в отличие от систематических, нельзя устранить, предусмотреть, ввести на них поправку. Однако случайные погрешности могут быть уменьшены при увеличении числа параллельных определений. Поэтому при расчетах рекомендуется использовать среднее арифметическое нескольких параллельных определений, а не результаты единичного измерения.

Влияние случайных погрешностей на результат анализа может быть учтено теоретически путем обработки опытных данных, полученных в серии параллельных опытов, с помощью методов математической статистики.

Грубые погрешности (промахи) – погрешности, сильно искажающие результат анализа. К ним относятся погрешности зависящие, например, от неправильного отсчета по шкале бюретки при титровании, от просыпания части осадка или от проливания части раствора и т. д. Из-за промахов результат данного определения становится неверным, и поэтому он отбрасывается при выводе среднего из серии параллельных определений.

 

Математическая обработка результатов анализа.

На практике при анализе всегда имеют дело с небольшим числом определений. В этом случае для учета влияния случайных погрешностей на результаты…

Обнаружить систематические погрешности можно с помощью следующих приемов.

· Провести анализ независимыми методами и сравнить результаты анализа. · Провести так называемый «холостой» опыт, т. е. определить данный элемент с… · Провести анализ, варьируя размер пробного результата.