Методи аналітичної хімії - раздел Химия, Аналітична хімія Загальні положення. РІВНОВАГИ Метод Аналізу – Універсальний І Теоретично Обґрунтований Спосіб Визнач...
Метод аналізу – універсальний і теоретично обґрунтований спосіб визначення складу об’єкту, це сукупність принципів, на яких базується аналіз без конкретних посилань на об’єкти та компоненти.
Серед методів аналітичної хімії виділяють методи відбору проб, методи розкладання проб, методи розділення, відкриття та визначення компонентів. Центральне місце серед методів займають методи визначення. В основі методу визначення лежить принцип – фундаментальний закон природи, який визначає залежність властивості (-ей) речовини, що породжує (-ють) аналітичний сигнал від складу.
Методи визначення поділяють на хімічні, фізико-хімічні, фізичні, біологічні та біохімічні.
Загальна характеристика методів аналізу
Хімічні методи аналізу базуються на проведенні хімічних реакцій із вимірюванням маси продукту або об’єму розчину, який взаємодіє з речовиною, яку визначають. Це – гравіметричний (ваговий) та волюмометричний (об’ємний) методи.
фізико-хімічні методи базуються на вимірюванні фізичних властивостей хімічних сполук. Це спектрофотометричні, флуориметричні, потенціометричні, кулонометричні, кінетичні, хроматографічні методи та інші.
фізичні методи базуються на вимірюванні фізичних властивостей атомів та більш складних частинок. Це – атомно-емісійний, атомно-абсорбційний, мас-спектрометричний, рентген-флуоресцентний методи та інші.
Біологічні методи аналізу базуються на впливі окремих хімічних сполук на життєдіяльність живих істот: ріст, розмноження і функціонування.
Основні вимоги до методів аналітичної хімії: правильність, добра відтворюваність, низька межа виявлення, вибірковість, експресність. Серед додаткових вимог: можливість автоматизації, показник економічності, локальність визначень, аналіз без руйнування.
Усі ці вимоги відображають основні тенденції розвитку аналітичної хімії.
правильність результатів аналізу – характеристика, яка вказує на відсутність систематичних похибок.
відтворюваність результатів аналізу – показник, який характеризує близькість результатів аналізу при їх отриманні в різних умовах (у різних лабораторіях, різними виконавцями).
Межа виявлення – найменша концентрація аналіту, яку можна виявити з використанням даного методу визначення з відносною похибкою 0,33.
вибірковість (селективність та специфічність) – показник, який характеризує можливий вплив інших компонентів системи на результати аналізу. Захищеність алгоритму (методики) аналізу від впливу супутніх компонентів описують через поняття селективності. Селективним сигналом називають такий, що у певних умовах відповідає лише аналітові, а супутні компоненти на нього не впливають (не дають у нього внеску і не послаблюють). Якщо методика грунтується на певній хімічній реакції із реактивом, що входять до системи, то поняття селективності пов’язують із реакцією і реактивом. Вищим ступенем селективності є специфічність – зв’язок сигналу (реакції, реактиву) тільки з певним компонентом – аналітом. Наприклад, далі ми ознайомимось із методами виявлення та визначення ніколу, що грунтується на реакції переводу Ni2+ у осад, Ni(HC4H6N2O4)2¯ із характерним червоним забарвленням. Реакцію та відповідний реагент, диметилгліоксим (реактив Чугаєва),
H3C ‑ C ‑ C ‑ CH3
֐ ֐
Н‑O‑N N –O‑Н,
вважають за специфічні, бо такий осад утворюється лише зі згаданим іоном металу. Правда, осад (жовтого кольору, що не розчиняється й у більш кислому середовищі, ніж осад із Ni2+) дає аналог іону Ni2+ у періодичній системі – іон Pd2+. Але цей іон, що відповідає рідкісному дорогоцінному металові, у звичайних об’єктах як супутній компонент не зустрічається.
експресність – характеристика терміну виконання аналізу.
Методика хімічного аналізу складається з сукупності операцій, таких як відбір i підготовка проби, відокремлення i концентрування компонента, власне вимірювання i обробка результатів. Нижче подано схему вимірювання хімічного складу за книгою [К.Данцер. Э.Тан, Д.Мольх. Аналитика. Систематический обзор. // Пер, с нем. М.: Химия, 1981]
Об’єкт дослідження
Відбір проби
Підготовка проби
Вимірювання
Обробка даних
Інформація
Принцип аналіізу
Метод аналізу
Спосіб аналізу
Значна кількість методик аналізу пов’язана з різноманітністю досліджуваних об’єктів. Можлива різна концентрація як аналіту (компонента, що визначають), так i супутніх компонентів, що можуть впливати на результати вимірювання. Розвиток проблем техніки i науки (як хімічної, так i суміжних) вимагає різних методик контролю складу, сукупність яких охоплює широкий діапазон концентрацій різних компонентів. Залежно від вимог практики, можуть чекати відомостей не тільки про певний компонент, але й про форму його присутності (наприклад, вільна чи у сполуці з іншими компонентами, для елементу – його окисний стан, тощо). Різноманітність методик спричиняється i різними вимогами до точності (зайва точність інформації не завадить, але за неї доводиться платити!), до наявного обладнання, персоналу та ін.
Відокремлення та маскування супутніх компонентів. Усуваючи вплив супутніх компонентів, у недостатньо селективні методики вводять спеціальні кроки – відокремлення заважаючих компонентів. Звичайно менш трудомістким є маскування – перетворення супутніх компонентів (без відокремлення) у форми, що не дають внеску в сигнал від аналіту.
Вибір методики аналізу. Щоб вибрати методику, потрібна певна інформація про об’єкт. Якщо відсутня будь-яка інформація, починають із найгрубіших проб, поступово уточнюючи вибір методів подальшого дослідження за результатами попередніх. На початку навчального курсу розглянемо якісний аналіз розчинів (можливо з осадами). При цьому, якщо компонент наявний, його вміст у об’єкті передбачено як відносно великий. Якщо перед Вами у подальшій роботі виникнуть певні задачі, перегляньте наявну інформацію про об’єкт – можливо доведеться шукати адекватну проблемі методику, що відрізняється від навчальної. У курсі ми не даємо рекомендацій для всіх можливих ситуацій (це нездійсненне!!), а навчаємо практичним навичкам і відомостям з теорії, що дозволяють свідомо вибирати методику. У стандартах подають тексти методик без багатьох подробиць, що відомі користувачеві. Як зразок, наведемо декілька прикладів методик. Одна з наших задач – навчитися сприймати такі тексти, розуміючи й опущені подробиці.
Приклад 1. Атомно-абсорбційне визначення тетраетилсвинцю (ТЕС) у повітрі.
Практичне значення. Тетраетилсвинець (тетраетилплюмбум) – токсичний додаток до бензину, що поліпшує антидетонаційні властивості останнього. Гранично дозволена концентрація ТЕС у повітрі – 3×10‑6 мг/м3.
Принцип методу. ТЕС – рідина, що кипить при 200 оС (із розкладом). Визначення грунтується на вилученні випарів ТЕС із повітря адсорбцією на силікагелі, подальшій екстракції етанолом, розкладі ТЕС й атомно-абсорбційному визначенні солі плюмбуму.
Методика. Повітря, що містить ТЕС (та інші сполуки) аспірують протягом 30 хв. із швидкістю 30 л/хв. через послідовно з’єднані аерозольний фільтр АФА‑ХА й 2 поглинача (повітряного фільтра АСМ або КСК) із 2 г силікагелю в кожному. Фільтр усуває вплив інших сполук плюмбуму, а ТЕС концентрується на силікагелі. Силікагель пересипають у пробірку й заливають 20 мл етанолу на 30 хв., щоб вилучити ТЕС. До розчину додають декілька кристаликів йоду, перемішують, нагрівають на водяній бані й випаровують. Сухий залишок PbI2 розчиняють у ацетаті амонію, доводять об’єм проби до 2 мл, й 0,1 мл аналізують на атомно-абсорбційному спектрометрі. Методика є селективною й дозволяє визначити ТЕС у інтервалі вмісту 2,7×10‑6 - 2,2×10‑5 мг/м3 із відносною похибкою ± 18,2 %.
Приклад 2. Визначення меркурію (ртуті) у воді методом світлопоглинання холодною парою.
Практичне значення. Меркурій – один із найтоксичніших забруднювачів води. Гранично дозволеною концентрацією неорганічних сполук меркурію у поверхневих водах є 5×10‑4 мг/л. Нижня межа визначення за методикою дорівнює 3×10‑4 мг/л, відносна похибка вимірювання ± 25 %.
Принцип методу. Визначення грунтується на окисненні сполук меркурію до Hg (II) із подальшим відновленням до металічного меркурію. Далі вимірюють атомну абсорбцію резонансного випромінювання атомів меркурію при l = 253,7 нм.
Методика. До проби води (100 мл) у конічній колбі додають 5 мл HNO3, 3 мл HCl, 1 мл розчину біхромату калію й кип’ятять 5 хв. Аліквоту охолодженого розчину аналізують на атомно-абсорбційному спектрометрі.
Приклад 3. Визначення нафтопродуктів газовою хроматографією.
Практичне значення. Нафтопродукти – один із найважливіших пріоритетних забруднювачів води.
Принцип методу. Газова хроматографія грунтується на процесах сорбції та десорбції компонентів, що аналізують, із рухомої фази (потоку газу – носія) до нерухомої фази – сорбенту. Різниця у швидкості цих процесів для різних компонентів забезпечує відокремлення компонентів один від одного. Метод є одним із найефективніших для визначення не тільки вмісту нафтопродуктів у воді, а й виявлення джерела їх надходження до водоймищ.
Методика. Пробу води (250 мл) підкислюють 1,5 мл H2SO4 (розчин із об’ємним відношенням 1:1) й двічі екстрагують н–гексаном (порціями по 25 мл) у скляній ділильній лійці місткістю 1 л протягом 5 хв., періодично її струшуючи. Після розшарування рідин шар гексану, що містить вилучені нафтопродукти, відокремлюють і, щоб відокремити полярні сполуки, пропускають через скляну колонку (довжина 15 см., діаметр 1 см.) із відтягнутим кінцем, що заповнена оксидом алюмінію. Екстракт висушують прожареним сульфатом натрію й випаровують надлишок розчинника у порцеляновій чашці при кімнатній температурі до об’єму 1 мл. Аліквоту сконцентрованого екстракту (40 мкл) уводять мікрошприцем у нагрітий до 350 оС випарник газового хроматографа з полум’яно-іонізаційним детектором (ПІД). Вуглеводні відокремлюють на сталевій колонці 1,8 м ´ 3 мм, що заповнена хромосорбом W із 3 % дексилу 300. Температуру колонки програмують у інтервалі 110 – 330 оС. Вуглеводні, що відповідають пікам на хроматограмі, ідентифікують, порівнюючи з хроматограмами нафтопродуктів різних типів, які були раніше розшифровані. Для цього аналізують зразки різних нафтопродуктів (бензини, дизельне паливо, мастила, мазут і т. ін.).
Приклад 4. Іонометричне визначення концентрації нітрат-іонів у грунтах.
Принцип методу. Стандартна методика визначення нітратів у грунтах грунтується на їх вилученні з грунтів розчином алюмо-калієвого галуну і вимірюванні концентрації іон-селективним електродом. За методикою можна визначати нітрати у грунтах з їх вмістом 2 – 500 мг/кг із відносною похибкою ± 25 %. Нижня межа вмісту нітратів, що визначають, дорівнює 2 мг/кг грунту, тоді як гранично дозволена концентрація дорівнює 500 мг/кг.
Методика. До 20 г повітряно сухої проби грунту (що зважена із похибкою £ 0,0002 г) додають 50 мл розчину алюмо-калієвого галуну (із масовою часткою 1 %) й струшують протягом 30 хв. У суспензії вимірюють концентрації нітрат – іонів рН‑метром з нітрат-селективним електродом, що калібрований за робочими стандартними розчинами нітрату калію.
імені В Н Каразіна... Аналітична хімія Загальні положення РІВНОВАГИ...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:
Методи аналітичної хімії
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
ПРОГРАМА
"АНАЛІТИЧНА ХІМІЯ"
для студентів біологічного факультету
денної форми навчання
Харків - 2010
АНАЛІТИЧНА ХІМІЯ. ЗАГАЛЬНІ ПОНЯТТЯ І ВИЗНАЧЕННЯ
Аналітична хімія – це наукова дисципліна про методи, засоби й загальну методологію здобуття інформації про якісний i кількісний склад матеріальних об'єктів на основі дослідження хі
ЯКІСНИЙ АНАЛІЗ. ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ
Метою якісного аналізу є виявлення окремих елементів та іонів, що входять до складу речовини. Якісний аналіз здійснюють хімічними, фізико-хімічними фізичними або біологічними методами. Хі
ЗАКОН ДІЇ МАС. АЛГЕБРА ХІМІЧНИХ РЕАКЦІЙ
Хімічна рівновага. Зворотні реакції проходять як у прямому, так і у зворотному напрямах. Рівновага встановлюється, якщо ці зміни взаємокомпенсуються. Рівноважний склад – сук
Позначення констант рівноваг
Реакції (загальний вигляд та приклади)
Позначення
Примітки
1. Константи стійкості комплексів
Лінійні комбінації реакцій
Ми вже мали змогу звернути увагу, що рівняння приєднання кількох протонів до багатозарядного аніону (або кількох лігандів до іону-комплексоутворювача) характеризуються загальною константою, яка дор
Буферні розчини
Якщо для розчину характерна властивість зберігати значення будь-якої рівноважної концентрації (активності) при його розведенні або додаванні до нього інших реактивів, то такий розчи
Розрахунки рН буферних розчинів.
Розглянемо кілька прикладів.
Приклад 1. Визначити рН буферного розчину, який приготували змішуванням розчинів: 55 мл оцтової килоти (с0(HAc) = 0,15 моль/
Приготування буферних розчинів із заданим рН
Буферний розчин із заданим рН з відомою парою буферуючих компонентів можна приготувати трьома способами:
- змішуючи в необхідному співвідношенні кількості речовини; розчини слабкої кислоти
Мікрокристалоскопічна реакція на кальцій
Розведена H2SO4 та розчини сульфату утворюють із катіонами Са2+ голчасті кристали гіпсу, CaSO4 ×2 Н2О.
На предметне скло нанесі
Проби на присутність аніонів‑відновників.
а) До 3-4 крапель розчину додайте 1-2 краплі розчину з c(H2SO4) = 1 моль/л, 1-2 краплі розчину I2 у KI та 6-8 крапель розчину крохмалю. Якщо розчин знебарвлю
Систематичний якісний аналіз аніонів
88) Які особливості якісного аналізу аніонів порівняно з аналізом катіонів?
89) Назвіть групові реагенти і склад груп систематичного аналізу аніонів.
90) Що таке «водяна витяжка»
Модуль 1.
Приклади розв’язання задач
1.
Запишіть значення констант наступних рівноваг:
1)1) H2AsO4- D HAsO42- + H+
Таблиця 4
значення критерію фішера,
F (f1, f2, P = 0,95 ).
Терези і принцип зважування
Масу речовини m вимірюють, зважуючи речовину. Вага Р є пропорційною масі P = mg, де g – прискорення сили тяжіння.
Зважуючи, силу притягування порівнюють із в
Конструкція аналітичних терезів
У сучасні аналітичні терези вмонтовано інтерфейси, що сполучають устрої. У них повністю автоматичне внутрішнє градуювання з урахуванням температури, пристрої для тарування у всьому діапазоні зва
Порядок зважування на терезах типу ВЛР-200.
Увага! Вмикати терези слід при закритих бокових шторках. Ставити об’єкт зважування на ліву шальку, а гирі – на праву. Змінювати навантаження можна тільки при вимкнутих
Загальні відомості
У таких методах хімічного аналізу, як гравіметрія та так звані фізико-хімічні методи, використовують градуйовочну залежність між складом об’єкта та фізичною власт
Мірний посуд та робота з ним
Який мірний посуд вживають у хімічних аналізах?
Одиниці об’єму.Одиницею об’єму в інтернаціональній системі одиниць (СІ) є кубічн
Перевірка місткості посуду
Загальні засади. Згідно ДСТУ, допускають такі відхилення від номінальної місткості (± см3)
для колб
Таблиця 3
Ефективна густина води, r*, г/дм3, що використовується у перевірці мірного посуду, та сума поправок (А + В + С) , г/дм3
t,
Кислотно-основне титрування
Методики грунтуються на кислотно-основних перетвореннях – передачі іону водню від аналіту до титранту або навпаки. Титрантами зазвичай є сильні кислоти або сильні основи (луги), аналіта
Реактиви й обладнання
Хлороводнева кислота, стандартизований розчин c(HCl) = 0,1 моль/л;
Бромкрезоловий зелений, розчин із масовою часткою w » 0,1 % у водно-етанольній суміші (8:2 за об'ємом);
Б
Комплексонометричне титрування
Реакції комплексоутворення здавна є основою деяких титриметричних визначень. Так, іони галогенідів визначають титруванням комплексоутворювачем – іонами Hg2+ (
Окислювально-відновлювальне титрування
В окислювально-відновлювальному титруванні або аналіт A є відновлювачем (і у титруванні окислюється), а титрант T – окислювачем (і у титруванні відновлюється), або навпаки, аналіт A є окислюв
Кислотно-основне титрування
Приклади розв’язання задач
Приклад 1. Наважку бури (Na2B4O7·10H2O) масою 0,3221 г розчинили у воді. На титрування одержаного ро
Комплексонометричне титрування
Приклади розв’язання задач
Приклад 1. Наважку сплаву, що містить цинк та мідь, масою 0,8512 г розчинено й об’єм розчину доведено до 100 мл. При визначенні сумарної кількос
ЕЛЕКТРОХІМІЧНІ МЕТОДИ АНАЛІЗУ
В основі електрохімічних методів лежать процеси на електродах або в міжелектродному просторі при виникненні потенціалу або при пропусканні електричного струму через розчин. Електродний процес – гет
Теоретичні основи потенціометрії
Для вирішення аналітичної задачі потенціометричні вимірювання можна проводити двома способами. Перший спосіб – пряма потенціометрія, полягає в тому, що в досліджуваний розчин занурюють необхідний і
Шпателі, скляні палички.
3. Хід роботи
Наважку зразка (mo), що містить близько 0,1 г заліза, розчиняють при нагріванні у 20 мл концентрованої хлорводневої кислоти. Якщо розчинення неп
Атомна спектроскопія
Атомна спектроскопія– фізичний метод, що грунтується на залежності між складом речовини та випромінюванням чи поглинанням світла у певних умовах. Емісійний спектральний аналіз грун
Атомно-емісійний метод аналізу
Лабораторна робота № 4.1. Визначення калію та натрію в мінеральних водах методом полум'яно-емісійної спектрометрії.
Мета роботи: 1. Визначити масов
Спектрофотометрія
Спектрофотометричні методи аналізу базуються на законі Бугера, який виражають рівнянням
,
де I
Вибрані кінетичні методи аналізу
У багатьох методах аналізу до стану рівноваги доводять хімічні перетворення, за якими аналіт переводять у інші сполуки, що формують вихідний сигнал (масу чи об’єм, випромінюванн
Сутнiсть методики
Щоб визначити мiкрокiлькості альдегідiв, використовують реакцiю окислення п-фенiлендiаміну пероксидом водню, на яку альдегіди дiють як каталiзатори. Схема механізму реакцiї (за нинiшнiми уявленн
Алгоритм методики
2.1. Прилади та реагенти
Фотоелектрокалориметр КФК з мікропроцесором;
Вимiрювальнi колби мiсткiстю 50 мл;
Пiпетки мiсткiстю 2 мл;
Пiпетки з подiлками мiст
Хроматографічні методи аналізу
У таких процесах розділення компонентів, як екстракція, у випадках, коли коефіцієнти розподілу між фазами для різних компонентів мало відрізняються один від одного, відокремити їх у
Біологічні та біохімічні методи аналізу
Біологічні методи аналізу базуються на тому, що для життєдіяльності; росту, розмноження й взагалі нормального функціонування живих істот необхідне середовище певного хімічного складу. При зміні цьо
Новости и инфо для студентов