Analytické metódy analýzy. Abstrakt: Analytická chémia

I. Chémia a medicína

1. Predmet, ciele a ciele analytickej chémie. Stručný historický náčrt vývoja analytickej chémie. Miesto analytickej chémie medzi prírodnými vedami a v systéme vzdelávania lekárov.

Analytická chémia – náuka o metódach určovania zloženia látok. Položka jeho - riešenie všeobecných problémov teórie chemickej analýzy, zlepšovanie existujúcich a vývoj nových, rýchlejších a presné metódy analýza (t. j. teória a prax chemickej analýzy). Úloha - rozvoj teórie chemických a fyzikálno-chemických metód analýzy, procesov a operácií vo vedeckom výskume, zdokonalenie starých metód analýzy, vývoj expresnej a vzdialenej MA, vývoj metód ultra- a mikroanalýzy.

V závislosti od predmetu štúdia analytická chémia rozdeľuje na anorganickú a organickú analýzu. Analytická chémia odkazuje k aplikovaným vedám. Jeho praktický význam je veľmi rôznorodý. Pomocou metód chemickej analýzy boli objavené niektoré zákony - zákon stálosti zloženia, zákon viacnásobných pomerov, boli určené atómové hmotnosti prvkov,

boli stanovené chemické ekvivalenty, chemické vzorce mnohých zlúčenín atď.

Analytická chémia výrazne prispieva k rozvoju prírodných vied: geochémie, geológie, mineralógie, fyziky, biológie, poľnohospodárskej chémie, metalurgie, chemickej technológie, medicíny atď.

Predmet kvalitatívnej analýzy- vývoj teoretických základov, zdokonaľovanie existujúcich a vývoj nových, pokročilejších metód určovania elementárneho zloženia látok. Výzva kvalitatívnej analýzy- stanovenie „kvality“ látok alebo detekcia jednotlivých prvkov alebo iónov, ktoré tvoria skúmanú zlúčeninu.

Kvalitatívne analytické reakcie podľa spôsobu ich realizácie sa delia na reakcie „mokrým“ a „suchým“ spôsobom. Najdôležitejšie sú reakcie „mokrou“ cestou. Na ich vykonanie sa musí testovaná látka najskôr rozpustiť.

Pri kvalitatívnej analýze sa používajú iba tie reakcie, ktoré sú sprevádzané akýmikoľvek vonkajšími účinkami, ktoré sú pre pozorovateľa jasne viditeľné: zmena farby roztoku; zrážanie alebo rozpúšťanie sedimentu; uvoľňovanie plynov s charakteristickým zápachom alebo farbou.

Obzvlášť často sa používajú reakcie sprevádzané tvorbou zrazenín a zmenou farby roztoku. Takéto reakcie sa nazývajú reakcie „objavy“, pretože s ich pomocou sa zisťujú ióny prítomné v roztoku.

Reakcie sú tiež široko používané identifikácia, pomocou ktorej sa overuje správnosť „objavu“ konkrétneho iónu. Nakoniec sa používajú zrážacie reakcie, ktoré zvyčajne oddeľujú jednu skupinu iónov od druhej alebo jeden ión od ostatných iónov.

Chemické metódy kvalitatívnej analýzy sa delia v závislosti od množstva analyzovanej látky, objemu roztoku a techniky vykonávania jednotlivých operácií. pre makro-, mikro-, semi-mikro a ultra-mikroanalýzu atď.

II. Kvalitatívna analýza

2. Základné pojmy analytickej chémie. Typy analytických reakcií a činidiel. Požiadavky na rozbor, citlivosť, selektivita pri určovaní zloženia látok.

Analytická reakcia - chem. reakcia používaná na separáciu, detekciu a kvantifikáciu prvkov, iónov, molekúl. Musí byť sprevádzaný analytickým účinkom (zrážanie, uvoľňovanie plynov, zmena farby, zmena zápachu).

Podľa typu chemických reakcií:

Sú bežné– analytické signály sú rovnaké pre mnohé ióny. Činidlo je všeobecné. Príklad: zrážanie hydroxidov, uhličitanov, sulfidov atď.

Skupina– analytické signály sú charakteristické pre určitú skupinu iónov s podobnými vlastnosťami. Činidlo je skupinové. Príklad: zrážanie iónov Ag +, Pb 2+ činidlom - kyselinou chlorovodíkovou za vzniku bielych zrazenín AgCl, PbCl 2

Všeobecné a skupinové reakcie sa používajú na izoláciu a oddelenie iónov komplexnej zmesi.

Selektívne– analytické signály sú rovnaké pre obmedzený počet iónov. Činidlo je selektívne. Príklad: keď činidlo NH 4 SCN pôsobí na zmes katiónov, iba dva katióny tvoria farebné komplexné zlúčeniny: krvavo červená 3-

a modrá 2-

Špecifické– analytický signál je charakteristický len pre jeden ión. Činidlo je špecifické. Takýchto reakcií je veľmi málo.

Podľa typu analytického signálu:

Farebné

Precipitačný

Vyžarujúce plyn

Mikrokryštalický

Podľa funkcie:

Detekčné (identifikačné) reakcie

Separačné (separačné) reakcie na odstránenie interferujúcich iónov zrážaním, extrakciou alebo sublimáciou.

Podľa techniky:

Skúmavka– sa bude vykonávať v skúmavkách.

Odkvapkávať sú vykonávané:

Na filtračnom papieri

Na hodinovom sklíčku alebo sklíčku.

V tomto prípade sa na tanier alebo papier nanesú 1-2 kvapky analyzovaného roztoku a 1-2 kvapky činidla, ktoré dáva charakteristickú farbu alebo tvorbu kryštálov. Pri vykonávaní reakcií na filtračnom papieri sa využívajú adsorpčné vlastnosti papiera. Kvapka kvapaliny nanesená na papier sa rýchlo rozpustí cez kapiláry a farebná zlúčenina sa adsorbuje na malej ploche listu. Ak je v roztoku viacero látok, rýchlosť ich pohybu môže byť rôzna, čo dáva distribúciu iónov vo forme sústredných zón. V závislosti od produktu rozpustnosti zrazeniny - alebo v závislosti od konštanty stability komplexných zlúčenín: čím väčšie sú ich hodnoty, tým bližšie k stredu alebo v strede je určitá zóna.

Kvapkovú metódu vyvinul sovietsky chemik N.A. Tananajev.

Mikrokryštalické reakcie sú založené na tvorbe chemických zlúčenín, ktoré majú charakteristický tvar, farbu a schopnosť lomu svetla kryštálov. Vykonávajú sa na sklíčkach. Za týmto účelom aplikujte 1-2 kvapky testovacieho roztoku a 1-2 kvapky činidla vedľa čistého pohára pomocou kapilárnej pipety, opatrne ich spojte sklenenou tyčinkou bez miešania. Potom sa sklo umiestni na mikroskop a skúma sa sediment vytvorený na mieste.

kontakt kvapiek.

Pre správne použitie v analýze reakcií je potrebné vziať do úvahy citlivosť odozvy . Stanovuje sa podľa najmenšieho množstva požadovanej látky, ktoré je možné detegovať daným činidlom v kvapke roztoku (0,01-0,03 ml). Citlivosť je vyjadrená množstvom veličín:

Otváracie minimum- najmenej množstvo hmoty, obsiahnuté v testovacom roztoku a otvorené týmto činidlom za určitých reakčných podmienok.

Minimálna (limitná) koncentrácia ukazuje, pri akej najnižšej koncentrácii roztoku táto reakcia umožňuje jednoznačne objaviť detekovanú látku v malej časti roztoku.

Limitné riedenie- maximálne množstvo riedidla, pri ktorom je možné látku ešte určiť.

záver: Analytická reakcia je citlivejšia, čím nižšie je minimum otvorenia, tým nižšia je minimálna koncentrácia, ale čím väčšie je maximálne riedenie.

ANALYTICKÁ CHÉMIA, veda o určovaní chemické zloženie látky a materiály a do určitej miery aj chemickú štruktúru zlúčenín. Analytická chémia rozvíja všeobecné teoretické základy chemickej analýzy, vyvíja metódy na stanovenie zložiek skúmanej vzorky a rieši problémy analýzy špecifických predmetov. primárny cieľ analytická chémia- vytvorenie metód a prostriedkov, ktoré v závislosti od danej úlohy zabezpečia presnosť, vysokú citlivosť, rýchlosť a selektivitu analýzy. Vyvíjajú sa aj metódy, ktoré umožňujú analyzovať mikroobjekty, vykonávať lokálnu analýzu (v bode, na povrchu atď.), analýzu bez zničenia vzorky, na diaľku od nej (analýza na diaľku), nepretržitú analýzu. analýzu (napríklad v toku) a tiež nainštalovať, v akej chemickej zlúčenine a v akej fyzikálnej forme sa určovaná zložka nachádza vo vzorke (chemická analýza materiálu) a do akej fázy patrí (fázová analýza). Významnými trendmi vo vývoji analytickej chémie je automatizácia analýz, najmä v riadení technologických procesov, a matematizácia, najmä široké využitie počítačov.

Štruktúra vedy. Možno rozlíšiť tri hlavné oblasti analytickej chémie: všeobecné teoretické základy; vývoj analytických metód; analytická chémia jednotlivých objektov. V závislosti od účelu analýzy sa rozlišuje kvalitatívna chemická analýza a kvantitatívna chemická analýza. Úlohou prvého je zistiť a identifikovať zložky analyzovanej vzorky, úlohou druhého je určiť ich koncentrácie alebo hmotnosti. V závislosti od toho, ktoré zložky je potrebné zistiť alebo určiť, ide o izotopovú analýzu, elementárnu analýzu, analýzu štruktúrnych skupín (vrátane funkčnej), molekulárnu analýzu, analýzu materiálov a fázovú analýzu. Na základe povahy analyzovaného objektu sa rozlišuje medzi anorganickými a organickej hmoty, ako aj biologické objekty.

IN teoretické základy V analytickej chémii má významné miesto tzv. chemometria, vrátane metrológie chemickej analýzy. Teória analytickej chémie zahŕňa aj učenie o výbere a príprave analytických vzoriek, o zostavení analytickej schémy a výbere metód, o princípoch a spôsoboch automatizácie analýzy, o používaní počítačov, ako aj o princípoch racionálneho využívania výsledky chemickej analýzy. Charakteristickým rysom analytickej chémie je štúdium nie všeobecných, ale individuálnych špecifických vlastností a charakteristík objektov, čo zabezpečuje selektivitu mnohých analytických metód. Vďaka úzkemu prepojeniu s výdobytkami fyziky, matematiky, biológie a rôznych oblastí techniky (týka sa to najmä metód analýzy) sa analytická chémia mení na disciplínu na priesečníku vied. Pre túto disciplínu sa často používajú iné názvy - analytika, analytická veda atď.

V analytickej chémii existujú metódy separácie, stanovenia (detekcie) a hybridné metódy analýzy, ktoré zvyčajne kombinujú metódy prvých dvoch skupín. Metódy stanovenia sa vhodne delia na chemické metódy analýzy (gravimetrická analýza, titračná analýza, elektrochemické metódy analýzy, kinetické metódy analýzy), fyzikálne metódy analýzy (spektroskopické, nukleárne fyzikálne atď.), biochemické metódy analýzy a biologické metódy analýza. Chemické metódy sú založené na chemických reakciách (interakcia hmoty s hmotou), fyzikálne - na fyzikálnych javoch (interakcia hmoty so žiarením, energetické toky), biologické využívajú reakciu organizmov alebo ich fragmentov na zmeny prostredia.

Takmer všetky metódy stanovenia sú založené na závislosti akýchkoľvek merateľných vlastností látok od ich zloženia. Preto je dôležitým smerom v analytickej chémii hľadanie a štúdium takýchto závislostí, aby sa mohli použiť na riešenie analytických problémov. V tomto prípade je takmer vždy potrebné nájsť rovnicu pre vzťah medzi vlastnosťou a zložením, vyvinúť metódy na zaznamenávanie vlastnosti (analytický signál), eliminovať rušenie inými komponentmi a eliminovať rušivé vplyvy. rôzne faktory(napr. kolísanie teploty). Veľkosť analytického signálu sa prevádza na jednotky charakterizujúce množstvo alebo koncentráciu zložiek. Meranými vlastnosťami môžu byť napríklad hmotnosť, objem, absorpcia svetla, sila prúdu.

Veľká pozornosť sa venuje teórii analytických metód. Teória chemických metód je založená na koncepciách niekoľkých základných typov chemických reakcií široko používaných v analýze (acidobázická, redoxná, komplexačná) a niekoľkých dôležitých procesov (precipitácia, rozpúšťanie, extrakcia). Pozornosť týmto otázkam je spôsobená históriou vývoja analytickej chémie a praktickým významom zodpovedajúcich metód. Keďže sa však znižuje podiel chemických metód a rastie podiel fyzikálnych, biochemických a biologických metód, je veľmi dôležité zlepšiť teóriu metód. posledné skupiny a integrácia teoretických aspektov jednotlivých metód do všeobecnej teórie analytickej chémie.

História vývoja. Testovanie materiálov sa vykonávalo v staroveku; skúmali sa napríklad rudy, aby sa určila ich vhodnosť na tavenie, a rôzne výrobky sa skúmali na stanovenie obsahu zlata a striebra. Alchymisti 14.-16. storočia vykonali obrovské množstvo experimentálnych prác na štúdiu vlastností látok, čím položili základ pre chemické metódy analýzy. V 16. – 17. storočí (obdobie iatrochémie) sa objavili nové chemické metódy detekcie látok, založené na reakciách v roztoku (napr. objav iónov striebra tvorbou zrazeniny s chloridovými iónmi). R. Boyle, ktorý zaviedol pojem „chemická analýza“, je považovaný za zakladateľa vedeckej analytickej chémie.

Až do polovice 19. storočia bola analytická chémia hlavným odvetvím chémie. V tomto období boli objavené mnohé chemické prvky, izolované zložky niektorých prírodných látok, ustanovené zákony stálosti zloženia a viacnásobných pomerov a zákon zachovania hmoty. Švédsky chemik a mineralóg T. Bergman vyvinul schému pre systematickú kvalitatívnu analýzu, aktívne používal sírovodík ako analytické činidlo a navrhol metódy plameňovej analýzy na získanie perál. V 19. storočí systematický kvalitatívna analýza zdokonalili nemeckí chemici G. Rose a K. Fresenius. To isté storočie sa vyznačovalo obrovským pokrokom vo vývoji kvantitatívnej analýzy. Bola vytvorená titračná metóda (francúzsky chemik F. Decroisille, J. Gay-Lussac), výrazne sa zlepšila gravimetrická analýza a vyvinuli sa metódy analýzy plynov. Veľký význam mal vývoj metód elementárnej analýzy organických zlúčenín (J. Liebig). Koncom 19. storočia bola vyvinutá teória analytickej chémie, ktorá vychádzala z doktríny chemickej rovnováhy v roztokoch za účasti iónov (hlavne W. Ostwald). V tom čase zaujímali metódy na analýzu iónov vo vodných roztokoch prevládajúce miesto v analytickej chémii.

V 20. storočí boli vyvinuté metódy mikroanalýzy organických zlúčenín (F. Pregl). Bola navrhnutá polarografická metóda (Ya. Heyrovsky, 1922). Objavilo sa mnoho fyzikálnych metód, napríklad hmotnostná spektrometria, röntgen, jadrová fyzika. Veľký význam mal objav chromatografie (M. S. Tsvet, 1903) a vznik rôzne možnosti táto metóda, najmä deliaca chromatografia (A. Martin a R. Singh, 1941).

V Rusku a ZSSR veľký význam pre analytickú chémiu som mal učebnicu I. A. Menshutkina „Analytical Chemistry“ (prešla 16 vydaniami). M.A. Ilyinsky a L.A. Chugaev zaviedli organické analytické činidlá do praxe (koniec 19. - začiatok 20. storočia), N.A. Tananaev vyvinul kvapkovú metódu kvalitatívnej analýzy (súčasne s rakúskym chemikom F. Feiglom, 20. roky 20. storočia). V roku 1938 N.A. Izmailov a M.S. Schreiber ako prví opísali chromatografiu na tenkej vrstve. Ruskí vedci výrazne prispeli k štúdiu tvorby komplexov a ich analytickému využitiu (I.P. Alimarin, A.K. Babko), k teórii pôsobenia organických analytických činidiel, k vývoju hmotnostnej spektrometrie, fotometrických metód, atómovej absorpčnej spektrometrie (B.V. . Lvov), do analytickej chémie jednotlivých prvkov, najmä vzácnych a platinových, a množstva predmetov - látok vysokej čistoty, minerálnych surovín, kovov a zliatin.

Požiadavky praxe vždy podnecovali rozvoj analytickej chémie. V 40. – 70. rokoch 20. storočia v súvislosti s potrebou analýzy jadrových, polovodičových a iných vysoko čistých materiálov vznikli také citlivé metódy ako rádioaktivačná analýza, iskrová hmotnostná spektrometria, chemická spektrálna analýza, stripovacia voltametria, ktoré umožňujú stanovenie až na 10 - 7 -10 -8 % nečistôt v čistých látkach, t.j. 1 diel nečistoty na 10 - 1000 miliárd dielov hlavnej látky. Pre rozvoj metalurgie železa, najmä v súvislosti s prechodom na výrobu rýchlo konvertorovej ocele, sa rýchla analýza stala kľúčovou. Použitie takzvaných kvantometrov - fotoelektrických zariadení na viacprvkovú optickú spektrálnu alebo röntgenovú analýzu - umožňuje vykonávať analýzu počas tavenia.

Potreba analyzovať zložité zmesi organických zlúčenín viedla k intenzívnemu rozvoju plynovej chromatografie, ktorá umožňuje analyzovať zložité zmesi obsahujúce niekoľko desiatok až stoviek látok. Analytická chémia významne prispela k zvládnutiu energie atómového jadra, štúdiu vesmíru a oceánu, rozvoju elektroniky a pokroku biologických vied.

Predmet štúdia. Dôležitú úlohu zohráva rozvoj teórie odberu vzoriek analyzovaných materiálov; Otázky odberu vzoriek sa zvyčajne riešia spoločne so špecialistami na skúmané látky (napríklad geológovia, metalurgovia). Analytická chémia vyvíja metódy rozkladu vzoriek - rozpúšťanie, fúzie, spekanie a pod., ktoré by mali zabezpečiť úplné „otvorenie“ vzorky a zabrániť strate stanovených zložiek a kontaminácii zvonku. Úlohy analytickej chémie zahŕňajú vývoj techník pre také všeobecné analytické operácie, ako je meranie objemu, filtrácia a kalcinácia. Jednou z úloh analytickej chémie je určiť smery vývoja analytickej prístrojovej techniky, vytváranie nových obvodov a návrhov zariadení (ktoré najčastejšie slúžia ako konečná fáza vo vývoji analytickej metódy), ako aj syntéza nových analytických činidiel.

Pre kvantitatívnu analýzu sú veľmi dôležité metrologické charakteristiky metód a prístrojov. V tomto ohľade analytická chémia študuje problémy kalibrácie, výroby a používania referenčných vzoriek (vrátane štandardných vzoriek) a iných prostriedkov na zabezpečenie presnosti analýzy. Významné miesto má spracovanie výsledkov analýz, najmä počítačové spracovanie. Na optimalizáciu podmienok analýzy sa používa teória informácie, teória rozpoznávania vzorov a ďalšie odvetvia matematiky. Počítače sa používajú nielen na spracovanie výsledkov, ale aj na riadenie prístrojov, berúc do úvahy interferenciu, kalibráciu a plánovanie experimentov; Existujú analytické problémy, ktoré sa dajú vyriešiť len pomocou počítačov, napríklad identifikácia molekúl organických zlúčenín pomocou expertných systémov.

Analytická chémia definuje všeobecné prístupy k výberu analytických ciest a metód. Vyvíjajú sa metódy porovnávania metód, stanovujú sa podmienky ich zameniteľnosti a kombinovania, princípy a spôsoby automatizácie analýzy. Pre praktické využitie analýzy je potrebné rozvinúť predstavy o jej výsledku ako indikátore kvality produktu, doktrínu expresného riadenia technologických procesov a tvorbu nákladovo efektívnych metód. Zjednotenie a štandardizácia metód má veľký význam pre analytikov pracujúcich v rôznych odvetviach hospodárstva. Vyvíja sa teória na optimalizáciu množstva informácií potrebných na riešenie analytických problémov.

Analytické metódy. V závislosti od hmotnosti alebo objemu analyzovanej vzorky sa metódy separácie a stanovenia niekedy delia na makro-, mikro- a ultra-mikrometódy.

K separácii zmesí sa zvyčajne pristupuje v prípadoch, keď priame metódy stanovenia alebo detekcie neposkytujú správny výsledok v dôsledku rušivého vplyvu iných zložiek vzorky. Zvlášť dôležitá je takzvaná relatívna koncentrácia, oddelenie malých množstiev zložiek analytu od výrazne väčších množstiev hlavných zložiek vzorky. Separácia zmesí môže byť založená na rozdieloch v termodynamických alebo rovnovážnych charakteristikách zložiek (konštanty iónovej výmeny, konštanty stability komplexov) alebo kinetických parametroch. Používanými separačnými metódami sú najmä chromatografia, extrakcia, zrážanie, destilácia, ako aj elektrochemické metódy, ako je elektrodepozícia. Metódy stanovenia sú hlavnou skupinou metód analytickej chémie. Metódy kvantitatívnej analýzy sú založené na závislosti akejkoľvek merateľnej vlastnosti, najčastejšie fyzikálnej, od zloženia vzorky. Táto závislosť musí byť opísaná určitým a známym spôsobom. Hybridné analytické metódy, ktoré kombinujú separáciu a stanovenie, sa rýchlo rozvíjajú. Napríklad plynová chromatografia s rôznymi detektormi je najdôležitejšou metódou na analýzu zložitých zmesí organických zlúčenín. Na analýzu zmesí málo prchavých a tepelne nestabilných zlúčenín je vhodnejšia vysokoúčinná kvapalinová chromatografia.

Na analýzu sú potrebné rôzne metódy, pretože každá má svoje výhody a obmedzenia. Extrémne citlivé rádioaktivačné a hmotnostné spektrálne metódy teda vyžadujú zložité a drahé vybavenie. Jednoduché, dostupné a veľmi citlivé kinetické metódy neposkytujú vždy požadovanú reprodukovateľnosť výsledkov. Pri hodnotení a porovnávaní metód, pri ich výbere na riešenie konkrétnych problémov sa zohľadňuje mnoho faktorov: metrologické parametre, rozsah možného použitia, dostupnosť zariadení, kvalifikácia analytika, tradície a pod. Najdôležitejšie z týchto faktorov sú metrologické parametre ako detekčný limit alebo koncentračný rozsah (množstvá), v ktorom metóda poskytuje spoľahlivé výsledky, a presnosť metódy, t. j. správnosť a reprodukovateľnosť výsledkov. V niektorých prípadoch sú veľmi dôležité „viaczložkové“ metódy, ktoré umožňujú stanovenie veľkého počtu zložiek naraz, napríklad atómová emisná a röntgenová spektrálna analýza, chromatografia. Úloha takýchto metód rastie. Ak sú všetky ostatné veci rovnaké, uprednostňujú sa metódy priamej analýzy, t. j. nie sú spojené s chemickou prípravou vzorky; takáto príprava je však často nevyhnutná. Napríklad predbežná koncentrácia skúmanej zložky umožňuje určiť jej nižšie koncentrácie, čím sa eliminujú ťažkosti spojené s nehomogénnou distribúciou zložky vo vzorke a nedostatkom referenčných vzoriek.

Osobitné miesto zaujímajú metódy lokálnej analýzy. Významnú úlohu medzi nimi zohráva röntgenová mikroanalýza (elektrónová sonda), hmotnostná spektrometria sekundárnych iónov, Augerova spektroskopia a ďalšie fyzikálne metódy. Majú veľký význam, najmä pri analýze povrchové vrstvy pevné materiály alebo inklúzie v skaly.

Špecifickú skupinu tvoria metódy elementárnej analýzy organických zlúčenín. Organická hmota sa rozkladá tak či onak a jej zložky vo forme najjednoduchších anorganických zlúčenín (CO 2, H 2 O, NH 3 atď.) sa stanovujú bežnými metódami. Použitie plynovej chromatografie umožnilo automatizovať elementárnu analýzu; Na tento účel sa vyrábajú C-, H-, N-, S-analyzátory a iné automatické zariadenia. Analýza organických zlúčenín podľa funkčných skupín (funkčná analýza) sa vykonáva rôznymi chemickými, elektrochemickými, spektrálnymi (NMR alebo IR spektroskopia) alebo chromatografickými metódami.

Vo fázovej analýze, t. Fyzikálne metódy fázovej analýzy bez predbežnej separácie fáz sú veľmi sľubné.

Praktický význam. Chemická analýza zabezpečuje kontrolu mnohých technologických procesov a kvality produktov v rôznych priemyselných odvetviach, zohráva obrovskú úlohu pri vyhľadávaní a prieskume nerastov a v ťažobnom priemysle. Čistota sa kontroluje pomocou chemickej analýzy životné prostredie(pôda, voda a vzduch). Výsledky analytickej chémie sa využívajú v rôznych oblastiach vedy a techniky: jadrová energetika, elektronika, oceánológia, biológia, medicína, forenzná, archeológia a vesmírny výskum. Ekonomický význam chemickej analýzy je veľký. takže, presná definícia legujúce prísady v metalurgii umožňujú úsporu cenných kovov. Prechod na kontinuálne automatické analýzy v lekárskych a agrochemických laboratóriách umožňuje výrazne zvýšiť rýchlosť analýz (krv, moč, pôdne extrakty atď.) a znížiť počet laboratórnych pracovníkov.

Lit.: Základy analytickej chémie: V 2 knihách / Editoval Yu A. Zolotov. M., 2002; Analytická chémia: V 2 zv. M., 2003-2004.

Každá metóda analýzy využíva špecifický analytický signál, ktorý je za daných podmienok daný špecifickými elementárnymi objektmi (atómami, molekulami, iónmi), ktoré tvoria skúmané látky.

Analytický signál poskytuje informácie kvalitatívneho aj kvantitatívneho charakteru. Napríklad, ak sa na analýzu použijú zrážacie reakcie, kvalitatívne informácie sa získajú z výskytu alebo neprítomnosti zrazeniny. Kvantitatívne informácie sa získavajú z hmoty sedimentu. Keď látka za určitých podmienok vyžaruje svetlo, kvalitatívna informácia sa získa z objavenia sa signálu (emisia svetla) s vlnovou dĺžkou zodpovedajúcou charakteristickej farbe a kvantitatívna informácia sa získa z intenzity svetelného žiarenia.

Na základe pôvodu analytického signálu možno metódy analytickej chémie rozdeliť na chemické, fyzikálne a fyzikálno-chemické.

IN chemické metódy vykonať chemickú reakciu a zmerať buď hmotnosť výsledného produktu - gravimetrické (hmotnostné) metódy, alebo objem činidla vynaloženého na interakciu s látkou - titrimetrické, plynovo-volumetrické (objemové) metódy.

Objemová analýza plynu (objemová analýza plynu) je založená na selektívnej absorpcii zložiek plynnej zmesi v nádobách naplnených jedným alebo druhým absorbérom, po ktorej nasleduje meranie poklesu objemu plynu pomocou byrety. Oxid uhličitý sa teda absorbuje roztokom hydroxidu draselného, ​​kyslík roztokom pyrogallolu a oxid uhoľnatý roztokom chloridu meďnatého v amoniaku. Objemová metrika plynu sa vzťahuje na rýchle metódy analýzy. Je široko používaný na stanovenie uhličitanov v mineráloch a mineráloch.

Chemické metódy analýzy sú široko používané na analýzu rúd, hornín, minerálov a iných materiálov na stanovenie zložiek v nich s obsahom od desatín až po niekoľko desiatok percent. Charakterizujú sa chemické metódy analýzy vysoká presnosť(chyba analýzy je zvyčajne v desatinách percenta). Tieto metódy sa však postupne nahrádzajú rýchlejšími fyzikálno-chemickými a fyzikálnymi metódami analýzy.

Fyzikálne metódy analýzy sú založené na meraní akýchkoľvek fyzikálnych vlastností látok, ktoré sú funkciou zloženia. Napríklad refraktometria je založená na meraní relatívnych indexov lomu svetla. Pri aktivačnej analýze sa meria aktivita izotopov atď. Analýza často zahŕňa najskôr chemickú reakciu a koncentrácia výsledného produktu je určená fyzikálnymi vlastnosťami, napríklad intenzitou absorpcie svetelného žiarenia farbou. reakčný produkt. Takéto metódy analýzy sa nazývajú fyzikálno-chemické.

Fyzikálne metódy analýzy sa vyznačujú vysokou produktivitou, nízkymi detekčnými limitmi prvkov, objektívnosťou výsledkov analýzy, vysoký stupeň automatizácie. Fyzikálne metódy analýzy sa používajú pri analýze hornín a minerálov. Napríklad metóda atómovej emisie sa používa na stanovenie volfrámu v žulách a bridliciach, antimónu, cínu a olova v horninách a fosfátoch; metóda atómovej absorpcie - horčík a kremík v silikátoch; Röntgenová fluorescencia - vanád v ilmenite, magnezit, oxid hlinitý; hmotnostná spektrometria - mangán v lunárnom regolite; neutrónová aktivácia – železo, zinok, antimón, striebro, kobalt, selén a skandium v ​​oleji; metódou izotopového riedenia - kobaltu v silikátových horninách.

Fyzikálne a fyzikálno-chemické metódy sa niekedy nazývajú inštrumentálne, pretože tieto metódy vyžadujú použitie nástrojov (zariadení) špeciálne prispôsobených na vykonávanie hlavných fáz analýzy a zaznamenávanie jej výsledkov.

Fyzikálno-chemické metódy analýza môže zahŕňať chemické transformácie analytu, rozpúšťanie vzorky, koncentráciu analyzovanej zložky, maskovanie interferujúcich látok a iné. Na rozdiel od „klasických“ chemických metód analýzy, kde je analytickým signálom hmotnosť látky alebo jej objem, fyzikálno-chemické metódy analýzy využívajú ako analytický signál intenzitu žiarenia, intenzitu prúdu, elektrickú vodivosť a potenciálny rozdiel.

Veľký praktický význam majú metódy založené na štúdiu emisie a absorpcie. elektromagnetická radiácia v rôznych oblastiach spektra. Tieto zahŕňajú spektroskopiu (napríklad luminiscenčnú analýzu, spektrálnu analýzu, nefelometriu a turbidimetriu a iné). Medzi dôležité fyzikálno-chemické metódy analýzy patria elektrochemické metódy, ktoré využívajú meranie elektrických vlastností látky (coulometria, potenciometria atď.), ako aj chromatografia (napríklad plynová chromatografia, kvapalinová chromatografia, iónomeničová chromatografia, chromatografia na tenkej vrstve). Úspešne sa vyvíjajú metódy založené na meraní rýchlostí chemických reakcií (kinetické metódy analýzy), tepelných účinkov reakcií (termometrická titrácia), ako aj separácie iónov v magnetickom poli (hmotnostná spektrometria).

Jej predmetom ako vedy je zdokonaľovanie existujúcich a vývoj nových metód analýzy, ich praktická aplikácia a štúdium teoretických základov analytických metód.

V závislosti od úlohy sa analytická chémia delí na kvalitatívnu analýzu, ktorej cieľom je určiť, či Čo alebo ktoré látky, v akej forme sa nachádza vo vzorke a kvantitatívna analýza zameraná na určenie Koľko danej látky (prvkov, iónov, molekulárnych foriem atď.) je vo vzorke.

Určovanie elementárneho zloženia hmotných objektov je tzv elementárna analýza. Stanovenie štruktúry chemických zlúčenín a ich zmesí na molekulárnej úrovni volal molekulárna analýza. Jedným z typov molekulárnej analýzy chemických zlúčenín je štrukturálna analýza, zameraná na štúdium priestorovej atómovej štruktúry látok, stanovenie empirických vzorcov, molekulových hmotností atď. Medzi úlohy analytickej chémie patrí určovanie charakteristík organických, anorganických a biochemických objektov. Analýza organických zlúčenín podľa funkčných skupín je tzv funkčná analýza.

Príbeh

Analytická chémia existuje tak dlho, ako existuje chémia v jej modernom zmysle, a mnohé techniky v nej používané sa datujú do ešte skoršej éry, do éry alchýmie, ktorej jednou z hlavných úloh bolo presné určenie zloženia rôznych prírodných látok a štúdium procesov ich vzájomných premien. S rozvojom chémie ako celku sa však metódy práce, ktoré sa v nej používajú, výrazne zlepšili a analytická chémia spolu s jej čisto pomocným významom ako jednej z pomocných katedier chémie má teraz význam úplne samostatného oddelenia. chemických znalostí s veľmi vážnymi a dôležitými teoretickými úlohami. Moderná fyzikálna chémia mala veľmi dôležitý vplyv na rozvoj analytickej chémie, ktorá ju obohatila o množstvo úplne nových metód práce a teoretických základov, medzi ktoré patrí náuka o riešeniach (pozri), teória elektrolytickej disociácie, zákon hromadného pôsobenia (pozri Chemická rovnováha) a celej doktríny chemickej afinity.

Metódy analytickej chémie

Porovnanie metód analytickej chémie

Totalita tradičné metódy Určenie zloženia látky jej postupným chemickým rozkladom sa nazýva „mokrá chémia“ („mokrá analýza“). Tieto metódy majú relatívne nízku presnosť, vyžadujú relatívne nízku kvalifikáciu analytikov av súčasnosti sú takmer úplne nahradené modernými metódami. inštrumentálne metódy(optické, hmotnostne spektrometrické, elektrochemické, chromatografické a iné fyzikálno-chemické metódy) určujúce zloženie látky. Mokrá chémia má však oproti spektrometrickým metódam svoju výhodu – umožňuje štandardizovanými postupmi (systematická analýza) priamo určiť zloženie a rôzne oxidačné stavy prvkov ako železo (Fe +2, Fe +3), titán atď.

Analytické metódy možno rozdeliť na hrubé a lokálne. Metódy hromadnej analýzy zvyčajne vyžadujú oddelenú, podrozdelenú látku (reprezentatívnu vzorku). Miestne metódy určiť zloženie látky v malom objeme v samotnej vzorke, čo umožňuje zostaviť „mapy“ distribúcie chemické vlastnosti vzorky pozdĺž jej povrchu a/alebo hĺbky. Mali by sa tiež zdôrazniť metódy priama analýza, teda nesúvisiace s predbežnou prípravou vzorky. Často je potrebná príprava vzorky (napr. drvenie, predbežná koncentrácia alebo separácia). Štatistické metódy sa používajú pri príprave vzoriek, interpretácii výsledkov a odhadovaní počtu analýz.

Metódy kvalitatívnej chemickej analýzy

Na určenie kvalitatívneho zloženia látky je potrebné študovať jej vlastnosti, ktoré z hľadiska analytickej chémie môžu byť dvojakého druhu: vlastnosti látky ako takej a jej vlastnosti pri chemických premenách.

Medzi prvé patria: fyzikálne skupenstvo (tuhá látka, kvapalina, plyn), jeho štruktúra v pevnom skupenstve (amorfná alebo kryštalická látka), farba, vôňa, chuť atď. V tomto prípade je často už založená na samotných vonkajších vlastnostiach s pomocou orgánov ľudského cítenia sa zdá byť možné určiť povahu danej látky. Vo väčšine prípadov je potrebné premeniť danú látku na nejakú novú s jasne definovanými charakteristickými vlastnosťami, pričom sa na tento účel použijú niektoré špeciálne vybrané zlúčeniny nazývané reagencie.

Reakcie používané v analytickej chémii sú mimoriadne rôznorodé a závisia od fyzikálnych vlastností a stupňa zložitosti zloženia skúmanej látky. V prípade, že sa chemickej analýze podrobuje očividne čistá, homogénna chemická zlúčenina, práca sa vykonáva pomerne ľahko a rýchlo; keď sa musíte vysporiadať so zmesou niekoľkých chemických zlúčenín, otázka jej analýzy sa stáva zložitejšou a pri práci musíte dodržiavať určitý špecifický systém, aby ste neprehliadli jediný prvok, ktorý látka obsahuje. V analytickej chémii existujú dva typy reakcií: mokré reakcie(v riešeniach) a suché reakcie.

Reakcie v roztokoch

V kvalitatívnej chemickej analýze sa používajú iba také reakcie v roztokoch, ktoré sú ľahko vnímateľné ľudskými zmyslami, a okamih výskytu reakcie je rozpoznaný jedným z nasledujúcich javov:

1. tvorba vo vode nerozpustnej zrazeniny,
2. zmena farby roztoku
3. uvoľňovanie plynu.

Tvorba sedimentu v reakciách chemickej analýzy závisí od tvorby niektorých vo vode nerozpustných látok; ak sa napríklad kyselina sírová alebo vo vode rozpustná soľ pridá do roztoku akejkoľvek soli bária, vytvorí sa biela prášková zrazenina síranu bárnatého:

BaCl2 + H2S04 = 2HCl + BaS04↓

Majte na pamäti, že niektoré iné kovy môžu pod vplyvom kyseliny sírovej vyvolať podobnú reakciu s tvorbou bielej zrazeniny, napríklad olovo, ktoré môže tvoriť nerozpustnú síranovú soľ PbSO 4, aby ste si boli úplne istí, že je to presne jedna alebo iného kovu, je potrebné vytvoriť viac kalibračných reakcií, pričom sa zrazenina vytvorená pri reakcii podrobí príslušnému výskumu.

Na úspešné uskutočnenie reakcie tvorby precipitácie je okrem výberu vhodného činidla potrebné dodržať aj množstvo veľmi dôležitých podmienok týkajúcich sa sily roztokov skúmanej soli a činidla, pomeru oboch, teploty, trvanie interakcie a pod. Pri zvažovaní vzniku zrazenín pri analýze chemických reakcií je potrebné venovať pozornosť ich vzhľad, teda na farbe, štruktúre (amorfné a kryštalické zrazeniny) atď., ako aj na ich vlastnostiach vo vzťahu k vplyvu tepla, kyselín či zásad atď. Pri interakcii slabých roztokov je niekedy potrebné počkať tvorba zrazeniny do 24-48 hodín za predpokladu, že sa udržiavajú pri určitej teplote.

Reakcia tvorby zrazeniny, bez ohľadu na jej kvalitatívny význam v chemickej analýze, sa často používa na oddelenie určitých prvkov od seba. Na tento účel sa roztok obsahujúci zlúčeniny dvoch alebo viacerých prvkov spracuje vhodným činidlom schopným premeniť niektoré z nich na nerozpustné zlúčeniny a potom sa výsledná zrazenina oddelí od roztoku (filtrátu) filtráciou a ďalej sa študuje oddelene. Ak vezmeme napríklad soli chloridu draselného a chloridu bárnatého a pridáme k nim kyselinu sírovú, vznikne nerozpustná zrazenina síranu bárnatého BaSO 4 a vo vode rozpustného síranu draselného K 2 SO 4, ktoré sa dajú oddeliť filtráciou. Pri oddeľovaní zrazeniny vo vode nerozpustnej látky z roztoku je potrebné najprv dbať na to, aby získala vhodnú štruktúru, ktorá umožňuje bez problémov vykonávať filtračné práce, a potom, keď sa zachytí na filtri, je potrebné dôkladne umyť od cudzích nečistôt. Podľa výskumu V. Ostwalda je potrebné mať na pamäti, že pri použití určitého množstva vody na umývanie je vhodnejšie prepláchnuť sediment mnohokrát v malých dávkach vody, ako naopak niekoľkokrát v veľké porcie. Pokiaľ ide o úspešnosť separačnej reakcie akéhokoľvek prvku vo forme nerozpustnej zrazeniny, potom na základe teórie roztokov W. Ostwald zistil, že pre dostatočne úplnú separáciu akéhokoľvek prvku vo forme nerozpustnej zrazeniny je je vždy potrebné odobrať nadbytok činidla použitého na zrážanie.

Zmena farby roztoku je jedným z veľmi dôležitých znakov v reakciách chemickej analýzy a je veľmi dôležitý najmä v súvislosti s procesmi oxidácie a redukcie, ako aj pri práci s chemickými indikátormi (pozri nižšie - alkalimetria a acidimetria).

Príklady farebné reakcie pri kvalitatívnej chemickej analýze je možné použiť: tiokyanát draselný KCNS poskytuje charakteristickú krvavočervenú farbu so soľami oxidu železa; so soľami oxidu železitého rovnaké činidlo nič neprodukuje. Ak pridáte akékoľvek oxidačné činidlo, napríklad chlórovú vodu, do roztoku chloridu železitého FeCl 2, slabo zelenej farby, roztok sa zafarbí žltá v dôsledku tvorby chloridu železitého, čo je najvyšší stupeň oxidácia tohto kovu. Ak vezmete dvojchróman draselný K 2 Cr 2 O 7 oranžovej farby a pridáte k nemu v roztoku trochu kyseliny sírovej a nejaké redukčné činidlo, napríklad vínny alkohol, oranžová farba sa zmení na tmavozelenú, čo zodpovedá tvorbe nižšej oxidačný stav chrómu vo forme soli síran chrómový Cr 3 (SO 4) 3.

V závislosti od postupu chemickej analýzy je často potrebné uskutočniť tieto procesy oxidácie a redukcie. Najdôležitejšie oxidačné činidlá sú: halogény, kyselina dusičná, peroxid vodíka, manganistan draselný, hydroxid draselný; najdôležitejšie redukčné činidlá sú: vodík v čase uvoľňovania, sírovodík, kyselina sírová, chlorid cínatý, jodovodík.

Reakcie vývoja plynu v roztokoch pri výrobe kvalitatívnej chemickej analýzy najčastejšie nemajú nezávislý význam a sú pomocnými reakciami; najčastejšie sa stretávame s uvoľňovaním oxidu uhličitého CO 2 - pri pôsobení kyselín na soli oxidu uhličitého, sírovodík - pri rozklade sírnych kovov kyselinami a pod.

Suché reakcie

Tieto reakcie sa využívajú v chemickom rozbore, hlavne pri tzv. „predbežné testovanie“, pri testovaní sedimentov na čistotu, na overovacie reakcie a pri štúdiu minerálov. Najdôležitejšie reakcie tohto druhu pozostávajú z testovania látky vo vzťahu k:

1. jeho tavnosť pri zahrievaní,
2. schopnosť zafarbiť nesvietiaci plameň plynového horáka,
3. nestálosť pri zahrievaní,
4. oxidačné a redukčné schopnosti.

Na vykonanie týchto testov sa vo väčšine prípadov používa nesvietiaci plameň plynového horáka. Hlavnými zložkami osvetľovacieho plynu (vodík, oxid uhoľnatý, močiarny plyn a iné uhľovodíky) sú redukčné činidlá, ale keď horí na vzduchu (pozri Spaľovanie), vytvára sa plameň, v rôzne časti v ktorých možno nájsť podmienky potrebné na redukciu alebo oxidáciu, ako aj na ohrev na viac či menej vysokú teplotu.

Skúška taviteľnosti vykonávané predovšetkým pri štúdiu minerálov, pri ktorých sa ich veľmi malý úlomok, upevnený v tenkom platinovom drôte, zavádza do tej časti plameňa, ktorá má najviac vysoká teplota a potom pomocou lupy pozorujte, ako sú okraje vzorky zaoblené.

Skúška farby plameňa sa vyrába zavedením malej sépiovej vzorky malej vzorky látky na platinovom drôte najskôr do spodnej časti plameňa a potom do jej časti s najvyššou teplotou.

Test volatility sa vyrába zahrievaním vzorky látky v skúšobnom valci alebo v sklenenej trubici uzavretej na jednom konci a prchavé látky sa menia na pary, ktoré potom kondenzujú v chladnejšej časti.

Oxidácia a redukcia v suchej forme možno vyrobiť v guľôčkach z taveného bóraxu ( 2 4 7 + 10 2 ) Testovaná látka sa v malom množstve zavádza do guľôčok získaných roztavením týchto solí na platinovom drôte a tie sa potom zahrievajú v oxidačnej alebo redukčnej časti plameňa . Reštaurovanie je možné vykonať radom iných spôsobov, a to: zahrievaním na palici spálenej sódou, zahrievaním v sklenenej trubici s kovmi - sodíkom, draslíkom alebo horčíkom, zahrievaním v drevenom uhlí pomocou fúkacej trubice alebo jednoduchým zahrievaním.

Klasifikácia prvkov

Klasifikácia prvkov prijatá v analytickej chémii je založená na rovnakom rozdelení, aké je akceptované vo všeobecnej chémii - na kovy a nekovy (metaloidy), ktoré sa najčastejšie považujú za zodpovedajúce kyseliny. Na vykonanie systematickej kvalitatívnej analýzy je každá z týchto tried prvkov rozdelená do skupín s niektorými spoločnými skupinovými charakteristikami.

Kovy v analytickej chémii sú rozdelené do dvoch oddelení, ktoré sú zase rozdelené do piatich skupín:

1. Kovy, ktorých zlúčeniny síry sú rozpustné vo vode- rozdelenie kovov v tomto odbore do skupín je založené na vlastnostiach ich solí oxidu uhličitého. 1. skupina: draslík, sodík, rubídium, cézium, lítium. Zlúčeniny síry a ich soli oxidu uhličitého sú rozpustné vo vode. Neexistuje žiadne všeobecné činidlo na zrážanie všetkých kovov tejto skupiny vo forme nerozpustných zlúčenín. 2. skupina: bárium, stroncium, vápnik, horčík. Zlúčeniny síry sú rozpustné vo vode, soli oxidu uhličitého sú nerozpustné. Bežným činidlom, ktoré zráža všetky kovy tejto skupiny vo forme nerozpustných zlúčenín, je uhličitan amónny.
2. Kovy, ktorých zlúčeniny síry sú nerozpustné vo vode- na rozdelenie tohto oddelenia do troch skupín využívajú pomer ich zlúčenín síry k slabým kyselinám a sulfidu amónnemu. 3. skupina: hliník, chróm, železo, mangán, zinok, nikel, kobalt.

Hliník a chróm netvoria s vodou zlúčeniny síry; iné kovy tvoria zlúčeniny síry, ktoré sú rovnako ako ich oxidy rozpustné v slabých kyselinách. Sírovodík ich nezráža z kyslého roztoku; Sulfid amónny je bežným činidlom pre túto skupinu a nadbytok jeho zlúčenín síry sa nerozpúšťa. 4. skupina: striebro, olovo, bizmut, meď, paládium, ródium, ruténium, osmium. Zlúčeniny síry sú nerozpustné v slabých kyselinách a zrážajú sa sírovodíkom v kyslom roztoku; sú tiež nerozpustné v sulfide amónnom. Bežným reaktantom tejto skupiny je sírovodík. 5. skupina: cín, arzén, antimón, zlato, platina. Zlúčeniny síry sú tiež nerozpustné v slabých kyselinách a sú zrážané sírovodíkom z kyslého roztoku. Sú však rozpustné v sulfide amónnom a tvoria s ním vo vode rozpustné sulfasoli.

Nekovy (metaloidy) musia byť vždy objavené v chemickej analýze vo forme kyselín, ktoré tvoria, alebo ich zodpovedajúcich solí. Základom delenia kyselín do skupín sú vlastnosti ich solí bária a striebra vo vzťahu k ich rozpustnosti vo vode a čiastočne v kyselinách. Chlorid bárnatý je všeobecné činidlo pre skupinu 1, dusičnan strieborný v roztoku dusičnanu je pre skupinu 2, báryové a strieborné soli kyselín skupiny 3 sú rozpustné vo vode. 1. skupina: v neutrálnom roztoku chlorid bárnatý vyzráža nerozpustné soli; Strieborné soli sú nerozpustné vo vode, ale rozpustné v kyseline dusičnej. Patria sem kyseliny: chrómová, serózna, sírová, vodná, uhličitá, kremíková, sírová, hydrofluorokremičitá (bária nerozpustné v kyselinách), arzén a arzén. 2. skupina: v roztoku okyslenom kyselinou dusičnou poskytuje dusičnan strieborný zrazeninu. Patria sem kyseliny: chlorovodíková, bromovodíková a jodovodíková, kyanovodíková, sírovodík, kyanovodík železitý a železitý a jód. 3. skupina: kyselina dusičná a kyselina chloristá, ktoré sa nezrážajú ani dusičnanom strieborným, ani chloridom bárnatým.

Je však potrebné mať na pamäti, že činidlá uvedené pre kyseliny nie sú všeobecnými činidlami, ktoré by bolo možné použiť na oddelenie kyselín do skupín. Tieto činidlá môžu poskytnúť iba indikáciu prítomnosti kyslej alebo inej skupiny a na objavenie každej jednotlivej kyseliny je potrebné použiť privátne reakcie, ktoré k nim patria. Vyššie uvedená klasifikácia kovov a nekovov (metaloidov) pre účely analytickej chémie bola prijatá v ruských školách a laboratóriách (podľa N. A. Menshutkina v západoeurópskych laboratóriách bola prijatá iná klasifikácia, založená však v podstate na rovnakých princípoch).

Teoretické základy reakcií

Teoretické základy reakcií kvalitatívnej chemickej analýzy v roztokoch treba hľadať, ako už bolo naznačené vyššie, na katedrách všeobecnej a fyzikálna chémia o roztokoch a chemickej afinite. Jeden z prvých kritické problémy je stav všetkých minerálov vo vodných roztokoch, v ktorých sa podľa teórie elektrolytickej disociácie všetky látky patriace do tried solí, kyselín a zásad disociujú na ióny. Preto všetky reakcie chemickej analýzy neprebiehajú medzi celými molekulami zlúčenín, ale medzi ich iónmi. Napríklad reakcia chloridu sodného NaCl a dusičnanu strieborného AgNO 3 prebieha podľa rovnice:

Na + + Cl - + Ag + + (NO 3) - = AgCl↓ + Na + + (NO 3) - sodný ión + chlórový ión + strieborný ión + anión kyseliny dusičnej = nerozpustná soľ + anión kyseliny dusičnej

V dôsledku toho dusičnan strieborný nie je činidlom pre chlorid sodný alebo kyselinu chlorovodíkovú, ale iba pre chlórový ión. Pre každú soľ v roztoku sa teda z hľadiska analytickej chémie musí posudzovať oddelene jej katión (ión kovu) a anión (zvyšok kyseliny). Pre voľnú kyselinu je potrebné vziať do úvahy vodíkové ióny a anión; nakoniec, pre každú alkáliu - katión kovu a hydroxylový anión. A v podstate najdôležitejšou úlohou kvalitatívnej chemickej analýzy je študovať reakcie rôznych iónov a ako ich objaviť a oddeliť od seba.

Aby sa dosiahol posledný uvedený cieľ, pôsobením vhodných činidiel sa ióny premieňajú na nerozpustné zlúčeniny, ktoré sa vyzrážajú z roztoku vo forme zrážania, alebo sa izolujú z roztokov vo forme plynov. V tej istej teórii elektrolytickej disociácie treba hľadať vysvetlenie pôsobenia chemických indikátorov, ktoré často nachádzajú uplatnenie v chemickej analýze. Podľa teórie W. Ostwalda sú všetky chemické indikátory relatívne slabé kyseliny, čiastočne disociované vo vodných roztokoch. Niektoré z nich majú navyše bezfarebné celé molekuly a farebné anióny, iné majú naopak farebné molekuly a bezfarebný anión alebo anión inej farby; Pri pôsobení voľných vodíkových iónov kyselín alebo hydroxylových iónov alkálií môžu chemické indikátory zmeniť stupeň ich disociácie a zároveň ich farbu. Najdôležitejšie ukazovatele sú:

1. Metylová oranž, ktorá v prítomnosti voľných vodíkových iónov (kyslá reakcia) dáva ružovú farbu a v prítomnosti neutrálnych solí alebo zásad dáva žltú farbu;
2. Fenolftaleín - v prítomnosti hydroxylových iónov (alkalická reakcia) dáva charakteristickú červenú farbu a v prítomnosti neutrálnych solí alebo kyselín je bezfarebný;
3. Lakmus sa vplyvom kyselín sfarbí do červena, pod vplyvom zásad zmodrie a napokon
4. Kurkumín vplyvom zásad zhnedne a v prítomnosti kyselín opäť nadobudne žltú farbu.

Chemické ukazovatele majú veľmi dôležitá aplikácia pri hromadnej chemickej analýze (pozri nižšie). Pri reakciách kvalitatívnej chemickej analýzy sa často stretávame s fenoménom hydrolýzy, teda rozkladu solí pod vplyvom vody a vodný roztok získava viac či menej silnú alkalickú alebo kyslú reakciu.

Pokrok v kvalitatívnej chemickej analýze

Pri kvalitatívnej chemickej analýze je dôležité určiť nielen to, aké prvky alebo zlúčeniny sú zahrnuté v zložení danej látky, ale aj to, v akých, približne relatívnych množstvách sa tieto zložky nachádzajú. Na tento účel je potrebné vždy vychádzať z určitých množstiev analyzovanej látky (zvyčajne stačí odobrať 0,5-1 gram) a pri vykonávaní rozboru navzájom porovnávať množstvo jednotlivých zrážok. Je tiež potrebné použiť roztoky činidiel určitej sily, a to: normálne, polonormálne, desatina normálneho.

Každá kvalitatívna chemická analýza je rozdelená do troch častí:

1. predbežný test,
2. objavenie kovov (katiónov),
3. objavenie nekovov (metaloidov) alebo kyselín (aniónov).

Pokiaľ ide o povahu analytu, môžu nastať štyri prípady:

1. pevná nekovová látka,
2. tuhá látka vo forme kovu alebo kovovej zliatiny,
3. kvapalina (roztok),

Pri analýze tuhá nekovová látka Najprv sa vykoná externé vyšetrenie a mikroskopické vyšetrenie, ako aj predbežný test pomocou vyššie uvedených metód analýzy v suchej forme. Najprv sa vzorka látky rozpustí v závislosti od jej povahy v jednom z nasledujúcich rozpúšťadiel: voda, kyselina chlorovodíková, kyselina dusičná a aqua regia (zmes kyseliny chlorovodíkovej a dusičnej). Látky, ktoré sa nedokážu rozpustiť v žiadnom z vyššie uvedených rozpúšťadiel, sa prevedú do roztoku pomocou niektorých špeciálnych techník, ako sú: fúzia so sódou alebo potašom, varenie s roztokom sódy, zahrievanie s určitými kyselinami atď. Výsledný roztok sa podrobí systematickej analýze s predbežnou izoláciou kovov a kyselín do skupín a ich ďalšou separáciou na jednotlivé prvky, s využitím ich charakteristických privátnych reakcií.

Pri analýze kovová zliatina jeho určitá vzorka sa rozpustí v kyseline dusičnej (v zriedkavých prípadoch v aqua regia) a výsledný roztok sa odparí do sucha, potom sa tuhý zvyšok rozpustí vo vode a podrobí sa systematickej analýze.

Ak je látka kvapalina, v prvom rade sa venuje pozornosť jeho farbe, vôni a reakcii na lakmus (kyslý, zásaditý, neutrálny). Na overenie prítomnosti akýchkoľvek pevných látok v roztoku sa malá časť kvapaliny odparí na platinovej platni alebo hodinovom skle. Po týchto predbežných testoch sa kvapalina apalizuje konvenčnými metódami.

Analýza plynov vyrobené niektorými špeciálnymi metódami uvedenými v kvantitatívnej analýze.

Metódy kvantitatívnej chemickej analýzy

Kvantitatívna chemická analýza má za cieľ určiť relatívne množstvá jednotlivých zložiek akejkoľvek chemickej zlúčeniny alebo zmesi. Metódy, ktoré sa v ňom používajú, závisia od vlastností a zloženia látky, a preto kvantitatívnej chemickej analýze musí vždy predchádzať kvalitatívna chemická analýza.

Na vykonanie kvantitatívnej analýzy možno použiť dve rôzne metódy: gravimetrické a objemové. Váhovou metódou sa stanovované telesá izolujú vo forme, pokiaľ je to možné, nerozpustných alebo málo rozpustných zlúčenín známeho chemického zloženia a stanoví sa ich hmotnosť, na základe ktorej sa zistí množstvo požadovaného prvku. kalkulácia. Pri volumetrickej analýze sa merajú objemy titrovaných roztokov (obsahujúcich určité množstvo činidla) použitých na analýzu. Okrem toho sa líši množstvo špeciálnych metód kvantitatívnej chemickej analýzy, a to:

1. elektrolytický založené na separácii jednotlivých kovov elektrolýzou,
2. kolorimetrické vyrobené porovnaním intenzity farby daného roztoku s farbou roztoku určitej sily,
3. organická analýza ktorý spočíva v spaľovaní organických látok na oxid uhličitý C0 2 a vodu H 2 0 a určení podľa množstva ich pomerného obsahu uhlíka a vodíka v látke,
4. analýza plynu, ktorá spočíva v zisťovaní niektorými špeciálnymi metódami kvalitatívneho a kvantitatívneho zloženia plynov alebo ich zmesí.

Predstavuje veľmi špeciálnu skupinu lekárska chemická analýza objímajúci rad rôzne metódyštúdium krvi, moču a iných odpadových produktov ľudského tela.

Gravitačná kvantitatívna chemická analýza

Metódy gravimetrickej kvantitatívnej chemickej analýzy sú dvoch typov: metóda priamej analýzy A metóda nepriamej (nepriamej) analýzy. V prvom prípade sa zložka, ktorá sa má stanoviť, izoluje vo forme nejakej nerozpustnej zlúčeniny a určí sa jej hmotnosť. Nepriama analýza je založená na skutočnosti, že dve alebo viac látok podrobených rovnakému chemickému spracovaniu podlieha nerovnakým zmenám ich hmotnosti. Ak máte napríklad zmes chloridu draselného a dusičnanu sodného, ​​môžete prvý z nich určiť priamou analýzou, vyzrážaním chlóru vo forme chloridu strieborného a jeho vážením. Ak existuje zmes chloridových solí draselných a sodných, môžete určiť ich pomer nepriama metóda vyzrážaním všetkého chlóru vo forme chloridu strieborného a stanovením jeho hmotnosti a následným výpočtom.

Objemová chemická analýza

Analýza elektrolýzy

Kolorimetrické metódy

Elementárna organická analýza

Analýza plynu

Klasifikácia metód analytickej chémie

• Metódy elementárnej analýzy
  • Röntgenová spektrálna analýza (röntgenová fluorescencia)
  • Neutrónová aktivačná analýza ( Angličtina) (pozri rádioaktivačnú analýzu)
  • Augerova elektrónová spektrometria (EOS) ( Angličtina); pozri Augerov efekt
  • Analytická atómová spektrometria je súbor metód založených na transformácii analyzovaných vzoriek do stavu jednotlivých voľných atómov, ktorých koncentrácie sa potom merajú spektroskopicky (niekedy je sem zahrnutá aj röntgenová fluorescenčná analýza, aj keď nie je založená na vzorke). atomizácia a nie je spojená s atómovou spektroskopiou pár).
    • MS - hmotnostná spektrometria s registráciou hmotností atómových iónov
      • ICP-MS - hmotnostná spektrometria s indukčne viazanou plazmou (pozri hmotnostná spektrometria s indukčne viazanou plazmou)
      • LA-ICP-MS - hmotnostná spektrometria s indukčne viazanou plazmou a laserovou abláciou
      • LIMS - laserová iskrová hmotnostná spektrometria; pozri laserovú abláciu (komerčný príklad: LAMAS-10M)
      • MSVI - Hmotnostná spektrometria sekundárnych iónov (SIMS)
      • TIMS - tepelná ionizačná hmotnostná spektrometria (TIMS)
      • Hmotnostná spektrometria vysokoenergetického urýchľovača častíc (AMS)
    • AAS - atómová absorpčná spektrometria
      • ETA-AAS - atómová absorpčná spektrometria s elektrotermickou atomizáciou (pozri atómové absorpčné spektrometre)
      • SVZR - spektroskopia doby rozpadu dutiny (CRDS)
      • VRLS - intrakavitálna laserová spektroskopia
    • AES - atómová emisná spektrometria
      • iskra a oblúk ako zdroje žiarenia (pozri iskrový výboj; elektrický oblúk)
      • ICP-AES - atómová emisná spektrometria s indukčne viazanou plazmou
      • LIES - laserová iskrová emisná spektrometria (LIBS alebo LIPS); pozri laserovú abláciu
    • AFS - atómová fluorescenčná spektrometria (pozri fluorescencia)
      • ICP-AFS - atómová fluorescenčná spektrometria s indukčne viazanou plazmou (Bairdove zariadenia)
      • LAFS - laserová atómová fluorescenčná spektrometria
      • APS na lampách s dutou katódou (komerčný príklad: AI3300)
    • AIS - atómová ionizačná spektrometria
      • LAIS (LIIS) - laserová atómová ionizácia alebo laserom zosilnená ionizačná spektroskopia (angl. Laser Enhanced Ionization, LEI )
      • RIMS - laserová rezonančná ionizačná hmotnostná spektrometria
      • OG - optogalvanika (LOGS - laserová optogalvanická spektroskopia)

• Iné analytické metódy
  • titrimetria, volumetrická analýza
  • gravimetrická analýza - gravimetria, elektrogravimetria
  • spektrofotometria (zvyčajne absorpcia) molekulárnych plynov a kondenzovaných látok
    • elektrónová spektrometria (viditeľné spektrum a UV spektrometria); pozri elektrónovú spektroskopiu
    • vibračná spektrometria (IR spektrometria); pozri vibračnú spektroskopiu
  • Ramanova spektroskopia; pozri Ramanov efekt
  • luminiscenčná analýza
  • hmotnostná spektrometria s registráciou hmotností molekulových a klastrových iónov, radikálov
  • spektrometria iónovej mobility (

V.F. Yustratová, G.N. Mikileva, I.A. Mochalovej

ANALYTICKÁ CHÉMIA

Kvantitatívna chemická analýza

Návod

Pre vysokoškolákov

2. vydanie, prepracované a rozšírené

vyššie odborné vzdelanie pre medziuniverzitné využitie

ako učebnica analytickej chémie pre študentov študijných odborov 552400 „Technológia potravín“, 655600 „Výroba potravinárskych výrobkov z rastlinných surovín“,

655900 „Technológia surovín, produkty živočíšneho pôvodu“

a 655700 „Technológia potravinárskych výrobkov

účelové a verejné stravovanie“

Kemerovo 2005

MDT 543,062 (07)

V.F. Yustratová, G.N. Mikileva, I.A. Mochalovej

Upravil V.F. Yustratová

Recenzenti:

V.A. Nevostruev, manažér Katedra analytickej chémie

Kemerovo štátna univerzita Chem. vedy, profesor;

A.I. Gerasimovej, docent, Katedra chémie a technológie

anorganické látky Kuzbass State Technical

Univerzita, PhD. chem. vedy

Technologický inštitút v Kemerove

Potravinársky priemysel

Yustratová V.F., Mikileva G.N., Mochalová I.A.

Yu90 Analytická chémia. Kvantitatívna chemická analýza: Učebnica. príspevok. - 2. vyd., prepracované. a dodatočné - / V.F. Yustratová, G.N. Mikileva, I.A. Mochalová; Ed. V.F. Yustratova; Technologický inštitút potravinárskeho priemyslu Kemerovo - Kemerovo, 2005. - 160 s.

ISBN 5-89289-312-Х

Sú načrtnuté základné pojmy a časti analytickej chémie. Podrobne sú diskutované všetky fázy kvantitatívnej chemickej analýzy od odberu vzoriek až po získanie výsledkov a metódy ich spracovania. Príručka obsahuje kapitolu venovanú inštrumentálnym metódam analýzy, ako najsľubnejším. Uvádza sa použitie každej z opísaných metód v technickej a chemickej kontrole potravinárskeho priemyslu.

Učebnica je zostavená v súlade so štátnymi vzdelávacími štandardmi v oblastiach „Technológia potravín“, „Výroba potravinárskych výrobkov z rastlinných surovín a živočíšnych produktov“, „Technológia účelových potravinárskych výrobkov a verejné stravovanie“. Obsahuje metodické odporúčania pre študentov k robeniu poznámok na prednáškach a práci s učebnicou.

Určené pre študentov všetkých foriem štúdia.

MDT 543,062 (07)

BBK 24,4 a 7

ISBN 5-89289-312-Х

© V.F. Yustratová, G.N. Mikileva, I.A. Mochalová, 1994

© V.F. Yustratová, G.N. Mikileva, I.A. Mochalová, 2005, dodatok

© KemTIPP, 1994

PREDSLOV

Učebnica je určená pre študentov technologických odborov na potravinárskych univerzitách. Druhé vydanie, prepracované a rozšírené. Pri spracovaní materiálu boli zohľadnené rady a pripomienky vedúceho Katedry analytickej chémie Voronežskej štátnej technologickej akadémie, cteného pracovníka vedy a techniky Ruskej federácie, doktora chemických vied, profesora Ya.I. Korenman. Autori mu vyjadrujú hlbokú vďaku.

Za posledných desať rokov od vydania prvého vydania sa objavili nové učebnice analytickej chémie, ale žiadna z nich plne nevyhovuje štátnym vzdelávacím štandardom v oblastiach „Technológia potravín“, „Výroba potravinárskych výrobkov z rastlinných surovín“. “, “Technológia surovín a produktov živočíšneho pôvodu”, “Technológia potravinárskych výrobkov na osobitné účely a verejné stravovanie”.

V príručke je materiál prezentovaný tak, aby študent vnímal „úlohu analytickej chémie“ ako celok: od výberu vzorky až po získanie výsledkov analýzy, metódy ich spracovania a analytickú metrológiu. Dana Krátky príbeh rozvoj analytickej chémie, jej úloha pri výrobe potravín; sú uvedené základné pojmy kvalitatívnych a kvantitatívnych chemických analýz, spôsoby vyjadrenia zloženia roztokov a prípravy roztokov, vzorce na výpočet výsledkov analýz; teória metód titračnej analýzy: neutralizácia (acidobázická titrácia), redoximetria (redoxná titrácia), komplexometria, precipitácia a gravimetria. Je uvedené použitie každého z nich v potravinárskom priemysle. Pri zvažovaní titrimetrických metód analýzy sa navrhuje štruktúrny a logický diagram na zjednodušenie ich štúdia.

Pri prezentovaní materiálu sa brala do úvahy moderná nomenklatúra chemických zlúčenín, moderné všeobecne uznávané koncepty a myšlienky a na zdôvodnenie záverov sa použili nové vedecké údaje.

Príručka navyše obsahuje kapitolu venovanú inštrumentálnym metódam analýzy ako najsľubnejším a ukazuje súčasné trendy vo vývoji analytickej chémie.

Z hľadiska prezentácie je text príručky prispôsobený študentom I-II kurzy ktorí ešte nemajú dostatočné schopnosti samostatná práca s náučnou literatúrou.

Časti 1, 2, 5 napísal V.F. Yustratova, sekcie 3, 6, 8, 9 - G.N. Mikileva, úsek 7 - I.A. Mochalová, úsek 4 - G.N. Mikileva a I.A. Mochalovej.

ANALYTICKÁ CHÉMIA AKO VEDA

Analytická chémia je jedným z odvetví chémie. Ak poskytneme najúplnejšiu definíciu analytickej chémie ako vedy, potom môžeme použiť definíciu navrhnutú akademikom I.P. Alimarín.

"Analytická chémia je veda, ktorá rozvíja teoretické základy analýzy chemického zloženia látok, vyvíja metódy na identifikáciu a detekciu, určovanie a separáciu chemických prvkov, ich zlúčenín, ako aj metódy na stanovenie chemickej štruktúry zlúčenín."

Táto definícia je dosť zdĺhavá a ťažko zapamätateľná. Univerzitné učebnice poskytujú stručnejšie definície, ktorých význam je nasledovný.

Analytická chémiaje náuka o metódach zisťovania chemického zloženia a štruktúry látok (systémov).

1.1. Z histórie vývoja analytickej chémie

Analytická chémia je veľmi stará veda.

Len čo sa v spoločnosti objavili tovary a materiály, z ktorých najvýznamnejšie boli zlato a striebro, bolo potrebné kontrolovať ich kvalitu. Prvou rozšírenou metódou na analýzu týchto kovov bola kupelácia – testovanie ohňom. Táto kvantitatívna technika zahŕňa váženie analytu pred a po zahriatí. Zmienka o tejto operácii sa nachádza v tabuľkách z Babylonu z rokov 1375-1350. BC.

Váhy boli ľudstvu známe už z čias starovekej civilizácie. Nájdené závažia na váhy sa datujú do roku 2600 pred Kristom.

Podľa všeobecne uznávaného hľadiska počiatočná fáza, keď sa formovali jednotlivé analytické techniky vedeckých metód, možno považovať za renesanciu.

Ale pojem "analýza" v moderné chápanie Toto slovo zaviedol anglický chemik Robert Boyle (1627-1691). Prvýkrát použil tento výraz v roku 1654.

Rýchly vývoj Analytická chémia začala na konci 17. storočia. v súvislosti so vznikom manufaktúr prudký rast ich počtu. Vznikli tak rôzne problémy, ktoré bolo možné vyriešiť len pomocou analytických metód. Dopyt po kovoch, najmä po železe, sa výrazne zvýšil, čo prispelo k rozvoju analytickej chémie minerálov.

Chemická analýza zvýšená na stav samostatná pobočka veda - analytická chémia - od švédskeho vedca Thornberna Bergmana (1735-1784). Bergmanovu prácu možno považovať za prvú učebnicu analytickej chémie, ktorá podáva systematický prehľad procesov používaných v analytickej chémii, kombinovaných podľa charakteru analyzovaných látok.

Prvou známou knihou venovanou výlučne analytickej chémii je The Complete Chemical Assay Office, ktorú napísal Johann Göttling (1753-1809) a vyšla v roku 1790 v Jene.

Obrovské množstvo činidiel používaných na kvalitatívnu analýzu systematizoval Heinrich Rose (1795-1864) vo svojej knihe „Manual of Analytical Chemistry“. Samostatné kapitoly tejto knihy sú venované určitým prvkom a známym reakciám týchto prvkov. Rose tak v roku 1824 ako prvý opísal reakcie jednotlivých prvkov a poskytol schému systematickej analýzy, ktorá sa vo svojich hlavných črtách zachovala dodnes (systematická analýza pozri časť 1.6.3).

V roku 1862 vyšlo prvé číslo Journal of Analytical Chemistry, časopis venovaný výlučne analytickej chémii, ktorý vychádza dodnes. Časopis založil Fresenius a vychádzal v Nemecku.

Základy gravimetrickej (gravimetrickej) analýzy - najstaršej a najlogickejšej metódy kvantitatívnej analýzy - položil T. Bergman.

Metódy objemovej analýzy sa začali vo veľkej miere dostávať do analytickej praxe až v roku 1860. Popisy týchto metód sa objavili v učebniciach. Do tejto doby boli vyvinuté zariadenia (zariadenia) na titráciu a bolo dané teoretické zdôvodnenie týchto metód.

Medzi hlavné objavy, ktoré umožnili teoretické zdôvodnenie objemových metód analýzy, patrí zákon zachovania hmoty hmoty, ktorý objavil M.V. Lomonosov (1711-1765), periodický zákon, objavený D.I. Mendelejeva (1834-1907), teóriu elektrolytickej disociácie, ktorú vypracoval S. Arrhenius (1859-1927).

Základy objemových metód analýzy boli položené takmer dve storočia a ich vývoj úzko súvisí s potrebami praxe, predovšetkým s problematikou bielenia tkanín a výroby potaše.

Mnoho rokov bolo vynaložených na vývoj pohodlných, presných prístrojov, vývoj kalibračných operácií na meranie skleneného tovaru, manipulácie pri práci s presným skleneným tovarom a metód na zaznamenávanie konca titrácie.

Nie je prekvapujúce, že ešte v roku 1829 Berzelius (1779-1848) veril, že objemové metódy analýzy možno použiť len na hrubé odhady.

Po prvýkrát sú v chémii pojmy všeobecne akceptované "pipeta"(obr. 1) (z francúzskeho fajka - trubička, pipeta - trubičky) a "byreta"(obr. 2) (z francúzskeho byreta – fľaša) sa nachádzajú v publikácii J.L. Gay-Lussac (1778-1850), publikovaný v roku 1824. Tu opísal titračnú operáciu tak, ako sa robí teraz.

Ryža. 1. Pipety Obr. 2. Byrety

Rok 1859 sa stal významným pre analytickú chémiu. Práve v tomto roku G. Kirchhoff (1824-1887) a R. Bunsen (1811-1899) vyvinuli spektrálnu analýzu a premenili ju na praktickú metódu analytickej chémie. Spektrálna analýza bola prvou z inštrumentálnych metód analýzy, ktorá znamenala začiatok ich rýchleho rozvoja. Viac informácií o týchto analytických metódach nájdete v časti 8.

IN koniec XIX c., v roku 1894 nemecký fyzikálny chemik W.F. Ostwald vydal knihu o teoretických základoch analytickej chémie, ktorej základnou teóriou bola teória elektrolytickej disociácie, na ktorej sú dodnes založené chemické metódy analýzy.

Začiatok 20. storočia. (1903) bol poznačený objavom ruského botanika a biochemika M.S. Farby fenoménu chromatografie, ktorý bol základom pre vývoj rôznych variantov chromatografickej metódy, ktorej vývoj stále prebieha.

V 20. storočí Analytická chémia sa celkom úspešne rozvíjala. Došlo k rozvoju chemických aj inštrumentálnych metód analýzy. Rozvoj inštrumentálnych metód nastal vytvorením unikátnych zariadení, ktoré umožňovali zaznamenávať jednotlivé vlastnosti analyzovaných komponentov.

Ruskí vedci výrazne prispeli k rozvoju analytickej chémie. V prvom rade je potrebné vymenovať mená N.A. Tananaeva, I.P. Alimarina, A.K. Babko, Yu.A. Zolotov a mnohí ďalší.

Vývoj analytickej chémie vždy prebiehal s prihliadnutím na dva faktory: rozvíjajúci sa priemysel vytvoril problém, ktorý si na jednej strane vyžadoval riešenie; na druhej strane boli objavy vedy prispôsobené riešeniu problémov analytickej chémie.

Tento trend pokračuje dodnes. Počítače a lasery sú široko používané v analýze, objavujú sa nové metódy analýzy, zavádza sa automatizácia a matematizácia, vytvárajú sa metódy a prostriedky lokálnej nedeštruktívnej, vzdialenej, kontinuálnej analýzy.

1.2. Všeobecné problémy analytickej chémie

Všeobecné úlohy analytickej chémie:

1. Rozvoj teórie chemických a fyzikálno-chemických metód analýzy, vedecké zdôvodnenie, vývoj a zdokonaľovanie výskumných techník a metód.

2. Vývoj metód oddeľovania látok a metód koncentrácie mikronečistôt.

3. Zdokonaľovanie a vývoj metód analýzy prírodných látok, životného prostredia, technických materiálov a pod.

4. Zabezpečovanie chemicko-analytickej kontroly v procese riešenia rôznych výskumných projektov v oblasti chémie a príbuzných oblastí vedy, priemyslu a techniky.

5. Udržiavanie chemicko-technologických a fyzikálno-chemických výrobných procesov na danej optimálnej úrovni na základe systematického chemicko-analytického riadenia všetkých úrovní priemyselnej výroby.

6. Tvorba metód automatického riadenia technologických procesov v kombinácii s riadiacimi systémami založenými na použití elektronických výpočtových, záznamových, signalizačných, blokovacích a riadiacich strojov, prístrojov a prístrojov.

Z uvedeného je zrejmé, že možnosti analytickej chémie sú široké. To umožňuje jeho použitie na riešenie širokej škály praktických problémov vrátane potravinárskeho priemyslu.

1.3. Úloha analytickej chémie v potravinárskom priemysle

Metódy analytickej chémie umožňujú riešiť nasledujúce problémy v potravinárskom priemysle:

1. Určiť kvalitu surovín.

2. Kontrolovať proces výroby potravín vo všetkých jeho fázach.

3. Kontrolujte kvalitu produktov.

4. Analyzovať výrobné odpady za účelom ich zneškodnenia (ďalšieho využitia).

5. Identifikovať látky v surovinách a potravinových výrobkoch, ktoré sú toxické (škodlivé) pre ľudský organizmus.

1.4. Metóda analýzy

Analytická chémia študuje metódy analýzy a rôzne aspekty ich vývoja a aplikácie. Podľa odporúčaní autoritatívnej medzinárodnej chemickej organizácie IUPAC* sa metóda analýzy vzťahuje na princípy, ktoré sú základom analýzy látky, t.j. druh a povaha energie, ktorá spôsobuje rozrušenie chemických častíc látky. Princíp analýzy je zasa určený prírodnými javmi, na ktorých sú založené chemické alebo fyzikálne procesy.

Vo vzdelávacej literatúre o chémii sa definícia metódy analýzy spravidla neuvádza. Ale keďže je to dosť dôležité, treba to sformulovať. Podľa nášho názoru je najprijateľnejšia táto definícia:

Metóda analýzy je súhrn pravidiel a techník na vykonávanie analýzy, ktoré umožňujú určiť chemické zloženie a štruktúru látok (systémov).

1.5. Klasifikácia metód analýzy

V analytickej chémii existuje niekoľko typov klasifikácie analytických metód.

1.5.1. Klasifikácia na základe chemických a fyzikálnych vlastností analyzovaných látok (systémov)

V rámci tejto klasifikácie sa berú do úvahy tieto skupiny analytických metód:

1. Chemické metódy analýzy.

Táto skupina analytických metód zahŕňa metódy, v ktorých sú výsledky analýzy založené na chemickej reakcii prebiehajúcej medzi látkami. Na konci reakcie sa zaznamená objem jedného z účastníkov reakcie alebo hmotnosť jedného z reakčných produktov. Potom sa vypočítajú výsledky analýzy.

2. Fyzikálne metódy analýzy.

Fyzikálne metódy analýzy sú založené na meraní fyzikálnych vlastností analytov. Tieto metódy najčastejšie zaznamenávajú optické, magnetické, elektrické a tepelné vlastnosti.

3. Fyzikálno-chemické metódy analýzy.

Sú založené na meraní akejkoľvek fyzikálnej vlastnosti (parametra) analyzovaného systému, ktorá sa mení pod vplyvom chemickej reakcie, ktorá v ňom prebieha.

* IUPAC - Medzinárodná únia čistej a aplikovanej chémie. Členmi tejto organizácie sú vedecké inštitúcie z mnohých krajín. Od roku 1930 je jej členom aj Ruská akadémia vied (ako nástupkyňa Akadémie vied ZSSR).

V modernej chémii sa nazývajú fyzikálne a fyzikálno-chemické metódy analýzy inštrumentálne metódy analýzy. „Inštrumentálny“ znamená, že túto metódu analýzy možno vykonať iba pomocou „prístroja“ – zariadenia schopného zaznamenávať a hodnotiť fyzikálne vlastnosti (podrobnosti pozri v časti 8).

4. Separačné metódy.

Pri analýze zložitých zmesí (a to sú najprirodzenejšie objekty a produkty na jedenie) môže byť potrebné oddeliť určovaný komponent od rušivých komponentov.

Niekedy analyzovaný roztok obsahuje oveľa menej zložky, ktorá sa má stanoviť, ako sa dá určiť zvolenou metódou analýzy. V tomto prípade je pred určením takýchto komponentov potrebné ich koncentrovať.

Koncentrácia- ide o operáciu, po ktorej sa koncentrácia stanovovanej zložky môže zvýšiť z n na 10 n-krát.

Operácie oddeľovania a koncentrácie sa často kombinujú. V štádiu koncentrácie sa v analyzovanom systéme môže zreteľne prejaviť niektorá vlastnosť, ktorej zaznamenanie umožní vyriešiť otázku množstva analytu v zmesi. Analytická metóda môže začať separačnou operáciou, niekedy zahŕňa aj koncentráciu.

1.5.2. Klasifikácia na základe hmotnosti alebo objemu látky

roztok odobratý na analýzu

Klasifikácia preukazujúca schopnosti moderné metódy analýza je uvedená v tabuľke. 1. Vychádza z hmotnosti látok alebo objemu roztoku odobratého na analýzu.

stôl 1

Klasifikácia metód analýzy v závislosti od hmotnosti látky

alebo objem roztoku odobratého na analýzu

1.6. Kvalitatívna analýza

Analýzu látky možno vykonať s cieľom stanoviť jej kvalitatívne alebo kvantitatívne zloženie. V súlade s tým sa rozlišuje kvalitatívna a kvantitatívna analýza.

Úlohou kvalitatívnej analýzy je zistiť chemické zloženie analyzovaného objektu.

Analyzovaný objekt môže byť jednotlivá látka (jednoduchá alebo veľmi zložitá, napríklad chlieb) alebo zmes látok. V rámci objektu môžu byť zaujímavé rôzne komponenty. Môžete určiť, z ktorých iónov, prvkov, molekúl, fáz, skupín atómov sa analyzovaný objekt skladá. V potravinách sa najčastejšie stanovujú ióny, jednoduché alebo zložité látky, ktoré sú pre ľudský organizmus buď prospešné (Ca 2+, NaCl, tuk, bielkoviny a pod.) alebo škodlivé (Cu 2+, Pb 2+, pesticídy a pod. .). Dá sa to urobiť dvoma spôsobmi: identifikácia A detekcia.

Identifikácia- stanovenie identity (identity) skúmanej chemickej zlúčeniny so známou látkou (štandardom) porovnaním ich fyzikálnych a chemických vlastností .

Na tento účel sa najprv študujú určité vlastnosti špecifikovaných referenčných zlúčenín, ktorých prítomnosť sa predpokladá v analyzovanom objekte. Napríklad vykonávajú chemické reakcie s katiónmi alebo aniónmi (tieto ióny sú štandardy) pri štúdiu anorganických látok alebo merajú fyzikálne konštanty štandardných organických látok. Potom vykonajte rovnaké testy s testovanou zlúčeninou a porovnajte získané výsledky.

Detekcia- kontrola prítomnosti určitých hlavných komponentov, nečistôt a pod. v analyzovanom objekte .

Kvalitatívna chemická analýza je väčšinou založená na premene analyzovanej látky na nejakú novú zlúčeninu, ktorá má charakteristické vlastnosti: farbu, určitý fyzikálny stav, kryštalickú alebo amorfnú štruktúru, špecifický zápach atď. Tieto charakteristické vlastnosti sú tzv analytické znaky.

Chemická reakcia, počas ktorej sa objavujú analytické znaky, sa nazýva kvalitatívna analytická odpoveď.

Látky používané na uskutočňovanie analytických reakcií sa nazývajú činidlá alebo činidlá.

Kvalitatívne analytické reakcie, a teda aj činidlá, ktoré sa v nich používajú, sa v závislosti od oblasti použitia delia na skupinové (všeobecné), charakteristické a špecifické.

Skupinové reakcie umožňujú izolovať z komplexnej zmesi látok pod vplyvom skupinového činidla celé skupiny iónov, ktoré majú rovnakú analytickú charakteristiku. Napríklad uhličitan amónny (NH 4) 2 CO 3 patrí do skupiny činidiel, keďže s iónmi Ca 2+, Sr 2+, Ba 2+ tvorí biele uhličitany nerozpustné vo vode.

Charakteristický Ide o reakcie, ktoré zahŕňajú činidlá, ktoré interagujú s jedným alebo malým počtom iónov. Analytický znak v týchto reakciách je najčastejšie vyjadrený charakteristickou farbou. Napríklad dimetylglyoxím je charakteristické činidlo pre ión Ni2+ (ružová zrazenina) a ión Fe2+ (červená zlúčenina rozpustná vo vode).

Najdôležitejšie v kvalitatívnej analýze sú špecifické reakcie. Špecifické reakcia na daný ión je reakcia, ktorá umožňuje jeho detekciu za experimentálnych podmienok v zmesi s inými iónmi. Takouto reakciou je napríklad reakcia detekcie iónov, ku ktorej dochádza pod vplyvom zásady pri zahrievaní:

Uvoľňovaný amoniak možno identifikovať podľa jeho špecifického, ľahko rozpoznateľného zápachu a iných vlastností.

1.6.1. Značky činidiel

V závislosti od konkrétnej oblasti použitia činidiel sa na ne kladie množstvo požiadaviek. Jednou z nich je požiadavka na množstvo nečistôt.

Množstvo nečistôt v chemických činidlách upravuje špeciálna technická dokumentácia: štátne normy (GOST), technické podmienky (TU) atď. Zloženie nečistôt môže byť rôzne a zvyčajne je uvedené na výrobnom štítku činidla.

Chemické činidlá sú klasifikované podľa stupňa ich čistoty. V závislosti od hmotnostného podielu nečistôt má činidlo priradenú triedu. Niektoré značky činidiel sú uvedené v tabuľke. 2.

tabuľka 2

Značky činidiel

V praxi chemickej analýzy sa zvyčajne používajú činidlá, ktoré spĺňajú požiadavky „analytickej kvality“ a „triedy činidla“. Čistota činidiel je uvedená na štítku originálneho balenia činidla. Niektoré priemyselné odvetvia zavádzajú svoje vlastné dodatočné kvalifikácie pre čistotu činidiel.

1.6.2. Metódy vykonávania analytických reakcií

Môžu sa uskutočňovať analytické reakcie "mokrý" A "suchý" spôsoby. Pri vykonávaní reakcie "mokrý" interakciou analytu a zodpovedajúcich činidiel dochádza v roztoku. Aby sa to dosiahlo, testovaná látka sa musí najskôr rozpustiť. Rozpúšťadlom je zvyčajne voda alebo, ak je látka vo vode nerozpustná, iné rozpúšťadlo. Mokré reakcie prebiehajú medzi jednoduchými alebo komplexnými iónmi, takže keď sa použijú, ide o ióny, ktoré sa detegujú.

„Suchý“ spôsob uskutočňovania reakcií znamená, že testovaná látka a činidlá sa odoberajú v pevnom stave a reakcia medzi nimi sa uskutočňuje ich zahriatím na vysokú teplotu.

Príkladmi reakcií uskutočňovaných „na sucho“ sú reakcie zafarbenia plameňom so soľami určitých kovov, tvorba farebných perál (sklá) tetraboritanu sodného (borax) alebo hydrogénfosforečnan sodný a amónny pri ich fúzii so soľami určitých kovov, ako aj fúzii skúmanej tuhej látky s „tavivami“, napríklad: zmesi tuhého Na 2 CO 3 a K 2 CO 3 alebo Na 2 CO 3 a KNO 3.

Reakcie uskutočňované „suchou“ metódou zahŕňajú aj reakciu, ku ktorej dochádza, keď sa skúmaná tuhá látka melie s nejakým pevným činidlom, v dôsledku čoho zmes získa farbu.

1.6.3. Systematická analýza

Kvalitatívna analýza objektu môže byť vykonaná pomocou dvoch rôznych metód.

Systematická analýza - Ide o metódu vykonávania kvalitatívnej analýzy podľa schémy, pri ktorej je presne definovaná postupnosť operácií pridávania činidiel.

1.6.4. Frakčná analýza

Analytická metóda založená na použití reakcií, ktoré možno použiť na detekciu požadovaných iónov v ľubovoľnom poradí v jednotlivých častiach pôvodného roztoku, t.j. bez použitia špecifickej schémy detekcie iónov sa nazýva frakčná analýza.

1.7. Kvantitatívna analýza

Úlohou kvantitatívnej analýzy je určiť obsah (hmotnosť alebo koncentráciu) konkrétnej zložky v analyzovanom objekte.

Dôležitými pojmami kvantitatívnej analýzy sú pojmy „stanovená látka“ a „pracovná látka“.

1.7.1. Stanovená látka. Pracovná látka

Chemický prvok, ión, prvočíslo alebo zlúčenina, ktorej obsah je stanovený v danej vzorke analyzovaného produktu, sa zvyčajne nazýva „identifikovateľná látka“ (O.V.).

Látka, s ktorou sa toto určenie robí, je tzv pracovná látka (R.V.).

1.7.2. Metódy vyjadrenia zloženia roztoku používané v analytickej chémii

1. Najvhodnejším spôsobom vyjadrenia zloženia roztoku je koncentrácia . Koncentrácia je fyzikálna veličina (rozmerná alebo bezrozmerná), ktorá určuje kvantitatívne zloženie roztoku, zmesi alebo taveniny. Pri kvantitatívnom zložení roztoku sa najčastejšie rozumie pomer množstva rozpustenej látky k objemu roztoku.

Najbežnejšia je molárna koncentrácia ekvivalentov. Jeho symbol, písaný napríklad pre kyselinu sírovú, je C equiv (H 2 SO 4), jednotka merania je mol/dm 3.

V literatúre existujú aj iné označenia tejto koncentrácie. Napríklad C(1/2H2S04). Frakcia pred vzorcom kyseliny sírovej označuje, ktorá časť molekuly (alebo iónu) je ekvivalentná. Nazýva sa koeficient ekvivalencie, označuje sa f ekv. Pre H2S04 f ekv. = 1/2. Faktor ekvivalencie sa vypočíta na základe stechiometrie reakcie. Číslo, ktoré ukazuje, koľko ekvivalentov obsahuje molekula, sa nazýva číslo ekvivalencie a označuje sa Z*. f eq = 1/Z*, preto sa molárna koncentrácia ekvivalentov označuje aj takto: C(1/Z*H 2 SO 4).

2. V analytických laboratóriách, keď je potrebné dlhodobo vykonávať sériu jednotlivých analýz pomocou jedného výpočtového vzorca, sa často používa korekčný faktor alebo korekcia K.

Najčastejšie sa novela týka pracovnej látky. Koeficient ukazuje, koľkokrát sa koncentrácia pripraveného roztoku pracovnej látky líši od koncentrácie vyjadrenej zaokrúhlenými číslami (0,1; 0,2; 0,5; 0,01; 0,02; 0,05), z ktorých jedna môže byť vo výpočtovom vzorci:

K sa zapisuje ako čísla so štyrmi desatinnými miestami. Zo záznamu: K = 1,2100 k C eq (HCl) = 0,0200 mol/dm 3 vyplýva, že C eq (HCl) = 0,0200 mol/dm 3 je štandardná molárna koncentrácia ekvivalentov HCl, potom sa skutočná vypočíta podľa vzorca :

3. Titer- je to hmotnosť látky obsiahnutej v 1 cm 3 objemu roztoku.

Titer sa najčastejšie vzťahuje na roztok pracovnej látky.

Jednotka titra je g/cm3, titer sa vypočítava s presnosťou na šieste desatinné miesto. Pri znalosti titra pracovnej látky je možné vypočítať molárnu koncentráciu ekvivalentov jej roztoku.

(4)

4. Titer pracovnej látky podľa stanovovanej látky- je to hmotnosť stanovovanej látky, ekvivalentná hmotnosti pracovnej látky obsiahnutej v 1 cm 3 roztoku.

5. Hmotnostný podiel rozpustenej látky sa rovná pomeru hmotnosti rozpustenej látky A k hmotnosti roztoku:

6. Objemový zlomok rozpustenej látky sa rovná pomeru objemu rozpustenej látky A k celkovému objemu roztoku:

Hmotnostné a objemové zlomky sú bezrozmerné veličiny. Najčastejšie sa však výrazy na výpočet hmotnostných a objemových zlomkov píšu vo forme:

; (9)

. (10)

V tomto prípade je jednotka w a j percento.

Treba poznamenať nasledujúce okolnosti:

1. Pri vykonávaní analýzy musí byť koncentrácia pracovnej látky presná a vyjadrená ako číslo na štyri desatinné miesta, ak ide o molárne ekvivalenty; alebo číslo obsahujúce šesť desatinných miest, ak ide o názov.

2. Vo všetkých výpočtových vzorcoch používaných v analytickej chémii je jednotkou objemu cm3. Keďže sklo používané pri analýze na meranie objemov umožňuje meranie objemu s presnosťou 0,01 cm 3 , s touto presnosťou by mali byť čísla vyjadrujúce objemy roztokov analyzovaných látok a pracovných látok zahrnutých do analýzy napísané.

1.7.3. Spôsoby prípravy roztokov

Skôr ako začnete pripravovať riešenie, mali by ste odpovedať na nasledujúce otázky.

1. Na aký účel sa roztok pripravuje (na použitie ako r.v., na vytvorenie určitej hodnoty pH prostredia a pod.)?

2. Akou formou je najvhodnejšie vyjadrovať koncentráciu roztoku (vo forme molárnej koncentrácie ekvivalentov, hmotnostného zlomku, titra a pod.)?

3. S akou presnosťou, t.j. Na aké desatinné miesto treba určiť číslo vyjadrujúce zvolenú koncentráciu?

4. Aký objem roztoku je potrebné pripraviť?

5. Aký spôsob prípravy roztoku by sa mal použiť na základe povahy látky (kvapalná alebo tuhá, štandardná alebo neštandardná)?

Roztok je možné pripraviť nasledujúcimi spôsobmi:

1. Presným vážením.

Ak látka, z ktorého musíte pripraviť riešenie, je štandardná, t.j. spĺňa určité (nižšie uvedené) požiadavky, potom je možné pripraviť roztok podľa presného váženia. To znamená, že hmotnosť vzorky sa vypočíta a zmeria na analytických váhach s presnosťou na štvrté desatinné miesto.

Požiadavky na štandardné látky sú nasledovné:

a) látka musí mať kryštalickú štruktúru a spĺňať určité chemický vzorec;

c) látka musí byť stabilná pri skladovaní v pevnej forme a v roztoku;

d) je žiadúca veľká molárna hmotnosť ekvivalentnej látky.

2. Z kanála opráv.

Obmenou spôsobu prípravy roztoku pomocou presného váženia je spôsob prípravy roztoku z fixanalu. Úlohu presného váženia plní presné množstvo látky obsiahnutej v sklenenej ampulke. Treba mať na pamäti, že látka v ampulke môže byť štandardná (pozri bod 1) alebo neštandardná. Táto okolnosť ovplyvňuje spôsoby a dĺžku skladovania roztokov neštandardných látok pripravených z fixatív.

FIXANAL(štandardný titer, normálna dávka) je zapečatená ampulka obsahujúca 0,1000, 0,0500 alebo iný počet mólov ekvivalentných látok v suchej forme alebo vo forme roztoku.

Na prípravu požadovaného roztoku sa ampulka rozbije cez lievik vybavený špeciálnym dierovacím zariadením (úderom). Jeho obsah sa kvantitatívne prenesie do odmernej banky požadovanej kapacity a objem sa upraví po kruhovú značku destilovanou vodou.

Nazýva sa roztok pripravený presným vážením alebo z fixanalu titrované, štandardné alebo štandardné riešenie I, pretože jeho koncentrácia po príprave je presná. Zapíšte ho ako číslo so štyrmi desatinnými miestami, ak ide o molárnu koncentráciu ekvivalentov, a so šiestimi desatinnými miestami, ak ide o titer.

3. Podľa približnej hmotnosti.

Ak látka, z ktorej sa má roztok pripraviť, nespĺňa požiadavky na štandardné látky a neexistuje vhodný fixačný prostriedok, potom sa roztok pripraví s použitím približnej vzorky.

Vypočítajte hmotnosť látky, ktorú je potrebné vziať na prípravu roztoku, berúc do úvahy jej koncentráciu a objem. Táto hmota sa odváži na technických váhach s presnosťou na dve desatinné miesta a rozpustí sa v odmernej banke. Získa sa roztok s približnou koncentráciou.

4. Zriedením koncentrovanejšieho roztoku.

Ak je látka vyrábaná priemyslom vo forme koncentrovaného roztoku (je jasné, že je neštandardný), potom je možné jeho roztok s nižšou koncentráciou pripraviť len zriedením koncentrovaného roztoku. Pri príprave roztoku týmto spôsobom je potrebné pamätať na to, že hmotnosť rozpustenej látky musí byť rovnaká v objeme pripraveného roztoku aj v časti koncentrovaného roztoku odobratého na riedenie. Po znalosti koncentrácie a objemu roztoku, ktorý je potrebné pripraviť, sa vypočíta objem koncentrovaného roztoku, ktorý je potrebné merať, berúc do úvahy jeho hmotnostný zlomok a hustotu. Odmerajte objem odmerným valcom, nalejte do odmernej banky, doplňte po značku destilovanou vodou a premiešajte. Takto pripravený roztok má približnú koncentráciu.

Presná koncentrácia roztokov pripravených približným vážením a zriedením koncentrovaného roztoku sa stanovuje gravimetrickou alebo titračnou analýzou, preto roztoky pripravené týmito metódami po stanovení ich presných koncentrácií nazývame tzv. roztoky so stanoveným titrom, štandardizované riešenia alebo štandardné roztoky II.

1.7.4. Vzorce používané na výpočet hmotnosti látky potrebnej na prípravu roztoku

Ak sa zo suchej látky A pripraví roztok s danou molárnou koncentráciou ekvivalentov alebo titrom, potom sa hmotnosť látky, ktorá sa musí použiť na prípravu roztoku, vypočíta podľa týchto vzorcov:

; (11)

. (12)

Poznámka. Jednotkou objemu je cm3.

Hmotnosť látky sa vypočíta s takou presnosťou, aká je určená metódou prípravy roztoku.

Výpočtové vzorce používané pri príprave roztokov riedením sú určené typom koncentrácie, ktorú je potrebné získať, a typom koncentrácie, ktorú je potrebné zriediť.

1.7.5. Schéma analýzy

Hlavnou požiadavkou na analýzu je, aby získané výsledky zodpovedali skutočnému obsahu zložiek. Výsledky analýzy splnia túto požiadavku iba vtedy, ak sa všetky analytické operácie vykonajú správne a v určitom poradí.

1. Prvým krokom pri akomkoľvek analytickom stanovení je výber vzorky na analýzu. Spravidla sa odoberá priemerná vzorka.

Priemerná vzorka- ide o časť analyzovaného objektu, v porovnaní s celou jeho hmotou malú, ktorej priemerné zloženie a vlastnosti sú vo všetkých ohľadoch totožné (rovnaké) s priemerným zložením.

Metódy odberu vzoriek rôzne druhy výrobky (suroviny, polotovary, hotové výrobky z rôznych odvetví) sa navzájom veľmi líšia. Pri odbere vzoriek sa riadia pravidlami podrobne opísanými v technických príručkách, GOST a špeciálnych pokynoch venovaných analýze tohto typu produktu.

V závislosti od typu produktu a typu analýzy môže byť vzorka odobratá vo forme určitého objemu alebo určitej hmotnosti.

Vzorkovanie- ide o veľmi zodpovednú a dôležitú prípravnú operáciu analýzy. Nesprávne vybraná vzorka môže úplne skresliť výsledky, v takom prípade je vo všeobecnosti zbytočné vykonávať ďalšie analytické operácie.

2. Príprava vzorky na analýzu. Vzorka odobratá na analýzu nie je vždy pripravená nejakým špeciálnym spôsobom. Napríklad pri určovaní obsahu vlhkosti v múke, chlebe a pekárenských výrobkoch arbitrážnou metódou sa určitá vzorka každého výrobku odváži a vloží do sušiacej skrine. Najčastejšie sa analyzujú roztoky získané vhodným spracovaním vzoriek. V tomto prípade úloha prípravy vzorky na analýzu spočíva v nasledujúcom. Vzorka sa podrobí takému spracovaniu, pri ktorom sa zachová množstvo analyzovanej zložky a úplne prejde do roztoku. V tomto prípade môže byť potrebné eliminovať cudzie látky, ktoré môžu byť prítomné v analyzovanej vzorke spolu s určovanou zložkou.

Príprava vzorky na analýzu, ako aj odber vzoriek sú popísané v regulačnej a technickej dokumentácii, podľa ktorej sa rozbory surovín, polotovarov a hotové výrobky. Z chemických operácií, ktoré sú zahrnuté v postupe prípravy vzorky na analýzu, možno menovať jednu, ktorá sa často používa pri príprave vzoriek surovín, polotovarov, hotové výrobky v potravinárskom priemysle ide o spopolňovaciu operáciu.

Popolenie je proces premeny akéhokoľvek produktu (materiálu) na popol. Spopolnením sa pripraví vzorka pri stanovení napríklad kovových iónov. Vzorka sa za určitých podmienok spáli. Zvyšný popol sa rozpustí vo vhodnom rozpúšťadle. Získa sa roztok, ktorý sa analyzuje.

3. Získavanie analytických údajov. Počas analýzy je pripravená vzorka vystavená reagenčnej látke alebo nejakému druhu energie. To vedie k objaveniu sa analytických signálov (zmena farby, objavenie sa nového žiarenia atď.). Výsledný signál môže byť: a) zaregistrovaný; b) považuje sa za okamih, keď je potrebné zmerať určitý parameter v analyzovanom systéme, napríklad objem pracovnej látky.

4. Spracovanie analytických údajov.

A) Získané primárne analytické údaje sa použijú na výpočet výsledkov analýzy.

Spôsoby, akými sa analytické údaje konvertujú na výsledky analýzy, sa môžu líšiť.

1. Metóda výpočtu. Táto metóda sa veľmi často používa napríklad pri kvantitatívnej chemickej analýze. Po ukončení analýzy sa získa objem pracovnej látky vynaložený na reakciu s analytom. Potom sa tento objem doplní do príslušného vzorca a vypočíta sa výsledok analýzy - hmotnosť alebo koncentrácia stanovovanej látky.

2. Metóda kalibračného grafu.

3. Metóda porovnávania.

4. Aditívna metóda.

5. Diferenciálna metóda.

Tieto metódy spracovania analytických údajov sa využívajú v inštrumentálne metódy analýzy, pri ktorých štúdiu sa s nimi bude možné podrobne zoznámiť.

B) Získané výsledky analýzy musia byť spracované podľa pravidiel matematickej štatistiky, o ktorých hovoríme o v časti 1.8.

5. Stanovenie sociálno-ekonomického významu výsledku analýzy. Táto fáza je konečná. Po vykonaní analýzy a získaní výsledku je potrebné stanoviť súlad medzi kvalitou produktu a požiadavkami regulačnej dokumentácie naň.

1.7.6. Metóda a technika analýzy

Aby sme sa posunuli od teórie akejkoľvek metódy analytickej chémie ku konkrétnej metóde vykonávania analýzy, je dôležité rozlišovať medzi pojmami „metóda analýzy“ a „metóda analýzy“.

Keď hovoríme o analytickej metóde, znamená to, že sa berú do úvahy pravidlá, podľa ktorých je možné získať analytické údaje a interpretovať ich (pozri časť 1.4).

Metóda analýzy- Toto Detailný popis všetky analytické operácie vrátane odberu a prípravy vzoriek (s uvedením koncentrácií všetkých testovacích roztokov).

o praktické uplatnenie Pre každú analytickú metódu sa vyvíja mnoho analytických techník. Líšia sa charakterom analyzovaných predmetov, spôsobom odberu a prípravy vzoriek, podmienkami vykonávania jednotlivých rozborov a pod.

Napríklad v laboratórnom workshope o kvantitatívnej analýze, medzi inými, laboratórne práce„Permanganatometrické stanovenie Fe 2+ v roztoku Mohrovej soli“, „Jodometrické stanovenie Cu 2+“, „Dichromatometrické stanovenie Fe 2+“. Metódy ich vykonávania sú úplne odlišné, ale sú založené na rovnakej analytickej metóde „Redoximetria“.

1.7.7. Analytické charakteristiky analytických metód

Aby sa analytické metódy alebo techniky mohli navzájom porovnávať alebo hodnotiť, čo zohráva dôležitú úlohu pri ich výbere, každá metóda a technika má svoje vlastné analytické a metrologické charakteristiky. Medzi analytické charakteristiky patria: koeficient citlivosti (detekčný limit), selektivita, trvanie, produktivita.

Detekčný limit(C min., p) je najnižší obsah, pri ktorom je možné pomocou tejto metódy zistiť prítomnosť zložky analytu s danou pravdepodobnosťou spoľahlivosti. Pravdepodobnosť spoľahlivosti - P je podiel prípadov, v ktorých bude aritmetický priemer výsledku pre daný počet stanovení v rámci určitých limitov.

V analytickej chémii sa spravidla používa hladina spoľahlivosti P = 0,95 (95 %).

Inými slovami, P je pravdepodobnosť výskytu náhodnej chyby. Ukazuje, koľko experimentov zo 100 dáva výsledky, ktoré sa považujú za správne v rámci danej presnosti analýzy. Pri P = 0,95 - 95 zo 100.

Selektivita testu charakterizuje možnosť stanovenia danej zložky v prítomnosti cudzorodých látok.

Všestrannosť- schopnosť detekovať veľa komponentov z jednej vzorky súčasne.

Trvanie analýzy- čas strávený jeho realizáciou.

Výkon analýzy- počet paralelných vzoriek, ktoré možno analyzovať za jednotku času.

1.7.8. Metrologické charakteristiky analytických metód

Pri hodnotení metód alebo techník analýzy z hľadiska vedy o meraní - metrológie - sa berú do úvahy tieto charakteristiky: rozsah stanovených obsahov, správnosť (presnosť), reprodukovateľnosť, konvergencia.

Interval určených obsahov- toto je oblasť poskytovaná touto technikou, v ktorej sa nachádzajú hodnoty stanovených množstiev komponentov. Je tiež zvykom poznamenať dolná hranica stanovených obsahov(Sn) - najmenšia hodnota stanovený obsah, obmedzujúci rozsah stanoveného obsahu.

Správnosť (presnosť) analýzy je blízkosť získaných výsledkov k skutočnej hodnote určovanej veličiny.

Reprodukovateľnosť a konzistentnosť výsledkov analýzy sú určené rozptylom výsledkov opakovaných analýz a sú spôsobené prítomnosťou náhodných chýb.

Konvergencia charakterizuje rozptyl výsledkov za pevne stanovených experimentálnych podmienok a reprodukovateľnosť- v meniacich sa experimentálnych podmienkach.

Všetky analytické a metrologické charakteristiky metódy alebo analytického postupu sú uvedené v ich pokynoch.

Metrologické charakteristiky sa získavajú spracovaním výsledkov získaných v sérii opakovaných analýz. Vzorce na ich výpočet sú uvedené v časti 1.8.2. Sú podobné vzorcom používaným na statické spracovanie výsledkov analýzy.

1.8. Chyby (chyby) v analýze

Bez ohľadu na to, ako starostlivo sa vykonáva jedno alebo druhé kvantitatívne stanovenie, získaný výsledok sa spravidla trochu líši od skutočného obsahu stanovovanej zložky, t.j. výsledok rozboru je vždy získaný s určitou nepresnosťou - chybou.

Chyby merania sú klasifikované ako systematické (určité), náhodné (neisté) a hrubé alebo chybné.

Systematické chyby- ide o chyby, ktoré majú konštantnú hodnotu alebo sa menia podľa určitého zákona. Môžu byť metodologické v závislosti od špecifík použitej metódy analýzy. Môžu závisieť od použitých prístrojov a činidiel, od nesprávneho alebo nedostatočne dôkladného vykonania analytických operácií, od individuálnych charakteristík osoby, ktorá analýzu vykonáva. Systematické chyby je ťažké si všimnúť, pretože sú konštantné a objavujú sa pri opakovanom určovaní. Aby sa predišlo chybám tohto druhu, je potrebné odstrániť ich zdroj alebo zaviesť primeranú korekciu výsledku merania.

Náhodné chyby sa nazývajú chyby neistej veľkosti a znamienka, pričom pri každom z nich nie je pozorovaný žiadny vzor.

Náhodné chyby sa vyskytujú pri akomkoľvek meraní, vrátane akéhokoľvek analytického stanovenia, bez ohľadu na to, ako starostlivo sa vykonáva. Ich prítomnosť znamená, že opakované stanovenia jednej alebo druhej zložky v danej vzorke, uskutočnené rovnakou metódou, zvyčajne poskytujú mierne odlišné výsledky.

Na rozdiel od systematických chýb sa tie náhodné nedajú brať do úvahy ani eliminovať zavedením akýchkoľvek opráv. Môžu sa však výrazne znížiť zvýšením počtu paralelných stanovení. Vplyv náhodných chýb na výsledok analýzy je možné teoreticky zohľadniť spracovaním výsledkov získaných v sérii paralelných stanovení danej zložky pomocou metód matematickej štatistiky.

Dostupnosť hrubé chyby alebo chýba sa prejavuje v skutočnosti, že medzi relatívne podobnými výsledkami existuje jedna alebo niekoľko hodnôt, ktoré výrazne vyčnievajú zo všeobecného radu. Ak je rozdiel taký veľký, že sa dá hovoriť o hrubej chybe, potom sa toto meranie okamžite zahodí. Vo väčšine prípadov však nie je možné okamžite rozpoznať, že iný výsledok je nesprávny, iba na základe „vyskočenia“ zo všeobecného radu, a preto je potrebné vykonať ďalší výskum.

Existujú prípady, keď nemá zmysel vykonávať ďalší výskum a zároveň je nežiaduce používať nesprávne údaje na výpočty. celkový výsledok analýza. V tomto prípade sa prítomnosť hrubých chýb alebo vynechaní zisťuje podľa kritérií matematickej štatistiky.

Je známych niekoľko takýchto kritérií. Najjednoduchším z nich je Q-test.

1.8.1. Určenie prítomnosti hrubých chýb (chyby)

Pri chemickej analýze sa obsah zložky vo vzorke stanovuje spravidla malým počtom paralelných stanovení (n £ 3). Na výpočet chýb určenia sa v tomto prípade používajú metódy matematickej štatistiky vyvinuté pre malý počet stanovení. Výsledky tohto malého počtu stanovení sa považujú za náhodne vybrané - vzorka- zo všetkých mysliteľných výsledkov bežnej populácie za daných podmienok.

Pre malé vzorky s počtom meraní n<10 определение грубых погрешностей можно оценивать при помощи rozsah variácií podľa Q-kritéria. Ak to chcete urobiť, vytvorte pomer:

, (13)

kde X1 je podozrivo výrazný výsledok analýzy;

X 2 - výsledok jediného určenia, ktorého hodnota je najbližšie k X 1;

R - rozsah variácie - rozdiel medzi najväčšou a najmenšou hodnotou množstva meraní, t.j. R = X max. - X min.

Vypočítaná hodnota Q sa porovnáva s tabuľkovou hodnotou Q (p, f). Prítomnosť hrubej chyby je dokázaná, ak Q > Q (p, f).

Výsledok uznaný ako hrubá chyba je vylúčený z ďalšieho posudzovania.

Kritérium Q nie je jediným ukazovateľom, podľa ktorého sa dá posúdiť prítomnosť hrubej chyby, ale počíta sa rýchlejšie ako ostatné, pretože umožňuje okamžite odstrániť hrubé chyby bez vykonania ďalších výpočtov.

Ďalšie dve kritériá sú presnejšie, vyžadujú si však úplný výpočet chyby, t.j. prítomnosť hrubej chyby je možné určiť iba vykonaním úplného matematického spracovania výsledkov analýzy.

Hrubé chyby možno tiež identifikovať:

A) Podľa štandardnej odchýlky. Výsledok X i sa považuje za hrubú chybu a zahodí sa, ak

. (14)

B) Presnosť priame meranie. Výsledok X i sa zahodí, ak

. (15)

O množstvách označených znakmi , diskutované v časti 1.8.2.

1.8.2. Štatistické spracovanie výsledkov analýz

Štatistické spracovanie výsledkov má dva hlavné ciele.

Prvou úlohou je prezentovať výsledok definícií v kompaktnej forme.

Druhou úlohou je posúdiť spoľahlivosť získaných výsledkov, t.j. stupeň ich zhody so skutočným obsahom zložky stanovovanej vo vzorke. Tento problém sa rieši výpočtom reprodukovateľnosti a presnosti analýzy pomocou vzorcov uvedených nižšie.

Ako už bolo uvedené, reprodukovateľnosť charakterizuje rozšírenie výsledkov opakovaných analýz a je určená prítomnosťou náhodných chýb. Reprodukovateľnosť analýzy sa hodnotí hodnotami štandardnej odchýlky, relatívnej štandardnej odchýlky a rozptylu.

všeobecné charakteristiky Rozptyl údajov je určený hodnotou smerodajnej odchýlky S.

Niekedy sa pri hodnotení reprodukovateľnosti analýzy určí relatívna štandardná odchýlka Sr.

Smerodajná odchýlka má rovnakú jednotku merania ako priemer alebo skutočná hodnota m určovanej veličiny.

Čím nižšie sú hodnoty absolútnej (S) a relatívnej (Sr) odchýlky, tým lepšia je reprodukovateľnosť metódy alebo techniky analýzy.

Rozptyl analytických údajov okolo priemeru sa vypočíta ako rozptyl S2.

(18)

V prezentovaných vzorcoch: Xi je samostatná hodnota získaná počas analýzy; - aritmetický priemer výsledkov získaných zo všetkých meraní; n - počet meraní; i = 1…n.

Presnosť alebo presnosť analýzy je charakterizovaná intervalom spoľahlivosti priemernej hodnoty p, f. Toto je oblasť, v ktorej sa pri absencii systematických chýb nachádza skutočná hodnota nameranej hodnoty s pravdepodobnosťou P.

, (19)

kde p, f - interval spoľahlivosti, t.j. medze spoľahlivosti, v ktorých môže ležať hodnota zistenej veličiny X.

V tomto vzorci je t p, f Studentov koeficient; f je počet stupňov voľnosti; f = n – 1; P - pravdepodobnosť spoľahlivosti (pozri 1.7.7); t p, f - dané tabuľkovo.

Smerodajná odchýlka aritmetického priemeru. (20)

Interval spoľahlivosti sa vypočíta buď ako absolútna chyba v rovnakých jednotkách, v ktorých je vyjadrený výsledok analýzy, alebo ako relatívna chyba DХ o (v %):

Preto výsledok analýzy možno prezentovať takto:

. (23)

Spracovanie výsledkov analýzy sa výrazne zjednoduší, ak je pri vykonávaní analýz (kontrolné vzorky alebo štandardné vzorky) známy skutočný obsah (m) stanovovanej zložky. Vypočítajú sa absolútne (DX) a relatívne (DX o, %) chyby.

DX = X - m (24)

1.8.3. Porovnanie dvoch priemerných výsledkov vykonanej analýzy

rôzne metódy

V praxi existujú situácie, keď je potrebné objekt analyzovať rôznymi metódami, v rôznych laboratóriách, rôznymi analytikmi. V týchto prípadoch sa priemerné výsledky navzájom líšia. Oba výsledky charakterizujú určitú aproximáciu k skutočnej hodnote požadovanej veličiny. Aby sa zistilo, či možno obom výsledkom dôverovať, zisťuje sa, či je rozdiel medzi nimi štatisticky významný, t.j. "príliš veľký. Priemerné hodnoty požadovaného množstva sa považujú za kompatibilné, ak patria do rovnakej populácie. Dá sa to vyriešiť napríklad pomocou Fisherovho kritéria (F-kritérium).

kde sú rozptyly vypočítané pre rôzne série analýz.

F ex je vždy väčšie ako jedna, pretože rovná sa pomeru väčšieho rozptylu k menšiemu. Vypočítaná hodnota F ex sa porovná s tabuľkovou hodnotou tabuľky F. (pravdepodobnosť spoľahlivosti P a počet stupňov voľnosti f pre experimentálne a tabuľkové hodnoty by mali byť rovnaké).

Pri porovnaní F ex a F tabuľky sú možné možnosti.

A) F ex >F tab. Rozdiel medzi rozptylmi je významný a uvažované vzorky sa líšia v reprodukovateľnosti.

B) Ak je F ex významne menšia ako F tabuľka, potom je rozdiel v reprodukovateľnosti náhodný a oba rozptyly sú približné odhady rovnakého rozptylu všeobecnej populácie pre obe vzorky.

Ak je rozdiel medzi rozptylmi malý, môžete určiť, či existuje štatisticky významný rozdiel v priemerných výsledkoch analýzy získaných rôznymi metódami. Na to použite Študentov koeficient t p, f. Vypočítajte váženú priemernú štandardnú odchýlku a t ex.

; (27)

kde sú priemerné výsledky porovnávaných vzoriek;

n 1, n 2 - počet meraní v prvej a druhej vzorke.

Porovnajte t ex s t tabuľkou pri počte stupňov voľnosti f = n 1 + n 2 -2.

Ak t ex > t tabuľka, potom je rozdiel medzi nimi významný, vzorky nepatria do rovnakej všeobecnej populácie a skutočné hodnoty v každej vzorke sú odlišné. Ak t ex< t табл, можно все данные рассматривать как единую выборочную совокупность для (n 1 +n 2) результатов.

KONTROLNÉ OTÁZKY

1. Čo študuje analytická chémia?

2. Aká je metóda analýzy?

3. Aké skupiny analytických metód berie do úvahy analytická chémia?

4. Aké metódy možno použiť na vykonanie kvalitatívnej analýzy?

5. Čo sú analytické vlastnosti? Aké by to mohli byť?

6. Čo je to činidlo?

7. Aké činidlá sú potrebné na vykonanie systematickej analýzy?

8. Čo je zlomková analýza? Aké činidlá sú potrebné na jeho vykonanie?

9. Čo znamenajú písmená „kh.ch.“, „ch.d.a.“? na štítku chemického činidla?

10. Čo je úlohou kvantitatívnej analýzy?

11.Aká je pracovná látka?

12. Akými spôsobmi môžete pripraviť roztok pracovnej látky?

13.Čo je štandardná látka?

14.Čo znamenajú pojmy „štandardné riešenie I“ a „štandardné riešenie II“?

15.Aký je stanovený titer a titer pracovnej látky?

16.Ako sa stručne označuje molárna koncentrácia ekvivalentov?