Fysiske analysemetoder i analytisk kjemi. Kvantitativ analyse

Analysemetode Nevn prinsippene som ligger til grunn for analysen av materie, det vil si typen og arten av energien som forårsaker forstyrrelse av stoffets kjemiske partikler.

Analysen er basert på forholdet mellom det detekterte analytiske signalet og tilstedeværelsen eller konsentrasjonen av analytten.

Analytisk signal er en fast og målbar egenskap ved et objekt.

I analytisk kjemi analysemetoder er klassifisert i henhold til egenskapen som bestemmes og metoden for å registrere det analytiske signalet:

1.kjemisk

2.fysisk

3.fysiske og kjemiske

Fysisk-kjemiske metoder kalles instrumentell eller måling, siden de krever bruk av instrumenter, måleinstrumenter.

La oss vurdere den fullstendige klassifiseringen av kjemiske analysemetoder.

Kjemiske analysemetoder- basert på energimåling kjemisk reaksjon.

Under reaksjonen endres parametere knyttet til forbruk av utgangsmaterialer eller dannelse av reaksjonsprodukter. Disse endringene kan enten observeres direkte (bunnfall, gass, farge) eller måles ved mengder som reagensforbruk, masse av dannet produkt, reaksjonstid osv.

Av mål kjemiske analysemetoder er delt inn i to grupper:

I.Kvalitativ analyse– består i å detektere de enkelte elementene (eller ionene) som utgjør analytten.

Metoder kvalitativ analyse klassifisert:

1. kationanalyse

2. Anionanalyse

3. analyse av komplekse blandinger.

II. Kvantitativ analyse– består i å bestemme individets kvantitative innhold komponenter komplekst stoff.

Kvantitative kjemiske metoder klassifiserer:

1. Gravimetrisk(vekt) analysemetoden er basert på isolering av analytten i ren form og veier den.

Gravimetriske metoder er delt inn i henhold til metoden for å oppnå reaksjonsproduktet:

a) kjemogravimetriske metoder er basert på å måle massen av produktet av en kjemisk reaksjon;

b) elektrogravimetriske metoder er basert på måling av massen til produktet av en elektrokjemisk reaksjon;

c) termogravimetriske metoder er basert på å måle massen av et stoff som dannes under termisk eksponering.

2. Volumetrisk analysemetoder er basert på å måle volumet av reagenset brukt på interaksjon med stoffet.

Volumetriske metoder, avhengig av aggregeringstilstanden til reagenset, er delt inn i:

a) gassvolumetriske metoder, som er basert på den selektive absorpsjonen av komponenten som bestemmes gassblanding og måling av volumet av blandingen før og etter absorpsjon;

b) væskevolumetriske (titrimetriske eller volumetriske) metoder er basert på å måle volumet av flytende reagens som forbrukes for interaksjon med stoffet som bestemmes.

Avhengig av typen kjemisk reaksjon skilles volumetriske analysemetoder ut:

· protolitometri – en metode basert på forekomsten av en nøytraliseringsreaksjon;

· redoksometri – en metode basert på forekomsten av redoksreaksjoner;

· kompleksometri – en metode basert på forekomsten av en kompleksdannelsesreaksjon;

· nedbørmetoder – metoder basert på forekomst av nedbørsdannelsesreaksjoner.

3. Kinetisk analytiske metoder er basert på å bestemme avhengigheten av hastigheten til en kjemisk reaksjon på konsentrasjonen av reaktanter.

Forelesning nr. 2. Stadier i den analytiske prosessen

Løsning analytisk problem utføres ved å utføre en analyse av stoffet. I følge IUPAC-terminologien analyse [‡] kalt prosedyren for å innhente empiriske data om kjemisk oppbygning stoffer.

Uavhengig av valgt metode består utførelse av hver analyse av neste trinn:

1) sampling (sampling);

2) prøvepreparering (prøvepreparering);

3) måling (definisjon);

4) bearbeiding og evaluering av måleresultater.

Figur 1. Skjematisk fremstilling av den analytiske prosessen.

Eksempelutvalg

Kjemisk analyse begynner med valg og klargjøring av en prøve for analyse. Det skal bemerkes at alle stadier av analyse er sammenkoblet. Et nøye målt analysesignal gir således ikke korrekt informasjon om innholdet i komponenten som bestemmes dersom prøven er valgt eller klargjort for analyse feil. Sampling feil bestemmer ofte den totale nøyaktigheten av komponentbestemmelse og gjør bruken av svært nøyaktige metoder meningsløs. På sin side avhenger prøvevalg og forberedelse ikke bare av arten til det analyserte objektet, men også av metoden for å måle det analytiske signalet. Teknikkene og prosedyrene for prøvetaking og forberedelse er så viktige i kjemisk analyse at de vanligvis er foreskrevet Statlig standard(GOST).

La oss vurdere de grunnleggende reglene for prøvetaking:

· Resultatet kan bare være korrekt hvis prøven er tilstrekkelig representant, det vil si at den gjenspeiler nøyaktig sammensetningen av materialet det ble valgt fra. Hvordan mer materiale valgt for utvalget, jo mer representativt er det. Svært store prøver er imidlertid vanskelige å håndtere og øker analysetid og kostnader. Dermed må utvalget tas slik at det er representativt og lite stort.

· Den optimale prøvemassen bestemmes av heterogeniteten til det analyserte objektet, størrelsen på partiklene som heterogeniteten starter fra, og kravene til analysens nøyaktighet.

· For å sikre representativiteten til prøven, må partihomogenitet sikres. Hvis det ikke er mulig å danne en homogen batch, bør batchen deles i homogene deler.

· Ved prøvetaking, ta hensyn til aggregeringstilstand gjenstand.

· Betingelsen for ensartet prøvetakingsmetoder må være oppfylt: stikkprøver, periodisk, sjakk, flertrinns prøvetaking, "blind" prøvetaking, systematisk prøvetaking.

· En av faktorene som må tas i betraktning ved valg av prøvetakingsmetode er muligheten for at endringer i gjenstandens sammensetning og innholdet i komponenten bestemmes over tid. For eksempel den variable sammensetningen av vann i en elv, endringer i konsentrasjonen av komponenter i matvarer etc.

MOSKVA AUTOMOBILE OG ROAD ROAD INSTITUTE (STATE TECHNICAL UNIVERSITY)

Institutt for kjemi

Jeg godkjenner hodet. professor ved instituttet

I.M. Papisov "___" ____________ 2007

A.A. LITMANOVICH, O.E. LITMANOVICH

ANALYTISK KJEMI Del 1. Kvalitativ kjemisk analyse

Verktøysett

for andreårsstudenter i spesialiteten " Ingeniørvern miljø”

MOSKVA 2007

Litmanovich A.A., Litmanovich O.E. Analytisk kjemi: Del 1: Kvalitativ kjemisk analyse: Metodehåndbok / MADI

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

Hoved kjemiske lover kvalitativ analyse uorganiske forbindelser og deres anvendelighet for å bestemme sammensetningen av miljøobjekter. Håndboken er beregnet på studenter med spesialiteten "Engineering Environmental Protection".

KAPITTEL 1. FAG OG OPPGAVER FOR ANALYTISK KJEMI. ANALYTISKE REAKSJONER

1.1. Fag og oppgaver analytisk kjemi

Analytisk kjemi– vitenskapen om metoder for å studere sammensetningen av stoffer. Ved hjelp av disse metodene bestemmes det hvilken kjemiske elementer, i hvilken form og i hvilken mengde de er inneholdt i objektet som studeres. I analytisk kjemi er det to store seksjoner - kvalitativ og kvantitativ analyse. Analytisk kjemi løser de tildelte problemene ved hjelp av kjemiske og instrumentelle metoder (fysisk, fysiokjemisk).

I kjemiske metoder analyse elementet som bestemmes omdannes til en forbindelse som har egenskaper som kan brukes til å fastslå tilstedeværelsen av dette elementet eller måle dets mengde. En av de viktigste måtene å måle mengden av en forbindelse som dannes, er å bestemme massen til stoffet ved å veie på en analytisk vekt - den gravimetriske analysemetoden. Metoder for kvantitativ kjemisk analyse og instrumentelle analysemetoder vil bli diskutert i del 2 metodisk manual i analytisk kjemi.

En aktuell retning i utviklingen av moderne analytisk kjemi er utviklingen av metoder for å analysere miljøobjekter, avfall og avløpsvann, gassutslipp industribedrifter og veitransport. Analytisk kontroll lar deg oppdage overflødig innhold av spesielt skadelige komponenter i utslipp og utslipp, bidrar til å identifisere kilder til miljøforurensning.

Kjemisk analyse er basert på de grunnleggende lovene i generelle og uorganisk kjemi, som du allerede er kjent med. Teoretisk grunnlag kjemisk analyse inkluderer: kunnskap om egenskapene til vandige løsninger; syre-base likevekt i vann

løsninger; redokslikevekter og egenskaper til stoffer; mønstre av komplekse formasjonsreaksjoner; betingelser for dannelse og oppløsning av den faste fasen (utfellinger).

1.2. Analytiske reaksjoner. Betingelser og metoder for implementering

Kvalitativ kjemisk analyse utføres vha analytiske reaksjoner, ledsaget av merkbare eksterne endringer: for eksempel frigjøring av gass, en endring i farge, dannelse eller oppløsning av et bunnfall, i noen tilfeller - utseendet til en spesifikk lukt.

Grunnleggende krav til analytiske reaksjoner:

1) Høy følsomhet , karakterisert ved deteksjonsgrenseverdien (Cmin) - den laveste konsentrasjonen av en komponent i en løsningsprøve hvor denne teknikken analyse lar deg trygt oppdage denne komponenten. Absolutt minimumsverdi massen til et stoff som kan påvises ved analytiske reaksjoner varierer fra 50 til 0,001 μg (1 μg = 10–6 g).

2) Selektivitet– preget av evnen til et reagens til å reagere så mye som mulig med færre komponenter (elementer). I praksis prøver de å oppdage ioner under forhold der den selektive reaksjonen blir spesifikk, dvs. lar deg oppdage et gitt ion i nærvær av andre ioner. Som eksempler på spesifikke reaksjoner(som det er få av) kan følgende siteres.

a) Interaksjon av ammoniumsalter med overskudd av alkali ved oppvarming:

NH4Cl + NaOH → NH3 + NaCl + H2O. (1)

Den frigjorte ammoniakken kan lett gjenkjennes på dens karakteristiske lukt ("ammoniakk") eller ved endringen i fargen på det våte indikatorpapiret som bringes til halsen på reagensrøret. Reaksjon

lar deg oppdage tilstedeværelsen av ammoniumioner NH4 + i den analyserte løsningen.

b) Interaksjon av salter jernholdig jern med kaliumheksacyanoferrat (III) K3 for å danne et bunnfall av blå farge(Turnbull's blue, eller prøyssisk blå). Reaksjon (velkjent for deg om emnet "Korrosjon av metaller" i kurset

Disse reaksjonene gjør det mulig å påvise Fe2+- og Fe3+-ioner i den analyserte løsningen.

Spesifikke reaksjoner er praktiske fordi tilstedeværelsen av ukjente ioner kan bestemmes brøkmetode– i separate prøver av den analyserte løsningen som inneholder andre ioner.

3) Reaksjonshastigheten ( høy hastighet) og enkel implementering.

Den høye reaksjonshastigheten sikrer at termodynamisk likevekt oppnås i systemet innenfor en kort tid(nesten med hastigheten for blanding av komponenter under reaksjoner i løsning).

Når du utfører analytiske reaksjoner, er det nødvendig å huske hva som bestemmer skiftet i reaksjonens likevekt i ønsket retning og dens forekomst til en stor dybde av transformasjon. For reaksjoner som skjer i vandige løsninger av elektrolytter, påvirkes skiftet i termodynamisk likevekt av konsentrasjonen ioner med samme navn, pH i miljøet, temperatur. Spesielt avhenger det av temperaturen verdien av likevektskonstantene – konstanter

dissosiasjon for svake elektrolytter og løselighetsprodukter (SP) for lett løselige salter, baser

Disse faktorene bestemmer dybden av reaksjonen, utbyttet av produktet og nøyaktigheten av å bestemme analytten (eller selve muligheten for å påvise et spesifikt ion ved en liten mengde og konsentrasjon av analytten).

Følsomheten til noen reaksjoner øker i en vandig organisk løsning, for eksempel når den tilsettes vannløsning aceton eller etanol. For eksempel, i en vandig etanolløsning er løseligheten av CaSO4 betydelig lavere enn i en vandig (PR-verdien er mindre), noe som gjør det mulig å entydig påvise tilstedeværelsen av Ca2+ ioner i den analyserte løsningen ved mye lavere konsentrasjoner enn i en vandig løsning, og også for mest mulig fullstendig å frigjøre løsningen fra disse ionene (utfelling med H2SO4) for å fortsette å analysere løsningen.

Med høy kvalitet kjemisk analyse En rasjonell sekvens i separasjon og deteksjon av ioner er under utvikling - en systematisk flyt (skjema) av analyse. I dette tilfellet blir ioner isolert fra blandingen i grupper, basert på deres identiske forhold til virkningen av visse gruppe reagenser.

En del av den analyserte løsningen brukes, hvorfra grupper av ioner blir sekvensielt isolert i form av utfellinger og løsninger, hvor individuelle ioner deretter detekteres . Bruken av gruppereagenser gjør det mulig å dekomponere vanskelig oppgave kvalitativ analyse til en rekke enklere. Forholdet mellom ioner og virkningen av visse

gruppereagenser er grunnlaget analytisk klassifisering ioner.

1.3. Foreløpig analyse av en vandig løsning som inneholder en blanding av salter etter farge, lukt, pH-verdi

Tilstedeværelsen av farge i en gjennomsiktig løsning foreslått for analyse kan indikere tilstedeværelsen av ett eller flere ioner samtidig (tabell 1). Intensiteten til fargen avhenger av konsentrasjonen av ion i prøven, og selve fargen kan endres hvis

Metallkationer danner mer stabile komplekse ioner enn komplekse kationer med H2O-molekyler som ligander, for hvilke fargen på løsningen er angitt i tabell. 1 .

		Tabell 1

Løsningsfarge	Mulige kationer	Mulig


Turkis	Cu2+
	Cr3+
	Ni2+	MnO4 2-
	Fe3+ (på grunn av hydrolyse)	CrO4 2-, Cr2 O7 2-
	Co2+	MnO4 -

Måling av pH til den foreslåtte løsningen ( hvis løsningen er tilberedt i vann, og ikke i en løsning av alkali eller syre).

gir tillegg		informasjon om		mulig sammensetning

					tabell 2

Egen			Mulig		Mulig
vann pH
nogo sol-


	Hydrolyse		Na+ , K+ , Ba2+ ,		SO3 2- , S2- , CO3 2- ,
	utdannet		Ca2+		CH3 COO-
			metaller s-		(tilsvarende
	basis		elektronisk		syrer - svak
	svak syre		familier)		elektrolytter)
	Hydrolyse		NH4+		Cl-, SO4 2-, NO3 -, Br-
	utdannet				(tilsvarende
			praktisk talt

	syre
			metaller		elektrolytter)
	basis
	Hydrolyse		Al3+, Fe3+

	begrunnelse

Vandige løsninger av noen salter kan ha spesifikke lukter avhengig av pH i løsningen på grunn av dannelsen av ustabile (nedbrytende) eller flyktige forbindelser. Ved å tilsette NaOH-løsninger eller

sterk syre (HCl, H2 SO4), kan du forsiktig snuse løsningen (tabell 3).

Tabell 3

pH i prøveløsningen			Tilsvarende ion
etter å ha lagt til			Tilsvarende ion
etter å ha lagt til			i løsning
			i løsning


	Ammoniakk		NH4+
	(lukt av ammoniakk)
		ubehagelig	SO3 2-
	lukt (SO2)
	"Eddik"	(eddiksyre	CH3 COO-
	syre CH3 COOH)

	(hydrogensulfid H2S)

Årsaken til lukten (se tabell 3) er god kjent eiendom reaksjoner i elektrolyttløsninger – fortrengning svake syrer eller baser (ofte er dette vandige løsninger gassformige stoffer) fra deres salter sterke syrer og begrunner deretter.

KAPITTEL 2. KVALITATIV KJEMISK ANALYSE AV KATIONER

2.1. Syre-base metode for klassifisering av kationer iht analytiske grupper

Den enkleste og minst "skadelige" syre-base (basisk) metoden for kvalitativ analyse er basert på forholdet mellom kationer og syrer og baser. Kationer klassifiseres i henhold til følgende kriterier:

a) løselighet av klorider, sulfater og hydroksyder; b) basisk eller amfotær natur av hydroksyder;

c) evnen til å danne stabile kompleksforbindelser med ammoniakk (NH3) - ammoniakk (dvs. aminkomplekser).

Alle kationer deles inn i seks analytiske grupper ved bruk av 4 reagenser: 2M HCl-løsning, 1M H2SO4-løsning, 2M NaOH-løsning og konsentrert vandig ammoniakkløsning

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

Tabell 4 Klassifisering av kationer etter analytiske grupper

Gruppe		Resultat
		gruppehandlinger
		reagens
	Ag+, Pb2+	Bunnfall: AgCl, PbCl2
1M H2SO4	(Pb2+), Ca2+,	Bunnfall (hvit): BaSO4,
	Ba2+	(PbS04), CaS04
	Al3+, Cr3+, Zn2+	Løsning: [Al(OH)4 ]– ,
(overflødig)		– , 2–
NH4OH (kons.)	Fe2+, Fe3+, Mg2+,	Bunnfall: Fe(OH)2,
	Mn2+	Fe(OH)3, Mg(OH)2,
		Mn(OH)2
NH4OH (kons.)	Cu2+, Ni2+, Co2+	Løsning (farget):
		2+, blå
		2+, blå
		2+, gul (på
		luften blir blå pga
		oksidasjon til Co3+)
Fraværende	NH4+, Na+, K+

Den gitte listen over kationer er åpenbart langt fra fullstendig og inkluderer de kationene som oftest påtreffes i praksis i de analyserte prøvene. I tillegg er det andre prinsipper for klassifisering etter analytiske grupper.

2.2. Intragruppeanalyse av kationer og analytiske reaksjoner oppdagelsen deres

2.2.1. Første gruppe (Ag+, Pb2+)

Testløsning som inneholder kationer Ag+, Pb2+

↓ + 2M løsning av HCl + C 2 H5 OH (for å redusere løseligheten av PbCl2)

Hvis PC > PR, hvite utfellinger av en blanding av klorider,

som er separert fra løsningen (løsningen er ikke analysert):

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

Det er åpenbart at ved lave konsentrasjoner av utfelte kationer bør konsentrasjonen av Cl-anioner være relativt høy

↓ Til en del av sedimentet + H2 O (destillert) + kokende

Går delvis i løsning	Sedimentet inneholder all AgCl og
Pb 2+ ioner (likevektsskifte	delvis PbCl2
(3) til venstre, fordi PC< ПР для PbCl2 )
	↓ + NH4 OH (kons.)

Deteksjon i løsning,
	1. Oppløsning av AgCl pga
separert fra sedimentet:	kompleksisering:
1. Med reagens KI (etter	AgCl↓+ 2NH4OH(g) →
kjøling):	→+ +Cl– +2H20
Pb2+ + 2I– → PbI2 ↓ (gyllen
krystaller) (4)
	↓+ 2M HNO3-løsning
	↓ til pH<3

	2. Utfelling av AgCl pga
	henfall av et komplekst ion:
	Cl- + 2HNO3
	→AgCl↓+ 2NH4 + + 2NO3

↓ Til den andre delen av sedimentet av en blanding av klorider + 30 %

Kvantitativ analyse uttrykkes ved en sekvens av eksperimentelle metoder som bestemmer innholdet (konsentrasjonen) av individuelle komponenter og urenheter i en prøve av materialet som studeres. Dens oppgave er å bestemme det kvantitative forholdet mellom kjemiske forbindelser, ioner, elementer som utgjør prøvene av stoffene som studeres.

Oppgaver

Kvalitativ og kvantitativ analyse er grener av analytisk kjemi. Spesielt løser sistnevnte ulike problemstillinger innen moderne vitenskap og produksjon. Denne teknikken bestemmer de optimale forholdene for å utføre kjemiske teknologiske prosesser, kontrollerer kvaliteten på råvarer, renhetsgraden til ferdige produkter, inkludert medisiner, fastslår innholdet av komponenter i blandinger, og forholdet mellom egenskapene til stoffene.

Klassifisering

Kvantitative analysemetoder er delt inn i:

fysisk;
kjemisk (klassisk);
fysisk-kjemisk.

Kjemisk metode

Den er basert på bruk av ulike typer reaksjoner som forekommer kvantitativt i løsninger, gasser, legemer osv. Kvantitativ kjemisk analyse er delt inn i:

Gravimetrisk (vekt). Den består av en nøyaktig (streng) bestemmelse av massen til den analyserte komponenten i stoffet som studeres.
Titrimetrisk (volumetrisk). Den kvantitative sammensetningen av testprøven bestemmes ved strenge målinger av volumet til et reagens med kjent konsentrasjon (titrant), som reagerer i ekvivalente mengder med stoffet som bestemmes.
Gassanalyse. Basert på måling av volumet av gass som dannes eller absorberes som følge av en kjemisk reaksjon.

Kjemisk kvantitativ analyse av stoffer regnes som klassisk. Dette er den mest utviklede analysemetoden og fortsetter å utvikle seg. Den er nøyaktig, enkel å utføre, og krever ikke spesialutstyr. Men bruken er noen ganger forbundet med noen vanskeligheter i studiet av komplekse blandinger og et relativt lite følsomhetsnivå.

Fysisk metode

Dette er en kvantitativ analyse basert på måling av de fysiske parameterne til stoffene eller løsningene som studeres, som er en funksjon av deres kvantitative sammensetning. Delt i:

Refraktometri (måling av brytningsindeksverdier).
Polarimetri (måling av optiske rotasjonsverdier).
Fluorimetri (bestemmelse av fluorescensintensitet) og andre

Fysiske metoder er preget av hurtighet, en lav grense for besluttsomhet, objektivitet av resultater og evnen til å automatisere prosessen. Men de er ikke alltid spesifikke, siden den fysiske verdien påvirkes ikke bare av konsentrasjonen av stoffet som studeres, men også av tilstedeværelsen av andre stoffer og urenheter. Deres bruk krever ofte bruk av komplekst utstyr.

Fysisk-kjemiske metoder

Målene med kvantitativ analyse er å måle verdiene til de fysiske parameterne til systemet som studeres, som vises eller endres som et resultat av kjemiske reaksjoner. Disse metodene er preget av lav deteksjonsgrense og utførelseshastighet og krever bruk av visse instrumenter.

Gravimetrisk metode

Det er den eldste og mest utviklede kvantitative analyseteknologien. Faktisk begynte analytisk kjemi med gravimetri. Et sett med handlinger lar deg nøyaktig måle massen til komponenten som bestemmes, atskilt fra andre komponenter i systemet som testes i en konstant form av et kjemisk element.

Gravimetri er en farmakopémetode, som er preget av høy nøyaktighet og reproduserbarhet av resultater, enkel utførelse, men er arbeidskrevende. Inkluderer teknikker:

avsetning;
destillasjon;
utslipp;
elektrogravimetri;
termogravimetriske metoder.

Deponeringsmetode

Kvantitativ utfellingsanalyse er basert på den kjemiske reaksjonen av analytten med et utfellingsreagens for å danne en lett løselig forbindelse, som separeres, deretter vaskes og kalsineres (tørkes). Ved målgang veies den isolerte komponenten.

For eksempel, ved gravimetrisk bestemmelse av Ba 2+ -ioner i saltløsninger, brukes svovelsyre som utfellingsmiddel. Som et resultat av reaksjonen dannes et hvitt krystallinsk bunnfall av BaS04 (utfelt form). Etter steking av dette sedimentet dannes en såkalt gravimetrisk form, helt sammenfallende med den utfelte formen.

Ved bestemmelse av Ca 2+ -ioner kan utfellingsmidlet være oksalsyre. Etter analytisk bearbeiding av sedimentet omdannes den utfelte formen (CaC 2 O 4) til gravimetrisk form (CaO). Således kan den utfelte formen være den samme eller forskjellig fra den gravimetriske formen i kjemisk formel.

Vekter

Analytisk kjemi krever svært nøyaktige målinger. I den gravimetriske analysemetoden brukes spesielt presise balanser som hovedinstrument.

Veiing med nødvendig nøyaktighet på ±0,01 g utføres på farmasøytiske (manuelle) eller teknokjemiske vekter.
Veiing med nødvendig nøyaktighet på ±0,0001 g utføres på en analytisk vekt.
Med en nøyaktighet på ±0,00001 g - på mikrotereser.

Veieteknikk

Når du utfører en kvantitativ analyse, utføres bestemmelse av massen til et stoff på en teknokjemisk eller teknisk skala som følger: objektet som studeres plasseres på venstre side av skalaen, og balanseringsvektene plasseres til høyre. Veieprosessen er fullført når vektpilen er i midtposisjon.

Under veiing på apotekvekt holdes den sentrale ringen med venstre hånd, med albuen hvilende på laboratoriebordet. Dempingen av vippen under veiing kan akselereres ved å berøre bunnen av vektskålen lett mot bordflaten.

Analytiske vekter er montert i separate utpekte laboratorierom (veierom) på spesielle monolittiske hyller og stativer. For å forhindre påvirkning av luftsvingninger, støv og fuktighet, er vekten beskyttet med spesielle glasshus. Når du arbeider med analytiske balanser, bør følgende krav og regler overholdes:

før hver veiing, kontroller tilstanden til vekten og still inn nullpunktet;
de veide stoffene legges i en beholder (mugge, urglass, digel, reagensrør);
temperaturen på stoffene som skal veies bringes til temperaturen på vekten i veierommet innen 20 minutter;
Vektene skal ikke belastes utover de angitte belastningsgrensene.

Stadier av gravimetri ved bruk av sedimentasjonsmetoden

Gravimetrisk kvalitativ og kvantitativ analyse inkluderer følgende trinn:

å beregne massen til prøven som analyseres og volumet av utfellingsmidlet;
veiing og oppløsning av prøven;
utfelling (oppnå en utfelt form av komponenten som bestemmes);
fjerning av sediment fra moderluten;
vaske sedimentet;
tørking eller kalsinering av sedimentet til konstant vekt;
veiing gravimetrisk form;
beregning av analyseresultater.

Valg av utfellingsmiddel

Ved valg av utfellingsmiddel - grunnlaget for kvantitativ analyse - tas det hensyn til det mulige innholdet av den analyserte komponenten i prøven. For å øke fullstendigheten av sedimentfjerning brukes et moderat overskudd av utfellingsmiddel. Utfellingsmidlet som brukes må ha:

spesifisitet, selektivitet i forhold til ionet som bestemmes;
flyktighet, lett å fjerne ved tørking eller kalsinering av den gravimetriske formen.

De vanligste løsningene blant uorganiske utfellingsmidler er: HCL; H2SO4; H3PO4; NaOH; AgNO3; BaCL 2 og andre. Blant organiske utfellingsmidler foretrekkes løsninger av diacetyldioksim, 8-hydroksykinolin, oksalatsyre og andre som danner intrakomplekse stabile forbindelser med metallioner som har følgende fordeler:

Komplekse forbindelser med metaller har som regel ubetydelig løselighet i vann, noe som sikrer fullstendig utfelling av metallioner.
Adsorpsjonskapasiteten til intrakomplekse sedimenter (molekylært krystallgitter) er lavere enn adsorpsjonskapasiteten til uorganiske sedimenter med ionisk struktur, som gjør det mulig å oppnå et rent sediment.
Mulighet for selektiv eller spesifikk utfelling av metallioner i nærvær av andre kationer.
På grunn av den relativt store molekylvekten til de gravimetriske formene reduseres den relative bestemmelsesfeilen (i motsetning til bruk av uorganiske utfellingsmidler med liten molar masse).

Deponeringsprosess

Dette er det viktigste stadiet i karakteriseringen av kvantitativ analyse. Når man oppnår en presipitert form, er det nødvendig å minimere kostnadene på grunn av løseligheten av bunnfallet i moderløsningen, for å redusere prosessene med adsorpsjon, okklusjon og samutfelling. Det er nødvendig å oppnå tilstrekkelig store sedimentpartikler som ikke passerer gjennom filtreringsporene.

Krav til den beleirede formen:

Komponenten som bestemmes må utfelles kvantitativt og tilsvare verdien Ks≥10 -8.
Sedimentet skal ikke inneholde fremmede urenheter og være stabilt i forhold til ytre miljø.
Den utfelte formen bør omdannes så fullstendig som mulig til gravimetrisk form ved tørking eller kalsinering av stoffet som studeres.
Den fysiske tilstanden til sedimentet må samsvare med forholdene for filtrering og vasking.
Det foretrekkes krystallinsk sediment som inneholder store partikler og har mindre absorpsjonskapasitet. De er lettere å filtrere uten å tette filterporene.

Oppnåelse av et krystallinsk bunnfall

Betingelser for å oppnå et optimalt krystallinsk bunnfall:

Utfelling utføres i en fortynnet løsning av teststoffet med en fortynnet løsning av utfellingsmidlet.
Tilsett utfellingsløsningen sakte, dråpevis, under forsiktig omrøring.
Utfelling utføres i en varm løsning av teststoffet ved bruk av et varmt løsningsmiddel.
Noen ganger utføres utfelling i nærvær av forbindelser (for eksempel en liten mengde syre) som øker løseligheten til bunnfallet litt, men som ikke danner løselige komplekse forbindelser med det.
Bunnfallet blir liggende i den opprinnelige løsningen i noen tid, hvor "bunnfallet modnes."
I tilfeller hvor den utfelte formen dannes som et amorft bunnfall, forsøkes det tykkere for å forenkle filtreringen.

Oppnå et amorft bunnfall

Betingelser for å oppnå optimalt amorft sediment:

En konsentrert varm løsning av et utfellingsmiddel tilsettes til en varm konsentrert løsning av teststoffet, noe som fremmer koagulering av partikler. Sedimentet blir tykkere.
Tilsett utfellingsmidlet raskt.
Om nødvendig introduseres et koaguleringsmiddel - en elektrolytt - i testløsningen.

Filtrering

Kvantitative analysemetoder inkluderer et så viktig trinn som filtrering. Filtrering og vask av sedimenter utføres enten ved bruk av glassfiltre eller papirfiltre som ikke inneholder aske. Papirfiltre varierer i tetthet og porestørrelser. Tette filtre er merket med blå tape, mindre tette med svart og rød tape. Diameteren på papirfiltre som ikke inneholder aske er 6-11 cm. Før filtrering tappes den klare løsningen over bunnfallet.

Elektrogravimetri

Kvantitativ analyse kan utføres ved elektrogravimetri. Testmedikamentet fjernes (oftest fra løsninger) under elektrolyse på en av elektrodene. Etter at reaksjonen er fullført, vaskes elektroden, tørkes og veies. Ved å øke massen til elektroden bestemmes massen av stoffet som dannes på elektroden. Slik analyseres en legering av gull og kobber. Etter separasjon av gull bestemmes kobberioner akkumulert på elektroden i løsningen.

Termogravimetrisk metode

Det utføres ved å måle massen til et stoff under dets kontinuerlige oppvarming i et visst temperaturområde. Endringer registreres av en spesiell enhet - en derivatograf. Den er utstyrt med kontinuerlige veietermometre, en elektrisk ovn for oppvarming av testprøven, et termoelement for måling av temperaturer, en standard og en kontinuerlig opptaker. Endringen i massen til prøven registreres automatisk i form av et termogravigram (derivatogram) - en kurve med masseendringer plottet i koordinatene:

tid (eller temperatur);
vekttap.

Konklusjon

Resultatene av kvantitativ analyse skal være nøyaktige, korrekte og reproduserbare. For dette formål brukes passende analytiske reaksjoner eller fysiske egenskaper til stoffet, alle analytiske operasjoner utføres riktig og pålitelige metoder brukes for å måle resultatene av analysen. Ved enhver kvantitativ bestemmelse må påliteligheten av resultatene vurderes.

Klassifisering av metoder for kvalitativ analyse.

Fag og oppgaver analytisk kjemi.

Analytisk kjemi er vitenskapen om metoder for kvalitativ og kvantitativ forskning på sammensetningen av stoffer (eller blandinger av disse). Oppgaven til analytisk kjemi er å utvikle teorien om kjemiske og fysiokjemiske metoder for analyse og operasjoner i vitenskapelig forskning.

Analytisk kjemi består av to hoveddeler: kvalitativ analyse består i «åpning», dvs. påvisning av individuelle elementer (eller ioner) som utgjør analytten. Kvantitativ analyse består i å bestemme det kvantitative innholdet av individuelle komponenter i et komplekst stoff.

Den praktiske betydningen av analytisk kjemi er stor. Ved hjelp av kjemiske metoder. analyse oppdaget lover: konstans av sammensetning, multiple forhold, atommasser av elementer, kjemiske ekvivalenter ble bestemt, formler for mange forbindelser ble etablert.

Analytisk kjemi bidrar til utviklingen av naturvitenskap - geokjemi, geologi, mineralogi, fysikk, biologi, teknologiske disipliner, medisin. Kjemisk analyse er grunnlaget for moderne kjemisk-teknologisk kontroll av alle bransjer der råvarer, produkter og produksjonsavfall analyseres. Basert på resultatene av analysen vurderes flyten av den teknologiske prosessen og kvaliteten på produktet. Kjemiske og fysisk-kjemiske analysemetoder danner grunnlaget for å etablere statlige standarder for alle produserte produkter.

Den analytiske kjemiens rolle i organiseringen av miljøovervåking er stor. Dette er overvåking av forurensning av overflatevann, jord med tungmetaller, plantevernmidler, petroleumsprodukter og radionuklider. En av oppgavene med overvåking er å lage kriterier som setter grenser for mulig miljøskade. For eksempel MPC - maksimal tillatt konsentrasjon- dette er en slik konsentrasjon, når den eksponeres for menneskekroppen, periodisk eller gjennom hele livet, direkte eller indirekte gjennom miljøsystemer, forekommer ingen sykdommer eller endringer i helsestatus, som kan påvises med moderne metoder umiddelbart eller i langsiktige perioder av livet. For hver kjemi. stoffer har sin egen MPC-verdi.

Klassifisering av metoder for kvalitativ analyse.

Når de studerer en ny forbindelse, bestemmer de først hvilke grunnstoffer (eller ioner) den består av, og deretter de kvantitative forholdene de finnes i. Derfor går kvalitativ analyse vanligvis foran kvantitativ analyse.

Alle analysemetoder er basert på innhenting og måling analytisk signal, de. enhver manifestasjon av de kjemiske eller fysiske egenskapene til et stoff som kan brukes til å fastslå den kvalitative sammensetningen av det analyserte objektet eller for å kvantifisere komponentene det inneholder. Det analyserte objektet kan være en individuell forbindelse i en hvilken som helst aggregert tilstand. en blanding av forbindelser, en naturlig gjenstand (jord, malm, mineral, luft, vann), industriprodukter og mat. Før analyse utføres prøvetaking, maling, sikting, gjennomsnittsberegning osv. Et objekt forberedt for analyse kalles prøve eller prøve.

Avhengig av oppgaven velges en metode. Analytiske metoder for kvalitativ analyse er delt inn i: 1) "tørr" analyse og 2) "våt" analyse.

Tørr analyse utføres med faste stoffer. Det er delt inn i pyrokjemiske og slipemetoder.

Pyrokjemisk (gresk - brann) type analyse utføres ved å varme opp testprøven i flammen til en gass- eller alkoholbrenner, utført på to måter: oppnå fargede "perler" eller farge brennerflammen.

1. "Perler"(Franske - perler) dannes når salter NaNH 4 PO 4 ∙ 4 H 2 O, Na 2 B 4 O 7 ∙ 10 H 2 O - boraks) eller metalloksider løses i en smelte. Ved å observere fargen på de resulterende glassperlene, etableres tilstedeværelsen av visse elementer i prøven. Så, for eksempel, kromforbindelser gjør perlegrønn, kobolt - blå, mangan - fiolett-ametyst, etc.

2. Flammefarging- flyktige salter av mange metaller, når de introduseres i den ikke-lysende delen av flammen, farger den i forskjellige farger, for eksempel natrium - intenst gult, kalium - fiolett, barium - grønt, kalsium - rødt, etc. Disse analysetypene brukes i fortester og som en "ekspressmetode".

Analyse ved gnidningsmetode. (1898 Flavitsky). Testprøven males i en porselensmørtel med like mye fast reagens. Fargen på den resulterende forbindelsen brukes til å bestemme tilstedeværelsen av ionet som bestemmes. Metoden brukes i fortester og «ekspress»-analyse i felt for analyse av malm og mineraler.

2.Våtanalyse – Dette er analysen av en prøve oppløst i et eller annet løsemiddel. Løsemidlet som oftest brukes er vann, syrer eller alkalier.

I henhold til metoden for gjennomføring er metoder for kvalitativ analyse delt inn i brøk og systematisk. Fraksjonell analysemetode- dette er bestemmelsen av ioner ved å bruke spesifikke reaksjoner i en hvilken som helst sekvens. Den brukes i agrokjemiske, fabrikk- og matlaboratorier, når sammensetningen av testprøven er kjent og det bare er nødvendig å kontrollere fraværet av urenheter eller under foreløpige tester. Systematisk analyse - Dette er en analyse i en strengt definert sekvens, der hvert ion oppdages først etter at interfererende ioner er oppdaget og fjernet.

Avhengig av mengden stoff som tas for analyse, samt teknikken for å utføre operasjoner, er metodene delt inn i:

- makroanalyse - utføres i relativt store mengder av stoffet (1-10 g). Analysen utføres i vandige løsninger og i reagensglass.

- mikroanalyse - undersøker svært små mengder av et stoff (0,05 - 0,5 g). Det utføres enten på en papirstrimmel, et urglass med en dråpe løsning (dråpeanalyse) eller på et glassglass i en dråpe løsning, krystaller oppnås, i henhold til formen som stoffet bestemmes under et mikroskop (mikrokrystallskopisk).

Grunnleggende begreper i analytisk kjemi.

Analytiske reaksjoner - Dette er reaksjoner ledsaget av en tydelig synlig ytre effekt:

1) nedbør eller oppløsning av sediment;

2) endring i fargen på løsningen;

3) gassfrigjøring.

I tillegg stilles det ytterligere to krav til analytiske reaksjoner: irreversibilitet og tilstrekkelig reaksjonshastighet.

Stoffer under påvirkning av hvilke analytiske reaksjoner oppstår kalles reagenser eller reagenser. Alle kjemikalier. reagenser er delt inn i grupper:

1) etter kjemisk sammensetning (karbonater, hydroksyder, sulfider, etc.)

2) i henhold til graden av rensing av hovedkomponenten.

Forutsetninger for å utføre kjemi. analyse:

1. Reaksjonsmedium

2. Temperatur

3. Konsentrasjonen av ionet som bestemmes.

Onsdag. Syrlig, alkalisk, nøytral.

Temperatur. Mest kjemikalier. reaksjoner utføres ved romforhold "i kulde", eller noen ganger er det nødvendig å avkjøle under springen. Mange reaksjoner oppstår ved oppvarming.

Konsentrasjon- dette er mengden av et stoff i en viss vekt eller volum av en løsning. En reaksjon og reagens som er i stand til å forårsake en merkbar ytre effekt som er karakteristisk for den selv ved en ubetydelig konsentrasjon av stoffet som bestemmes, kalles følsom.

Følsomheten til analytiske reaksjoner er preget av:

1) ekstrem fortynning;

2) maksimal konsentrasjon;

3) et minimumsvolum av en ekstremt fortynnet løsning;

4) deteksjonsgrense (åpningsminimum);

5) følsomhetsindikator.

Begrens fortynning Vlim – det maksimale volumet av løsningen der ett gram av et gitt stoff kan påvises (i mer enn 50 eksperimenter av 100 eksperimenter) ved bruk av en gitt analytisk reaksjon. Fortynningsgrensen er uttrykt i ml/g.

For eksempel når kobberioner reagerer med ammoniakk i en vandig løsning

Cu 2+ + 4NH 3 = 2+ ¯ lyseblått kompleks

Den begrensende fortynningen av kobberionet er (Vlim = 2,5 10 5 mg/l), d.v.s. Kobberioner kan åpnes ved denne reaksjonen i en løsning som inneholder 1 g kobber i 250 000 ml vann. I en løsning som inneholder mindre enn 1 g kobber (II) i 250 000 ml vann, kan disse kationene ikke påvises ved reaksjonen ovenfor.

Begrens konsentrasjon Сlim (Cmin) – den laveste konsentrasjonen ved hvilken analytten kan påvises i løsning ved en gitt analytisk reaksjon. Uttrykt i g/ml.

Maksimal konsentrasjon og maksimal fortynning er relatert av forholdet: Сlim = 1 / V lim

For eksempel åpnes kaliumioner i en vandig løsning ved bruk av natriumheksanitrokoboltat (III)

2K + + Na 3 [ Co(NO 2) 6 ] ® NaK 2 [ Co(NO 2) 6 ] ¯ + 2Na +

Den begrensende konsentrasjonen av K + ioner for denne analytiske reaksjonen er C lim = 10 -5 g/ml, dvs. Kaliumion kan ikke åpnes ved denne reaksjonen hvis innholdet er mindre enn 10-5 g i 1 ml av den analyserte løsningen.

Minimumsvolum ekstremt fortynnet løsning Vmin– det minste volumet av den analyserte løsningen som kreves for å påvise det oppdagede stoffet ved en gitt analytisk reaksjon. Uttrykt i ml.

Deteksjonsgrense (åpningsminimum) m– den minste massen av analytten som entydig kan oppdages av en gitt an. reaksjon i et minimalt volum av ekstremt fortynnet løsning. Uttrykt i µg (1 µg = 10-6 g).

m = C lim V min × 10 6 = V min × 10 6 / V lim

Sensitivitetsindeks analytisk reaksjon bestemmes

pС lim = - log C lim = - log(1/Vlim) = log V lim

An. reaksjonen er mer følsom, jo mindre dens åpningsminimum, minimumsvolumet av den ekstremt fortynnede løsningen, og jo større maksimal fortynning.

Deteksjonsgrensen avhenger av:

1. Konsentrasjoner av testløsningen og reagenset.

2. Varighet av løpet av en. reaksjoner.

3. Metode for å observere den eksterne effekten (visuelt eller ved hjelp av en enhet)

4. Overholdelse av vilkårene for å oppfylle an. Reaksjoner (t, pH, mengde reagens, renhet)

5. Tilstedeværelse og fjerning av urenheter, fremmede ioner

6. Individuelle egenskaper til en analytisk kjemiker (nøyaktighet, synsstyrke, evne til å skille farger).

Typer analytiske reaksjoner (reagenser):

Spesifikk- reaksjoner som tillater bestemmelse av et gitt ion eller stoff i nærvær av andre ioner eller stoffer.

For eksempel: NH4 + + OH - = NH 3 (lukt) + H 2 O

Fe3+ + CNS - = Fe(CNS)3¯

blod rød

Selektiv- reaksjoner lar deg selektivt åpne flere ioner samtidig med samme ytre effekt. Jo færre ioner et gitt reagens åpner, desto høyere er selektiviteten.

For eksempel:

NH4+ + Na3 = NH4Na

K + + Na 3 = NaK 2

Gruppereaksjoner (reagenser) lar deg oppdage en hel gruppe ioner eller noen forbindelser.

For eksempel: gruppe II-kationer - gruppereagens (NH4)2CO3

CaCl 2 + (NH 4) 2 CO 3 = CaCO 3 + 2 NH 4 CI

BaCI 2 + (NH 4) 2 CO 3 = BaCO 3 + 2 NH 4 CI

SrCI 2 + (NH 4) 2 CO 3 = SrCO 3 + 2 NH 4 CI

Enhver analysemetode bruker et spesifikt analytisk signal, som under gitte forhold er gitt av spesifikke elementære objekter (atomer, molekyler, ioner) som utgjør stoffene som studeres.

Det analytiske signalet gir informasjon av både kvalitativ og kvantitativ art. For eksempel, hvis nedbørsreaksjoner brukes til analyse, oppnås kvalitativ informasjon fra utseendet eller fraværet av nedbør. Kvantitativ informasjon hentes fra sedimentmassen. Når et stoff avgir lys under visse forhold, oppnås kvalitativ informasjon fra fremkomsten av et signal (emisjon av lys) ved en bølgelengde som tilsvarer en karakteristisk farge, og kvantitativ informasjon hentes fra intensiteten av lysstråling.

Basert på opprinnelsen til det analytiske signalet, kan analytiske kjemimetoder klassifiseres i kjemiske, fysiske og fysisk-kjemiske.

I kjemiske metoder utfør en kjemisk reaksjon og mål enten massen til det resulterende produktet - gravimetriske (vekt) metoder, eller volumet av reagenset brukt på interaksjon med stoffet - titrimetriske, gass-volumetriske (volumetriske) metoder.

Gassvolumetrisk analyse (gassvolumetrisk analyse) er basert på selektiv absorpsjon av komponentene i en gassblanding i kar fylt med en eller annen absorber, etterfulgt av måling av reduksjonen i gassvolum ved hjelp av en byrett. Dermed absorberes karbondioksid med en løsning av kaliumhydroksid, oksygen med en løsning av pyrogallol og karbonmonoksid med en ammoniakkløsning av kobberklorid. Gassvolummetri refererer til raske analysemetoder. Det er mye brukt for bestemmelse av karbonater i mineraler og mineraler.

Kjemiske analysemetoder er mye brukt for analyse av malmer, bergarter, mineraler og andre materialer for å bestemme komponenter i dem med innhold fra tideler til flere titalls prosent. Kjemiske analysemetoder er preget av høy nøyaktighet (analysefeilen er vanligvis tideler av en prosent). Imidlertid blir disse metodene gradvis erstattet av raskere fysisk-kjemiske og fysiske analysemetoder.

Fysiske metoder analyser er basert på måling av enhver fysisk egenskap ved stoffer, som er en funksjon av sammensetningen. For eksempel er refraktometri basert på å måle de relative brytningsindeksene til lys. Ved aktiveringsanalyse måles aktiviteten til isotoper osv. Ofte involverer analysen først en kjemisk reaksjon, og konsentrasjonen av det resulterende produktet bestemmes av fysiske egenskaper, for eksempel intensiteten av absorpsjon av lysstråling av de fargede. reaksjonsprodukt. Slike analysemetoder kalles fysisk-kjemiske.

Fysiske analysemetoder er preget av høy produktivitet, lave deteksjonsgrenser for elementer, objektivitet av analyseresultater og et høyt nivå av automatisering. Fysiske analysemetoder brukes i analyse av bergarter og mineraler. For eksempel brukes atomutslippsmetoden for å bestemme wolfram i granitt og skifer, antimon, tinn og bly i bergarter og fosfater; atomabsorpsjonsmetode - magnesium og silisium i silikater; Røntgenfluorescens - vanadium i ilmenitt, magnesit, alumina; massespektrometrisk - mangan i måneregolitten; nøytronaktivering - jern, sink, antimon, sølv, kobolt, selen og skandium i olje; ved isotopfortynningsmetode - kobolt i silikatbergarter.

Fysiske og fysisk-kjemiske metoder kalles noen ganger instrumentelle, siden disse metodene krever bruk av instrumenter (utstyr) spesielt tilpasset for å utføre hovedstadiene i analysen og registrere resultatene.

Fysisk-kjemiske metoder analyse kan omfatte kjemiske transformasjoner av analytten, prøveoppløsning, konsentrasjon av den analyserte komponenten, maskering av forstyrrende stoffer og annet. I motsetning til "klassiske" kjemiske analysemetoder, der det analytiske signalet er massen til et stoff eller dets volum, bruker fysiokjemiske analysemetoder strålingsintensitet, strømstyrke, elektrisk ledningsevne og potensiell forskjell som et analytisk signal.

Av stor praktisk betydning er metoder basert på studiet av emisjon og absorpsjon av elektromagnetisk stråling i ulike områder av spekteret. Disse inkluderer spektroskopi (for eksempel luminescensanalyse, spektralanalyse, nefelometri og turbidimetri og andre). Viktige fysisk-kjemiske analysemetoder inkluderer elektrokjemiske metoder som bruker måling av de elektriske egenskapene til et stoff (coulometri, potensiometri, etc.), samt kromatografi (for eksempel gasskromatografi, væskekromatografi, ionebytterkromatografi, tynnsjiktskromatografi) . Metoder basert på måling av hastigheter på kjemiske reaksjoner (kinetiske analysemetoder), de termiske effektene av reaksjoner (termometrisk titrering), samt separasjon av ioner i et magnetisk felt (massespektrometri) utvikles med suksess.