Khái niệm chung. Việc xác định hàm lượng (nồng độ, khối lượng…) của các thành phần có trong chất phân tích được gọi là phân tích định lượng. Sử dụng phân tích định lượng, tỷ lệ khối lượng của các thành phần trong mẫu được phân tích và nồng độ của một chất trong dung dịch hoặc khí được xác định. Trong phân tích định lượng, một số chất hóa học, lý hóa và thông số vật lý của mẫu được phân tích, phụ thuộc vào thành phần của nó hoặc hàm lượng của thành phần khác. Trong hầu hết các phương pháp, kết quả thu được từ phân tích được so sánh với các đặc tính chất đã biết. Kết quả phân tích thường được biểu thị bằng phần khối lượng, tính bằng %.

Phân tích định lượng được thực hiện theo một trình tự nhất định, bao gồm lấy mẫu và chuẩn bị mẫu, phân tích, xử lý và tính toán kết quả phân tích. Giống như trong phân tích định tính, có các phương pháp vĩ mô, phương pháp bán vi mô, phương pháp vi mô và siêu vi mô.

Phân tích định lượng được sử dụng rộng rãi để nghiên cứu thành phần quặng, kim loại, chất vô cơ và hợp chất hữu cơ. TRONG những năm trước Đặc biệt chú ýđề cập đến định nghĩa của nội dung các chất độc hại trong không khí, nước, đất, thực phẩm, hàng hóa khác nhau.

Phân loại phương pháp phân tích định lượng . Tất cả các phương pháp phân tích định lượng có thể được chia thành hai nhóm: hóa học và dụng cụ. Sự phân chia này có điều kiện, vì nhiều phương pháp công cụ dựa trên việc sử dụng định luật hóa học và tính chất của các chất. Thường xuyên phương pháp định lượng phân tích được phân loại theo các tính chất vật lý hoặc hóa học đo được.

Bảng 18.3 - Các phương pháp phân tích định lượng cơ bản

Số lượng đo được (thuộc tính)	Tên phương thức	Khối lượng đo được của vật chất	Cơ sở lý thuyết của phương pháp (xem đoạn hoặc chương)
Khối lượng Mật độ Khối lượng Hấp thụ hoặc phát xạ tia hồng ngoại Rung động của các phân tử Hấp thụ hoặc phát xạ tia nhìn thấy, tia cực tím và tia X. Sự dao động của nguyên tử. Tán xạ ánh sáng Dòng khuếch tán ở điện cực Thế điện cực Lượng điện Độ dẫn điện Độ phóng xạ Tốc độ phản ứng Hiệu ứng nhiệt của phản ứng Độ nhớt Sức căng bề mặt Nhiệt độ đóng băng giảm Nhiệt độ sôi tăng	Đo trọng lượng Khối phổ Đo độ chuẩn độ Thể tích khí Đo mật độ Quang phổ hồng ngoại Tán xạ Raman Quang phổ và tia X Đo trắc quang (đo màu, đo quang phổ, v.v.) Quang phổ hấp phụ nguyên tử Quang phổ phát quang Phân cực và vôn kế Đo điện thế Đo điện lượng Chất dẫn điện Chất chỉ thị phóng xạ Động học Xúc tác Nhiệt kế và đo nhiệt lượng Đo độ nhớt Đo độ căng bằng phương pháp đo nhiệt độ bằng phương pháp đo bằng phương pháp đo bằng phương pháp đo bằng áp kế	Từ đại lượng vĩ mô đến siêu vi lượng Đại lượng vi mô Từ đại lượng vĩ mô đến siêu vi mô Giống nhau Đại lượng vĩ mô và vi mô Giống nhau Đại lượng bán vi mô và vi mô Giống nhau Đại lượng vi mô Giống nhau Đại lượng bán vi mô và vi mô Đại lượng vĩ mô và vi mô Micro và các đại lượng siêu vi lượng Các đại lượng vĩ mô và vi mô Từ các đại lượng vĩ mô đến siêu vi mô Các đại lượng vĩ mô và vi mô Các đại lượng vĩ mô Giống nhau » » »	Mục 8.6 - Ch. 8 Ch. 8 - Đoạn 1. 1, 7.4 - Đoạn 1.1-1.3,7.4 Đoạn 2.4, 2.5, 3.4 - - Đoạn 9.5 Đoạn 9.3, 9.4 Đoạn 9.2 Đoạn 8.4 Chương 17 Đoạn 7.1-7.3 Đoạn 7.5 Đoạn 5.1 - Đoạn 4.3, 6.2 Đoạn 8.1 Đoạn 8.1

Sách giáo khoa sẽ chỉ thảo luận một số phương pháp dựa trên các nguyên tắc lý thuyết đã được nghiên cứu ở các chương trước.

Phương pháp trọng lượng. Bản chất của phương pháp này là thu được hợp chất ít tan có chứa thành phần đang được xác định. Để làm điều này, một mẫu chất được hòa tan trong dung môi này hay dung môi khác, thường là nước và được kết tủa bằng thuốc thử tạo thành hợp chất hòa tan kém có giá trị PR thấp với hợp chất được phân tích (xem đoạn 8.3). Sau đó, sau khi lọc, kết tủa được sấy khô, nung và cân. Dựa trên khối lượng của chất, khối lượng của thành phần được xác định được xác định và phần khối lượng của nó trong mẫu phân tích được tính toán. Một số thuốc thử (nhóm và cá nhân) đã được thảo luận trong đoạn 16.1.

Có nhiều biến thể của phương pháp đo trọng lượng. Trong phương pháp chưng cất, thành phần phân tích được tách ra dưới dạng khí phản ứng với thuốc thử. Sự thay đổi khối lượng của thuốc thử được sử dụng để đánh giá hàm lượng thành phần được xác định trong mẫu. Ví dụ, hàm lượng cacbonat của đá có thể được xác định bằng cách cho mẫu phân tích tiếp xúc với axit, chất này giải phóng CO2:

CO+2НН2СО3Н2О+СО2

Lượng CO2 giải phóng có thể được xác định bằng sự thay đổi khối lượng của chất đó, ví dụ CaO, mà CO2 phản ứng.

Một trong những nhược điểm chính của phương pháp đo trọng lượng là cường độ lao động và thời gian tương đối dài. Ít tốn nhiều công sức hơn là phương pháp đo điện trọng lượng, trong đó kim loại cần xác định, chẳng hạn như đồng, được đặt trên cực âm (lưới bạch kim)

Dựa vào sự chênh lệch khối lượng của catốt trước và sau khi điện phân, xác định được khối lượng của kim loại trong dung dịch phân tích. Tuy nhiên, phương pháp này chỉ phù hợp để phân tích các kim loại không tạo ra hydro (đồng, bạc, thủy ngân).

Phân tích chuẩn độ. Bản chất của phương pháp là đo thể tích dung dịch của thuốc thử cụ thể tiêu tốn trong phản ứng với thành phần được phân tích. Với mục đích này, người ta sử dụng cái gọi là dung dịch chuẩn độ, nồng độ của dung dịch đó (thường là hiệu giá của dung dịch) đã biết. Tiêu đề là khối lượng của chất chứa trong 1 ml (1 cm) dung dịch chuẩn độ (tính bằng g/ml và g/cm3). chuẩn độ, những thứ kia. thêm dần dần dung dịch chuẩn độ vào dung dịch chất phân tích, thể tích của dung dịch này được đo chính xác. Quá trình chuẩn độ dừng lại khi đạt đến điểm tương đương, những thứ kia. đạt được sự tương đương giữa thuốc thử của dung dịch chuẩn độ và thành phần được phân tích.

Có một số loại phân tích chuẩn độ: chuẩn độ axit-bazơ, chuẩn độ kết tủa, chuẩn độ phức tạp và chuẩn độ oxi hóa khử.

Tại cốt lõi chuẩn độ axit-bazơ nằm ở phản ứng trung hòa

Phương pháp này cho phép bạn xác định nồng độ axit hoặc cation bị thủy phân để tạo thành ion hydro bằng cách chuẩn độ bằng dung dịch kiềm hoặc xác định nồng độ của bazơ, bao gồm cả anion bị thủy phân để tạo thành ion hydroxit bằng cách chuẩn độ bằng dung dịch axit. Điểm tương đương được thiết lập bằng cách sử dụng các chất chỉ thị axit-bazơ thay đổi màu sắc trong một phạm vi pH nhất định. Ví dụ: sử dụng phương pháp chuẩn độ axit-bazơ, bạn có thể xác định độ cứng cacbonat của nước, tức là. nồng độ HCO trong nước bằng cách chuẩn độ dung dịch của nó bằng HCl với sự có mặt của chất chỉ thị metyl da cam

HCO+ H= H2O+ CO2

Tại điểm tương đương, màu vàng của chất chỉ thị chuyển sang màu hồng nhạt. Việc tính toán được thực hiện bằng cách sử dụng phương trình của định luật tương đương

, (18.2)

thể tích của dung dịch được phân tích và chuẩn độ ở đâu;

Nồng độ bình thường của đương lượng HCl trong dung dịch chuẩn độ

Xác định nồng độ mol đương lượng của ion HCO trong dung dịch phân tích.

Tại chuẩn độ kết tủa dung dịch phân tích được chuẩn độ bằng thuốc thử tạo thành hợp chất ít tan với thành phần của dung dịch chuẩn độ. Điểm tương đương được xác định bằng cách sử dụng chất chỉ thị tạo thành hợp chất có màu với thuốc thử, ví dụ kết tủa màu đỏ Ag2CrO4 khi chất chỉ thị K2CrO4 phản ứng với lượng ion Ag dư khi chuẩn độ dung dịch clorua bằng dung dịch bạc nitrat.

Chuẩn độ phức tạp. Trong phép chuẩn độ phức tạp, thành phần cần xác định trong dung dịch được chuẩn độ bằng dung dịch phức, thường là axit ethylenediaminetetraacetic (EDTA, complexon II) hoặc muối dinatri của nó (complexone III hoặc Trilon B). Complexon là các phối tử và tạo thành phức chất với nhiều cation. Chất chỉ thị tương đương thường là các phối tử tạo thành hợp chất phức có màu với ion được phân tích. Ví dụ, chất chỉ thị màu đen với canxi và magie tạo thành phức chất và có màu đỏ. Là kết quả của việc chuẩn độ dung dịch màu đỏ rượu vang chứa canxi, magie và các ion chỉ thị bằng dung dịch phức chất III, canxi liên kết thành phức chất ổn định hơn với phức chất tại điểm tương đương, các anion chỉ thị được giải phóng và truyền vào; giải pháp màu xanh da trời. Ví dụ, phương pháp chuẩn độ phức tạp này được sử dụng để xác định độ cứng tổng cộng của nước.

Chuẩn độ oxi hóa khử. Phương pháp này bao gồm việc chuẩn độ dung dịch chất khử bằng dung dịch chuẩn độ của chất oxy hóa hoặc chuẩn độ dung dịch oxy hóa bằng dung dịch chuẩn độ của chất khử. Các dung dịch kali permanganat KMnO4 (phép đo permanganat), kali dicromat K2Cr2O7 (phép đo lưỡng sắc) và iốt I2 (đo iốt) đã được sử dụng làm dung dịch chuẩn độ của các tác nhân oxy hóa. Trong số các dung dịch chuẩn độ chất khử, cần lưu ý dung dịch hydrazine N2H4 (hydrazinometry).

Trong quá trình chuẩn độ permanganatometric trong môi trường axit, Mn (VII) (màu quả mâm xôi) biến thành Mn (II) (dung dịch không màu). Ví dụ, phép chuẩn độ permanganometric có thể xác định hàm lượng nitrit trong dung dịch

2KMnO4 + 5KNO2 + 3H2SO4 = 2MnSO4 + K2SO4 + 5KNO3 + 3H2O

Trong chuẩn độ lưỡng sắc, chất chỉ thị là diphenylamine, làm màu dung dịch trong Màu xanh với lượng dư ion dicromat. Trong chuẩn độ iod, tinh bột đóng vai trò là chất chỉ thị. Chuẩn độ iod được sử dụng để phân tích dung dịch chứa các tác nhân oxy hóa, trong trường hợp đó dung dịch chuẩn độ có chứa ion iodua. Ví dụ, đồng có thể được xác định bằng cách chuẩn độ dung dịch của nó bằng dung dịch iodide

2Cu

Sau đó, dung dịch thu được được chuẩn độ bằng dung dịch chuẩn độ natri thiosulfat Na2S2O3 có thêm chất chỉ thị tinh bột vào cuối quá trình chuẩn độ.

2Na2S2O3 + I2 = 2NaI + Na2S4O6

Vậy có con số lớn các loại phân tích hóa học định lượng cho phép xác định các chất khác nhau trên một phạm vi nồng độ rộng. Giữa phương pháp hóa học phân tích, phổ biến nhất là phương pháp chuẩn độ và đo trọng lượng.

Nhiệm vụ của phân tích định lượng là xác định hàm lượng định lượng của từng thành phần trong chất hoặc hỗn hợp thử. kết quả định lượng thường được biểu thị dưới dạng phần trăm. Phân tích định lượng được sử dụng trong sinh học, sinh lý học, y học, hóa sinh, hóa học sản phẩm thực phẩm vân vân.

Tất cả các phương pháp phân tích định lượng có thể được chia thành ba nhóm chính.

1. Phân tích trọng lượng (trọng lượng). Phân tích trọng lượng là việc xác định lượng của một thành phần (nguyên tố hoặc ion) dựa trên khối lượng của chất thu được sau quá trình phân tích. Trong các phương pháp của nhóm này, phần xác định của chất phân tích được tách riêng trong thể tinh khiết hoặc ở dạng hợp chất có thành phần đã biết, khối lượng của nó được xác định.

Ví dụ, để xác định lượng bari trong các hợp chất của nó, ion Ba 2+ được kết tủa bằng axit sulfuric loãng:

BaС1 2 + H 2 S0 4 = BaS0 4 | + 2HC1.

Kết tủa BaS0 4 được lọc, rửa, nung và cân chính xác. Biết khối lượng trầm tích BaS0 4 và công thức của nó, tính xem nó chứa bao nhiêu bari. Phương pháp trọng lượng cho kết quả độ chính xác cao, nhưng việc này tốn rất nhiều công sức.

2. Phân tích chuẩn độ (thể tích). Phân tích chuẩn độ dựa trên phương pháp đo lường chính xác lượng thuốc thử dùng cho phản ứng với chất đã xác định
thành phần. Thuốc thử được lấy ở dạng dung dịch có nồng độ nhất định - dung dịch chuẩn độ. Chốc lát,
khi thuốc thử được thêm vào với lượng tương đương với hàm lượng của thành phần được xác định, tức là thời điểm kết thúc phản ứng được xác định những cách khác. Khi chuẩn độ, thêm một lượng thuốc thử tương đương với lượng chất cần xác định. Biết thể tích và nồng độ chính xác của dung dịch đã phản ứng với chất phân tích sẽ tính được lượng chất phân tích.

Phân tích chuẩn độ cho kết quả kém chính xác hơn phân tích trọng lượng, nhưng ưu điểm quan trọng của nó là tốc độ phân tích nhanh hơn. Tùy thuộc vào loại phản ứng xảy ra trong quá trình chuẩn độ, phân tích chuẩn độ được chia thành ba nhóm: phương pháp chuẩn độ axit-bazơ, phương pháp đo oxy hóa khử và phương pháp kết tủa và tạo phức.

3. Phương pháp trắc quang. Trong phương pháp này, lượng chất được xác định bởi cường độ màu của dung dịch. Với mục đích này, cái gọi là phản ứng màu được sử dụng, tức là các phản ứng kèm theo sự thay đổi màu của dung dịch. Ví dụ, khi xác định lượng sắt, người ta sử dụng phản ứng

FeCl3 + 3KSCN 7-Fe(SCN)3 + 3KCI,

dẫn tới tạo thành dung dịch màu đỏ. Cường độ màu của dung dịch được đánh giá bằng mắt hoặc sử dụng các dụng cụ thích hợp.

Đôi khi thành phần được xác định được chuyển thành hợp chất hòa tan kém và hàm lượng của chất được xác định được đánh giá bằng cường độ độ đục của dung dịch. Một phương pháp dựa trên nguyên tắc này được gọi là phép đo thận. Các phương pháp trắc quang và đo độ thận được sử dụng để xác định các thành phần tạo nên chất phân tích với số lượng rất nhỏ. Độ chính xác của phương pháp này thấp hơn so với phương pháp đo trọng lượng hoặc chuẩn độ.

Ngoài các phương pháp này, còn có các phương pháp khác: phân tích khí, Phân tích phổ phương pháp điện hóa, sắc ký. TRONG cuốn sách giáo khoa này những phương pháp này không được xem xét.

Tất cả các phương pháp phân tích định lượng được chia thành hóa học và hóa lý. Các phương pháp hóa học bao gồm phân tích trọng lượng, chuẩn độ và khí, các phương pháp hóa lý bao gồm đo quang và đo độ thận, phương pháp phân tích điện hóa, quang phổ, sắc ký.

Trong phân tích định lượng, có các phương pháp vĩ mô, vi mô và bán vi mô. Sách giáo khoa này chỉ đề cập đến phương pháp macro. Khi thực hiện các phép xác định vĩ mô, lượng chất tương đối lớn (0,01-0,1 g) được xác định. Ngoại lệ là phương pháp trắc quang và đo độ đục, trong đó lượng chất được xác định là một phần của miligam.

MỤC TIÊU VÀ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ĐỊNH LƯỢNG

Nhiệm vụ của phân tích định lượng là xác định số lượng

Tất cả các phương pháp phân tích định lượng được chia thành hóa học, hóa lý và vật lý. Các phương pháp hóa học bao gồm phân tích trọng lượng, chuẩn độ và khí, các phương pháp hóa lý bao gồm đo quang, phân tích điện hóa và sắc ký, và các phương pháp vật lý bao gồm phân tích quang phổ và phát quang.

1. Phân tích trọng lượng dựa trên việc xác định khối lượng của một chất được phân lập ở dạng nguyên chất hoặc ở dạng hợp chất có thành phần đã biết. Ví dụ, để xác định lượng bari trong các hợp chất của nó, ion Ba 2+ được kết tủa bằng axit sulfuric loãng. Kết tủa BaSO 4 được lọc, rửa, nung và cân chính xác. Dựa vào khối lượng trầm tích BaSO 4 và công thức của nó, tính xem nó chứa bao nhiêu

bari Phương pháp đo trọng lượng cho kết quả có độ chính xác cao nhưng tốn rất nhiều công sức.

2. Phân tích chuẩn độ dựa trên việc đo chính xác thể tích của thuốc thử,

dành cho phản ứng với một thành phần nhất định. Thuốc thử được lấy dưới dạng dung dịch có nồng độ nhất định - dung dịch chuẩn độ (tiêu chuẩn). Thời điểm thuốc thử được thêm vào với lượng tương đương với hàm lượng chất được xác định, tức là. sự kết thúc của phản ứng được xác định theo nhiều cách khác nhau. Trong quá trình chuẩn độ, một lượng thuốc thử được thêm vào tương đương với lượng chất được thử. Biết thể tích và nồng độ chính xác của dung dịch đã phản ứng với chất cần xác định thì tính được số lượng của nó.

Phân tích chuẩn độ cho kết quả kém chính xác hơn phân tích trọng lượng, nhưng ưu điểm quan trọng của nó là tốc độ phân tích nhanh hơn. Tùy thuộc vào loại phản ứng xảy ra trong quá trình chuẩn độ, phân tích chuẩn độ bao gồm các phương pháp chuẩn độ axit-bazơ, phương pháp đo oxy, phương pháp kết tủa và tạo phức.

3. Phương pháp trắc quang dựa trên việc đo độ hấp thụ, truyền và tán xạ ánh sáng của một dung dịch. Đối với hầu hết các phương pháp trắc quang, cái gọi là phản ứng màu được sử dụng, tức là phản ứng hoá học, kèm theo sự thay đổi màu của dung dịch. Một phương pháp dựa trên việc xác định hàm lượng của một chất bằng cường độ màu được gọi là phép đo màu. Cường độ màu của dung dịch được đánh giá bằng mắt hoặc sử dụng các dụng cụ thích hợp.

Đôi khi thành phần được xác định được chuyển thành hợp chất ít hòa tan và hàm lượng của nó được đánh giá bằng cường độ đục của dung dịch. Một phương pháp dựa trên nguyên tắc này được gọi là phép đo thận. Phương pháp đo màu và đo độ thận được sử dụng để xác định các thành phần tạo nên chất phân tích với số lượng rất nhỏ. Độ chính xác của phương pháp này thấp hơn so với phương pháp đo trọng lượng hoặc chuẩn độ.

4. Phương pháp điện hóa. Những phương pháp này bao gồm phân tích điện trọng lượng, đo độ dẫn, đo điện thế và phân cực. Phương pháp đo điện trọng trường dùng để xác định nồng độ của kim loại. Nguyên tố cần xác định được lắng đọng bằng điện phân trên một điện cực có khối lượng đã biết. Đo độ dẫn và điện thế tham khảo phép đo điện phân. Việc hoàn thành phản ứng trong quá trình chuẩn độ được xác định bằng cách đo độ dẫn điện của dung dịch hoặc bằng cách đo điện thế của điện cực ngâm trong dung dịch thử. Phương pháp đo điện thế cũng được sử dụng để xác định độ pH của dung dịch. Định nghĩa dựa trên phép đo lực điện động dung dịch (emf), phụ thuộc vào nồng độ của các ion hydro. Trong phương pháp phân cực Lượng ion được xác định được đánh giá dựa trên bản chất của đường cong dòng điện-điện áp (cực đồ), thu được bằng cách điện phân dung dịch thử nghiệm với cực âm thủy ngân nhỏ giọt trong một thiết bị đặc biệt - máy phân cực. Phương pháp này khác độ nhạy cao. Sử dụng phương pháp phân cực có thể xác định định tính và định lượng trong cùng một dung dịch các yếu tố khác nhau mà không cần dùng đến các phản ứng hóa học.

5. Phương pháp sắc ký dựa trên việc sử dụng hiện tượng chọn lọc

hấp phụ các chất tan (hoặc ion) bằng nhiều phương pháp khác nhau chất rắn- chất hấp phụ. chất hấp phụ có thể là oxit nhôm hoạt tính Al 2 O 3, permutite, nhựa tổng hợp, v.v. Phương pháp sắc ký được sử dụng trong phân tích định tính và định lượng. Phương pháp này đặc biệt được sử dụng rộng rãi để tách các chất hoặc ion.

Trong phân tích định lượng, các phương pháp vĩ mô, vi mô và bán vi mô được phân biệt. Sách giáo khoa này thảo luận về việc thực hiện các phép xác định trọng lượng và chuẩn độ chỉ bằng phương pháp vĩ mô.

2. PHÂN TÍCH TRỌNG LỰC

Các phương pháp phân tích định lượng. Phân tích định lượng nhằm xác định thành phần định lượng của chất phân tích. Có các phương pháp phân tích định lượng hóa học, vật lý và hóa lý. Cơ sở của tất cả các nghiên cứu định lượng là đo lường. Phương pháp hóa học phân tích định lượng dựa trên việc đo khối lượng và thể tích. Nghiên cứu định lượng cho phép các nhà khoa học thiết lập các định luật hóa học cơ bản như định luật bảo toàn khối lượng vật chất, định luật về thành phần không đổi, định luật tương đương và các định luật khác làm cơ sở cho nó khoa học hóa học. Các nguyên tắc phân tích định lượng là nền tảng cho việc kiểm soát phân tích hóa học quy trinh san xuat các ngành công nghiệp khác nhau ngành công nghiệp và tạo thành chủ đề của cái gọi là. phân tích kỹ thuật. Có 2 phương pháp phân tích hóa học định lượng chính: đo trọng lượng hoặc đo trọng lượng và đo thể tích hoặc chuẩn độ.

Phân tích trọng lượng là một phương pháp phân tích định lượng trong đó chỉ có khối lượng mới được đo chính xác. Phân tích thể tích dựa trên phép đo chính xác khối lượng của các chất và thể tích dung dịch thuốc thử có nồng độ đã biết phản ứng với một lượng chất phân tích nhất định. Một loại đặc biệt phân tích đếm là phân tích khí và hỗn hợp khí, cái gọi là phân tích khí, cũng được thực hiện bằng cách đo thể tích hoặc khối lượng của hỗn hợp hoặc khí được phân tích. Việc xác định cùng một chất có thể được thực hiện bằng phương pháp phân tích trọng lượng hoặc thể tích. Khi chọn phương pháp xác định, người phân tích phải tính đến độ chính xác cần thiết của kết quả, độ nhạy của phản ứng và tốc độ phân tích, và trong trường hợp định nghĩa đại chúng- tính sẵn có và chi phí của thuốc thử được sử dụng. Liên quan đến vấn đề này, có các phương pháp phân tích định lượng vĩ mô, vi mô, bán vi mô, siêu vi mô, nhờ đó có thể thực hiện phân tích số lượng tối thiểu chất phân tích. Hiện nay, các phương pháp hóa học đơn giản đang ngày càng được thay thế bằng các phương pháp vật lý và phương pháp vật lý và hóa học, đòi hỏi phải có dụng cụ và thiết bị đắt tiền để làm việc.

Nghiên cứu quang học, điện hóa, sắc ký, quang phổ và trắc quang khác nhau (hồng ngoại, hấp phụ nguyên tử, ngọn lửa, v.v.), đo điện thế, phân cực, quang phổ khối, nghiên cứu NMR. Một mặt, các phương pháp này tăng tốc độ thu được kết quả, tăng độ chính xác và độ nhạy của phép đo: giới hạn phát hiện (1-10 -9 μg) và giới hạn nồng độ(lên đến 10 -15 g/ml), độ chọn lọc (có thể xác định các thành phần cấu thành của hỗn hợp mà không cần tách và cô lập), khả năng vi tính hóa và tự động hóa chúng. Nhưng mặt khác, họ ngày càng rời xa hóa học, làm giảm kiến ​​thức về phương pháp phân tích hóa học của các nhà phân tích, dẫn đến việc dạy hóa học ở trường học sa sút, thiếu giáo viên hóa học giỏi, trang bị phòng thí nghiệm hóa học trường học. và sự suy giảm kiến ​​thức hóa học ở học sinh.

Những nhược điểm bao gồm sai số xác định tương đối lớn (từ 5 đến 20%, trong khi phân tích hóa họcđưa ra sai số thường từ 0,1 đến 0,5%), độ phức tạp của thiết bị và giá cao. Yêu cầu đối với các phản ứng trong phân tích định lượng. Phản ứng nên tiến hành nhanh chóng, cho đến khi kết thúc, nếu có thể, với nhiệt độ phòng. Các chất ban đầu tham gia phản ứng phải phản ứng theo tỷ lệ định lượng được xác định nghiêm ngặt (theo phương pháp cân bằng hóa học) và không có các quá trình phụ. Các tạp chất không nên can thiệp vào phân tích định lượng. Khi thực hiện các phép đo không thể loại trừ các sai số, sai số đo và tính toán. Để loại bỏ sai sót và giảm thiểu chúng, các phép đo được thực hiện lặp lại ( định nghĩa song song), ít nhất là 2 và tiến hành đánh giá kết quả đo lường (có nghĩa là tính chính xác và độ tái lập của kết quả phân tích).

Đặc điểm quan trọng nhất của phương pháp phân tích là độ nhạy và độ chính xác của chúng. Độ nhạy của phương pháp phân tích được gọi là lượng ít nhất chất có thể được xác định một cách đáng tin cậy bằng phương pháp này. Độ chính xác của phép phân tích được gọi là sai số tương đối của phép xác định, là tỷ lệ chênh lệch giữa hàm lượng tìm thấy (x 1) và hàm lượng thực (x) của một chất so với hàm lượng thực của một chất và được tìm thấy bằng công thức:

Liên quan. error = (x 1 - x)/ x, biểu thị dưới dạng phần trăm, nhân với 100. Hàm lượng trung bình số học của chất tìm được khi phân tích mẫu trong 5-7 lần xác định được lấy là hàm lượng thực.

Độ nhạy của phương pháp, độ chính xác mol/l,%

Chuẩn độ 10 -4 0,2

Trọng lượng 10 -5 0,05

Phân tích trọng lượng (trọng lượng) là một phương pháp phân tích định lượng trong đó thành phần định lượng chất phân tích được xác định trên cơ sở đo khối lượng, bằng cách cân chính xác khối lượng của chất cuối cùng ổn định có thành phần đã biết mà thành phần đã cho được xác định được chuyển đổi hoàn toàn. Ví dụ, việc xác định trọng lượng của axit sulfuric trong dung dịch nước được thực hiện bằng cách sử dụng dung dịch nước muối bari: BaCl 2 + H 2 SO 4 > BaSO 4 v +2 HCl. Quá trình kết tủa được thực hiện trong các điều kiện trong đó gần như toàn bộ ion sunfat chuyển sang kết tủa BaSO 4 với độ hoàn chỉnh lớn nhất - về mặt định lượng, với tổn thất tối thiểu, do độ hòa tan không đáng kể nhưng vẫn tồn tại của bari sunfat. Tiếp theo, kết tủa được tách ra khỏi dung dịch, rửa sạch để loại bỏ tạp chất hòa tan, sấy khô, nung để loại bỏ tạp chất dễ bay hơi hấp phụ và cân trên cân phân tích ở dạng bari sunfat khan tinh khiết. Và sau đó khối lượng axit sulfuric được tính toán. Phân loại các phương pháp phân tích trọng lượng. Các phương pháp kết tủa, chưng cất, cô lập, phương pháp đo nhiệt lượng (thermogravimetry).

Phương pháp lắng đọng - xác định thành phần liên kết về mặt định lượng thành như vậy hợp chất hóa học, ở dạng có thể cô lập và cân được. Thành phần của hợp chất này phải được xác định nghiêm ngặt, tức là thể hiện bản thân một cách chính xác công thức hóa học và nó không được chứa bất kỳ tạp chất lạ nào. Hợp chất trong đó thành phần được xác định được cân được gọi là dạng trọng lượng. Ví dụ, xác định H 2 SO 4 (ở trên), xác định phần khối lượng của sắt trong muối hòa tan của nó, dựa trên sự kết tủa của sắt (111) trong dạng hydroxit Fe(OH) 3 xH 2 O, sau đó được tách và nung thành oxit Fe 2 O 3 (dạng khối lượng). Các phương pháp chưng cất. Thành phần cần xác định được tách ra khỏi mẫu phân tích ở dạng chất khí và đo khối lượng chất chưng cất (phương pháp trực tiếp) hoặc khối lượng cặn (phương pháp gián tiếp).

Phương pháp trực tiếp được sử dụng rộng rãi để xác định hàm lượng nước của chất phân tích bằng cách chưng cất nó từ mẫu lơ lửng và ngưng tụ, sau đó đo thể tích nước ngưng tụ trong bình chứa. Dựa trên mật độ, thể tích nước được tính toán lại theo khối lượng và khi biết khối lượng của mẫu và nước, hàm lượng nước trong mẫu phân tích sẽ được tính toán. Phương pháp chưng cất gián tiếp được sử dụng rộng rãi để xác định hàm lượng các chất dễ bay hơi (kể cả nước liên kết yếu) bằng cách thay đổi khối lượng của mẫu trước và sau khi sấy đến khối lượng không đổi trong bộ điều nhiệt (trong lò sấy) ở nhiệt độ không đổi. Các điều kiện để tiến hành các thử nghiệm như vậy (nhiệt độ, thời gian sấy) được xác định theo tính chất của mẫu và được chỉ định cụ thể trong sổ tay phương pháp.

Phương pháp cô lập dựa trên việc cô lập thành phần chất phân tích khỏi dung dịch bằng phương pháp điện phân trên một trong các điện cực (phương pháp đo điện trọng lượng). Sau đó điện cực chứa chất giải phóng được rửa sạch, sấy khô và cân. Bằng cách tăng khối lượng của điện cực với chất đó, xác định được khối lượng của chất thoát ra trên điện cực (hợp kim của vàng và đồng được chuyển vào dung dịch).

Các phương pháp đo nhiệt lượng không đi kèm với việc tách chất thử mà bản thân mẫu được kiểm tra, do đó, các phương pháp này thường được phân loại là phương pháp phân tích trọng lượng. Các phương pháp này dựa trên việc đo khối lượng của chất được phân tích trong quá trình gia nhiệt liên tục ở khoảng nhiệt độ nhất định ở thiết bị đặc biệt- đạo hàm. Dựa trên các biểu đồ nhiệt thu được, khi diễn giải có thể xác định được độ ẩm và các thành phần khác của chất được phân tích.

Các giai đoạn chính của việc xác định trọng lượng: tính khối lượng của mẫu được phân tích và thể tích (hoặc khối lượng) của chất kết tủa; cân (lấy) mẫu; hòa tan một phần mẫu phân tích; lượng mưa, tức là có được hình thức ký gửi của thành phần được xác định; lọc (tách kết tủa ra khỏi rượu mẹ); rửa trầm tích; làm khô và nung (nếu cần thiết) cặn lắng cho đến khi khối lượng không đổi, tức là thu được dạng trọng lượng; cân dạng trọng lượng; tính toán kết quả phân tích, xử lý và trình bày thống kê. Mỗi hoạt động này đều có những đặc điểm riêng.

Khi tính toán khối lượng tối ưu của mẫu chất được phân tích, phần khối lượng có thể có của thành phần được phân tích trong mẫu được phân tích và ở dạng khối lượng, khối lượng của dạng khối lượng, sai số hệ thống khi cân trên cân phân tích (thường là 0,0002) và bản chất của trầm tích thu được - vô định hình, tinh thể mịn, tinh thể thô. Mẫu ban đầu được tính toán dựa trên thực tế là khối lượng của mẫu trọng lượng ít nhất phải là 0,1 g. trường hợp chung giới hạn dưới của khối lượng tối ưu m của mẫu ban đầu của chất phân tích (tính bằng gam) được tính theo công thức: m = 100m (GF) F/ W(X), trong đó m(GF) là khối lượng trọng lượng dạng tính bằng gam; F - hệ số trọng lượng, hệ số chuyển đổi, hệ số phân tích); W(X) - phần khối lượng(tính theo%) thành phần được xác định trong chất được phân tích. Hệ số trọng lượng F bằng số bằng khối lượng của thành phần được xác định tính bằng gam, tương ứng với một gam ở dạng trọng lượng.

Hệ số trọng lượng được tính bằng công thức là tỷ số giữa khối lượng mol M(X) của thành phần X xác định với khối lượng phân tử dạng khối lượng M(GF), nhân với số n mol của thành phần đang được xác định, từ đó thu được 1 mol dạng khối lượng: F = n M(X) / M (GF). Vì vậy, nếu từ 2 mol Fe C1 3 6H 2 O thu được một mol dạng khối lượng Fe 2 O 3 thì n = 2. Nếu từ một mol Ba(NO 3) 2 một mol dạng khối lượng BaCrO 4 thu được thì n = 1.

Đây là phương pháp đo trọng lượng và chuẩn độ. Mặc dù chúng đang dần nhường chỗ cho các phương pháp dụng cụ nhưng chúng vẫn có độ chính xác vượt trội: sai số tương đối dưới 0,2%, trong khi công cụ là 2-5%. Chúng vẫn là tiêu chuẩn để đánh giá tính hợp lệ của kết quả của các phương pháp khác. Ứng dụng chính: xác định chính xác lượng lớn và trung bình các chất.

Phương pháp trọng lượng bao gồm việc cô lập chất ở dạng nguyên chất và cân nó. Thông thường, việc cách ly được thực hiện bằng lượng mưa. Kết tủa thực tế sẽ không hòa tan. Thành phần được xác định phải kết tủa gần như hoàn toàn, sao cho nồng độ của thành phần trong dung dịch không vượt quá 10 -6 M. Kết tủa này phải ở dạng tinh thể thô nhất có thể để có thể dễ dàng rửa sạch. Kết tủa phải là hợp chất cân bằng hóa học có thành phần nhất định. Trong quá trình kết tủa, các tạp chất bị giữ lại (đồng kết tủa) nên phải được rửa sạch. Sau đó cặn phải được làm khô và cân.

Ứng dụng phương pháp trọng lượng:

Có thể xác định được hầu hết các cation vô cơ, anion và các hợp chất trung tính. Thuốc thử vô cơ và hữu cơ được sử dụng để kết tủa; thứ hai được chọn lọc nhiều hơn. Ví dụ:

AgNO3 +HCl=AgCl+HNO3

(xác định ion bạc hoặc clorua),

BaCl 2 +H 2 SO 4 =BaSO 4 +2HCl

(xác định ion bari hoặc sunfat).

Cation niken được kết tủa bởi dimethylglyoxime.

Phương pháp chuẩn độ sử dụng phản ứng trong dung dịch. Chúng còn được gọi là thể tích, vì chúng dựa trên việc đo thể tích của dung dịch. Chúng bao gồm việc thêm dần dần vào dung dịch chất được xác định với nồng độ chưa xác định của dung dịch chất phản ứng với nó (với nồng độ đã biết), được gọi là chất chuẩn độ. Các chất phản ứng với nhau với số lượng tương đương: n 1 = n 2.

Vì n=CV, trong đó C là nồng độ mol của đương lượng, V là thể tích mà chất đó được hòa tan, nên đối với các chất phản ứng cân bằng hóa học, điều sau đây là đúng:

C 1 V 1 = C 2 V 2

Do đó, có thể tìm thấy nồng độ chưa biết của một trong các chất (ví dụ C 2) nếu biết thể tích dung dịch của nó cũng như thể tích và nồng độ của chất đã phản ứng với nó. Biết khối lượng phân tử của M tương đương, có thể tính được khối lượng của chất đó: m 2 = C 2 M.

Để xác định điểm kết thúc của phản ứng (gọi là điểm tương đương), hãy sử dụng sự thay đổi màu của dung dịch hoặc đo một số tính chất hóa lý của dung dịch. Tất cả các loại phản ứng được sử dụng: trung hòa axit và bazơ, oxy hóa và khử, tạo thành phức chất, kết tủa. Việc phân loại các phương pháp chuẩn độ được đưa ra trong bảng:

Phương pháp chuẩn độ, loại phản ứng	Nhóm phương pháp	Chất chuẩn độ
Axit-bazơ	Đo độ axit
	Phép đo độ kiềm	NaOH, Na 2 CO 3
oxi hóa khử	Permanganatometry
	Iodometry
	phép đo lưỡng sắc
	Đo nhiệt độ
	phép đo iod
Phức tạp	Phép đo phức
Lượng mưa	phép đo độ lớn

Chuẩn độ có thể trực tiếp hoặc ngược lại. Nếu tốc độ phản ứng thấp, lượng chất chuẩn độ dư đã biết sẽ được thêm vào để phản ứng kết thúc, sau đó lượng chất chuẩn độ không phản ứng được xác định bằng cách chuẩn độ bằng thuốc thử khác.

Chuẩn độ axit-bazơ dựa trên phản ứng trung hòa; trong quá trình phản ứng, độ pH của dung dịch thay đổi. Biểu đồ pH so với thể tích chất chuẩn độ được gọi là đường cong chuẩn độ và thường có dạng:

Để xác định điểm tương đương, có thể dùng máy đo pH hoặc dụng cụ chỉ thị thay đổi màu sắc khi một giá trị nhất địnhđộ pH. Độ nhạy và độ chính xác của phép chuẩn độ được đặc trưng bởi độ dốc của đường cong chuẩn độ.

Phức tạp dựa trên phản ứng hình thành phức tạp. Loại được sử dụng phổ biến nhất là axit ethylenediaminetetraacetic (EDTA).

(HOOC)(OOC-H2C)NH-CH2CH2-NH(CH2COO)(CH2COOH)

hoặc của nó) muối dinatri. Những chất này thường được gọi là phức chất. Chúng tạo thành các phức chất mạnh với các cation của nhiều kim loại nên khi sử dụng để chuẩn độ cần phải tách riêng.

Chuẩn độ oxi hóa khử đi kèm với sự thay đổi điện thế của hệ thống. Tiến trình chuẩn độ thường được kiểm soát bằng phương pháp đo điện thế, xem phần sau.

Chuẩn độ kết tủa - Phép đo độ dày đặc thường được sử dụng như một phương pháp xác định các ion halogenua. Loại thứ hai tạo thành kết tủa thực tế không hòa tan với cation bạc.

Các phương pháp phân tích chuẩn độ có độ chính xác cao (sai số xác định tương đối - 0,1 - 0,3%), cường độ lao động thấp và thiết bị đơn giản. Phép chuẩn độ được sử dụng để xác định nhanh nồng độ cao và trung bình của các chất trong dung dịch, kể cả dung dịch không chứa nước.