Analytická chemie a fyzikálně-chemické metody analýzy. Analytická chemie a fyzikálně-chemické metody analýzy: učebnice Na čem jsou založeny fyzikální metody analýzy?

Každá metoda analýzy využívá určitého analytického signálu, který je za daných podmínek dán konkrétními elementárními objekty (atomy, molekuly, ionty), které tvoří zkoumané látky.

Analytický signál poskytuje jak kvalitativní, tak kvantitativní informace. Pokud se například pro analýzu použijí srážecí reakce, kvalitativní informace se získají z výskytu nebo nepřítomnosti sraženiny. Kvantitativní informace se získávají z hmotnosti sedimentu. Když látka za určitých podmínek emituje světlo, kvalitativní informace se získá objevením se signálu (emise světla) o vlnové délce odpovídající charakteristické barvě a kvantitativní informace se získá z intenzity světelného záření.

Podle původu analytického signálu lze metody analytické chemie rozdělit na chemické, fyzikální a fyzikálně chemické metody.

V chemické metody provést chemickou reakci a změřit buď hmotnost získaného produktu - gravimetrické (hmotnostní) metody, nebo objem činidla použitého pro interakci s látkou - titrační, plynové objemové (objemové) metody.

Objemová měření plynu (objemová analýza plynu) je založena na selektivní absorpci složek plynné směsi v nádobách naplněných jedním nebo druhým absorbérem s následným měřením úbytku objemu plynu pomocí byrety. Oxid uhličitý je tedy absorbován roztokem hydroxidu draselného, ​​kyslík - roztokem pyrogallolu, oxid uhelnatý - roztokem amoniaku chloridu měďnatého. Objemová měření plynu se týká expresních metod analýzy. Je široce používán pro stanovení uhličitanů v g.p. a minerálech.

Chemické metody analýzy jsou široce používány pro analýzu rud, hornin, minerálů a dalších materiálů při stanovení složek v nich s obsahem desetin až několika desítek procent. Metody chemické analýzy se vyznačují vysokou přesností (chyba analýzy je obvykle desetiny procenta). Tyto metody jsou však postupně nahrazovány rychlejšími fyzikálně-chemickými a fyzikálními metodami analýzy.

Fyzikální metody analýzy jsou založeny na měření něk fyzické vlastnosti látek, což je funkcí složení. Například refraktometrie je založena na měření relativních indexů lomu světla. V aktivačním testu se měří aktivita izotopů atd. Často se během testu předběžně provádí chemická reakce a koncentrace výsledného produktu je určena fyzikálními vlastnostmi, například intenzitou absorpce. světelného záření barevným reakčním produktem. Takové metody analýzy se nazývají fyzikálně-chemické.

Fyzikální metody analýzy se vyznačují vysokou produktivitou, nízkými limity detekce prvků, objektivitou výsledků analýzy, vysoká úroveň automatizace. Fyzikální metody analýzy se používají při analýze hornin a minerálů. Například metoda atomové emise určuje wolfram v žulách a břidlicích, antimon, cín a olovo v horninách a fosfátech; metoda atomové absorpce - hořčík a křemík v silikátech; RTG fluorescenční - vanad v ilmenitu, magnezit, oxid hlinitý; hmotnostní spektrometrie - mangan v lunárním regolitu; neutronová aktivace - železo, zinek, antimon, stříbro, kobalt, selen a skandium v ​​oleji; metoda izotopového ředění - kobalt v silikátových horninách.

Fyzikální a fyzikálně-chemické metody se někdy nazývají instrumentální, protože tyto metody vyžadují použití nástrojů (zařízení) speciálně upravených pro provádění hlavních fází analýzy a zaznamenávání jejích výsledků.

Fyzikální a chemické metody analýza může zahrnovat chemické přeměny analytu, rozpouštění vzorku, koncentraci analyzované složky, maskování rušivých látek a další. Na rozdíl od „klasických“ chemických metod analýzy, kde hmotnost látky nebo její objem slouží jako analytický signál, fyzikálně-chemické metody analýzy využívají jako analytický signál intenzitu záření, proudovou sílu, elektrickou vodivost a potenciálový rozdíl.

Velký praktický význam mají metody založené na studiu emise a absorpce elektromagnetického záření v různých oblastech spektra. Patří mezi ně spektroskopie (například luminiscenční analýza, spektrální analýza, nefelometrie a turbidimetrie a další). Mezi důležité fyzikálně-chemické metody analýzy patří elektrochemické metody využívající měření elektrické vlastnosti látek (coulometrie, potenciometrie atd.) a také chromatografie (např. plynová chromatografie, kapalinová chromatografie, iontoměničová chromatografie, chromatografie na tenké vrstvě). Úspěšně se vyvíjejí metody založené na měření rychlostí chemických reakcí (kinetické metody analýzy), tepelných účinků reakcí (termometrická titrace) a také na separaci iontů v magnetickém poli (hmotnostní spektrometrie).

1. ÚVOD

2. KLASIFIKACE METOD

3. ANALYTICKÝ SIGNÁL

4.3. CHEMICKÉ METODY

4.8. TEPELNÉ METODY

5. ZÁVĚR

6. SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY

ÚVOD

Chemická analýza slouží jako prostředek sledování výroby a kvality produktů v řadě průmyslových odvětví národní ekonomika. Průzkum nerostů je v různé míře založen na výsledcích analýzy. Analýza je hlavním prostředkem kontroly kontaminace životní prostředí. Zjištění chemického složení půd, hnojiv, krmiv a zemědělských produktů je důležité pro normální fungování agrokomplexu. Chemická analýza je nepostradatelná v lékařské diagnostice a biotechnologii. Rozvoj mnoha věd závisí na úrovni chemické analýzy, vybavení laboratoře metodami, přístroji a činidly.

Vědeckým základem chemické analýzy je analytická chemie, věda, která je součástí a někdy i hlavní součástí chemie po staletí.

Analytická chemie- Jedná se o nauku o určování chemického složení látek a částečně jejich chemické struktury. Metody analytické chemie umožňují odpovědět na otázky, z čeho se látka skládá, jaké složky jsou součástí jejího složení. Tyto metody často umožňují zjistit, v jaké formě je daná složka v látce přítomna, například pro stanovení oxidačního stavu prvku. Někdy je možné odhadnout prostorové uspořádání komponent.

Při vývoji metod si často musíte vypůjčit nápady z příbuzných vědních oborů a přizpůsobit je svým cílům. Úkol analytické chemie zahrnuje rozvoj teoretických základů metod, stanovení mezí jejich použitelnosti, posuzování metrologických a jiných charakteristik, vytváření metod pro analýzu různých objektů.

Metody a prostředky analýzy se neustále mění: zapojují se nové přístupy, používají se nové principy a jevy, často ze vzdálených oblastí poznání.

Analytická metoda je chápána jako vcelku univerzální a teoreticky opodstatněná metoda pro stanovení složení bez ohledu na určovanou složku a analyzovaný předmět. Když mluví o metodě analýzy, mají na mysli základní princip, kvantitativní vyjádření vztahu mezi složením a jakoukoli měřenou vlastností; vybrané implementační techniky, včetně detekce a eliminace interference; zařízení pro praktickou realizaci a metody zpracování výsledků měření. Metodika analýzy je podrobný popis analýzy daného objektu pomocí zvolené metody.

Existují tři funkce analytické chemie jako pole znalostí:

1. řešení obecných otázek analýzy,

2. vývoj analytických metod,

3. řešení specifických problémů analýzy.

Dá se to také rozlišit kvalitativní A kvantitativní analýzy. První řeší otázku, jaké složky analyzovaný objekt obsahuje, druhá podává informaci o kvantitativním obsahu všech nebo jednotlivých složek.

2. KLASIFIKACE METOD

Všechny existující metody analytické chemie lze rozdělit na metody odběru vzorků, rozkladu vzorků, separace složek, detekce (identifikace) a stanovení. Existují hybridní metody, které kombinují separaci a definici. Metody detekce a definice mají mnoho společného.

Největší význam mají metody stanovení. Mohou být klasifikovány podle povahy měřené vlastnosti nebo podle způsobu registrace odpovídajícího signálu. Metody stanovení se dělí na chemikálie , fyzický A biologický. Chemické metody jsou založeny na chemických (včetně elektrochemických) reakcí. Patří sem metody zvané fyzikálně chemické. Fyzikální metody jsou založeny na fyzikálních jevech a procesech, biologické metody jsou založeny na fenoménu života.

Hlavní požadavky na metody analytické chemie jsou: správnost a dobrá reprodukovatelnost výsledků, nízký detekční limit požadovaných složek, selektivita, rychlost, snadnost analýzy a možnost její automatizace.

Při výběru metody analýzy je nutné jasně znát účel analýzy, úkoly, které je třeba řešit, a vyhodnotit výhody a nevýhody dostupných metod analýzy.

3. ANALYTICKÝ SIGNÁL

Po výběru a přípravě vzorku nastupuje fáze chemického rozboru, ve které se detekuje složka nebo se stanoví její množství. Za tímto účelem měří analytický signál. Ve většině metod je analytický signál průměrem měření fyzikální veličiny v konečné fázi analýzy, funkčně související s obsahem analytu.

Pokud je potřeba detekovat nějakou komponentu, je většinou opravena vzhled analytický signál - výskyt sraženiny, barva, čáry ve spektru atd. Výskyt analytického signálu musí být spolehlivě zaznamenán. Při určování množství složky se měří velikost analytický signál - hmotnost sedimentu, síla proudu, intenzita čáry spektra atd.

4. METODY ANALYTICKÉ CHEMIE

4.1. METODY MASKOVÁNÍ, SEPARACE A KONCENTRACE

Maskování.

Maskování je inhibice nebo úplné potlačení chemická reakce v přítomnosti látek schopných měnit jeho směr nebo rychlost. V tomto případě nevzniká žádná nová fáze. Existují dva typy maskování – termodynamické (rovnovážné) a kinetické (nerovnovážné). Při termodynamickém maskování se vytvářejí podmínky, za kterých se podmíněná reakční konstanta sníží natolik, že reakce probíhá nevýznamně. Koncentrace maskované složky se stává nedostatečnou pro spolehlivou fixaci analytického signálu. Kinetické maskování je založeno na zvýšení rozdílu mezi reakčními rychlostmi maskovaného a analytu se stejným činidlem.

Separace a koncentrace.

Potřeba separace a koncentrace může být způsobena následujícími faktory: vzorek obsahuje složky, které narušují stanovení; koncentrace analytu je pod detekčním limitem metody; složky, které mají být stanoveny, jsou ve vzorku rozloženy nerovnoměrně; neexistují žádné standardní vzorky pro kalibraci přístrojů; vzorek je vysoce toxický, radioaktivní a drahý.

Oddělení- jedná se o operaci (proces), v jejímž důsledku se od sebe oddělí složky tvořící výchozí směs.

koncentrace- jedná se o operaci (proces), v jejímž důsledku se zvyšuje poměr koncentrace nebo množství mikrosložek ke koncentraci nebo množství makrosložky.

Srážky a koprecipitace.

K separaci anorganických látek se obecně používá srážení. Vysrážení mikrosložek organickými činidly a zejména jejich koprecipitace poskytuje vysoký koncentrační faktor. Tyto metody se používají v kombinaci s metodami stanovení, které jsou určeny k získání analytického signálu z pevných vzorků.

Separace srážením je založena na různé rozpustnosti sloučenin, hlavně ve vodných roztocích.

Koprecipitace je rozdělení mikrosložky mezi roztok a sraženinu.

Extrakce.

Extrakce je fyzikálně-chemický proces distribuce látky mezi dvě fáze, nejčastěji mezi dvě nemísitelné kapaliny. Je to také proces přenosu hmoty s chemickými reakcemi.

Extrakční metody jsou vhodné pro koncentraci, extrakci mikrosložek nebo makrosložek, individuální a skupinovou izolaci složek při analýze různých průmyslových a přírodních objektů. Metoda je jednoduchá a rychlá na provedení, poskytuje vysokou účinnost separace a koncentrace a je kompatibilní s různými metodami stanovení. Extrakce umožňuje studovat stav látek v roztoku za různých podmínek, určit fyzikálně-chemické vlastnosti.

Sorpce.

Sorpce se dobře využívá pro separaci a koncentraci látek. Sorpční metody obvykle poskytují dobrou separační selektivitu a vysoké hodnoty koncentračních faktorů.

Sorpce- proces absorpce plynů, par a rozpuštěných látek pevnými nebo kapalnými absorbéry na pevném nosiči (sorbentech).

Elektrolytická separace a cementace.

Nejběžnější způsob volební separace, při kterém se separovaná nebo koncentrovaná látka izoluje na pevných elektrodách v elementárním stavu nebo ve formě nějaké sloučeniny. Elektrolytická izolace (elektrolýza) na základě srážek elektrický šok na kontrolovaném potenciálu. Nejběžnější varianta katodické depozice kovů. Materiál elektrody může být uhlík, platina, stříbro, měď, wolfram atd.

elektroforéza je založena na rozdílech v rychlostech pohybu částic různého náboje, tvaru a velikosti v elektrickém poli. Rychlost pohybu závisí na náboji, síle pole a poloměru částice. Existují dva typy elektroforézy: čelní (jednoduchá) a zónová (na nosiči). V prvním případě se malý objem roztoku obsahujícího složky, které se mají oddělit, umístí do zkumavky s roztokem elektrolytu. Ve druhém případě k pohybu dochází ve stabilizačním médiu, které udržuje částice na místě po vypnutí elektrického pole.

Metoda spárování spočívá v redukci složek (většinou malých množství) na kovech s dostatečně negativními potenciály nebo almagám elektronegativních kovů. Při cementaci probíhají současně dva procesy: katodický (separace součásti) a anodický (rozpouštění cementovacího kovu).

Metody odpařování.

Metody destilace na základě různé těkavosti látek. Látka přechází z kapalného skupenství do plynného skupenství a poté kondenzuje a tvoří opět kapalnou nebo někdy pevnou fázi.

Jednoduchá destilace (odpařování)– jednostupňový proces separace a koncentrace. Odpařováním se odstraňují látky, které jsou ve formě hotových těkavých sloučenin. Mohou to být makrosložky a mikrosložky, méně často se používá destilace mikrosložek.

Sublimace (sublimace)- přenos látky z pevné skupenství do plynného a následného vysrážení v pevné formě (obcházení kapalné fáze). K separaci sublimací se obvykle přistupuje, pokud se složky, které mají být separovány, obtížně taví nebo se obtížně rozpouštějí.

Řízená krystalizace.

Při ochlazení roztoku, taveniny nebo plynu dochází k tvorbě zárodků v pevné fázi - krystalizaci, která může být neřízená (hromadná) a řízená. Při nekontrolované krystalizaci vznikají samovolně krystaly v celém objemu. U řízené krystalizace je proces dán vnějšími podmínkami (teplota, směr pohybu fáze atd.).

Existují dva typy řízené krystalizace: směrová krystalizace(PROTI daný směr) A zónové tavení(pohyb kapalné zóny v pevném tělese v určitém směru).

Při směrové krystalizaci se mezi pevnou látkou a kapalinou objevuje jedno rozhraní – čelo krystalizace. V zónovém tavení existují dvě hranice: fronta krystalizace a fronta tavení.

4.2. CHROMATOGRAFICKÉ METODY

Chromatografie je nejpoužívanější analytickou metodou. Nejnovější chromatografické metody dokážou stanovit plynné, kapalné a pevné látky s molekulovou hmotností od jednotek do 10 6 . Mohou to být izotopy vodíku, kovové ionty, syntetické polymery, proteiny atd. Pomocí chromatografie lze získat rozsáhlé informace o struktuře a vlastnostech organické sloučeniny mnoho tříd.

Chromatografie- Jedná se o fyzikálně-chemickou metodu separace látek, založenou na rozdělení složek mezi dvě fáze - stacionární a mobilní. Stacionární fáze (stacionární) je obvykle pevná látka (často označovaná jako sorbent) nebo kapalný film uložený na pevné látce. Mobilní fáze je kapalina nebo plyn protékající stacionární fází.

Metoda umožňuje separaci vícesložkové směsi, identifikaci složek a stanovení jejího kvantitativního složení.

Chromatografické metody jsou klasifikovány podle následujících kritérií:

a) podle stavu agregace směsi, ve které se dělí na složky - plynová, kapalinová a plyno-kapalinová chromatografie;

b) podle separačního mechanismu - adsorpční, distribuční, iontoměničová, sedimentární, redoxní, adsorpčně-komplexační chromatografie;

c) podle formy chromatografického procesu - kolonový, kapilární, planární (papírový, tenkovrstvý a membránový).

4.3. CHEMICKÉ METODY

Chemické metody detekce a stanovení jsou založeny na chemických reakcích tří typů: acidobazické, redoxní a komplexotvorné. Někdy jsou doprovázeny změnou agregovaného stavu komponent. Nejdůležitější z chemických metod jsou gravimetrické a titrimetrické. Tyto analytické metody se nazývají klasické. Kritéria pro vhodnost chemické reakce jako základu analytické metody jsou ve většině případů úplnost a vysoká rychlost.

gravimetrické metody.

Gravimetrická analýza spočívá v izolaci látky v její čisté formě a jejím zvážení. Nejčastěji se taková izolace provádí srážením. Méně běžně stanovovaná složka se izoluje jako těkavá sloučenina (destilační metody). V některých případech je gravimetrie nejlepším způsobem, jak vyřešit analytický problém. Jedná se o absolutní (referenční) metodu.

Nevýhodou gravimetrických metod je délka stanovení, zejména u sériových analýz. velký počet vzorky, stejně jako neselektivita - precipitační činidla, až na výjimky, jsou jen zřídka specifické. Proto jsou často nutné předběžné separace.

Hmotnost je analytický signál v gravimetrii.

titrační metody.

Titrační metoda kvantitativní chemické analýzy je metoda založená na měření množství činidla B vynaloženého na reakci se stanovovanou složkou A. V praxi je nejvhodnější přidat činidlo ve formě roztoku o přesně známé koncentraci. . V této verzi je titrace proces kontinuálního přidávání kontrolovaného množství roztoku činidla o přesně známé koncentraci (titran) do roztoku složky, která má být stanovena.

V titrimetrii se používají tři titrační metody: dopředná, reverzní a substituční titrace.

přímou titrací- jedná se o titraci roztoku analytu A přímo roztokem titranu B. Používá se, pokud reakce mezi A a B probíhá rychle.

Zpětná titrace spočívá v tom, že se k analytu A přidá přebytek přesně známého množství standardního roztoku B a po ukončení reakce mezi nimi se zbývající množství B titruje roztokem titranu B'. Tato metoda se používá v případech, kdy reakce mezi A a B není dostatečně rychlá, nebo neexistuje vhodný indikátor pro fixaci bodu ekvivalence reakce.

Substituční titrace spočívá v titraci titračním činidlem B nikoli stanoveného množství látky A, ale ekvivalentního množství substituentu A', které je výsledkem předběžné reakce mezi stanovenou látkou A a nějakým činidlem. Tato metoda titrace se obvykle používá v případech, kdy není možné provést přímou titraci.

Kinetické metody.

Kinetické metody jsou založeny na závislosti rychlosti chemické reakce na koncentraci reaktantů a v případě katalytických reakcí na koncentraci katalyzátoru. Analytický signál v kinetických metodách je rychlost procesu nebo jí úměrná veličina.

Reakce, která je základem kinetické metody, se nazývá indikátor. Látka, jejíž změna koncentrace se používá k posouzení rychlosti procesu indikátoru, je indikátorem.

biochemické metody.

Mezi moderní metody chemické analýzy významné místo zaujímají biochemické metody. Biochemické metody zahrnují metody založené na využití procesů zahrnujících biologické složky (enzymy, protilátky atd.). V tomto případě je analytickým signálem nejčastěji buď počáteční rychlost procesu nebo konečná koncentrace jednoho z reakčních produktů, stanovená jakoukoli instrumentální metodou.

Enzymatické metody založené na využití reakcí katalyzovaných enzymy – biologické katalyzátory, vyznačující se vysokou aktivitou a selektivitou působení.

Imunochemické metody analýzy jsou založeny na specifické vazbě stanovené sloučeniny - antigenu odpovídajícími protilátkami. Imunochemická reakce v roztoku mezi protilátkami a antigeny je složitý proces, který probíhá v několika fázích.

4.4. ELEKTROCHEMICKÉ METODY

Elektrochemické metody analýzy a výzkumu jsou založeny na studiu a využití procesů probíhajících na povrchu elektrody nebo v blízkém elektrodovém prostoru. Jako analytický signál může sloužit jakýkoli elektrický parametr (potenciál, proudová síla, odpor atd.), který funkčně souvisí s koncentrací analyzovaného roztoku a lze jej správně změřit.

Existují přímé a nepřímé elektrochemické metody. V přímých metodách se využívá závislosti síly proudu (potenciálu atd.) na koncentraci analytu. U nepřímých metod se měří proudová síla (potenciál apod.) za účelem nalezení koncového bodu titrace analytu vhodným titračním prostředkem, tzn. použijte závislost měřeného parametru na objemu titračního činidla.

Pro jakýkoli druh elektrochemických měření je zapotřebí elektrochemický obvod nebo elektrochemický článek, jehož součástí je analyzovaný roztok.

Existují různé způsoby klasifikace elektrochemických metod, od velmi jednoduchých po velmi složité, které zahrnují zvážení podrobností elektrodových procesů.

4.5. SPEKTROSKOPICKÉ METODY

Spektroskopické metody analýzy zahrnují fyzikální metody založené na interakci elektromagnetického záření s hmotou. Tato interakce vede k různým energetickým přechodům, které jsou experimentálně registrovány ve formě absorpce záření, odrazu a rozptylu elektromagnetického záření.

4.6. HMOTNOSTNÍ SPEKTROMETRICKÉ METODY

Hmotnostní spektrometrická metoda analýzy je založena na ionizaci atomů a molekul emitované látky a následné separaci vzniklých iontů v prostoru nebo čase.

Nejdůležitější aplikací hmotnostní spektrometrie byla identifikace a stanovení struktury organických sloučenin. Molekulární analýza komplexních směsí organických sloučenin by měla být provedena po jejich chromatografické separaci.

4.7. METODY ANALÝZY ZALOŽENÉ NA RADIOAKTIVITĚ

Metody analýzy založené na radioaktivitě vznikly v době rozvoje jaderné fyziky, radiochemie a atomové techniky a dnes se úspěšně používají v různých analýzách, včetně průmyslu a geologických služeb. Tyto metody jsou velmi četné a rozmanité. Lze rozlišit čtyři hlavní skupiny: radioaktivní analýza; metody ředění izotopů a další metody radioaktivních indikátorů; metody založené na absorpci a rozptylu záření; čistě radiometrické metody. Nejrozšířenější radioaktivní metoda. Tato metoda se objevila po objevu umělé radioaktivity a je založena na tvorbě radioaktivních izotopů prvku, které se stanovují ozářením vzorku jadernými nebo g-částicemi a zaznamenáváním umělé radioaktivity získané při aktivaci.

4.8. TEPELNÉ METODY

Tepelné metody analýzy jsou založeny na interakci hmoty s tepelnou energií. Tepelné efekty, které jsou příčinou nebo následkem chemických reakcí, se nejvíce používají v analytické chemii. V menší míře se používají metody založené na uvolňování nebo absorpci tepla v důsledku fyzikálních procesů. Jedná se o procesy spojené s přechodem látky z jedné modifikace na druhou, se změnou stavu agregace a dalšími změnami intermolekulární interakce, ke kterým dochází například při rozpouštění nebo ředění. V tabulce jsou uvedeny nejběžnější metody termické analýzy.

Termální metody se úspěšně používají pro analýzu hutních materiálů, minerálů, silikátů, ale i polymerů, pro fázovou analýzu zemin a pro stanovení vlhkosti ve vzorcích.

4.9. BIOLOGICKÉ METODY ANALÝZY

Biologické metody analýzy jsou založeny na skutečnosti, že pro životně důležitou činnost - růst, reprodukci a obecně normální fungování živých bytostí je nezbytné prostředí přísně definovaného chemického složení. Když se toto složení změní, například když je složka vyloučena z média nebo je zavedena další (určená) sloučenina, tělo po určité době, někdy téměř okamžitě, vydá vhodný signál odezvy. Navázání spojení mezi povahou nebo intenzitou signálu odezvy organismu a množstvím složky vnesené do prostředí nebo z prostředí vyloučené slouží k jeho detekci a stanovení.

Analytickými ukazateli v biologických metodách jsou různé živé organismy, jejich orgány a tkáně, fyziologické funkce atd. Jako indikátorové organismy mohou působit mikroorganismy, bezobratlí, obratlovci, ale i rostliny.

5. ZÁVĚR

Význam analytické chemie je dán potřebou společnosti na analytické výsledky, při stanovování kvalitativního a kvantitativního složení látek, úrovní rozvoje společnosti, společenskou potřebou výsledků analýzy, jakož i úrovní rozvoje samotná analytická chemie.

Citát z učebnice analytické chemie N. A. Menshutkina z roku 1897: „Po předložení celého průběhu hodin analytické chemie ve formě problémů, jejichž řešení je ponecháno na studentovi, musíme zdůraznit, že pro takové řešení problémů , analytická chemie dá přesně definovanou cestu. Tato jistota (systematické řešení problémů analytické chemie) má velký pedagogický význam, zároveň se student učí aplikovat vlastnosti sloučenin při řešení úloh, odvozovat reakční podmínky a kombinovat je. Celá tato řada mentálních procesů se dá vyjádřit takto: analytická chemie učí chemické myšlení. Dosažení posledně jmenovaného se zdá být nejdůležitější pro praktické studium analytické chemie.

SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY

1. K.M. Olšanová, S.K. Piskareva, K.M. Barashkov "Analytická chemie", Moskva, "Chemie", 1980

2. "Analytická chemie. Chemické metody analýzy“, Moskva, „Chemie“, 1993

3. „Základy analytické chemie. Kniha 1, Moskva, " postgraduální škola“, 1999

4. „Základy analytické chemie. Kniha 2, Moskva, Vyšší škola, 1999

Všechny existující metody analytické chemie lze rozdělit na metody odběru vzorků, rozkladu vzorků, separace složek, detekce (identifikace) a stanovení.

Téměř všechny metody jsou založeny na vztahu mezi složením látky a jejími vlastnostmi. Chcete-li zjistit složku nebo její množství, měřte analytický signál.

Analytický signál je průměr z měření fyzikální veličiny v konečné fázi analýzy. Analytický signál funkčně souvisí s obsahem stanovované složky. Může to být síla proudu, EMF systému, optická hustota, intenzita záření atd.

Pokud je potřeba detekovat nějakou složku, obvykle se zaznamená výskyt analytického signálu - výskyt sraženiny, barva, čára ve spektru atd. Výskyt analytického signálu musí být spolehlivě zaznamenán. Při určitém množství složky se měří velikost analytického signálu: hmotnost nánosu, síla proudu, intenzita čar spektra atd. Poté je obsah složky vypočítán pomocí analytického signálu funkční závislosti - obsah: y=f(c), který je stanoven výpočtem nebo zkušeností a může být prezentován ve formě vzorce, tabulky nebo grafu.

V analytické chemii existují chemické, fyzikální a fyzikálně-chemické metody analýzy.

V chemických metodách analýzy se stanovovaný prvek nebo iont převádí na sloučeninu, která má jednu nebo druhou charakteristickou vlastnost, na základě které lze stanovit, že tato konkrétní sloučenina vznikla.

Chemické metody analýza má specifický rozsah. Také rychlost provádění rozborů chemickými metodami ne vždy vyhovuje potřebám výroby, kde je velmi důležité získat rozbory včas, přičemž je ještě možné regulovat technologický proces. Spolu s chemickými metodami se proto stále více rozšiřují fyzikální a fyzikálně-chemické metody analýzy.

Fyzikální metody analýzy jsou založeny na měření něk

parametr systému, který je funkcí složení, jako jsou emisní absorpční spektra, elektrická nebo tepelná vodivost, potenciál elektrody ponořené do roztoku, permitivita, index lomu, nukleární magnetická rezonance atd.

Metody fyzikální analýzy umožňují řešit problémy, které nelze vyřešit metodami chemické analýzy.

Pro analýzu látek se široce používají fyzikálně-chemické metody analýzy založené na chemických reakcích, jejichž průběh je doprovázen změnou fyzikálních vlastností analyzovaného systému, např. jeho barvy, intenzity barvy, průhlednosti, tepelné a elektrická vodivost atd.

Fyzikální a chemické metody analýzy se vyznačují vysokou citlivostí a rychlým provedením, umožňují automatizovat chemicko-analytická stanovení a jsou nepostradatelné při analýze malých množství látek.

Je třeba poznamenat, že není vždy možné stanovit přesnou hranici mezi fyzikálními a fyzikálně-chemickými metodami analýzy. Někdy jsou kombinovány pod běžné jméno„instrumentální“ metody, protože k provádění určitých měření jsou zapotřebí přístroje, které umožňují měřit s velkou přesností hodnoty určitých parametrů, které charakterizují určité vlastnosti látky.

Tyto metody analýzy se používají v přítomnosti vztahu mezi měřenými fyzikálními vlastnosti in-in a jejich kvalitativní a kvantitativní složení. Jelikož se k měření fyzikálních vlastností používají různé přístroje (přístroje), nazýváme tyto metody instrumentální. Klasifikace fyzikálních a fyzikálně-chemických metod analýzy. Na základě zohlednění naměřených fyzikálních a fyzikálně-chemických sv-v-va nebo studovaný systém. Optické metody jsou založeny na měření optického St-in-in. Chromatografická schopnost použití různé in-in k selektivní sorpci. Elektrochemické metody jsou založeny na měření elektrochemických vlastností v systému. Radiometrické založené na měření radioaktivního sv-in in-in. Tepelné na měření tepelných účinků příslušných procesů. Hmotnostní spektrometrie při studiu ionizovaných fragmentů ("fragmentů") in-in. Ultrazvukové, magnetochemické, pyknometrické atd. Výhody instrumentálních metod analýzy: nízký detekční limit 1 -10 -9 µg; nízká limitní koncentrace, do 10 -12 g/ml stanovené in-va; vysoká citlivost, formálně určená hodnotou tečny sklonu příslušné kalibrační křivky, která graficky odráží závislost měřeného fyzikálního parametru, který se obvykle vykresluje podél svislé osy, na množství nebo koncentraci stanovované látky ( osa x). Čím větší je tečna sklonu křivky k ose x, tím je metoda citlivější, což znamená: získat stejnou „odpověď“ - změna fyzikální vlastnosti - menší změna koncentrace nebo množství je vyžadována měřená látka. Mezi výhody patří vysoká selektivita (selektivita) metod, tj. složky tvořící směsi lze stanovit bez separace a izolace těchto složek; krátké trvání analýz, možnost jejich automatizace a elektronizace. Nevýhody: hardwarová složitost a vysoká cena; větší chyba (5 -20 %) než u klasické chemické analýzy (0,1 -0,5 %); horší reprodukovatelnost. Optické metody analýzy jsou založeny na měření optických vlastností ostrůvků (emise, absorpce, rozptyl, odraz, lom, polarizace světla), které se projevují při interakci elektromagnetického záření s ostrůvkem.

Klasifikace podle studovaných objektů: atomová a molekulární spektrální analýza. Podle povahy interakce elektromagnetického záření s in-ohm. V tomto případě se rozlišují následující metody. Atomová absorpční analýza, která je založena na měření absorpce monochromatického záření atomy látky stanovované v plynné fázi po atomizaci látky. Emisní spektrální analýza - měření intenzity světla emitovaného v th (nejčastěji atomy nebo ionty) při jeho energetické excitaci např. v plazmatu s elektrickým výbojem. Plamenová fotometrie - využití plynového plamene jako zdroje energie buzení záření. Nefelometrie - měření rozptylu světla světelnými částicemi rozptýleného systému (prostředí). Turbidimetrická analýza - měření útlumu intenzity záření při jeho průchodu rozptýleným prostředím. Refraktometrická analýza měření indexů lomu světla in-in. Polarimetrická analýza je měření velikosti optické rotace - úhlu natočení roviny polarizace světla opticky aktivními předměty. Podle oblasti použitého elektromagnetického spektra jsou klasifikovány tyto metody: spektroskopie (spektrofotometrie) v UVI oblasti spektra, tj. v nejbližší ultrafialové oblasti spektra - v rozsahu vlnových délek 200 - 400 nm a v viditelná oblast - v rozsahu vlnových délek 400 - 700 nm. Infračervená spektroskopie, která studuje výsek elektromagnetického spektra v rozsahu 0,76 - 1000 μm (1 μm = 10 -6 m), méně často rentgenová a mikrovlnná spektroskopie. Podle povahy energetických přechodů v různých spektrech - elektronické (změna energie elektronových stavů atomů, iontů, radikálů, molekul, krystalů v UVI oblasti); vibrační (při změně energie vibračních stavů 2- a víceatomových iontů, radikálů, molekul, ale i kapalných a pevných fází v IR oblasti); rotační také v IR a mikrovlnné oblasti. Že. Interakce mezi molekulami a elektromagnetickým zářením spočívá v tom, že pohlcováním elektromagnetického záření molekuly přecházejí do excitovaného stavu. V tomto případě hraje důležitou roli energie, tedy vlnová délka absorbovaného záření.

Takže v rentgenovém záření, jehož vlnová délka je 0,05 - 5 nm, dochází k procesu excitace vnitřních elektronů v atomech a molekulách; v ultrafialových paprscích (5 - 400 nm) dochází k procesu excitace vnějších elektronů v atomech a molekulách; viditelné světlo (400 - 700 nm) excitace vnějších elektronů v konjug p-elektronické systémy; infračervené záření (700 nm - 500 mikronů) je proces excitace vibrací molekul; mikrovlny (500 mikronů - 30 cm) proces excitace rotace molekul; rádiové vlny (více než 30 cm) proces excitace spinových přechodů v atomových jádrech (nukleární magnetická rezonance). Absorpce záření umožňuje jeho měření a záznam ve spektrometrii. V tomto případě je dopadající záření rozděleno na referenční a měřeno se stejnou intenzitou. Měřené záření prochází vzorkem; když dojde k absorpci, změní se intenzita. Při pohlcování energie elektromagnetického záření zvyšují částice v ostrůvcích (atomy, molekuly, ionty) svou energii, tj. přecházejí do vyššího energetického stavu. Elektronické, vibrační, rotační energetické stavy částic na ostrovech se mohou měnit pouze diskrétně, o přesně definované množství. Pro každou částici existuje individuální sada energetických stavů - energetické hladiny (pojmy), například elektronické energetické hladiny. Elektronické energetické hladiny molekul a víceatomových iontů mají jemnou strukturu - vibrační podúrovně; proto také vibrační přechody probíhají současně s čistě elektronickými přechody.

Každý elektronický (elektronicko-vibrační) přechod z nižší energetické hladiny do výše ležící elektronické hladiny odpovídá pásmu v elektronickém absorpčním spektru. Vzhledem k tomu, že rozdíl mezi elektronovými hladinami pro každou částici (atom, ion, molekula) je přísně definován, je také přísně definována poloha pásu v elektronickém absorpčním spektru odpovídající jednomu nebo druhému elektronickému přechodu, tj. vlnová délka (frekvence, číslo) absorpční pásmo max. Rozdíly v intenzitě jsou měřeny detektorem a zaznamenávány na záznamníku ve formě signálu (vrchol), strana 318, chemie, žákovská a žákovská referenční kniha, schéma spektrometru. Ultrafialová spektroskopie a absorpční spektroskopie ve viditelné oblasti. Absorpce elektromagnetického záření z ultrafialové a viditelné části spektra; excituje přechody elektronů v molekulách z obsazené do neobsazené energetické hladiny. Čím větší je rozdíl energie mezi energetickými hladinami, tím větší je energie, tzn. kratší vlnová délka, musí mít záření. Část molekuly, která z velké části určuje absorpci světla, se nazývá chromofor (doslova nosiče barev) - jsou to atomové skupiny, které ovlivňují absorpci světla molekulou, zejména konjugované a aromatické systémy p-elektronů.

Strukturní prvky chromoforů se podílejí především na absorpci kvanta světelné energie, což vede k výskytu pásů v relativně úzké oblasti absorpčního spektra sloučenin. Oblast od 200 do 700 nm má praktický význam pro stanovení struktury organických molekul. Kvantitativní měření: spolu s polohou absorpčního maxima je pro analýzu důležitá i hodnota extinkce (útlumu) záření, tedy intenzita jeho absorpce. V souladu se zákonem Lambert - Beer E \u003d lgI 0 / I \u003d ecd, E - extinkce, I 0 - intenzita dopadajícího světla, I - intenzita procházejícího světla, e - koeficient molární extinkce, cm 2 / mol, c - koncentrace, mol / l, d - tloušťka vrstvy vzorku, cm Extinkce závisí na koncentraci absorbující látky. Metody absorpční analýzy: kolorimetrie, fotoelektrokolorimetrie, spektrometrie. Kolorimetrie je nejjednodušší a nejstarší metoda analýzy, založená na vizuálním srovnání barvy kapalin (stanovení pH půdy na Alyamovského zařízení) - nejjednodušší metoda srovnání s řadou referenčních p-s. Široce se používají 3 metody kolorimetrie: metoda standardní série (metoda stupnice), metoda vyrovnání barev a metoda ředění. Používají se skleněné kolorimetrické zkumavky, skleněné byrety, kolorimetry, fotometry. Škálovou metodou je stanovení pH na Alyamovského přístroji, tj. sérii zkumavek s různými koncentracemi v ostrůvcích a odlišnými z hlediska změny intenzity barvy roztoku nebo referenčních roztoků. Fotokolorimetrie - metoda je založena na měření intenzity nemonochromatického světelného toku, který prošel analyzovaným roztokem pomocí fotočlánků.

Světelný tok ze zdroje záření (žárovky) prochází světelným filtrem, který propouští záření pouze v určitém rozsahu vlnových délek, kyvetou s analyzovaným p-ohmem a vstupuje do fotobuňky, která přeměňuje světelnou energii na fotoproud zaznamenaný příslušným zařízením. . Čím větší je absorpce světla analyzovaného roztoku (tj. čím vyšší je jeho optická hustota), tím nižší je energie světelného toku dopadajícího na fotočlánek. FEC jsou dodávány s n-mi filtry, které mají maximální propustnost světla při různých vlnových délkách. V přítomnosti 2 fotočlánků se měří 2 světelné toky, jeden skrz analyzovaný roztok, druhý přes srovnávací řešení. Koncentrace studované látky se zjistí podle kalibrační křivky.

Elektrochemické metody analýzy jsou založeny na elektrodových reakcích a na přenosu elektřiny roztoky. V kvantitativní analýze se využívá závislosti hodnot naměřených parametrů elektrochemických procesů (rozdíl elektrických potenciálů, proudu, množství elektřiny) na obsahu stanovované látky v roztoku zapojené do tohoto elektrochemického procesu. Elektrochemické procesy jsou takové procesy, které jsou doprovázeny současným výskytem chemických reakcí a změnou elektrických vlastností systému, který lze v takových případech nazvat elektrochemickým systémem. Základní principy potenciometrie

Jak vyplývá z názvu metody, měří se v ní potenciál. Pro objasnění, jaký druh potenciálu a proč vzniká, uvažujme systém skládající se z kovové desky a roztoku obsahujícího ionty stejného kovu (elektrolytu), který je s ní v kontaktu (obr. 1). Takový systém se nazývá elektroda. Každý systém směřuje ke stavu, který odpovídá jeho minimu vnitřní energie. Proto v prvním okamžiku po ponoření kovu do roztoku začnou na fázové hranici probíhat procesy vedoucí ke snížení vnitřní energie systému. Předpokládejme, že ionizovaný stav atomu kovu je energeticky „příznivější“ než neutrální stav (možný je i opak). Poté, v prvním okamžiku, atomy kovu přejdou z povrchové vrstvy desky do roztoku a zanechají v něm své valenční elektrony. V tomto případě povrch desky získává záporný náboj a tento náboj se zvyšuje s nárůstem počtu atomů kovu, které prošly do roztoku ve formě iontů. Elektrostatické přitažlivé síly odlišných nábojů (záporně nabité elektrony v desce a kladné kovové ionty v roztoku) nedovolí těmto nábojům vzdálit se od fázové hranice a také způsobí opačný proces přechodu kovových iontů z roztoku do roztoku. kovovou fázi a tam je obnovit. Když se rychlosti dopředných a zpětných procesů stanou stejnými, nastane rovnováha. Rovnovážný stav systému je charakterizován oddělením nábojů na fázovém rozhraní, tj. dochází k „skoku“ potenciálu. Nutno podotknout, že popsaný mechanismus výskytu elektrodového potenciálu není jediný, v reálných systémech dochází i k mnoha dalším procesům vedoucím ke vzniku „přeskoku“ potenciálů na rozhraní. Kromě toho může na fázovém rozhraní nastat potenciální „skok“ nejen při kontaktu elektrolytu s kovem, ale také při kontaktu elektrolytu s jinými materiály, jako jsou polovodiče, iontoměničové pryskyřice, skla atd.

V tomto případě se ionty, jejichž koncentrace ovlivňuje potenciál elektrody, nazývají potenciál-určující. Elektrodový potenciál závisí na povaze materiálu v kontaktu s elektrolytem, ​​koncentraci potenciál určujících iontů v roztoku a teplotě. Tento potenciál se měří vzhledem k jiné elektrodě, jejíž potenciál je konstantní. Po stanovení tohoto vztahu je tedy možné jej použít v analytické praxi ke stanovení koncentrace iontů v roztoku. V tomto případě se elektroda, jejíž potenciál se měří, nazývá měřicí a elektroda, vzhledem k níž se měření provádí, se nazývá pomocná nebo referenční elektroda. Stálosti potenciálu referenčních elektrod je dosaženo stálostí koncentrace potenciál určujících iontů v jejím elektrolytu (elektrolyt č. 1). Složení elektrolytu #2 se může lišit. Aby se zabránilo smíchání dvou různých elektrolytů, jsou odděleny iontově propustnou membránou. Potenciál měřicí elektrody se rovná naměřenému emf redukovaného elektrochemického systému. Pomocí roztoků známého složení jako elektrolyt č. 2 je možné stanovit závislost potenciálu měřicí elektrody na koncentraci potenciál určujících iontů. Tato závislost může být později použita při analýze roztoku neznámé koncentrace.

Pro standardizaci potenciálové stupnice byla jako referenční elektroda přijata standardní vodíková elektroda, jejíž potenciál byl považován za nulový při jakékoli teplotě. Při konvenčních měřeních se však vodíková elektroda používá jen zřídka kvůli její objemnosti. V každodenní praxi se používají jiné jednodušší referenční elektrody, jejichž potenciál se zjišťuje vzhledem k vodíkové elektrodě. Proto, pokud je to nutné, může být výsledek měření potenciálu provedeného s ohledem na takové elektrody přepočítán s ohledem na vodíkovou elektrodu. Nejpoužívanější jsou chloridové a kalomelové referenční elektrody. Potenciální rozdíl mezi měřicí elektrodou a referenční elektrodou je mírou koncentrace iontů, které mají být určeny.

Funkci elektrody lze popsat pomocí lineární rovnice Nernst:

E \u003d E 0 + 2,3 RT / nF * lg a,

kde E je rozdíl potenciálů mezi měřicí elektrodou a referenční elektrodou, mV; E 0 - konstantní, závisí především na vlastnostech referenční elektrody (standardní elektrodový potenciál), mV; R - plynová konstanta, J * mol -1 * K -1. ; n je náboj iontu s přihlédnutím k jeho znaménku; F - Faradayovo číslo, C/mol; T - absolutní teplota 0 K; termín 2,3 RT/nF zahrnutý v Nernstově rovnici při 25 °C je 59,16 mV pro jednotlivě nabité ionty. Metoda bez vložení vnějšího (cizího) potenciálu je klasifikována jako metoda založená na zohlednění charakteru zdroje elektrické energie v systému. Při této metodě je zdroj el.en. elektrochemický systém sám slouží, což je galvanický článek(galvanický obvod) - potenciometrické metody. EMF a elektrodové potenciály v takovém systému závisí na sodě stanovované látky v roztoku. Elektrochemický článek obsahuje 2 elektrody - indikační a referenční elektrodu. Hodnota EMF generovaného v článku se rovná potenciálnímu rozdílu těchto 2 elektrod.

Potenciál referenční elektrody za podmínek potenciometrického stanovení zůstává konstantní, pak EMF závisí pouze na potenciálu indikační elektrody, tedy na aktivitách (koncentracích) určitých iontů v roztoku. To je základ pro potenciometrické stanovení koncentrace dané látky v análním roztoku. Používá se jak přímá potenciometrie, tak potenciometrická titrace. Při stanovení pH roztoků jako indikačních elektrod, jejichž potenciál závisí na koncentraci vodíkových iontů, se používá: sklo, vodík, chinhydron (redoxní elektroda ve formě platinového drátu ponořená v roztoku HC1, nasycená chinhydronem - an ekvimolekulární sloučenina chinon s hydrochinonem) a některé další.Membránové nebo iontově selektivní elektrody mají reálný potenciál, v závislosti na aktivitě těch iontů v roztoku, které jsou sorbovány membránou elektrody (pevné nebo kapalné), metoda se nazývá ionometrie .

Spektrofotometry jsou zařízení, která umožňují měření absorpce světla vzorků ve světelných svazcích, které mají úzké spektrální složení (monochromatické světlo). Spektrofotometry umožňují rozklad bílé světlo do spojitého spektra, vyberte z tohoto spektra úzký rozsah vlnových délek (šířka zvoleného spektrálního pásma 1 - 20 nm), protáhněte izolovaný světelný paprsek analyzovaným roztokem a změřte intenzitu tohoto paprsku s vysokou přesností. Absorpce světla barevným roztokem v roztoku se měří porovnáním s absorpcí nulové řešení. Spektrofotometr kombinuje dvě zařízení: monochromátor pro získávání monochromatického světelného toku a fotoelektrický fotometr pro měření intenzity světla. Monochromátor se skládá ze světelného zdroje, rozptylovacího zařízení (rozkládající bílé světlo na spektrum) a zařízení pro regulaci velikosti intervalu vlnových délek světelného paprsku dopadajícího na roztok.

Z různých fyzikálně-chemických a fyzikálních metod analýzy mají největší význam 2 skupiny metod: 1 - metody založené na studiu spektrálních charakteristik ostrova; 2 - metody založené na studiu fyzikálně-chemických parametrů. Spektrální metody jsou založeny na jevech, ke kterým dochází, když látka interaguje různé typy energie (elektromagnetické záření, tepelná energie, elektrická energie atd.). Mezi hlavní typy interakce in-va se zářivou energií patří absorpce a emise (emise) záření. Povaha jevů v důsledku absorpce nebo emise je v zásadě stejná. Při interakci záření s hmotou přecházejí její částice (atomy molekuly) do excitovaného stavu. Po nějaké době (10 -8 s) se částice vrátí do základního stavu a vyzařují přebytečnou energii ve formě elektromagnetického záření. Tyto procesy jsou spojeny s elektronickými přechody v atomu nebo molekule.

Elektromagnetické záření lze charakterizovat vlnovou délkou nebo frekvencí n, které jsou vzájemně propojeny poměrem n=s/l, kde c je rychlost světla ve vakuu (2,29810 8 m/s). Součet všech vlnových délek (frekvencí) elektromagnetického záření tvoří elektromagnetické spektrum z r-paprsků (krátkovlnná oblast, fotony mají vysoká energie) do viditelné oblasti spektra (400 - 700 nm) a rádiových vln (dlouhovlnná oblast, nízkoenergetické fotony).

V praxi se jedná o záření charakterizované určitým intervalem vlnových délek (frekvencí), tedy s určitým úsekem spektra (nebo, jak se říká, s pásmem záření). Často se pro analytické účely používá také monochromatické světlo (světelný tok, ve kterém mají elektromagnetické vlny jednu vlnovou délku). Selektivní absorpce atomy a molekulami záření o určitých vlnových délkách vede k tomu, že každý in-in se vyznačuje individuálními spektrálními charakteristikami.

Pro analytické účely se využívá jak absorpce záření atomy a molekulami (respektive atomová absorpční spektroskopie), tak emise záření atomy a molekulami (emisní spektroskopie a luminiscence).

Spektrofotometrie je založena na selektivní absorpci elektromagnetického záření in-vom. Měřením absorpčního in-ionu záření různých vlnových délek lze získat absorpční spektrum, tj. závislost absorpce na vlnové délce dopadajícího světla. Absorpční spektrum je kvalitativní charakteristikou ostrova. Kvantitativní charakteristika je množství absorbované energie nebo optická hustota roztoku, která závisí na koncentraci absorbující látky podle Bouguer-Lambert-Beerova zákona: D \u003d eIs, kde D je optická hustota, i je tloušťka vrstvy; с - koncentrace, mol/l; e je molární absorpční koeficient (e = D při I=1 cm a c=1 mol/l). Hodnota e slouží jako charakteristika citlivosti: čím větší je hodnota e, tím menší množství v-va lze určit. Mnoho látek (zejména organických) intenzivně absorbuje záření v UV a viditelné oblasti, což umožňuje jejich přímé stanovení. Většina iontů naopak slabě absorbuje záření ve viditelné oblasti spektra (е? 10…1000), takže se obvykle přenesou na jiné, intenzivněji absorbující sloučeniny, a pak se provedou měření. K měření absorpce (optické hustoty) se používají dva typy spektrálních přístrojů: fotoelektrokolorimetry (s hrubou monochromatizací) a spektrofotometry (s jemnější monochromatizací). Nejběžnější je fotometrická metoda analýzy, kvantitativní stanovení, která jsou založena na Bouguer-Lambert-Beerově zákoně. Hlavní metody fotometrických měření jsou: metoda molárního koeficientu absorpce světla, metoda kalibrační křivky, standardní metoda (srovnávací metoda), aditivní metoda. Při metodě molárního koeficientu absorpce světla se měří optická hustota D zkoumaného roztoku a pomocí známé hodnoty koeficientu absorpce molárního světla e se vypočítá koncentrace absorbující látky v roztoku: c \u003d D / (e I). Při metodě kalibrační křivky se připraví řada standardních roztoků se známou hodnotou koncentrace ze stanovované složky a stanoví se jejich hodnota optické hustoty D.

Podle získaných dat se sestaví kalibrační graf - závislost optické hustoty roztoku na koncentraci in-va: D = f (c). Podle Bucher-Lambert-Beerova zákona je graf přímka. Poté se změří optická hustota D zkušebního roztoku a z kalibrační křivky se stanoví koncentrace analytu. Metoda srovnání (standardy) je založena na porovnání optické hustoty standardu a zkušebních roztoků:

D st \u003d e * I * s st a D x \u003d e * I * s x,

odkud D x / D st \u003d e * I * s x / e * I * s st a c x \u003d s st * D x / D st. Při adiční metodě se hodnoty optické hustoty zkušebního roztoku porovnávají se stejným roztokem s přídavkem (s a) známého množství stanovované složky. Na základě výsledků stanovení se vypočítá koncentrace látky ve zkušebním roztoku: D x \u003d e * I * c x a D x + a \u003d e * I * (c x + c a), odkud D x / D x + a \u003d e * I * c x / e * I * (c x + c a) a c x \u003d c a * D x / D x + a - D x. .

Atomová absorpční spektroskopie je založena na selektivní absorpci záření atomy. Pro převedení látky do atomového stavu se roztok vzorku vstřikuje do plamene nebo se zahřívá ve speciální kyvetě. V důsledku toho se rozpouštědlo odpaří nebo vyhoří a pevná látka se rozpráší. Většina atomů zůstává v neexcitovaném stavu a pouze malá část je excitována s následnou emisí záření. Soubor čar odpovídajících vlnovým délkám absorbovaného záření, tedy spektru, je kvalitativní charakteristikou a intenzita těchto čar je kvantitativní charakteristikou ostrova.

Atomová emisní spektroskopie je založena na měření intenzity světla emitovaného excitovanými atomy. Zdrojem excitace může být plamen, jiskrový výboj, elektrický oblouk atd. Pro získání emisních spekter se do zdroje buzení zavede vzorek ve formě prášku nebo roztoku, kde látka přejde do plynného skupenství nebo se částečně rozpadne. na atomy a jednoduché (složením) molekuly. Kvalitativní charakteristikou látky je její spektrum (tj. soubor čar v emisním spektru) a kvantitativní charakteristikou je intenzita těchto čar.

Luminiscence je založena na emisi záření excitovanými molekulami (atomy, ionty) při jejich přechodu do základního stavu. Zdrojem excitace může být v tomto případě ultrafialové a viditelné záření, katodové paprsky, energie chemické reakce atd. Energie záření (luminiscence) je vždy menší než absorbovaná energie, protože část absorbované energie se přemění na teplo ještě před začátkem emise. Luminiscenční emise má proto vždy kratší vlnovou délku, než je vlnová délka světla absorbovaného při excitaci. Luminiscenci lze použít jak pro detekci látek (podle vlnové délky), tak pro jejich kvantifikaci (podle intenzity záření). Elektrochemické metody analýzy jsou založeny na interakci hmoty s elektrickým proudem. Procesy probíhající v tomto případě jsou lokalizovány buď na elektrodách nebo v blízkém elektrodovém prostoru. Většina metod je prvního z těchto typů. Potenciometrie. Elektrodový proces je heterogenní reakce, při které se nabitá částice (ion, elektron) přenáší přes fázové rozhraní. V důsledku takového přenosu vzniká na povrchu elektrody potenciálový rozdíl, v důsledku tvorby dvojité elektrické vrstvy. Jako každý proces se elektrodová reakce nakonec dostane do rovnováhy a na elektrodě se ustaví rovnovážný potenciál.

Měření hodnot rovnovážných elektrodových potenciálů je úkolem potenciometrické metody analýzy. Měření se provádějí v elektrochemickém článku sestávajícím ze 2 poločlánků. Jeden z nich obsahuje indikační elektrodu (jejíž potenciál závisí na koncentraci iontů, které mají být v roztoku stanoveny podle Nernstovy rovnice), a druhý referenční elektrodu (jejíž potenciál je konstantní a nezávisí na na složení roztoku). Metoda může být implementována jako přímá potenciometrie nebo jako potenciometrická titrace. V prvním případě se změří potenciál indikační elektrody v analyzovaném roztoku vzhledem k referenční elektrodě a pomocí Nernstovy rovnice se vypočítá koncentrace iontu, který má být stanoven. Ve variantě potenciometrické titrace se stanovovaný iont titruje vhodným činidlem za současného sledování změny potenciálu indikační elektrody. Na základě získaných dat se sestaví titrační křivka (závislost potenciálu indikační elektrody na objemu přidaného titračního činidla). Na křivce v blízkosti bodu ekvivalence dochází k prudké změně hodnoty potenciálu (potenciální skok) indikátorové elektrody, což umožňuje vypočítat obsah stanovovaného iontu v roztoku. Elektrodové procesy jsou velmi rozmanité. Obecně je lze rozdělit do 2 velkých skupin: procesy, ke kterým dochází při přenosu elektronů (tj. skutečné elektrochemické procesy), a procesy spojené s přenosem iontů (v tomto případě je elektroda inherentní iontová vodivost). V druhém případě hovoříme o tzv. iontově selektivních membránových elektrodách, které jsou v současnosti hojně využívány. Potenciál takové elektrody v roztoku obsahujícím ionty, který má být stanoven, závisí na jejich koncentraci podle Nernstovy rovnice. Skleněná elektroda používaná v pH-metrii také patří ke stejnému typu elektrod. Možnost vytvoření velkého množství membránových elektrod s vysokou selektivitou k určitým iontům vyčlenila tuto oblast potenciometrické analýzy do samostatné větve - ionometrie.

Polarografie. Při průchodu proudu v elektrochemickém článku je pozorována odchylka hodnot potenciálů elektrod od jejich rovnovážných hodnot. Z řady důvodů dochází k tzv. polarizaci elektrody. Základem této metody analýzy je fenomén polarizace, ke kterému dochází při elektrolýze na elektrodě s malým povrchem. Při této metodě se na elektrody ponořené do zkušebního roztoku aplikuje rostoucí potenciálový rozdíl. Při malém rozdílu potenciálu roztokem prakticky neprotéká žádný proud (tzv. reziduální proud). S nárůstem rozdílu potenciálů na hodnotu dostatečnou pro rozklad elektrolytu proud prudce roste. Tento potenciálový rozdíl se nazývá expanzní potenciál. Měřením závislosti síly proudu procházejícího roztokem na velikosti přiloženého napětí lze sestrojit t. zv. křivka proud-napětí, která umožňuje s dostatečnou přesností určit kvalitativní i kvantitativní složení roztoku. Přitom kvalitativní charakteristikou látky je velikost rozdílu potenciálů dostačujících k jejímu elektrochemickému rozkladu (půlvlnný potenciál E S) a kvantitativní charakteristikou velikost nárůstu proudové síly v důsledku jejího elektrochemického rozkladu v roztokem (vlnová délka H, ​​resp. rozdíl hodnot limitního difúzního proudu a reziduálního proudu). Pro kvantifikaci koncentrace látky v roztoku se používají tyto metody: metoda kalibrační křivky, standardní metoda, aditivní metoda. Konduktometrická metoda analýzy je založena na závislosti elektrické vodivosti roztoku na koncentraci elektrolytu. Používá se zpravidla ve variantě konduktometrické titrace, jejíž bod ekvivalence je určen inflexí titrační křivky (závislost elektrické vodivosti na množství přidaného titračního činidla). Amperometrická titrace je druh potenciometrické titrace, pouze indikační elektroda je polarografický přístroj, tzn. aplikovaná mikroelektroda se superponovaným napětím.

FYZIKÁLNÍ METODY ANALÝZY, založené na měření účinku způsobeného interakcí. s in-tion záření - proud kvant nebo částic. Záření hraje zhruba stejnou roli, jakou hraje činidlo v chemických metodách analýzy. měřené fyzické. efekt je signál. V důsledku toho několik nebo mnoho měření velikosti signálu a jejich statistic-stich. zpracování přijímat analyt. signál. Souvisí s koncentrací nebo hmotností stanovovaných složek.

Podle povahy použitého záření lze fyzikální metody analýzy rozdělit do tří skupin: 1) metody využívající primární záření absorbované vzorkem; 2) použití primárního záření rozptýleného vzorkem; 3) pomocí sekundárního záření emitovaného vzorkem. Do třetí skupiny patří například hmotnostní spektrometrie – primárním zářením je zde tok elektronů, světelných kvant, primárních iontů či jiných částic a sekundárním zářením jsou rozložené ionty. mše a poplatky.

Z praktického hlediska aplikace častěji využívají jiné klasifikace fyzikálních metod analýzy: 1) spektroskopické. analytické metody - atomová emise, atomová absorpce, atomová fluorescenční spektrometrie atd. (viz např. Atomová absorpční analýza, Atomová fluorescenční analýza, Infračervená spektroskopie, Ultrafialová spektroskopie), Rentgenová spektroskopie včetně RTG fluorescenční metody a X- paprsková spektrální mikroanalýza, hmotnostní spektrometrie, elektronová paramagnetická rezonance a nukleární magnetická rezonance, elektronová spektrometrie; 2) nukleární-ne-fyz. a radiochem. metody - radioaktivní analýza (viz. Aktivační analýza), jaderná gama-rezonance, případně Mössbauerova spektroskopie, metoda ředění izotopů“, 3) další metody, např. RTG difraktometrie (viz. Difrakční metody) atd.

Výhody fyzické metody: snadná příprava vzorků (ve většině případů) a kvalitativní analýza vzorků, větší univerzálnost ve srovnání s chemickými. a fiz.-chem. metod (včetně možnosti analýzy vícesložkových směsí), široká dynamika. rozsah (tj. schopnost stanovit hlavní, příměsové a stopové složky), často nízké detekční limity jak v koncentraci (do 10 -8 % bez použití koncentrace), tak ve hmotnosti (10 -10 -10 -20 g) , což vám umožňuje utratit extrémně malé množství vzorků a někdy provádět nedestruktivní analýzu. Mnoho fyzikálních metod analýzy umožňuje provádět z prostorů jak hrubou, tak lokální analýzu a analýzu po vrstvách. rozlišení až na monatomickou úroveň. Fyzikální metody analýzy jsou vhodné pro automatizaci.

Využití výdobytků fyziky v analýze. chemie vede k vytvoření nových metod analýzy. Ano, v kon. 80. léta objevila se hmotnostní spektrometrie s indukčně vázaným plazmatem, jaderná mikrosonda (metoda založená na registraci rentgenové záření excitovaný bombardováním zkoumaného vzorku svazkem urychlených iontů, obvykle protonů). Oblasti použití fyzikálních metod pro analýzu přírodních objektů a technologií se rozšiřují. materiálů. Nový impuls k jejich rozvoji dá přechod od vývoje teoretického. základy jednotlivých metod vytvářet obecná teorie fyzikální metody analýzy. Účelem takových studií je identifikovat fyzické. faktory, které poskytují všechna spojení v procesu analýzy. Nalezení přesného vztahu analytu. signál s obsahem stanovované složky otevírá cestu k vytvoření "absolutních" metod analýzy, které nevyžadují srovnávací vzorky. Vytvoření obecné teorie usnadní porovnání fyzikálních metod analýzy mezi sebou, správnou volbu metody pro řešení konkrétních analytů. úlohy, optimalizace podmínek analýzy.

Lit.: Danzer K., Tan E., Molkh D., Analytics. Systematický přehled, přel. z němčiny, M., 1981; Ewing G., Instrumentální metody chemické analýzy, přel. z angličtiny, M., 1989; Ramendik G.I., Shishov V.V., "Journal of Analytical Chemistry", 1990, vol. 45, č. 2, str. 237-48; Zolotov Yu.A., Analytická chemie: problémy a úspěchy, M., 1992. G.I. Ramendik.

Možná vás to bude zajímat