1. Proovide võtmine:

Laboriproov koosneb 10-50 g materjalist, mis võetakse nii, et selle keskmine koostis vastaks kogu analüüdi partii keskmisele koostisele.

2. Proovi lagunemine ja selle ülekandmine lahusesse;

3. Pidamine keemiline reaktsioon:

X on määratav komponent;

P on reaktsiooniprodukt;

R on reaktiiv.

4. Reaktsioonisaaduse, reaktiivi või analüüdi mis tahes füüsikalise parameetri mõõtmine.

Keemiliste analüüsimeetodite klassifikatsioon

I Reaktsioonikomponentide järgi

1. Mõõtke moodustunud reaktsiooniprodukti P kogus (gravimeetriline meetod). Luua tingimused, mille korral analüüt muundatakse täielikult reaktsioonisaaduseks; lisaks on vajalik, et reaktiiv R ei tekitaks võõrainetega väiksemaid reaktsiooniprodukte, füüsikalised omadused mis oleks sarnased toote füüsikaliste omadustega.

2. Lähtudes reaktsioonis analüüdiga X kulunud reaktiivi koguse mõõtmisest:

– X ja R vaheline toime peab olema stöhhiomeetriline;

- reaktsioon peab kulgema kiiresti;

– reaktiiv ei tohi reageerida võõrkehadega;

– on vaja moodust samaväärsuse punkti määramiseks, s.t. tiitrimise hetk, kui reaktiivi lisatakse samaväärses koguses (indikaator, värvimuutus, o-in võimsus, elektrijuhtivus).

3. Registreerib muutused, mis toimuvad analüüdi X endaga interaktsiooni protsessis reagendiga R (gaasianalüüs).

II Keemiliste reaktsioonide tüübid

1. Happe-alus.

2. Haridus komplekssed ühendid.

Happe-aluse reaktsioonid: kasutatakse peamiselt tugevate ja nõrkade hapete ja aluste ning nende soolade otseseks kvantitatiivseks määramiseks.

Keeruliste ühendite moodustumise reaktsioonid: määratud ained muudetakse reagentide toimel kompleksioonideks ja ühenditeks.

Järgmised eraldamis- ja määramismeetodid põhinevad komplekssete moodustumise reaktsioonidel:

1) Eraldamine sademete abil;

2) Ekstraheerimismeetod (vees lahustumatud kompleksühendid lahustuvad sageli hästi orgaanilistes lahustites - benseen, kloroform - kompleksühendite veefaasidest dispergeeritud faasidesse viimise protsessi nimetatakse ekstraheerimiseks);

3) Fotomeetriline (Co lämmastiksoolaga) - mõõta kompleksühendite lahuste optimaalset tihedust;

4) Titrimeetrilise analüüsi meetod

5) Gravimeetriline analüüsimeetod.

1) tsementeerimismeetod - metalli Me ioonide redutseerimine lahuses;

2) elektrolüüs elavhõbekatoodiga - lahuse elektrolüüsil elavhõbekatoodiga redutseeritakse paljude elementide ioonid elektrivoolu toimel Me-ks, mis lahustuvad elavhõbedas, moodustades amalgaami. Teise Mina ioonid jäävad lahusesse;

3) tuvastamise meetod;

4) titrimeetrilised meetodid;

5) elektrogravimeetriline - katselahusest lastakse läbi el. teatud pingega vool, samal ajal kui Me ioonid taastatakse Me olekusse, vabanenud kaalutakse;

6) kulomeetriline meetod - aine kogus määratakse elektrihulgaga, mis tuleb kulutada analüüsitava aine elektrokeemiliseks muundamiseks. Analüüsireaktiivid leitakse vastavalt Faraday seadusele:

M on määratava elemendi kogus;

F on Faraday arv (98500 C);

A - aatommass element;

n on antud elemendi elektrokeemilises muundamises osalevate elektronide arv;

Q on elektrienergia hulk (Q = I ∙ τ).

7) katalüütiline analüüsimeetod;

8) polarograafiline;

III Eraldusmeetodite klassifikatsioon, mis põhineb erinevat tüüpi faasiteisenduste kasutamisel:

Tuntud on järgmised faasidevahelised tasakaalutüübid:

Tasakaalu L-G või T-G kasutatakse analüüsis, kui ained eralduvad gaasifaasi (CO 2, H 2 O jne).

Tasakaalu W 1 - W 2 täheldatakse ekstraheerimismeetodil ja elektrolüüsil elavhõbekatoodiga.

Zh-T on tüüpiline tahke faasi pinnal toimuvate sadestumise ja sadestumise protsesside jaoks.

Analüüsimeetodid hõlmavad järgmist:

1. gravimeetriline;

2. titrimeetriline;

3 optiline;

4. elektrokeemiline;

5. katalüütiline.

Eraldamise meetodid hõlmavad järgmist:

1. sademed;

2. kaevandamine;

3. kromatograafia;

4. ioonivahetus.

Kontsentratsioonimeetodid hõlmavad järgmist:

1. sademed;

2. kaevandamine;

3. vuukimine;

4. koorimine.

Füüsikalised analüüsimeetodid

Iseloomulik on see, et nad mõõdavad otseselt süsteemi kõiki füüsikalisi parameetreid, mis on seotud määratava elemendi kogusega ilma eelneva keemilise reaktsioonita.

Füüsikalised meetodid hõlmavad kolme peamist meetodite rühma:

I Meetodid, mis põhinevad kiirguse vastasmõjul ainega või aine kiirguse mõõtmisel.

II El parameetrite mõõtmisel põhinevad meetodid. või aine magnetilised omadused.

IIIMeetodid, mis põhinevad tiheduse või muude ainete mehaaniliste või molekulaarsete omaduste parameetrite mõõtmisel.

Meetodid, mis põhinevad aatomite välisvalentselektronide energia üleminekul: hõlmavad aatomiemissiooni ja aatomabsorptsiooni analüüsimeetodeid.

Aatomiheite analüüs:

1) Leegifotomeetria – analüüsitud lahus pihustatakse gaasipõleti leeki. Kõrge temperatuuri mõjul lähevad aatomid ergastatud olekusse. Välimised valentselektronid liiguvad kõrgemale energiatasemele. Elektronide pöördüleminekuga põhienergiatasemele kaasneb kiirgus, mille lainepikkus sõltub sellest, millise elemendi aatomid leegis olid. Kiirguse intensiivsus teatud tingimustel on võrdeline elemendi aatomite arvuga leegis ja kiirguse lainepikkus iseloomustab proovi kvalitatiivset koostist.

2) Emissioonianalüüsi meetod - spektraalne. Proov viiakse kaare või kondenseerunud sädeme leeki, kõrgel temperatuuril lähevad aatomid ergastatud olekusse, samal ajal kui elektronid ei lähe mitte ainult põhilisele lähimatele, vaid ka kaugematele energiatasemetele.

Kiirgus on erinevate lainepikkustega valgusvibratsioonide kompleksne segu. Emissioonispekter jaotatakse eriilme põhiosadeks. instrumendid, spektromeetrid ja fotograafia. Spektri üksikute joonte intensiivsuse positsiooni võrdlemine vastava standardi joontega võimaldab teil määrata proovi kvalitatiivse ja kvantitatiivse analüüsi.

Aatomiabsorptsiooni analüüsimeetodid:

Meetod põhineb teatud lainepikkusega valguse neeldumise mõõtmisel määratava elemendi ergastamata aatomite poolt. Spetsiaalne kiirgusallikas tekitab resonantskiirgust, s.o. kiirgus, mis vastab elektroni üleminekule madalaima energiaga orbitaalile, sellele lähimalt orbitaalilt rohkem kõrge tase energiat. Valguse intensiivsuse vähenemine leegi läbimisel, mis on tingitud määratava elemendi aatomite elektronide ülekandmisest ergastatud olekusse, on võrdeline selles olevate ergastamata aatomite arvuga. Aatomabsorptsioonis kasutatakse põlevaid segusid temperatuuriga kuni 3100 ° C, mis suurendab määratavate elementide arvu võrreldes leegifotomeetriaga.

Röntgenikiirguse fluorestsents ja röntgenikiirgus

Röntgenikiirgus fluorestsents: proov puutub kokku röntgenikiirgusega. ülemised elektronid. Aatomi tuumale lähimad orbitaalid lüüakse aatomitest välja. Nende koha võtavad kaugemate orbitaalide elektronid. Nende elektronide üleminekuga kaasneb sekundaarse röntgenikiirguse ilmumine, mille lainepikkus on funktsionaalselt seotud elemendi aatomnumbriga. Lainepikkus - proovi kvalitatiivne koostis; intensiivsus – proovi kvantitatiivne koostis.

Tuumareaktsioonidel põhinevad meetodid – radioaktiivsed. Materjal puutub kokku neutronkiirgusega, toimuvad tuumareaktsioonid ja tekivad elementide radioaktiivsed isotoobid. Seejärel viiakse proov lahusesse ja elemendid eraldatakse keemiliste meetoditega. Seejärel mõõdetakse proovi iga elemendi radioaktiivse kiirguse intensiivsust ja paralleelselt analüüsitakse võrdlusproovi. Võrreldakse võrdlusproovi ja analüüsitava materjali üksikute fraktsioonide radioaktiivse kiirguse intensiivsust ning tehakse järeldused elementide kvantitatiivse sisalduse kohta. Avastamispiir 10 -8 - 10 -10%.

1. Konduktomeetriline – põhineb lahuste või gaaside elektrijuhtivuse mõõtmisel.

2. Potentsiomeetriline - on olemas otsese ja potentsiomeetrilise tiitrimise meetod.

3. Termoelektriline - põhineb termoelektromootorjõu esinemisel, mis tekkis terase kokkupuutekoha kuumutamisel jne Mina.

4. Massispekter - kasutatakse tugevate elementide ja magnetväljade abil, gaasisegud lahutatakse komponentideks vastavalt komponentide aatomitele või molekulmassidele. Seda kasutatakse isotoopide segu uurimisel. inertgaasid, segud orgaaniline aine.

Densitomeetria - põhineb tiheduse mõõtmisel (ainete kontsentratsiooni määramine lahustes). Koostise määramiseks mõõdetakse viskoossust, pindpinevust, helikiirust, elektrijuhtivust jne.

Ainete puhtuse määramiseks mõõdetakse keemis- või sulamistemperatuuri.

Füüsikaliste ja keemiliste omaduste ennustamine ja arvutamine

Ainete füüsikalis-keemiliste omaduste ennustamise teoreetilised alused

Ligikaudne ennustusarvutus

Prognoos eeldab füüsikalis-keemiliste omaduste hindamist, mis põhineb minimaalsel arvul kergesti kättesaadavatel algandmetel, ning võib eeldada ka eksperimentaalse teabe täielikku puudumist uuritava aine omaduste kohta ("absoluutne" ennustus tugineb ainult teabele stöhhiomeetrilise valemi kohta). ühend).

Analüüsi liike on mitut tüüpi. Neid saab klassifitseerida erinevate kriteeriumide järgi:

– saadud teabe olemuse järgi. Eristama kvalitatiivne analüüs(sel juhul saavad nad teada, millest see aine koosneb, millised komponendid selle koostisesse kuuluvad) ja kvantitatiivne analüüs(määrata teatud komponentide sisaldus, näiteks massiprotsentides või erinevate komponentide suhe). Piir kvalitatiivse ja kvantitatiivse analüüsi vahel on väga tinglik, eriti mikrolisandite uurimisel. Seega, kui kvalitatiivse analüüsi käigus mõnda komponenti ei tuvastatud, siis tuleb näidata, kui palju seda komponenti selle meetodiga minimaalselt tuvastada saaks. Võib-olla ei tulene kvalitatiivse analüüsi negatiivne tulemus mitte komponendi puudumisest, vaid kasutatud meetodi ebapiisavast tundlikkusest! Teisest küljest tehakse kvantitatiivne analüüs alati, võttes arvesse uuritava materjali eelnevalt leitud kvalitatiivset koostist.

- klassifikatsioon analüüsiobjektide järgi: tehniline, kliiniline, kohtuekspertiisi ja jne.

- liigitamine definitsiooniobjektide järgi.

Ärge ajage mõisteid segi - analüüsida Ja määrata. Objektid määratlused nimeta komponendid, mille sisu on vaja kindlaks teha või usaldusväärselt tuvastada. Võttes arvesse määratava komponendi olemust, eristatakse erinevaid analüüsi liike (tabel 1.1).

Tabel 1-1. Analüüsitüüpide klassifikatsioon (määratlus- või tuvastamisobjektide järgi)

Analüüsi tüüp	Määratlemise (või tuvastamise) objekt	Näide	Kasutusala
Isotoop	Aatomid, millel on etteantud tuumalaengu ja massiarvu väärtused (isotoobid)	137 Cs, 90 Sr, 235 U	Tuumaenergia, saastekontroll keskkond, meditsiin, arheoloogia jne.
elementaarne	Antud tuumalaengu väärtustega aatomid (elemendid)	Cs, Sr, U, Cr, Fe, Hg	Igal pool
Päris	Elemendi aatomid (ioonid) antud oksüdatsiooniastmes või teatud koostisega ühendites (elemendi kuju)	Cr(III), Fe 2+ , Hg kompleksühendites	Keemiatehnoloogia, keskkonnareostuse kontroll, geoloogia, metallurgia jne.
Molekulaarne	Antud koostise ja struktuuriga molekulid	Benseen, glükoos, etanool	Meditsiin, keskkonnareostuse kontroll, agrokeemia, keemiatehnoloogia, kriminalistika.
Struktuurne rühm või funktsionaalne	Antud struktuuriomaduste ja sarnaste omadustega molekulide summa (isomeeride ja homoloogide summa)	Piirata süsivesinikke, monosahhariidid alkoholid	Keemiatehnoloogia, toiduainetööstus, meditsiin.
faas	Faas või element antud faasis	Grafiit terases, kvarts graniidis	Metallurgia, geoloogia, ehitusmaterjalide tehnoloogia.

Klassifikatsioon "definitsiooniobjektide järgi" on väga oluline, kuna see aitab valida sobiva analüüsi läbiviimise viisi (analüütiline meetod). Jah, selleks elementaaranalüüs sageli kasutatavad spektraalmeetodid, mis põhinevad erinevatel lainepikkustel aatomite kiirguse registreerimisel. Enamik spektraalmeetodeid hõlmab analüüdi täielikku hävitamist (pihustamist). Kui on vaja kindlaks teha uuritava orgaanilise aine koostist moodustavate erinevate molekulide olemus ja kvantitatiivne sisaldus ( molekulaarne analüüs), siis on üheks sobivaimaks meetodiks kromatograafiline meetod, mis ei hõlma molekulide hävitamist.

ajal elementaaranalüüs tuvastada või kvantifitseerida elemente, olenemata nende oksüdatsiooniastmest või teatud molekulide koostisest. Katsematerjali täielik elementaarne koostis määratakse harvadel juhtudel. Tavaliselt piisab mõne elemendi määramisest, mis oluliselt mõjutavad uuritava objekti omadusi.

Päris analüüsi hakati iseseisva vormina välja tooma suhteliselt hiljuti, varem käsitleti seda elementaali osana. Materjali analüüsi eesmärk on ühe ja sama elemendi erinevate vormide sisu eraldi kindlaksmääramine. Näiteks kroom (III) ja kroom (VI) reovees. Naftatoodetes määratakse “sulfaatväävel”, “vaba väävel” ja “sulfiidväävel” eraldi. Loodusveekogude koostist uurides saavad nad teada, milline osa elavhõbedast eksisteerib tugevate (mittedissotsieeruvate) kompleks- ja elementelementidena. orgaanilised ühendid, ja mis - vabade ioonide kujul. Need ülesanded on keerulisemad kui elemendianalüüsi omad.

Molekulaaranalüüs on eriti oluline orgaaniliste ainete ja biogeense päritoluga materjalide uurimisel. Näiteks võib tuua benseeni määramise bensiinis või atsetooni määramise väljahingatavas õhus. Sellistel juhtudel on vaja arvestada mitte ainult koostisega, vaid ka molekulide struktuuriga. Tõepoolest, uuritavas materjalis võib olla määratud komponendi isomeere ja homolooge. Seetõttu on sageli vaja määrata glükoosisisaldust paljude selle isomeeride ja muude sarnaste ühendite, näiteks sahharoosi, juuresolekul.

Kui on vaja kindlaks määrata kõigi molekulide kogusisaldus, millel on mõned ühised struktuurilised tunnused, samad funktsionaalsed rühmad ja seetõttu lähedased. Keemilised omadused, kasutage terminit struktuurne rühm(või funktsionaalne) analüüs. Näiteks alkoholide (OH-rühma sisaldavad orgaanilised ühendid) kogus määratakse, viies läbi kõikidele alkoholidele omase reaktsiooni metallilise naatriumiga ja mõõtes seejärel vabaneva vesiniku mahtu. Küllastumata süsivesinike (millel on kaksik- või kolmiksidemed) kogus määratakse nende oksüdeerimise teel joodiga. Sama tüüpi komponentide kogusisaldus määratakse mõnikord ka anorgaanilise analüüsiga - näiteks haruldaste muldmetallide elementide kogusisaldus.

Spetsiifiline analüüsi tüüp on faasianalüüs. Seega võib malmi ja terase süsinik rauas lahustuda, tekkida keemilised ühendid rauaga (karbiidid) ja võivad moodustada eraldi faasi (grafiit). Toote füüsikalised omadused (tugevus, kõvadus jne) ei sõltu mitte ainult süsiniku kogusisaldusest, vaid ka süsiniku jaotusest nende vormide vahel. Seetõttu ei huvita metallurge mitte ainult malmi või terase süsiniku kogusisaldus, vaid ka grafiidi (vaba süsiniku) eraldi faasi olemasolu nendes materjalides, samuti selle faasi kvantitatiivne sisaldus.

Analüütilise keemia põhikursuse põhirõhk on elemendi- ja molekulaaranalüüsil. Teiste analüüsiliikide puhul kasutatakse väga spetsiifilisi meetodeid ning isotoopide, faaside ja struktuurirühmade analüüsid ei kuulu põhikursuse programmi.

Klassifikatsioon tulemuste täpsuse, analüüside kestuse ja maksumuse järgi. Nimetatakse analüüsi lihtsustatud, kiire ja odav versioon ekspressanalüüs. Nende rakendamiseks kasutavad nad sageli katsemeetodid. Näiteks võib igaüks (mitte analüütik) hinnata köögiviljade nitraadisisaldust (suhkur uriinis, raskemetallid V joogivesi jne), kasutades spetsiaalset indikaatorpaber. Tulemus on silmaga nähtav, kuna komponendi sisaldus määratakse paberile kinnitatud värviskaala abil. Katsemeetodid ei nõua proovi laborisse toimetamist, uuritava materjali töötlemist; need meetodid ei kasuta kalleid seadmeid ega teosta arvutusi. Oluline on ainult see, et tulemus ei sõltuks uuritavas materjalis teiste komponentide olemasolust ja selleks on vajalik, et reaktiivid, millega paber selle valmistamise ajal immutatakse, oleksid spetsiifilised. Katsemeetodite spetsiifilisust on väga raske tagada ja seda tüüpi analüüs on levinud alles aastal viimased aastad XX sajand. Muidugi ei saa katsemeetodid anda analüüsi kõrget täpsust, kuid see pole alati nõutav.

Ekspressanalüüsi otsene vastand - vahekohtu analüüs. Selle peamine nõue on tagada tulemuste võimalikult suur täpsus. Arbitraažianalüüse tehakse üsna harva (näiteks tööstustoodete tootja ja tarbija vahelise konflikti lahendamiseks). Selliste analüüside tegemiseks kaasatakse kõige kvalifitseeritumad tegijad, kasutatakse kõige usaldusväärsemaid ja korduvalt tõestatud meetodeid. Sellise analüüsi tegemiseks kuluv aeg ja selle maksumus ei oma põhimõttelist tähtsust.

Vahepealsel kohal ekspress- ja arbitraažianalüüsi vahel - täpsuse, kestuse, maksumuse ja muude näitajate osas - on nn. rutiinsed testid. Seda tüüpi on põhiosa tehases ja teistes kontroll- ja analüüsilaborites tehtavatest analüüsidest.

On ka teisi klassifitseerimisviise, teist tüüpi analüüsi. Näiteks võtta arvesse uuritava materjali massi, mida analüüsi käigus otseselt kasutatakse. Vastava klassifikatsiooni raames on olemas makroanalüüs(kilogrammid, liitrid), poolmikroanalüüs(grammi fraktsioonid, milliliitrid) ja mikroanalüüs. Viimasel juhul kasutatakse kaalu suurusjärgus milligrammi või vähem, lahuste mahtu mõõdetakse mikroliitrites ja reaktsiooni tulemust tuleb mõnikord jälgida ka mikroskoobi all. Mikroanalüüsi kasutatakse analüütilistes laborites harva.

1.3. Analüüsimeetodid

Mõiste "analüüsi meetod" on analüütilise keemia jaoks kõige olulisem. Seda terminit kasutatakse siis, kui nad tahavad paljastada selle või teise analüüsi olemuse, selle peamise põhimõtte. Analüüsimeetod on üsna universaalne ja teoreetiliselt põhjendatud viis analüüsi läbiviimiseks, sõltumata sellest, millist komponenti määratakse ja mida täpselt analüüsitakse. Meetodeid on kolm põhirühma (joonis 1-1). Mõned neist on suunatud eelkõige uuritava segu komponentide eraldamisele (hilisem analüüs ilma selle toiminguta osutub ebatäpseks või isegi võimatuks). Eraldamise käigus ilmneb tavaliselt ka määratavate komponentide kontsentratsioon (vt ptk 8). Näiteks võib tuua ekstraheerimismeetodid või ioonivahetusmeetodid. Kvalitatiivse analüüsi käigus kasutatakse muid meetodeid, mis aitavad usaldusväärselt tuvastada (identifitseerida) meid huvitavaid komponente. Kolmandad, kõige arvukamad, on mõeldud komponentide kvantitatiivseks määramiseks. Vastavad rühmad on nn eraldamise ja kontsentreerimise meetodid, identifitseerimismeetodid ja määramismeetodid. Esimese kahe rühma meetodid reeglina , mängida toetavat rolli; neid arutatakse hiljem. Kõrgeim väärtus harjutamiseks on määramismeetodid.

Lisaks kolmele põhirühmale on hübriid meetodid. Joonis 1.1 neid meetodeid ei näita. Hübriidmeetodites ühendatakse komponentide eraldamine, identifitseerimine ja määramine orgaaniliselt ühes instrumendis (või ühes instrumendikomplektis). Kõige olulisem neist meetoditest on kromatograafiline analüüs. Spetsiaalses seadmes (kromatograafis) eraldatakse uuritava proovi (segu) komponendid, kuna need liiguvad erineva kiirusega läbi tahke pulbriga (sorbendiga) täidetud kolonni. Komponendi kolonnist vabastamise ajaks hinnatakse selle olemust ja seega tuvastatakse kõik proovi komponendid. Kolonnist väljuvad komponendid langevad omakorda seadme teise osasse, kus spetsiaalne seade - detektor - mõõdab ja salvestab kõigi komponentide signaale. Sageli tehakse kõigi komponentide sisu automaatne arvutamine koheselt. On selge, et kromatograafilist analüüsi ei saa käsitleda ainult kui komponentide eraldamise meetodit ega ka ainult kvantitatiivse määramise meetodit, see on just nimelt hübriidmeetod.

Iga määramismeetod ühendab palju spetsiifilisi meetodeid, mille abil mõõdetakse sama füüsikalist suurust. Näiteks saab kvantitatiivse analüüsi läbiviimiseks mõõta uuritavasse lahusesse sukeldatud elektroodi potentsiaali ning seejärel leitud potentsiaali väärtuse abil arvutada lahuse teatud komponendi sisaldus. Kõiki meetodeid, kus põhitoiminguks on elektroodi potentsiaali mõõtmine, peetakse erijuhtudeks. potentsiomeetriline meetod. Metoodika ühele või teisele omistamisel analüütiline meetod pole vahet, millist objekti uuritakse, milliseid aineid ja millise täpsusega määratakse, millist seadet kasutatakse ja kuidas arvutusi tehakse - see on ainult oluline mida me mõõdame. Mõõdetud analüüsi käigus füüsiline kogus, sõltuvalt analüüdi kontsentratsioonist, nimetatakse tavaliselt analüütiline signaal.

Sarnaselt võib meetodi eraldi välja tuua spektraalanalüüs. Sel juhul on põhioperatsioon proovist teatud lainepikkusel kiirgava valguse intensiivsuse mõõtmine. meetod titrimeetriline (mahuline) analüüs põhineb proovi määratud komponendiga keemilises reaktsioonis kulunud lahuse mahu mõõtmisel. Sageli jäetakse välja sõna "meetod", öeldakse lihtsalt "potentsiomeetria", "spektraalanalüüs", "titrimeetria" jne. IN refraktomeetriline analüüs signaal on katselahuse murdumisnäitaja, in spektrofotomeetria- valguse neeldumine (teatud lainepikkusel). Meetodite ja neile vastavate analüütiliste signaalide loetelu võib jätkata, kokku on teada mitukümmend sõltumatut meetodit.

Igal määratlusmeetodil on oma teoreetiline alus ja seotud konkreetsete seadmete kasutamisega. Erinevate meetodite kasutusvaldkonnad erinevad oluliselt. Mõnda meetodit kasutatakse peamiselt naftasaaduste analüüsiks, teisi - analüüsiks ravimid, teised - metallide ja sulamite uurimiseks jne. Samamoodi saab eristada elemendianalüüsi meetodeid, isotoopanalüüsi meetodeid jne. Samuti on olemas üldised meetodid analüüsimisel kasutatakse kõige rohkem erinevad materjalid ja sobivad nende erinevate komponentide määramiseks. Näiteks spektrofotomeetrilist meetodit saab kasutada elemendi-, molekulaar- ja struktuurirühmade analüüsiks.

Sama analüüsimeetodiga seotud üksikute meetodite täpsus, tundlikkus ja muud omadused erinevad, kuid mitte nii palju kui erinevate meetodite omadused. Iga analüüsiprobleemi saab alati lahendada mitmega erinevaid meetodeid(ütleme, et legeeritud terase kroomi saab määrata spektraalmeetodil ning titrimeetriliselt ja potentsiomeetriliselt). Analüütik valib meetodi, võttes arvesse igaühe teadaolevaid võimalusi ja konkreetseid nõudeid see analüüs. “Parimat” ja “halvimat” meetodit pole võimalik lõplikult valida, kõik sõltub lahendatavast probleemist, analüüsitulemustele esitatavatest nõuetest. Seega annab gravimeetriline analüüs reeglina täpsemaid tulemusi kui spektraalanalüüs, kuid nõuab palju tööd ja aega. Seetõttu sobib gravimeetriline analüüs arbitraažianalüüsiks, kuid ei sobi ekspressanalüüsiks.

Määramismeetodid on jagatud kolme rühma: keemiline, füüsikaline ja füüsikalis-keemiline. Sageli kombineeritakse füüsikalisi ja füüsikalis-keemilisi meetodeid üldnimetus"instrumentaalmeetodid", kuna mõlemal juhul kasutatakse instrumente ja samu instrumente. Üldiselt on piirid meetodite rühmade vahel väga meelevaldsed.

Keemilised meetodid Need põhinevad keemilise reaktsiooni läbiviimisel määratud komponendi ja spetsiaalselt lisatud reagendi vahel. Reaktsioon toimub vastavalt skeemile:

Edaspidi tähistab tähis X määratavat komponenti (molekul, ioon, aatom jne), R on lisatud reagent, Y on reaktsiooniproduktide kogum. Keemiliste meetodite rühma kuuluvad klassikalised (kaua tuntud ja hästi uuritud) määramismeetodid, eelkõige gravimeetria ja titrimeetria. Keemiliste meetodite arv on suhteliselt väike, neil kõigil on samad teoreetilised alused (teooria keemilised tasakaalud, seadused keemiline kineetika ja nii edasi.). Analüütilise signaalina keemilistes meetodites mõõdetakse tavaliselt aine massi või mahtu. Keemilistes meetodites ei kasutata keerulisi füüsilisi instrumente, välja arvatud analüütilised kaalud, ja keemilise koostise eristandardeid. Nendel meetoditel on nende võimaluste osas palju ühist. Neid käsitletakse 4. peatükis.

Füüsikalised meetodid ei ole seotud keemiliste reaktsioonide ja reaktiivide kasutamisega. Nende põhiprintsiibiks on X-komponendi sama tüüpi analüütiliste signaalide võrdlemine uuritavas materjalis ja teatud standardis (täpselt teadaoleva X kontsentratsiooniga proov). Olles eelnevalt koostanud kalibreerimisgraafiku (signaali sõltuvus kontsentratsioonist või massist X) ja mõõtes uuritava materjali proovi signaali väärtust, arvutatakse X kontsentratsioon selles materjalis. Kontsentratsiooni arvutamiseks on ka teisi viise (vt 6. peatükk). Füüsikalised meetodid on tavaliselt tundlikumad kui keemilised, seetõttu toimub mikrolisandite määramine peamiselt füüsikaliste meetoditega. Neid meetodeid on lihtne automatiseerida ja need nõuavad analüüsimiseks vähem aega. Kuid füüsilised meetodid vajavad eristandardeid, nõuavad üsna keerulisi, kalleid ja väga spetsiifilisi seadmeid.Lisaks on need tavaliselt vähem täpsed kui keemilised.

Vahepealsel kohal keemiliste ja füüsikaliste meetodite vahel nende põhimõtete ja võimaluste poolest on füüsikalised ja keemilised analüüsimeetodid. Sel juhul viib analüütik läbi keemilise reaktsiooni, kuid selle kulgu või tulemust jälgitakse mitte visuaalselt, vaid füüsiliste instrumentide abil. Näiteks lisab see katselahusele järk-järgult veel ühe - teadaoleva lahustunud reaktiivi kontsentratsiooniga ja kontrollib samal ajal tiitritud lahusesse kastetud elektroodi potentsiaali. (potentsiomeetriline tiitrimine), Analüütik hindab reaktsiooni lõppemist potentsiaali hüppe järgi, mõõdab sellele kulutatud tiitrimahu ja arvutab analüüsi tulemuse. Sellised meetodid on üldiselt sama täpsed kui keemilised meetodid ja peaaegu sama tundlikud kui füüsikalised meetodid.

Instrumentaalsed meetodid jagunevad sageli teise, selgemalt väljendatud tunnuse - mõõdetud signaali olemuse - järgi. Sel juhul eristatakse optiliste, elektrokeemiliste, resonants-, aktiveerimis- ja muude meetodite alarühmi. Samuti on vähe ja veel vähearenenud meetodeid bioloogilised ja biokeemilised meetodid.

Loengu kava:

1. üldised omadused füüsikalised ja keemilised meetodid

2. Üldinfo spektroskoopiliste analüüsimeetodite kohta.

3. Fotomeetrilise analüüsi meetod: fotokolorimeetria, kolorimeetria, spektrofotomeetria.

4. Üldteave nefelomeetriliste, luminestsents- ja polarimeetriliste analüüsimeetodite kohta.

5. Refraktomeetriline analüüsimeetod.

6. Üldteave massispektri, radiomeetriliste analüüside kohta.

7. Elektrokeemilised analüüsimeetodid (potentsiomeetria, konduktomeetria, kulomeetria, amperomeetria, polarograafia).

8. Kromatograafiline analüüsimeetod.

Füüsikalis-keemiliste analüüsimeetodite olemus. Nende klassifikatsioon.

Füüsikalis-keemilised analüüsimeetodid, nagu ka keemilised meetodid, põhinevad ühe või teise keemilise reaktsiooni läbiviimisel. Füüsikalistes meetodites keemilised reaktsioonid puuduvad või on teisejärgulise tähtsusega, kuigi spektraalanalüüsis sõltub joone intensiivsus alati oluliselt süsinikelektroodis või gaasileegis toimuvatest keemilistest reaktsioonidest. Seetõttu kuuluvad mõnikord füüsikalised meetodid füüsikalis-keemiliste meetodite rühma, kuna füüsikaliste ja füüsikalis-keemiliste meetodite vahel ei ole piisavalt ranget üheselt mõistetavat erinevust ning füüsikaliste meetodite jaotamine eraldi rühma ei ole põhimõttelise tähtsusega.

Keemilised analüüsimeetodid ei suutnud rahuldada praktika erinevaid nõudmisi, mis olid kasvanud tänu teaduse ja tehnika arengule, pooljuhtide tööstuse, elektroonika ja arvutite arengule ning puhaste ja ülipuhaste ainete laialdasele kasutuselevõtule tehnikas.

Füüsikaliste ja keemiliste analüüsimeetodite kasutamine kajastub toiduainete tootmise tehnokeemilises kontrollis, uurimis- ja tootmislaborites. Neid meetodeid iseloomustab kõrge tundlikkus ja kiire analüüs. Need põhinevad ainete füüsikaliste ja keemiliste omaduste kasutamisel.

Füüsikalis-keemiliste meetoditega analüüside tegemisel ei määrata ekvivalentpunkti (reaktsiooni lõppu) mitte visuaalselt, vaid instrumentide abil, mis fikseerivad uuritava aine füüsikaliste omaduste muutumise ekvivalentpunktis. Sel eesmärgil kasutatakse tavaliselt suhteliselt keerukate optiliste või elektriliste ahelatega seadmeid, mistõttu neid meetodeid nimetatakse meetoditeks. instrumentaalne analüüs.

Paljudel juhtudel ei nõua need meetodid erinevalt keemilistest analüüsimeetoditest analüüsi läbiviimiseks keemilist reaktsiooni. Mõõta on vaja ainult analüüsitava aine mis tahes füüsikaliste omaduste näitajaid: elektrijuhtivus, valguse neeldumine, valguse murdumine jne. Füüsikalis-keemilised meetodid võimaldavad tööstuses pidevalt jälgida toorainet, pooltooteid ja valmistooteid.

Füüsikalis-keemilisi analüüsimeetodeid hakati kasutama hiljem kui keemilisi analüüsimeetodeid, mil tehti kindlaks ja uuriti seost ainete füüsikaliste omaduste ja koostise vahel.

Füüsikalis-keemiliste meetodite täpsus on olenevalt meetodist väga erinev. Suurim täpsus (kuni 0,001%) on kulomeetria, põhinevad määratavate ioonide või elementide elektrokeemilisele oksüdatsioonile või redutseerimisele kulutatud elektrienergia koguse mõõtmisel. Enamikul füüsikalis-keemilistel meetoditel on viga vahemikus 2-5%, mis ületab keemiliste analüüsimeetodite vea. Selline vigade võrdlus ei ole aga täiesti õige, kuna see viitab erinevatele kontsentratsioonipiirkondadele. Kui määratud komponendi sisaldus on väike (umbes 10–3% või vähem), ei ole klassikalised keemilised analüüsimeetodid üldiselt sobivad; kõrgel kontsentratsioonil konkureerivad füüsikalis-keemilised meetodid edukalt keemilistega. Enamiku füüsikalis-keemiliste meetodite oluliste puuduste hulgas on standardite ja standardlahuste kohustuslik kättesaadavus.

Füüsikalis-keemiliste meetodite hulgas on kõige praktilisemad rakendused:

1. spektraal- ja muud optilised meetodid (refraktomeetria, polarimeetria);

2. elektrokeemilised analüüsimeetodid;

3. kromatograafilised analüüsimeetodid.

Lisaks on veel 2 füüsikalis-keemiliste meetodite rühma:

1. radiomeetrilised meetodid, mis põhinevad antud elemendi radioaktiivse emissiooni mõõtmisel;

2. üksikute ioniseeritud aatomite, molekulide ja radikaalide masside määramisel põhinevad massispektromeetrilised analüüsimeetodid.

Meetodite arvult kõige ulatuslikum ja praktilise väärtuse poolest olulisem on spektraal- ja muude optiliste meetodite rühm. Need meetodid põhinevad ainete vastasmõjul elektromagnetkiirgusega. Elektromagnetkiirgust on palju erinevaid: röntgenikiirgus, ultraviolett-, nähtav-, infrapuna-, mikrolaine- ja raadiosagedus. Sõltuvalt elektromagnetilise kiirguse ja aine vastastikmõju tüübist liigitatakse optilised meetodid järgmiselt.

Aine molekulide polarisatsiooni mõjude mõõtmisel põhinevad refraktomeetria, polarimeetria.

Analüüsitavad ained suudavad neelata elektromagnetkiirgust ja selle nähtuse kasutamise põhjal eristatakse rühm optilised neeldumismeetodid.

Kasutatakse valguse neeldumist analüütide aatomite poolt aatomabsorptsiooni analüüs. Võime neelata valgust molekulide ja ioonide poolt spektri ultraviolett-, nähtava- ja infrapunapiirkonnas võimaldas luua molekulaarabsorptsioonanalüüs (kolorimeetria, fotokolorimeetria, spektrofotomeetria).

Valguse neeldumine ja hajumine lahuses (suspensioonis) hõljuvate osakeste poolt on viinud meetodite tekkeni. turbidimeetria ja nefelomeetria.

Meetodid, mis põhinevad analüüsitava aine ergastatud molekulide ja aatomite energia vabanemisel tekkiva kiirguse intensiivsuse mõõtmisel nn. emissioonimeetodid. TO molekulaarse emissiooni meetodid sisaldama luminestsentsi (fluorestsentsi), kuni aatomi emissioon- emissioonispektraalanalüüs ja leegifotomeetria.

Elektrokeemilised meetodid analüüsid põhinevad mõõtmisel elektrijuhtivus (konduktomeetria); potentsiaalne erinevus ( potentsiomeetria); lahust läbiva elektrienergia hulk kulomeetria); voolu sõltuvus rakendatud potentsiaalist ( voltammeetria).

Rühma juurde kromatograafilised analüüsimeetodid hõlmab gaasi- ja gaas-vedelikkromatograafia, jaotus-, õhukesekihi-, adsorptsiooni-, ioonivahetuse ja muud tüüpi kromatograafia meetodeid.

Spektroskoopilised analüüsimeetodid: Üldine informatsioon

Spekroskoopilise analüüsimeetodi mõiste, selle sordid

Spektroskoopilised analüüsimeetodid- füüsikalised meetodid, mis põhinevad elektromagnetilise kiirguse vastasmõjul ainega. Koostoime viib erinevate energiaüleminekuteni, mis salvestatakse instrumentaalselt kiirguse neeldumise, peegelduse ja elektromagnetilise kiirguse hajumise näol.

Klassifikatsioon:

Emissioonispektraalanalüüs põhineb erinevate ainete emissiooni- (kiirgus)spektrite ehk emissioonispektrite uurimisel. Selle analüüsi variatsioon on leegifotomeetria, mis põhineb aine kuumutamisel leegis ergastava aatomikiirguse intensiivsuse mõõtmisel.

Neeldumisspektri analüüs põhineb analüüsitavate ainete neeldumisspektrite uurimisel. Kui kiirgust neelavad aatomid, nimetatakse neeldumist aatomiks ja kui molekulide poolt, siis molekulaarseks. Neeldumisspektri analüüsi on mitut tüüpi:

1. Spektrofotomeetria - arvestab teatud lainepikkusega valguse neeldumist analüüsitava aine poolt, s.o. monokromaatilise kiirguse neeldumine.

2. Fotomeetria – analüüsitava aine valguse neeldumise mõõtmisel põhinev ei ole rangelt monokromaatiline kiirgus.

3. Kolorimeetria põhineb spektri nähtavas osas värviliste lahuste valguse neeldumise mõõtmisel.

4. Nefelomeetria põhineb lahuses hõljuvate tahkete osakeste poolt hajutatud valguse intensiivsuse mõõtmisel, s.o. vedrustuse poolt hajutatud valgus.

Luminestsentsspektroskoopia kasutab uuritava objekti kuma, mis tekib ultraviolettkiirte toimel.

Sõltuvalt sellest, millises spektri osas toimub neeldumine või emissioon, eristatakse spektroskoopiat spektri ultraviolett-, nähtava- ja infrapunapiirkonnas.

Spektroskoopia on tundlik meetod enam kui 60 elemendi määramiseks. Seda kasutatakse paljude materjalide, sealhulgas bioloogiliste ainete, taimsete materjalide, tsemendi, klaaside ja loodusliku vee analüüsimiseks.

Fotomeetrilised analüüsimeetodid

Fotomeetrilised analüüsimeetodid põhinevad valguse selektiivsel neeldumisel analüüdi poolt või selle kombineerimisel sobiva reagendiga. Neeldumise intensiivsust saab mõõta mis tahes meetodiga, olenemata värvilise ühendi olemusest. Meetodi täpsus sõltub mõõtmismeetodist. On olemas kolorimeetrilised, fotokolorimeetrilised ja spektrofotomeetrilised meetodid.

Fotokolorimeetriline analüüsimeetod.

Fotokolorimeetriline analüüsimeetod võimaldab kvantitatiivselt määrata analüüsitava lahuse valguse neeldumise intensiivsust, kasutades fotoelektrokolorimeetreid (mida mõnikord nimetatakse ka lihtsalt fotokolorimeetriteks). Selleks valmistage rida standardlahuseid ja joonistage analüüdi valguse neeldumise sõltuvus selle kontsentratsioonist. Seda sõltuvust nimetatakse kalibreerimiskõveraks. Fotokolorimeetrites on lahust läbivatel valgusvoogudel lai neeldumispiirkond - 30-50 nm, seega on valgus siin polükromaatiline. See toob kaasa analüüsi reprodutseeritavuse, täpsuse ja selektiivsuse kadumise. Fotokolorimeetri eelised seisnevad disaini lihtsuses ja suures tundlikkuses, mis on tingitud kiirgusallika – hõõglambi – suurest heledusest.

Kolorimeetriline analüüsimeetod.

Kolorimeetriline analüüsimeetod põhineb aine valguse neeldumise mõõtmisel. Sel juhul võrreldakse värvi intensiivsust, st. uuritava lahuse optiline tihedus standardlahuse värvusega (optiline tihedus), mille kontsentratsioon on teada. Meetod on väga tundlik ja seda kasutatakse mikro- ja poolmikrokoguste määramiseks.

Kolorimeetrilise meetodi analüüs nõuab palju vähem aega kui keemiline analüüs.

Visuaalsel analüüsil saavutatakse analüüsitava ja värvitud lahuse värvumise intensiivsuse võrdsus. Seda on võimalik saavutada kahel viisil:

1. võrdsustada värvi muutes kihi paksust;

2. valida erineva kontsentratsiooniga standardlahused (standardseeriate meetod).

Visuaalselt on aga võimatu kvantifitseerida, mitu korda on üks lahus värvitud intensiivsemalt kui teine. Sel juhul on võimalik tuvastada ainult sama värvi analüüsitav lahus, kui võrrelda seda standardlahusega.

Valguse neeldumise põhiseadus.

Kui valgusvoog, mille intensiivsus on I 0, on suunatud lamedas klaasanumas (küvetis) asuvale lahusele, siis üks osa selle intensiivsusest I r peegeldub küveti pinnalt, teine ​​osa intensiivsusega. I a neeldub lahuses ja kolmas osa intensiivsusega I t läbib lahust. Nende väärtuste vahel on seos:

I 0 \u003d I r + I a + I t (1)

Sest valgusvoo peegelduva osa intensiivsus I r identsete küvettidega töötamisel on konstantne ja ebaoluline, siis võib selle arvutustes tähelepanuta jätta. Siis on võrdsus (1) järgmisel kujul:

I 0 \u003d I a + I t (2)

See võrdsus iseloomustab lahuse optilisi omadusi, s.t. selle võime valgust neelata või edastada.

Neeldunud valguse intensiivsus sõltub värviliste osakeste arvust lahuses, mis neelavad valgust rohkem kui lahusti.

Lahust läbiv valgusvoog kaotab osa intensiivsusest – mida suurem, seda suurem on lahuse kihi kontsentratsioon ja paksus. Värviliste lahuste puhul on seos, mida nimetatakse Bouguer-Lambert-Beeri seaduseks (valguse neeldumisastme, langeva valguse intensiivsuse, värvilise aine kontsentratsiooni ja kihi paksuse vahel).

Selle seaduse kohaselt on värvilise vedeliku kihti läbiva monokromatograafilise valguse neeldumine võrdeline selle kihi kontsentratsiooni ja paksusega:

I \u003d I 0 10 - kCh,

Kus I on lahust läbiva valgusvoo intensiivsus; ma 0 on langeva valguse intensiivsus; KOOS- keskendumine, mol/l; h- kihi paksus, cm; k on molaarne neeldumistegur.

Molaarne neeldumistegur k on 1 sisaldava lahuse optiline tihedus mol/l absorbeeriv aine, kihi paksusega 1 cm. See oleneb sellest keemiline olemus Ja füüsiline seisund valgust neelaval materjalil ja monokromaatilise valguse lainepikkusel.

Standardne seeria meetod.

Standardseeria meetod põhineb katse- ja standardlahuste sama värvi intensiivsuse saamisel sama kihi paksuse juures. Uuritava lahuse värvi võrreldakse mitme standardlahuse värviga. Sama värvi intensiivsuse korral on uuritava ja standardlahuse kontsentratsioonid võrdsed.

Standardlahuste seeria valmistamiseks võetakse 11 ühesuguse kuju, suuruse ja klaasiga katseklaasi. Valage büreti standardlahus järk-järgult suurenevas koguses, näiteks: 1 katseklaasi 0,5 ml, 2 1 ml, 3 1,5 ml, jne. - enne 5 ml(igas järgmises katseklaasis 0,5 ml rohkem kui eelmises). Kõikidesse katseklaasidesse valatakse võrdsed kogused lahust, mis annab määratava iooniga värvireaktsiooni. Lahused lahjendatakse nii, et vedeliku tase kõikides katsutites oleks sama. Katseklaasid suletakse, sisu segatakse põhjalikult ja asetatakse kasvavas kontsentratsioonis restile. Sel viisil saadakse värviskaala.

Samas katseklaasis olevale uuritavale lahusele lisatakse sama kogus reaktiivi, mis lahjendatakse veega sama mahuni kui teistes katseklaasides. Sulgege kork, segage sisu hoolikalt. Uuritava lahuse värvi võrreldakse standardlahuste värviga valgel taustal. Lahendused peaksid olema hajutatud valgusega hästi valgustatud. Kui uuritava lahuse värvuse intensiivsus langeb kokku ühe värviskaalal oleva lahuse värvuse intensiivsusega, siis on selle ja katselahuste kontsentratsioonid võrdsed. Kui uuritava lahuse värvuse intensiivsus on kahe kõrvuti asetseva skaalalahuse intensiivsuse vahepealne, siis on selle kontsentratsioon võrdne nende lahuste keskmise kontsentratsiooniga.

Standardlahuste meetodi kasutamine on soovitatav ainult aine massi määramiseks. Valmistatud standardlahenduste seeria on suhteliselt lühike aeg.

Lahuste värviintensiivsuse võrdsustamise meetod.

Katse- ja standardlahuste värviintensiivsuse võrdsustamise meetod viiakse läbi ühe lahuse kihi kõrguse muutmisega. Selleks asetatakse värvilised lahused 2 identsesse anumasse: test ja standard. Muutke lahuse kihi kõrgust ühes anumas, kuni mõlema lahuse värvi intensiivsus on sama. Sel juhul määrake uuritava lahuse kontsentratsioon uuringutega. , võrreldes seda standardlahuse kontsentratsiooniga:

Uuringutest \u003d C st h st / h uuringud,

kus h st ja h research on vastavalt standard- ja katselahuste kihi kõrgused.

Nimetatakse seadmeid, mida kasutatakse uuritavate lahuste kontsentratsioonide määramiseks värvi intensiivsuse võrdsustamise teel kolorimeetrid.

Seal on visuaalsed ja fotoelektrilised kolorimeetrid. Visuaalsete kolorimeetriliste määramiste puhul mõõdetakse värvi intensiivsust otsese vaatlusega. Fotoelektrilised meetodid põhinevad fotoelementide-fotokolorimeetrite kasutamisel. Sõltuvalt langeva valgusvihu intensiivsusest tekib fotoelemendis elektrivool. Valguse mõjul tekkiva voolu tugevust mõõdetakse galvanomeetriga. Noole läbipaine näitab värvi intensiivsust.

Spektrofotomeetria.

Fotomeetriline meetod põhineb analüüsitava aine mitte-rangelt monokromaatilise kiirguse valguse neeldumise mõõtmisel.

Kui fotomeetrilises analüüsimeetodis kasutatakse monokromaatilist kiirgust (ühe lainepikkusega kiirgust), siis seda meetodit nimetatakse nn. spektrofotomeetria. Elektromagnetkiirguse voolu monokromaatilisuse aste määratakse lainepikkuste minimaalse intervalliga, mis eraldatakse kasutatava monokromaatori (valgusfiltri, difraktsioonivõre või prisma) abil pidevast elektromagnetkiirguse voost.

TO spektrofotomeetria hõlmab ka mõõtmistehnoloogia valdkonda, mis ühendab spektromeetria, fotomeetria ja metroloogia ning tegeleb meetodite ja instrumentide süsteemi väljatöötamisega spektraalsete neeldumis-, peegeldus-, kiirgus-, spektraalheleduse kui kandjate, katete omaduste kvantitatiivseks mõõtmiseks. pinnad, emitterid.

Spektrofotomeetriliste uuringute etapid:

1) keemilise reaktsiooni läbiviimine spektrofotomeetriliseks analüüsiks sobivate süsteemide saamiseks;

2) saadud lahuste neeldumise mõõtmised.

Spektrofotomeetria meetodi olemus

Aine lahuse neeldumise sõltuvus lainepikkusest graafikul on kujutatud aine neeldumisspektri kujul, millelt on lihtne eristada maksimaalselt neelduva valguse lainepikkusel paiknevat neeldumismaksimumit. aine järgi. Ainelahuste optilise tiheduse mõõtmine spektrofotomeetritel toimub neeldumismaksimumi lainepikkusel. See võimaldab analüüsida ühes lahuses aineid, mille neeldumismaksimumid asuvad erinevatel lainepikkustel.

Spektrofotomeetrias ultraviolett- ja nähtavatel aladel kasutatakse elektroonilisi neeldumisspektreid.

Need iseloomustavad kõrgeimaid energia üleminekuid, mis on võimelised piiratud hulgal ühendeid ja funktsionaalrühmi. Anorgaanilistes ühendites on elektroonilised spektrid seotud aine molekuli moodustavate aatomite suure polarisatsiooniga ja esinevad tavaliselt kompleksühendites. Orgaanilistes ühendites põhjustab elektronspektrite tekkimist elektronide üleminek maapinnalt ergastatud tasanditele.

Ionisatsioon mõjutab tugevalt neeldumisribade asukohta ja intensiivsust. Happetüüpi ionisatsiooni käigus tekib molekuli täiendav üksik elektronpaar, mis toob kaasa täiendava batokroomse nihke (nihke spektri pika lainepikkuse piirkonda) ja neeldumisriba intensiivsuse suurenemise.

Paljude ainete spektris on mitu neeldumisriba.

Spektrofotomeetrilisteks mõõtmisteks ultraviolett- ja nähtavates piirkondades kasutatakse kahte tüüpi instrumente - registreerimata(tulemust vaadeldakse instrumentaalskaalal visuaalselt) ja salvestavad spektrofotomeetrid.

Luminestsentsanalüüsi meetod.

Luminestsents- erinevate mõjude all tekkiv iseluminestsentsvõime.

Luminestsentsi põhjustavate protsesside klassifikatsioon:

1) fotoluminestsents (ergastamine nähtava või ultraviolettvalgusega);

2) kemoluminestsents (ergastus keemiliste reaktsioonide energiast);

3) katodoluminestsents (ergastus elektronlöögiga);

4) termoluminestsents (ergastamine kuumutamisega);

5) triboluminestsents (ergastus mehaanilise toimega).

Keemilises analüüsis on olulised kaks esimest luminestsentsi tüüpi.

Luminestsentsi klassifitseerimine järelhelenduse olemasolu järgi. See võib kohe peatuda, kui erutus kaob - fluorestsents või jätkata teatud aja pärast põneva efekti lõppemist - fosforestsents. Peamiselt kasutatakse fluorestsentsi nähtust, mistõttu meetod on nimetatud fluorimeetria.

Fluorimeetria rakendamine: metallide, orgaaniliste (aromaatsete) ühendite, vitamiinide jälgede analüüs D, B 6. Luminofoorindikaatoreid kasutatakse tiitrimiseks häguses või tumedas keskkonnas (tiitrimine toimub pimedas, valgustades tiitritud lahust, kuhu indikaator on lisatud, luminofoorlambi valgusega).

Nefelomeetriline analüüs.

Nefelomeetria pakkus välja F. Kober 1912. aastal ja see põhineb osakeste suspensioonist hajutatud valguse intensiivsuse mõõtmisel fotoelementide abil.

Nefelomeetria abil mõõdetakse vees lahustumatute, kuid stabiilseid suspensioone moodustavate ainete kontsentratsiooni.

Nefelomeetriliste mõõtmiste jaoks nefelomeetrid, põhimõtteliselt sarnased kolorimeetritega, ainsaks erinevuseks on nefelomeetriaga

Läbiviimisel fotonefelomeetriline analüüs esmalt koostatakse standardlahuste seeria määramise tulemuste põhjal kalibreerimisgraafik, seejärel analüüsitakse uuritavat lahust ja määratakse graafikult analüüdi kontsentratsioon. Saadud suspensioonide stabiliseerimiseks lisatakse kaitsekolloid - tärklise, želatiini jne lahus.

Polarimeetriline analüüs.

Elektromagnetilised vibratsioonid loomulik valgus esineb kõigil tasanditel, mis on kiirte suunaga risti. Kristallvõrel on võime kiiri edastada ainult kindlas suunas. Kristallist väljudes võngub kiir ainult ühes tasapinnas. Kiirt, mille võnkumised on samas tasapinnas, nimetatakse polariseeritud. Tasapinda, milles vibratsioonid tekivad, nimetatakse võnketasand polariseeritud kiir ja sellega risti olev tasapind - polarisatsioonitasand.

Polarimeetriline analüüsimeetod põhineb polariseeritud valguse uurimisel.

Refraktomeetriline analüüsimeetod.

Refraktomeetrilise analüüsimeetodi aluseks on uuritava aine murdumisnäitaja määramine, kuna individuaalne aine mida iseloomustab teatud murdumisnäitaja.

Tehnilised tooted sisaldavad alati lisandeid, mis mõjutavad murdumisnäitajat. Seetõttu võib murdumisnäitaja mõnel juhul olla toote puhtuse tunnuseks. Näiteks eristatakse puhastatud tärpentini sorte murdumisnäitajate järgi. Seega on tärpentini murdumisnäitajad 20° juures kollast värvi, mida tähistatakse n 20 D (sisend tähendab, et murdumisnäitaja mõõdetakse 20 ° C juures, langeva valguse lainepikkus on 598 mmk), on võrdsed:

Esimene klass Teine klass Kolmas klass

1,469 – 1,472 1,472 – 1,476 1,476 – 1,480

Refraktomeetrilist analüüsimeetodit saab kasutada binaarsüsteemide puhul, näiteks aine kontsentratsiooni määramiseks vesi- või orgaanilistes lahustes. Sel juhul põhineb analüüs lahuse murdumisnäitaja sõltuvusel lahustunud aine kontsentratsioonist.

Mõne lahenduse jaoks on olemas tabelid murdumisnäitajate sõltuvuse kohta nende kontsentratsioonist. Muudel juhtudel analüüsitakse neid kalibreerimiskõvera meetodil: valmistatakse rida teadaoleva kontsentratsiooniga lahuseid, mõõdetakse nende murdumisnäitajad ja joonistatakse murdumisnäitajate graafik kontsentratsiooni suhtes, s.o. luua kalibreerimiskõver. See määrab uuritava lahuse kontsentratsiooni.

murdumisnäitaja.

Kui valguskiir liigub ühest keskkonnast teise, muutub selle suund. Ta murdub. Murdumisnäitaja on võrdne suhtega langemisnurga siinus murdumisnurga siinus (see väärtus on konstantne ja antud keskkonnale iseloomulik):

n = sinα / sinβ,

kus α ja β on nurgad kiirte suuna ja mõlema kandja liidesega risti oleva nurga vahel (joonis 1)

Murdumisnäitaja on valguse kiiruste suhe õhus ja uuritavas keskkonnas (kui valguskiir langeb õhust).

Murdumisnäitaja sõltub:

1. Langeva valguse lainepikkus (lainepikkuse suurenedes indikaator

murdumine väheneb).

2. temperatuur (temperatuuri tõustes murdumisnäitaja väheneb);

3. rõhk (gaaside puhul).

Murdumisnäitaja näitab langeva valguse lainepikkusi ja mõõtmise temperatuuri. Näiteks kirje n 20 D tähendab, et murdumisnäitaja mõõdetakse 20°C juures, langeva valguse lainepikkus on 598 mikronit. Tehnilistes käsiraamatutes on murdumisnäitajad antud n 20 D juures.

Vedeliku murdumisnäitaja määramine.

Enne töö alustamist pestakse refraktomeetri prismade pind destilleeritud vee ja alkoholiga, kontrollitakse seadme nullpunkti õigsust ning määratakse uuritava vedeliku murdumisnäitaja. Selleks pühitakse mõõteprisma pind hoolikalt uuritavas vedelikus niisutatud vatitikuga ja tilgutatakse sellele pinnale paar tilka seda. Prismad suletakse ja neid pöörates suunatakse valguse ja varju piir okulaari keermete ristile. Kompensaator kõrvaldab spektri. Murdumisnäitaja lugemisel võetakse refraktomeetri skaalal kolm kohta pärast koma ja neljas võetakse silma järgi. Seejärel nihutavad nad chiaroscuro piiri, ühendavad selle uuesti vaatlusristi keskpunktiga ja loevad sekundi. See. Tehakse 3 või 5 näitu, mille järel prismade tööpinnad pestakse ja pühitakse. Katseaine kantakse uuesti mõõteprisma pinnale ja viiakse läbi teine ​​mõõtmiste seeria. Saadud andmetest võetakse aritmeetiline keskmine.

Radiomeetriline analüüs.

Radiomeetriline analüüs h põhineb radioaktiivsete elementide kiirguse mõõtmisel ja seda kasutatakse radioaktiivsete isotoopide kvantitatiivseks määramiseks uuritavas materjalis. Sel juhul mõõdetakse kas määratava elemendi looduslikku radioaktiivsust või radioaktiivsete isotoopide abil saadud kunstlikku radioaktiivsust.

Radioaktiivsed isotoobid määratakse nende poolestusaja või eralduva kiirguse tüübi ja energia järgi. Kvantitatiivse analüüsi praktikas mõõdetakse radioaktiivsete isotoopide aktiivsust kõige sagedamini nende α-, β- ja γ-kiirguse järgi.

Radiomeetrilise analüüsi rakendamine:

Keemiliste reaktsioonide mehhanismi uurimine.

Märgistatud aatomite meetodiga uuritakse erinevate väetiste pinnasesse andmise meetodite efektiivsust, taime lehtedele kantud mikroelementide kehasse tungimise viise jne. Eriti laialdaselt kasutatakse agrokeemilistes uuringutes radioaktiivset fosforit 32 P ja lämmastikku 13 N.

Onkoloogiliste haiguste raviks ja hormoonide, ensüümide määramiseks kasutatavate radioaktiivsete isotoopide analüüs.

Massispektri analüüs.

Põhineb üksikute ioniseeritud aatomite, molekulide ja radikaalide masside määramisel elektri- ja magnetvälja koosmõjul. Eraldatud osakeste registreerimine toimub elektriliste (massispektromeetria) või fotograafiliste (massispektrograafia) meetoditega. Määramine viiakse läbi instrumentidega – massispektromeetritega või massispektrograafidega.

Elektrokeemilised analüüsimeetodid.

Elektrokeemilised analüüsi- ja uurimismeetodid põhinevad elektroodi pinnal või elektroodilähedases ruumis toimuvate protsesside uurimisel ja kasutamisel. Analüütiline signaal- elektriline parameeter (potentsiaal, voolutugevus, takistus), mis sõltub analüüdi kontsentratsioonist.

Eristama otse Ja kaudsed elektrokeemilised meetodid. Otseste meetodite puhul kasutatakse voolutugevuse sõltuvust analüüdi kontsentratsioonist. Kaudselt – voolutugevust (potentsiaali) mõõdetakse, et leida tiitrimisseadme poolt määratud komponendi tiitrimise lõpp-punkt (ekvivalentsuspunkt).

Elektrokeemilised analüüsimeetodid hõlmavad järgmist:

1. potentsiomeetria;

2. konduktomeetria;

3. kulomeetria;

4. amperomeetria;

5. polarograafia.

Elektrokeemilistes meetodites kasutatavad elektroodid.

1. Võrdluselektrood ja indikaatorelektrood.

Võrdluselektrood- See on konstantse potentsiaaliga elektrood, mis ei ole lahuse ioonide suhtes tundlik. Võrdluselektroodil on ajaliselt stabiilne reprodutseeritav potentsiaal, mis väikese voolu läbimisel ei muutu, ja indikaatorelektroodi potentsiaal esitatakse selle suhtes. Kasutatakse hõbekloriidi ja kalomeli elektroode. Hõbekloriidelektrood on hõbetraat, mis on kaetud AgCl kihiga ja asetatud KCl lahusesse. Elektroodi potentsiaal määratakse klooriioonide kontsentratsiooniga lahuses:

Kalomelelektrood koosneb metallilisest elavhõbedast, kalomelist ja KCI lahusest. Elektroodi potentsiaal sõltub kloriidioonide kontsentratsioonist ja temperatuurist.

Indikaatorelektrood- see on elektrood, mis reageerib määratavate ioonide kontsentratsioonile. Indikaatorelektrood muudab oma potentsiaali "potentsiaali määravate ioonide" kontsentratsiooni muutumisega. Indikaatorelektroodid jagunevad pöördumatu ja pöörduv. Pööratavate indikaatorelektroodide potentsiaalsed hüpped faasidevahelistel piiridel sõltuvad elektroodreaktsioonides osalejate aktiivsusest vastavalt termodünaamilistele võrranditele; tasakaal saavutatakse üsna kiiresti. Pöördumatu indikaatorelektroodid ei vasta pööratavate elektroodide nõuetele. Analüütilises keemias kasutatakse pööratavaid elektroode, mille puhul on täidetud Nernsti võrrand.

2. Metallelektroodid: elektronvahetus ja ioonivahetus.

Elektronivahetus elektrood liidese piiril, toimub reaktsioon elektronide osalusel. Elektronvahetuselektroodid jagunevad elektroodideks esimene liik ja elektroodid teist liiki. Esimest tüüpi elektroodid - metallplaat (hõbe, elavhõbe, kaadmium), mis on sukeldatud selle metalli hästi lahustuva soola lahusesse. Teist tüüpi elektroodid - metall, mis on kaetud selle metalli halvasti lahustuva ühendi kihiga ja sukeldatud sama aniooniga hästi lahustuva ühendi lahusesse (hõbekloriid, kalomelelektroodid).

Ioonivahetuselektroodid- elektroodid, mille potentsiaal sõltub ühe või mitme aine oksüdeeritud ja redutseeritud vormide kontsentratsioonide suhtest lahuses. Sellised elektroodid on valmistatud inertsest metallist nagu plaatina või kuld.

3. Membraanelektroodid need on poorne plaat, mis on immutatud veega segunematu vedelikuga ja mis on võimeline teatud ioone selektiivselt adsorbeerima (näiteks Ni 2+, Cd 2+, Fe 2+ kelaatide lahused orgaanilises lahuses). Membraanelektroodide töö põhineb faasipiiril potentsiaalsete erinevuste tekkimisel ning membraani ja lahuse vahelise vahetustasakaalu loomisel.

Potentsiomeetriline analüüsimeetod.

Potentsiomeetriline analüüsimeetod põhineb lahusesse sukeldatud elektroodi potentsiaali mõõtmisel. Potentsiomeetrilistel mõõtmistel koosneb galvaaniline element indikaatorelektroodist ja võrdluselektroodist ning mõõdetakse elektromotoorjõudu (EMF).

Potentsiomeetria variandid:

Otsene potentsiomeetria kasutatakse kontsentratsiooni otseseks määramiseks indikaatorelektroodi potentsiaali väärtuse järgi, eeldusel, et elektroodiprotsess on pöörduv.

Kaudne potentsiomeetria põhineb asjaolul, et iooni kontsentratsiooni muutusega kaasneb tiitrimislahusesse sukeldatud elektroodi potentsiaali muutus.

Potentsiomeetrilises tiitrimises leitakse lõpp-punkt potentsiaali hüppe osas, mis on tingitud elektrokeemilise reaktsiooni asendamisest teisega vastavalt E ° (elektroodi standardpotentsiaal) väärtustele.

Potentsiaali väärtus sõltub vastavate ioonide kontsentratsioonist lahuses. Näiteks hõbedasoola lahusesse sukeldatud hõbeelektroodi potentsiaal muutub koos Ag + -ioonide kontsentratsiooni muutumisega lahuses. Seetõttu on antud teadmata kontsentratsiooniga soola lahusesse sukeldatud elektroodi potentsiaali mõõtes võimalik määrata vastavate ioonide sisaldus lahuses.

Elektrood, mille potentsiaali järgi otsustatakse määratavate ioonide kontsentratsiooni lahuses, nimetatakse indikaatorelektrood.

Indikaatorelektroodi potentsiaal määratakse, võrreldes seda teise elektroodi potentsiaaliga, mida tavaliselt nimetatakse võrdluselektrood. Võrdluselektroodina saab kasutada ainult sellist elektroodi, mille potentsiaal jääb määratavate ioonide kontsentratsiooni muutumisel muutumatuks. Võrdluselektroodina kasutatakse standardset (tavalist) vesinikelektroodi.

Praktikas kasutatakse teadaoleva elektroodipotentsiaali väärtusega võrdluselektroodina sageli pigem kalomeli kui vesinikelektroodi (joonis 1). Kalomelelektroodi potentsiaal CO küllastunud lahusega temperatuuril 20 °C on 0,2490 V.

Konduktomeetriline analüüsimeetod.

Konduktomeetriline analüüsimeetod põhineb lahuste elektrijuhtivuse mõõtmisel, mis muutub keemiliste reaktsioonide tulemusena.

Lahuse elektrijuhtivus sõltub elektrolüüdi olemusest, selle temperatuurist ja lahustunud aine kontsentratsioonist. Lahjendatud lahuste elektrijuhtivus on tingitud katioonide ja anioonide liikumisest, mis erinevad erineva liikuvuse poolest.

Temperatuuri tõusuga suureneb elektrijuhtivus, kuna ioonide liikuvus suureneb. Antud temperatuuril sõltub elektrolüüdi lahuse elektrijuhtivus selle kontsentratsioonist: reeglina, mida suurem on kontsentratsioon, seda suurem on elektrijuhtivus! Seetõttu on antud lahuse elektrijuhtivus lahustunud aine kontsentratsiooni indikaator ja selle määrab ioonide liikuvus.

Konduktomeetrilise kvantifitseerimise kõige lihtsamal juhul, kui lahus sisaldab ainult ühte elektrolüüti, joonistatakse graafik analüüsitava lahuse elektrijuhtivuse ja selle kontsentratsiooni funktsioonina. Olles määranud uuritava lahuse elektrijuhtivuse, leitakse graafikult analüüdi kontsentratsioon.

Seega muutub bariitvee elektrijuhtivus otseses proportsioonis Ba(OH) 2 sisaldusega lahuses. Seda sõltuvust väljendatakse graafiliselt sirgjoonega. Ba(OH) 2 sisalduse määramiseks teadmata kontsentratsiooniga bariitvees on vaja määrata selle elektrijuhtivus ja kalibreerimisgraafiku abil leida sellele elektrijuhtivuse väärtusele vastav Ba(OH) 2 kontsentratsioon. Kui mõõdetud maht süsinikdioksiidi sisaldavat gaasi lastakse läbi Ba (OH) 2 lahuse, mille elektrijuhtivus on teada, reageerib CO 2 Ba (OH) 2-ga:

Ba (OH) 2 + CO 2 → BaCO 3 + H 2 0

Selle reaktsiooni tulemusena väheneb Ba(OH) 2 sisaldus lahuses ja bariitvee elektrijuhtivus väheneb. Mõõtes bariitvee elektrijuhtivust pärast seda, kui see on neelanud CO 2, saab määrata, kui palju on Ba(OH) 2 kontsentratsioon lahuses vähenenud. Ba (OH) 2 kontsentratsioonide erinevuse järgi bariitvees on neeldunud kogust lihtne arvutada.

Kvantitatiivset analüüsi väljendab järjestus eksperimentaalsed meetodid, mis määravad üksikute komponentide ja lisandite sisalduse (kontsentratsioonid) uuritava materjali proovis. Selle ülesandeks on määrata keemiliste ühendite, ioonide ja elementide kvantitatiivne suhe, mis moodustavad uuritavate ainete proovid.

Ülesanded

Kvalitatiivne ja kvantitatiivne analüüs on analüütilise keemia harud. Eelkõige käsitleb viimane erinevaid probleeme kaasaegne teadus ja tootmine. See tehnika määrab optimaalsed tingimused keemilis-tehnoloogiliste protsesside läbiviimiseks, kontrollib tooraine kvaliteeti, valmistoodete, sealhulgas ravimite puhtusastet, määrab komponentide sisalduse segudes, ainete omaduste vahelise seose.

Klassifikatsioon

Kvantitatiivse analüüsi meetodid jagunevad:

• füüsiline;
• keemiline (klassikaline);
• füüsikalised ja keemilised.

keemiline meetod

See põhineb erinevat tüüpi reaktsioonide kasutamisel, mis kvantitatiivselt esinevad lahustes, gaasides, kehades jne. Kvantitatiivne keemiline analüüs jaguneb:

• Gravimeetriline (kaal). See seisneb uuritavas aines sisalduva analüüsitava komponendi massi täpses (ranges) määramises.
• Titrimeetriline (mahuline). Uuritava proovi kvantitatiivne koostis määratakse kindlaks määratud kontsentratsiooniga reaktiivi (tiitri) mahu range mõõtmisega, mis interakteerub samaväärsetes kogustes määratava ainega.
• Gaasi analüüs. See põhineb keemilise reaktsiooni tulemusena moodustunud või neelduva gaasi mahu mõõtmisel.

Ainete keemilist kvantitatiivset analüüsi peetakse klassikaliseks. See on enim arenenud analüüsimeetod ja areneb jätkuvalt. See on täpne, hõlpsasti teostatav, ei vaja erivarustust. Kuid selle kasutamine on mõnikord seotud mõningate raskustega keerukate segude uurimisel ja suhteliselt väikese tundlikkusega.

füüsiline meetod

See on kvantitatiivne analüüs, mis põhineb uuritavate ainete või lahuste füüsikaliste parameetrite väärtuste mõõtmisel, mis sõltuvad nende kvantitatiivsest koostisest. Jaotatud:

• Refraktomeetria (murdumisnäitaja väärtuste mõõtmine).
• Polarimeetria (optilise pöörde väärtuste mõõtmine).
• Fluorimeetria (fluorestsentsi intensiivsuse määramine) ja teised

Füüsikalisi meetodeid iseloomustab kiirus, madal määramispiir, tulemuste objektiivsus ja võimalus protsessi automatiseerida. Kuid need ei ole alati spetsiifilised, kuna füüsikalist kogust ei mõjuta mitte ainult uuritava aine kontsentratsioon, vaid ka muude ainete ja lisandite olemasolu. Nende rakendamine nõuab sageli keerukate seadmete kasutamist.

Füüsikalised ja keemilised meetodid

Kvantitatiivse analüüsi ülesanneteks on uuritava süsteemi füüsikaliste parameetrite väärtuste mõõtmine, mis ilmnevad või muutuvad keemiliste reaktsioonide tulemusena. Neid meetodeid iseloomustab madal avastamispiir ja täitmise kiirus, mis nõuavad teatud vahendite kasutamist.

gravimeetriline meetod

See on vanim ja enim arenenud kvantitatiivse analüüsi tehnoloogia. Tegelikult sai analüütiline keemia alguse gravimeetriast. Toimingute komplekt võimaldab täpselt mõõta kindlaksmääratud komponendi massi, mis on eraldatud teistest testitava süsteemi komponentidest keemilise elemendi konstantsel kujul.

Gravimeetria on farmakopöa meetod, mida iseloomustab tulemuste kõrge täpsus ja reprodutseeritavus, teostamise lihtsus, kuid töömahukas. Sisaldab nippe:

• ladestumine;
• destilleerimine;
• tühjenemine;
• elektrogravimeetria;
• termogravimeetrilised meetodid.

Sadestamise meetod

Kvantitatiivne sademete analüüs põhineb analüüdi keemilisel reaktsioonil sadeainega, moodustades halvasti lahustuva ühendi, mis eraldatakse, seejärel pestakse ja kaltsineeritakse (kuivatatakse). Finišis valitud komponent kaalutakse.

Näiteks Ba 2+ ioonide gravimeetrilisel määramisel soolalahustes, väävelhape. Reaktsiooni käigus tekib valge kristalne BaS04 sade (sadestatud vorm). Pärast selle sette röstimist moodustub nn gravimeetriline vorm, mis langeb täielikult kokku sadestunud vormiga.

Ca 2+ ioonide määramisel võib sadestajana kasutada oblikhapet. Pärast sademe analüütilist töötlemist muudetakse sadestunud vorm (CaC 2 O 4) gravimeetriliseks vormiks (CaO). Seega võib sadestunud vorm keemilise valemi poolest gravimeetrilise vormiga kokku langeda või sellest erineda.

Kaalud

Analüütiline keemia nõuab väga täpseid mõõtmisi. Gravimeetrilise analüüsimeetodi puhul kasutatakse põhiinstrumendina väga täpseid kaalusid.

• Kaalumine nõutava täpsusega ± 0,01 g toimub apteegi (käsitsi) või tehnokeemiliste kaalude abil.
• Nõutava ±0,0001 g täpsusega kaalumine viiakse läbi analüütilistel kaaludel.
• Täpsusega ± 0,00001 g - mikroteritel.

Kaalumise tehnika

Kvantitatiivse analüüsi läbiviimisel tehakse aine massi määramine tehnokeemilistel või tehnilistel kaaludel järgmiselt: uuritav objekt asetatakse kaalu vasakpoolsele alusele ja tasakaalustavad kaalud paremale. Kaalumisprotsess on lõppenud, kui kaalu osuti on keskmises asendis.

Kaalumine apteegi kaalul keskne rõngas hoidke vasaku käega, küünarnukk toetudes laborilauale. Kaalumise ajal õla summutamist saab kiirendada, kui puudutate kaalukausi põhja kergelt laua pinnaga.

Analüütilised kaalud paigaldatakse eraldi selleks ette nähtud laboriruumidesse (kaaluruumidesse) spetsiaalsetele monoliitstele riiulitele-statiividele. Et vältida õhukõikumiste, tolmu ja niiskuse mõju, on kaalud kaitstud spetsiaalsete klaasvitriinidega. Analüütiliste kaaludega töötades tuleb järgida järgmisi nõudeid ja reegleid:

• enne iga kaalumist kontrollige kaalu seisukorda ja seadke nullpunkt;
• kaalutud ained asetatakse anumasse (pudel, kellaklaas, tiigel, katseklaas);
• kaalutavate ainete temperatuur viiakse kaalumisruumis 20 minutiks kaalu temperatuurini;
• Kaalu ei tohi koormata üle määratud piirkoormuste.

Gravimeetria etapid sadestamismeetodi järgi

Gravimeetriline kvalitatiivne ja kvantitatiivne analüüs sisaldab järgmisi samme:

• analüüsitud proovi kaalutud masside ja sadestava aine mahu arvutamine;
• proovi kaalumine ja lahustamine;
• sadestamine (määratava komponendi sadestunud vormi saamine);
• sademete eemaldamine emalahusest;
• setete pesemine;
• sademe kuivatamine või kaltsineerimine konstantse massini;
• kaalumine gravimeetriline vorm;
• analüüsitulemuste arvutamine.

Sadestaja valik

Kvantitatiivse analüüsi aluseks oleva sadeaine valimisel arvestage analüüsitava komponendi võimalikku sisaldust proovis. Setete eemaldamise täielikkuse suurendamiseks kasutatakse sadeainet mõõdukas liias. Kasutataval sadestusainel peab olema:

• spetsiifilisus, selektiivsus määratava iooni suhtes;
• lenduv, kergesti eemaldatav gravimeetrilise vormi kuivatamise või kaltsineerimise teel.

Anorgaaniliste sadestajate hulgas on levinumad lahused: HCL; H2S04; H3PO4; NaOH; AgN03; BaCL 2 ja teised. Orgaanilistest sadestusainetest eelistatakse diatsetüüldioksiimi, 8-hüdroksükinoliini, oksaalhappe ja teiste lahuseid, mis moodustavad metalliioonidega komplekssesiseseid stabiilseid ühendeid, millel on järgmised eelised:

• Metallidega keerulised ühendid lahustuvad reeglina vees vähesel määral, tagades metalliioonide täieliku sadestumise.
• Kompleksisiseste sademete (molekulaarkristallvõre) adsorptsioonivõime on madalam kui ioonse struktuuriga anorgaaniliste sademete adsorptsioonivõime, mis võimaldab saada puhast sadet.
• Metalliioonide selektiivse või spetsiifilise sadestamise võimalus teiste katioonide juuresolekul.
• Tänu gravimeetriliste vormide suhteliselt suurele molekulmassile väheneb suhteline määramisviga (erinevalt väikese molaarmassiga anorgaaniliste sadestajate kasutamisest).

Sadestamise protsess

See on kvantitatiivse analüüsi iseloomustamise kõige olulisem samm. Sadestunud vormi saamisel on vaja minimeerida kulusid, mis on tingitud sademe lahustuvusest emalahuses, vähendada adsorptsiooni, oklusiooni, kaassadestamise protsesse. On vaja saada piisavalt suured setteosakesed, mis ei läbi filtreerimispoore.

Nõuded sadestunud vormile:

• Määratav komponent peab kvantitatiivselt sadestuma ja vastama väärtusele Ks≥10 -8.
• Sete ei tohiks sisaldada võõrlisandeid ja olla väliskeskkonna suhtes stabiilne.
• Sadestunud vorm tuleks katseaine kuivatamisel või kaltsineerimisel võimalikult täielikult muuta gravimeetriliseks vormiks.
• Sademe agregaatolek peab vastama selle filtreerimise ja pesemise tingimustele.
• Eelistatakse suuri osakesi sisaldavat kristalset sadet, millel on väiksem neeldumisvõime. Neid on lihtsam filtreerida ilma filtripoore ummistamata.

Kristallilise sademe saamine

Tingimused optimaalse kristalse sademe saamiseks:

• Sadestamine viiakse läbi uuritava aine lahjendatud lahuses koos sademe lahjendatud lahusega.
• Lisage sadelahus aeglaselt, tilkhaaval, õrnalt segades.
• Sadestamine viiakse läbi uuritava aine kuumas lahuses kuuma lahustiga.
• Mõnikord viiakse sadestamine läbi ühendite (näiteks väikese koguse happe) juuresolekul, mis suurendavad veidi sademe lahustuvust, kuid ei moodusta sellega lahustuvaid kompleksühendeid.
• Sade jäetakse mõneks ajaks esialgsesse lahusesse, mille jooksul toimub “sademe sadestumine”.
• Juhtudel, kui sadestunud vorm moodustub amorfse sadena, püütakse seda filtreerimise hõlbustamiseks paksemaks muuta.

Amorfse sademe saamine

Tingimused optimaalse amorfse sademe saamiseks:

• Uuritava aine kuumale kontsentreeritud lahusele lisatakse sademe kuum kontsentreeritud lahus, mis soodustab osakeste koagulatsiooni. Sete muutub paksemaks.
• Lisa kiiresti sade.
• Vajadusel lisatakse uuritavasse lahusesse koagulant - elektrolüüt.

Filtreerimine

Kvantitatiivsed analüüsimeetodid hõlmavad verstapost nagu filtreerimine. Sademete filtreerimisel ja pesemisel kasutatakse kas klaasfiltreid või paberfiltreid, mis ei sisalda tuhka. Paberfiltrid on erineva tiheduse ja pooride suurusega. Tihedad filtrid on tähistatud sinise lindiga, vähem tihedad - musta ja punasega. Tuhavabade paberfiltrite läbimõõt on 6-11 cm Enne filtreerimist sademe kohal olev selge lahus kurnatakse.

Elektrogravimeetria

Kvantitatiivset analüüsi saab läbi viia elektrogravimeetria abil. Uuritav ravim eemaldatakse (kõige sagedamini lahustest) elektrolüüsi ajal ühel elektroodil. Pärast reaktsiooni lõppemist elektrood pestakse, kuivatatakse ja kaalutakse. Suurendades elektroodi massi, määratakse elektroodil moodustunud aine mass. Nii analüüsitakse kulla ja vase sulamit. Pärast kulla eraldamist lahuses määratakse elektroodile kogunenud vase ioonid.

Termogravimeetriline meetod

Seda tehakse aine massi mõõtmisel selle pideva kuumutamise ajal teatud temperatuurivahemikus. Muudatused registreeritakse spetsiaalse seadmega - derivatograafiga. See on varustatud pidevkaaluliste termomeetrite, elektriahjuga uuritava proovi soojendamiseks, termopaari temperatuuride mõõtmiseks, standard- ja pidevsalvestiga. Proovi massi muutus registreeritakse automaatselt termogravigrammi (derivatogrammi) kujul - koordinaatidesse ehitatud massimuutuse kõver:

• aeg (või temperatuur);
• massi kadu.

Järeldus

Kvantitatiivsed tulemused peavad olema täpsed, õiged ja korratavad. Selleks kasutatakse sobivaid analüütilisi reaktsioone või aine füüsikalisi omadusi, kõik analüütilised toimingud tehakse korrektselt ja analüüsitulemuste mõõtmiseks kasutatakse usaldusväärseid meetodeid. Iga kvantitatiivse määramise ajal tuleb hinnata tulemuste usaldusväärsust.

analüüsi meetod nimetada aine analüüsi aluseks olevad põhimõtted ehk aine keemiliste osakeste häireid põhjustava energia liik ja olemus.

Analüüs põhineb salvestatud analüütilise signaali sõltuvusel analüüdi olemasolust või kontsentratsioonist.

Analüütiline signaal on objekti fikseeritud ja mõõdetav omadus.

Analüütilises keemias klassifitseeritakse analüüsimeetodid kindlaksmääratava omaduse olemuse ja analüütilise signaali salvestamise meetodi järgi:

1.keemiline

2.füüsiline

3. Füüsikaline ja keemiline

Füüsikalis-keemilisi meetodeid nimetatakse instrumentaalseteks või mõõtmismeetoditeks, kuna need nõuavad instrumentide, mõõteriistade kasutamist.

Mõelge keemiliste analüüsimeetodite täielikule klassifikatsioonile.

Keemilised analüüsimeetodid- põhineb keemilise reaktsiooni energia mõõtmisel.

Reaktsiooni käigus muutuvad lähteainete kulu või reaktsioonisaaduste tekkega seotud parameetrid. Neid muutusi saab kas otse jälgida (sade, gaas, värvus) või mõõta, näiteks reaktiivi kulu, toote mass, reaktsiooniaeg jne.

Kõrval eesmärgid Keemilise analüüsi meetodid jagunevad kahte rühma:

I. Kvalitatiivne analüüs- seisneb analüüsitava aine moodustavate üksikute elementide (või ioonide) tuvastamises.

Kvalitatiivsed analüüsimeetodid on klassifitseeritud:

1. katioonianalüüs

2. anioonianalüüs

3. komplekssete segude analüüs.

II.Kvantitatiivne analüüs- seisneb kompleksaine üksikute komponentide kvantitatiivse sisalduse määramises.

Kvantitatiivsed keemilised meetodid klassifitseerivad:

1. Gravimeetriline(massi) analüüsimeetod põhineb analüüdi eraldamisel puhtal kujul ja selle kaalumisel.

Gravimeetrilised meetodid vastavalt reaktsioonisaaduse saamise meetodile jagunevad:

a) kemoravimeetrilised meetodid põhinevad keemilise reaktsiooni produkti massi mõõtmisel;

b) elektrogravimeetrilised meetodid põhinevad elektrokeemilise reaktsiooni produkti massi mõõtmisel;

c) termogravimeetrilised meetodid põhinevad termilise kokkupuute käigus tekkinud aine massi mõõtmisel.

2. Volumetriline analüüsimeetodid põhinevad ainega koostoimeks kulunud reaktiivi mahu mõõtmisel.

Mahulised meetodid jagunevad sõltuvalt reaktiivi agregatsiooni olekust järgmisteks osadeks:

a) gaasimahu mõõtmise meetodid, mis põhinevad gaasisegu määratud komponendi selektiivsel neeldumisel ning segu mahu mõõtmisel enne ja pärast neeldumist;

b) vedeliku mahu mõõtmise (titrimeetrilised või volumetrilised) meetodid põhinevad analüüdiga koostoimeks kulunud vedela reaktiivi mahu mõõtmisel.

Sõltuvalt keemilise reaktsiooni tüübist eristatakse mahuanalüüsi meetodeid:

Protolitomeetria on meetod, mis põhineb neutraliseerimisreaktsiooni kulgemisel;

redoksomeetria - meetod, mis põhineb redoksreaktsioonide esinemisel;

kompleksomeetria - meetod, mis põhineb kompleksi moodustumise reaktsiooni kulgemisel;

· sadestamismeetodid - meetodid, mis põhinevad sademete moodustumise reaktsioonidel.

3. kineetiline analüüsimeetodid põhinevad keemilise reaktsiooni kiiruse sõltuvuse määramisel reagentide kontsentratsioonist.

Loeng nr 2. Analüütilise protsessi etapid

Analüütilise ülesande lahendamine toimub aine analüüsi teostamise teel. IUPACi terminoloogia järgi analüüs [‡] nimetatakse protseduuriks aine keemilise koostise kohta eksperimentaalsete andmete saamiseks.

Olenemata valitud meetodist koosneb iga analüüs järgmistest etappidest:

1) proovide võtmine (proovi võtmine);

2) proovi ettevalmistamine (proovi ettevalmistamine);

3) mõõtmine (definitsioon);

4) mõõtmistulemuste töötlemine ja hindamine.

Joonis 1. Analüütilise protsessi skemaatiline esitus.

Näidisvalik

Keemilise analüüsi läbiviimine algab proovide valimise ja analüüsiks ettevalmistamisega. Tuleb märkida, et analüüsi kõik etapid on omavahel seotud. Seega ei anna hoolikalt mõõdetud analüütiline signaal õiget infot analüüdi sisalduse kohta, kui proovi valimine või analüüsiks ettevalmistamine ei ole korrektselt läbi viidud. Diskreetimisviga määrab sageli komponentide määramise üldise täpsuse ja muudab ülitäpsete meetodite kasutamise mõttetuks. Proovide võtmine ja proovi ettevalmistamine ei sõltu omakorda mitte ainult analüüsitava objekti olemusest, vaid ka analüütilise signaali mõõtmise meetodist. Proovide võtmise ja proovide ettevalmistamise tehnikad ja protseduurid on keemilises analüüsis nii olulised, et need on tavaliselt ette nähtud Riigi standard(GOST).

Mõelge proovide võtmise põhireeglitele:

Tulemus saab olla õige ainult siis, kui proov on piisav esindaja, see tähendab, et peegeldab täpselt selle materjali koostist, millest see valiti. Mida rohkem materjali valitakse, seda esinduslikum see on. Väga suurt valimit on aga raske käsitleda ning see suurendab analüüsi aega ja kulu. Seega tuleb proov võtta nii, et see oleks esinduslik ja mitte väga suur.

· Proovi optimaalne mass on tingitud analüüsitava objekti heterogeensusest, osakeste suurusest, millest heterogeensus algab, ja analüüsi täpsuse nõuetest.

· Proovi esinduslikkuse tagamiseks tuleb tagada partii homogeensus. Kui homogeenset partii ei ole võimalik moodustada, tuleks kasutada partii kihistamist homogeenseteks osadeks.

Võtke proovide võtmisel arvesse agregatsiooni olek objektiks.

· Täidetud peab olema proovivõtumeetodite ühtsuse tingimus: pisteline valim, perioodiline, astmeline, mitmeastmeline valim, pimeproov, süstemaatiline valim.

· Üks tegureid, mida tuleks proovivõtumeetodi valikul arvesse võtta, on objekti koostise ja määratud komponendi sisalduse ajas muutumise võimalus. Näiteks vee muutuv koostis jões, komponentide kontsentratsiooni muutus toiduainetes jne.