1. Paraugu ņemšana:

Laboratorijas paraugs sastāv no 10-50 g materiāla, ko ņem tā, lai tā vidējais sastāvs atbilstu visas analizējamās vielas partijas vidējam sastāvam.

2. Parauga sadalīšana un pārnešana uz šķīdumu;

3. Turēšana ķīmiskā reakcija:

X ir nosakāmā sastāvdaļa;

P ir reakcijas produkts;

R ir reaģents.

4. Jebkura reakcijas produkta, reaģenta vai analizējamā materiāla fizikālā parametra mērīšana.

Ķīmisko analīzes metožu klasifikācija

es Pēc reakcijas sastāvdaļām

1. Izmēra izveidotā reakcijas produkta P daudzumu (gravimetriskā metode). Radīt apstākļus, kādos analizējamā viela tiek pilnībā pārvērsta reakcijas produktā; turklāt ir nepieciešams, lai reaģents R neradītu nelielus reakcijas produktus ar svešām vielām, fizikālās īpašības kas būtu līdzīgas produkta fizikālajām īpašībām.

2. Pamatojoties uz reaģenta daudzuma mērījumu, kas patērēts reakcijā ar analizējamo vielu X:

– darbībai starp X un R jābūt stehiometriskai;

- reakcijai jānotiek ātri;

– reaģents nedrīkst reaģēt ar svešām vielām;

– ir nepieciešams veids, kā noteikt līdzvērtības punktu, t.i. titrēšanas brīdis, kad reaģentu pievieno līdzvērtīgā daudzumā (indikators, krāsas maiņa, o-in ietilpība, elektrovadītspēja).

3. Reģistrē izmaiņas, kas notiek ar pašu analizējamo vielu X mijiedarbības procesā ar reaģentu R (gāzu analīze).

II Ķīmisko reakciju veidi

1. Skābe-bāze.

2. Izglītība sarežģīti savienojumi.

Skābju-bāzes reakcijas: izmanto galvenokārt stipro un vājo skābju un bāzu un to sāļu tiešai kvantitatīvai noteikšanai.

Sarežģītu savienojumu veidošanās reakcijas: noteiktas vielas reaģentu iedarbībā pārvēršas kompleksos jonos un savienojumos.

Šādas atdalīšanas un noteikšanas metodes ir balstītas uz sarežģītas veidošanās reakcijām:

1) Atdalīšana ar nokrišņiem;

2) ekstrakcijas metode (ūdenī nešķīstošie kompleksie savienojumi bieži labi šķīst organiskajos šķīdinātājos - benzolā, hloroformā - komplekso savienojumu pārvietošanas procesu no ūdens fāzēm uz dispersām sauc par ekstrakciju);

3) Fotometrisks (Co ar slāpekļa sāli) - mēra komplekso savienojumu šķīdumu optimālo blīvumu;

4) Titrimetriskās analīzes metode

5) Gravimetriskā analīzes metode.

1) cementēšanas metode - metāla Me jonu reducēšana šķīdumā;

2) elektrolīze ar dzīvsudraba katodu - šķīduma elektrolīzes laikā ar dzīvsudraba katodu daudzu elementu joni ar elektrisko strāvu tiek reducēti uz Me, kas izšķīst dzīvsudrabā, veidojot amalgamu. Cita Es joni paliek šķīdumā;

3) identifikācijas metode;

4) titrimetriskās metodes;

5) elektrogravimetriskā - caur testa šķīdumu tiek izvadīts el. noteikta sprieguma strāva, kamēr Me joni tiek atjaunoti Me stāvoklī, atbrīvotie tiek nosvērti;

6) kulonometriskā metode - vielas daudzumu nosaka pēc elektroenerģijas daudzuma, kas jāiztērē analizējamās vielas elektroķīmiskajai transformācijai. Analīzes reaģenti tiek atrasti saskaņā ar Faradeja likumu:

M ir nosakāmā elementa daudzums;

F ir Faradeja skaitlis (98500 C);

A - atomu masa elements;

n ir elektronu skaits, kas iesaistīti noteiktā elementa elektroķīmiskajā transformācijā;

Q ir elektroenerģijas daudzums (Q = I ∙ τ).

7) katalītiskā analīzes metode;

8) polarogrāfiskā;

III Atdalīšanas metožu klasifikācija, pamatojoties uz dažāda veida fāzu transformāciju izmantošanu:

Ir zināmi šādi līdzsvara veidi starp fāzēm:

Līdzsvara L-G vai T-G izmanto analīzē, kad vielas tiek izvadītas gāzes fāzē (CO 2 , H 2 O utt.).

Līdzsvars W 1 - W 2 tiek novērots ekstrakcijas metodē un elektrolīzē ar dzīvsudraba katodu.

Zh-T ir raksturīga nogulsnēšanās procesiem un nokrišņu procesiem uz cietās fāzes virsmas.

Analīzes metodes ietver:

1. gravimetrisks;

2. titrimetrisks;

3 optiskais;

4. elektroķīmiskais;

5. katalītiskais.

Atdalīšanas metodes ietver:

1. nokrišņi;

2. ieguve;

3. hromatogrāfija;

4. jonu apmaiņa.

Koncentrācijas metodes ietver:

1. nokrišņi;

2. ieguve;

3. šuvēšana;

4. izģērbšana.

Fizikālās analīzes metodes

Raksturīga iezīme ir tāda, ka tie tieši mēra visus sistēmas fiziskos parametrus, kas saistīti ar elementa daudzumu, kas tiek noteikts bez iepriekšējas ķīmiskas reakcijas.

Fizikālās metodes ietver trīs galvenās metožu grupas:

I Metodes, kuru pamatā ir starojuma mijiedarbība ar vielu vai vielas starojuma mērīšana.

II Metodes, kuru pamatā ir el. vai matērijas magnētiskās īpašības.

IIIMetodes, kuru pamatā ir vielu mehānisko vai molekulāro īpašību blīvuma vai citu parametru mērīšana.

Metodes, kuru pamatā ir atomu ārējās valences elektronu enerģijas pāreja: ietver atomu emisijas un atomu absorbcijas analīzes metodes.

Atomu emisijas analīze:

1) Liesmas fotometrija - analizētais šķīdums tiek izsmidzināts gāzes degļa liesmā. Augstas temperatūras ietekmē atomi nonāk satrauktā stāvoklī. Ārējie valences elektroni pāriet uz augstākiem enerģijas līmeņiem. Elektronu apgriezto pāreju uz galveno enerģijas līmeni pavada starojums, kura viļņa garums ir atkarīgs no tā, kura elementa atomi atradās liesmā. Starojuma intensitāte noteiktos apstākļos ir proporcionāla elementa atomu skaitam liesmā, un starojuma viļņa garums raksturo parauga kvalitatīvo sastāvu.

2) Emisijas analīzes metode - spektrālā. Paraugu ievada loka vai kondensētas dzirksteles liesmā, augstā temperatūrā atomi nonāk ierosinātā stāvoklī, savukārt elektroni nonāk ne tikai tuvākajos galvenajos, bet arī tālākos enerģijas līmeņos.

Radiācija ir sarežģīts dažādu viļņu garumu gaismas vibrāciju maisījums. Emisijas spektrs ir sadalīts speciālās galvenajās daļās. instrumenti, spektrometri un fotografēšana. Atsevišķu spektra līniju intensitātes stāvokļa salīdzinājums ar atbilstošā standarta līnijām ļauj noteikt parauga kvalitatīvo un kvantitatīvo analīzi.

Atomu absorbcijas analīzes metodes:

Metodes pamatā ir noteikta viļņa garuma gaismas absorbcijas mērīšana no noteiktā elementa neierosinātiem atomiem. Īpašs starojuma avots rada rezonanses starojumu, t.i. starojums, kas atbilst elektrona pārejai uz zemāko orbitāli ar viszemāko enerģiju, no tai tuvākās orbitāles ar vairāk augsts līmenis enerģiju. Gaismas intensitātes samazināšanās, tai izejot cauri liesmai, ko izraisa nosakāmā elementa atomu elektronu pārnešana ierosinātā stāvoklī, ir proporcionāls tajā esošo neierosināto atomu skaitam. Atomu absorbcijā tiek izmantoti degoši maisījumi ar temperatūru līdz 3100 ° C, kas palielina nosakāmo elementu skaitu, salīdzinot ar liesmas fotometriju.

Rentgena fluorescējošā un rentgena emisija

Rentgena fluorescējošais: paraugs tiek pakļauts rentgena stariem. augšējie elektroni. Atoma kodolam tuvākās orbitāles tiek izsistas no atomiem. To vietu ieņem elektroni no attālākām orbitālēm. Šo elektronu pāreju pavada sekundāra rentgena starojuma parādīšanās, kura viļņa garums ir funkcionāli saistīts ar elementa atomskaitli. Viļņa garums - parauga kvalitatīvais sastāvs; intensitāte - izlases kvantitatīvais sastāvs.

Metodes, kas balstītas uz kodolreakcijām - radioaktīvas. Materiāls tiek pakļauts neitronu starojumam, notiek kodolreakcijas un veidojas elementu radioaktīvie izotopi. Pēc tam paraugu pārnes šķīdumā un elementus atdala ar ķīmiskām metodēm. Pēc tam tiek mērīta katra parauga elementa radioaktīvā starojuma intensitāte un paralēli tiek analizēts etalonparaugs. Salīdzināta etalonparauga un analizējamā materiāla atsevišķu frakciju radioaktīvā starojuma intensitāte un izdarīti secinājumi par elementu kvantitatīvo saturu. Noteikšanas robeža 10 -8 - 10 -10%.

1. Konduktometriskais - balstīts uz šķīdumu vai gāzu elektriskās vadītspējas mērīšanu.

2. Potenciometriskā - ir tiešās un potenciometriskās titrēšanas metode.

3. Termoelektrisks - pamatojoties uz termoelektromotīves spēka rašanos, kas radās, sildot tērauda saskares vietu utt. Me.

4. Masu spektrālais - tiek izmantots ar spēcīgu elementu un magnētisko lauku palīdzību, gāzu maisījumus sadala komponentos atbilstoši komponentu atomiem vai molekulmasām. To izmanto izotopu maisījuma pētījumos. inertas gāzes, maisījumi organisko vielu.

Densitometrija - pamatojoties uz blīvuma mērījumu (vielu koncentrācijas noteikšana šķīdumos). Lai noteiktu sastāvu, tiek mērīta viskozitāte, virsmas spraigums, skaņas ātrums, elektrovadītspēja utt.

Lai noteiktu vielu tīrību, mēra viršanas vai kušanas temperatūru.

Fizikālo un ķīmisko īpašību prognozēšana un aprēķināšana

Vielu fizikāli ķīmisko īpašību prognozēšanas teorētiskie pamati

Aptuvenais prognožu aprēķins

Prognozēšana ietver fizikāli ķīmisko īpašību novērtējumu, pamatojoties uz minimālo viegli pieejamo sākotnējo datu skaitu, un var arī pieņemt, ka pilnībā nav eksperimentālas informācijas par pētāmās vielas īpašībām (“absolūtā” prognoze balstās tikai uz informāciju par stehiometrisko formulu savienojums).

Ir daudz veidu analīzes. Tos var klasificēt pēc dažādiem kritērijiem:

- pēc saņemtās informācijas veida. Atšķirt kvalitatīvā analīze(šajā gadījumā viņi uzzina, no kā šī viela sastāv, kuras sastāvdaļas ir iekļautas tās sastāvā) un kvantitatīvā analīze(nosaka noteiktu komponentu saturu, piemēram, svara % vai dažādu komponentu attiecību). Robeža starp kvalitatīvo un kvantitatīvo analīzi ir ļoti nosacīta, īpaši mikropiemaisījumu izpētē. Tātad, ja kvalitatīvās analīzes gaitā kāda sastāvdaļa netika konstatēta, tad jānorāda, cik minimālu šīs sastāvdaļas daudzumu varētu noteikt ar šo metodi. Iespējams, ka kvalitatīvās analīzes negatīvais rezultāts nav saistīts ar komponenta trūkumu, bet gan ar izmantotās metodes nepietiekamo jutīgumu! Savukārt kvantitatīvā analīze vienmēr tiek veikta, ņemot vērā iepriekš konstatēto pētāmā materiāla kvalitatīvo sastāvu.

- klasifikācija pēc analīzes objektiem: tehniskā, klīniskā, kriminālistikas un utt.

- klasifikācija pēc definīcijas objektiem.

Nejauciet terminus - analizēt Un noteikt. Objekti definīcijas nosauciet komponentus, kuru saturs ir jānosaka vai ticami jānosaka. Ņemot vērā nosakāmā komponenta raksturu, tiek izdalīti dažādi analīzes veidi (1.1. tabula).

Tabula 1-1. Analīzes veidu klasifikācija (pēc definīcijas vai noteikšanas objektiem)

Analīzes veids	Definēšanas (vai noteikšanas) objekts	Piemērs	Pielietojuma zona
Izotopisks	Atomi ar noteiktām kodollādiņa vērtībām un masas skaitu (izotopi)	137 Cs, 90 Sr, 235 U	Kodolenerģija, piesārņojuma kontrole vidi, medicīna, arheoloģija utt.
elementārs	Atomi ar noteiktām kodollādiņa vērtībām (elementi)	Cs, Sr, U, Cr, Fe, Hg	Visur
Īsta	Elementa atomi (joni) noteiktā oksidācijas stāvoklī vai noteikta sastāva savienojumos (elementa forma)	Cr(III), Fe 2+ , Hg kompleksos savienojumos	Ķīmiskās tehnoloģijas, vides piesārņojuma kontrole, ģeoloģija, metalurģija utt.
Molekulārā	Molekulas ar noteiktu sastāvu un struktūru	Benzīns, glikoze, etanols	Medicīna, vides piesārņojuma kontrole, agroķīmija, ķīmiskā tehnoloģija, kriminālistika.
Strukturālā grupa vai funkcionāla	To molekulu summa ar noteiktām strukturālajām īpašībām un līdzīgām īpašībām (izomēru un homologu summa)	Ierobežojiet ogļūdeņražus, monosaharīdi spirti	Ķīmiskā tehnoloģija, pārtikas rūpniecība, medicīna.
fāze	Fāze vai elements noteiktā fāzē	Grafīts tēraudā, kvarcs granītā	Metalurģija, ģeoloģija, būvmateriālu tehnoloģija.

Klasifikācija "pēc definīcijas objektiem" ir ļoti svarīga, jo tā palīdz izvēlēties piemērotāko analīzes veikšanas veidu (analītiskā metode). Jā, priekš elementārā analīze bieži izmanto spektrālās metodes, kuru pamatā ir atomu starojuma reģistrēšana dažādos viļņu garumos. Lielākā daļa spektrālo metožu ietver analīta pilnīgu iznīcināšanu (izsmidzināšanu). Ja nepieciešams noteikt dažādu molekulu raksturu un kvantitatīvo saturu, kas veido pētāmās organiskās vielas sastāvu ( molekulārā analīze), tad viena no piemērotākajām metodēm būs hromatogrāfija, kas neietver molekulu iznīcināšanu.

Laikā elementārā analīze identificēt vai kvantitatīvi noteikt elementus neatkarīgi no to oksidācijas pakāpes vai iekļaušanas noteiktu molekulu sastāvā. Pārbaudāmā materiāla pilnu elementāro sastāvu nosaka retos gadījumos. Parasti pietiek noteikt dažus elementus, kas būtiski ietekmē pētāmā objekta īpašības.

Īsta analīzi kā patstāvīgu formu sāka izdalīt salīdzinoši nesen, agrāk to uzskatīja par elementārās formas daļu. Materiālu analīzes mērķis ir atsevišķi noteikt viena un tā paša elementa dažādu formu saturu. Piemēram, hroms (III) un hroms (VI) notekūdeņos. Naftas produktos “sulfātu sēru”, “brīvo sēru” un “sulfīdu sēru” nosaka atsevišķi. Pētot dabisko ūdeņu sastāvu, viņi noskaidro, kāda dzīvsudraba daļa pastāv spēcīgu (nedisociējošu) kompleksu un elementāru elementu veidā. organiskie savienojumi, un kas - brīvo jonu veidā. Šie uzdevumi ir grūtāki nekā elementu analīzes uzdevumi.

Molekulārā analīze ir īpaši svarīga organisko vielu un biogēnas izcelsmes materiālu izpētē. Piemērs varētu būt benzola noteikšana benzīnā vai acetona noteikšana izelpotā gaisā. Šādos gadījumos ir jāņem vērā ne tikai sastāvs, bet arī molekulu struktūra. Patiešām, pētāmajā materiālā var būt noteiktā komponenta izomēri un homologi. Tādējādi bieži vien ir nepieciešams noteikt glikozes saturu daudzu tās izomēru un citu radniecīgu savienojumu, piemēram, saharozes, klātbūtnē.

Runājot par visu molekulu kopējā satura noteikšanu, kurām ir dažas kopīgas struktūras pazīmes, tās pašas funkcionālās grupas un tāpēc ir tuvu Ķīmiskās īpašības, izmantojiet terminu strukturālā grupa(vai funkcionāls) analīze. Piemēram, spirtu (organisko savienojumu ar OH grupu) daudzumu nosaka, veicot visiem spirtiem kopīgu reakciju ar metālisku nātriju un pēc tam izmērot atbrīvotā ūdeņraža tilpumu. Nepiesātināto ogļūdeņražu (ar dubultās vai trīskāršās saites) daudzumu nosaka, tos oksidējot ar jodu. Viena veida komponentu kopējais saturs dažreiz tiek noteikts arī neorganiskajā analīzē - piemēram, kopējais retzemju elementu saturs.

Īpašs analīzes veids ir fāzes analīze. Tātad ogleklis čugunā un tēraudā var izšķīst dzelzē, var veidoties ķīmiskie savienojumi ar dzelzi (karbīdiem) un var veidot atsevišķu fāzi (grafīts). Produkta fizikālās īpašības (stiprība, cietība utt.) ir atkarīgas ne tikai no kopējā oglekļa satura, bet arī no oglekļa sadalījuma starp šīm formām. Tāpēc metalurgus interesē ne tikai kopējais oglekļa saturs čugunā vai tēraudā, bet arī atsevišķas grafīta fāzes (brīvā oglekļa) klātbūtne šajos materiālos, kā arī šīs fāzes kvantitatīvais saturs.

Analītiskās ķīmijas pamatkursa galvenais virziens ir elementu un molekulārā analīze. Citos analīžu veidos tiek izmantotas ļoti specifiskas metodes, un izotopu, fāžu un strukturālo grupu analīzes nav iekļautas pamatkursa programmā.

Klasifikācija pēc rezultātu precizitātes, analīžu ilguma un izmaksām. Tiek saukta vienkāršota, ātra un lēta analīzes versija ekspress analīze. To īstenošanai viņi bieži izmanto pārbaudes metodes. Piemēram, ikviens (nevis analītiķis) var novērtēt nitrātu saturu dārzeņos (cukurs urīnā, smagie metāli V dzeramais ūdens utt.), izmantojot īpašu indikatora papīrs. Rezultāts būs redzams ar aci, jo komponenta saturu nosaka, izmantojot papīram pievienoto krāsu skalu. Pārbaudes metodes neprasa parauga nogādāšanu laboratorijā, jebkādu testa materiāla apstrādi; šīs metodes neizmanto dārgas iekārtas un neveic aprēķinus. Ir tikai svarīgi, lai rezultāts nebūtu atkarīgs no citu sastāvdaļu klātbūtnes pētāmajā materiālā, un šim nolūkam ir nepieciešams, lai reaģenti, ar kuriem papīrs tiek piesūcināts tā ražošanas laikā, būtu specifiski. Ir ļoti grūti nodrošināt testēšanas metožu specifiku, un šāda veida analīze ir kļuvusi plaši izplatīta tikai Latvijā pēdējie gadi XX gadsimts. Protams, pārbaudes metodes nevar nodrošināt augstu analīzes precizitāti, bet tas ne vienmēr ir nepieciešams.

Tiešs pretstats ekspresanalīzei - šķīrējtiesas analīze. Galvenā prasība tam ir nodrošināt pēc iespējas lielāku rezultātu precizitāti. Šķīrējtiesas analīzes tiek veiktas diezgan reti (piemēram, lai atrisinātu konfliktu starp rūpniecisko produktu ražotāju un patērētāju). Lai veiktu šādas analīzes, tiek piesaistīti kvalificētākie veicēji, tiek izmantotas uzticamākās un atkārtoti pārbaudītās metodes. Šādas analīzes veikšanai pavadītajam laikam, kā arī izmaksām nav būtiskas nozīmes.

Starpposma vietu starp ekspress un arbitrāžas analīzi - precizitātes, ilguma, izmaksu un citu rādītāju ziņā - ieņem t.s. rutīnas testi. Šāda veida ir lielākā daļa no rūpnīcā un citās kontroles un analīžu laboratorijās veiktajām analīzēm.

Ir arī citi klasifikācijas veidi, citi analīzes veidi. Piemēram, ņemiet vērā pētāmā materiāla masu, kas tieši izmantota analīzes gaitā. Atbilstošās klasifikācijas ietvaros ir makroanalīzi(kilogrami, litri), daļēji mikroanalīze(grama daļas, mililitri) un mikroanalīzi. Pēdējā gadījumā izmanto svērumus, kas ir miligrami vai mazāki, šķīdumu tilpumus mēra mikrolitros, un reakcijas rezultāts dažreiz ir jānovēro mikroskopā. Mikroanalīzi analītiskajās laboratorijās izmanto reti.

1.3. Analīzes metodes

Jēdziens "analīzes metode" ir vissvarīgākais analītiskajā ķīmijā. Šis termins tiek lietots, ja vēlas atklāt šīs vai citas analīzes būtību, tās galveno principu. Analīzes metode ir diezgan universāls un teorētiski pamatots analīzes veikšanas veids neatkarīgi no tā, kurš komponents tiek noteikts un kas tieši tiek analizēts. Ir trīs galvenās metožu grupas (1.-1. att.). Daži no tiem galvenokārt ir vērsti uz pētāmā maisījuma komponentu atdalīšanu (sekojošā analīze bez šīs darbības izrādās neprecīza vai pat neiespējama). Atdalīšanas gaitā parasti rodas arī nosakāmo komponentu koncentrācija (sk. 8. nodaļu). Piemērs varētu būt ekstrakcijas metodes vai jonu apmaiņas metodes. Kvalitatīvās analīzes gaitā tiek izmantotas citas metodes, kas kalpo mūs interesējošo komponentu drošai identificēšanai (identifikācijai). Trešās, vislielākās, ir paredzētas sastāvdaļu kvantitatīvai noteikšanai. Attiecīgās grupas tiek sauktas atdalīšanas un koncentrēšanas metodes, identifikācijas metodes un noteikšanas metodes. Pirmo divu grupu metodes, kā likums , spēlēt atbalsta lomu; tie tiks apspriesti vēlāk. Augstākā vērtība praksei ir noteikšanas metodes.

Papildus trim galvenajām grupām ir hibrīds metodes. 1.1. attēlā šīs metodes nav parādītas. Hibrīdmetodēs komponentu atdalīšana, identifikācija un noteikšana tiek organiski apvienota vienā instrumentā (vai vienā instrumentu komplektā). Vissvarīgākā no šīm metodēm ir hromatogrāfiskā analīze. Īpašā ierīcē (hromatogrāfā) testa parauga (maisījuma) sastāvdaļas tiek atdalītas, jo tās ar dažādu ātrumu pārvietojas caur kolonnu, kas piepildīta ar cietu pulveri (sorbentu). Līdz brīdim, kad komponents tiek atbrīvots no kolonnas, tiek novērtēts tā raksturs un tādējādi tiek identificētas visas parauga sastāvdaļas. Sastāvdaļas, kas iziet no kolonnas, savukārt nonāk citā ierīces daļā, kur speciāla ierīce - detektors - mēra un reģistrē visu komponentu signālus. Bieži vien visu komponentu satura automātiskais aprēķins tiek veikts nekavējoties. Ir skaidrs, ka hromatogrāfisko analīzi nevar uzskatīt tikai par komponentu atdalīšanas metodi vai tikai kā kvantitatīvās noteikšanas metodi, tā ir tieši hibrīda metode.

Katra noteikšanas metode apvieno daudzas specifiskas metodes, kurās mēra vienu un to pašu fizisko daudzumu. Piemēram, lai veiktu kvantitatīvo analīzi, var izmērīt testa šķīdumā iegremdēta elektroda potenciālu un pēc tam, izmantojot atrasto potenciāla vērtību, aprēķināt noteiktas šķīduma sastāvdaļas saturu. Visas metodes, kur galvenā darbība ir elektroda potenciāla mērīšana, tiek uzskatītas par īpašiem gadījumiem. potenciometriskā metode. Metodiku attiecinot uz vienu vai otru analītiskā metode nav svarīgi, kāds objekts tiek pētīts, kādas vielas tiek noteiktas un ar kādu precizitāti, kāda ierīce tiek izmantota un kā tiek veikti aprēķini - tas ir tikai svarīgi ko mēs mērām. Mērīts analīzes laikā fiziskais daudzums, atkarībā no analizējamās vielas koncentrācijas, parasti sauc analītisks signāls.

Līdzīgā veidā var izcelt metodi spektrālā analīze.Šajā gadījumā galvenā darbība ir parauga izstarotās gaismas intensitātes mērīšana noteiktā viļņa garumā. Metode titrimetriskā (tilpuma) analīze ir balstīta uz šķīduma tilpuma mērīšanu, kas iztērēts ķīmiskajā reakcijā ar noteikto parauga sastāvdaļu. Vārds "metode" bieži tiek izlaists, viņi vienkārši saka "potenciometrija", "spektrālā analīze", "titrimetrija" utt. IN refraktometriskā analīze signāls ir testa šķīduma refrakcijas indekss, in spektrofotometrija- gaismas absorbcija (noteiktā viļņa garumā). Metožu sarakstu un to atbilstošos analītiskos signālus var turpināt, kopumā ir zināmi vairāki desmiti neatkarīgu metožu.

Katrai definīcijas metodei ir sava teorētiskā bāze un saistīta ar īpaša aprīkojuma izmantošanu. Dažādu metožu pielietošanas jomas būtiski atšķiras. Dažas metodes galvenokārt tiek izmantotas naftas produktu analīzei, citas - analīzei zāles, citi - metālu un sakausējumu izpētei u.c. Līdzīgi var atšķirt elementu analīzes metodes, izotopu analīzes metodes utt. Tur ir arī vispārīgas metodes izmanto analīzē visvairāk dažādi materiāli un piemēroti to dažādo komponentu noteikšanai. Piemēram, spektrofotometrisko metodi var izmantot elementu, molekulāro un strukturālo grupu analīzei.

Atsevišķu metožu precizitāte, jutīgums un citas īpašības, kas saistītas ar vienu un to pašu analīzes metodi, atšķiras, bet ne tik daudz kā dažādu metožu raksturlielumi. Jebkuru analītisko problēmu vienmēr var atrisināt ar vairākiem dažādas metodes(teiksim, hromu leģētā tēraudā var noteikt ar spektrālo metodi, titrimetrisko un potenciometrisko). Analītiķis izvēlas metodi, ņemot vērā katras zināmās iespējas un īpašās prasības šī analīze. Vienreiz un uz visiem laikiem izvēlēties “labāko” un “sliktāko” metodi nav iespējams, viss ir atkarīgs no risināmās problēmas, no prasībām attiecībā uz analīzes rezultātiem. Tādējādi gravimetriskā analīze, kā likums, dod precīzākus rezultātus nekā spektrālā analīze, taču tā prasa daudz darba un laika. Tāpēc gravimetriskā analīze ir piemērota arbitrāžas analīzei, bet nav piemērota ātrai analīzei.

Noteikšanas metodes ir sadalītas trīs grupās: ķīmiskās, fizikālās un fizikāli ķīmiskās. Bieži vien tiek apvienotas fizikālās un fizikāli ķīmiskās metodes parastais nosaukums“instrumentālās metodes”, jo abos gadījumos tiek izmantoti instrumenti un tie paši. Kopumā robežas starp metožu grupām ir ļoti patvaļīgas.

Ķīmiskās metodes pamatā ir ķīmiskas reakcijas veikšana starp noteikto komponentu un īpaši pievienotu reaģentu. Reakcija notiek saskaņā ar shēmu:

Turpmāk simbols X apzīmē nosakāmo komponentu (molekulu, jonu, atomu utt.), R ir pievienotais reaģents, Y ir reakcijas produktu kopums. Ķīmisko metožu grupā ietilpst klasiskās (sen zināmās un labi pētītās) noteikšanas metodes, galvenokārt gravimetrija un titrimetrija. Ķīmisko metožu skaits ir salīdzinoši neliels, tām visām ir vienādi teorētiskie pamati (teorija ķīmiskais līdzsvars, likumi ķīmiskā kinētika un tā tālāk.). Kā analītisks signāls ķīmiskajās metodēs parasti mēra vielas masu vai tilpumu. Ķīmiskajās metodēs netiek izmantoti sarežģīti fizikāli instrumenti, izņemot analītiskos svarus un īpašus ķīmiskā sastāva standartus. Šīm metodēm ir daudz kopīga to iespēju ziņā. Tie tiks apspriesti 4. nodaļā.

Fizikālās metodes nav saistīts ar ķīmiskām reakcijām un reaģentu lietošanu. To galvenais princips ir tāda paša veida X komponenta analītisko signālu salīdzināšana pētāmajā materiālā un noteiktā atsaucē (paraugs ar precīzi zināmu X koncentrāciju). Iepriekš izveidojot kalibrēšanas grafiku (signāla atkarība no koncentrācijas vai masas X) un izmērot signāla vērtību pētāmā materiāla paraugam, tiek aprēķināta X koncentrācija šajā materiālā. Ir arī citi veidi, kā aprēķināt koncentrācijas (sk. 6. nodaļu). Fizikālās metodes parasti ir jutīgākas nekā ķīmiskās, tāpēc mikropiemaisījumu noteikšana galvenokārt tiek veikta ar fizikālām metodēm. Šīs metodes ir viegli automatizēt, un tām ir nepieciešams mazāk laika analīzei. Tomēr fiziskās metodes nepieciešami īpaši standarti, nepieciešamas diezgan sarežģītas, dārgas un ļoti specializētas iekārtas, turklāt tās parasti ir mazāk precīzas nekā ķīmiskās.

Starp ķīmiskajām un fizikālajām metodēm to principu un iespēju ziņā ieņem starpposmu fizikāli ķīmiski analīzes metodes. Šajā gadījumā analītiķis veic ķīmisku reakciju, bet tās norisei vai rezultātam seko nevis vizuāli, bet gan ar fizisku instrumentu palīdzību. Piemēram, tas pakāpeniski pievieno testa šķīdumam citu - ar zināmu izšķīdinātā reaģenta koncentrāciju, un tajā pašā laikā kontrolē elektroda potenciālu, kas iemērc titrētajā šķīdumā. (potenciometriskā titrēšana), Analītiķis reakcijas pabeigšanu vērtē pēc potenciāla lēciena, mēra tam iztērētā titranta tilpumu un aprēķina analīzes rezultātu. Šādas metodes parasti ir tikpat precīzas kā ķīmiskās metodes un gandrīz tikpat jutīgas kā fizikālās metodes.

Instrumentālās metodes bieži tiek sadalītas pēc citas, skaidrāk izteiktas pazīmes - izmērītā signāla rakstura. Šajā gadījumā izšķir optisko, elektroķīmisko, rezonanses, aktivācijas un citu metožu apakšgrupas. Ir arī maz un vēl nepietiekami izstrādātu metožu bioloģiskās un bioķīmiskās metodes.

Lekcijas plāns:

1. vispārīgās īpašības fizikālās un ķīmiskās metodes

2. Vispārīga informācija par spektroskopiskajām analīzes metodēm.

3. Fotometriskās analīzes metode: fotokolorimetrija, kolorimetrija, spektrofotometrija.

4. Vispārīga informācija par nefelometriskajām, luminiscējošām, polarimetriskām analīzes metodēm.

5. Refraktometriskā analīzes metode.

6. Vispārīga informācija par masu spektrālo, radiometrisko analīzi.

7. Elektroķīmiskās analīzes metodes (potenciometrija, konduktometrija, kulometrija, amperometrija, polarogrāfija).

8. Hromatogrāfiskā analīzes metode.

Fizikāli ķīmisko analīzes metožu būtība. To klasifikācija.

Fizikāli ķīmiskās analīzes metodes, tāpat kā ķīmiskās metodes, ir balstītas uz vienas vai otras ķīmiskās reakcijas veikšanu. Fizikālās metodēs ķīmisko reakciju nav vai tām ir sekundāra nozīme, lai gan spektrālajā analīzē līnijas intensitāte vienmēr ir būtiski atkarīga no ķīmiskajām reakcijām oglekļa elektrodā vai gāzes liesmā. Tāpēc dažreiz fizikālās metodes tiek iekļautas fizikāli ķīmisko metožu grupā, jo starp fizikālajām un fizikāli ķīmiskajām metodēm nav pietiekami stingras, nepārprotamas atšķirības, un fizikālo metožu iedalīšana atsevišķā grupā nav būtiska.

Ķīmiskās analīzes metodes nespēja apmierināt dažādās prakses prasības, kuras bija pieaugušas zinātnes un tehnikas progresa, pusvadītāju rūpniecības, elektronikas un datoru attīstības, kā arī tīro un īpaši tīro vielu plašās izmantošanas tehnoloģijā rezultātā.

Fizikālo un ķīmisko analīzes metožu izmantošana atspoguļojas pārtikas ražošanas tehnoķīmiskajā kontrolē, pētniecības un ražošanas laboratorijās. Šīs metodes raksturo augsta jutība un ātra analīze. To pamatā ir vielu fizikālo un ķīmisko īpašību izmantošana.

Veicot analīzes ar fizikāli ķīmiskām metodēm, ekvivalences punktu (reakcijas beigas) nosaka nevis vizuāli, bet ar instrumentu palīdzību, kas fiksē pārbaudāmās vielas fizikālo īpašību izmaiņas ekvivalences punktā. Šim nolūkam parasti tiek izmantotas ierīces ar salīdzinoši sarežģītām optiskām vai elektriskām shēmām, tāpēc šīs metodes sauc par metodēm. instrumentālā analīze.

Daudzos gadījumos atšķirībā no ķīmiskajām analīzes metodēm šīm metodēm analīzes veikšanai nav nepieciešama ķīmiska reakcija. Nepieciešams tikai izmērīt analizējamās vielas jebkuru fizikālo īpašību rādītājus: elektrovadītspēju, gaismas absorbciju, gaismas refrakciju utt. Fizikāli ķīmiskās metodes ļauj nepārtraukti uzraudzīt izejvielas, pusfabrikātus un gatavos produktus rūpniecībā.

Fizikāli ķīmiskās analīzes metodes sāka izmantot vēlāk nekā ķīmiskās analīzes metodes, kad tika noteikta un pētīta sakarība starp vielu fizikālajām īpašībām un to sastāvu.

Fizikāli ķīmisko metožu precizitāte ir ļoti atšķirīga atkarībā no metodes. Visaugstākā precizitāte (līdz 0,001%) ir kulometrija, pamatojoties uz tā elektroenerģijas daudzuma mērījumiem, kas tiek iztērēti nosakāmo jonu vai elementu elektroķīmiskajai oksidēšanai vai reducēšanai. Lielākajai daļai fizikāli ķīmisko metožu kļūda ir 2–5% robežās, kas pārsniedz ķīmisko analīzes metožu kļūdu. Tomēr šāds kļūdu salīdzinājums nav pilnīgi pareizs, jo tas attiecas uz dažādiem koncentrācijas reģioniem. Ar zemu noteiktā komponenta saturu (apmēram 10–3% vai mazāk) klasiskās ķīmiskās analīzes metodes parasti nav piemērotas; lielās koncentrācijās fizikāli ķīmiskās metodes veiksmīgi konkurē ar ķīmiskajām. Viens no būtiskākajiem trūkumiem lielākajā daļā fizikāli ķīmisko metožu ir standartu un standarta risinājumu obligāta pieejamība.

Starp fizikāli ķīmiskajām metodēm vispraktiskākie pielietojumi ir:

1. spektrālās un citas optiskās metodes (refraktometrija, polarimetrija);

2. elektroķīmiskās analīzes metodes;

3. hromatogrāfiskās analīzes metodes.

Turklāt ir vēl 2 fizikāli ķīmisko metožu grupas:

1. radiometriskās metodes, kuru pamatā ir noteikta elementa radioaktīvās emisijas mērīšana;

2. Masu spektrometriskās analīzes metodes, kuru pamatā ir atsevišķu jonizētu atomu, molekulu un radikāļu masas noteikšana.

Metožu skaita ziņā visplašākā un praktiskās vērtības ziņā svarīgākā ir spektrālo un citu optisko metožu grupa. Šīs metodes ir balstītas uz vielu mijiedarbību ar elektromagnētisko starojumu. Ir daudz dažādu elektromagnētiskā starojuma veidu: rentgenstari, ultravioletais, redzamais, infrasarkanais, mikroviļņu un radiofrekvence. Atkarībā no elektromagnētiskā starojuma mijiedarbības veida ar vielu optiskās metodes klasificē šādi.

Pamatojoties uz vielas molekulu polarizācijas ietekmes mērīšanu refraktometrija, polarimetrija.

Analizētās vielas var absorbēt elektromagnētisko starojumu, un, pamatojoties uz šīs parādības izmantošanu, tiek izdalīta grupa absorbcijas optiskās metodes.

Tiek izmantota analītu atomu gaismas absorbcija atomu absorbcijas analīze. Spēja absorbēt gaismu ar molekulām un joniem spektra ultravioletajos, redzamajos un infrasarkanajos apgabalos ļāva izveidot molekulārās absorbcijas analīze (kolorimetrija, fotokolorimetrija, spektrofotometrija).

Šķīdumā (suspensijā) suspendēto daļiņu gaismas absorbcija un izkliede ir novedusi pie metožu rašanās duļķainība un nefelometrija.

Metodes, kuru pamatā ir starojuma intensitātes mērīšana, ko izraisa analizējamās vielas ierosināto molekulu un atomu enerģijas izdalīšanās. emisijas metodes. UZ molekulārās emisijas metodes ietver luminiscenci (fluorescenci), līdz atomu emisija- emisijas spektrālā analīze un liesmas fotometrija.

Elektroķīmiskās metodes analīzes ir balstītas uz mērījumiem elektrovadītspēja (konduktometrija); iespējamā atšķirība ( potenciometrija); elektroenerģijas daudzums, kas iet caur šķīdumu kulometrija); strāvas atkarība no pielietotā potenciāla ( voltammetrija).

Uz grupu hromatogrāfiskās analīzes metodes ietver gāzes un gāzu-šķidruma hromatogrāfijas, sadales, plānslāņa, adsorbcijas, jonu apmaiņas un cita veida hromatogrāfijas metodes.

Spektroskopiskās analīzes metodes: Galvenā informācija

Spektroskopiskās analīzes metodes jēdziens, tās šķirnes

Spektroskopiskās analīzes metodes- fizikālās metodes, kuru pamatā ir elektromagnētiskā starojuma mijiedarbība ar vielu. Mijiedarbība noved pie dažādām enerģijas pārejām, kuras instrumentāli tiek reģistrētas starojuma absorbcijas, atstarošanas un elektromagnētiskā starojuma izkliedes veidā.

Klasifikācija:

Emisijas spektrālās analīzes pamatā ir dažādu vielu emisijas (radiācijas) spektru jeb emisijas spektru izpēte. Šīs analīzes variants ir liesmas fotometrija, kuras pamatā ir atomu starojuma intensitātes mērīšana, ko ierosina, karsējot vielu liesmā.

Absorbcijas spektrālā analīze balstās uz analizējamo vielu absorbcijas spektru izpēti. Ja starojumu absorbē atomi, tad absorbciju sauc par atomu, un, ja molekulas, tad to sauc par molekulāro. Ir vairāki absorbcijas spektrālās analīzes veidi:

1. Spektrofotometrija – ņem vērā analizējamās vielas gaismas absorbciju ar noteiktu viļņa garumu, t.i. monohromatiskā starojuma absorbcija.

2. Fotometrija – pamatojoties uz analizējamās vielas gaismas absorbcijas mērīšanu, nav tikai monohromatisks starojums.

3. Kolorimetrija balstās uz gaismas absorbcijas mērīšanu ar krāsainiem šķīdumiem spektra redzamajā daļā.

4. Nefelometrijas pamatā ir šķīdumā suspendētu cieto daļiņu izkliedētās gaismas intensitātes mērīšana, t.i. gaisma, ko izkliedē balstiekārta.

Luminiscences spektroskopijā izmanto pētāmā objekta mirdzumu, kas rodas ultravioleto staru iedarbībā.

Atkarībā no tā, kurā spektra daļā notiek absorbcija vai emisija, spektroskopiju izšķir ultravioletajā, redzamajā un infrasarkanajā spektra apgabalā.

Spektroskopija ir jutīga metode vairāk nekā 60 elementu noteikšanai. To izmanto, lai analizētu daudzus materiālus, tostarp bioloģiskos barotnes, augu materiālus, cementus, glāzes un dabiskos ūdeņus.

Fotometriskās analīzes metodes

Fotometrisko analīzes metožu pamatā ir analīta selektīva gaismas absorbcija vai tās kombinācija ar piemērotu reaģentu. Absorbcijas intensitāti var izmērīt ar jebkuru metodi neatkarīgi no krāsainā savienojuma veida. Metodes precizitāte ir atkarīga no mērīšanas metodes. Ir kolorimetriskās, fotokolorimetriskās un spektrofotometriskās metodes.

Fotokolorimetriskā analīzes metode.

Fotokolorimetriskā analīzes metode ļauj kvantitatīvi noteikt analizējamā šķīduma gaismas absorbcijas intensitāti, izmantojot fotoelektrokolorimetrus (dažreiz tos vienkārši sauc par fotokolorimetriem). Lai to izdarītu, sagatavo virkni standarta šķīdumu un uzzīmē analizējamās vielas gaismas absorbcijas atkarību no tās koncentrācijas. Šo atkarību sauc par kalibrēšanas līkni. Fotokolorimetros gaismas plūsmām, kas iet caur šķīdumu, ir plašs absorbcijas apgabals - 30-50 nm, tāpēc gaisma šeit ir polihromatiska. Tas noved pie analīzes reproducējamības, precizitātes un selektivitātes zuduma. Fotokolorimetra priekšrocības slēpjas dizaina vienkāršībā un augstajā jutībā, pateicoties lielajam starojuma avota – kvēlspuldzes – spilgtumam.

Kolorimetriskā analīzes metode.

Kolorimetriskā analīzes metode ir balstīta uz vielas gaismas absorbcijas mērīšanu. Šajā gadījumā tiek salīdzināta krāsas intensitāte, t.i. testa šķīduma optiskais blīvums ar standartšķīduma krāsu (optisko blīvumu), kura koncentrācija ir zināma. Metode ir ļoti jutīga un tiek izmantota mikro un pusmikro daudzumu noteikšanai.

Analīze ar kolorimetrisko metodi prasa daudz mazāk laika nekā ķīmiskā analīze.

Vizuālajā analīzē tiek panākta analizējamā un iekrāsotā šķīduma krāsošanas intensitātes vienāda. To var panākt 2 veidos:

1. izlīdzināt krāsu, mainot slāņa biezumu;

2. izvēlas dažādu koncentrāciju standartšķīdumus (standarta sēriju metode).

Tomēr vizuāli nav iespējams noteikt, cik reižu viens šķīdums ir krāsots intensīvāk nekā otrs. Šajā gadījumā ir iespējams noteikt tikai tādu pašu analizējamā šķīduma krāsu, salīdzinot to ar standarta.

Gaismas absorbcijas pamatlikums.

Ja gaismas plūsma, kuras intensitāte ir I 0, tiek virzīta uz šķīdumu, kas atrodas plakanā stikla traukā (kivetē), tad viena tās intensitātes daļa I r atstarojas no kivetes virsmas, otra daļa ar intensitāti. I a absorbē šķīdums, un trešā daļa ar intensitāti I t iziet cauri šķīdumam. Pastāv saistība starp šīm vērtībām:

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

Jo gaismas plūsmas atstarotās daļas intensitāte I r, strādājot ar identiskām kivetēm, ir nemainīga un nenozīmīga, tad to aprēķinos var neņemt vērā. Tad vienlīdzība (1) iegūst šādu formu:

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

Šī vienādība raksturo risinājuma optiskās īpašības, t.i. tās spēja absorbēt vai pārraidīt gaismu.

Absorbētās gaismas intensitāte ir atkarīga no krāsaino daļiņu skaita šķīdumā, kas absorbē gaismu vairāk nekā šķīdinātājs.

Gaismas plūsma, ejot cauri šķīdumam, zaudē daļu intensitātes - jo lielāka, jo lielāka ir šķīduma slāņa koncentrācija un biezums. Krāsainiem šķīdumiem pastāv sakarība, ko sauc par Bouguer-Lambert-Beer likumu (starp gaismas absorbcijas pakāpi, krītošās gaismas intensitāti, krāsainās vielas koncentrāciju un slāņa biezumu).

Saskaņā ar šo likumu monohromatogrāfiskās gaismas absorbcija, kas iet caur krāsaina šķidruma slāni, ir proporcionāla tā slāņa koncentrācijai un biezumam:

I \u003d I 0 10 - kCh,

Kur es ir gaismas plūsmas intensitāte, kas iet caur šķīdumu; es 0 ir krītošās gaismas intensitāte; AR- koncentrēšanās, mol/l; h- slāņa biezums, cm; k ir molārās absorbcijas koeficients.

Molārās absorbcijas koeficients k ir optiskais blīvums šķīdumam, kas satur 1 mol/l absorbējoša viela ar slāņa biezumu 1 cm. Tas ir atkarīgs no ķīmiskā daba Un fiziskais stāvoklis materiāls, kas absorbē gaismu un uz monohromatiskās gaismas viļņa garuma.

Standarta sērijas metode.

Standarta sērijas metode ir balstīta uz tādas pašas testa un standarta šķīdumu krāsas intensitātes iegūšanu pie tāda paša slāņa biezuma. Testa šķīduma krāsu salīdzina ar vairāku standarta šķīdumu krāsu. Pie vienādas krāsas intensitātes testa un standarta šķīdumu koncentrācija ir vienāda.

Lai sagatavotu virkni standarta šķīdumu, ņem 11 vienādas formas, izmēra un stikla mēģenes. Ielejiet standarta šķīdumu no biretes pakāpeniski pieaugošā daudzumā, piemēram: 1 mēģenē 0,5 ml, 2 1 ml, 3 1,5 ml utt. - pirms tam 5 ml(katrā nākamajā mēģenē par 0,5 ml vairāk nekā iepriekšējā). Visās mēģenēs ielej vienādus šķīduma tilpumus, kas rada krāsas reakciju ar nosakāmo jonu. Šķīdumus atšķaida tā, lai šķidruma līmenis visās mēģenēs būtu vienāds. Caurules aizbāž, saturu rūpīgi samaisa un ievieto statīvā pieaugošā koncentrācijā. Tādā veidā tiek iegūta krāsu skala.

Tajā pašā mēģenē testa šķīdumam pievieno tādu pašu daudzumu reaģenta, kas atšķaidīts ar ūdeni līdz tādam pašam tilpumam kā citās mēģenēs. Aizveriet korķi, rūpīgi samaisiet saturu. Testa šķīduma krāsu salīdzina ar standarta šķīdumu krāsu uz balta fona. Risinājumiem jābūt labi apgaismotiem ar izkliedētu gaismu. Ja testa šķīduma krāsas intensitāte krāsu skalā sakrīt ar kāda no šķīduma krāsas intensitāti, tad šī un testa šķīdumu koncentrācijas ir vienādas. Ja testa šķīduma krāsas intensitāte ir starpposms starp divu blakus esošo skalas šķīdumu intensitāti, tad tā koncentrācija ir vienāda ar šo šķīdumu vidējo koncentrāciju.

Standartšķīdumu metodes izmantošana ir ieteicama tikai vielas masas noteikšanai. Sagatavotā standarta risinājumu sērija ir salīdzinoši īsa.

Šķīdumu krāsas intensitātes izlīdzināšanas metode.

Testa un standarta šķīdumu krāsas intensitātes izlīdzināšanas metode tiek veikta, mainot viena šķīduma slāņa augstumu. Lai to izdarītu, krāsainos šķīdumus ievieto 2 identiskos traukos: testa un standarta. Mainiet šķīduma slāņa augstumu vienā no traukiem, līdz krāsas intensitāte abos šķīdumos ir vienāda. Šajā gadījumā ar izpēti nosaka testa šķīduma koncentrāciju. , salīdzinot to ar standartšķīduma koncentrāciju:

No pētījumiem \u003d C st h st/h izpēte,

kur h st un h research ir attiecīgi standarta un testa šķīdumu slāņu augstumi.

Tiek izsauktas ierīces, ar kurām nosaka pētāmo šķīdumu koncentrācijas, izlīdzinot krāsas intensitāti kolorimetri.

Ir vizuālie un fotoelektriskie kolorimetri. Vizuālajos kolorimetriskajos noteikumos krāsas intensitāti mēra ar tiešu novērojumu. Fotoelektriskās metodes ir balstītas uz fotoelementu-fotokolorimetru izmantošanu. Atkarībā no krītošā gaismas stara intensitātes fotoelementā tiek ģenerēta elektriskā strāva. Gaismas iedarbības radītās strāvas stiprumu mēra ar galvanometru. Bultas novirze norāda krāsas intensitāti.

Spektrofotometrija.

Fotometriskā metode pamatojas uz analizējamās vielas nestingrā monohromatiskā starojuma gaismas absorbcijas mērīšanu.

Ja fotometriskajā analīzes metodē izmanto monohromatisku starojumu (viena viļņa garuma starojumu), tad šo metodi sauc spektrofotometrija. Elektromagnētiskā starojuma plūsmas monohromatiskuma pakāpi nosaka minimālais viļņu garumu intervāls, ko izmantotais monohromators (gaismas filtrs, difrakcijas režģis vai prizma) atdala no nepārtrauktas elektromagnētiskā starojuma plūsmas.

UZ spektrofotometrija ietver arī mērīšanas tehnoloģiju jomu, kas apvieno spektrometriju, fotometriju un metroloģiju un nodarbojas ar metožu un instrumentu sistēmas izstrādi absorbcijas, atstarošanas, starojuma, spektrālā spilgtuma spektrālo koeficientu kvantitatīviem mērījumiem kā vides raksturlielumiem, pārklājumiem, virsmas, izstarotāji.

Spektrofotometriskās izpētes posmi:

1) ķīmiskās reakcijas veikšana, lai iegūtu sistēmas, kas piemērotas spektrofotometriskajai analīzei;

2) iegūto šķīdumu absorbcijas mērījumi.

Spektrofotometrijas metodes būtība

Vielas šķīduma absorbcijas atkarība no viļņa garuma grafikā ir attēlota vielas absorbcijas spektra veidā, kurā var viegli atšķirt absorbcijas maksimumu, kas atrodas pie maksimāli absorbētās gaismas viļņa garuma pēc vielas. Vielu šķīdumu optiskā blīvuma mērīšana uz spektrofotometriem tiek veikta pie absorbcijas maksimuma viļņa garuma. Tas dod iespēju vienā šķīdumā analizēt vielas, kuru absorbcijas maksimumi atrodas dažādos viļņu garumos.

Spektrofotometrijā ultravioletajā un redzamajā zonā izmanto elektroniskās absorbcijas spektrus.

Tie raksturo augstākās enerģijas pārejas, kas spēj ierobežot savienojumu un funkcionālo grupu klāstu. Neorganiskajos savienojumos elektroniskie spektri ir saistīti ar augstu atomu polarizāciju, kas veido vielas molekulu, un parasti tie parādās sarežģītos savienojumos. Organiskajos savienojumos elektronisko spektru parādīšanos izraisa elektronu pāreja no zemes uz ierosinātiem līmeņiem.

Absorbcijas joslu stāvokli un intensitāti spēcīgi ietekmē jonizācija. Skābes tipa jonizācijas laikā molekulā parādās papildu vientuļš elektronu pāris, kas noved pie papildu batohromas nobīdes (nobīdes uz spektra garā viļņa garuma reģionu) un absorbcijas joslas intensitātes palielināšanos.

Daudzu vielu spektram ir vairākas absorbcijas joslas.

Spektrofotometriskajiem mērījumiem ultravioletajā un redzamajā zonā tiek izmantoti divu veidu instrumenti - nereģistrējas(rezultāts tiek novērots uz instrumenta skalas vizuāli) un ierakstīšanas spektrofotometri.

Luminiscences analīzes metode.

Luminiscence- spēja pašluminiscēties, kas rodas dažādās ietekmēs.

Luminiscenci izraisošo procesu klasifikācija:

1) fotoluminiscence (ierosinājums ar redzamu vai ultravioleto gaismu);

2) hemiluminiscence (ierosinājums ķīmisko reakciju enerģijas dēļ);

3) katodoluminiscence (ierosme ar elektronu triecienu);

4) termoluminiscence (uzbudinājums ar karsēšanu);

5) triboluminiscence (ierosinājums ar mehānisku iedarbību).

Ķīmiskajā analīzē ir nozīme pirmajiem diviem luminiscences veidiem.

Luminiscences klasifikācija pēc pēcspīdēšanas klātbūtnes. Tas var nekavējoties apstāties, pazūdot uzbudinājumam - fluorescence vai turpināt noteiktu laiku pēc aizraujošā efekta pārtraukšanas - fosforescence. Galvenokārt tiek izmantota fluorescences parādība, tāpēc metode tiek nosaukta fluorimetrija.

Fluorimetrijas pielietojums: metālu, organisko (aromātisko) savienojumu, vitamīnu pēdu analīze D, B 6 . Titrēšanai duļķainās vai tumšās krāsas vidē izmanto fluorescējošus indikatorus (titrēšanu veic tumsā, apgaismojot titrēto šķīdumu, kur pievienots indikators, ar dienasgaismas spuldzes gaismu).

Nefelometriskā analīze.

Nefelometrija 1912. gadā ierosināja F. Kobers, un tā pamatā ir daļiņu suspensijas izkliedētās gaismas intensitātes mērīšana, izmantojot fotoelementus.

Ar nefelometrijas palīdzību tiek mērīta to vielu koncentrācija, kas nešķīst ūdenī, bet veido stabilas suspensijas.

Nefelometriskiem mērījumiem, nefelometri, principā līdzīgi kolorimetriem, ar vienīgo atšķirību ir tā, ka ar nefelometriju

Veicot fotonefelometriskā analīze vispirms, pamatojoties uz standartšķīdumu sērijas noteikšanas rezultātiem, izveido kalibrēšanas grafiku, pēc tam analizē testa šķīdumu un no grafika nosaka analizējamās vielas koncentrāciju. Lai stabilizētu iegūtās suspensijas, pievieno aizsargkoloīdu - cietes, želatīna u.c. šķīdumu.

Polarimetriskā analīze.

Elektromagnētiskās vibrācijas dabiskā gaisma rodas visās plaknēs, kas ir perpendikulāras staru kūļa virzienam. Kristāla režģim ir spēja pārraidīt starus tikai noteiktā virzienā. Izejot no kristāla, stars svārstās tikai vienā plaknē. Tiek saukts stars, kura svārstības ir vienā plaknē polarizēts. Plakni, kurā rodas vibrācijas, sauc svārstību plakne polarizētais stars un tam perpendikulāra plakne - polarizācijas plakne.

Polarimetriskā analīzes metode ir balstīta uz polarizētās gaismas izpēti.

Refraktometriskā analīzes metode.

Refraktometriskās analīzes metodes pamatā ir pētāmās vielas refrakcijas indeksa noteikšana, jo atsevišķa viela ko raksturo noteikts refrakcijas indekss.

Tehniskie izstrādājumi vienmēr satur piemaisījumus, kas ietekmē refrakcijas koeficientu. Tāpēc refrakcijas indekss dažos gadījumos var kalpot kā produkta tīrības raksturlielums. Piemēram, attīrīta terpentīna šķirnes izceļas ar refrakcijas rādītājiem. Tādējādi terpentīna laušanas koeficienti 20° leņķī dzeltena krāsa, apzīmē ar n 20 D (ieraksts nozīmē, ka laušanas koeficients tiek mērīts 20 ° C temperatūrā, krītošās gaismas viļņa garums ir 598 mmk), ir vienādi ar:

Pirmā klase Otrā klase Trešā klase

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

Refraktometrisko analīzes metodi var izmantot binārām sistēmām, piemēram, lai noteiktu vielas koncentrāciju ūdens vai organiskos šķīdumos. Šajā gadījumā analīzes pamatā ir šķīduma refrakcijas indeksa atkarība no izšķīdušās vielas koncentrācijas.

Dažiem risinājumiem ir tabulas par refrakcijas koeficientu atkarību no to koncentrācijas. Citos gadījumos tos analizē, izmantojot kalibrēšanas līknes metodi: sagatavo zināmu koncentrāciju šķīdumu virkni, mēra to laušanas koeficientus un uzzīmē refrakcijas koeficientu grafiku attiecībā pret koncentrāciju, t.i. izveidot kalibrēšanas līkni. Tas nosaka testa šķīduma koncentrāciju.

refrakcijas indekss.

Kad gaismas stars pāriet no vienas vides uz otru, tā virziens mainās. Viņš saplīst. Refrakcijas indekss ir vienāds ar attiecību krišanas leņķa sinuss pret laušanas leņķa sinusu (šī vērtība ir nemainīga un raksturīga konkrētai videi):

n = sinα / sinβ,

kur α un β ir leņķi starp staru virzienu un perpendikulāru abu nesēju saskarnei (1. att.)

Refrakcijas indekss ir gaismas ātruma attiecība gaisā un pētāmajā vidē (ja gaismas stars krīt no gaisa).

Refrakcijas indekss ir atkarīgs no:

1. Krītošās gaismas viļņa garums (palielinoties viļņa garumam, indikators

refrakcija samazinās).

2. temperatūra (paaugstinoties temperatūrai, laušanas koeficients samazinās);

3. spiediens (gāzēm).

Refrakcijas indekss norāda krītošās gaismas viļņu garumus un mērījuma temperatūru. Piemēram, ieraksts n 20 D nozīmē, ka laušanas koeficients tiek mērīts 20 ° C temperatūrā, krītošās gaismas viļņa garums ir 598 mikroni. Tehniskajās rokasgrāmatās refrakcijas rādītāji ir norādīti n 20 D.

Šķidruma refrakcijas indeksa noteikšana.

Pirms darba uzsākšanas refraktometra prizmu virsmu mazgā ar destilētu ūdeni un spirtu, pārbauda ierīces nulles punkta pareizību un nosaka pētāmā šķidruma refrakcijas indeksu. Lai to izdarītu, mērīšanas prizmas virsmu rūpīgi noslauka ar pētāmajā šķidrumā samitrinātu vates tamponu un uz šīs virsmas uzklāj dažus pilienus. Prizmas ir aizvērtas un, tās pagriežot, virza gaismas un ēnas robežu uz okulāra vītņu krustu. Kompensators novērš spektru. Nolasot refrakcijas indeksu, refraktometra skalā tiek ņemtas trīs zīmes aiz komata, bet ceturtā - ar aci. Tad viņi novirza chiaroscuro robežu, atkal apvieno to ar novērošanas krusta centru un veic sekundes skaitīšanu. Tas. Tiek veikti 3 vai 5 rādījumi, pēc kuriem tiek mazgātas un noslaucītas prizmu darba virsmas. Testējamo vielu vēlreiz uzklāj uz mērīšanas prizmas virsmas un veic otro mērījumu sēriju. No iegūtajiem datiem ņem vidējo aritmētisko.

Radiometriskā analīze.

Radiometriskā analīze h ir balstīta uz radioaktīvo elementu starojuma mērījumiem un tiek izmantota radioaktīvo izotopu kvantitatīvai noteikšanai testa materiālā. Šajā gadījumā tiek mērīta vai nu nosakāmā elementa dabiskā radioaktivitāte, vai arī mākslīgā radioaktivitāte, kas iegūta, izmantojot radioaktīvos izotopus.

Radioaktīvos izotopus identificē pēc to pussabrukšanas perioda vai izstarotā starojuma veida un enerģijas. Kvantitatīvās analīzes praksē radioaktīvo izotopu aktivitāti visbiežāk mēra pēc to α-, β- un γ-starojuma.

Radiometriskās analīzes pielietojums:

Ķīmisko reakciju mehānisma izpēte.

Marķēto atomu metode tiek izmantota, lai izpētītu dažādu augsnes mēslojuma metožu efektivitāti, augu lapām uzklāto mikroelementu iekļūšanas veidus organismā utt. Agroķīmiskajos pētījumos īpaši plaši tiek izmantots radioaktīvais fosfors 32 P un slāpeklis 13 N.

Onkoloģisko slimību ārstēšanai un hormonu, enzīmu noteikšanai izmantoto radioaktīvo izotopu analīze.

Masu spektrālā analīze.

Pamatojoties uz atsevišķu jonizētu atomu, molekulu un radikāļu masu noteikšanu elektrisko un magnētisko lauku apvienotās darbības rezultātā. Atdalīto daļiņu reģistrācija tiek veikta ar elektrisko (masu spektrometrija) vai fotogrāfisko (masu spektrogrāfija) metodēm. Noteikšanu veic ar instrumentiem - masas spektrometriem vai masas spektrogrāfiem.

Elektroķīmiskās analīzes metodes.

Elektroķīmiskās analīzes un izpētes metodes ir balstītas uz procesu izpēti un izmantošanu, kas notiek uz elektroda virsmas vai elektrodu tuvumā. Analītiskais signāls- elektriskais parametrs (potenciāls, strāvas stiprums, pretestība), kas ir atkarīgs no analizējamās vielas koncentrācijas.

Atšķirt taisni Un netiešās elektroķīmiskās metodes. Tiešajās metodēs tiek izmantota strāvas stipruma atkarība no analizējamās vielas koncentrācijas. Netiešā veidā mēra strāvas stiprumu (potenciālu), lai atrastu komponenta titrēšanas beigu punktu (ekvivalences punktu), ko nosaka titrants.

Elektroķīmiskās analīzes metodes ietver:

1. potenciometrija;

2. konduktometrija;

3. kulometrija;

4. amperometrija;

5. polarogrāfija.

Elektroķīmiskajās metodēs izmantotie elektrodi.

1. Atsauces elektrods un indikatora elektrods.

Atsauces elektrods- Šis ir elektrods ar nemainīgu potenciālu, nejutīgs pret šķīduma joniem. Atsauces elektrodam ir laika ziņā stabils reproducējams potenciāls, kas nemainās, kad tiek nodota neliela strāva, un indikatora elektroda potenciāls tiek ziņots attiecībā pret to. Tiek izmantoti sudraba hlorīda un kalomela elektrodi. Sudraba hlorīda elektrods ir sudraba stieple, kas pārklāta ar AgCl slāni un ievietota KCI šķīdumā. Elektroda potenciālu nosaka hlora jonu koncentrācija šķīdumā:

Kalomela elektrods sastāv no metāliskā dzīvsudraba, kalomela un KCl šķīduma. Elektrodu potenciāls ir atkarīgs no hlorīda jonu koncentrācijas un temperatūras.

Indikatora elektrods- tas ir elektrods, kas reaģē uz nosakāmo jonu koncentrāciju. Indikatora elektrods maina savu potenciālu, mainoties "potenciālu noteicošo jonu" koncentrācijai. Indikatora elektrodi ir sadalīti neatgriezenisks un atgriezenisks. Reversīvo indikatorelektrodu potenciālie lēcieni pie starpfāžu robežām ir atkarīgi no elektrodu reakciju dalībnieku aktivitātes saskaņā ar termodinamiskajiem vienādojumiem; līdzsvars tiek izveidots diezgan ātri. Neatgriezeniskie indikatoru elektrodi neatbilst reversīvo prasībām. Analītiskajā ķīmijā tiek izmantoti atgriezeniski elektrodi, kuriem ir izpildīts Nernsta vienādojums.

2. Metāla elektrodi: elektronu apmaiņa un jonu apmaiņa.

Elektronu apmaiņa elektrods pie saskarnes robežas, notiek reakcija, piedaloties elektroniem. Elektronu apmaiņas elektrodi ir sadalīti elektrodos pirmais veids un elektrodi otrais veids. Pirmā veida elektrodi - metāla plāksne (sudrabs, dzīvsudrabs, kadmijs), kas iegremdēta šī metāla labi šķīstošā sāls šķīdumā. Otrā veida elektrodi - metāls, kas pārklāts ar vāji šķīstoša šī metāla savienojuma slāni un iegremdēts ļoti šķīstoša savienojuma šķīdumā ar to pašu anjonu (sudraba hlorīds, kalomela elektrodi).

Jonu apmaiņas elektrodi- elektrodi, kuru potenciāls ir atkarīgs no vienas vai vairāku vielu oksidēto un reducēto formu koncentrāciju attiecības šķīdumā. Šādi elektrodi ir izgatavoti no inertiem metāliem, piemēram, platīna vai zelta.

3. Membrānas elektrodi tie ir poraina plāksne, kas piesūcināta ar šķidrumu, kas nesajaucas ar ūdeni un spēj selektīvi adsorbēt noteiktus jonus (piemēram, Ni 2+, Cd 2+, Fe 2+ helātu šķīdumus organiskā šķīdumā). Membrānas elektrodu darbība balstās uz potenciālu starpības rašanos uz fāzes robežas un apmaiņas līdzsvara nodibināšanu starp membrānu un šķīdumu.

Potenciometriskā analīzes metode.

Potenciometriskā analīzes metode ir balstīta uz šķīdumā iegremdēta elektroda potenciāla mērīšanu. Potenciometriskajos mērījumos galvanisko elementu veido indikatorelektrods un atskaites elektrods, un tiek mērīts elektromotora spēks (EMF).

Potenciometrijas veidi:

Tiešā potenciometrija izmanto, lai tieši noteiktu koncentrāciju pēc indikatorelektroda potenciāla vērtības, ja elektroda process ir atgriezenisks.

Netiešā potenciometrija ir balstīts uz faktu, ka jonu koncentrācijas izmaiņas pavada potenciāla izmaiņas elektrodā, kas iegremdēts titrētajā šķīdumā.

Potenciometriskajā titrācijā beigu punkts tiek atrasts potenciāla lēciena izteiksmē, jo elektroķīmiskā reakcija tiek aizstāta ar citu saskaņā ar E ° vērtībām (standarta elektroda potenciāls).

Potenciāla vērtība ir atkarīga no atbilstošo jonu koncentrācijas šķīdumā. Piemēram, sudraba sāls šķīdumā iegremdēta sudraba elektroda potenciāls mainās, mainoties Ag + -jonu koncentrācijai šķīdumā. Tāpēc, izmērot elektroda potenciālu, kas iegremdēts noteiktas nezināmas koncentrācijas sāls šķīdumā, ir iespējams noteikt atbilstošo jonu saturu šķīdumā.

Tiek izsaukts elektrods, pēc kura potenciāla spriež nosakāmo jonu koncentrāciju šķīdumā indikatora elektrods.

Indikatora elektroda potenciālu nosaka, salīdzinot to ar cita elektroda potenciālu, ko parasti sauc atsauces elektrods. Par atskaites elektrodu var izmantot tikai tādu elektrodu, kura potenciāls paliek nemainīgs, mainoties nosakāmo jonu koncentrācijai. Kā atsauces elektrods tiek izmantots standarta (parasts) ūdeņraža elektrods.

Praksē kā atskaites elektrods ar zināmu elektroda potenciāla vērtību bieži tiek izmantots kalomelis, nevis ūdeņraža elektrods (1. att.). Kalomela elektroda potenciāls ar piesātinātu CO šķīdumu 20 ° C temperatūrā ir 0,2490 V.

Konduktometriskā analīzes metode.

Konduktometriskā analīzes metode ir balstīta uz šķīdumu elektriskās vadītspējas mērīšanu, kas mainās ķīmisko reakciju rezultātā.

Šķīduma elektrovadītspēja ir atkarīga no elektrolīta rakstura, tā temperatūras un izšķīdušās vielas koncentrācijas. Atšķaidītu šķīdumu elektrovadītspēja ir saistīta ar katjonu un anjonu kustību, kas atšķiras ar dažādu mobilitāti.

Paaugstinoties temperatūrai, palielinās elektrovadītspēja, jo palielinās jonu mobilitāte. Pie noteiktas temperatūras elektrolīta šķīduma elektrovadītspēja ir atkarīga no tā koncentrācijas: kā likums, jo lielāka koncentrācija, jo lielāka elektrovadītspēja! Tāpēc dotā šķīduma elektrovadītspēja kalpo kā izšķīdušās vielas koncentrācijas indikators, un to nosaka jonu mobilitāte.

Vienkāršākajā konduktometriskās kvantitatīvās noteikšanas gadījumā, kad šķīdumā ir tikai viens elektrolīts, tiek attēlots grafiks kā funkcija no analizējamā šķīduma elektriskās vadītspējas attiecībā pret tā koncentrāciju. Pēc testa šķīduma elektrovadītspējas noteikšanas no grafika tiek noteikta analizējamās vielas koncentrācija.

Tādējādi barīta ūdens elektrovadītspēja mainās tieši proporcionāli Ba(OH) 2 saturam šķīdumā. Šo atkarību grafiski izsaka ar taisnu līniju. Lai noteiktu Ba(OH) 2 saturu nezināmas koncentrācijas barīta ūdenī, nepieciešams noteikt tā elektrovadītspēju un, izmantojot kalibrēšanas grafiku, atrast šai elektrovadītspējas vērtībai atbilstošo Ba(OH) 2 koncentrāciju. Ja izmērīts gāzes tilpums, kas satur oglekļa dioksīdu, tiek izlaists caur Ba (OH) 2 šķīdumu, kura elektriskā vadītspēja ir zināma, tad CO 2 reaģē ar Ba (OH) 2:

Ba (OH) 2 + CO 2 → BaCO 3 + H 2 0

Šīs reakcijas rezultātā samazināsies Ba(OH) 2 saturs šķīdumā un samazināsies barīta ūdens elektrovadītspēja. Izmērot barīta ūdens elektrisko vadītspēju pēc tam, kad tas ir absorbējis CO 2, var noteikt, cik daudz ir samazinājusies Ba(OH) 2 koncentrācija šķīdumā. Pamatojoties uz Ba (OH) 2 koncentrāciju atšķirību barīta ūdenī, ir viegli aprēķināt absorbētā daudzumu

Kvantitatīvo analīzi izsaka secība eksperimentālās metodes, kas nosaka atsevišķu komponentu un piemaisījumu saturu (koncentrāciju) pētāmā materiāla paraugā. Tās uzdevums ir noteikt ķīmisko savienojumu, jonu, elementu kvantitatīvo attiecību, kas veido pētāmo vielu paraugus.

Uzdevumi

Kvalitatīvā un kvantitatīvā analīze ir analītiskās ķīmijas nozares. Jo īpaši pēdējā pievēršas dažādiem jautājumiem mūsdienu zinātne un ražošana. Šis paņēmiens nosaka optimālos apstākļus ķīmiski tehnoloģisko procesu veikšanai, kontrolē izejvielu kvalitāti, gatavo produktu, tostarp zāļu, tīrības pakāpi, nosaka sastāvdaļu saturu maisījumos, saistību starp vielu īpašībām.

Klasifikācija

Kvantitatīvās analīzes metodes ir sadalītas:

• fiziska;
• ķīmiskā (klasiskā);
• fizikāli ķīmiski.

ķīmiskā metode

Tas ir balstīts uz dažādu veidu reakciju izmantošanu, kas kvantitatīvi notiek šķīdumos, gāzēs, ķermeņos utt. Kvantitatīvā ķīmiskā analīze ir sadalīta:

• Gravimetriska (svars). Tas sastāv no precīzas (stingras) analizējamās sastāvdaļas masas noteikšanas testa vielā.
• Titrimetrisks (tilpuma). Pārbaudāmā parauga kvantitatīvo sastāvu nosaka, stingri mērot zināmas koncentrācijas reaģenta (titranta) tilpumu, kas līdzvērtīgos daudzumos mijiedarbojas ar nosakāmo vielu.
• Gāzes analīze. Tas ir balstīts uz gāzes tilpuma mērīšanu, kas veidojas vai absorbējas ķīmiskās reakcijas rezultātā.

Vielu ķīmiskā kvantitatīvā analīze tiek uzskatīta par klasisku. Tā ir visattīstītākā analīzes metode un turpina attīstīties. Tas ir precīzs, viegli izpildāms, neprasa īpašu aprīkojumu. Bet tā lietošana dažkārt ir saistīta ar dažām grūtībām sarežģītu maisījumu izpētē un salīdzinoši nelielu jutīguma iezīmi.

fiziskā metode

Šī ir kvantitatīvā analīze, kuras pamatā ir pētāmo vielu vai šķīdumu fizikālo parametru vērtību mērīšana, kas ir atkarīga no to kvantitatīvā sastāva. Sadalīts:

• Refraktometrija (refrakcijas indeksa vērtību mērīšana).
• Polarimetrija (optiskās rotācijas vērtību mērīšana).
• Fluorimetrija (fluorescences intensitātes noteikšana) un citi

Fizikālās metodes raksturo ātrums, zema noteikšanas robeža, rezultātu objektivitāte un iespēja automatizēt procesu. Bet tie ne vienmēr ir specifiski, jo fizisko daudzumu ietekmē ne tikai pārbaudāmās vielas koncentrācija, bet arī citu vielu un piemaisījumu klātbūtne. To piemērošanai bieži ir nepieciešams izmantot sarežģītu aprīkojumu.

Fizikālās un ķīmiskās metodes

Kvantitatīvās analīzes uzdevumi ir pētāmās sistēmas fizikālo parametru vērtību mērīšana, kas parādās vai mainās ķīmisko reakciju rezultātā. Šīs metodes raksturo zems noteikšanas limits un izpildes ātrums, un tām ir jāizmanto noteikti instrumenti.

gravimetriskā metode

Tā ir vecākā un attīstītākā kvantitatīvās analīzes tehnoloģija. Faktiski analītiskā ķīmija sākās ar gravimetriju. Darbību kopums ļauj precīzi izmērīt noteiktās sastāvdaļas masu, kas ir atdalīta no citām pārbaudāmās sistēmas sastāvdaļām nemainīgā ķīmiskā elementa formā.

Gravimetrija ir farmakopejas metode, kurai raksturīga augsta rezultātu precizitāte un reproducējamība, izpildes vieglums, bet darbietilpīga. Ietver trikus:

• nogulsnēšanās;
• destilācija;
• izlāde;
• elektrogravimetrija;
• termogravimetriskās metodes.

Nogulsnēšanas metode

Kvantitatīvās nokrišņu analīzes pamatā ir analizējamās vielas ķīmiskā reakcija ar nogulsnētāju, veidojot slikti šķīstošu savienojumu, ko atdala, pēc tam mazgā un kalcinē (žāvē). Finišā izvēlētā sastāvdaļa tiek nosvērta.

Piemēram, gravimetriskajā Ba 2+ jonu noteikšanā sāls šķīdumos, sērskābe. Reakcijā veidojas baltas kristāliskas BaSO 4 nogulsnes (izgulsnētā forma). Pēc šo nogulumu apdedzināšanas veidojas tā sauktā gravimetriskā forma, kas pilnībā sakrīt ar nogulsnēto formu.

Nosakot Ca 2+ jonus, kā izgulsnētāju var izmantot skābeņskābi. Pēc nogulšņu analītiskās apstrādes nogulsnētā forma (CaC 2 O 4) tiek pārvērsta gravimetriskā formā (CaO). Tādējādi nogulsnētā forma ķīmiskās formulas ziņā var sakrist ar gravimetrisko formu vai atšķirties no tās.

Svari

Analītiskā ķīmija prasa ļoti precīzus mērījumus. Gravimetriskā analīzes metodē kā galvenais instruments tiek izmantotas ļoti precīzas svari.

• Svēršanu ar nepieciešamo precizitāti ± 0,01 g veic uz aptiekas (rokasgrāmatas) vai tehnoķīmiskiem svariem.
• Svēršanu ar nepieciešamo precizitāti ±0,0001 g veic uz analītiskajiem svariem.
• Ar precizitāti ± 0,00001 g - uz mikroteriem.

Svēršanas tehnika

Veicot kvantitatīvo analīzi, vielas masas noteikšana uz tehnoķīmiskiem vai tehniskiem svariem tiek veikta šādi: pētāmais objekts tiek novietots uz svaru kreisās pannas, bet balansēšanas atsvari - labajā pusē. Svēršanas process ir pabeigts, kad svara rādītājs atrodas vidējā stāvoklī.

Svēršanās procesā uz aptiekas svariem centrālais gredzens turiet ar kreiso roku, ar elkoni balstoties uz laboratorijas galdu. Rokas amortizāciju svēršanas laikā var paātrināt, viegli pieskaroties svēršanas pannas apakšai pie galda virsmas.

Analītiskie svari tiek montēti atsevišķās atvēlētās laboratorijas telpās (svaru telpās) uz īpašiem monolītiem plauktiem-statīviem. Lai novērstu gaisa svārstību, putekļu un mitruma ietekmi, svari ir aizsargāti ar īpašiem stikla vitrīnām. Strādājot ar analītisko svaru, jāievēro šādas prasības un noteikumi:

• pirms katras svēršanas pārbaudiet svaru stāvokli un iestatiet nulles punktu;
• nosvērtās vielas ievieto traukā (pudele, pulksteņstikls, tīģelis, mēģene);
• sveramo vielu temperatūru svēršanas telpā noregulē līdz svaru temperatūrai 20 minūšu laikā;
• Svarus nedrīkst noslogot, pārsniedzot norādītās robežslodzes.

Gravimetrijas posmi pēc nokrišņu metodes

Gravimetriskā kvalitatīvā un kvantitatīvā analīze ietver šādas darbības:

• analizētā parauga nosvērto masu un nogulsnētāja tilpuma aprēķināšanu;
• parauga svēršana un izšķīdināšana;
• nogulsnēšana (nosakāmās sastāvdaļas izgulsnētās formas iegūšana);
• nokrišņu noņemšana no mātes šķīduma;
• nogulumu mazgāšana;
• nogulsnes žāvē vai kalcinē līdz nemainīgam svaram;
• svēršanas gravimetriskā forma;
• analīzes rezultātu aprēķināšana.

Nogulsnētāja izvēle

Izvēloties nogulsnētāju – kvantitatīvās analīzes pamatu – ņem vērā iespējamo analizējamās sastāvdaļas saturu paraugā. Lai palielinātu nogulumu noņemšanas pilnīgumu, tiek izmantots mērens nogulsnētāja pārpalikums. Izmantotajam nogulsnētājam jābūt:

• specifiskums, selektivitāte attiecībā pret nosakāmo jonu;
• nepastāvība, viegli noņemama, žāvējot vai kalcinējot gravimetrisko formu.

Starp neorganiskajiem nogulsnētājiem visizplatītākie šķīdumi ir: HCL; H2SO4; H3PO4; NaOH; AgNO3; BaCL 2 un citi. Starp organiskajiem nogulsnētājiem priekšroka dodama diacetildioksīma, 8-hidroksihinolīna, skābeņskābes un citiem šķīdumiem, kas veido kompleksos stabilus savienojumus ar metāla joniem, kam ir šādas priekšrocības:

• Sarežģītie savienojumi ar metāliem, kā likums, nedaudz šķīst ūdenī, nodrošinot pilnīgu metāla jonu nogulsnēšanos.
• Intrakomplekso nogulšņu (molekulārais kristālrežģis) adsorbcijas spēja ir zemāka nekā neorganisko nogulšņu ar jonu struktūru adsorbcijas spēja, kas dod iespēju iegūt tīras nogulsnes.
• Metāla jonu selektīvas vai specifiskas nogulsnēšanas iespēja citu katjonu klātbūtnē.
• Sakarā ar gravimetrisko formu relatīvi lielo molekulmasu, relatīvā noteikšanas kļūda ir samazināta (pretstatā neorganisko nogulsnētāju izmantošanai ar mazu molmasu).

Nogulsnēšanās process

Šis ir vissvarīgākais solis kvantitatīvās analīzes raksturošanā. Iegūstot nogulsnētu formu, ir jāsamazina izmaksas, kas saistītas ar nogulšņu šķīdību mātes šķidrumā, jāsamazina adsorbcijas, oklūzijas, līdzizgulsnēšanās procesi. Nepieciešams iegūt pietiekami lielas nogulšņu daļiņas, kas neiziet cauri filtrācijas porām.

Prasības izgulsnētai formai:

• Noteiktajam komponentam ir kvantitatīvi jāizgulsnējas un jāatbilst Ks≥10 -8 vērtībai.
• Nogulsnēs nedrīkst būt svešķermeņu piemaisījumi un jābūt stabiliem attiecībā pret ārējo vidi.
• Pēc testējamās vielas žāvēšanas vai kalcinēšanas nogulsnētā forma pēc iespējas pilnībā jāpārvērš gravimetriskā formā.
• Agregātajam nogulšņu stāvoklim jāatbilst to filtrēšanas un mazgāšanas apstākļiem.
• Priekšroka tiek dota kristāliskām nogulsnēm, kas satur lielas daļiņas ar mazāku absorbcijas spēju. Tos ir vieglāk filtrēt, neaizsprostot filtra poras.

Kristālisko nogulšņu iegūšana

Nosacījumi optimālu kristālisku nogulšņu iegūšanai:

• Izgulsnēšanu veic testa vielas atšķaidītā šķīdumā ar atšķaidītu nogulsnes šķīdumu.
• Lēnām, pa pilienam, viegli maisot, pievieno nogulsnes šķīdumu.
• Izgulsnēšanu veic testējamās vielas karstā šķīdumā ar karstu šķīdinātāju.
• Dažreiz nogulsnēšana tiek veikta savienojumu (piemēram, neliela daudzuma skābes) klātbūtnē, kas nedaudz palielina nogulšņu šķīdību, bet neveido ar tām šķīstošus kompleksus savienojumus.
• Nogulsnes kādu laiku atstāj sākotnējā šķīdumā, kura laikā notiek “nogulšņu nogulsnēšanās”.
• Gadījumos, kad nogulsnētā forma veidojas kā amorfas nogulsnes, tās tiek mēģināts padarīt biezākas, lai atvieglotu filtrēšanu.

Amorfu nogulšņu iegūšana

Nosacījumi optimālu amorfu nogulšņu iegūšanai:

• Testējamās vielas karstajam koncentrētajam šķīdumam pievieno karstu koncentrētu nogulsnes šķīdumu, kas veicina daļiņu koagulāciju. Nogulsnes kļūst biezākas.
• Ātri pievienojiet nogulsnētāju.
• Ja nepieciešams, testa šķīdumā ievada koagulantu - elektrolītu.

Filtrēšana

Kvantitatīvās analīzes metodes ietver pagrieziena punkts piemēram, filtrēšana. Nogulšņu filtrēšana un mazgāšana tiek veikta, izmantojot stikla filtrus vai papīra filtrus, kas nesatur pelnus. Papīra filtriem ir atšķirīgs blīvums un poru izmērs. Blīvie filtri ir apzīmēti ar zilu lenti, mazāk blīvi - ar melnu un sarkanu. Bezpelnu papīra filtru diametrs ir 6-11 cm Pirms filtrēšanas dzidru šķīdumu virs nogulsnēm notecina.

Elektrogravimetrija

Kvantitatīvo analīzi var veikt ar elektrogravimetriju. Pārbaudāmās zāles tiek noņemtas (visbiežāk no šķīdumiem) elektrolīzes laikā uz viena no elektrodiem. Kad reakcija ir pabeigta, elektrodu mazgā, žāvē un nosver. Palielinot elektroda masu, nosaka uz elektroda izveidotās vielas masu. Šādi tiek analizēts zelta un vara sakausējums. Pēc zelta atdalīšanas šķīdumā nosaka uz elektroda uzkrātos vara jonus.

Termogravimetriskā metode

To veic, mērot vielas masu tās nepārtrauktas karsēšanas laikā noteiktā temperatūras diapazonā. Izmaiņas fiksē ar speciālu ierīci – derivatogrāfu. Tas ir aprīkots ar nepārtrauktas svēršanas termometriem, elektrisko krāsni testa parauga sildīšanai, termopāri temperatūras mērīšanai, standarta un nepārtrauktu reģistratoru. Parauga masas izmaiņas tiek automātiski reģistrētas termogravigrammas (derivatogrammas) veidā - koordinātēs iebūvēta masas izmaiņu līkne:

• laiks (vai temperatūra);
• masas zudums.

Secinājums

Kvantitatīviem rezultātiem jābūt precīziem, pareiziem un reproducējamiem. Šim nolūkam tiek izmantotas atbilstošas ​​analītiskās reakcijas vai vielas fizikālās īpašības, pareizi veiktas visas analītiskās darbības un izmantotas uzticamas analīzes rezultātu mērīšanas metodes. Veicot jebkuru kvantitatīvu noteikšanu, ir jāveic rezultātu ticamības novērtējums.

analīzes metode nosauciet matērijas analīzes principus, tas ir, enerģijas veidu un raksturu, kas izraisa vielas ķīmisko daļiņu perturbāciju.

Analīzes pamatā ir reģistrētā analītiskā signāla atkarība no analizējamās vielas klātbūtnes vai koncentrācijas.

Analītiskais signāls ir objekta fiksēta un izmērāma īpašība.

Analītiskajā ķīmijā analīzes metodes tiek klasificētas pēc nosakāmās īpašības rakstura un analītiskā signāla reģistrēšanas metodes:

1.ķīmiskā

2.fiziskā

3.Fiziskā un ķīmiskā

Fizikāli ķīmiskās metodes sauc par instrumentālajām jeb mērīšanas metodēm, jo ​​tām ir jāizmanto instrumenti, mērinstrumenti.

Apsveriet pilnīgu ķīmisko analīzes metožu klasifikāciju.

Ķīmiskās analīzes metodes- pamatojoties uz ķīmiskās reakcijas enerģijas mērījumiem.

Reakcijas laikā mainās parametri, kas saistīti ar izejvielu patēriņu vai reakcijas produktu veidošanos. Šīs izmaiņas var novērot tieši (nogulsnes, gāze, krāsa) vai izmērīt, piemēram, reaģenta patēriņu, produkta masu, reakcijas laiku utt.

Autors mērķiĶīmiskās analīzes metodes ir sadalītas divās grupās:

I. Kvalitatīva analīze- sastāv no atsevišķu elementu (vai jonu) noteikšanas, kas veido analizējamo vielu.

Kvalitatīvas analīzes metodes tiek klasificētas:

1. katjonu analīze

2. anjonu analīze

3. sarežģītu maisījumu analīze.

II.Kvantitatīvā analīze- sastāv no kompleksās vielas atsevišķu sastāvdaļu kvantitatīvā satura noteikšanas.

Kvantitatīvās ķīmiskās metodes klasificē:

1. Gravimetriska(svara) analīzes metodes pamatā ir analizējamās vielas izdalīšana tīrā veidā un tās svēršana.

Gravimetriskās metodes atbilstoši reakcijas produkta iegūšanas metodei iedala:

a) ķīmisko gravimetrisko metožu pamatā ir ķīmiskās reakcijas produkta masas mērīšana;

b) elektrogravimetrisko metožu pamatā ir elektroķīmiskās reakcijas produkta masas mērīšana;

c) termogravimetrisko metožu pamatā ir termiskās iedarbības laikā izveidojušās vielas masas mērīšana.

2. Tilpuma analīzes metodes ir balstītas uz reaģenta tilpuma mērīšanu, kas patērēts mijiedarbībai ar vielu.

Tilpuma metodes atkarībā no reaģenta agregācijas stāvokļa iedala:

a) gāzes tilpuma metodes, kuru pamatā ir gāzu maisījuma noteiktās sastāvdaļas selektīva absorbcija un maisījuma tilpuma mērīšana pirms un pēc absorbcijas;

b) šķidruma tilpuma (titrimetriskā vai tilpuma) metodes ir balstītas uz šķidrā reaģenta tilpuma mērīšanu, kas patērēts mijiedarbībai ar analizējamo vielu.

Atkarībā no ķīmiskās reakcijas veida izšķir tilpuma analīzes metodes:

Protolitometrija ir metode, kuras pamatā ir neitralizācijas reakcijas gaita;

redoksometrija - metode, kuras pamatā ir redoksreakciju rašanās;

kompleksometrija - metode, kuras pamatā ir kompleksēšanas reakcijas gaita;

· izgulsnēšanas metodes - metodes, kuru pamatā ir nokrišņu veidošanās reakcijas.

3. Kinētiskā analīzes metodes ir balstītas uz ķīmiskās reakcijas ātruma atkarības noteikšanu no reaģentu koncentrācijas.

Lekcija Nr. 2. Analītiskā procesa posmi

Analītiskās problēmas risinājums tiek veikts, veicot vielas analīzi. Saskaņā ar IUPAC terminoloģiju analīze [‡] sauc par procedūru, lai eksperimentāli iegūtu datus par vielas ķīmisko sastāvu.

Neatkarīgi no izvēlētās metodes katra analīze sastāv no šādiem posmiem:

1) paraugu ņemšana (sampling);

2) parauga sagatavošana (parauga sagatavošana);

3) mērīšana (definīcija);

4) mērījumu rezultātu apstrāde un novērtēšana.

1. att. Analītiskā procesa shematisks attēlojums.

Parauga atlase

Ķīmiskās analīzes veikšana sākas ar paraugu atlasi un sagatavošanu analīzei. Jāatzīmē, ka visi analīzes posmi ir savstarpēji saistīti. Tādējādi rūpīgi izmērīts analītiskais signāls nesniedz pareizu informāciju par nosakāmā komponenta saturu, ja parauga ņemšana vai parauga sagatavošana analīzei nav veikta pareizi. Izlases kļūda bieži nosaka komponentu noteikšanas kopējo precizitāti un padara augstas precizitātes metožu izmantošanu bezjēdzīgu. Savukārt paraugu ņemšana un sagatavošana ir atkarīga ne tikai no analizējamā objekta rakstura, bet arī no analītiskā signāla mērīšanas metodes. Paraugu ņemšanas un paraugu sagatavošanas metodes un procedūras ir tik svarīgas ķīmiskajā analīzē, ka tās parasti tiek noteiktas Valsts standarts(GOST).

Apsveriet paraugu ņemšanas pamatnoteikumus:

Rezultāts var būt pareizs tikai tad, ja paraugs ir pietiekams pārstāvis, tas ir, precīzi atspoguļo tā materiāla sastāvu, no kura tas tika izvēlēts. Jo vairāk materiāla ir atlasīts paraugam, jo ​​reprezentatīvāks tas ir. Tomēr ļoti lielu paraugu ir grūti apstrādāt, un tas palielina analīzes laiku un izmaksas. Tādējādi ir jāņem paraugs, lai tas būtu reprezentatīvs un ne pārāk liels.

· Optimālā parauga masa ir saistīta ar analizējamā objekta neviendabīgumu, daļiņu izmēru, no kurām sākas neviendabīgums, un analīzes precizitātes prasībām.

· Lai nodrošinātu parauga reprezentativitāti, jānodrošina partijas viendabīgums. Ja nav iespējams izveidot viendabīgu partiju, tad jāizmanto partijas stratifikācija viendabīgās daļās.

Ņemiet vērā, ņemot paraugus agregācijas stāvoklis objektu.

· Jāievēro paraugu ņemšanas metožu vienveidības nosacījums: izlases veida izlase, periodiska, pakāpeniska, daudzpakāpju paraugu ņemšana, aklā paraugu ņemšana, sistemātiska izlase.

· Viens no faktoriem, kas jāņem vērā, izvēloties izlases metodi, ir iespēja laika gaitā mainīt objekta sastāvu un noteiktās sastāvdaļas saturu. Piemēram, mainīgs ūdens sastāvs upē, sastāvdaļu koncentrācijas izmaiņas pārtikas produktos utt.