Základy chemických a fyzikálno-chemických metód analýzy. Analytická chémia a fyzikálne a chemické metódy analýzy: Učebnica

ÚVOD

Predmet a úlohy modernej analytickej chémie. Význam analytickej chémie pre rozvoj rôznych oblastí prírodných vied. Myšlienka diferenciácie a integrácie prírodných vied. Chémia a geológia. Chemické zákony a ich význam pre geovedy. Úloha analytickej chémie pri riešení problémov geológie, geochémie, vesmírneho výskumu: určovanie materiálového zloženia Zeme, zemskej kôry, štúdium geologické procesy vonkajšia dynamika a geologická aktivita prírodných vôd a pod.
Moderné metódy na štúdium zloženia látok. Kvalitatívna a kvantitatívna analýza anorganických a organickej hmoty. Chemické, fyzikálno-chemické a fyzikálne metódy analýzy. Charakteristika metód a príklady ich aplikácie v geológii (geologický výskum). Výber metódy na určenie prvku v objekte v závislosti od jeho zloženia a úlohy analýzy.

I. TEORETICKÉ ZÁKLADY ANALYTICKEJ CHÉMIE

Chemické rovnováhy v homogénnom systéme
Hlavné typy homogénnych rovnováh používaných v analytickej chémii: acidobázická, redoxná, komplexačná rovnováha.
Zákon masovej akcie. Rovnovážna konštanta reverzibilnej chemickej reakcie. Koncept ideálnych a reálnych systémov. Dôvody odchýlky od ideálu. Aktivita, koeficient aktivity, jeho vzťah k iónovej sile. Iónový stav prvkov. Koncentrácia je celková a rovnovážna. a-koeficient (molárny zlomok). Termodynamické konštanty, reálne, podmienené, ich vzťah.
Acidobázická rovnováha. Moderné predstavy o kyselinách a zásadách. Protolytická teória Bronsted-Lowryho. Acidobázické páry, konštanty kyslosti a zásaditosti, ich vzťah. Procesy ionizácie a disociácie.
Typy rozpúšťadiel, autoprotolytická reakcia. Iónový produkt rozpúšťadla. Nivelačné a diferenciačné účinky rozpúšťadiel.
Výpočet pH v roztokoch kyselín, zásad a amfolytov. Tlmiace roztoky a ich vlastnosti.
Komplexná rovnováha. Klasifikácia komplexných zlúčenín. Cheláty, intrakomplexné zlúčeniny. zmeny v potenciáli redoxného systému. Kvantitatívne charakteristiky stability komplexných zlúčenín - všeobecné a stupňovité konštanty stability. Typy komplexných zlúčenín používaných v analytickej chémii a ich charakteristika. Využitie komplexácie na detekciu, separáciu, maskovanie a demaskovanie iónov, rozpúšťanie precipitátov,
Teoretické základy interakcie organických činidiel s anorganickými iónmi. Funkčné analytické skupiny, chromoforové skupiny. Pravidlo tvorby cyklu od L.A. Chugaeva. Hlavnými faktormi ovplyvňujúcimi stabilitu chelátov sú: povaha kovového iónu, zásaditosť a denticita ligandu, priestorový faktor atď.
Hlavné smery použitia organických činidiel v chemickej analýze (detekcia, identifikácia a maskovanie iónov). Najbežnejšie organické činidlá: dimetylglyoxím, 8-hydroxychinolín atď.
Complexons. Všeobecné vlastnosti komplexónov a komplexonátov. Hlavné použitia kyseliny disodnej etyléndiamíntetraoctovej (EDTA) na detekciu, maskovanie a kvantifikáciu iónov.
Redoxná rovnováha. Reverzibilné a ireverzibilné redoxné systémy. Rovnovážny elektródový potenciál. Nernstova rovnica. Štandardný potenciál redoxného systému. Pojem skutočného (formálneho) potenciálu systému. Faktory ovplyvňujúce veľkosť formálneho potenciálu. Smer oxidačno-redukčných reakcií. Oxidácia rovnovážnych konštánt - redukčné reakcie. Vzťah medzi rovnovážnou konštantou a štandardným potenciálom.
Rýchlosť redoxných reakcií. Katalytické, indukované reakcie v redoxných procesoch. Hlavné oxidačné a redukčné činidlá používané pri analýze.
Redoxné reakcie v procesoch vonkajšej dynamiky pri tvorbe sedimentárnych a metamorfovaných hornín skaly.

Rovnováha v heterogénnom systéme

Rovnováha v systéme tuhá fáza - roztok. Precipitačné - rozpúšťacie reakcie v analytickej chémii. Termodynamická rovnovážna konštanta precipitačnej – rozpúšťacej reakcie (termodynamický súčin rozpustnosti). Vplyv podmienok na rovnovážny stav precipitačnej – rozpúšťacej reakcie (reálne a podmienené produkty rozpustnosti). Použitie pravidla o produkte rozpustnosti v analytickej chémii.
Podmienky pre vznik a rozpúšťanie sedimentov. Kryštalické a amorfné sedimenty. Závislosť štruktúry sedimentu od charakteru a podmienok usadzovania. Koloidný stav je medzistupňom tvorby sedimentu. Čistota zrážok. Spoluzrážanie. Využitie tohto javu na koncentráciu mikronečistôt. Zákon V.G. Khlopin. Fenomén izomorfizmu v silikátoch a iných mineráloch.
Výpočet rozpustnosti za rôznych podmienok (vplyv pH, komplexácia, oxidačno-redukčné reakcie, iónová sila roztoku a teplota). Vplyv toho istého iónu. Soľný efekt.
Rovnováha medzi dvoma kvapalnými fázami. Extrakcia a jej využitie v analytickej chémii. Zákon distribúcie. Distribučný koeficient. Rovnovážne konštanty v systéme kvapalina-kvapalina (extrakčná konštanta). Využitie extrakcie v praxi chemickej analýzy.

Príprava vzorky na analýzu a vykonanie analýzy.

Predbežné makro- a mikroskopické štúdie. Odber vzoriek na analýzu homogénnych a heterogénnych látok, priemerná vzorka.
Výber schémy a metódy analýzy v závislosti od zloženia analytu. Rozklad analyzovanej vzorky. Spôsoby prenosu ťažko rozpustných predmetov do roztoku: rozpúšťanie v kyselinách a zásadách, fúzia s kyslými a zásaditými tavidlami. Analýza rôznych objektov: minerály, rudy, horniny, prírodné a odpadové vody, vzduch.

Metrologické základy analytickej chémie.

Charakteristika analytických metód. Stanovenie koncentrácie pomocou metódy kalibračnej krivky a adičnej metódy. Detekčný limit, dolné a horné limity stanovených koncentrácií, koeficient citlivosti, selektivita, čas potrebný na analýzu (expresivita).
Klasifikácia chýb. Systematické a náhodné chyby. Presnosť a reprodukovateľnosť. Štatistické spracovanie výsledkov meraní. Zákon normálneho rozdelenia náhodných veličín. Priemer, rozptyl, štandardná odchýlka. Posúdenie správnosti. Porovnanie rozptylov a priemerov dvoch analytických metód. Spôsoby, ako zlepšiť reprodukovateľnosť a presnosť analýzy.

II. ANALYTICKÉ METÓDY

Detekčné metódy

Ciele a výber metódy detekcie. Chemické, fyzikálno-chemické a fyzikálne metódy detekcie. Kvalitatívna analýza. Charakteristika analytických reakcií. Selektívne a špecifické činidlá. Metódy na zníženie detekčného limitu a zvýšenie selektivity: pomocou komplexácie, koprecipitácie, extrakcie, flotácie atď. Aplikácia reakcií tvorby zrazeniny, farebných zlúčenín, vývoja plynov. Mikrokryštalická, kvapôčková, luminiscenčná, spektrálna analýza; analýza mletím práškov. Použitie organických činidiel.
Analytická klasifikácia iónov. Schémy acidobázickej a sírovodíkovej analýzy. Systematický a čiastkový priebeh analýzy. Vyjadrite kvalitatívnu analýzu v teréne.

Metódy separácie a koncentrácie.

Základné metódy separácie a koncentrácie.
Separácia prvkov pomocou zrážacích reakcií. Aplikácia organických a anorganických činidiel na zrážanie. Skupinové činidlá a podmienky ich použitia. Charakteristika slabo rozpustných zlúčenín najčastejšie používaných v analýze: uhličitany, chrómany, fosforečnany, oxaláty, hydroxidy, sulfidy. Podmienky vzniku a rozpúšťania sulfidov kovov. Úloha procesov zrážania a rozpúšťania sedimentov pri štúdiu zákonitostí migrácie (koncentrácie a rozptylu) prvkov v prírode.
Chromatografickýanalýza. Základné princípy metódy. Klasifikácia chromatografických metód podľa stavu agregácie fáz, separačných mechanizmov a experimentálnych techník. Metódy získavania chromatogramov.
Najdôležitejšie teoretické princípy. Teória teoretických platní a kinetická teória. Základné rovnice chromatografie.
Výmena iónov a iónomeničovou chromatografiou. Plynová chromatografia. Kvapalinová chromatografia, deliaca chromatografia na papieri. Použitie papierovej chromatografie na oddelenie a detekciu katiónov.
Extrakcia. Pojmy extraktant, riedidlo, extrakt, opätovná extrakcia. Podmienky extrakcie, kvantitatívne charakteristiky extrakcie. Rýchlosť extrakcie. Klasifikácia extrakčných systémov podľa typu extrahovaných zlúčenín. Extrakčné metódy. Separácia prvkov extrakciou. Zvýšenie selektivity separácie výberom organických rozpúšťadiel, pH a maskovania. Extrakčné zariadenia.

Chemické metódy kvantitatívnej analýzy

Gravimetrické metódy analýzy

Podstata gravimetrickej analýzy. Priame a nepriame metódy analýzy. Najdôležitejšie anorganické a organické zrážacie látky. Precipitovateľné a gravimetrické formy. Požiadavky na sedimentáciu a gravimetrické formy. Sedimentácia, filtrácia a premývanie sedimentov.
Príklady gravimetrických stanovení (stanovenie kryštalickej a hygroskopickej vody, oxidu uhličitého, síry, železa, hliníka, bária, vápnika, horčíka, fosforu).
Analýza uhličitanových hornín: stanovenie sumy seskvioxidov, stanovenie oxidu vápenatého a oxidu horečnatého.

Titrimetrické metódy analýzy.

Základné princípy a metódy titračnej analýzy.
Požiadavky na reakcie v titračnej analýze. Meracie náčinie. Metódy vyjadrenia koncentrácií roztokov. Vyjadrenie ekvivalentných hmotností v rôznych metódach titračnej analýzy. Titer. Titrácia. Bod ekvivalencie a konečný bod titrácie. Chemické a fyzikálno-chemické metódy na zisťovanie koncového bodu titrácie.
Primárne a sekundárne štandardné riešenia. Primárne normy a požiadavky na ne. Fixanaly. Metóda jednotlivých dávok a metóda pipetovania na stanovenie koncentrácie pracovných roztokov. Výpočet výsledkov analýzy.
Acidobázická titrácia. Podstata metódy acidobázickej titrácie. Pracovné riešenia. Primárne štandardné roztoky kyselín a zásad.
Výpočet pH v rôznych bodoch titrácie. Titračné krivky pre silné a slabé kyseliny a zásady.
Indikátory v metóde acidobázickej titrácie. Teória ukazovateľov. Interval prechodu farieb indikátora. Titračný index. Výber indikátora na stanovenie koncového bodu titrácie. Chyby titrácie.
Praktická aplikácia metódy acidobázickej titrácie. Stanovenie odstrániteľnej a trvalej tvrdosti vody. Analýza zmesi uhličitanu a alkálie, uhličitanu a hydrogenuhličitanu. Stanovenie amónnych solí.
Zmeniť redox potenciál počas titračného procesu. Titračná krivka. Faktory ovplyvňujúce skok titrácie. Metódy detekcie koncových bodov titrácie. Redoxné indikátory.
Hlavné redoxné metódy titračnej analýzy: jodometria, manganatometria, dichromatometria. Jodometrické stanovenie medi (II). Manganatometrické stanovenie železa, oxidovateľnosť vody. Dichromatometrické stanovenie železa.
Komplexačné reakcie používané v titrimetrii a požiadavky na ne. Komplexometria. Titračná krivka. Faktory ovplyvňujúce veľkosť skoku titrácie. Ukazovatele v komplexometrii. Komplexometrické stanovenie tvrdosti vody, vápnika, horčíka.
Metrologické charakteristiky chemických metód kvantitatívnej analýzy.

Fyzikálno-chemické a fyzikálne metódy analýzy

Základné princípy fyzikálno-chemických a fyzikálnych metód analýzy. ich stručný popis a zmysel. Klasifikácia metód analýzy. Elektrochemické a spektroskopické metódy. Ich úloha pre geochemický výskum. Analýza bez zničenia analytu.
Výber metódy analýzy v závislosti od aktuálnej úlohy pri analýze hornín, rúd a minerálov. Analýza hornín na nečistoty (hmotnostná spektrometria, izotopová analýza, metódy röntgenovej analýzy). Spracovanie a prezentácia výsledkov analýzy.

Elektrochemické metódy analýza.

Všeobecné charakteristiky elektrochemických metód analýzy. Ich klasifikácia. Meranie potenciálu. Elektrochemický článok. Reverzibilné a nevratné elektrochemické reakcie. Citlivosť a selektivita elektrochemických metód analýzy.
Potenciometria. Priama potenciometria. Klasifikácia a charakteristiky elektród. Indikátorové a referenčné elektródy. Ionometria: základné pojmy a princípy metódy. Klasifikácia iónovo selektívnych elektród. Koeficient selektivity. Potenciometrické stanovenie strednej kyslosti (pH), dusičnanových fluoridov a niektorých ďalších iónov (sodík, draslík) pomocou iónovo selektívnych elektród. Stanovenie koncentrácie metódou elektródovej kalibrácie a aditívnej metódy.
Potenciometrická titrácia . Požiadavky na chemické a elektrochemické (indikátorové) reakcie. Využitie reakcií rôznych typov: acidobázické, zrážacie, komplexačné a oxidačno-redukčné. Indikátorové a referenčné elektródy. Schematický diagram potenciometra, pH metrov. Príklady praktickej aplikácie (stanovenie zmesi kyselín, kobaltu a pod.).
Voltametria. Polarografická metóda analýzy. Polarografická bunka. Indikátorová elektróda a referenčné elektródy. Indikátorové elektródy vo voltametrii. Získanie a charakteristika polarogramu. Ilkovičova rovnica. Polarografická vlnová rovnica. Polvlnový potenciál. Kvalitatívna a kvantitatívna polarografická analýza. Možnosti, výhody a nevýhody polarografickej analýzy. Moderné typy polarografie. Príklady praktickej aplikácie voltametrie na určenie hlavných zložiek a nečistôt v mineráloch, rudách, prírodných vodách a objektoch životného prostredia.
Amperometrická titrácia. Podstata metódy. Indikátorové elektródy. Výber potenciálu indikačnej elektródy. Typ titračných kriviek. Príklady praktického použitia.
Coulometria. Teoretický základ. Metódy stanovenia množstva elektriny v potenciostatickej a galvanostatickej coulometrii. Priama coulometria a coulometrická titrácia. Stanovenie koncového bodu titrácie. Elektrochemické generovanie titrantov. Praktická aplikácia metódy, jej výhody a nevýhody. Stanovenie malých množstiev kyseliny, zásady, stanovenie oxidačných činidiel atď.
Metrologické charakteristiky elektrochemických metód analýzy.

Spektroskopické metódy analýzy.

Získavanie chemických a analytických informácií pri interakcii elektromagnetického žiarenia s hmotou. Klasifikácia spektroskopických metód analýzy podľa typov spektier a metód ich excitácie.
Atómová emisná spektroskopia. Emisné spektrá. Oblúkový a iskrový výboj ako zdroje budenia. Plazmový horák, indukčne viazaná plazma. Faktory ovplyvňujúce intenzitu spektrálnych čiar. Prax emisnej spektroskopie. Príprava vzorky a zavedenie do výtoku. Kvalitatívna a kvantitatívna analýza. Chemicko - spektrálne metódy analýzy.
Fotometria emisií plameňa. Plameň ako zdroj vzrušenia. Procesy prebiehajúce v plameni. Chemické reakcie v plameňoch. Faktory ovplyvňujúce stupeň atomizácie. Závislosť intenzity žiarenia od koncentrácie prvkov v roztoku.
Príklady praktickej aplikácie metód emisnej analýzy. Stanovenie prvkov alkalických kovov a kovov alkalických zemín. Stanovenie stopových kovov v horninách, rudách, mineráloch, vode. Aplikácia metód atómovej emisie v objektovom výskume životné prostredie.
Atómová absorpčná spektroskopia. Základy metódy. Zákon absorpcie elektromagnetického žiarenia. Spôsoby získania absorbujúcej vrstvy atómov (plameň a elektrotermická atomizácia). Zdroje žiarenia, ich charakteristiky (dutá katódová lampa, laser). Princíp merania atómovej absorpcie. Vlastnosti, výhody a nevýhody metódy. Príklady praktického využitia metódy atómovej absorpcie v geológii.
Molekulová absorpčná spektroskopia (spektrofotometria). Teoretické základy spektrofotometrickej analýzy. Základné zákony absorpcie svetla. Bouguer-Lambert-Beerov zákon. Veličiny charakterizujúce absorpciu svetla: optická hustota a priepustnosť. Molárny absorpčný koeficient. Koncept skutočného a zdanlivého (priemerného) molárneho absorpčného koeficientu. Dôvody odchýlky od absorpčných zákonov. Metódy stanovenia koncentrácií fotometrickou metódou: metóda kalibračnej krivky, aditívna metóda, metóda diferenciálnej fotometrie.
Výber optimálnych podmienok na uskutočnenie fotometrickej reakcie. Etapy fotometrickej analýzy. Fotometrické stanovenie niektorých prvkov (železo, titán, nikel, fosfor, kremík atď.).
Luminiscencia. Hlavné charakteristiky metódy. Rôzne typy luminiscencie a ich klasifikácia. Základné princípy molekulovej luminiscencie. Stokesov-Lommelov zákon. Pravidlo zrkadlovej symetrie absorpčných a luminiscenčných spektier. Príklady praktickej aplikácie (stanovenie prvkov vzácnych zemín, uránu, hliníka a pod.).
Metrologické charakteristiky spektroskopických metód analýzy.

III. PRAKTICKÉ LEKCIE
Metódy detekcie a separácie prvkov.

Štúdium charakteristických reakcií niektorých katiónov a aniónov. Separácia a detekcia katiónov pomocou precipitačných - rozpúšťacích, extrakčných a papierových chromatografických metód. Detekcia hlavných zložiek a nečistôt v mineráloch, horninách, rudách (skúšobné práce).

Metódy kvantitatívneho stanovenia prvkov.
Chemické metódy analýzy

Gravimetrické metódy analýzy. Stanovenie bária a síranového iónu vo vzorke (test).
Pracovné možnosti: Stanovenie vápnika. Stanovenie železa. Definícia hliníka. Stanovenie seskvioxidov v uhličitanovej hornine. Stanovenie kryštalickej vody v mineráloch.
Titračnýanalytické metódy. Acidobázická titrácia. Príprava sekundárneho štandardného roztoku alkálie a primárneho štandardného roztoku kyseliny šťaveľovej. Štandardizácia alkalického roztoku.
Stanovenie koncentrácie kyseliny chlorovodíkovej. (test). Štatistické spracovanie výsledkov meraní. Možnosti práce: Stanovenie amónnych solí.
Komplexometrická titrácia. Komplexometrické stanovenie vápnika a horčíka v uhličitanovej hornine (test).
Možnosti práce: Komplexometrické stanovenie celkovej tvrdosti vody.
Redoxná titrácia. Jodometrické stanovenie medi (II) (test). Dichromatometrické stanovenie železa (test).

Fyzikálno-chemické metódy analýzy.

Potenciometrické stanovenie kobaltu (skúšobná práca). Možnosti práce: potenciometrická titrácia kyseliny fosforečnej.
Stanovenie fluoridového iónu (alebo jednotlivých iónov: dusičnany, sodík, draslík) v prírodných vodách pomocou iónovo selektívnej elektródy (skúšobná práca).
Odstránenie a interpretácia voltametrického spektra (meď, kadmium, olovo, nikel, zinok) (skúšobné práce).
Kvantitatívna voltametrická analýza. Stanovenie koncentrácie látok pomocou metódy kalibračnej krivky alebo aditívnej metódy (skúšobná práca).
Coulometrická titrácia tiosíranového iónu (alebo kyseliny chlorovodíkovej) (test).
Amperometrická titrácia zinku. (voliteľná práca).
Fotometrické stanovenie prvku (železa, niklu, mangánu, titánu, kremíka alebo fosforu) (test).
Stanovenie veľkých koncentrácií prvkov (mangán, nikel, meď atď.) diferenciálnou spektrofotometrickou metódou (skúšobné práce).
Luminiscenčné stanovenie zirkónu alebo organických farbív (skúšobné práce).
Stanovenie atómovej absorpcie medi (zinok, mangán, železo)
Stanovenie atómovej emisie (plameňa) sodíka a draslíka.
Stanovenie zmesi alkoholov (uhľovodíkov) plynovou chromatografiou.

1. Základy analytickej chémie (upravil Yu.A. Zolotov). V 2 knihách. Všeobecné otázky. Separačné metódy. Metódy chemickej analýzy. M.: absolventská škola. 2004. 361, 503 s. Séria „Klasická vysokoškolská učebnica“.
2. Základy analytickej chémie. Praktický sprievodca. Učebnica pre vysoké školy. Ed. Yu.A. Zolotovej. M.: Vysoká škola. 2001. 463 s.
3. Základy analytickej chémie. Úlohy a otázky. Učebnica pre vysoké školy. Ed. Yu.A. Zolotovej. M.: Vysoká škola. 2004. 412 s.
4. E.N. Dorokhova, G.V. Prochorovej. Analytická chémia. Fyzikálno-chemické metódy analýzy. M.: Vyššia škola, 1991.

doplnková literatúra

1. D. Skoog, D. West. Základy analytickej chémie: v 2 častiach.M.:1979
2. V.P. Vasiliev. Analytická chémia. Časť 1-2 M.: Vyššia škola, 1989.

Program bol zostavený
Doc. Viter I.P.
Editor
Prednášal prof. Shekhovtsova T.N.

Všetky existujúce metódy analytickej chémie možno rozdeliť na metódy odberu vzoriek, rozkladu vzoriek, separácie zložiek, detekcie (identifikácia) a stanovenia.

Takmer všetky metódy sú založené na vzťahu medzi zložením látky a jej vlastnosťami. Ak chcete zistiť komponent alebo jeho množstvo, merajte analytický signál.

Analytický signál je priemer meraní fyzikálnej veličiny v konečnom štádiu analýzy. Analytický signál funkčne súvisí s obsahom stanovovanej zložky. Môže to byť sila prúdu, EMF systému, optická hustota, intenzita žiarenia atď.

Ak je potrebné detekovať akúkoľvek zložku, zvyčajne sa zaznamenáva výskyt analytického signálu - výskyt zrazeniny, farba, čiara v spektre atď. Výskyt analytického signálu sa musí spoľahlivo zaznamenať. Pri určitom množstve zložky sa meria veľkosť analytického signálu: hmotnosť sedimentu, sila prúdu, intenzita čiar spektra atď. Potom sa obsah zložky vypočíta pomocou funkčného vzťahu analytický signál - obsah: y=f(c), ktorý sa zistí výpočtom alebo experimentom a môže byť prezentovaný vo forme vzorca, tabuľky alebo grafu.

V analytickej chémii sa rozlišujú chemické, fyzikálne a fyzikálno-chemické metódy analýzy.

Pri chemických analytických metódach sa prvok alebo ión, ktorý sa určuje, premení na nejakú zlúčeninu, ktorá má jednu alebo druhú charakteristickú vlastnosť, na základe ktorej možno určiť, že táto konkrétna zlúčenina vznikla.

Chemické metódy analýza má špecifický rozsah. Taktiež rýchlosť vykonávania rozborov chemickými metódami nie vždy vyhovuje potrebám výroby, kde je veľmi dôležité získať rozbory včas, pričom je ešte možné regulovať technologický proces. Preto sa spolu s chemickými čoraz viac rozširujú fyzikálne a fyzikálno-chemické metódy analýzy.

Fyzikálne metódy analýzy sú založené na meraní niektorých

parameter systému, ktorý je funkciou zloženia, napríklad emisné absorpčné spektrá, elektrická alebo tepelná vodivosť, potenciál elektródy ponorenej do roztoku, dielektrická konštanta, index lomu, nukleárna magnetická rezonancia atď.

Fyzikálne metódy analýzy umožňujú riešiť otázky, ktoré sa nedajú vyriešiť metódami chemickej analýzy.

Na analýzu látok sa široko používajú fyzikálno-chemické metódy analýzy založené na chemických reakciách, ktorých výskyt je sprevádzaný zmenou fyzikálnych vlastností analyzovaného systému, napríklad jeho farby, intenzity farby, priehľadnosti, tepelnej a elektrická vodivosť atď.

Fyzikálno-chemické metódy analýzy Vyznačujú sa vysokou citlivosťou a rýchlosťou vykonávania, umožňujú automatizovať chemické analytické stanovenia a sú nevyhnutné pri analýze malých množstiev látok.

Treba poznamenať, že nie je vždy možné presne stanoviť hranicu medzi fyzikálnymi a fyzikálno-chemickými metódami analýzy. Niekedy sa kombinujú pod všeobecným názvom „inštrumentálne“ metódy, pretože Na vykonanie určitých meraní sú potrebné nástroje, ktoré umožňujú presne merať hodnoty určitých parametrov, ktoré charakterizujú určité vlastnosti látky.

Tieto metódy analýzy sa používajú v prípade vzťahu medzi nameranými fyzikálnymi vlastnosti a ich kvalitatívne a kvantitatívne zloženie. Vzhľadom k tomu, merať fyzické s-v-v Ak sa používajú rôzne zariadenia (nástroje), tieto metódy sa nazývajú inštrumentálne. Klasifikácia fyzikálnych a fyzikálno-chemických metód analýzy. Je založená na zohľadnení nameraných fyzikálnych a fyzikálno-chemických vlastností skúmaného objektu alebo systému. Optické metódy sú založené na meraní optických vlastností. Chromatografická schopnosť pri použití rôzne látky na selektívnu sorpciu. Elektrochemické metódy sú založené na meraní elektrochemických vlastností systému. Rádiometrické sú založené na meraní rádioaktívnych látok. Tepelné na meranie tepelných účinkov príslušných procesov. Hmotnostná spektrometria na štúdium ionizovaných fragmentov („fragmentov“) látok. Ultrazvukové, magnetochemické, pyknometrické atď. Výhody inštrumentálnych metód analýzy: nízky detekčný limit 1 -10 -9 μg; nízka limitná koncentrácia, do 10 -12 g/ml stanovovanej látky; vysoká citlivosť, formálne určená hodnotou tangens uhla sklonu príslušnej kalibračnej krivky, ktorá graficky odráža závislosť meraného fyzikálneho parametra, ktorý sa zvyčajne vynáša pozdĺž osi y, od množstva alebo koncentrácie látky sa určuje (os x). Čím väčší je sklon krivky k úsečke, tým je metóda citlivejšia, čo znamená: získať rovnakú „odpoveď“ – zmena fyzikálnej vlastnosti – menšia zmena koncentrácie alebo množstva meranej látky sa vyžaduje. Medzi výhody patrí vysoká selektivita metód, t. j. zložky, ktoré tvoria zmesi, môžu byť stanovené bez separácie a izolácie týchto zložiek; krátke trvanie analýz, možnosť ich automatizácie a automatizácie. Nevýhody: zložitosť vybavenia a vysoké náklady; väčšia chyba (5 -20%) ako pri klasickej chemickej analýze (0,1 -0,5%); horšia reprodukovateľnosť. Metódy optickej analýzy sú založené na meraní optických vlastností hmoty (emisia, absorpcia, rozptyl, odraz, lom, polarizácia svetla), ktoré sa prejavujú pri interakcii elektromagnetického žiarenia s hmotou.

Klasifikácia podľa skúmaných objektov: atómová a molekulová spektrálna analýza. Charakterom interakcie elektromagnetického žiarenia s volt. Rozlišujú sa nasledujúce metódy. Atómová absorpčná analýza, ktorá je založená na meraní absorpcie monochromatického žiarenia atómami látky stanovovanej v plynnej fáze po atomizácii látky. Emisná spektrálna analýza je meranie intenzity svetla emitovaného látkou (najčastejšie atómami alebo iónmi), keď je energeticky excitované, napríklad v plazme elektrického výboja. Plamenová fotometria je využitie plynového plameňa ako zdroja energetického budenia žiarenia. Nefelometria - meranie rozptylu svetla svetelnými časticami rozptýleného systému (média). Turbidimetrická analýza je meranie útlmu intenzity žiarenia pri jeho prechode cez rozptýlené médium. Refraktometrická analýza meranie indexov lomu svetla. Polarimetrická analýza je meranie veľkosti optickej rotácie - uhla natočenia roviny polarizácie svetla opticky aktívnymi časticami. Podľa oblasti použitého elektromagnetického spektra sa klasifikujú tieto metódy: spektroskopia (spektrofotometria) v ultrafialovej oblasti spektra, t.j. v najbližšej ultrafialovej oblasti spektra - v rozsahu vlnových dĺžok 200 - 400 nm a v viditeľná oblasť - v rozsahu vlnových dĺžok 400 - 700 nm. Infračervená spektroskopia, ktorá študuje časť elektromagnetického spektra v rozsahu 0,76 - 1000 μm (1 μm = 10 -6 m), menej často röntgenová a mikrovlnná spektroskopia. Podľa charakteru energetických prechodov v rôznych spektrách - elektrónové (zmeny energie elektrónových stavov atómov, iónov, radikálov, molekúl, kryštálov v UV oblasti); vibračné (keď sa mení energia vibračných stavov 2- a polyatomických iónov, radikálov, molekúl, ako aj kvapalných a pevných fáz v IR oblasti); rotačné aj v IR a mikrovlnnej oblasti. To. Interakcia medzi molekulami a elektromagnetickým žiarením spočíva v tom, že absorbovaním elektromagnetického žiarenia dochádza k excitácii molekúl. V tomto prípade hrá dôležitú úlohu energia, t.j. vlnová dĺžka absorbovaného žiarenia.

V röntgenových lúčoch, ktorých vlnová dĺžka je 0,05 - 5 nm, teda dochádza k procesu excitácie vnútorných elektrónov v atómoch a molekulách; v ultrafialových lúčoch (5 - 400 nm) dochádza k procesu excitácie vonkajších elektrónov v atómoch a molekulách; vo viditeľnom svetle (400 - 700 nm) dochádza k excitácii vonkajších elektrónov v konjugovaných p-elektrónových systémoch; Infra červená radiácia(700 nm - 500 mikrónov) dochádza k procesu excitácie molekulárnych vibrácií; mikrovlny (500 mikrónov - 30 cm) proces excitácie rotácie molekúl; rádiové vlny (viac ako 30 cm) proces excitácie spinových prechodov v atómových jadrách (nukleárna magnetická rezonancia). Absorpcia žiarenia umožňuje ich meranie a zaznamenávanie v spektrometrii. V tomto prípade je dopadajúce žiarenie rozdelené na referenčné a merané s rovnakou intenzitou. Merané žiarenie prechádza cez vzorku; dochádza k absorpcii a mení sa intenzita. Častice hmoty (atómy, molekuly, ióny) pri pohlcovaní energie elektromagnetického žiarenia zvyšujú svoju energiu, t.j. prechádzajú do vyššieho energetického stavu. Elektronické, vibračné, rotačné energetické stavy častíc hmoty sa môžu meniť len diskrétne, o presne definovanú hodnotu. Pre každú časticu existuje individuálny súbor energetických stavov - energetických úrovní (pojmov), napríklad úrovne elektronickej energie. Elektronické energetické hladiny molekúl a polyatomických iónov majú jemnú štruktúru - vibračné podúrovne; Preto súčasne s čisto elektronickými prechodmi dochádza aj k vibračným prechodom.

Každý elektronický (elektronicko-vibračný) prechod z nižšej energetickej úrovne na vyššiu elektronickú úroveň zodpovedá pásu v elektronickom absorpčnom spektre. Pretože rozdiel medzi elektrónovými úrovňami pre každú časticu (atóm, ión, molekula) je presne definovaný, je presne definovaná poloha pásma v elektronickom absorpčnom spektre zodpovedajúcemu konkrétnemu elektronickému prechodu, t.j. vlnová dĺžka (frekvencia, vlnové číslo). absorpčné pásmo maximum. Rozdiely v intenzite sú merané detektorom a zaznamenané na záznamníku ako signál (vrchol), strana 318, chémia, školská a študentská príručka, diagram spektrometra. Ultrafialová spektroskopia a viditeľná absorpčná spektroskopia. Absorpcia elektromagnetického žiarenia z ultrafialových a viditeľných častí spektra; excituje prechody elektrónov v molekulách z obsadenej na neobsadenú energetickú hladinu. Čím väčší je rozdiel v energii medzi energetickými hladinami, tým väčšia je energia, t.j. žiarenie musí mať kratšiu vlnovú dĺžku. Časť molekuly, ktorá do značnej miery určuje absorpciu svetla, sa nazýva chromofor (doslova tie, ktoré nesú farbu) - sú to atómové skupiny, ktoré ovplyvňujú absorpciu svetla molekulou, najmä konjugované a aromatické systémy p- elektróny.

Štrukturálne prvky chromofórov sa podieľajú najmä na absorpcii kvanta svetelnej energie, čo vedie k vzniku pásov v relatívne úzkej oblasti absorpčného spektra zlúčenín. Oblasť od 200 do 700 nm má praktický význam pre určenie štruktúry organických molekúl. Kvantitatívne meranie: popri polohe absorpčného maxima je pre analýzu dôležitá aj hodnota extinkcie (útlmu) žiarenia, t.j. intenzita jeho absorpcie. V súlade s Lambert-Beerovým zákonom E=logI 0 /I=ecd, E - extinkcia, I 0 - intenzita dopadajúceho svetla, I - intenzita prechádzajúceho svetla, e - molárny extinkčný koeficient, cm 2 /mol, c - koncentrácia , mol/ l, d - hrúbka vrstvy vzorky, cm Extinkcia závisí od koncentrácie absorbujúcej látky. Metódy absorpčnej analýzy: kolorimetria, fotoelektrokolorimetria, spektrometria. Kolorimetria je najjednoduchšia a najstaršia metóda analýzy, založená na vizuálnom porovnaní farby tekutín (stanovenie pH pôdy pomocou Alyamovského prístroja) - najjednoduchšia metóda porovnávania so sériou referenčných roztokov. Široko používané sú tri kolorimetrické metódy: metóda štandardnej série (metóda stupnice), metóda vyrovnávania farieb a metóda riedenia. Používajú sa sklenené kolorimetrické skúmavky, sklenené byrety, kolorimetre, fotometre. Metóda stupnice je stanovenie pH pomocou Alyamovského prístroja, t. j. série skúmaviek s rôznymi koncentráciami látky a roztoku alebo štandardného roztoku s rôznou intenzitou farby. Fotokolorimetria je metóda založená na meraní intenzity nemonochromatického svetelného toku prechádzajúceho cez analyzovaný roztok pomocou fotočlánkov.

Svetelný tok zo zdroja žiarenia (žiarovka) prechádza cez svetelný filter, ktorý prepúšťa žiarenie len v určitom rozsahu vlnových dĺžok, cez kyvetu s analyzovaným roztokom a dopadá na fotočlánok, ktorý premieňa svetelnú energiu na fotoprúd zaznamenaný príslušným zariadením . Čím väčšia je absorpcia svetla analyzovaného roztoku (t.j. čím vyššia je jeho optická hustota), tým nižšia je energia svetelného toku dopadajúceho na fotočlánok. FEC sú vybavené svetelnými filtrami, ktoré majú maximálnu priepustnosť svetla pri rôznych vlnových dĺžkach. Ak sú 2 fotobunky, merajú sa 2 svetelné toky, jeden cez analyzovaný roztok, druhý cez porovnávací roztok. Koncentrácia skúmanej látky sa zistí pomocou kalibračnej krivky.

Elektrochemické metódy analýzy sú založené na elektródových reakciách a na prenose elektriny cez roztoky. Kvantitatívna analýza využíva závislosť hodnôt nameraných parametrov elektrochemických procesov (rozdiel elektrického potenciálu, prúdu, množstva elektriny) od sódy stanovovanej látky v roztoku zúčastňujúcej sa na tomto elektrochemickom procese. Elektro chemické procesy- také procesy, ktoré sú sprevádzané súčasným výskytom chemických reakcií a zmien elektrických vlastností systému, ktorý v takýchto prípadoch možno nazvať elektrochemickým systémom. Základné princípy potenciometrie

Ako už názov metódy napovedá, meria potenciál. Na vysvetlenie o aký druh potenciálu ide a prečo vzniká, uvažujme systém pozostávajúci z kovovej platne a roztoku s ňou v kontakte, ktorý obsahuje ióny rovnakého kovu (elektrolytu) (obr. 1). Takýto systém sa nazýva elektróda. Každý systém sa snaží o stav, ktorý zodpovedá minimu jeho vnútornej energie. Preto v prvom momente po ponorení kovu do roztoku začnú na rozhraní prebiehať procesy, ktoré vedú k poklesu vnútornej energie systému. Predpokladajme, že ionizovaný stav atómu kovu je energeticky „priaznivejší“ ako neutrálny stav (možný je aj opak). Potom, v prvom okamihu, sa atómy kovu presunú z povrchovej vrstvy platne do roztoku a zanechajú v ňom svoje valenčné elektróny. V tomto prípade povrch platne získava záporný náboj a tento náboj sa zvyšuje so zvyšujúcim sa počtom atómov kovu, ktoré prechádzajú ako ióny do roztoku. Elektrostatické sily priťahovania opačných nábojov (záporne nabité elektróny v platni a kladné ióny kovu v roztoku) neumožňujú, aby sa tieto náboje vzdialili od fázovej hranice a tiež spôsobujú opačný proces prechodu kovových iónov z roztoku na kovovú fázu a tam ich redukciu. Keď sa rýchlosti priamych a spätných procesov vyrovnajú, nastane rovnováha. Rovnovážny stav systému je charakterizovaný oddelením nábojov na fázovej hranici, t.j. dochádza k potenciálnemu „skoku“. Treba poznamenať, že opísaný mechanizmus vzniku elektródového potenciálu nie je jediný, v reálnych systémoch dochádza aj k mnohým ďalším procesom, ktoré vedú k vzniku „skoku“ potenciálov na medzifázovom rozhraní. Okrem toho môže na rozhraní nastať potenciálny „skok“ nielen vtedy, keď sa elektrolyt dostane do kontaktu s kovom, ale aj vtedy, keď sa elektrolyt dostane do kontaktu s inými materiálmi, napríklad polovodičmi, iónomeničovými živicami, sklami atď. .

V tomto prípade sa ióny, ktorých koncentrácia ovplyvňuje potenciál elektródy, nazývajú potenciálne určujúce. Elektródový potenciál závisí od povahy materiálu, ktorý je v kontakte s elektrolytom, od koncentrácie iónov určujúcich potenciál v roztoku a od teploty. Tento potenciál sa meria vo vzťahu k inej elektróde, ktorej potenciál je konštantný. Po vytvorení tohto spojenia je teda možné ho použiť v analytickej praxi na stanovenie koncentrácie iónov v roztoku. V tomto prípade sa elektróda, ktorej potenciál sa meria, nazýva meracia elektróda a elektróda, proti ktorej sa robia merania, sa nazýva pomocná alebo referenčná elektróda. Stálosť potenciálu referenčných elektród sa dosahuje stálosťou koncentrácie iónov určujúcich potenciál v jej elektrolyte (elektrolyt č. 1). Zloženie elektrolytu č. 2 sa môže meniť. Aby sa zabránilo zmiešaniu dvoch rôznych elektrolytov, sú oddelené membránou priepustnou pre ióny. Potenciál meracej elektródy sa rovná uvedenému nameranému emf elektrochemický systém. Pomocou roztokov známeho zloženia ako elektrolyt č. 2 je možné stanoviť závislosť potenciálu meracej elektródy od koncentrácie potenciál určujúcich iónov. Táto závislosť sa môže neskôr použiť pri analýze roztoku neznámej koncentrácie.

Na štandardizáciu potenciálovej stupnice sa ako referenčná elektróda používa štandardná vodíková elektróda, ktorej potenciál sa považuje za nulový pri akejkoľvek teplote. Pri rutinných meraniach sa však vodíková elektróda pre svoju objemnosť používa len zriedka. V každodennej praxi sa používajú iné jednoduchšie referenčné elektródy, ktorých potenciál sa zisťuje vzhľadom na vodíkovú elektródu. Preto, ak je to potrebné, môže byť výsledok meraní potenciálu vykonaných vzhľadom na takéto elektródy prepočítaný vzhľadom na vodíkovú elektródu. Najpoužívanejšie sú chlorid strieborný a kalomelové referenčné elektródy. Potenciálny rozdiel medzi meracou elektródou a referenčnou elektródou je mierou koncentrácie určovaných iónov.

Funkciu elektród je možné opísať pomocou lineárna rovnica Nernsta:

E = Eo + 2,3 RT/nF *lg a,

kde E je potenciálny rozdiel medzi meracou elektródou a referenčnou elektródou, mV; E 0 - konštantná, závisí hlavne od vlastností referenčnej elektródy (štandardný elektródový potenciál), mV; R - plynová konštanta, J*mol -1 * K -1. ; n je náboj iónu, berúc do úvahy jeho znamienko; F - Faradayovo číslo, C/mol; T - absolútna teplota, 0 K; člen 2,3 RT/nF zahrnutý v Nernstovej rovnici pri 25 °C sa rovná 59,16 mV pre jednotlivo nabité ióny. Metóda bez vloženia vonkajšieho (vonkajšieho) potenciálu je klasifikovaná ako metóda založená na zohľadnení povahy zdroja elektrickej energie v systéme. Pri tejto metóde je zdrojom el Využíva sa samotný elektrochemický systém, čo je galvanický prvok (galvanický obvod) – potenciometrické metódy. Potenciály emf a elektród v takomto systéme závisia od sódy stanovovanej látky v roztoku. Elektrochemický článok obsahuje dve elektródy – indikačnú a referenčnú elektródu. Veľkosť EMF generovaného v článku sa rovná potenciálnemu rozdielu medzi týmito 2 elektródami.

Potenciál referenčnej elektródy za podmienok potenciometrického stanovenia zostáva konštantný, ale emf závisí len od potenciálu indikačnej elektródy, t.j. od aktivít (koncentrácií) určitých iónov v roztoku. Toto je základ pre potenciometrické stanovenie koncentrácie danej látky v análnom roztoku. Používa sa ako priama potenciometria, tak aj metóda potenciometrickej titrácie. Pri určovaní pH roztokov sa ako indikátorové elektródy používajú elektródy, ktorých potenciál závisí od koncentrácie vodíkových iónov: sklenená, vodíková, chinhydronová (redoxná elektróda vo forme platinového drôtu ponorená v roztoku HC1, nasýtená chinhydrónom - an ekvimolekulárna zlúčenina chinón s hydrochinónom) a niektoré ďalšie.Membránové alebo iónovo selektívne elektródy majú reálny potenciál, v závislosti od aktivity tých iónov v roztoku, ktoré sú sorbované membránou elektródy (tuhej alebo kvapalnej) metóda nazývaná ionometria.

Spektrofotometre sú zariadenia, ktoré umožňujú merať absorpciu svetla vzoriek v lúčoch svetla s úzkym spektrálnym zložením (monochromatické svetlo). Spektrofotometre umožňujú rozložiť biele svetlo na spojité spektrum, vybrať z tohto spektra úzky rozsah vlnových dĺžok (šírka zvoleného spektrálneho pásma 1 - 20 nm), prejsť izolovaným lúčom svetla cez analyzovaný roztok a zmerať jeho intenzitu. lúč s vysokou presnosťou. Absorpcia svetla farebnou látkou v roztoku sa meria porovnaním s absorpciou nulového roztoku. Spektrofotometer kombinuje dva prístroje: monochromátor na vytváranie monochromatického svetelného toku a fotoelektrický fotometer na meranie intenzity svetla. Monochromátor pozostáva zo svetelného zdroja, dispergačného zariadenia (rozklad bieleho svetla na spektrum) a zariadenia, ktoré reguluje interval vlnových dĺžok svetelného lúča dopadajúceho na roztok.

Z rôznych fyzikálno-chemických a fyzikálnych metód analýzy majú najväčší význam 2 skupiny metód: 1 - metódy založené na štúdiu spektrálnych charakteristík látky; 2 - metódy založené na štúdiu fyzikálno-chemických parametrov. Spektrálne metódy sú založené na javoch, ktoré vznikajú pri interakcii hmoty s rôznymi druhmi energie (elektromagnetické žiarenie, tepelná energia, elektrická energia atď.). Medzi hlavné typy interakcie medzi hmotou a energiou žiarenia patrí absorpcia a emisia (emisia) žiarenia. Povaha javov spôsobených absorpciou alebo emisiou je v zásade rovnaká. Keď žiarenie interaguje s látkou, jej častice (atómy molekuly) prechádzajú do excitovaného stavu. Po určitom čase (10 -8 s) sa častice vrátia do základného stavu a vyžarujú prebytočnú energiu vo forme elektromagnetického žiarenia. Tieto procesy sú spojené s elektronickými prechodmi v atóme alebo molekule.

Elektromagnetické žiarenie možno charakterizovať vlnovou dĺžkou alebo frekvenciou n, ktoré sú spojené pomerom n = s/l, kde c je rýchlosť svetla vo vákuu (2,29810 8 m/s). Súhrn všetkých vlnových dĺžok (frekvencií) elektromagnetického žiarenia tvorí elektromagnetické spektrum od g-lúčov (krátkovlnná oblasť, fotóny majú vysokú energiu) po viditeľnú oblasť spektra (400 - 700 nm) a rádiové vlny (dlhé- oblasť vlnových dĺžok, fotóny s nízkou energiou).

V praxi sa zaoberajú žiarením charakterizovaným určitým intervalom vlnových dĺžok (frekvencií), teda s určitou časťou spektra (alebo, ako sa hovorí, s pásmom žiarenia). Monochromatické svetlo (svetelný tok, v ktorom majú elektromagnetické vlny rovnakú vlnovú dĺžku) sa často používa na analytické účely. Selektívna absorpcia atómami a molekulami žiarenia s určitými vlnovými dĺžkami vedie k tomu, že každá látka sa vyznačuje individuálnymi spektrálnymi charakteristikami.

Na analytické účely sa využíva ako absorpcia žiarenia atómami a molekulami (atómová absorpčná spektroskopia), tak aj emisia žiarenia atómami a molekulami (emisná spektroskopia a luminiscencia).

Spektrofotometria je založená na selektívnej absorpcii elektromagnetického žiarenia v článku. Meraním absorpcie žiarenia rôznych vlnových dĺžok je možné získať absorpčné spektrum, teda závislosť absorpcie od vlnovej dĺžky dopadajúceho svetla. Absorpčné spektrum je kvalitatívna charakteristika látky. Kvantitatívna charakteristika je množstvo absorbovanej energie alebo optická hustota roztoku, ktorá závisí od koncentrácie absorbujúcej látky podľa Bouguer-Lambert-Beerovho zákona: D = еІс, kde D je optická hustota, i je hrúbka vrstvy; c - koncentrácia, mol/l; e - molárny absorpčný koeficient (e = D pri I=1 cm a c=1 mol/l). Hodnota e slúži ako charakteristika citlivosti: čím väčšia je hodnota e, tým menšie množstvá látok je možné určiť. Mnohé látky (najmä organické) intenzívne absorbujú žiarenie v UV a viditeľnej oblasti, čo umožňuje ich priame stanovenie. Väčšina iónov naopak slabo absorbuje žiarenie vo viditeľnej oblasti spektra (e? 10...1000), takže sa zvyčajne prenesie na iné, intenzívnejšie absorbujúce zlúčeniny, a potom sa uskutočnia merania. Na meranie absorpcie (optická hustota) sa používajú dva typy spektrálnych prístrojov: fotoelektrokolorimetre (s hrubou monochromatizáciou) a spektrofotometre (s jemnejšou monochromatizáciou). Najbežnejšia je fotometrická metóda analýzy, pričom kvantitatívne stanovenia sú založené na Bouguer-Lambert-Beerovom zákone. Hlavné metódy fotometrických meraní sú: metóda molárneho koeficientu absorpcie svetla, metóda kalibračnej krivky, štandardná metóda (porovnávacia metóda) a aditívna metóda. Pri metóde molárneho koeficientu absorpcie svetla sa meria optická hustota D skúmaného roztoku a na základe známej hodnoty koeficientu molárnej absorpcie svetla e sa vypočíta koncentrácia c absorbujúcej látky v roztoku: c = D /(e I). Pri metóde kalibračnej krivky sa pripraví séria štandardných roztokov so známou koncentráciou stanovovanej zložky a stanoví sa ich optická hustota D.

Na základe získaných údajov sa zostrojí kalibračný graf - závislosť optickej hustoty roztoku od koncentrácie látky: D = f(c). Podľa Bucher-Lambert-Beerovho zákona je graf priamka. Potom sa zmeria optická hustota D testovacieho roztoku a z kalibračného grafu sa stanoví koncentrácia stanovovanej zlúčeniny. Porovnávacia metóda (štandardov) je založená na porovnaní optickej hustoty štandardu a testovacích roztokov:

D st = e*I*s st a Dx = e*I*s x,

odkiaľ D x / D st = e * I * c x / e * I * c st a c x = c st * D x / Dst. Pri aditívnej metóde sa hodnoty optickej hustoty testovaného roztoku porovnávajú s rovnakým roztokom s prídavkom (s a) známeho množstva zložky, ktorá sa stanovuje. Na základe výsledkov stanovení sa vypočíta koncentrácia látky v testovacom roztoku: D x = e*I*c x a D x+a = e*I*(c x +c a), odkiaľ D x /D x+a = e* I*c x /e*I*(c x + c a) a c x = c a * D x / D x + a - D x. .

Atómová absorpčná spektroskopia je založená na selektívnej absorpcii žiarenia atómami. Na transformáciu látky do atómového stavu sa roztok vzorky vstrekuje do plameňa alebo sa zahrieva v špeciálnej kyvete. V dôsledku toho sa rozpúšťadlo odparí alebo spáli a pevná látka sa atomizuje. Väčšina atómov zostáva v neexcitovanom stave a len malá časť sa excituje a následne vyžaruje žiarenie. Súbor čiar zodpovedajúcich vlnovým dĺžkam absorbovaného žiarenia, teda spektru, je kvalitatívnou charakteristikou a intenzita týchto čiar je teda kvantitatívnou charakteristikou látky.

Atómová emisná spektroskopia je založená na meraní intenzity svetla emitovaného excitovanými atómami. Zdrojom budenia môže byť plameň, iskrový výboj, elektrický oblúk a pod.. Pre získanie emisných spektier sa do zdroja budenia zavedie vzorka vo forme prášku alebo roztoku, kde látka prejde do plynného skupenstva alebo sa čiastočne rozloží na atómov a jednoduchých (v zložení) molekúl. Kvalitatívnou charakteristikou objektu je jeho spektrum (t. j. súbor čiar v emisnom spektre) a kvantitatívnou charakteristikou je intenzita týchto čiar.

Luminiscencia je založená na emisii žiarenia excitovanými molekulami (atómami, iónmi) pri ich prechode do základného stavu. Zdrojom excitácie v tomto prípade môže byť ultrafialové a viditeľné žiarenie, katódové lúče, energia chemickej reakcie atď. Energia žiarenia (luminiscencia) je vždy menšia ako absorbovaná energia, pretože časť absorbovanej energie sa premení na teplo ešte pred začiatkom emisie. V dôsledku toho má luminiscenčná emisia vždy kratšiu vlnovú dĺžku ako je vlnová dĺžka svetla absorbovaného počas excitácie. Luminiscenciu možno použiť ako na detekciu látok (podľa vlnovej dĺžky), tak aj na ich kvantitatívne stanovenie (podľa intenzity žiarenia). Elektrochemické metódy analýzy sú založené na interakcii látky s elektrickým prúdom. V tomto prípade prebiehajúce procesy sú lokalizované buď na elektródach alebo v blízkom elektródovom priestore. Väčšina metód patrí do prvého z týchto typov. Potenciometria. Elektródový proces je heterogénna reakcia, pri ktorej sa nabitá častica (ión, elektrón) prenáša cez fázovú hranicu. V dôsledku takéhoto prenosu vzniká na povrchu elektródy potenciálny rozdiel v dôsledku vytvorenia dvojitej elektrickej vrstvy. Ako každý proces, elektródová reakcia sa časom dostane do rovnováhy a na elektróde sa vytvorí rovnovážny potenciál.

Meranie hodnôt rovnovážnych elektródových potenciálov je úlohou potenciometrickej metódy analýzy. V tomto prípade sa merania uskutočňujú v elektrochemickom článku pozostávajúcom z 2 polovičných článkov. Jedna obsahuje indikačnú elektródu (ktorej potenciál závisí od koncentrácie iónov stanovovaných v roztoku podľa Nernstovej rovnice) a druhá obsahuje referenčnú elektródu (ktorej potenciál je konštantný a nezávisí od na zloženie roztoku). Metódu je možné realizovať vo forme priamej potenciometrie alebo vo forme potenciometrickej titrácie. V prvom prípade sa meria potenciál indikačnej elektródy v analyzovanom roztoku vzhľadom na referenčnú elektródu a koncentrácia stanovovaného iónu sa vypočíta pomocou Nernstovej rovnice. Pri možnosti potenciometrickej titrácie sa určovaný ión titruje vhodným činidlom, pričom sa súčasne sleduje zmena potenciálu indikačnej elektródy. Na základe získaných údajov sa zostrojí titračná krivka (závislosť potenciálu indikačnej elektródy od objemu pridaného titračného činidla). Na krivke v blízkosti bodu ekvivalencie je pozorovaná prudká zmena hodnoty potenciálu (potenciálny skok) indikačnej elektródy, čo umožňuje vypočítať obsah stanovovaného iónu v roztoku. Elektródové procesy veľmi rôznorodé. Vo všeobecnosti ich možno rozdeliť do dvoch veľkých skupín: procesy prebiehajúce pri prenose elektrónov (t. j. samotné elektrochemické procesy) a procesy spojené s prenosom iónov (v tomto prípade je elektróda charakterizovaná iónovou vodivosťou). V druhom prípade hovoríme o takzvaných iónovo selektívnych membránových elektródach, ktoré sú dnes široko používané. Potenciál takejto elektródy v roztoku obsahujúcom stanovované ióny závisí od ich koncentrácie podľa Nernstovej rovnice. K tomuto typu elektród patrí aj sklenená elektróda používaná pri meraní pH. Možnosť vytvorenia veľkého počtu membránových elektród s vysokou selektivitou voči určitým iónom rozdelila túto oblasť potenciometrickej analýzy na samostatnú vetvu - ionometriu.

Polarografia. Keď prúd prechádza elektrochemickým článkom, pozoruje sa odchýlka elektródových potenciálov od ich rovnovážnych hodnôt. Z mnohých dôvodov dochádza k takzvanej polarizácii elektród. Základom tejto metódy analýzy je jav polarizácie, ktorý sa vyskytuje počas elektrolýzy na elektróde s malým povrchom. Pri tejto metóde sa na elektródy ponorené do testovacieho roztoku aplikuje rastúci potenciálny rozdiel. Pri malom potenciálnom rozdiele netečie roztokom prakticky žiadny prúd (tzv. zvyškový prúd). Keď sa potenciálny rozdiel zvýši na hodnotu dostatočnú na rozklad elektrolytu, prúd sa prudko zvýši. Tento potenciálny rozdiel sa nazýva potenciál rozkladu. Meraním závislosti prúdu prechádzajúceho roztokom od veľkosti priloženého napätia je možné zostrojiť tzv. krivka prúd-napätie, ktorá umožňuje s dostatočnou presnosťou určiť kvalitatívne a kvantitatívne zloženie roztoku. V tomto prípade je kvalitatívnou charakteristikou látky veľkosť potenciálneho rozdielu postačujúceho na jej elektrochemický rozklad (polvlnový potenciál E S) a kvantitatívna charakteristika je veľkosť nárastu sily prúdu v dôsledku jej elektrochemického rozkladu v roztoku. (výška vlnovej dĺžky H, resp. rozdiel hodnôt medzného difúzneho prúdu a zvyškového prúdu). Na kvantitatívne stanovenie koncentrácie látky v roztoku sa používajú tieto metódy: metóda kalibračnej krivky, štandardná metóda a aditívna metóda. Konduktometrická metóda analýzy je založená na závislosti elektrickej vodivosti roztoku od koncentrácie elektrolytu. Používa sa spravidla vo verzii konduktometrickej titrácie, ktorej bod ekvivalencie je určený inflexiou titračnej krivky (závislosť elektrickej vodivosti od množstva pridaného titračného činidla). Amperometrická titrácia je druh potenciometrickej titrácie, len indikačná elektróda je polarografický prístroj, t.j. používa sa mikroelektróda s aplikovaným napätím.

T.N.ORKINA

CHEMICKÝ A FYZIKÁLNO-CHEMICKÝ ROZBOR

Návod

Orkina T. N. Chémia. Chemické a fyzikálne chemická analýza. Učebnica / Petrohrad: Vydavateľstvo Polytechnickej univerzity, 2012. – 45 s.

Príručka prezentuje ciele a zámery modernej analytickej chémie - chemické, fyzikálno-chemické a fyzikálne metódy analýzy.

Podrobne sú opísané metódy na vykonávanie kvalitatívnej a kvantitatívnej analýzy. Uvádza sa opis laboratórnych prác na kvalitatívnej analýze roztokov a kovových zliatin, ako aj výpočty a metódy na vykonávanie titrickej (objemovej) analýzy. Základy fyziky

chemická analýza - konštrukcia fázových diagramov, termická analýza kovových zliatin a konštrukcia diagramov taviteľnosti.

Príručka zodpovedá vzdelávaciemu štandardu odborov „Chémia“ a „Anorganická chémia“ a je určená pre študentov vysokých škôl študujúcich v rôznych oblastiach a špecializáciách v oblasti strojárstva a techniky v odbore

„Veda o materiáloch“, „Metalurgia“ a ďalšie. Príručka môže byť užitočná pre študentov študujúcich v akomkoľvek technickom odbore v rámci odboru „chémia“.

ÚVOD

Analytická chémia je odvetvie chémie, ktoré študuje vlastnosti a procesy premeny látok s cieľom zistiť ich chemické zloženie. Stanovenie chemického zloženia látok (chemická identifikácia) je odpoveďou na otázku, ktoré prvky alebo ich zlúčeniny a v akých kvantitatívnych pomeroch sú obsiahnuté v analyzovanej vzorke. Analytická chémia rozvíja teoretické základy chemickej analýzy látok a materiálov, vyvíja metódy identifikácie, detekcie, separácie a stanovenia chemické prvky a ich zlúčeniny, ako aj spôsoby stanovenia štruktúry hmoty. Predmetom je detekcia alebo, ako sa hovorí, objav prvkov alebo iónov, ktoré tvoria skúmanú látku kvalitatívna analýza. Určiť koncentrácie alebo množstvá chemických látok, ktoré tvoria analyzované objekty, je úloha kvantitatívna analýza. Kvalitatívna analýza zvyčajne predchádza kvantitatívnej analýze, pretože na vykonanie kvantitatívnej analýzy je potrebné poznať kvalitatívne zloženie analyzovanej vzorky. Keď je zloženie skúmaného objektu vopred známe, podľa potreby sa vykoná kvalitatívna analýza.

1. METÓDY ANALYTICKEJ CHÉMIE

Na detekciu komponentu sa zvyčajne používa takzvaný analytický signál. A lytický signál– ide o viditeľné zmeny na samotnom predmete skúmania (tvorba sedimentu, zmena farby a pod.) alebo zmeny parametrov meracích prístrojov

(vychýlenie ihly prístroja, zmena digitálneho odčítania, výskyt čiary v spektre atď.). Na získanie analytického signálu sa používajú chemické reakcie odlišné typy(iónová výmena, komplexácia, redox), rôzne procesy (napr.

zrážanie, vývoj plynu), ako aj rôzne chemické, fyzikálne a biologické vlastnosti samotných látok a produktov ich reakcií. Preto

Analytická chémia má rôzne metódy na riešenie svojich problémov.

Chemické metódy (chemická analýza) sú založené na chemickej reakcii medzi skúmanou vzorkou a špeciálne vybranými činidlami. Pri chemických metódach sa analytický signál, ktorý je výsledkom chemickej reakcie, pozoruje hlavne vizuálne.

Fyzikálno-chemické analytické metódy sú založené na kvantitatívnom štúdiu závislosti zloženie – fyzikálna vlastnosť objekt. Analytický signál je elektrický potenciál, sila prúdu,

odpor a pod., alebo akýkoľvek iný parameter (teplota fázových premien, tvrdosť, hustota, viskozita, tlak nasýtených pár a pod.) spojený s určitým funkčným vzťahom so zložením a koncentráciou skúmaného objektu. Fyzikálno-chemické metódy výskumu zvyčajne vyžadujú použitie vysoko citlivých zariadení. Výhodou týchto metód je ich objektívnosť,

možnosť automatizácie a rýchlosť získavania výsledkov. Príkladom fyzikálno-chemickej metódy analýzy je potenciometrické stanovenie pH roztoku pomocou meracích prístrojov - potenciometrov. Táto metóda umožňuje nielen merať, ale aj priebežne monitorovať zmeny pH pri výskyte akýchkoľvek procesov v roztokoch.

IN fyzikálne metódy analýza analytický signál je zvyčajne

sa prijímajú a zaznamenávajú pomocou špeciálneho zariadenia. Fyzikálne metódy zahŕňajú predovšetkým optické spektroskopické metódy analýzy založené na schopnosti atómov a molekúl emitovať, absorbovať a rozptyľovať elektromagnetické žiarenie.

Zaznamenaním emisie, absorpcie alebo rozptylu elektromagnetických vĺn analyzovanou vzorkou sa získa súbor signálov,

charakterizujúce jeho kvalitatívne a kvantitatívne zloženie.

Medzi všetkými tromi metódami neexistuje ostrá hranica, takže toto rozdelenie je do istej miery ľubovoľné. Napríklad pri chemických metódach je vzorka najskôr vystavená nejakému činidlu, t.j. vykonať určitú chemickú reakciu a až potom sa pozoruje a meria fyzikálna vlastnosť. Pri analýze fyzikálnymi metódami sa pozorovanie a meranie vykonáva priamo na analyzovanom materiáli pomocou špeciálneho zariadenia a podpornú úlohu zohrávajú chemické reakcie, ak sa uskutočňujú. V súlade s tým v

chemické metódy rozboru sa zameriavajú na správne vykonanie chemickej reakcie, zatiaľ čo pri fyzikálno-chemických a fyzikálnych metódach sa hlavný dôraz kladie na vhodné meracie zariadenie - stanovenie fyzikálnej vlastnosti.

2. KLASIFIKÁCIA CHEMICKÝCH A FYZIKÁLNYCH

CHEMICKÉ METÓDY

Chemické a fyzikálno-chemické metódy analýzy sú klasifikované v závislosti od hmotnosti a objemu analyzovaných vzoriek. Na základe množstva látky alebo zmesi látok (vzorky) použitých na analýzu sa rozlišuje makro-, semimikro-, submikro- a ultramikroanalýza. Tabuľka 1 ukazuje rozsahy hmotností a objemov roztokov vzoriek odporúčaných IUPAC Division of Analytical Chemistry (skratka z anglickej skratky International Union of Pure and Applied Chemistry).

		stôl 1
Typ analýzy	Hmotnosť vzorky, g
		roztok, ml
Makroanalýza		10-103
Semi-mikroanalýza		10-1 – 10
Mikroanalýza		10-2 – 1
Submikroanalýza	10-4 – 10-3	menej ako 10-2
Ultramikroanalýza	menej ako 10-4	menej ako 10-3

V závislosti od povahy danej úlohy sa rozlišujú nasledujúce typy analýz.

1 . Elementárna analýza– zistenie prítomnosti a obsahu jednotlivých prvkov v danej látke, t.j. nájdenie jeho elementárneho zloženia.

2. Fázová analýza – zisťovanie prítomnosti a obsahu jednotlivých fáz študovaného materiálu. Napríklad uhlík v oceli môže byť vo forme grafitu alebo vo forme karbidov železa. Úlohou fázovej analýzy je zistiť, koľko uhlíka je obsiahnutého vo forme grafitu a koľko je vo forme karbidov.

3. Molekulárna analýza (analýza materiálu) - zistenie prítomnosti a obsahu molekúl rôznych látok (zlúčenín) v materiáli.

Zisťuje sa napríklad množstvo CO, CO2, N2, O2 a iných plynov v atmosfére.

4 . Funkčná analýza - stanovenie prítomnosti a obsahu funkčných skupín v molekulách organických zlúčenín, napríklad aminoskupín (-NH2), nitro (-NO2), hydroxylových (-OH) a iných skupín.

V závislosti od povahy analyzovaného materiálu existujú

analýza anorganických a organických látok. Vyčlenenie analýzy organických látok do samostatnej časti analytickej chémie je spojené s charakteristikou organických látok. Už prvá fáza analýzy - prenesenie vzorky do roztoku - sa výrazne líši pre organické a anorganické látky.

Hlavné fázy akejkoľvek chemickej analýzy komplexu

materiály sú nasledujúce kroky.

1. Odber vzoriek na analýzu. Priemerné zloženie vzorky musí zodpovedať priemernému zloženiu celej šarže analyzovaného materiálu.

2. Rozloženie vzorky a jej prenesenie do roztoku. Vzorka sa rozpúšťa vo vode alebo kyselinách, spája sa s rôznymi látkami, prípadne sa využívajú iné metódy či chemické vplyvy.

	Uskutočnenie chemickej reakcie:							P, kde X –
zložka vzorky; R – činidlo; P je reakčný produkt.
	Fixácia		meranie	akýkoľvek fyzikálny parameter
reakčný produkt, činidlo alebo analyt.
Uvažujme			podrobne			chemický		analýza -

kvalitatívna a kvantitatívna analýza.

3. KVALITATÍVNA ANALÝZA

Úlohou kvalitatívnej analýzy je identifikovať zložky a určiť kvalitatívne zloženie látky alebo zmesi látok. Detekcia alebo, ako sa hovorí, objav prvkov alebo iónov v zložení skúmanej látky sa uskutočňuje ich premenou na zlúčeninu, ktorá má niektoré charakteristické vlastnosti, t.j. zaznamená sa výskyt analytického signálu. Chemické premeny, ku ktorým dochádza, sa nazývajú analytické reakcie. Látka, s ktorou sa uskutočňuje objav - činidlo alebo činidlo.

Existujú rôzne metódy kvalitatívnej analýzy, ktoré si vyžadujú použitie rôznych množstiev testovanej látky v súlade s tabuľkou 1. Napríklad: makroanalytická metóda odoberte asi 1 g látky (0,5 g pre kovy a zliatiny) a rozpustite ju v 20-30 ml vody.

Reakcie sa uskutočňujú v skúmavkách (analýza skúmaviek). V prípade mikroanalýzy látok sa odoberie približne 100-krát menej v porovnaní s makroanalýzou (miligramy tuhej hmoty a niekoľko desatín mililitrov roztoku). Na otvorenie jednotlivých častí sa používajú vysoko citlivé reakcie, aby sa zistila prítomnosť malého množstva prvku alebo iónu. Reakcie sa uskutočňujú buď mikrokryštalickou alebo kvapkovou metódou. Mikrokryštalické reakcie sa vykonáva na podložnom sklíčku a prítomnosť prvku sa posudzuje podľa tvaru výsledných kryštálov, ktoré sa skúmajú pod mikroskopom. Odkvapkávacie reakcie, sprevádzané zmenou farby roztoku a tvorbou farebných precipitátov, sa uskutočňujú na páse filtračného papiera, pričom sa naň po kvapkách nanášajú testovacie roztoky a činidlá. Niekedy sa kvapkové reakcie uskutočňujú na špeciálnej „kvapkacej doske“ - porcelánovej doske s priehlbinami, ako aj na hodinovom skle alebo v malom porcelánovom tégliku. Semi-mikroanalýza (semi-mikrometóda)

zaujíma medzipolohu medzi makro- a mikroanalýzou.

Množstvo látky potrebné na štúdium zloženia je približne 20-25-krát menšie ako pri vykonávaní makroanalýzy - približne 50 mg pevnej látky a 1 ml roztoku. IN túto metódu Systém makroanalýzy a objavu iónov je zachovaný, ale všetky reakcie sa uskutočňujú s malými množstvami látky pomocou špeciálnej technológie a zariadenia. Reakcie sa napríklad uskutočňujú v malých 1-2 ml skúmavkách, do ktorých sa pomocou pipiet zavádzajú roztoky. Sedimentácia sa vykonáva iba centrifugáciou. Submikroanalýza a ultramikroanalýza sa vykonávajú pomocou špeciálnych techník s použitím mikroskopov rôzneho stupňa zväčšenia, elektrónových mikroskopov a iných zariadení. Ich zohľadnenie presahuje rámec tohto návodu.

V kvalitatívnej analýze sa chemické reakcie najčastejšie uskutočňujú v roztoku, takzvaná „mokrá metóda“. Ale niekedy je možné uskutočniť reakcie v tuhej fáze, t.j. reakcie „suchou cestou“. Látka a zodpovedajúce činidlá sa odoberú v pevnej forme a zahrievajú sa na vysoké teploty, aby sa uskutočnili reakcie. Príkladom takýchto reakcií je reakcia sfarbenia plameňa so soľami určitých kovov. To je známe

sodné soli farbia plameň jasne žlto, draselné soli – fialové, soli medi – zelené. Táto farba sa môže použiť na zistenie prítomnosti týchto prvkov v skúmanej látke. „Suché“ reakcie zahŕňajú aj reakcie tvorby farebné perly – sklovité zliatiny rôznych solí. Napríklad bórax – Na2 B4 O7

· 10H2 O alebo podvojné soľné perly NaNH4 HPO4 · 4H2 O. Tieto metódy sa nazývajú pyrochemické a sú široko používané na stanovenie minerálov a hornín. Ale v zásade sa pri kvalitatívnej analýze uskutočňujú reakcie

„mokrá cesta“ medzi rozpustenými látkami.

3.1. Metodika vykonávania kvalitatívnej analýzy

Prvým krokom pri akejkoľvek analýze je priviesť vzorku do roztoku pomocou rôznych rozpúšťadiel. Pri rozbore anorganických látok sa ako rozpúšťadlá najčastejšie používa voda, vodné roztoky kyselín, zásad, menej často aj iné anorganické látky. Potom sa uskutočnia charakteristické reakcie otvárania iónov. Kvalitatívne objavné reakcie

ióny sú chemické reakcie, ktoré sú sprevádzané vonkajším účinkom (zmena farby roztoku, uvoľnenie plynu, tvorba zrazeniny), na základe čoho možno usúdiť, že reakcia prebieha.

Najčastejšie sa zaoberajú vodnými roztokmi solí, kyselín, zásad, medzi ktorými sa vyskytujú iónomeničové reakcie (menej často - oxidačné reakcie).

regeneračný).

Táto alebo tá analytická reakcia sa musí uskutočniť za určitých podmienok v závislosti od vlastností výsledných zlúčenín. Ak tieto podmienky nie sú splnené, výsledky objavu iónov môžu byť nespoľahlivé. Napríklad zrazeniny rozpustné v kyseline nevypadnú z roztoku, keď je nadbytok kyseliny. Preto je potrebné dodržiavať nasledovné

reakčné podmienky.

1. Správne prostredie testovacieho roztoku, ktoré sa vytvorí pridaním kyseliny alebo zásady.

2. Určitá teplota roztoku. Napríklad reakcie, pri ktorých sa tvoria zrazeniny, ktorých rozpustnosť sa výrazne zvyšuje s teplotou, sa uskutočňujú v „chlade“. Naopak, ak reakcia prebieha extrémne pomaly,

je potrebné vykurovanie.

3. Dosť vysoká koncentrácia otvorený ión, keďže pri nízkych koncentráciách reakcia neprebieha, t.j. reakcia je necitlivá.

koncepcia "citlivosť odozvy" je kvantitatívne charakterizovaný dvoma ukazovateľmi: otváracie minimálne a maximálne riedenie. Na experimentálne stanovenie citlivosti sa reakcia mnohokrát opakuje s testovacími roztokmi, pričom sa postupne znižuje množstvo rozpustenej látky a objem rozpúšťadla. Otváracie minimum(Υ) je najmenšie množstvo látky, ktoré je možné objaviť prostredníctvom danej reakcie za určitých podmienok na jej realizáciu. Vyjadrené v mikrogramoch (1Υ - milióntiny gramu, 10-6 g). Otváracie minimum nemôže úplne charakterizovať citlivosť reakcie, pretože na koncentrácii otvoreného iónu v roztoku záleží. Limitné riedenie(1:G) charakterizuje najnižšiu koncentráciu látky (iónu), pri ktorej sa môže touto reakciou otvoriť; kde G je hmotnostné množstvo rozpúšťadla na jednotku hmotnosti objavenej látky alebo iónu. IN

V makroanalýze a semimikrometóde sa používajú tie reakcie, ktorých citlivosť presahuje 50Υ a maximálne riedenie je 1:1000.

Pri vykonávaní analytických reakcií by sa mala brať do úvahy nielen citlivosť, ale aj špecifickosť reakcie– možnosť otvorenia daného iónu v prítomnosti iných iónov. Objav iónov cez

špecifické reakcie vyvolané v oddelených častiach testovanej látky

riešenie v náhodnom poradí, nazývané frakčná analýza . Konkrétnych reakcií ale nie je veľa. Častejšie sa musíte zaoberať činidlami, ktoré poskytujú rovnaký alebo podobný reakčný účinok s mnohými iónmi. Napríklad chlorid bárnatý zráža uhličitan a

sulfatióny vo forme zrážania BaCO3 a BaSO4. Podávanie reagencií

identický analytický signál s obmedzeným počtom iónov,

nazývané selektívne alebo selektívne . Čím menší je počet iónov exponovaných daným činidlom, tým vyšší je stupeň selektivity činidla.

Cudzie ióny niekedy nereagujú s daným činidlom, ale znižujú citlivosť reakcie alebo menia povahu vytvorených produktov. V tomto prípade je potrebné vziať do úvahy maximálny pomer koncentrácií objavených a cudzích iónov a tiež použiť maskovacie činidlá (techniky alebo činidlá). Rušivý ión sa premení na zlúčeniny s nízkou disociáciou alebo komplexné ióny, jeho koncentrácia v roztoku klesá a tento ión už neinterferuje s objavením analyzovaných iónov. Všetky vyššie uvedené funkcie a techniky

sa používajú pri vývoji sekvencie chemických reakcií počas procesu analýzy. Ak sa reakcie používajú pri analýze

sú nešpecifické a rušivý vplyv cudzích iónov nie je možné eliminovať, potom je použitie frakčnej metódy nemožné a uchyľujú sa k

systematický priebeh analýzy.

Systematický priebeh analýzy je špecifický sled reakcií navrhnutých takým spôsobom, že objav každého iónu sa uskutoční až po objavení a odstránení všetkých iónov, ktoré tomuto objavu narúšajú. Pri systematickej analýze sa jednotlivé skupiny iónov izolujú z komplexnej zmesi iónov pomocou ich podobného vzťahu k pôsobeniu určitých činidiel, nazývaných skupinové činidlo. Napríklad jedným zo skupinových činidiel je chlorid sodný,

ktorý má podobný účinok na ióny Ag+, Pb2+, Hg2 2+. Pôsobenie chloridu sodného na rozpustné soli obsahujúce tieto katióny vedie k tvorbe zrazenín nerozpustných v kyseline chlorovodíkovej:

Ag++ + Cl- = AgCl↓

Pb2 + Cl- = PbCl2 ↓

Hg2 2+ + 2Cl- = Hg2Cl2 ↓

Všetky ostatné ióny, ak sú vystavené HCl, prejdú do roztoku a tri katióny Ag+, Pb2+ a Hg22+ sa oddelia od ostatných pomocou skupinového činidla NaCl. Použitie skupinových činidiel poskytuje veľké pohodlie: komplexný problém je rozdelený na niekoľko jednoduchších. okrem toho

ak nejaká skupina iónov úplne chýba, potom jej skupinové činidlo nevytvorí s analyzovaným roztokom žiadnu zrazeninu. V tomto prípade nemá zmysel vykonávať reakcie na jednotlivé ióny tejto skupiny. Výsledkom je výrazná úspora práce, času a reagencií.

Z vyššie uvedeného vyplýva, že v kvalitatívnej analýze je základom klasifikácie iónov rozdiel v rozpustnosti niektorých zlúčenín, ktoré tvoria; Na tomto rozdiele je založená metóda oddeľovania jednej skupiny iónov od druhej. Hlavnú klasifikáciu katiónov zaviedol vynikajúci ruský chemik N.A. Menshutkin (1871).

IN Klasifikácia aniónov je založená na rozpustnosti solí bária

A striebro v zodpovedajúcich kyselinách. Táto klasifikácia nie je striktne stanovená, pretože rôzni autori rozdeľujú anióny do rôznych skupín. Jednou z najbežnejších možností je rozdeliť skúmané anióny do troch skupín:

Anióny, ktoré tvoria soli bária nerozpustné vo vode;

ANALYTICKÁ CHÉMIA A FYZIKÁLNO-CHEMICKÉ METÓDY ANALÝZY Vydavateľstvo TSTU Ministerstvo školstva a vedy Ruskej federácie Štátna vzdelávacia inštitúcia vyššieho odborného vzdelávania "Tambovská štátna technická univerzita" M.I. LEBEDEV ANALYTICKÁ CHÉMIA A FYZIKÁLNO-CHEMICKÉ METÓDY ANALÝZY Prednášky pre predmet Vydavateľstvo Tambov TSTU 2005 MDT 543 (075) BBK G4ya73-4 L33 Recenzenti: doktor chemických vied, profesor A.B. Kilimnik kandidát chemických vied, docent Katedry anorganickej a fyzikálnej chémie TSU pomenovaný po. G.R. Derzhavina A.I. Ryaguzov Lebedeva, M.I. L33 Analytická chémia a fyzikálne a chemické metódy analýzy: učebnica. príspevok / M.I. Lebedeva. Tambov: vydavateľstvo Tamb. štát tech. Univ., 2005. 216 s. Uvažuje sa o hlavných problémoch predmetu „Analytická chémia a fyzikálno-chemické metódy analýzy“. Po predstavení teoretického materiálu obsahuje každá kapitola obsahové bloky na testovanie vedomostí pomocou testových úloh a dáva hodnotenie na hodnotenie vedomostí. Tretia časť každej kapitoly obsahuje riešenia najzložitejších problémov a ich bodové hodnotenie. Určené pre študentov nechemických odborov (200401, 200402, 240202, 240802, 240902) a zostavené v súlade s normami a učebnými osnovami. MDT 543 (075) BBK G4ya73-4 ISBN 5-8265-0372-6 © Lebedeva M.I., 2005 © Tambovská Štátna technická univerzita (TSTU), 2005 Vzdelávacia publikácia LEBEDeva Maria Ivanovna Kurz ANALYTICKÁ CHÉMIA A FYZIKÁLNE-CHEMICKÉ LEKÁREŇ Editor V.N. Mitrofanova Počítačové prototypovanie D.A. Lopukhova Podpísané na vydanie 21. mája 2005 Formát 60 × 84 / 16. Ofsetový papier. Ofsetová tlač Typ písma Times New Roman. Objem: 12,55 konvenčných jednotiek. rúra l.; 12.50 akademická publikácia l. Náklad 200 kópií. S. 571M Vydavateľské a polygrafické stredisko Tambovskej štátnej technickej univerzity, 392000, Tambov, Sovetskaja, 106, miestnosť 14 PREDSLOV Bez analýzy neexistuje žiadna syntéza F. Engels Analytická chémia - veda o metódach identifikácie chemické zlúčeniny , o princípoch a metódach zisťovania chemického zloženia látok a ich štruktúry. Analytická chémia nadobudla v súčasnosti osobitný význam, keďže hlavným faktorom nepriaznivého antropogénneho vplyvu na prírodu je chemické znečistenie. Najdôležitejšou úlohou sa stáva určenie ich koncentrácie v rôznych prírodných objektoch. Znalosť základov analytickej chémie je rovnako potrebná pre moderného študenta, inžiniera, učiteľa a podnikateľa. Obmedzený počet učebníc a učebných pomôcok k predmetu „Analytická chémia a fyzikálno-chemické metódy analýzy“ pre študentov chémie a ich úplná absencia pre odbory „Štandardizácia a certifikácia“, „Biotechnológia potravín“, „Inžinierstvo ochrany životného prostredia“, as ako aj moje dlhoročné skúsenosti s výučbou tejto disciplíny na TSTU viedli k potrebe zostaviť a zverejniť navrhovaný priebeh prednášok. Navrhované vydanie pozostáva z jedenástich kapitol, z ktorých každá vyzdvihuje najdôležitejšie teoretické problémy, odrážajúc postupnosť prezentácie materiálu v prednáškovom kurze. Kapitoly I–V sú venované chemickým (klasickým) metódam analýzy, VIII–X sa venuje základným fyzikálno-chemickým metódam analýzy a kapitola XI je venovaná organickým analytickým činidlám. Štúdium každej časti sa odporúča dokončiť vyriešením príslušného obsahového bloku umiestneného na konci kapitoly. Bloky úloh sú formulované v troch špeciálnych formách. Teoretické úlohy s odpoveďami z viacerých odpovedí (typ A). Pre každú teoretickú otázku tohto typu sa ponúkajú štyri atraktívne možnosti odpovede, z ktorých je len jedna správna. Za každú správne vyriešenú úlohu typu A získava žiak jeden bod. Problémy s odpoveďami s viacerými možnosťami (typ B)1 majú hodnotu dvoch bodov. Sú jednoduché a dajú sa vyriešiť jedným alebo viacerými krokmi. Správna odpoveď sa vyberie zo štyroch navrhovaných možností. Úlohy s podrobnou odpoveďou (typ C)2 vyžadujú od študenta, aby si odpoveď zapísal v podrobnej forme a podľa úplnosti riešenia a jeho správnosti môže byť hodnotený jedným až piatimi bodmi. Maximálny počet bodov je daný za kompletne vyriešenú úlohu a je uvedený v poslednom riadku tabuľky hodnotenia. Celkový počet bodov za konkrétnu tému je ukazovateľom vedomostí študenta, ktorých úroveň je možné posúdiť v navrhovanom systéme hodnotenia. Počet získaných bodov Skóre 32 – 40 Výborný 25 – 31 Dobrý 16 – 24 Uspokojivý Menej ako 16 Neuspokojivý Autor vyjadruje vďaku študentom Avseeve A. , Busina M., Zobnina E., Katsuba L., Polyakova N., Tishkina E. (skupina PB-21), Popova S. (skupina Z-31), ktorí sa aktívne podieľali na návrhu diela. 1 Môže chýbať v niektorých kapitolách 2 Môže chýbať v niektorých kapitolách „Analytická chémia je citlivá na požiadavky výroby a čerpá z tejto sily a impulzov pre ďalší rast.“ N.S. Kurnakov 1 ANALYTICKÁ CHÉMIA AKO VEDA. ZÁKLADNÉ KONCEPTY Pri riešení veľkých ľudských problémov (problém surovín, potravín, jadrovej energie, astronautiky, polovodičovej a laserovej techniky) patrí popredné miesto analytickej chémii. Základom monitorovania životného prostredia je kombinácia rôznych chemických vied, z ktorých každá vyžaduje výsledky chemickej analýzy, keďže chemické znečistenie je hlavným faktorom nepriaznivého antropogénneho vplyvu na prírodu. Cieľom analytickej chémie je určiť koncentráciu znečisťujúcich látok v rôznych prírodných objektoch. Sú to prírodné a odpadové vody rôzneho zloženia, spodné sedimenty, zrážky, vzduch, pôdy, biologické objekty a pod. Pre diagnostiku je veľmi dôležité plošné zavádzanie vysoko účinných opatrení na kontrolu stavu prírodného prostredia bez odstránenia choroby v jej koreňoch. Účinok v tomto prípade možno dosiahnuť oveľa rýchlejšie a s minimálnymi nákladmi. Riadiaci systém umožňuje včas odhaliť škodlivé nečistoty a lokalizovať zdroj znečistenia. Preto sa úloha analytickej chémie v ochrane životného prostredia stáva čoraz dôležitejšou. Analytická chémia je veda o metódach identifikácie chemických zlúčenín, princípoch a metódach určovania chemického zloženia látok a ich štruktúry. Je to vedecký základ chemickej analýzy. Chemická analýza je experimentálne získavanie údajov o zložení a vlastnostiach predmetov. Tento koncept prvýkrát vedecky podložil R. Boyle v knihe „The Skeptical Chemist“ (1661) a zaviedol pojem „analýza“. Analytická chémia vychádza zo znalostí získaných štúdiom anorganickej, organickej, fyzikálnej chémie, fyziky a matematiky. Účelom štúdia analytickej chémie je zvládnuť moderné metódy analýza látok a ich aplikácia na riešenie národohospodárskych problémov. Starostlivé a neustále monitorovanie výrobných a environmentálnych zariadení je založené na úspechoch analytickej chémie. V. Ostwald napísal: „Analytická chémia alebo umenie rozpoznávania látok alebo ich zložiek zaujíma osobitné miesto medzi aplikáciami vedeckej chémie, pretože otázky, ktoré umožňuje zodpovedať, vždy vyvstávajú pri pokuse reprodukovať chemické procesy pre vedecké alebo technické účely.“ ciele. Vďaka tomuto významu sa analytická chémia už dlho stretáva s neustálym záujmom o seba...“ 1.1 Stručná história vývoja analytickej chémie História rozvoja analytickej chémie je neoddeliteľná od histórie rozvoja chémie a chemického priemyslu. Určité techniky a metódy chemického rozboru sú známe už v staroveku (rozoznávanie látok podľa farby, vône, chuti, tvrdosti). V 9. – 10. stor. na Rusi používali takzvanú „analýzu“ (určenie rýdzosti zlata, striebra a rúd). Tak sa zachovali záznamy Petra I. o jeho „analýze“ rúd. V tomto prípade kvalitatívna analýza (určenie kvalitatívneho zloženia) vždy predchádzala kvantitatívnej analýze (určenie kvantitatívneho pomeru zložiek). Za zakladateľa kvalitatívnej analýzy sa považuje anglický vedec Robert Boyle, ktorý prvýkrát opísal metódy detekcie iónov SO 2 - a Cl - pomocou iónov Ba 2 + a Ag + a tiež 4 použil organické farbivá ako indikátory (lakmus). Analytická chémia sa však začala rozvíjať na vedu po objave M. V. Lomonosov zákon zachovania hmotnosti látok pri chemických reakciách a využitie váh v chemickej praxi. Preto M.V. Lomonosov je zakladateľom kvantitatívnej analýzy. Lomonosov súčasník, akademik T.E. Lovitz stanovil vzťah medzi tvarom kryštálov a ich chemické zloženie : „mikrokryštalická analýza“. Prvé klasické práce o chemickej analýze patrili akademikovi V.M. Severgin, ktorý publikoval „Sprievodcu testovaním minerálnych vôd“. V roku 1844 profesor na Kazanskej univerzite K.K. Klaus pri analýze „surovej platiny“ objavil nový prvok – ruténium. Prelomom vo vývoji analytickej chémie, v jej formovaní ako vedy, bol objav periodického zákona D.I. Mendelejev (1869). Diela D.I. Mendelejev vytvoril teoretický základ metód analytickej chémie a určil hlavný smer jej vývoja. V roku 1871 vyšla prvá príručka o kvalitatívnej a kvantitatívnej analýze od N.A. Menshutkin „Analytická chémia“. Analytická chémia bola vytvorená prácami vedcov z mnohých krajín. Ruskí vedci neoceniteľne prispeli k rozvoju analytickej chémie: A.P. Vinogradov, N.A. Tananaev, I.P. Alimarin, Yu.A. Zolotov, A.P. Kreshkov, L.A. Chugaev, M.S. Tsvet, E.A. Boževolnov, V.I. Kuznecov, S.B. Savvin a kol Rozvoj analytickej chémie v prvých rokoch sovietskej moci prebiehal v troch hlavných smeroch: – pomoc podnikom pri vykonávaní analýz; – vývoj nových metód analýzy prírodných a priemyselných objektov; – získavanie chemických činidiel a prípravkov. Počas druhej svetovej vojny plnila analytická chémia obranné úlohy. V analytickej chémii dlho dominovali takzvané „klasické“ metódy analýzy. Analýza sa považovala za „umenie“ a ostro závisela od „rúk“ experimentátora. Technologický pokrok si vyžadoval rýchlejšie a jednoduchšie metódy analýzy. V súčasnosti sa väčšina hromadných chemických analýz vykonáva pomocou poloautomatických a automatických prístrojov. Zároveň je cena zariadenia kompenzovaná jeho vysokou účinnosťou. V súčasnosti je potrebné používať výkonné, informatívne a citlivé analytické metódy na kontrolu koncentrácií znečisťujúcich látok pod MPC. Čo vlastne znamená normatívna „neprítomnosť komponentu“? Možno je jeho koncentrácia taká nízka, že sa nedá určiť tradičnou metódou, ale stále to treba urobiť. Ochrana životného prostredia je skutočne výzvou pre analytickú chémiu. Je zásadne dôležité, aby limit detekcie znečisťujúcich látok analytickými metódami nebol nižší ako 0,5 MAC. 1.2 TECHNICKÝ ROZBOR Vo všetkých fázach akejkoľvek výroby sa vykonáva technická kontrola - t.j. Vykonávajú sa práce na kontrole kvality výrobkov počas technologického procesu, aby sa predišlo chybám a zabezpečila sa výroba výrobkov, ktoré sú v súlade s technickými špecifikáciami a GOST. Technická analýza sa delí na všeobecnú - rozbor látok nachádzajúcich sa vo všetkých podnikoch (H2O, pohonné hmoty, mazivá) a špeciálnu - rozbor látok nachádzajúcich sa len v danom podniku (suroviny, medziprodukty, výrobné odpady, finálny produkt). Na tento účel každý deň tisíce analytických chemikov vykonávajú milióny analýz v súlade s príslušnými medzinárodnými normami GOST. Postup analýzy – podrobný popis priebehu analytických reakcií s uvedením podmienok na ich realizáciu. Jeho úlohou je osvojiť si experimentálne zručnosti a podstatu analytických reakcií. Metódy analytickej chémie sú založené na rôznych princípoch. 1.3 KLASIFIKÁCIA ANALYTICKÝCH METÓD 1 Podľa predmetov analýzy: anorganické a organické. 2 Podľa účelu: kvalitatívne a kvantitatívne. Kvantitatívna analýza umožňuje stanoviť kvantitatívne vzťahy medzi zložkami danej zlúčeniny alebo zmesi látok. Na rozdiel od kvalitatívnej analýzy kvantitatívna analýza umožňuje určiť obsah jednotlivých zložiek analytu alebo celkový obsah analytu v skúmanom objekte. Metódy kvalitatívnej a kvantitatívnej analýzy, ktoré umožňujú určiť obsah jednotlivých prvkov v analyzovanej látke, sa nazývajú elementárna analýza; funkčné skupiny – funkčná analýza; jednotlivé chemické zlúčeniny charakterizované určitou molekulovou hmotnosťou - molekulárny rozbor. Súbor rôznych chemických, fyzikálnych a fyzikálno-chemických metód na oddeľovanie a určovanie jednotlivých štruktúrnych (fázových) zložiek heterogénnych systémov, ktoré sa líšia vlastnosťami a fyzikálnou štruktúrou a sú navzájom obmedzené rozhraniami, sa nazýva fázová analýza. 3 Spôsobom realizácie: chemické, fyzikálne a fyzikálno-chemické (inštrumentálne) metódy. 4 Podľa hmotnosti vzorky: makro– (>> 0,10 g), semimikro– (0,10 – 0,01 g), mikro– (0,01 – 10 −6 g), ultramikroanalýza (< 10 −6 г). 1.4 АНАЛИТИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ 1.4.1 Способы выполнения аналитических реакций В основе аналитических методов – получение и измерение аналитического сигнала, т.е. любое проявление химических и физических свойств вещества в результате протекания химической реакции. Аналитические реакции можно проводить «сухим» и «мокрым» путем. Примеры реакций, проводимых «сухим» путем: реакции окрашивания пламени (Na + – желтый; Sr 2+ – красный; Ba 2+ – зеленый; K + – фиолетовый; Tl 3+ – зеленый, In + – синий и др.); при сплавлении Na 2 B 4 O 7 и Co 2+ , Na 2 B 4 O 7 и Ni 2+ , Na 2 B 4 O 7 и Cr 3+ образуются «перлы» буры различной окраски. Чаще всего аналитические реакции проводят в растворах. Анализируемый объект (индивидуальное вещество или смесь веществ) может находиться в любом агрегатном состоянии (твердом, жидком, газо- образном). Объект для анализа называется образцом, или пробой. Один и тот же элемент в образце мо- жет находиться в различных химических формах. Например: S 0 , S 2− , SO 2 − , SO 3 - и т.д. В зависимости от 4 2 цели и задачи анализа после переведения в раствор пробы проводят элементный анализ (определение общего содержания серы) или фазовый анализ (определение содержания серы в каждой фазе или в ее отдельных химических формах). Выполняя ту или иную аналитическую реакцию необходимо строго соблюдать определенные усло- вия ее протекания (температура, рН раствора, концентрация) с тем, чтобы она протекала быстро и имела достаточно низкий предел обнаружения. 1.4.2 Классификация аналитических реакций 1 Групповые реакции: один и тот же реактив реагирует с группой ионов, давая одинаковый сиг- нал. Так, для отделения группы ионов (Ag + , Pb 2+ , Hg 2+) используют реакцию их с Cl − – ионами, при этом 2 образуются белые осадки (AgCl, PbCl 2 , Hg 2 Cl 2). 2 Избирательные (селективные) реакции. Пример: йодокрахмальная реакция. Впервые ее описал в 1815 г. немецкий химик Ф. Штромейер. Для этих целей используют органические реагенты. Пример: диметилглиоксим + Ni 2+ → образование ало − красного осадка диметилглиоксимата никеля. Изменяя условия протекания аналитической реакции, можно неизбирательные реакции сделать из- бирательными. Пример: если реакции Ag + , Pb 2 + , Hg 2 + + Cl − проводить при нагревании, то PbCl 2 не осаждается, так как он 2 хорошо растворим в горячей воде. 3 Реакции комплексообразования используются для целей маскирования мешающих ионов. Пример: для обнаружения Со 2+ в присутствии Fe 3+ – ионов с помощью KSCN , реакцию проводят в присутствии F − – ионов. При этом Fe 3+ + 4F − → − , K н = 10 −16 , поэтому Fe 3+ – ионы закомплексованы и не мешают определению Co 2+ – ионов. 1.4.3 Реакции, используемые в аналитической химии 1 Гидролиз (по катиону, по аниону, по катиону и аниону) Al 3+ + HOH ↔ Al(OH) 2+ + H + ; CO 3 − + HOH ↔ HCO 3 + OH − ; 2 − Fe 3+ + (NH 4) 2 S + HOH → Fe(OH) 3 + ... 2 Реакции окисления–восстановления + 2MnSO 4 + 5K 2 S 2 O 8 + 8H 2 O Ag → 2HMnO 4 + 10KHSO 4 + 2H 2 SO 4  3 Реакции комплексообразования СuSO 4 + 4 NH 4 OH → SO 4 + 4H 2 O 4 Реакции осаждения Ba 2+ + SO 2− →↓ BaSO 4 4 1.4.4 Сигналы методов качественного анализа 1 Образование или растворение осадка Hg 2+ + 2I − →↓ HgI 2 ; красный HgI 2 + 2KI − → K 2 бесцветный 2 Появление, изменение, исчезновение окраски раствора (цветные реакции) Mn 2 + → − MnO 4 → MnO 2 − 4 бесцветный фиолетовый зеленый 3 Выделение газа SO 3 − + 2H + → SO 2 + H 2 O. 2 4 Реакции образования кристаллов строго определенной формы (микрокристаллоскопические ре- акции). 5 Реакции окрашивания пламени. 1.5 Аналитическая классификация катионов и анионов Для катионов существуют две классификации: кислотно-основная и сероводородная. Сероводо- родная классификация катионов представлена в табл. 1.1. 1.1 Сероводородная классификация катионов Аналитическая Аналитическая Катионы Групповой реагент группа форма І K + , Na + , NH + , Mg 2 + 4   (NH 4) 2 CO 3 + NH 4 OH + NH 4 Cl II Ba 2 + , Sr 2 + , Ca 2 + MeCO3 ↓ pH ~ 9 Al3 + , Cr 3 + (NH 4) 2 S + NH 4 OH + NH 4 Cl Me(OH)m ↓ III Zn 2 + , Mn 2 + , Ni 2 + , Co 2 + , Fe 2 + , Fe3 + pH ~ 9 MeS ↓ Cu 2 + , Cd 2 + , Bi 3 + , Sn 2 + , Sn 4 + H 2S → HCl, IV MeS ↓ Hg 2 + , As3 + , As5 + , Sb 3 + , Sb 5 + pH ~ 0,5 V Ag + , Pb 2 + , 2 + HCl MeCl m ↓ Все анионы делятся на две группы: 1 Групповой реагент – BaCl 2 ; при этом образуются растворимые соли бария: − − − Cl , Br , I , NO 3 , CH 3 COO − , SCN − , − , 4− 3− 2 − ClO − , ClO − , ClO 3 , ClO − . − , BrO3 4 2 Анионы образуют малорастворимые соли бария, которые растворимы в уксусной, соляной и азотной кислотах (за исключением BaSO 4): F − , CO 3 − , SO 2− , SO 3 − , S 2 O 3 − , SiO 3 − , CrO 2− , PO 3− . 2 4 2 2 2 4 4 1.5.1 Схема анализа по идентификации неизвестного вещества 1 Окраска сухого вещества: черная: FeS, PbS, Ag 2 S, HgS, NiS, CoS, CuО, MnO 2 и др; оранжевая: Cr2 O 7− и др; 2 желтая: CrO 2− , HgO, CdS ; 4 красная: Fe(SCN) 3 , Co 2+ ; синяя: Cu 2+ . 2 Окраска пламени. 3 Проверка на наличие кристаллизационной воды. 4 Действие кислот на сухую соль (газ). 5 Подбор растворителя (при комнатной температуре, при нагревании): H 2 O, CH 3 COOH, HCl, H 2 SO 4 , «царская водка», сплавление с Na 2CO3 и последующее выщелачивание. Следует помнить, что практи- чески все нитраты, все соли калия, натрия и аммония растворимы в воде. 6 Контроль pH раствора (только для растворимых в воде объектов). 7 Предварительные испытания (Fe 2+ , Fe 3+ , NH +). 4 8 Обнаружение группы катионов, анионов. 9 Обнаружение катиона. 10 Обнаружение аниона. 1.6 Методы разделения и концентрирования Разделение – это операция (процесс), в результате которого компоненты, составляющие исходную смесь, отделяются один от другого. Концентрирование – операция (процесс), в результате которого повышается отношение концен- трации или количества микрокомпонентов к концентрации или количеству макрокомпонентов. Необходимость разделения и концентрирования может быть обусловлена следующими факторами: – проба содержит компоненты, мешающие определению; – концентрация определяемого компонента ниже предела обнаружения метода; – определяемые компоненты неравномерно распределены в пробе; – отсутствуют стандартные образцы для градуировки приборов; – проба высокотоксична, радиоактивна или дорога. Большинство методов разделения основано на распределении вещества между двумя фазами: I – водной и II – органической. Например, для вещества А имеет место равновесие A I ↔ A II . Тогда отношение концентрации вещества А в органической фазе к концентрации вещества в водной фазе называется константой распределения K D KD = [A]II [A]I Если обе фазы – растворы, насыщенные относительно твердой фазы, и экстрагируемое вещество существует в единственной форме, то при равновесии константа распределения равна S II KD = , (1.1) SI где S I , S II – растворимости вещества в водной и органической фазах. Абсолютно полное извлечение, а, следовательно, и разделение теоретически неосуществимы. Эф- фективность извлечения вещества А из одной фазы в другую можно охарактеризовать двумя фактора- ми: полнотой извлечения Rn и степенью отделения примесей Rc . x y Rn = ; Rc = , (1.2) x0 y0 где x и x0 – содержание извлекаемого вещества и содержание его в исходном образце; y и y0 – конечное и исходное содержание примеси. Чем меньше Rc и чем больше Rn , тем совершеннее разделение.