Vrste in metode kemijske analize. Fizikalne in kemijske raziskave

Pretežno večino informacij o snoveh, njihovih lastnostih in kemijskih transformacijah smo dobili s kemičnimi ali fizikalno-kemijskimi poskusi. Zato je treba glavno metodo, ki jo uporabljajo kemiki, obravnavati kot kemijski eksperiment.

Tradicije eksperimentalne kemije so se razvijale skozi stoletja. Tudi takrat, ko kemija ni bila natančna znanost, so znanstveniki in obrtniki v starih časih in v srednjem veku včasih po naključju in včasih namerno odkrili načine za pridobivanje in čiščenje številnih snovi, ki so se uporabljale v gospodarskih dejavnostih: kovine, kisline, alkalije , barvila itd. itd. K kopičenju takih informacij so veliko prispevali alkimisti (glej Alkimija).

Zahvaljujoč temu je do začetka 19. stoletja. kemiki so dobro obvladali osnove eksperimentalne umetnosti, zlasti metode čiščenja vseh vrst tekočin in trdnih snovi, kar jim je omogočilo številna pomembna odkritja. In vendar je kemija začela postajati znanost v sodobnem pomenu besede, natančna znanost šele v 19. stoletju, ko je bil odkrit zakon večkratnih razmerij in razvit atomsko-molekularni nauk. Od takrat naprej je kemični eksperiment začel vključevati ne samo preučevanje pretvorb snovi in \u200b\u200bnačinov njihove izolacije, temveč tudi meritve različnih količinskih značilnosti.

Sodobni kemijski eksperiment vključuje veliko različnih meritev. Spreminjala se je tudi oprema za postavitev poskusov in posode za kemikalije. V sodobnem laboratoriju ne boste našli domačih retort - nadomestili so jih s standardno stekleno opremo, ki jo proizvaja industrija, in posebej prilagojeni za izvajanje določenega kemičnega postopka. Standardne so postale tudi metode dela, ki jih v našem času ni treba več izumiti vsakemu kemiku. Opise najboljših med njimi, ki jih dokazujejo dolgoletne izkušnje, najdete v učbenikih in vodnikih.

Metode preučevanja snovi so postale ne le bolj univerzalne, ampak tudi veliko bolj raznolike. Vse večjo vlogo pri delu kemika imajo fizikalne in fizikalno-kemijske raziskovalne metode, namenjene izolaciji in prečiščevanju spojin ter ugotavljanju njihove sestave in strukture.

Klasična tehnika čiščenja snovi je bila izjemno mučna. Znani so primeri, ko so kemiki leta truda izolirali posamezno spojino iz mešanice. Tako bi lahko soli redkozemeljskih elementov v čisti obliki izolirali šele po tisočih frakcijskih kristalizacijah. A tudi po tem čistosti snovi ni bilo vedno mogoče zagotoviti.

Sodobne kromatografske metode omogočajo hitro ločitev snovi od nečistoč (preparativna kromatografija) in preverjanje njene kemijske identitete (analitska kromatografija). Poleg tega se za čiščenje snovi pogosto uporabljajo klasične, a zelo izboljšane metode destilacije, ekstrakcije in kristalizacije, pa tudi tako učinkovite sodobne metodekot so elektroforeza, taljenje v conah itd.

Naloga, s katero se sintetični kemik sooča po izolaciji čiste snovi - določiti sestavo in zgradbo molekul - se v veliki meri nanaša na analitično kemijo. S tradicionalno tehniko dela je bilo tudi zelo mučno. Pred tem je bila elementna analiza uporabljena skoraj kot edina merilna metoda, ki omogoča določitev najpreprostejše formule spojine.

Za določitev prave molekularne in strukturne formule je bilo pogosto treba preučiti reakcije snovi z različnimi reagenti; produkte teh reakcij izoliramo v posamezni obliki in nato določimo njihovo strukturo. In tako naprej - dokler na podlagi teh preobrazb ni postala očitna struktura neznane snovi. Zato je vzpostavitev strukturne formule zapletene organske spojine pogosto trajala veliko časa in takšno delo se je štelo za polnopravno, ki se je končalo s protiintezo - pridobivanjem nove snovi v skladu s formulo, ki je bila zanjo določena.

Ta klasična metoda je bila izjemno koristna za razvoj kemije na splošno. V našem času se le redko uporablja. Izolirano neznano snov po elementarni analizi praviloma pregledamo z masno spektrometrijo, spektralno analizo v vidnem, ultravijoličnem in infrardečem območju ter jedrsko magnetno resonanco. Za smiselno ugotovitev strukturne formule je potrebna uporaba celotnega kompleksa metod, njihovi podatki pa se običajno dopolnjujejo. Toda v številnih primerih običajne metode ne dajo enoznačnega rezultata, zato je treba uporabiti neposredne metode za določitev strukture, na primer rentgensko strukturno analizo.

Fizikalno-kemijske metode se uporabljajo ne samo v sintetični kemiji. Pri proučevanju kinetike nimajo nič manjšega pomena kemijske reakcijekot tudi njihovi mehanizmi. Glavna naloga katerega koli eksperimenta za preučevanje hitrosti reakcije je natančno izmeriti časovno spremenljivo in poleg tega običajno zelo majhno koncentracijo reaktanta. Za rešitev tega problema lahko uporabimo kromatografske metode in različne tipe spektralne analize ter metode elektrokemije (glej Analitična kemija), odvisno od narave snovi.

Izpopolnjenost tehnologije je dosegla tako visoko raven, da je postalo mogoče natančno določiti hitrost celo "takojšnjih", kot smo prej mislili, reakcij, na primer tvorbe vodnih molekul iz vodikovih kationov in anionov. Z začetno koncentracijo obeh ionov 1 mol / l je reakcijski čas nekaj sto milijardink sekunde.

Tudi fizikalno-kemijske raziskovalne metode so posebej prilagojene za odkrivanje kratkotrajnih vmesnih delcev, ki nastanejo med kemičnimi reakcijami. Za to so naprave opremljene z visokohitrostnimi snemalnimi napravami ali priključki, ki zagotavljajo delovanje pri zelo nizkih temperaturah. Takšne metode uspešno beležijo spektre delcev, katerih življenjska doba se v normalnih pogojih meri v tisočinkah sekunde, na primer prostih radikalov.

Poleg eksperimentalnih metod v sodobna kemija izračuni se pogosto uporabljajo. Torej, termodinamični izračun reakcijske zmesi snovi vam omogoča natančno napovedovanje njene ravnotežne sestave (glejte Kemijsko ravnovesje).

Izračuni molekul na podlagi kvantne mehanike in kvantne kemije so postali splošno sprejeti in v mnogih primerih nenadomestljivi. Te metode temeljijo na zelo zapletenem matematičnem aparatu in zahtevajo uporabo najnaprednejših elektronskih računalnikov - računalnikov. Omogočajo izdelavo modelov elektronske strukture molekul, ki pojasnjujejo opazne, merljive lastnosti nestabilnih molekul ali vmesnih delcev, ki nastanejo med reakcijami.

Raziskovalne metode snovi, ki so jih razvili kemiki in fizikalci, niso koristne samo v kemiji, ampak tudi v sorodnih vedah: fiziki, biologiji, geologiji. Niti industrija niti kmetijstvo, ne medicina ne forenzika. Častno mesto na vesoljskih plovilih zasedajo fizikalno-kemijske naprave, s pomočjo katerih se preučuje vesolje v bližini Zemlje in sosednji planeti.

Zato je znanje osnov kemije potrebno za vsakega človeka, ne glede na njegov poklic, in nadaljnji razvoj njene metode - ena najpomembnejših smeri znanstvene in tehnološke revolucije.

Obstaja veliko vrst analiz. Razvrstimo jih lahko po različnih kriterijih:

- po naravi prejetih informacij... Razlikovati kvalitativna analiza (v tem primeru ugotovite, iz česa je sestavljena, katere komponente so vključene v njeno sestavo) in kvantitativna analiza (določite vsebnost nekaterih komponent, na primer v masnih% ali razmerje med različnimi komponentami). Meja med kvalitativno in kvantitativno analizo je precej samovoljna, zlasti pri proučevanju nečistoč v sledovih. Če torej v kvalitativni analizi določena komponenta ni bila zaznana, je treba navesti najmanjšo količino te komponente, ki bi jo bilo mogoče zaznati s to metodo. Mogoče negativni rezultat kvalitativne analize ni posledica odsotnosti komponente, temveč nezadostne občutljivosti uporabljene metode! Po drugi strani se kvantitativna analiza vedno izvaja ob upoštevanju predhodno ugotovljene kvalitativne sestave preučenega materiala.

- razvrstitev po analiziranih predmetih: tehnična, klinična, forenzikitd.

- razvrstitev po definiciji.

Pojmov se ne sme zamenjati - analiziratiin opredeliti. Predmeti opredelitve Poimenuje komponente, katerih vsebino želite vzpostaviti ali zanesljivo zaznati Ob upoštevanju narave določene komponente ločimo različne vrste analiz (tabela 1.1).

Tabela 1-1. Razvrstitev vrst analiz (po objektih določanja ali odkrivanja)

Vrsta analize	Objekt definicije (ali odkritja)	Primer	Področje uporabe
Izotopičnost	Atomi z danimi vrednostmi jedrskega naboja in masnega števila (izotopi)	137 Cs, 90 Sr, 235 U	Jedrska energetika, nadzor onesnaževanja okolja, medicina, arheologija itd.
Elementarno	Atomi z danimi vrednostmi jedrskega naboja (elementi)	Cs, Sr, U, Cr, Fe, Hg	Povsod
Resnično	Atomi (ioni) elementa v določenem oksidacijskem stanju ali v spojinah dane sestave (oblika elementa)	Cr (III), Fe 2+, Hg v sestavi kompleksne spojine	Kemična tehnologija, nadzor onesnaževanja okolja, geologija, metalurgija itd.
Molekularno	Molekule z dano sestavo in strukturo	Benzen, glukoza, etanol	Medicina, nadzor onesnaževanja okolja, kmetijska kemija, kemijska tehnologija, forenzika.
Strukturna skupina ali funkcionalna	Vsota molekul z danimi strukturnimi značilnostmi in podobnimi lastnostmi (vsota izomerov in homologov)	Nasičeni ogljikovodiki, monosaharidi alkoholi	Kemična tehnologija, živilska industrija, medicina.
Faza	Faza ali element v tej fazi	Grafit v jeklu, kremen v granitu	Metalurgija, geologija, tehnologija gradbenih materialov.

Razvrstitev "po predmetu določanja" je zelo pomembna, saj pomaga pri izbiri ustrezne analitske metode (analitična metoda). Torej, za elementna analiza pogosto uporabljajo spektralne metode, ki temeljijo na registraciji sevanja atomov pri različnih valovnih dolžinah. Večina spektralnih metod vključuje popolno uničenje (atomizacijo) analita. Če je treba določiti naravo in količinsko vsebnost različnih molekul, ki tvorijo preučevano organsko snov ( molekularna analiza), potem bo ena najprimernejših metod kromatografska, ki ne vključuje uničenja molekul.

Med elementna analiza elementi so identificirani ali količinsko opredeljeni ne glede na njihovo oksidacijsko stanje ali ali so vgrajeni v določene molekule. Popolna osnovna sestava preučenega materiala se določi v redkih primerih. Običajno zadostuje identifikacija nekaterih elementov, ki pomembno vplivajo na lastnosti predmeta, ki ga preiskujemo.

Resnično analizo so začeli ločevati kot samostojno obliko relativno nedavno, prej so jo obravnavali kot del elementarne. Namen analize materiala je ločeno določiti vsebino različne oblike isti predmet. Na primer, krom (III) in krom (VI) v odpadni vodi. V naftnih derivatih se "sulfatno žveplo", "prosto žveplo" in "sulfidno žveplo" določajo ločeno. S preučevanjem sestave naravnih voda ugotovijo, kateri del živega srebra obstaja v obliki stabilnega (nerazdružljivega) kompleksa in organske spojine, in ki - v obliki prostih ionov. Te naloge so težje od nalog elementarne analize.

Molekularna analiza še posebej pomembno pri raziskavah organska snov in materiali biogenega izvora. Primer bi lahko bila določitev benzena v bencinu ali acetona v izdihanem zraku. V takih primerih je treba upoštevati ne samo sestavo, temveč tudi strukturo molekul. Preskusni material lahko vsebuje izomere in homologe določene komponente. Tako je pogosto treba določiti vsebnost glukoze v prisotnosti številnih njenih izomerov in drugih sorodnih spojin, kot je saharoza.

Ko gre za določanje skupne vsebnosti vseh molekul, ki imajo nekatere skupne strukturne značilnosti, enake funkcionalne skupine in so zato blizu kemijske lastnostiuporabite izraz strukturna skupina (ali delujoč) analiza. Na primer, vsoto alkoholov (organske spojine z OH skupino) določimo tako, da izvedemo reakcijo, skupno vsem alkoholom, s kovinskim natrijem in nato izmerimo količino razvitega vodika. Količina nenasičenih ogljikovodikov (ki imajo dvojne ali trojne vezi) se določi z oksidacijo z jodom. Skupna vsebnost iste vrste komponent se včasih določi pri anorganskih analizah - na primer skupna vsebnost elementov redkih zemelj.

Posebna vrsta analize je fazna analiza... Ogljik v litini in jeklu se torej lahko raztopi v železu in lahko nastane kemične spojine z železom (karbidi) in lahko tvori ločeno fazo (grafit). Fizične lastnosti izdelka (trdnost, trdota itd.) Niso odvisne samo od skupne vsebnosti ogljika, temveč tudi od porazdelitve ogljika med temi oblikami. Zato metalurge ne zanima le celotna vsebnost ogljika v litem železu ali jeklu, temveč tudi prisotnost ločene faze grafita (prostega ogljika) v teh materialih, pa tudi količinska vsebnost te faze.

Osnovni tečaj analitične kemije se osredotoča na elementarno in molekularno analizo. Pri drugih vrstah analiz se uporabljajo zelo specifične metode, izotopske, fazne in strukturne skupinske analize pa niso vključene v osnovni program tečaja.

Razvrstitev po natančnosti rezultatov, trajanju in stroških analiz.Imenuje se poenostavljena, hitra in poceni različica analize ekspresna analiza... Za njihovo izvajanje jih pogosto uporabljajo preskusne metode.Na primer, kdor koli (ne analitik) lahko oceni vsebnost nitratov v zelenjavi (sladkor v urinu, težke kovine v pitni vodi itd.) s posebnim indikatorskim papirjem. Rezultat bo viden očem, saj se vsebina komponente določi z uporabo barvne lestvice, pritrjene na papir. Preskusne metode ne zahtevajo dostave vzorca v laboratorij, kakršne koli obdelave preskusnega materiala; te metode ne uporabljajo drage opreme in ne izvajajo izračunov. Pomembno je le, da rezultat ni odvisen od prisotnosti drugih komponent v preučevanem materialu, zato je treba, da so reagenti, s katerimi je papir impregniran med njegovo izdelavo, specifični. Zelo težko je zagotoviti specifičnost testnih metod, tovrstne analize pa so se razširile šele v zadnjih letih dvajsetega stoletja. Seveda testne metode ne morejo zagotoviti visoke natančnosti analiz, vendar niso vedno potrebne.

Ravno nasprotno od ekspresne analize - arbitražna analiza.Glavna zahteva zanj je zagotoviti čim večjo natančnost rezultatov. Arbitražne analize se izvajajo zelo redko (na primer za reševanje konflikta med proizvajalcem in potrošnikom industrijskih izdelkov). Za izvajanje takšnih analiz sodelujejo najbolj usposobljeni izvajalci, uporabljajo se najbolj zanesljive in večkrat preizkušene metode. Čas, porabljen za izvedbo takšne analize, pa tudi njeni stroški niso kritični.

Vmesno mesto med ekspresno in arbitražno analizo - glede natančnosti, trajanja, stroškov in drugih kazalcev - zavzema tako imenovana rutinske analize... Večina analiz, opravljenih v tovarnah in drugih nadzornih in analitičnih laboratorijih, je te vrste.

Obstajajo tudi druge metode razvrščanja, druge vrste analiz. Na primer, upoštevajte maso preskusnega materiala, ki se neposredno uporablja pri analizi. V okviru ustrezne klasifikacije obstajajo makroanaliza (kilogrami, litri), polmikroanaliza (frakcije grama, mililitri) in mikroanaliza... V slednjem primeru se uporabljajo tehtani deli reda miligrama ali manj, količine raztopin se merijo v mikrolitrih, rezultat reakcije pa je treba včasih opazovati pod mikroskopom. Mikroanaliza se v analitskih laboratorijih redko uporablja.

1.3. Analizne metode

Za analitsko kemijo je najpomembnejši pojem "metoda analize". Ta izraz se uporablja, kadar želijo razkriti bistvo te ali one analize, njeno osnovno načelo. Metoda analize se imenuje dovolj univerzalna in teoretično utemeljena metoda izvajanja analize, ne glede na to, katera komponenta je določena in kaj natančno analiziramo. Obstajajo tri glavne skupine metod (slika 1-1). Nekateri izmed njih so namenjeni predvsem ločevanju komponent preučevane zmesi (naknadna analiza brez te operacije se izkaže za netočno ali celo nemogoče). Med ločevanjem običajno pride tudi do koncentracije analita (glej poglavje 8). Primer bi lahko bile metode ekstrakcije ali metode ionske izmenjave. Pri kvalitativni analizi se uporabljajo druge metode, ki služijo za zanesljivo prepoznavanje (prepoznavanje) komponent, ki nas zanimajo. Tretji, najštevilčnejši, so namenjeni kvantitativnemu določanju komponent. Pokličejo se ustrezne skupine metode ločevanja in koncentriranja, metode identifikacije in metode določanja. Metode prvih dveh skupin praviloma , igrajo stransko vlogo; o njih bomo razpravljali kasneje. Za prakso so najpomembnejši metode določanja.

Poleg treh glavnih skupin obstajajo hibrid metode. Te metode niso prikazane na sliki 1.1. Pri hibridnih metodah se ločevanje, identifikacija in določanje komponent organsko kombinira v eni napravi (ali v enem samem sklopu naprav). Najpomembnejša od teh metod je kromatografska analiza. V posebni napravi (kromatografu) se komponente preskusnega vzorca (zmesi) ločijo, saj se z različno hitrostjo premikajo skozi kolono, napolnjeno s trdnim prahom (sorbent). Ko komponenta zapusti kolono, se presodi njena narava in tako se identificirajo vse komponente vzorca. Sestavni deli, ki se sprostijo iz kolone, nato padejo v drug del naprave, kjer posebna naprava - detektor - meri in beleži signale vseh komponent. Pogosto se samodejno izračuna vsebina vseh komponent takoj. Jasno je, da kromatografske analize ni mogoče šteti le za metodo ločevanja komponent ali le za metodo kvantitativnega določanja, temveč gre za hibridno metodo.

Vsaka metoda določanja združuje številne posebne metode, pri katerih se meri enaka fizikalna količina. Na primer, za izvedbo kvantitativne analize lahko izmerimo potencial elektrode, spuščene v preskusno raztopino, in nato z uporabo najdene vrednosti potenciala izračunamo vsebnost določene komponente raztopine. Vse tehnike, pri katerih je glavna operacija merjenje potenciala elektrode, se obravnavajo kot posebni primeri. potenciometrična metoda... Pri napotitvi tehnike na določeno analitično metodo ni pomembno, kateri predmet se preiskuje, katere snovi in \u200b\u200bs kakšno natančnostjo se določijo, katera naprava se uporablja in kako se izvajajo izračuni - pomembno je le, kakšno vrednost merimo.Običajno se imenuje fizikalna količina, izmerjena med analizo, ki je odvisna od koncentracije analita analitični signal.

Metoda spektralna analiza.V tem primeru je glavna operacija merjenje jakosti svetlobe, ki jo odda vzorec pri določeni valovni dolžini. Metoda titrimetrična (volumetrična) analiza na podlagi merjenja prostornine raztopine, porabljene za kemijsko reakcijo, z določeno komponento vzorca. Beseda "metoda" je pogosto izpuščena, preprosto pravijo "potenciometrija", "spektralna analiza", "titrimetrija" itd. IN refraktometrična analiza signal je lomni količnik svetlobe preskusne raztopine, v spektrofotometrija - absorpcija svetlobe z njo (pri določeni valovni dolžini). Seznam metod in ustrezni analitični signali se lahko nadaljujejo, znanih je le nekaj deset neodvisnih metod.

Vsaka metoda določanja ima svoje teoretične temelje in je povezana z uporabo posebne opreme. Področja uporabe različnih metod se bistveno razlikujejo. Nekatere metode se v glavnem uporabljajo za analizo naftnih derivatov, druge za analizo drog, tretji - za preučevanje kovin in zlitin itd. Podobno lahko ločimo metode elementne analize, metode izotopske itd. Obstajajo tudi univerzalne metode, ki se uporabljajo pri analizi najrazličnejših materialov in so primerne za določanje najrazličnejših komponent v njih. Na primer, spektrofotometrično metodo lahko uporabimo za elementno, molekularno in strukturno analizo skupin.

Natančnost, občutljivost in druge značilnosti posameznih metod, ki spadajo v isto analitično metodo, se razlikujejo, vendar ne toliko kot značilnosti različnih metod. Kateri koli analitični problem je vedno mogoče rešiti z več različnimi metodami (na primer krom v legiranem jeklu lahko določimo tako s spektralno metodo kot s titrimetrično in potenciometrično). Analitik izbere metodo, ki temelji na znanih zmožnostih vsakega in specifičnih zahtevah za analizo. Nemogoče je izbrati "najboljše" in "najslabše" metode enkrat za vselej, vse je odvisno od problema, ki se rešuje, od zahtev za rezultate analize. Tako gravimetrična analiza praviloma daje bolj natančne rezultate kot spektralna, vendar zahteva veliko dela in časa. Zato je gravimetrična analiza dobra za arbitražno analizo, ni pa primerna za hitro analizo.

Metode določanja so razdeljene v tri skupine: kemična, fizikalna in fizikalno-kemijska... Pogosto se kombinirajo fizikalne in fizikalno-kemijske metode pogosto ime "Instrumentalne metode", saj se v obeh primerih uporabljajo isti instrumenti. Na splošno so meje med skupinami metod precej poljubne.

Kemijske metode temeljijo na izvedbi kemijske reakcije med analitom in posebej dodanim reagentom. Reakcija poteka po shemi:

Tu in spodaj simbol X označuje določeno komponento (molekula, ion, atom itd.), R je dodani reagent, Y je nabor reakcijskih produktov. V skupino kemijskih metod spadajo klasične (že dolgo znane in dobro preučene) metode določanja, predvsem gravimetrija in titrimetrija. Število kemijskih metod je razmeroma majhno, vsi imajo enake teoretične osnove (teorija kemijskih ravnotežij, zakoni kemijske kinetike itd.). Masa ali prostornina snovi se običajno izmeri kot analitični signal pri kemijskih metodah. Kompleksni fizični instrumenti, razen analitičnih tehtnic, in posebni standardi kemična sestava v kemijskih metodah se ne uporabljajo. Te metode imajo v svojih zmožnostih veliko skupnega. O njih bomo govorili v 4. poglavju.

Fizikalne metode niso povezane s kemičnimi reakcijami in uporabo reagentov. Njihovo osnovno načelo je primerjava enake vrste analitičnih signalov komponente X v preskusnem materialu in v določenem standardu (vzorec z natančno znano koncentracijo X). Po vnaprej izdelanem kalibracijskem grafu (odvisnost signala od koncentracije ali mase X) in merjenju vrednosti signala za vzorec preskusne snovi izračunamo koncentracijo X v tem materialu. Obstajajo tudi drugi načini za izračun koncentracije (glej poglavje 6). Fizikalne metode so običajno bolj občutljive kot kemične, zato se v glavnem izvaja določanje nečistoč v sledovih fizikalne metode... Te metode je enostavno avtomatizirati in zahtevajo manj časa za analizo. Vendar fizikalne metode zahtevajo posebne standarde, zahtevajo precej zapleteno, drago in visoko specializirano opremo, poleg tega pa so praviloma manj natančne kot kemične.

Vmesno mesto med kemičnimi in fizikalnimi metodami v smislu njihovih načel in zmožnosti je fizikalno-kemijske analitske metode. V tem primeru analitik izvede kemično reakcijo, vendar ne spremlja vizualno, temveč s pomočjo fizičnih naprav. Testni raztopini na primer postopoma doda še eno - z znano koncentracijo raztopljenega reagenta in hkrati nadzoruje potencial elektrode, potopljene v titrirano raztopino (potenciometrična titracija), S skokom potenciala analitik presodi konec reakcije, izmeri količino titranta, porabljenega za to, in izračuna rezultat analize. Takšne metode so običajno tako natančne kot kemične in skoraj tako občutljive kot fizikalne metode.

Instrumentalne metode se pogosto delijo glede na drugo, bolj jasno izraženo značilnost - naravo izmerjenega signala. V tem primeru ločimo podskupine optičnih, elektrokemičnih, resonančnih, aktivacijskih in drugih metod. Obstaja tudi malo in še vedno premalo razvitih metod biološke in biokemijske metode.

Kvantitativna analiza se izrazi z zaporedjem eksperimentalnih metod, ki določajo vsebnost (koncentracijo) posameznih komponent in nečistoč v vzorcu preskusnega materiala. Njegova naloga je določiti količinsko razmerje kemičnih spojin, ionov in elementov, ki tvorijo vzorce preiskovanih snovi.

Naloge

Kvalitativna in kvantitativna analiza sta oddelka analitične kemije. Zlasti ta rešuje različna vprašanja sodobne znanosti in proizvodnje. Ta tehnika določa optimalne pogoje za izvajanje kemijsko-tehnoloških postopkov, nadzoruje kakovost surovin, stopnjo čistosti končnih izdelkov, vključno z zdravili, določa vsebnost komponent v zmeseh, razmerje med lastnostmi snovi.

Razvrstitev

Kvantitativne metode analize se delijo na:

• fizično;
• kemična (klasična);
• fizikalni in kemični.

Kemična metoda

Temelji na uporabi različnih vrst reakcij, ki se količinsko pojavijo v raztopinah, plinih, telesih itd. Kvantitativna kemijska analiza je razdeljena na:

• Gravimetrična (teža). Sestoji iz natančne (stroge) določitve mase analizirane komponente v preskusni snovi.
• Titrimetrična (volumetrična). Količinsko sestavo preskusnega vzorca določimo s strogimi meritvami prostornine reagenta z znano koncentracijo (titrant), ki v enakovrednih količinah sodeluje z analitom.
• Analiza plinov. Temelji na merjenju prostornine plina, ki nastane ali se absorbira s kemično reakcijo.

Kemična kvantitativna analiza snovi velja za klasično. Je najbolj razvita metoda analize in se še naprej razvija. Je natančen, enostaven za uporabo, ne zahteva posebne opreme. Toda njegova uporaba je včasih povezana z nekaterimi težavami pri proučevanju kompleksnih zmesi in razmeroma majhno občutljivostjo.

Fizična metoda

To je kvantitativna analiza, ki temelji na merjenju vrednosti fizikalnih parametrov preiskovanih snovi ali raztopin, ki so odvisne od njihove kvantitativne sestave. Razdeljeno na:

• Refraktometrija (merjenje vrednosti lomnega količnika).
• Polarimetrija (merjenje vrednosti optičnega vrtenja).
• Fluorimetrija (določanje intenzivnosti fluorescence) in drugi

Za fizikalne metode je značilna hitrost, nizka meja definicije, objektivnost rezultatov in sposobnost avtomatizacije procesa. Niso pa vedno specifični, saj na fizično količino ne vpliva le koncentracija preiskovane snovi, temveč tudi prisotnost drugih snovi in \u200b\u200bnečistoč. Njihova uporaba pogosto zahteva uporabo sofisticirane opreme.

Fizikalno-kemijske metode

Naloge kvantitativne analize so merjenje vrednosti fizikalnih parametrov proučevanega sistema, ki se pojavijo ali spremenijo kot rezultat kemijske reakcije. Za te metode so značilne nizke meje zaznavanja in hitrost izvajanja ter zahtevajo uporabo nekaterih instrumentov.

Gravimetrična metoda

Je najstarejša in najbolj razvita tehnologija kvantitativne analize. V bistvu se je analitična kemija začela z gravimetrijo. Niz ukrepov vam omogoča natančno merjenje mase analita, ločenega od drugih komponent preskušanega sistema v konstantni obliki kemičnega elementa.

Gravimetrija je farmakopejska metoda, ki jo odlikujejo visoka natančnost in ponovljivost rezultatov, enostavnost izvedbe, a zahtevna naloga. Vključuje trike:

• odlaganje;
• destilacija;
• praznjenje;
• elektrogravimetrija;
• termogravimetrične metode.

Metoda nanašanja

Kvantitativna analiza padavin temelji na kemični reakciji analita z oborinskim reagentom, da nastane slabo topna spojina, ki jo ločimo, nato speremo in žgemo (posušimo). Na koncu se izbrana komponenta stehta.

Na primer, pri gravimetričnem določanju ionov Ba 2+ v solnih raztopinah se uporablja žveplova kislina... Kot rezultat reakcije nastane bela kristalinična oborina BaSO 4 (oborjena oblika). Po praženju tega usedline nastane tako imenovana gravimetrična oblika, ki popolnoma sovpada z usedlino.

Pri določanju ionov Ca 2+ je lahko oborina oksalna kislina. Po analitični obdelavi usedline se oborjena oblika (CaC 2 O 4) pretvori v gravimetrično obliko (CaO). Tako lahko naložena oblika po kemijski formuli sovpada ali se razlikuje od gravimetrične oblike.

Tehtnica

Analitska kemija zahteva zelo natančne meritve. Pri gravimetrični analitski metodi se kot glavni instrument uporablja posebej natančna tehtnica.

• Tehtanje z zahtevano natančnostjo ± 0,01 g se izvaja na lekarniški (ročni) ali tehnokemični tehtnici.
• Tehtanje z zahtevano natančnostjo ± 0,0001 g izvedemo na analitski tehtnici.
• Z natančnostjo ± 0,00001 g - na mikroterezo.

Tehnika tehtanja

Z izvedbo kvantitativne analize se določanje mase snovi na tehnokemični ali tehnični tehtnici izvede na naslednji način: predmet, ki se preiskuje, se postavi na levo posodo tehtnice, uteži za uravnoteženje pa na desno. Postopek tehtanja se konča, ko je puščica tehtnice v srednjem položaju.

Pri tehtanju na lekarniški tehtnici se osrednji obroč drži z levo roko, komolec pa je naslonjen na laboratorijsko mizo. Blaženje žarka med tehtanjem lahko pospešite z rahlim dotikom dna tehtalnice na površino mize.

Analitične tehtnice so nameščene v ločenih laboratorijskih prostorih (tehtalnicah) na posebnih monolitnih policah-stojalih. Da bi preprečili vpliv vibracij zraka, prahu in vlage, so tehtnice zaščitene s posebnimi steklenimi ohišji. Pri delu z analitično tehtnico upoštevajte naslednje zahteve in pravila:

• pred vsakim tehtanjem preverite tehtnico in nastavite ničelno točko;
• stehtane snovi se dajo v posodo (steklenica, urno steklo, lonček, epruveta);
• temperatura snovi, ki jih je treba tehtati, se 20 minut segreje v tehtnici v tehtnici;
• tehtnice ne smete naložiti preko določenih omejitev obremenitve.

Faze gravimetrije s sedimentacijsko metodo

Gravimetrična kvalitativna in kvantitativna analiza vključuje naslednje korake:

• izračun mase vzorca za analizo in prostornine oborine;
• tehtanje in raztapljanje vzorca;
• odlaganje (pridobitev deponirane oblike določene komponente);
• odstranjevanje usedlin iz matične lužnice;
• izpiranje usedline;
• sušenje ali žganje oborine do konstantne teže;
• tehtalna gravimetrična oblika;
• izračun rezultatov analize.

Izbira filtra

Pri izbiri oborine - osnove kvantitativne analize - se upošteva možna vsebnost analizirane komponente v vzorcu. Za povečanje popolnosti odstranjevanja usedlin se uporablja zmeren presežek oborine. Uporabljeni talilni filter mora imeti:

• specifičnost, selektivnost glede na določeni ion;
• hlapnost, ki jo je enostavno odstraniti, ko je posušena ali žgana gravimetrična oblika.

Med anorganskimi oborinami so najpogostejše raztopine: HCL; H2S04; H3P04; NaOH; AgNO3; BaCL 2 in drugi. Med organskimi filtri imajo prednost raztopine diacetildioksima, 8-hidroksikinolina, oksalne kisline in drugih, ki tvorijo znotrajkompleksno stabilne spojine s kovinskimi ioni, ki imajo naslednje prednosti:

• Kompleksne spojine s kovinami imajo praviloma rahlo topnost v vodi, kar zagotavlja popolnost odlaganja kovinskih ionov.
• Adsorpcijska sposobnost znotrajkompleksnih sedimentov (molekularna kristalna celica) pod adsorpcijsko sposobnostjo anorganskih oborin z ionsko strukturo, kar omogoča, da dobimo čisto oborino.
• Možnost selektivnega ali specifičnega nalaganja kovinskih ionov v prisotnosti drugih kationov.
• Zaradi razmeroma velikega molekularna teža gravimetričnih oblik se relativna napaka določitve zmanjša (v nasprotju z uporabo anorganskih molska masa).

Postopek usedanja

To je kritičen korak pri opredelitvi kvantitativne analize. Pri pridobivanju oborjene oblike je treba zmanjšati stroške zaradi topnosti oborine v matični lužini, zmanjšati procese adsorpcije, okluzije in sočasne oborine. Dobiti je treba dovolj velike delce usedline, ki ne prehajajo skozi filtracijske pore.

Zahteve za oblegano obliko:

• Določena komponenta mora količinsko preiti v usedlino in ustrezati vrednosti Ks≥10 -8.
• Sediment ne sme vsebovati tujih nečistoč in mora biti stabilen glede na zunanje okolje.
• Oborjena oblika se mora po sušenju ali žganju preskusne snovi čim bolj popolnoma pretvoriti v gravimetrično obliko.
• Skupno stanje usedline mora ustrezati pogojem za njeno filtracijo in izpiranje.
• Prednost ima kristalna oborina, ki vsebuje velike delce z nižjo absorpcijsko sposobnostjo. Lažje jih je filtrirati, ne da bi zamašili pore filtra.

Pridobivanje kristalne oborine

Pogoji za pridobitev optimalne kristalne oborine:

• Padavine se izvedejo v razredčeni raztopini preskusne snovi z razredčeno raztopino oborine.
• Raztopino oborine dodajamo počasi, po kapljicah, z nežnim mešanjem.
• Padavine se opravijo v vroči raztopini preskusne snovi z vročim topilom.
• Včasih se obarjanje izvaja v prisotnosti spojin (na primer majhne količine kisline), ki nekoliko povečajo topnost oborine, vendar z njo ne tvorijo topnih kompleksnih spojin.
• Oborina ostane nekaj časa v prvotni raztopini, med tem pa pride do "zorenja oborine".
• V primerih, ko se oborjena oblika tvori v obliki amorfne oborine, se poskuša poenostaviti filtracijo, da postane debelejša.

Pridobivanje amorfne oborine

Pogoji za pridobitev optimalne amorfne oborine:

• Koncentrirana vroča raztopina oborine se doda vroči koncentrirani raztopini preskusne snovi, ki spodbuja strjevanje delcev. Sediment postane gostejši.
• Oborina se hitro doda.
• Po potrebi se v preskusno raztopino vnese koagulant - elektrolit.

Filtracija

Kvantitativne metode analize vključujejo tako pomemben korak, kot je filtracija. Filtriranje in izpiranje oborin se izvaja s steklenimi filtri ali papirnatimi filtri, ki ne vsebujejo pepela. Papirni filtri se razlikujejo po gostoti in velikosti por. Gosti filtri so označeni z modrim trakom, manj gosti pa s črno in rdečo. Premer papirnih filtrov brez pepela je 6-11 cm. Pred filtracijo se izlije bistra raztopina nad oborino.

Elektrogravimetrija

Kvantitativno analizo lahko izvedemo z elektrogravimetrijo. Preskusno zdravilo se odstrani (najpogosteje iz raztopin) med elektrolizo na eni od elektrod. Po zaključku reakcije elektrodo speremo, posušimo in stehtamo. S povečanjem mase elektrode določimo maso snovi, ki nastane na elektrodi. Tako se analizira zlitina zlata in bakra. Po ločitvi zlata v raztopini določimo bakrene ione, nakopičene na elektrodi.

Termogravimetrična metoda

Izvaja se z merjenjem mase snovi med njenim neprekinjenim segrevanjem v določenem temperaturnem območju. Spremembe beleži posebna naprava - derivograf. Opremljen je s termičnimi rezalniki za neprekinjeno tehtanje, električno pečico za ogrevanje testnega vzorca, termočlenom za merjenje temperatur, standardom in neprekinjenim snemalnikom. Sprememba mase vzorca se samodejno zabeleži v obliki termogravigrama (derivograma) - krivulje spremembe teže, narisane v koordinatah:

• čas (ali temperatura);
• izguba teže.

Izhod

Rezultati kvantiranja morajo biti natančni, pravilni in ponovljivi. V ta namen uporabite ustrezne analitične reakcije oz fizične lastnosti snovi, pravilno izvajajo vse analitske operacije in uporabljajo zanesljive metode merjenja rezultatov analize. Med katero koli kvantitativno določitvijo je treba oceniti zanesljivost rezultatov.

Analitska kemija in kemijska analiza

Kemijska analiza

Kemijska analiza imenujejo pridobivanje informacij o sestavi in \u200b\u200bstrukturi snovi,ne glede na to, kako prejmejo take informacije .

Nekatere analitske metode (metode) temeljijo na izvajanju kemijskih reakcij s posebej dodanimi reagenti, v drugih imajo kemijske reakcije pomožno vlogo, tretje pa sploh niso povezane s potekom reakcij. Toda rezultat analize je v vsakem primeru informacija o kemičnasestavo snovi, torej o naravi in \u200b\u200bkoličinski vsebnosti atomov in molekul, ki so vanjo vključeni. To okoliščino poudarja uporaba pridevnika „kemikalija“ v besedni zvezi „kemijska analiza“.

Vrednost analize. S pomočjo kemijsko-analitičnih metod kemični elementi, podrobno so bile proučene lastnosti elementov in njihovih spojin, določena je bila sestava številnih naravnih snovi. Številne analize so omogočile vzpostavitev osnovnih kemijskih zakonov (zakon o stalnosti sestave, zakon o ohranjanju mase snovi, zakon o ekvivalentih itd.), Kar je potrdilo atomsko-molekularno doktrino. Analiza je postala sredstvo znanstvenega raziskovanja ne samo v kemiji, ampak tudi v geologiji, biologiji, medicini in drugih znanostih. Pomemben del znanja o naravi, ki ga je človeštvo nabralo od Boyleovih časov, je dobilo prav s kemično analizo.

Priložnosti analitikov so v drugi polovici 19. in še posebej v 20. stoletju, ko so se mnogi fizičnoanalitske metode. Omogočili so reševanje problemov, ki jih s klasičnimi metodami ni bilo mogoče rešiti. Izjemen primer je lahko znanje o sestavi Sonca in zvezd, pridobljeno konec 19. stoletja z metodo spektralne analize. Enako presenetljiv primer na prelomu med 20. in 21. stoletje je bilo dekodiranje strukture enega od človeških genov. V tem primeru so bile začetne informacije pridobljene z masno spektrometrijo.

Analitična kemija kot znanost

Znanost "analitična kemija" je nastala letaXVIII - XIX stoletja. Definicij ("definicij") te znanosti je veliko . Najbolj jedrnato in očitno je naslednje: “ Analitična kemija - znanost o določanju kemijske sestave snovi ” .

Lahko natančneje in podrobneje opredelite:

Analitična kemija je znanost, ki razvija splošno metodologijo, metode in orodja za proučevanje kemijske sestave (pa tudi strukture) snovi in \u200b\u200brazvija metode za analizo različnih predmetov.

Predmet in smeri raziskovanja... Praktični analitiki se osredotočajo na določene kemikalije

Raziskave na področju analitične kemije v Rusiji se večinoma izvajajo na raziskovalnih inštitutih in univerzah. Cilji teh študij:

• razvoj teoretičnih osnov različnih analiznih metod;
• ustvarjanje novih metod in tehnik, razvoj analitičnih instrumentov in reagentov;
• reševanje specifičnih analitičnih problemov velikega gospodarskega ali družbenega pomena. Primeri takih problemov: ustvarjanje analitičnih metod nadzora jedrske energije in proizvodnje polprevodniških naprav (ti problemi so bili uspešno rešeni v 50-70-ih letih 20. stoletja); razvoj zanesljivih metod za oceno tehnogenega onesnaževanja okolje (ta naloga se trenutno rešuje).

1.2 Vrste analiz

Vrste analiz so zelo raznolike. Lahko jih razvrstimo različne poti: glede na naravo prejetih informacij, predmete analize in predmete določitve, zahtevano natančnost in trajanje posamezne analize ter druga merila.

Razvrstitev glede na naravo prejetih informacij. Razlikovati kakovostnoin kvantitativna analiza.V prvem primeru ugotovite, iz česa je sestavljena določena snov, katere sestavine ( komponente) so del tega. V drugem primeru se določi količinska vsebnost komponent, ki se izrazi v obliki masnega deleža, koncentracije, molskega razmerja komponent itd.

Razvrstitev po analiziranih predmetih. Vsako področje človeške dejavnosti ima tradicionalno tradicijo predmetov analize... Tako se v industriji preučujejo surovine, končni izdelki, polizdelki, proizvodni odpadki. Predmeti agrokemičnianaliza so tla, gnojila, krma, žito in drugi kmetijski proizvodi. V medicini izvajajo kliničnianaliza, njeni predmeti - kri, urin, želodčni sok, različna tkiva, izdihan zrak in še veliko več. Strokovnjaki organov pregona ravnajo forenzikanaliza (analiza tiskarskega črnila pri odkrivanju ponaredkov dokumentov; analiza zdravil; analiza drobcev, najdenih na kraju prometne nesreče itd.). Ob upoštevanju narave predmetov, ki se preučujejo, ločimo tudi druge vrste analiz, na primer analizo zdravil ( farmacevtskeanaliza), naravna in odpadna voda ( hidrokemičnianaliza), analiza naftnih derivatov, gradbenih materialov itd.

Razvrstitev po opredelitvah.Ne smemo mešati podobnih izrazov - analiziratiin opredeliti.To niso sopomenke! Če nas torej zanima, ali je v krvi človeka železo in kolikšen je njegov odstotek, potem je kri predmet analizein železo - predmet opredelitve. Seveda lahko tudi železo postane predmet analize - če v kosu železa določite nečistoče drugih elementov. Predmeti opredelitve poimenujte tiste sestavine preskusnega materiala, katerih količinsko vsebino želite določiti. Definicijski objekti niso nič manj raznoliki kot analitični objekti. Ob upoštevanju narave komponente, ki jo je treba določiti, različni tipi analiza (tabela 1.). Kot je razvidno iz te tabele, sami zaznavni predmeti ali definicije (prav tako se imenujejo analiti ) pripadajo različnim nivojem strukturiranja snovi (izotopi, atomi, ioni, molekule, skupine molekul s sorodno strukturo, faze).

Preglednica 1

Razvrstitev vrst analiz po predmetih opredelitve ali odkrivanja

Vrsta analize	Predmet določitve ali odkrivanja (analit)	Primer	Področje uporabe
Izotopičnost	Atomi z danimi vrednostmi jedrskega naboja in masnega števila (izotopi)	137 Cs, 90 Sr, 235 U	Jedrska energetika, nadzor onesnaževanja okolja, medicina, arheologija itd.
Elementarno	Atomi z danimi vrednostmi jedrskega naboja (elementi)	Cs, Sr, U, Cr, Fe, Hg	Povsod
Resnično	Atomi (ioni) elementa v določenem oksidacijskem stanju ali v spojinah dane sestave (oblika elementa)	С r (III), Fe 2+, Hg v kompleksnih spojinah	Kemična tehnologija, nadzor onesnaževanja okolja, geologija, metalurgija itd.
Molekularno	Molekule z dano sestavo in strukturo	Benzen, glukoza, etanol	Medicina, nadzor okolja, agrokemija, kem. tehnologija, forenzika.
Strukturna skupina ali delujoč	Vsota molekul z danimi strukturnimi značilnostmi in podobnimi lastnostmi	Nasičeni ogljikovodiki, monosaharidi alkoholi	Kemična tehnologija, živilska industrija, medicina.
Faza	Ločena faza ali element v tej fazi	Grafit v jeklu, kremen v granitu	Metalurgija, geologija, tehnologija gradbenih materialov.

Med elementna analiza en ali drug element je identificiran ali količinsko opredeljen, ne glede na njegovo oksidacijsko stanje ali ali je del ene ali druge molekule. Celotna osnovna sestava preskusnega materiala se določi v redkih primerih. Običajno zadostuje opredelitev nekaterih elementov, ki pomembno vplivajo na lastnosti predmeta, ki se preučuje.

Resnično Analiza se je začela kot samostojna oblika izpostavljati pred kratkim, prej je veljala za del elementarnega elementa. Namen analize materiala je ločeno določiti vsebino različnih formod in istega elementa. Na primer vsebnost kroma (III) in kroma (VI) v odpadni vodi. V naftnih derivatih se "sulfatno žveplo", "prosto žveplo" in "sulfidno žveplo" določajo ločeno. S preučevanjem sestave naravnih voda ugotovijo, kateri del živega srebra obstaja v obliki močnih kompleksnih in organoelementnih spojin, in kateri del - v obliki prostih ionov. Te naloge so veliko težje kot naloge elementarne analize.

Molekularna analiza Posebej pomemben je pri preučevanju organskih snovi in \u200b\u200bmaterialov biogenega izvora, na primer določanje benzena v bencinu ali acetona v izdihanem zraku. V takih primerih je treba upoštevati ne samo sestavo, temveč tudi strukturo molekul. Preskusni material lahko vsebuje izomere in homologe določene komponente. Tako je treba vsebnost glukoze običajno določiti v prisotnosti izomerov in drugih sorodnih spojin, kot je saharoza.

Razvrstitev po natančnosti, trajanju in stroških analiz. Imenuje se poenostavljena, hitra in poceni različica analize ekspresna analiza... Tu se pogosto uporablja preskusne metode . Vsaka oseba (ne analitik) lahko na primer s posebnim testnim orodjem - indikatorskim papirjem oceni vsebnost nitratov v zelenjavi (sladkor v urinu, težke kovine v pitni vodi itd.). Vsebina želene komponente se določi z uporabo barvne lestvice, pritrjene na papir. Rezultat bo viden s "prostim očesom" in laikom razumljiv. Preskusne metode ne zahtevajo dostave vzorca v laboratorij, kakršne koli obdelave preskusnega materiala; te metode ne uporabljajo drage opreme in ne izvajajo izračunov. Pomembno je le, da rezultat preskusne metode ni odvisen od prisotnosti drugih komponent v preskusnem materialu, zato je nujno, da so reagenti, s katerimi je papir impregniran med njegovo izdelavo, specifični. Zelo težko je zagotoviti specifičnost testnih metod, tovrstne analize pa so se razširile šele v zadnjih letih dvajsetega stoletja. Testne metode seveda ne morejo zagotoviti visoke natančnosti analize, vendar niso vedno potrebne.

Ravno nasprotno od ekspresne analize - arbitražaana h.Glavna zahteva zanj je zagotoviti čim večjo natančnost rezultatov. Arbitražni pregledi se redko izvajajo (na primer za reševanje konflikta med proizvajalcem in potrošnikom nekaterih izdelkov). Za izvajanje takšnih analiz sodelujejo najbolj usposobljeni izvajalci, uporabljajo se najbolj zanesljive in večkrat preizkušene metode. Čas izvedbe in stroški te analize niso kritični.

Vmesno mesto med ekspresno in arbitražno analizo glede natančnosti, trajanja, stroškov in drugih kazalnikov je rutinske analize... Večina analiz, opravljenih v tovarnah in drugih nadzornih in analitičnih laboratorijih, je te vrste.

1.3 Analizne metode

Razvrstitev metode... Pojem "metoda analize" se uporablja, kadar želijo razkriti bistvo določene analize, njeno glavno načelo. Analizna metoda je dokaj univerzalna in teoretično utemeljena analitska metoda, ki se po svojem namenu in osnovnem principu bistveno razlikuje od drugih metod, ne glede na to, katera komponenta je določena in kaj natančno analiziramo. Z isto metodo lahko analiziramo različne predmetov in določiti različne analite .

Obstajajo tri glavne skupine metod (slika 1). Nekateri so namenjeni predvsem ločevanju komponent preučevane zmesi (naknadna analiza brez te operacije se izkaže za netočno ali celo nemogoče). Med ločevanjem običajno pride tudi do koncentracije analita (glej poglavje 8). Primer bi lahko bile metode ekstrakcije ali metode ionske izmenjave. Pri kvalitativni analizi se uporabljajo druge metode, ki služijo za zanesljivo identifikacijo (identifikacijo) komponent, ki nas zanimajo. Tretji, najštevilčnejši, so namenjeni kvantitativnemu določanju komponent. Pokličejo se ustrezne skupine metode ločevanja in koncentriranja, metode identifikacije in metode določanja. Metode prvih dveh skupin praviloma , igrajo stransko vlogo. metode določanja.

Fizikalno-kemijska

Slika 1. Klasifikacija analiznih metod

Poleg treh glavnih skupin obstajajo hibrid metode. Slika 1. niso prikazani. Pri hibridnih metodah se ločevanje, identifikacija in določanje komponent organsko kombinira v enem instrumentu (ali v enem samem kompleksu instrumentov). Najpomembnejša od teh metod je kromatografski analiza. V posebni napravi (kromatografu) se komponente preskusnega vzorca (zmesi) ločijo, saj se z različno hitrostjo premikajo skozi kolono, napolnjeno s trdnim prahom (sorbent). Ko komponenta zapusti kolono, se presodi njena narava in tako se identificirajo vse komponente vzorca. Sestavni deli, ki se sprostijo iz kolone, se nato odpravijo na drug del naprave, kjer posebna naprava - detektor - meri in beleži signale vseh komponent. Pogosto se nekaterim snovem samodejno dodelijo signali, pa tudi izračun vsebnosti posamezne vzorčne komponente. Jasno je, da kromatografski analize ni mogoče šteti le za metodo ločevanja komponent ali le za metodo kvantitativnega določanja, gre natančno za hibridno metodo.

1.4. Analizne metode in zahteve zanje

Ne mešajte konceptov metoda in metodologijo.

Metodologija je jasen in podroben opis izvajanja analize z uporabo določene metode za reševanje določenega analitičnega problema.

Običajno metodologijo razvijejo strokovnjaki, ki je predhodno preverjena in meroslovno certificirana, uradno registrirana in odobrena. Ime metodologije označuje uporabljeno metodo, predmet določitve in predmet analize.

Pobrati optimalno (najboljša) metodologija, v vsakem primeru je treba upoštevati številne praktične zahteve.

1. T natančnost... To je glavna zahteva. To pomeni, da relativna ali absolutna napaka analize ne sme presegati določene mejne vrednosti.

2. Občutljivost... Ta beseda v pogovornem govoru nadomešča strožje izraze "Meja zaznavanja" in "spodnja meja zaznavnih koncentracij". Zelo občutljive tehnike so tiste, s katerimi lahko zaznamo in določimo komponento tudi pri nizki vsebnosti preskusnega materiala. Nižja kot je pričakovana vsebina, bolj občutljiva je tehnika. .

3. Selektivnost (selektivnost).Pomembno je, da na rezultat testa ne vplivajo tuje snovi v vzorcu.

4. Izraznost . Gre za trajanje analize enega vzorca - od vzorčenja do izdaje mnenja. Prej ko so rezultati doseženi, tem bolje.

5.C stroškov.Ta značilnost tehnike ne zahteva komentarjev. Množično se lahko uporabljajo le razmeroma poceni testi. Stroški analitskega nadzora v industriji običajno ne presegajo 1% proizvodnih stroškov. Analize, ki so edinstvene po svoji zapletenosti in se redko izvajajo, so zelo drage.

Za metodologijo obstajajo še druge zahteve - varnost analize, sposobnost izvedbe analize brez neposrednega človeškega sodelovanja, stabilnost rezultatov na naključna nihanja razmer itd.

1.5. Glavne faze (faze) kvantitativne analize

Tehniko kvantitativne analize lahko miselno razdelimo na več zaporednih stopenj (faz) in skoraj vsaka tehnika ima enake stopnje. Povezana logika analize je prikazana na sliki 1.2. Glavni koraki kvantitativne analize so: izjava analitičnega problema in izbira metod, vzorčenje, priprava vzorca, merjenje signala, izračun in predstavitev rezultatov.

Izjava analitičnega problema in izbira metodologije. Delo analitika se običajno začne s pridobitvijo naročilo za analizo. Poklicna dejavnost drugih strokovnjakov običajno vodi do pojava takega reda, do pojava nekaterih težave... Takšna težava je lahko na primer postavitev diagnoze, ugotavljanje vzroka zakonske zveze med izdelavo nekaterih izdelkov, ugotavljanje pristnosti muzejske razstave, možnost prisotnosti neke strupene snovi v vodi iz pipe itd. Na podlagi informacij, ki jih prejme od strokovnjaka (organskega kemika, procesnega inženirja, geologa, zobozdravnika, preiskovalca tožilstva, agronoma, arheologa itd.), Mora analitik oblikovati analitična naloga... Seveda je treba upoštevati možnosti in želje "kupca". Poleg tega je treba zbrati dodatne informacije (najprej o kvalitativni sestavi materiala, ki ga bo treba analizirati).

Izjava analitičnega problema zahteva zelo visoko stopnjo analitične spretnosti in je najtežji del raziskave v prihodnosti. Ni dovolj določiti, kateri material bo treba analizirati in kaj natančno je treba v njem določiti. Razumeti je treba, na kakšni koncentraciji bo treba opraviti analizo, katere tuje komponente bodo prisotne v vzorcih, kako pogosto bodo analize potrebne, koliko časa in denarja lahko porabimo za eno analizo , ali bo mogoče vzorce dostaviti v laboratorij ali bo treba analizo opraviti neposredno "v objektu", ali obstajajo omejitve glede teže in obnovljivost lastnosti materiala, ki se preučuje, itd. Najpomembneje je razumeti: kakšno natančnost rezultatov analize bo treba zagotoviti in kako bo mogoče doseči takšno natančnost!

Jasno oblikovan analitični problem je osnova za izbiro najboljše metodologije. Iskanje se izvaja z uporabo zbirk regulativni dokumenti (vključno s standardnimi tehnikami), priročniki, pregledi posameznih predmetov ali metod. Če bodo na primer vsebnost naftnih derivatov v odpadni vodi ugotavljali s fotometrično metodo, bodo nato prebrali monografije, ki so najprej namenjene fotometrični analizi, drugič pa metodam za analizo odpadne vode in tretjič različnim metodam določanje naftnih proizvodov. Obstaja vrsta knjig, od katerih je vsaka namenjena analitični kemiji elementa. Izdani so bili vodiči za izbrane metode in za izbrane predmete analize. Če v referenčnih knjigah in monografijah ni bilo mogoče najti ustreznih metod, se iskanje nadaljuje z uporabo abstraktnih in znanstvenih revij, spletnih iskalnikov, strokovnih nasvetov itd. najboljši način izpolnjuje analitično nalogo.

Pogosto ne obstajajo standardne metode za reševanje določenega problema, ne pa tudi predhodno opisanih tehničnih rešitev (zlasti zapleteni analitični problemi, unikatni predmeti). Takšne razmere se pogosto znajdejo v znanstvenih raziskavah in v teh primerih je treba samostojno razviti metodologijo analize. Toda pri izvajanju analiz po lastni metodi morate še posebej natančno preveriti pravilnost rezultatov.

Vzorčenje. Razviti metodo analize, ki bi omogočila izmeri koncentracijo komponente, ki nas zanima neposredno pri predmetu, ki ga preiskujemo, mu to uspe zelo redko. Primer bi lahko bil senzor za vsebnost ogljikovega dioksida v zraku, ki je nameščen v podmornicah in v drugih zaprtih prostorih. Pogosteje je majhen del vzet iz preskusnega materiala - vzorec - in ga dostavite v nadaljnje raziskave v analitski laboratorij. Vzorec mora biti zastopnik (reprezentativni), to je, da bi morale njegove lastnosti in sestava približno sovpadati z lastnostmi in sestavo materiala, ki se preiskuje, kot celota. Za plinaste in tekoče predmete analize je povsem enostavno vzeti reprezentativni vzorec, saj so homogeni . Samo izbrati morate pravi čas in kraj izbire. Na primer, pri odvzemu vzorcev vode iz rezervoarjev se upošteva, da se voda površinske plasti po sestavi razlikuje od vode iz spodnje plasti, je voda ob obali bolj onesnažena, sestava rečne vode ni enaka ob različnih časih itd. V velikih mestih se vzorci atmosferskega zraka odvzamejo ob upoštevanju smeri vetra in lokacije virov emisij nečistoč. Vzorčenje ni problem niti pri pregledu čistih kemikalij, tudi trdnih ali homogenih finih praškov.

Veliko težje je pravilno izbrati reprezentativni vzorec neenakomerne trdne snovi (tla, ruda, premog, žito itd.). Če vzorce tal jemljete na različnih mestih istega polja ali iz različnih globin ali ob različnem času, bodo rezultati analize iste vrste vzorcev različni. Lahko se večkrat razlikujejo, zlasti če je bil material sam po sebi heterogen, sestavljen iz delcev različne sestave in velikosti.

Zadevo zapleta dejstvo, da vzorčenja pogosto ne opravi sam analitik, temveč premalo usposobljeni zaposleni ali, kar je še huje, osebe, ki jih zanima določen rezultat analize. Tako je v zgodbah M. Twaina in Breta Gartha barvito opisano, kako je prodajalec pred prodajo zlatonosnega najdišča poskušal za analizo izbrati koščke kamnin z očitnimi vključki zlata, kupec pa prazen skala. Ni presenetljivo, da so rezultati ustreznih analiz dali nasprotno, v obeh primerih pa napačno opredelitev območja preučevanja.

Za zagotovitev pravilnosti rezultatov analize za vsako skupino predmetov so bila razvita in sprejeta posebna pravila in sheme vzorčenja. Primer bi bila analiza tal. V tem primeru bi morali izbrati nekaj velike dele preskusnega gradiva na različnih mestih študijskega območja in jih nato združite. Vnaprej se izračuna, koliko vzorčnih mest naj bo, na kakšni razdalji naj bodo te točke med seboj. Navedeno je, iz katere globine je treba vzeti vsak del zemlje, katere mase naj bo, itd. Obstaja celo posebna matematična teorija, ki vam omogoča izračun najmanjše mase kombiniranega vzorca ob upoštevanju velikosti delcev , njihova heterogenost v sestavi itd. Večja kot je masa vzorca, bolj reprezentativna je; zato lahko za nehomogen material skupna masa kombiniranega vzorca doseže desetine in celo stotine kilogramov. Združeni vzorec posušimo, zdrobimo, temeljito premešamo in postopoma zmanjšujemo količino preskusnega materiala (v ta namen obstajajo posebne tehnike in naprave), vendar lahko tudi po večkratnih zmanjšanjih masa vzorca doseže nekaj sto gramov. Zmanjšani vzorec se dostavi v laboratorij v hermetično zaprti posodi. Tam še naprej meljejo in mešajo preučevani material (da bi sestavili povprečno sestavo) in šele nato na analitični tehtnici odtehtajo del povprečenega vzorca za nadaljnje priprava vzorca in naknadno merjenje signala.

Vzorčenje je najpomembnejša faza analize, saj je napake, ki se pojavijo v tej fazi, zelo težko popraviti ali upoštevati. Vzorčne napake so pogosto glavni dejavnik celotne analitične napake. V primeru napačnega vzorčenja tudi popolno izvajanje nadaljnjih operacij ne more pomagati - pravilnega rezultata ne bo več mogoče dobiti.

Priprava vzorca . To je skupno ime za vse postopke, ki so jim tam opravljeni vzorci izpostavljeni v laboratoriju, preden izmerijo analitski signal. Med priprava vzorca izvajajo se različni postopki: izhlapevanje, sušenje, žganje ali zgorevanje vzorca, njegovo raztapljanje v vodi, kislinah ali organskih topilih, predhodna oksidacija ali redukcija analita s posebej dodanimi reagenti, odstranjevanje ali prikrivanje motečih nečistoč. Pogosto je treba koncentrat koncentrirati - iz vzorca velike prostornine se komponenta kvantitativno prenese v majhen volumen raztopine (koncentrata), kjer se nato izmeri analitski signal. Vzorci komponent, podobnih po lastnostih med priprava vzorca poskusite ločiti drug od drugega, da boste lažje določili koncentracijo vsakega posebej. Priprava vzorca zahteva več časa in dela kot druge analize; precej težko ga je avtomatizirati. Ne smemo pozabiti, da vsaka operacija priprava vzorca je dodaten vir napak pri analizi. Manj kot je takih operacij, bolje je. Idealne so tehnike, ki odra sploh ne vključujejo. priprava vzorca (»Prišel, izmeril, izračunal«), vendar je takih metod razmeroma malo.

Analitično merjenje signala zahteva uporabo ustreznih merilnih instrumentov, predvsem natančnih instrumentov (tehtnice, potenciometri, spektrometri, kromatografi itd.), pa tudi predhodno kalibrirano volumetrično stekleno posodo. Merilni instrumenti morajo biti certificirani ("preverjeni"), to pomeni, da mora biti vnaprej znano, kakšno največjo napako je mogoče doseči z merjenjem signala s to napravo. Za merjenje signala so poleg instrumentov v mnogih primerih potrebni še standardi z znano kemijsko sestavo (referenčni vzorci, na primer vzorci državnega standarda). Uporabljajo se za umerjanje tehnike (glej pogl. 5), preverjanje in prilagajanje naprav. Rezultat analize se izračuna tudi z uporabo standardov.

Izračun in predstavitev rezultatov - najhitrejša in najlažja faza analize. Samo izbrati morate primeren način izračuna (po eni ali drugi formuli, po urniku itd.). Torej, za določanje urana v uranovi rudi se radioaktivnost vzorca primerja z radioaktivnostjo standardnega vzorca (rude z znano vsebnostjo imrana), nato pa z reševanjem običajnega deleža ugotovimo vsebnost urana v vzorcu. Vendar ta preprosta metoda še zdaleč ni vedno primerna in uporaba neprimernega algoritma za izračun lahko povzroči resne napake. Nekatere metode izračuna so zelo zapletene in zahtevajo uporabo računalnika. V naslednjih poglavjih bodo podrobno opisane računske metode, uporabljene pri različnih analitskih metodah, njihove prednosti in pogoji za uporabnost posamezne metode. Rezultate analize je treba statistično obdelati. Vsi podatki, povezani z analizo danega vzorca, se odražajo v laboratorijski reviji, rezultat analize pa se vnese v poseben protokol. Včasih analitik sam primerja rezultate analize več snovi med seboj ali z nekaterimi standardi in pripravi smiselne zaključke. Na primer o skladnosti ali neskladnosti kakovosti preskusnega materiala z določenimi zahtevami ( analitični nadzor).

Članek delite s prijatelji:

Podobni članki

• 

  Rdeča maskara Armani maskara s čopičem
• 

  Črni Angus, marmorirano goveje meso Goveji zrezek iz črnega angusa
• 

  Darilo za cesarico Katarino Veliko