Métodos básicos de análisis cuantitativo. Cálculos en análisis volumétrico. Métodos de análisis cualitativos

20.09.2019

El análisis cuantitativo le permite establecer la composición elemental y molecular del objeto de estudio o el contenido de sus componentes individuales.

Según el objeto de estudio, se distinguen análisis inorgánicos y orgánicos. A su vez, se dividen en análisis elemental, cuya tarea es establecer cuántos elementos (iones) están contenidos en el objeto analizado, en análisis molecular y funcional, que dan una respuesta sobre el contenido cuantitativo de radicales, compuestos y grupos funcionales de átomos en el objeto analizado.

Métodos de análisis cuantitativo

Los métodos clásicos de análisis cuantitativo son el análisis gravimétrico (peso) y el análisis volumétrico (volumen).

Métodos instrumentales de análisis.

Fotometría y espectrofotometría

El método se basa en el uso de la ley básica de absorción de luz. A=elc. Donde A es la absorción de luz, e es el coeficiente molar de absorción de luz, l es la longitud de la capa absorbente en centímetros, c es la concentración de la solución. Hay varios métodos de fotometría:

1. Espectroscopia de absorción atómica

2. Espectroscopia de emisión atómica.

3. Espectroscopia molecular.

Espectroscopia de absorción atómica

Se requiere un espectrómetro para realizar el análisis con este método. La esencia del análisis es iluminar una muestra atomizada con luz monocromática, luego descomponer la luz que ha pasado a través de la muestra usando cualquier dispersor de luz y un detector para fijar la absorción.

Se utilizan varios atomizadores para atomizar la muestra. En particular: llama, chispa de alto voltaje, plasma acoplado inductivamente. Cada atomizador tiene sus pros y sus contras. También se utilizan varios dispersantes para descomponer la luz. Esta es una rejilla de difracción, prisma, filtro de luz.

Espectroscopia de emisión atómica

Este método es ligeramente diferente del método de absorción atómica. Si en él una fuente de luz separada era una fuente de luz, entonces en el método de emisión atómica, la muestra misma sirve como fuente de radiación. Todo lo demás es similar.

cromatografía

Cromatografía (del griego chroma, genitivo chromatos - color, pintura y... gráficos), un método fisicoquímico para separar y analizar mezclas basado en la distribución de sus componentes entre dos fases - estacionaria y móvil (eluyente), que fluyen a través de una estacionaria uno.

Referencia histórica. El método fue desarrollado en 1903 por M. Tsvet, quien demostró que cuando una mezcla de pigmentos vegetales pasa a través de una capa de un sorbente incoloro, las sustancias individuales se organizan en zonas coloreadas separadas. Tsvet llamó a la columna de sorbente coloreada capa por capa obtenida de esta manera un cromatograma, y el método - X. Posteriormente, el término "cromatograma" comenzó a referirse a diferentes métodos para fijar los resultados de muchos tipos de X. H. no recibió un desarrollo adecuado. No fue hasta 1941 que A. Martin y R. Sing descubrieron el método de cromatografía distributiva y demostraron sus amplias posibilidades para el estudio de proteínas y carbohidratos. en los años 50 Martin y el científico estadounidense A. James desarrollaron el método de rayos X gas-líquido.

Los principales tipos de Ch. Dependiendo de la naturaleza de la interacción que determina la distribución de componentes entre el eluyente y la fase estacionaria, se distinguen los siguientes tipos principales de Ch.: adsorción, distribución, intercambio iónico, exclusión (tamiz molecular) y sedimentario. El cloro de adsorción se basa en la diferencia en la capacidad de absorción de las sustancias a separar por el adsorbente ( sólido con una superficie desarrollada); química distributiva - sobre la diferente solubilidad de los componentes de la mezcla en la fase estacionaria (líquido de alto punto de ebullición depositado sobre un soporte macroporoso sólido) y eluyente (debe tenerse en cuenta que con el mecanismo de separación distributiva, el movimiento de las zonas componentes también se ve parcialmente afectado por la interacción de adsorción de los componentes analizados con un sorbente sólido); química de intercambio iónico - sobre la diferencia en las constantes de equilibrio de intercambio iónico entre la fase estacionaria (intercambiador iónico) y los componentes de la mezcla que se separa; exclusión (tamiz molecular) Ch. - sobre la diferente permeabilidad de las moléculas de los componentes en la fase estacionaria (gel no iónico altamente poroso). La cromatografía de exclusión por tamaño se subdivide en filtración en gel (GPC), en la que el eluyente es un disolvente no acuoso, y filtración en gel, en la que el eluyente es agua. El X sedimentario se basa en la diferente capacidad de los componentes separados para precipitar sobre la fase estacionaria sólida.

De acuerdo con el estado de agregación del eluyente, se distinguen las químicas de gas y líquido. Dependiendo del estado de agregación de la fase estacionaria, la cromatografía gaseosa puede ser de adsorción de gas (la fase estacionaria es un adsorbente sólido) y gas-líquido ( la fase estacionaria es un líquido), mientras que el cloro líquido es líquido-adsorción (o sólido-líquido) y líquido-líquido. Esta última, como gas-líquido, es quimio distributiva.Las químicas sólido-líquido incluyen químicas de capa fina y de papel.

Hay columna y planar X. En la columna, tubos especiales: las columnas se llenan con el sorbente y la fase móvil se mueve dentro de la columna debido a la caída de presión. Una variación del cloro de columna es el capilar, cuando se aplica una fina capa de sorbente a las paredes internas del tubo capilar. El frío planar se subdivide en capa fina y papel. En el cloro de capa delgada, se aplica una capa delgada de sorbente granular o una película porosa a placas de vidrio o metal; en el caso de la cromatografía en papel, se utiliza un papel cromatográfico especial. En química plana, el movimiento de la fase móvil ocurre debido a las fuerzas capilares.

Durante la cromatografía, es posible cambiar la temperatura, la composición del eluyente, su caudal y otros parámetros según un programa dado.

Dependiendo del método de mover la mezcla a separar a lo largo de la capa absorbente, hay las siguientes opciones X.: frontal, en desarrollo y desplazamiento. En la versión frontal, se introduce continuamente una mezcla separada en la capa absorbente, que consiste en un gas portador y componentes separados, por ejemplo 1, 2, 3, 4, que en sí mismo es una fase móvil. Algún tiempo después del inicio del proceso, el componente menos adsorbido (por ejemplo, 1) se adelanta al resto y sale como una zona de sustancia pura delante de todos, y detrás, en el orden de sorción, las zonas de mezclas de los componentes están ubicados secuencialmente: 1 + 2, 1 + 2 + 3, 1 + 2 + 3 + 4 (Fig. a). En la variante de revelado, un flujo de eluyente pasa continuamente a través de la capa absorbente, y una mezcla de sustancias a separar se introduce periódicamente en la capa absorbente. Después de cierto tiempo, la mezcla inicial se divide en sustancias puras, que se ubican en zonas separadas en el sorbente, entre las cuales hay zonas de eluyente (Fig., b). En la variante de desplazamiento, la mezcla a separar se introduce en el sorbente, y luego el flujo de gas portador que contiene el desplazador (eluyente), durante el cual la mezcla después de un cierto período de tiempo se divide en zonas de sustancias puras, entre las cuales hay son zonas de su mezcla (Fig., c). Se llevan a cabo varios tipos de cromatografía con la ayuda de instrumentos llamados cromatógrafos, en la mayoría de los cuales se realiza la variante de desarrollo de la cromatografía.Los cromatógrafos se utilizan para el análisis y para la separación preparativa (incluso industrial) de mezclas de sustancias. En el curso del análisis, las sustancias separadas en la columna cromatográfica, junto con el eluyente, ingresan en varios intervalos de tiempo en un dispositivo de detección instalado a la salida de la columna cromatográfica, que registra sus concentraciones a lo largo del tiempo. La curva de salida resultante se llama cromatograma. Para un análisis cromatográfico cualitativo se determina el tiempo desde el momento de la inyección de la muestra hasta la salida de cada componente de la columna a una temperatura determinada y utilizando un eluyente determinado. Para el análisis cuantitativo, se determinan las alturas o áreas de los picos cromatográficos, teniendo en cuenta los coeficientes de sensibilidad del dispositivo de detección utilizado para las sustancias analizadas.

La cromatografía de gases, en la que se utilizan como eluyente (gas portador) helio, nitrógeno, argón y otros gases, es la más utilizada para el análisis y separación de sustancias que pasan al estado de vapor sin descomposición. Geles de sílice, geles de aluminio, tamices moleculares, polímeros porosos y otros adsorbentes con un área de superficie específica de 5–500 m2/g se utilizan como adsorbentes (partículas con un diámetro de 0,1–0,5 mm) para la adsorción de gas. variante de x Para la química gas-líquido, se prepara un sorbente aplicando un líquido en forma de película (hidrocarburos de alto punto de ebullición, ésteres, siloxanos, etc.) de varias micras de espesor sobre un soporte sólido con una superficie específica de 0,5– 5 m2/g o más. Los límites de temperatura de funcionamiento para la versión de adsorción de gas de X. son de -70 a 600 °C, para la versión de gas-líquido de -20 a 400 °C. El cloro gaseoso puede separar varios cm3 de gas o mg de sustancias líquidas (sólidas); tiempo de análisis de varios segundos a varias horas.

En la química de columna líquida, se utilizan como eluyentes disolventes muy volátiles (por ejemplo, hidrocarburos, éteres y alcoholes) y geles de sílice (incluidos los geles de sílice con varios grupos funcionales, como éter, alcohol y otros, injertados químicamente en el superficie) se utilizan como fase estacionaria.), geles de aluminio, vidrios porosos; el tamaño de partícula de todos estos adsorbentes es de varias micras. Suministrando el eluyente a una presión de hasta 50 MN/m2 (500 kgf/cm2), es posible reducir el tiempo de análisis de 2-3 horas a varios minutos. Para aumentar la eficiencia de la separación de mezclas complejas, se usa un cambio programado en el tiempo en las propiedades del eluyente mezclando solventes de diferente polaridad (elución en gradiente).

La química de tamices moleculares líquidos se distingue por el uso de adsorbentes con poros estrictamente cierto tamaño(vidrios porosos, tamices moleculares, incluyendo dextrano y otros geles). En el cloro de capa fina y papel, la mezcla líquida que se investiga se aplica a la línea de partida (el comienzo de un plato o tira de papel) y luego se separa en componentes mediante un flujo de eluyente ascendente o descendente. La posterior detección (revelado) de las sustancias separadas en un cromatograma (como en estos casos se llama placa a la que se le ha aplicado un sorbente o papel cromatográfico sobre el que se ha separado en componentes la mezcla en estudio) se realiza mediante ultravioleta (UV) espectroscopia, espectroscopia infrarroja (IR) o reactivos de procesamiento que forman compuestos coloreados con las sustancias analizadas.

Cualitativamente, la composición de las mezclas se caracteriza con la ayuda de estos tipos de cloro por una cierta velocidad de movimiento de manchas de sustancias en relación con la velocidad de movimiento del disolvente en determinadas condiciones. El análisis cuantitativo se lleva a cabo midiendo la intensidad del color de la sustancia en el cromatograma.

Ch. es ampliamente utilizado en laboratorios e industria para el análisis cualitativo y cuantitativo de sistemas de múltiples componentes, control de producción, especialmente en relación con la automatización de muchos procesos, y también para el aislamiento preparativo (incluso industrial) de sustancias individuales (por ejemplo, metales nobles), separando los elementos raros y los oligoelementos.

La química de gases se utiliza para la separación de gases y para la determinación de impurezas de sustancias nocivas en el aire, el agua, el suelo y los productos industriales; determinación de la composición de los productos de las principales síntesis orgánicas y petroquímicas, gases de escape, medicamentos, así como en medicina forense, etc. Equipos y métodos para el análisis de gases en naves espaciales, análisis de la atmósfera de Marte, identificación materia orgánica en rocas lunares, etc.

La química de gases también se utiliza para determinar las características fisicoquímicas de compuestos individuales: el calor de adsorción y disolución, entalpía, entropía, constantes de equilibrio y formación de complejos; para sólidos, este método le permite medir el área superficial específica, la porosidad, la actividad catalítica.

La química líquida se utiliza para el análisis, separación y purificación de polímeros sintéticos, fármacos, detergentes, proteínas, hormonas y otros compuestos biológicamente importantes. El uso de detectores de alta sensibilidad permite trabajar con cantidades muy pequeñas de sustancias (10-11-10-9 g), lo cual es extremadamente importante en investigación biológica. Tamiz molecular de uso frecuente X. y X. por afinidad; este último se basa en la capacidad de las moléculas de sustancias biológicas para unirse selectivamente entre sí.

El cloro de papel y de capa fina se utiliza para analizar grasas, carbohidratos, proteínas y otras sustancias naturales y compuestos inorgánicos.

En algunos casos, el cloro se usa para identificar sustancias en combinación con otras sustancias fisicoquímicas y metodos fisicos, por ejemplo, con espectrometría de masas, espectroscopia IR, UV, etc. Se utiliza una computadora para interpretar los cromatogramas y seleccionar las condiciones experimentales.

Lit .: Zhukhovitsky A. A., Turkeltaub N. M., Cromatografía de gases, M., 1962; Kiselev A. V., Yashin Ya. I., Cromatografía de adsorción de gases, M., 1967; Sakodynsky K. I., Volkov S. A., Cromatografía de gases preparativa, M., 1972; Golbert K. A., Vigdergauz M. S., Curso de cromatografía de gases, M., 1974; Cromatografía sobre papel, trad. del checo., M., 1962; Determan G., Gel chromatography, trans. del alemán., M., 1970; Morris C. J. O., Morris P., Métodos de separación en bioquímica, L., 1964.

RFA

Análisis de activación

ver también

Literatura

Fundación Wikimedia. 2010 .

Vea qué es "Análisis cuantitativo" en otros diccionarios:

ANÁLISIS CUANTITATIVO, identificación de cantidades sustancias químicas incluidos en el material o mezcla. Para el análisis, se utilizan métodos químicos como la neutralización y la oxidación, durante los cuales se determina la concentración de componentes ... ... científico y técnico diccionario enciclopédico

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análisis cuantitativo- - análisis, cuyo objeto es establecer la cantidad en la muestra de determinados elementos químicos, agrupaciones o estructuras atómicas. Diccionario de Química Analítica... Términos químicos

ANÁLISIS CUANTITATIVO- una sección de química analítica, cuya tarea es determinar la cantidad (contenido) de elementos (iones), radicales, grupos funcionales, compuestos o fases en el objeto analizado. K.a. le permite determinar la composición elemental y molecular ... ... Gran Enciclopedia Politécnica

Análisis cuantitativo. Clasificación de métodos. análisis gravimétrico. Formas precipitadas y gravimétricas de los sedimentos. Cálculos en análisis gravimétrico.

Análisis cuantitativo está diseñado para establecer la composición cuantitativa de los componentes en la muestra analizada. es precedido analisis cualitativo, que establece qué componentes (elementos, iones, moléculas) están presentes en la muestra analizada.

Hay tres tipos de análisis cuantitativo: completo, parcial, general. Con un análisis cuantitativo completo se establece la composición cuantitativa completa de todos los componentes presentes en la muestra analizada. Por ejemplo, para un análisis de sangre cuantitativo completo, es necesario determinar el contenido de 12 componentes: sodio, potasio, calcio, glucosa, bilirrubina, etc. Un análisis completo requiere mucho tiempo y mano de obra.

Al realizar un análisis parcial, el contenido se determina solo para

datos del componente. Análisis generales establece el contenido de cada elemento en la muestra analizada, independientemente de la composición de qué compuestos se incluyen. Tal análisis generalmente se llama elemental.

CLASIFICACIÓN DE LOS MÉTODOS DE ANÁLISIS CUANTITATIVO

Los métodos de análisis cuantitativo se pueden dividir en tres grandes grupos: químicos, físicos, fisicoquímicos.

métodos químicos basado en el uso de reacciones químicas de flujo cuantitativo de varios tipos: reacciones de intercambio, precipitación, redox y complejación. Los métodos químicos incluyen métodos de análisis gravimétricos y titrimétricos (volumétricos).

método gravimétrico El análisis se basa en medir la masa del componente determinado después de su aislamiento en forma gravimétrica. El método se caracteriza por una alta precisión, pero es largo y laborioso. En el análisis farmacéutico, se utiliza principalmente para determinar el contenido de humedad y cenizas de los medicamentos.

Método valorimétrico El análisis se basa en la introducción de un volumen medido con precisión de una solución de una concentración conocida, un titulador, en un volumen medido con precisión de una solución del analito. El titulador se inyecta hasta que el analito haya reaccionado completamente con él. Este momento se denomina punto final de la titulación y se establece mediante indicadores químicos especiales o métodos instrumentales. Entre

métodos químicos de análisis cuantitativo - este es el método más común.

Los métodos de análisis químicos, si bien actualmente son los principales en los laboratorios químicos, en muchos casos no cumplen con los crecientes requisitos para el análisis, tales como alta sensibilidad, rapidez, selectividad, automatización, etc. Estas deficiencias no son métodos instrumentales análisis, que puede dividirse en tres grandes grupos: óptico, electroquímico, cromatográfico .

ANÁLISIS GRAVIMÉTRICO

método gravimétrico se basa en una medida precisa de la masa de una sustancia de composición conocida, asociada químicamente con el componente que se determina y aísla como compuesto o como sustancia simple. El nombre clásico del método es análisis de peso. El análisis gravimétrico se basa en la ley de conservación de la masa de una sustancia durante las transformaciones químicas y es el más preciso de los métodos de análisis químico: el límite de detección es del 0,10 %; precisión (error relativo del método) ±0,2 %.

En el análisis gravimétrico se utilizan métodos de precipitación, destilación (directa e indirecta), aislamiento, termogravimetría y electrogravimetría.

EN método de precipitación el componente determinado entra en reacción química con el reactivo, formando un compuesto poco soluble. Después de una serie de operaciones analíticas (Esquema 1.1), se pesa un precipitado sólido de composición conocida y se realizan los cálculos necesarios.

La secuencia de operaciones analíticas en el método de precipitación gravimétrica.

1Cálculo de la masa de la porción pesada del analito y su pesaje

2 Disolución de muestra

3 Condiciones de deposición

4 Precipitación (obtención de una forma depositada)

5 Separación del precipitado por filtración

6 Lavado del precipitado

7 Obtención de una forma gravimétrica (secado, calcinado a peso constante)

8 Pesando una forma gravimétrica

9 Cálculo de los resultados del análisis

Métodos de pelado puede ser directo o indirecto. en método destilación directa el componente a determinar se aísla de la muestra en forma de producto gaseoso, se captura y luego se determina su masa. en métodos destilación indirecta la masa del producto gaseoso se determina por la diferencia entre las masas del componente analizado antes y después del tratamiento térmico. En la práctica del análisis farmacéutico, este método se usa ampliamente para determinar el contenido de humedad de las drogas, los materiales vegetales. Para algunos fármacos, la determinación de la pérdida de masa ∆m al secarse (temperatura de secado t Sushi ) es una de las pruebas obligatorias de la farmacopea, por ejemplo: analgin - t Sushi = 100...105˚С, Δm< 5,5 %; пиридоксина гидрохлорид (витамин В6) - t Sushi = 100...105 ˚s, Δm< 0,5 %; парацетамол - t seco = 100...105 ˚, Δ m< 0,5 % и т. п.

EN análisis termogravimétrico fijan el cambio de masa de la sustancia durante el calentamiento, lo que permite juzgar las transformaciones que tienen lugar y establecer la composición de los productos intermedios resultantes. El análisis termogravimétrico se lleva a cabo utilizando instrumentos derivatógrafos. En el transcurso del experimento, el cambio en la masa de la muestra analizada (eje de ordenadas) en función del tiempo o la temperatura (eje de abscisas) se fija y se presenta en forma de curva termogravimétrica - termo-ravigrama. La termogravimetría se usa ampliamente para estudiar los cambios en la composición de una sustancia y elegir las condiciones para secar o calcinar sedimentos.

Análisis electrogravimétrico se basa en la separación electrolítica de los metales y el pesaje del precipitado obtenido en el electrodo. La principal condición física para la separación electrolítica de metales es un cierto voltaje al cual se depositan algunos metales y no se separan otros metales.

En la práctica analítica, lo más aplicación amplia encuentra la gravedad

método de precipitación métrica, que se discutirá con más detalle.

MECANISMO DE FORMACIÓN DE SEDIMENTOS Y CONDICIONES DE LOS SEDIMENTOS

La formación de un precipitado se produce cuando el producto de las concentraciones de los iones que componen su composición supera el valor del producto de solubilidad. ETC (CA)electrolito poco soluble:

K ++ Aˉ ↔ KA; [K + ] [Аˉ] > PR (KA),

es decir, cuando se produce una sobresaturación local (relativa) de la solución, que se calcula mediante la fórmula:

(Q - S) /S,

donde Q es la concentración del soluto en cualquier momento, mol/cm 3 ; S - solubilidad de la sustancia en el momento del equilibrio, mol/cm 3 En este lugar, aparece el germen del futuro cristal (el proceso de nucleación). Esto requiere tiempo específico llamado período de inducción. Con la adición adicional del precipitante, el proceso de crecimiento de cristales se vuelve más probable, en lugar de la formación adicional de centros de cristalización, que se combinan en agregados más grandes que consisten en decenas y cientos de moléculas (proceso de agregación). En este caso, el tamaño de las partículas aumenta y los agregados más grandes precipitan bajo la acción de la gravedad. En esta etapa, las partículas individuales, al ser dipolos, se orientan entre sí de modo que sus lados con carga opuesta se acerquen (proceso de orientación). Si la tasa de orientación es mayor que la tasa de agregación, entonces se forma una red cristalina regular, si viceversa, precipita un precipitado amorfo. Cuanto menor es la solubilidad de la sustancia, más rápido se forma el precipitado y más pequeños son los cristales. Las mismas sustancias poco solubles se pueden aislar tanto en estado cristalino como amorfo, lo que está determinado por las condiciones de precipitación.

Basado en el concepto de sobresaturación relativa de la solución, se deduce que cuanto menor es la solubilidad del precipitado S y mayor la concentración de los reactivos Q, más núcleos se forman y mayor es la velocidad de agregación. Y viceversa: cuanto menor sea la diferencia (Q - S), es decir, cuanto mayor sea la solubilidad del precipitado y menor la concentración de la sustancia precipitada, mayor será la velocidad de orientación. Por lo tanto, para obtener cristales grandes que puedan filtrarse y lavarse fácilmente, es necesario llevar a cabo la precipitación a partir de soluciones diluidas agregando lentamente un precipitante y calentando (Tabla 1.1).

Condiciones para la deposición de precipitados cristalinos y amorfos

factor de influencia	Carácter de sedimento
factor de influencia	cristal	amorfo
Concentración de soluciones de sustancia y precipitante.	Se añade una solución diluida del precipitante a una solución diluida de la sustancia problema.	Se añade una solución concentrada de un precipitante a una solución concentrada de la sustancia de prueba.
Tasa de liquidación	La solución precipitante se agrega gota a gota.	La solución precipitante se agrega rápidamente.
Temperatura	La precipitación se lleva a cabo a partir de soluciones calientes (70 - 80˚С) con una solución caliente de un precipitante	La precipitación se lleva a cabo a partir de soluciones calientes (70 - 80˚С)
mezclando	La precipitación se realiza con agitación continua.
Presencia de materia extraña	Se agregan solubilizantes (generalmente ácidos fuertes)	Agregar electrolitos coagulantes
Tiempo de estabilización	Soportar durante mucho tiempo el sedimento en las aguas madres para la "maduración" ("envejecimiento")	Filtrado inmediatamente después de la precipitación

Tabla 1.1

Pureza de los precipitados cristalinos. El área superficial específica de los precipitados cristalinos (el área del precipitado por unidad de masa, cm 2 /d) suele ser pequeño, por lo que la coprecipitación debida a la adsorción es insignificante. Sin embargo, otros tipos de codeposición asociados con la contaminación dentro del cristal pueden dar lugar a errores.

Hay dos tipos de coprecipitación en sedimentos cristalinos:

1) inclusión - las impurezas en forma de iones o moléculas individuales se distribuyen homogéneamente por todo el cristal;

2) oclusión - distribución desigual de numerosos iones o moléculas de impurezas que han entrado en el cristal debido a la imperfección de la red cristalina.

Una forma eficaz de reducir la oclusión es el "envejecimiento" ("maduración") del sedimento, durante el cual se produce el crecimiento espontáneo de cristales más grandes debido a la disolución de pequeñas partículas, se mejora la estructura cristalina del sedimento, se reduce su superficie específica , como resultado de lo cual las impurezas de las partículas previamente absorbidas se desorben y se transfieren a la solución sustancias. El tiempo de "maduración" del precipitado se puede acortar calentando la solución con el precipitado.

Pureza de los precipitados amorfos disminuye significativamente como resultado del proceso de adsorción, ya que el precipitado amorfo consiste en partículas con una estructura desordenada, formando una masa porosa suelta de gran superficie. La mayoría manera efectiva disminución como resultado del proceso de adsorción es reprecipitacion. En este caso, la torta de filtración se disuelve y vuelve a precipitar. La reprecipitación alarga significativamente el análisis, pero es inevitable para el hierro hidratado ( tercero ) y óxidos de aluminio, hidróxidos de zinc y manganeso, etc. El proceso inverso de la coagulación de un precipitado amorfo es su peptización– un fenómeno en el que un coloide coagulado vuelve a su estado disperso original. La peptización se observa a menudo cuando los precipitados amorfos se lavan con agua destilada. Este error se elimina eligiendo el líquido de lavado adecuado para el precipitado amorfo.

FORMAS SEDIMENTADAS Y GRAVIMETRICAS.

REQUISITOS PARA ELLOS.

En el método gravimétrico de sedimentación, existen conceptos de precipitado

y formas gravimétricas de la materia. forma sitiada es un compuesto en la forma en que el componente a determinar precipita de la solución. Forma gravimétrica (peso) Nombre el compuesto que se está pesando. De lo contrario, puede definirse como la forma precipitada después del tratamiento analítico apropiado del precipitado. Presentemos los esquemas de determinación gravimétrica de iones. TAN 4 2 -, Fe 3+, Mg 2+

S0 4 2 - + Ba 2+ ↔ BaS0 4 ↓ → BaS0 4 ↓

precipitante detectable precipitado gravimétrico

forma de iones

Fe3+ + 3OH‾ ↔ Fe(OH) 3 ↓ → Fe 2 O 3 ↓

precipitante detectable precipitado gravimétrico

forma de iones

Mg 2+ + HPO 4 2 - + NH 4 ∙H 2 O ↔ Mg NH 4 P0 4 ↓ + H 2 O → Mg 2 P 2 O 7 determinado. precipitante forma precipitada gravimétrica la forma

Se puede ver a partir de los ejemplos dados que la forma gravimétrica no siempre coincide con la forma precipitada de la sustancia. Los requisitos para ellos también son diferentes.

forma sitiada debe ser:

· escasamente soluble para proporcionar casi completa

Aislamiento del analito de la solución. En caso de precipitación

Electrolitos binarios ( AgCl; BaS04; SaS2O4 etc) se logra

Precipitación prácticamente completa, ya que el producto de solubilidad de estos

Precipitación inferior a 10 - 8 ;

· el precipitado resultante debe ser limpio y fácilmente filtrable (lo que determina las ventajas de los precipitados cristalinos);

· la forma precipitada debería transformarse fácilmente en la forma gravimétrica.

Después de filtrar y lavar la forma precipitada, se seca o calcina hasta que la masa del precipitado se vuelve constante, lo que confirma que la transformación de la forma precipitada en gravimétrica es completa e indica que la eliminación de impurezas volátiles es completa. Los precipitados obtenidos por precipitación del componente determinado con un reactivo orgánico (diacetildioxima, 8-hidroxiquinolina, α-nitroso-β-naftol, etc.) se suelen secar. Los precipitados de compuestos inorgánicos suelen calcinarse

Los principales requisitos para la forma gravimétrica. son:

· correspondencia exacta de su composición con una determinada fórmula química;

· estabilidad química en un rango de temperatura bastante amplio, falta de higroscopicidad;

· peso molecular tan alto como sea posible el contenido más pequeño

En él, el componente determinado para reducir la influencia de los errores.

Cuando se pesó en el resultado del análisis.

CÁLCULO DE RESULTADOS

EN EL MÉTODO DE ANÁLISIS GRAVIMÉTRICO

El análisis gravimétrico incluye dos medidas experimentales: determinación de la masa de la muestram nortedel analito y la masa del producto de composición conocida obtenido de esta muestra, es decir, la masa de la forma gravimétricam gr fanalito

Con base en estos datos, es fácil calcular el porcentaje de masa w, % del componente determinado en la muestra:

w, % = metro gr.ph ∙ F ∙ 100 / metro norte ,

donde F- el factor gravimétrico (factor de conversión, factor analítico) se calcula como la relación entre el peso molecular del analito y el peso molecular de la forma gravimétrica, teniendo en cuenta los coeficientes estequiométricos.

El valor de los factores gravimétricos, calculado con gran precisión, se da en la literatura de referencia.

Ejemplo 1. ¿Cuántos gramos de Fe 2 O 3 se pueden obtener de 1,63 g de Fe 3 O 4? Calcular el factor gravimétrico.

Decisión.Debe admitirse que Fe 3 O 4 cuantificado en Fe 2 O 3 y para esto hay suficiente oxígeno:

2 Fe 3 O 4 + [O] ↔ 3 Fe 2 O 3

De cada mol de Fe 3 O 4 se obtienen 3/2 moles de Fe 2 O 3. Así, el número de moles de Fe 2 O 3 es 3/2 veces mayor que el número de moles de Fe 3 O 4, es decir:

nM (Fe 2 O 3 ) = 3/2 nM (Fe 3 O 4 );

m (Fe 2 O 3) / M (Fe 2 O 3) \u003d 3/2 m (Fe 3 O 4) / M (Fe 3 O 4)

donde norte - el número de moles del componente determinado, del cual se obtiene un mol de la forma gravimétrica; metro - masa de sustancia, g; METRO- masa molar de la sustancia, g/mol.

De la fórmula m (Fe 2 O 3) \u003d 3/2 (m (Fe 3 O 4) ∙ M (Fe 2 O 3)) / M (Fe 3 O 4)

obtenemos

m (Fe 2 O 3) \u003d m (Fe 3 O 4) ∙ 3M (Fe 2 O 3) / 2M (Fe 3 O 4)

y sustituir valores numéricos en él:

m (Fe 2 O 3) \u003d 1.63 ∙ (3 ∙ 159.7) / (2 ∙ 231.5) \u003d 1.687 ≈ 1.69 g.

Factor gravimétrico F es igual a:

F \u003d 3M (Fe 2 O 3) / 2M (Fe 3 O 4) \u003d 1.035.

Por tanto, en el caso general, el factor gravimétrico viene determinado por la fórmula:

F = (a ∙ M def. in-in) / ( b ∙ M gr.f),

donde un y bson números enteros pequeños por los que se deben multiplicar los pesos moleculares para que el número de moles en el numerador y el denominador sea químicamente equivalente.

Sin embargo, estos cálculos no son aplicables en todos los casos. En la determinación indirecta de hierro en Fe 2 (SO 4) 3, que consiste en la precipitación y pesaje de BaSO 4 (forma gravimétrica), al calcular el factor analítico, no existe un elemento común en el numerador y denominador de la fórmula. Aquí se necesita otra forma de expresar la equivalencia química entre estas cantidades:

2 M(Fe 3+ ) ≡≡ l M(Fe 2 (SO 4) 3) ≡≡ 3 M(SO 4 2-) ≡≡ 3 M(BaSO 4).

El factor gravimétrico para el porcentaje en masa de hierro se expresará como:

F \u003d 2M (Fe 3+ ) / 3M (BaSO 4) .

Ejemplo 2. Se precipitó una solución del fármaco Na 3 PO 4 (m n = 0,7030 g) en forma de MgNH 4 PO 4 ∙ 6H 2 O. Después de filtrar y lavar, el precipitado se calcinó a 1000 ˚C. La masa del precipitado resultante Mg 2 P 2 O 7 fue de 0,4320 g Calcular el porcentaje en masa de fósforo en la muestra

Decisión.

m gr.f (Mg 2 P 2 O 7) = 0,4320 g;

F \u003d 2M (P) / M (Mg 2 P 2 O 7) \u003d 0.2782; m n \u003d 0.7030 g;

W ,% = metro gr.f ∙ F ∙ 100 / metro norte

w,% (P) = 0,4320 ∙ 0,2782 ∙ 100 / 0,7030 = 17,10%.

Ejemplo 3. Al calcinar la preparación contaminada de oxalato de sodio m n = 1,3906 g, se obtuvo un residuo de masa m gr.f = 1,1436 g Determinar el grado de pureza de la muestra. t

Na 2 C 2 O 4 → Na 2 CO 3 + CO

Decisión. Debe suponerse que la diferencia entre las masas inicial y final corresponde a la pérdida de óxido de carbono durante la calcinación. El análisis se basa en la medición de esta cantidad:

n (CO) \u003d n (Na 2 C 2 O 4),

por lo tanto,

w,% (Na 2 C 2 O 4) \u003d (m n - m gr.f) ∙ F ∙ 100 / m n;

F \u003d M (Na 2 C 2 O 4) / M (CO) \u003d 4.784;

w,% (Na 2 C 2 O 4) \u003d (1.3906 - 1.1436) ∙ 4.784 ∙ 100 / 1.3906 \u003d 84.97%.

ELECCIÓN DEL PESO EN GRAVIMETRÍA

Como es sabido, la precisión del análisis depende tanto del peso de la muestra como del peso de la forma gravimétrica obtenida a partir de ella. Si la muestra se toma con gran precisión y la forma gravimétrica obtenida de ella es un valor pequeño medido con un gran error, entonces todo el análisis se realizará con un error cometido al pesar la forma gravimétrica. Por lo tanto, dicha muestra debe tomarse de modo que al pesarla y al pesar la forma gravimétrica obtenida de ella, el error no supere el ± 0,2%. Para ello, es necesario determinar la masa mínima que todavía se puede pesar con una precisión de ± 0,2 % en una balanza analítica con un error absoluto de pesaje de ± 0,0001 g, y el error mínimo, teniendo en cuenta la posible dispersión ( ±), en este caso será igual a 2 ∙ ( ±0.000 1) = ±0.0002 g.

100 g - ± 0,2 g

x - ± 0,0002g

x = 0,1 gramos

Por lo tanto, tal masa mínimammínes 0,1 g Si el valor es inferior a 0,1 g, el error superará el 0,2%. Al calcular la masa de una muestra en el análisis gravimétrico, la masa de la forma gravimétrica del componente se equipara a la masa mínima de la sustancia:

m gr.f \u003d m min, m n \u003d m min ∙ F ∙ 100 / w, %.

Si el valor de la masa de la muestra calculada de acuerdo con la fórmula indicada resulta ser inferior a 0,1 g, entonces la muestra debe aumentarse a 0,1 g y para cristalino de 0,1 a 0,5 g.

Cálculo de la cantidad de precipitante se lleva a cabo teniendo en cuenta el posible contenido del componente determinado en la muestra analizada. Se usa un exceso moderado del precipitante para completar la separación del precipitado. Si el precipitante es volátil (por ejemplo, una solución de ácido clorhídrico), se toma un exceso de dos o tres veces, que luego se elimina calentando el precipitado. Si el precipitante no es volátil (soluciones de cloruro de bario, oxalato de amonio, nitrato de plata, etc.), es suficiente un exceso de una vez y media.

ESCALAS ANALÍTICAS. NORMAS PARA SU MANEJO

Balance analítico - es exacto dispositivo físico, cuyo uso está permitido con estricta observancia de las reglas que aseguran la necesaria reproducibilidad y precisión del pesaje.

Reglas para el manejo de balanzas analíticas incluir los siguientes requisitos básicos:

1. La balanza debe colocarse sobre una superficie rígida,

protegiéndolos de varios golpes, y en una sala especialmente equipada: la sala de pesas.

2. Las fluctuaciones bruscas de temperatura, la exposición a la luz solar directa, así como la exposición a balances analíticos de productos químicos son inaceptables.

3. La carga máxima permitida de la balanza analítica no debe ser superior a 200 g.

4. Al pesar objetos en una balanza analítica, es necesario que tengan la temperatura de la sala de pesaje.

5. La sustancia a pesar se coloca en el platillo de la balanza izquierda en un recipiente especial (botellas, crisoles, vidrio de reloj). Los pesos de la pesa analítica se colocan en el platillo de la báscula derecha.

6. Los artículos pesados y los pesos se introducen por las puertas laterales de las básculas (cortinas). El pesaje se realiza únicamente con las puertas de la balanza cerradas.

7. Los pesos de peso analítico se toman solo con pinzas especialmente diseñadas. Todas las operaciones con cambio de peso se realizan con enjaulamiento completo de balanzas.

8. Antes y después de cada pesaje, compruebe el punto cero de la balanza.

9. Coloque las pesas y los objetos a pesar en el centro de los platillos para evitar inclinarlos.

10. El registro de los resultados del pesaje se realiza según los nidos vacíos del peso analítico y según los datos de los bidones con décimas y centésimas de gramo. Los lugares decimales tercero y cuarto se eliminan de la pantalla luminosa.

11. Al finalizar el pesaje, asegúrese de que las básculas estén enjauladas, completamente descargadas y que las puertas de la caja estén bien cerradas.

12. Para reducir el error de pesaje, es necesario utilizar una pesa analítica destinada a balanzas analíticas estrictamente definidas.

Cabe señalar que incluso si se observan todas las reglas anteriores

Pueden ocurrir errores de pesaje dependiendo de varias razones:

· causado por el desequilibrio de la barra de equilibrio;

· debido a cambios en el peso corporal durante el proceso de pesaje;

· debido al pesaje en el aire, no en el vacío;

· causado por la discrepancia entre los pesos (pesos) de su nominal

masa.

APLICACIÓN DEL MÉTODO DE ANÁLISIS GRAVIMÉTRICO

El uso de precipitantes inorgánicos permite obtener sales u óxidos de analitos en forma gravimétrica. Los reactivos inorgánicos no difieren en la especificidad, pero los más utilizados en el análisis son: NH 4 OH(Fe2O3, SnO2); H 2 S(C tu S, ZnS o ZnSO 4 , As 2 S 3 o As 2 S 5 , Bi 2 S 3); (NH4)2S(HgS); NH 4 H 2 PO 4(Mg2P2O7, Al3PO4, Mn2P2O7); H 2 SO 4(PbSO4, BaSO4, SrSO4); H 2 C 2 O 4(CaO); NS yo(AgCl, Hg 2 Cl 2 , Na como NaCl de butanol); AgNO3(AgCl, AgBr, AgI); BaCl2(BaSO4), etc.

En ocasiones las definiciones gravimétricas se basan en la restitución del componente determinado a un elemento que sirva de forma gravimétrica.

Para la determinación gravimétrica de sustancias inorgánicas, se han propuesto una serie de reactivos orgánicos que, por regla general, tienen una mayor selectividad. Se conocen dos clases de reactivos orgánicos. Los primeros forman compuestos complejos (de coordinación) escasamente solubles y contienen al menos dos grupos funcionales que tienen un par de electrones no compartidos. También se les llama agentes quelantes, por ejemplo, la 8-hidroxiquinolina precipita más de veinte cationes:

norte

Vaya

La solubilidad de los oxiquinolatos metálicos varía ampliamente según la naturaleza del catión y el valor de pH del medio.

En 1885, se propuso el l-nitroso-2-naftol, uno de los primeros reactivos orgánicos selectivos, ampliamente utilizado para la determinación de cobalto en presencia de níquel, así como para la determinación de bismuto (3), cromo ( III), mercurio (II), estaño (IV), etc.:

La diacetildioxima (dimetilglioxima) es altamente selectiva y se usa ampliamente para la determinación gravimétrica de concentraciones bajas de níquel:

CH 3 ─ C ─ C ─ CH 3

│ │

OH-NN-OH

ERRORES DE GRAVIMETRÍA

El método de análisis gravimétrico da el resultado más correcto y, a pesar de la duración y la laboriosidad, se usa muy a menudo como método de verificación en los análisis de arbitraje. Los errores metodológicos sistemáticos en gravimetría pueden tenerse en cuenta y reducirse en el curso de la realización de las operaciones correspondientes ( pestaña. 1.2).

Errores metodológicos de la gravimetría

Operación gravimétrica	Error absoluto
Operación gravimétrica	positivo (resultado inflado)	negativo (resultado bajo)
La elección del precipitador: a) la naturaleza del precipitante b) cantidad de precipitante	Precipitante no volátil, no específico Ligero exceso de precipitante, coprecipitación de iones extraños	Alta solubilidad de la forma precipitada, formación de coloides. La falta de un precipitador. Demasiado exceso del precipitante, aumento de la solubilidad del precipitado como resultado de la complejación o efecto de la sal
precipitación	Coprecipitación de iones extraños	Tiempo de maduración insuficiente (precipitación cristalina). Formación coloidal (precipitados amorfos)
Filtración		Selección de filtro incorrecta: partículas de sedimento que pasan a través del filtro
Lavado	Lavado con un líquido de lavado no volátil	Exceso de líquido de lavado: peptización del precipitado amorfo; hidrólisis del precipitado cristalino. Pérdidas por solubilidad
Obtención de una forma gravimétrica	Temperatura de ignición: obtención de un compuesto de diferente composición, higroscopicidad, absorción de CO 2 del aire	Exceder la temperatura de secado para sedimentos de naturaleza orgánica. Superar la temperatura de calcinación (obtener un compuesto de diferente composición química)

Tabla 1.2

La corrección del método se explica por un pequeño error de medición sistemático asociado con la precisión del pesaje en una balanza analítica:

S x / x = √(S un / un ) 2 + 1/n (S m / m ) 2 ,

donde sa– precisión de pesaje en balanzas analíticas (0,0002 g para balanzas ADV-200; 0,00005 g para semimicrobalanzas, etc.); un– porción pesada de la sustancia analizada, g; t - peso de la forma gravimétrica, g; PAG - el número de calcinaciones o secados para obtener una masa constante.

El análisis de los datos proporcionados muestra que es posible identificar el tipo de error considerando el método de determinación, teniendo en cuenta el mecanismo de formación de la precipitación, las propiedades de las sustancias utilizadas y obtenidas durante el análisis.

En la actualidad, la importancia de los métodos de análisis gravimétricos ha disminuido un poco, pero no se debe olvidar que, teniendo ventajas y desventajas, el análisis gravimétrico es óptimo para resolver un número grande tareas analiticas.

Métodos de análisis cuantitativo. El análisis cuantitativo está diseñado para determinar la composición cuantitativa del analito. Existen métodos químicos, físicos y fisicoquímicos de análisis cuantitativo. La base de cualquier investigación cuantitativa es la medición. Los métodos químicos de análisis cuantitativo se basan en la medición de masa y volumen. Investigación cuantitativa permitió a los científicos establecer leyes básicas de la química como la ley de conservación de la masa de la materia, la ley de constancia de la composición, la ley de los equivalentes y otras leyes en las que se basa la ciencia química. Los principios del análisis cuantitativo son la base para el control químico-analítico de los procesos productivos varias industrias industria y constituyen el objeto de los llamados. análisis técnico. Existen 2 métodos principales de análisis químico cuantitativo: ponderal o gravimétrico y volumétrico o volumétrico.

El análisis de peso es un método de análisis cuantitativo en el que solo se mide con precisión la masa. Análisis volumétrico: basado en la medición precisa de la masa de sustancias y el volumen de una solución de un reactivo de concentración conocida, que reacciona con una cierta cantidad del analito. clase especial análisis de conteo es el análisis de gases y mezclas de gases, los llamados. análisis de gases, también realizado midiendo el volumen o la masa de la mezcla o gas analizado. La determinación de la misma sustancia se puede realizar por métodos de análisis ponderales o volumétricos. Al elegir un método de determinación, el analista debe tener en cuenta la precisión requerida del resultado, la sensibilidad de la reacción y la velocidad del análisis, y en el caso definiciones de masa- disponibilidad y costo de los reactivos utilizados. En relación con esto, se distinguen los métodos de análisis numérico macro, micro, semimicro y ultramicro, con la ayuda de los cuales es posible analizar las cantidades mínimas del analito. En la actualidad, los métodos químicos simples están siendo reemplazados cada vez más por métodos físicos y fisicoquímicos, que requieren instrumentos y equipos costosos.

Estudios ópticos, electroquímicos, cromatográficos, diversos espectro y fotométricos (infrarrojos, adsorción atómica, llama, etc.), potenciometría, polarografía, espectrometría de masas, estudios de RMN. Estos métodos, por un lado, agilizan la obtención de resultados, aumentan su precisión y la sensibilidad de las medidas: límite de detección (1-10 -9 μg) y concentración límite (hasta 10 -15 g/ml), selectividad (es posible determinar los componentes constituyentes de una mezcla sin separarlos y seleccionarlos), la posibilidad de su informatización y automatización. Pero por otro lado, se están alejando cada vez más de la química, reduciendo el conocimiento de los métodos químicos de análisis entre los analistas, lo que condujo a un deterioro en la enseñanza de la química en las escuelas, a la falta de buenos profesores de química equipados con laboratorios de química escolar y a una disminución del conocimiento de la química entre los escolares.

Las desventajas incluyen un error relativamente grande en la determinación (del 5 al 20%, mientras que el análisis químico da un error generalmente del 0,1 al 0,5%), la complejidad del equipo y su alto costo. Requisitos para reacciones en análisis cuantitativo. Las reacciones deben proceder rápidamente, hasta el final, si es posible, a temperatura ambiente. Las sustancias iniciales que entran en la reacción deben reaccionar en proporciones cuantitativas estrictamente definidas (estequiométricamente) y sin procesos secundarios. Las impurezas no deben interferir con el análisis cuantitativo. Los errores, los errores en las mediciones y los cálculos no se descartan durante las mediciones. Para eliminar errores, reducirlos al mínimo, la medición se realiza en repeticiones (determinaciones paralelas), al menos 2, y se realiza una evaluación metrológica de los resultados (es decir, la corrección y reproducibilidad de los resultados del análisis).

Las características más importantes de los métodos de análisis son su sensibilidad y precisión. La sensibilidad de un método de análisis es la cantidad más pequeña de una sustancia que puede determinarse de forma fiable mediante este método. La precisión del análisis es el error relativo de determinación, que es la relación entre la diferencia entre el contenido encontrado (x 1) y verdadero (x) de la sustancia y el contenido verdadero de la sustancia y se encuentra mediante la fórmula:

rel. osh.= (x 1 -x) / x, para expresar en porcentaje, multiplicar por 100. Se toma como contenido verdadero el contenido medio aritmético de la sustancia encontrado en el análisis de la muestra en 5-7 determinaciones.

Método Sensibilidad, mol/l Precisión, %

Valorimétrico 10 -4 0,2

Gravimétrico 10 -5 0,05

El análisis de peso (gravimétrico) es un método de análisis cuantitativo, en el que composición cuantitativa del analito se determina sobre la base de mediciones de masa, pesando con precisión la masa de una sustancia final estable de composición conocida, en la que este analito se convierte completamente. Por ejemplo, la determinación gravimétrica de ácido sulfúrico en una solución acuosa se lleva a cabo utilizando una solución acuosa de sal de bario: ВаС1 2 + Н 2 SO 4 > ВаSO 4 v +2 HCl. La precipitación se lleva a cabo en condiciones en las que casi todo el ion sulfato pasa al precipitado BaSO 4 con la mayor integridad, cuantitativamente, con pérdidas mínimas, debido a la solubilidad insignificante, pero aún existente, del sulfato de bario. A continuación, el precipitado se separa de la solución, se lava para eliminar las impurezas solubles, se seca, se calcina para eliminar las impurezas volátiles absorbidas y se pesa en una balanza analítica en forma de sulfato de bario anhidro puro. Y luego calcule la masa de ácido sulfúrico. Clasificación de los métodos de análisis gravimétrico. Métodos de precipitación, destilación, aislamiento, métodos termogravimétricos (termogravimetría).

Métodos de precipitación: el componente a determinar se une cuantitativamente a un compuesto químico en cuya forma se puede aislar y pesar. La composición de este compuesto debe estar estrictamente definida; se preciso fórmula química, y no debe contener impurezas extrañas. El compuesto en el que se pesa el componente a determinar se denomina forma ponderal xH 2 O seguido de su separación y calcinación a óxido Fe 2 O 3 (forma ponderal). Métodos de destilación. El componente a determinar se aísla de la muestra analizada en forma de sustancia gaseosa y se mide la masa de la sustancia destilada (método directo) o la masa del residuo (método indirecto).

El método directo se usa ampliamente para determinar el contenido de agua de los analitos destilándolos de una muestra pesada y condensándolos, y luego midiendo el volumen de agua condensada en el receptor. Por densidad se vuelve a calcular el volumen de agua por masa y, conociendo la masa de la muestra y del agua, se calcula el contenido de agua en la muestra analizada. El método de destilación indirecta es ampliamente utilizado para determinar el contenido sustancias volátiles(incluida el agua débilmente unida) cambiando la masa de la muestra antes y después del secado a un peso constante en un termostato (en un horno) a una temperatura constante. Las condiciones para la realización de dichas pruebas (temperatura, tiempo de secado) vienen determinadas por la naturaleza de la muestra y se indican específicamente en los manuales metodológicos.

Los métodos de aislamiento se basan en el aislamiento del analito de una solución por electrólisis en uno de los electrodos (método electrogravimétrico). Luego, el electrodo con la sustancia liberada se lava, seca y pesa. Al aumentar la masa del electrodo con la sustancia, se encuentra la masa de la sustancia liberada en el electrodo (las aleaciones de oro y cobre se transfieren a la solución).

Los métodos termogravimétricos no van acompañados de la separación de la sustancia de prueba, sino que se examina la muestra en sí, por lo tanto, estos métodos se denominan condicionalmente métodos de análisis gravimétricos. Los métodos se basan en medir la masa del analito durante su calentamiento continuo en un rango de temperatura dado en dispositivos especiales: derivatógrafos. De acuerdo con los termogravigramas obtenidos, al descifrarlos, es posible determinar el contenido de humedad y otros componentes del analito.

Las principales etapas de la determinación gravimétrica: cálculo del peso pesado de la muestra analizada y el volumen (o masa) del precipitante; pesar (tomar) una porción de la muestra; disolución de una muestra pesada de la muestra analizada; precipitación, es decir obtener una forma depositada del componente a determinar; filtración (separación del precipitado de las aguas madres); lavado de sedimentos; secar y (si es necesario) calcinar el precipitado hasta peso constante, es decir, obtener una forma gravimétrica; forma gravimétrica de pesaje; cálculo de resultados de análisis, su procesamiento estadístico y presentación. Cada una de estas operaciones tiene sus propias características.

Al calcular el peso óptimo de la muestra del analito, la posible fracción de masa del analito en la muestra analizada y en la forma gravimétrica, la masa de la forma gravimétrica, el error sistemático de pesaje en una balanza analítica (generalmente 0,0002), se tiene en cuenta la naturaleza del precipitado resultante: amorfo, finamente cristalino, grueso cristalino. El cálculo de la muestra inicial se basa en que la masa de la muestra gravimétrica debe ser de al menos 0,1 g. En el caso general, el límite inferior de la masa óptima m de la muestra inicial del analito (en gramos) es calculado por la fórmula: m = 100m (GF) F / W (X), donde m(GF) es la masa de la forma gravimétrica en gramos; F - factor gravimétrico, factor de conversión, factor analítico); W(X) - fracción de masa (en%) del componente determinado en la sustancia analizada. El factor gravimétrico F es numéricamente igual a la masa del componente determinado en gramos, correspondiente a un gramo de la forma gravimétrica.

El factor gravimétrico se calcula mediante la fórmula como la relación de la masa molar M(X) del componente determinado X a masa molar forma gravimétrica M(GF), multiplicado por el número n moles del analito, de donde se obtiene un mol de la forma gravimétrica: F = n M(X) / M (GF). Entonces, si se obtiene un mol de la forma gravimétrica Fe 2 O 3 de 2 moles de Fe C1 3 6H 2 O, entonces n \u003d 2. Si se obtiene un mol de la forma gravimétrica BaCrO 4 de un mol de Ba(NO 3) 2, luego n \u003d uno.

Métodos de análisis cuantitativo. El análisis cuantitativo está diseñado para determinar la composición cuantitativa del analito. Existen métodos químicos, físicos y fisicoquímicos de análisis cuantitativo. La base de cualquier investigación cuantitativa es la medición. Los métodos químicos de análisis cuantitativo se basan en la medición de masa y volumen. La investigación cuantitativa permitió a los científicos establecer leyes básicas de la química como la ley de conservación de la masa de la materia, la ley de constancia de la composición, la ley de los equivalentes y otras leyes en las que se basa la ciencia química. Los principios del análisis cuantitativo son la base para el control químico-analítico de los procesos de producción en diversas industrias y son objeto de los llamados. análisis técnico. Existen 2 métodos principales de análisis químico cuantitativo: ponderal o gravimétrico y volumétrico o volumétrico.

El análisis de peso es un método de análisis cuantitativo en el que solo se mide con precisión la masa. Análisis volumétrico: basado en la medición precisa de la masa de sustancias y el volumen de una solución de un reactivo de concentración conocida, que reacciona con una cierta cantidad del analito. Un tipo especial de análisis numérico es el análisis de gases y mezclas de gases, los llamados. análisis de gases, también realizado midiendo el volumen o la masa de la mezcla o gas analizado. La determinación de la misma sustancia se puede realizar por métodos de análisis ponderales o volumétricos. Al elegir un método de determinación, el analista debe tener en cuenta la precisión requerida del resultado, la sensibilidad de la reacción y la velocidad del análisis, y en el caso de determinaciones en masa, la disponibilidad y el costo de los reactivos utilizados.

En relación con esto, se distinguen los métodos de análisis numérico macro, micro, semimicro y ultramicro, con la ayuda de los cuales es posible analizar las cantidades mínimas del analito. En la actualidad, los métodos químicos simples están siendo reemplazados cada vez más por métodos físicos y fisicoquímicos, que requieren instrumentos y equipos costosos. Estudios ópticos, electroquímicos, cromatográficos, diversos espectro y fotométricos (infrarrojos, adsorción atómica, llama, etc.), potenciometría, polarografía, espectrometría de masas, estudios de RMN. Estos métodos, por un lado, agilizan la obtención de resultados, aumentan su precisión y la sensibilidad de las medidas: límite de detección (1-10 -9 μg) y concentración límite (hasta 10 -15 g/ml), selectividad (es posible determinar los componentes constituyentes de una mezcla sin separarlos y seleccionarlos), la posibilidad de su informatización y automatización.

Pero por otro lado, se están alejando cada vez más de la química, reduciendo el conocimiento de los métodos químicos de análisis entre los analistas, lo que condujo a un deterioro en la enseñanza de la química en las escuelas, a la falta de buenos profesores de química equipados con laboratorios de química escolar y a una disminución del conocimiento de la química entre los escolares. Las desventajas incluyen un error relativamente grande en la determinación (del 5 al 20%, mientras que el análisis químico da un error generalmente del 0,1 al 0,5%), la complejidad del equipo y su alto costo. Requisitos para reacciones en análisis cuantitativo. Las reacciones deben proceder rápidamente, hasta el final, si es posible, a temperatura ambiente. Las sustancias iniciales que entran en la reacción deben reaccionar en proporciones cuantitativas estrictamente definidas (estequiométricamente) y sin procesos secundarios. Las impurezas no deben interferir con el análisis cuantitativo. Los errores, los errores en las mediciones y los cálculos no se descartan durante las mediciones. Para eliminar errores, reducirlos al mínimo, la medición se realiza en repeticiones (determinaciones paralelas), al menos 2, y se realiza una evaluación metrológica de los resultados (es decir, la corrección y reproducibilidad de los resultados del análisis).

Clasificación de los métodos químicos de análisis cuantitativo:

Método volumétrico. Medición del volumen de una solución de reactivo de concentración exactamente conocida consumida en una reacción.

Gravimétrico. Medida de la masa del analito o de sus constituyentes, aislados en forma de los correspondientes compuestos.

Las características más importantes de los métodos de análisis son su sensibilidad y precisión. La sensibilidad de un método de análisis es la cantidad más pequeña de una sustancia que puede determinarse de forma fiable mediante este método. La precisión del análisis es el error relativo de la determinación, que es la razón de la diferencia encontrada (x 1) y el contenido verdadero (x) de la sustancia al contenido verdadero de la sustancia y se encuentran mediante la fórmula:

El análisis de peso (gravimétrico) es un método de análisis cuantitativo, en el que la composición cuantitativa del analito se determina sobre la base de mediciones de masa, pesando con precisión la masa de una sustancia final estable de composición conocida, en la que este analito está completamente convertido. Por ejemplo, la determinación gravimétrica de ácido sulfúrico en una solución acuosa se lleva a cabo utilizando una solución acuosa de sal de bario: ВаС1 2 + Н 2 SO 4 > ВаSO 4 v +2 HCl. La precipitación se lleva a cabo en condiciones en las que casi todo el ion sulfato pasa al precipitado BaSO 4 con la mayor integridad, cuantitativamente, con pérdidas mínimas, debido a la solubilidad insignificante, pero aún existente, del sulfato de bario.

A continuación, el precipitado se separa de la solución, se lava para eliminar las impurezas solubles, se seca, se calcina para eliminar las impurezas volátiles absorbidas y se pesa en una balanza analítica en forma de sulfato de bario anhidro puro. Y luego calcule la masa de ácido sulfúrico. Clasificación de los métodos de análisis gravimétrico. Métodos de precipitación, destilación, aislamiento, métodos termogravimétricos (termogravimetría). Métodos de precipitación: el componente a determinar se une cuantitativamente a un compuesto químico en cuya forma se puede aislar y pesar. La composición de este compuesto debe estar estrictamente definida; expresarse con precisión mediante una fórmula química, y debe estar libre de cualquier materia extraña. El compuesto en el que se pesa el componente a determinar se denomina forma de peso.

Ejemplo, determinación de H 2 SO 4 (arriba), determinación de la fracción de masa de hierro en sus sales solubles, basada en la precipitación de hierro (111) en forma de hidróxido de Fe (OH) 3 x H 2 O, seguido de su separación y calcinación a óxido Fe 2 O 3 (forma ponderal). Métodos de destilación. El componente a determinar se aísla de la muestra analizada en forma de sustancia gaseosa y se mide la masa de la sustancia destilada (método directo) o la masa del residuo (método indirecto). El método directo se usa ampliamente para determinar el contenido de agua de los analitos destilándolos de una muestra pesada y condensándolos, y luego midiendo el volumen de agua condensada en el receptor. Por densidad se vuelve a calcular el volumen de agua por masa y, conociendo la masa de la muestra y del agua, se calcula el contenido de agua en la muestra analizada. El método de destilación indirecta se usa ampliamente para determinar el contenido de sustancias volátiles (incluida el agua débilmente ligada) cambiando la masa de una muestra antes y después del secado a peso constante en un termostato (en un horno) a una temperatura constante.

Las condiciones para la realización de dichas pruebas (temperatura, tiempo de secado) vienen determinadas por la naturaleza de la muestra y se indican específicamente en los manuales metodológicos. Los métodos de aislamiento se basan en el aislamiento del analito de una solución por electrólisis en uno de los electrodos (método electrogravimétrico). Luego, el electrodo con la sustancia liberada se lava, seca y pesa. Al aumentar la masa del electrodo con la sustancia, se encuentra la masa de la sustancia liberada en el electrodo (las aleaciones de oro y cobre se transfieren a la solución). Los métodos termogravimétricos no van acompañados de la separación de la sustancia de prueba, sino que se examina la muestra en sí, por lo tanto, estos métodos se denominan condicionalmente métodos de análisis gravimétricos. Los métodos se basan en medir la masa del analito durante su calentamiento continuo en un rango de temperatura dado en dispositivos especiales: derivatógrafos.

De acuerdo con los termogravigramas obtenidos, al descifrarlos, es posible determinar el contenido de humedad y otros componentes del analito. Las principales etapas de la determinación gravimétrica: cálculo del peso pesado de la muestra analizada y el volumen (o masa) del precipitante; pesar (tomar) una porción de la muestra; disolución de una muestra pesada de la muestra analizada; precipitación, es decir obtener una forma depositada del componente a determinar; filtración (separación del precipitado de las aguas madres); lavado de sedimentos; secar y (si es necesario) calcinar el precipitado hasta peso constante, es decir, obtener una forma gravimétrica; forma gravimétrica de pesaje; cálculo de resultados de análisis, su procesamiento estadístico y presentación. Cada una de estas operaciones tiene sus propias características. Al calcular el peso óptimo de la muestra del analito, la posible fracción de masa del analito en la muestra analizada y en la forma gravimétrica, la masa de la forma gravimétrica, el error sistemático de pesaje en una balanza analítica (generalmente 0,0002), se tiene en cuenta la naturaleza del precipitado resultante: amorfo, finamente cristalino, grueso cristalino. El cálculo de la muestra inicial se basa en que la masa de la muestra gravimétrica debe ser de al menos 0,1 g.

En el caso general, el límite inferior de la masa óptima m de la muestra inicial del analito (en gramos) se calcula mediante la fórmula:

m = 100m (GF) F/A(X),

donde m(GF) es la masa de la forma gravimétrica en gramos; F - factor gravimétrico, factor de conversión, factor analítico); W(X) - fracción de masa (en%) del componente determinado en la sustancia analizada. El factor gravimétrico F es numéricamente igual a la masa del componente determinado en gramos, correspondiente a un gramo de la forma gravimétrica.

El factor gravimétrico se calcula mediante la fórmula como la relación entre la masa molar M(X) del componente determinado X y la masa molar de la forma gravimétrica M(GF), multiplicada por el número n moles del componente determinado, del cual se obtiene un mol de la forma gravimétrica:

F = n M(X) / M (GF).

Entonces, si se obtiene un mol de la forma gravimétrica Fe 2 O 3 de 2 moles de Fe C1 3 6H 2 O, entonces n \u003d 2. Si se obtiene un mol de la forma gravimétrica BaCrO 4 de un mol de Ba(NO 3) 2, luego n \u003d uno.

La tarea del análisis cuantitativo es determinar el contenido cuantitativo de los constituyentes individuales en la sustancia o mezcla de prueba. Los resultados de la determinación cuantitativa suelen expresarse en porcentaje. El análisis cuantitativo se utiliza en biología, fisiología, medicina, bioquímica, química de los alimentos, etc.

Todos los métodos de análisis cuantitativo se pueden dividir en tres grupos principales.

1. Análisis gravimétrico (peso). El análisis gravimétrico es la determinación de la cantidad de un componente (elemento o ion) por la masa de la sustancia obtenida como resultado del análisis. En los métodos de este grupo, la parte determinada del analito se aísla en forma pura o en forma de un compuesto de composición conocida, cuya masa se determina.

Por ejemplo, para determinar la cantidad de bario en sus compuestos, el ion Ba 2+ se precipita con ácido sulfúrico diluido:

ВаС1 2 + H 2 S0 4 = BaS0 4 | + 2HC1.

El precipitado de BaSO 4 se filtra, lava, calcina y pesa con precisión. Conociendo la masa del precipitado BaS0 4 y su fórmula, calcule cuánto bario contiene. El método gravimétrico da resultados de alta precisión, pero requiere mucha mano de obra.

2. Análisis valorimétrico (volumétrico). El análisis volumétrico se basa en la medición precisa de la cantidad de reactivo utilizado en la reacción con el analito.
componente. El reactivo se toma en forma de una solución de cierta concentración: solución titulada. Momento,
cuando el reactivo se agrega en una cantidad equivalente al contenido del componente que se determina, es decir, el momento en que se completa la reacción se determina de varias maneras. Durante la valoración, se añade una cantidad de reactivo equivalente a la cantidad de analito. Conociendo el volumen y la concentración exacta de la solución que reaccionó con el analito, se calcula la cantidad de analito.

El análisis volumétrico da resultados menos precisos que el análisis gravimétrico, pero su importante ventaja es la alta velocidad de análisis. Dependiendo del tipo de reacciones que ocurran durante la titulación, el análisis volumétrico se divide en tres grupos: métodos de titulación ácido-base, métodos de redoximetría y métodos de precipitación y formación de complejos.

3. Métodos de fotometría. En este método, la cantidad de una sustancia está determinada por la intensidad del color de la solución. Para hacer esto, use las llamadas reacciones de color, es decir, reacciones acompañadas de un cambio en el color de la solución. Por ejemplo, al determinar la cantidad de hierro, se usa la reacción

FeCl3 + 3KSCN 7-Fe(SCN)3 + 3KCI,

dando lugar a la formación de una solución roja. La intensidad del color de la solución se evalúa visualmente o con la ayuda de instrumentos apropiados.

A veces, el componente a determinar se convierte en un compuesto poco soluble y el contenido del analito se juzga por la intensidad de la turbidez de la solución. Un método basado en este principio se llama nefelometría. Los métodos de fotometría y nefelometría se utilizan para determinar los componentes que componen el analito en cantidades muy pequeñas. La precisión de este método es menor que la gravimétrica o volumétrica.

Además de estos métodos, existen otros: análisis de gases, análisis espectral, métodos electroquímicos y cromatográficos. Este tutorial no cubre estos métodos.

Todos los métodos de análisis cuantitativo se dividen en químicos y fisicoquímicos. Los métodos químicos incluyen análisis gravimétrico, volumétrico y de gases, los métodos fisicoquímicos incluyen fotometría y nefelometría, métodos de análisis electroquímicos, espectrales y cromatográficos.

En el análisis cuantitativo se distinguen los métodos macro, micro y semimicro. Este tutorial cubre solo el método macro. Al realizar determinaciones macro, se determinan cantidades relativamente grandes (0,01-0,1 g) de una sustancia. La excepción son los métodos fotométricos y nefelométricos, en los que la cantidad del analito es una fracción de un miligramo.