Podstawowe metody analizy ilościowej. Obliczenia w analizie miareczkowej. Metody analizy jakościowej

20.09.2019

Analiza ilościowa pozwala ustalić skład pierwiastkowy i molekularny badanego obiektu lub zawartość poszczególnych jego składników.

W zależności od przedmiotu badań rozróżnia się analizę nieorganiczną i organiczną. Z kolei dzielą się na analizę elementarną, której zadaniem jest ustalenie, ile pierwiastków (jonów) zawiera analizowany obiekt, na analizy molekularne i funkcjonalne, które dają odpowiedź na temat ilościowej zawartości rodników, związków i grupy funkcyjne atomów w analizowanym obiekcie.

Metody analizy ilościowej

Klasycznymi metodami analizy ilościowej są analiza grawimetryczna (masowa) i miareczkowa (objętościowa).

Instrumentalne metody analizy

Fotometria i spektrofotometria

Metoda opiera się na wykorzystaniu podstawowego prawa pochłaniania światła. A=elc. Gdzie A jest pochłanianiem światła, e jest molowym współczynnikiem pochłaniania światła, l jest długością warstwy pochłaniającej w centymetrach, c jest stężeniem roztworu. Istnieje kilka metod fotometrii:

1. Spektroskopia absorpcji atomowej

2. Spektroskopia emisji atomowej.

3. Spektroskopia molekularna.

Spektroskopia absorpcji atomowej

Do przeprowadzenia analizy tą metodą potrzebny jest spektrometr. Istotą analizy jest naświetlenie zatomizowanej próbki światłem monochromatycznym, a następnie rozłożenie światła, które przeszło przez próbkę, za pomocą dowolnego rozpraszacza światła i detektora w celu ustalenia absorpcji.

Do rozpylenia próbki stosuje się różne atomizery. W szczególności: płomień, iskra wysokiego napięcia, plazma sprzężona indukcyjnie. Każdy atomizer ma swoje plusy i minusy. Do rozkładu światła stosuje się również różne dyspergatory. To siatka dyfrakcyjna, pryzmat, filtr światła.

Spektroskopia emisji atomowej

Ta metoda różni się nieco od metody absorpcji atomowej. Jeśli w nim oddzielnym źródłem światła było źródło światła, to w metodzie emisji atomowej sama próbka służy jako źródło promieniowania. Wszystko inne jest podobne.

Chromatografia

Chromatografia (z gr. chroma, chromatos dopełniacza – barwa, farba i… grafika), fizykochemiczna metoda rozdzielania i analizy mieszanin polegająca na podziale ich składników między dwie fazy – stacjonarną i ruchomą (eluent), przepływającą przez stacjonarną jeden.

Odniesienie do historii. Metodę opracował w 1903 roku M. Tsvet, który wykazał, że gdy mieszanina pigmentów roślinnych przechodzi przez warstwę bezbarwnego sorbentu, poszczególne substancje układają się w postaci odrębnych stref barwnych. Otrzymaną w ten sposób kolumnę z kolorowym sorbentem warstwa po warstwie nazwał chromatogramem, a metodę - X. Następnie termin „chromatogram” zaczął odnosić się do różnych metod utrwalania wyników wielu typów X. H. nie uzyskał prawidłowego rozwoju. Dopiero w 1941 roku A. Martin i R. Sing odkryli metodę chromatografii dystrybucyjnej i wykazali jej szerokie możliwości badania białek i węglowodanów. W latach 50. Martin i amerykański naukowiec A. James opracowali metodę gazowo-cieczową rentgenowską.

Główne typy Ch. W zależności od charakteru oddziaływania, które determinuje rozkład składników między eluentem a fazą stacjonarną, rozróżnia się następujące główne typy Ch. - adsorpcja, dystrybucja, wymiana jonowa, wykluczenie (sito molekularne) i osadowe. Adsorpcja chloru opiera się na różnicy w sorbowalności substancji, które mają być oddzielone przez adsorbent ( solidny z rozwiniętą powierzchnią); chemia rozdzielcza - o różnej rozpuszczalności składników mieszaniny w fazie stacjonarnej (wysokowrząca ciecz osadzona na stałym nośniku makroporowatym) i eluencie (należy pamiętać, że przy mechanizmie rozdziału rozdzielczego ruch stref składowych częściowo wpływa również na interakcję adsorpcyjną analizowanych składników z sorbentem stałym ); chemia jonowymienna - o różnicy stałych równowagi jonowymiennej między fazą stacjonarną (jonitem) a składnikami rozdzielanej mieszaniny; wykluczenie (sito molekularne) rozdz. - o różnej przepuszczalności cząsteczek składników do fazy stacjonarnej (wysoce porowaty żel niejonowy). Chromatografia wykluczania dzieli się na filtrację żelową (GPC), w której eluentem jest rozpuszczalnik niewodny, oraz filtrację żelową, w której eluentem jest woda. Osad X opiera się na różnej zdolności oddzielonych składników do wytrącania się na stałej fazie stacjonarnej.

W zależności od stanu skupienia eluentu rozróżnia się chemię gazową i cieczową.W zależności od stanu skupienia fazy stacjonarnej chromatografią gazową może być adsorpcja gazowa (faza stacjonarna jest adsorbentem stałym) oraz gazowo-cieczowa ( faza stacjonarna jest cieczą), podczas gdy ciekły chlor jest cieczą adsorpcyjną (lub ciało stałe-ciecz) i ciecz-ciecz. Ten ostatni, podobnie jak gaz-ciecz, jest chemią rozdzielczą.Chemia ciało stałe-ciecz obejmuje chemię cienkowarstwową i chemię papieru.

Występują kolumny X i planarne. W kolumnie specjalne rurki - kolumny wypełnione są sorbentem, a faza ruchoma przemieszcza się wewnątrz kolumny na skutek spadku ciśnienia. Odmianą chloru w kolumnie jest metoda kapilarna, w której cienka warstwa sorbentu jest nakładana na wewnętrzne ścianki rurki kapilarnej. Płaskie zimno dzieli się na cienkowarstwowe i papierowe. W przypadku chloru cienkowarstwowego na płyty szklane lub metalowe nakłada się cienką warstwę ziarnistego sorbentu lub porowatą folię; w przypadku chromatografii bibułowej stosuje się specjalny papier chromatograficzny. W chemii planarnej ruch fazy ruchomej następuje z powodu sił kapilarnych.

Podczas chromatografii istnieje możliwość zmiany temperatury, składu eluentu, jego natężenia przepływu i innych parametrów zgodnie z danym programem.

W zależności od sposobu przemieszczania rozdzielanej mieszaniny wzdłuż warstwy sorbentu występują: następujące opcje X.: czołowy, rozwijający się i przemieszczający. W wersji czołowej do warstwy sorbentu wprowadzana jest w sposób ciągły oddzielona mieszanina składająca się z gazu nośnego i rozdzielonych składników np. 1, 2, 3, 4, która sama jest fazą ruchomą. Jakiś czas po rozpoczęciu procesu najmniej sorbowany składnik (np. 1) wyprzedza resztę i wychodzi jako strefa czystej substancji przed wszystkim, a za nią, w kolejności sorpcji, strefy mieszanin elementy są rozmieszczone kolejno: 1 + 2, 1 + 2 + 3, 1 + 2 + 3 + 4 (ryc., a). W wariancie rozwijającym strumień eluentu przepływa w sposób ciągły przez warstwę sorbentu, a do warstwy sorbentu wprowadzana jest okresowo mieszanina substancji przeznaczonych do rozdzielenia. Po pewnym czasie początkowa mieszanina jest dzielona na substancje czyste, które znajdują się w wydzielonych strefach na sorbencie, pomiędzy którymi znajdują się strefy eluentu (rys. b). W wariancie wyporowym rozdzielana mieszanina jest wprowadzana do sorbentu, a następnie do strumienia gazu nośnego zawierającego wypieracz (eluent), podczas którego mieszanina po określonym czasie zostaje podzielona na strefy czystych substancji, pomiędzy którymi są strefami ich mieszanki (ryc., c). Szereg rodzajów chromatografii wykonuje się za pomocą przyrządów zwanych chromatografami, w większości z których wykorzystuje się rozwijający się wariant chromatografii.Chromatografy służą do analizy i do preparatywnego (w tym przemysłowego) rozdzielania mieszanin substancji. W trakcie analizy substancje rozdzielone w kolumnie chromatograficznej wraz z eluentem wchodzą w różnych odstępach czasu do urządzenia detekcyjnego zainstalowanego na wylocie kolumny chromatograficznej, która rejestruje ich stężenia w czasie. Powstała krzywa wyjściowa nazywana jest chromatogramem. W przypadku jakościowej analizy chromatograficznej określa się czas od momentu wstrzyknięcia próbki do wyjścia każdego składnika z kolumny w danej temperaturze i przy użyciu określonego eluentu. Do analizy ilościowej określa się wysokości lub powierzchnie pików chromatograficznych, biorąc pod uwagę współczynniki czułości urządzenia detekcyjnego zastosowanego do analizowanych substancji.

Chromatografia gazowa, w której jako eluent (gaz nośny) stosuje się hel, azot, argon i inne gazy, jest najszerzej stosowana do analizy i separacji substancji, które przechodzą w stan pary bez rozkładu. Żele krzemionkowe, żele aluminiowe, sita molekularne, polimery porowate i inne sorbenty o powierzchni właściwej 5–500 m2/g są stosowane jako sorbenty (cząstki o średnicy 0,1–0,5 mm) w wariancie z adsorpcją gazów X. W przypadku chemii gaz-ciecz sorbent przygotowuje się przez nałożenie cieczy w postaci filmu (wysokowrzące węglowodory, estry, siloksany itp.) o grubości kilku mikronów na stałe podłoże o powierzchni właściwej 0,5– 5 m2/g lub więcej. Graniczne temperatury robocze dla wersji X z adsorpcją gazową wynoszą od -70 do 600 °C, dla wersji gazowo-cieczowej od -20 do 400 °C. Gazowy chlor może oddzielić kilka cm3 gazu lub mg ciekłych (stałych) substancji; czas analizy od kilku sekund do kilku godzin.

W chemii kolumn ciekłych jako eluent stosuje się wysoce lotne rozpuszczalniki (na przykład węglowodory, etery i alkohole), a żele krzemionkowe (w tym żele krzemionkowe z różnymi grupami funkcyjnymi, takimi jak eter, alkohol i inne, chemicznie szczepione do powierzchni) stosuje się jako fazę stacjonarną), żele aluminiowe, porowate szkła; wielkość cząstek wszystkich tych sorbentów wynosi kilka mikronów. Dostarczając eluent pod ciśnieniem do 50 MN/m2 (500 kgf/cm2) możliwe jest skrócenie czasu analizy z 2-3 godzin do kilku minut. W celu zwiększenia efektywności rozdzielania złożonych mieszanin wykorzystuje się programowaną w czasie zmianę właściwości eluentu poprzez mieszanie rozpuszczalników o różnej polarności (elucja gradientowa).

Chemia płynnych sit molekularnych wyróżnia się ścisłym zastosowaniem sorbentów z porami pewien rozmiar(szkła porowate, sita molekularne, w tym dekstran i inne żele). W chlorku cienkowarstwowym i papierowym, badaną ciekłą mieszaninę nanosi się na linię startową (początek płyty lub paska papieru), a następnie rozdziela na składniki wznoszącym lub opadającym strumieniem eluentu. Późniejsze wykrywanie (rozwój) rozdzielonych substancji na chromatogramie (jak w tych przypadkach nazywa się płytkę z nałożonym na nią sorbentem lub papierem chromatograficznym, na którym badana mieszanina została rozdzielona na składniki) odbywa się za pomocą spektroskopii w ultrafiolecie (UV) , spektroskopia w podczerwieni (IR) czy odczynniki procesowe, które tworzą barwne związki z analizowanymi substancjami.

Skład mieszanin charakteryzuje się jakościowo za pomocą tego rodzaju chloru określoną prędkością ruchu plamek substancji w stosunku do prędkości ruchu rozpuszczalnika w danych warunkach. Analizę ilościową przeprowadza się poprzez pomiar intensywności barwy substancji na chromatogramie.

Ch. metale szlachetne), oddzielanie pierwiastków rzadkich i śladowych.

Chemia gazów służy do separacji gazów oraz do oznaczania zanieczyszczeń substancji szkodliwych w powietrzu, wodzie, glebie i produktach przemysłowych; określenie składu produktów głównej syntezy organicznej i petrochemicznej, spalin, leki, jak również w kryminalistyce itp. Urządzenia i metody analizy gazów w statki kosmiczne, analiza atmosfery Marsa, identyfikacja materia organiczna w skałach księżycowych itp.

Chemia gazów służy również do określania właściwości fizykochemicznych poszczególnych związków: ciepła adsorpcji i rozpuszczania, entalpii, entropii, stałych równowagi i tworzenia kompleksów; w przypadku ciał stałych metoda ta pozwala zmierzyć powierzchnię właściwą, porowatość, aktywność katalityczną.

Ciekły chlor jest używany do analizowania, oddzielania i oczyszczania syntetycznych polimerów, leków, detergentów, białek, hormonów i innych ważnych biologicznie związków. Zastosowanie bardzo czułych detektorów umożliwia pracę z bardzo małymi ilościami substancji (10-11-10-9 g), co jest niezwykle ważne w badania biologiczne. Często stosowane sita molekularne X. i X. według powinowactwa; ta ostatnia opiera się na zdolności cząsteczek substancji biologicznych do selektywnego wiązania się ze sobą.

Chlor cienkowarstwowy i papierowy służy do analizy tłuszczów, węglowodanów, białek oraz innych substancji naturalnych i związków nieorganicznych.

W niektórych przypadkach chlor jest używany do identyfikacji substancji w połączeniu z innymi właściwościami fizykochemicznymi i metody fizyczne na przykład za pomocą spektrometrii masowej, spektroskopii IR, UV itp. Do interpretacji chromatogramów i wyboru warunków doświadczalnych stosuje się komputer.

Lit.: Zhukhovitsky A.A., Turkeltaub N.M., Chromatografia gazowa, M., 1962; Kiselev A.V., Yashin Ya.I., Chromatografia adsorpcyjna gazu, M., 1967; Sakodynsky K.I., Volkov SA, Preparatywna chromatografia gazowa, M., 1972; Golbert K.A., Vigdergauz M.S., Przebieg chromatografii gazowej, M., 1974; Chromatografia na papierze, przeł. z Czech., M., 1962; Determan G., Chromatografia żelowa, trans. z niem., M., 1970; Morris C.J.O., Morris P., Metody separacji w biochemii, L., 1964.

RFA

Analiza aktywacji

Zobacz też

Literatura

Fundacja Wikimedia. 2010 .

Zobacz, co „Analiza ilościowa” znajduje się w innych słownikach:

ANALIZA ILOŚCIOWA, identyfikacja ilości substancje chemiczne zawarte w materiale lub mieszaninie. Do analizy stosuje się metody chemiczne, takie jak neutralizacja i utlenianie, podczas których określa się stężenie składników ... ... Naukowe i techniczne słownik encyklopedyczny

- (a. analiza ilościowa; n. Quantitatsanalyse; f. analiza ilościowa; i. analisis cuantitativo) określenie zawartości lub ilości. stosunki pierwiastków, grup funkcyjnych, związków lub faz w analizowanym obiekcie. K.a.… … Encyklopedia geologiczna

Oznaczanie zawartości lub stosunków ilościowych składników w analizowanym obiekcie. Sekcja chemii analitycznej. Ważną cechą metod analizy ilościowej, oprócz swoistości i granicy wykrywalności (patrz Analiza jakościowa), ... ... Wielki słownik encyklopedyczny

analiza ilościowa- - analiza, której celem jest ustalenie ilości w próbie pewnych pierwiastki chemiczne, ugrupowania atomowe lub struktury. Słownik chemii analitycznej ... Terminy chemiczne

ANALIZA ILOŚCIOWA- dział chemii analitycznej, którego zadaniem jest określenie ilości (zawartości) pierwiastków (jonów), rodników, grup funkcyjnych, związków lub faz w analizowanym obiekcie. Ka. pozwala określić skład pierwiastkowy i molekularny ... ... Wielka Encyklopedia Politechniczna

Analiza ilościowa. Klasyfikacja metod. analiza grawimetryczna. Osady opadowe i grawimetryczne. Obliczenia w analizie grawimetrycznej.

Analiza ilościowa ma na celu ustalenie składu ilościowego składników w analizowanej próbce. Jest poprzedzony analiza jakościowa, który określa, jakie składniki (pierwiastki, jony, cząsteczki) są obecne w analizowanej próbce.

Istnieją trzy rodzaje analizy ilościowej: pełna, częściowa, ogólna. Dzięki pełnej analizie ilościowej ustalany jest pełny skład ilościowy wszystkich składników obecnych w analizowanej próbce. Na przykład do pełnego ilościowego badania krwi konieczne jest określenie zawartości 12 składników: sodu, potasu, wapnia, glukozy, bilirubiny itp. Pełna analiza wymaga dużo czasu i pracy.

Przy przeprowadzaniu analizy częściowej zawartość ustalana jest tylko dla

dane komponentów. Analiza ogólna ustala zawartość każdego pierwiastka w analizowanej próbce, niezależnie od składu jakich związków są one zawarte. Taka analiza jest zwykle nazywana elementarną.

KLASYFIKACJA METOD ANALIZY ILOŚCIOWEJ

Metody analizy ilościowej można podzielić na trzy duże grupy: chemiczną, fizyczną, fizykochemiczną.

Metody chemiczne opiera się na wykorzystaniu przepływających ilościowo reakcji chemicznych różnego typu: wymiany, wytrącania, reakcji redoks i tworzenia kompleksów. Metody chemiczne obejmują grawimetryczne i miareczkowe (wolumetryczne) metody analizy.

metoda grawimetryczna Analiza polega na pomiarze masy oznaczanego składnika po jego wyizolowaniu w postaci postaci grawimetrycznej. Metoda charakteryzuje się dużą dokładnością, ale jest czasochłonna i pracochłonna. W analizie farmaceutycznej służy głównie do oznaczania zawartości wilgoci i popiołu w lekach.

Metoda miareczkowa analiza polega na wprowadzeniu dokładnie odmierzonej objętości roztworu o znanym stężeniu – titranta – do dokładnie odmierzonej objętości roztworu analitu. Titrant jest wstrzykiwany, aż analit całkowicie przereaguje z nim. Ten moment nazywany jest punktem końcowym miareczkowania i jest ustalany za pomocą specjalnych wskaźników chemicznych lub metod instrumentalnych. Pośród

chemiczne metody analizy ilościowej - jest to najczęstsza metoda.

Chemiczne metody analizy, choć obecnie są głównymi metodami w laboratoriach chemicznych, w wielu przypadkach nie spełniają zwiększonych wymagań dotyczących analizy, takich jak wysoka czułość, szybkość, selektywność, automatyzacja itp. Te niedociągnięcia nie są metody instrumentalne analizę, którą można podzielić na trzy duże grupy: optyczne, elektrochemiczne, chromatograficzne .

ANALIZA GRAWIMETRYCZNA

metoda grawimetryczna opiera się na dokładnym pomiarze masy substancji o znanym składzie, chemicznie związanej z oznaczanym i izolowanym składnikiem jako związek lub jako prosta substancja. Klasyczna nazwa metody to analiza wagowa. Analiza grawimetryczna opiera się na prawie zachowania masy substancji podczas przemian chemicznych i jest najdokładniejszą z chemicznych metod analizy: granica wykrywalności wynosi 0,10%; dokładność (błąd metody względnej) ±0,2%.

W analizie grawimetrycznej stosuje się metody strącania, destylacji (bezpośredniej i pośredniej), izolacji, termograwimetrii i elektrograwimetrii.

W metoda strącania oznaczany składnik wchodzi w reakcję chemiczną z odczynnikiem, tworząc słabo rozpuszczalny związek. Po serii operacji analitycznych (Schemat 1.1) waży się stały osad o znanym składzie i przeprowadza niezbędne obliczenia.

Kolejność operacji analitycznych w grawimetrycznej metodzie strącania

1Obliczanie odważonej porcji analitu i jej ważenie

2 Rozpuszczanie próbki

3 Warunki osadzania

4 Opady (uzyskanie zdeponowanego formularza)

5Oddzielanie osadu przez filtrację

6 Płukanie osadu

7 Uzyskanie formy grawimetrycznej (suszenie, kalcynacja do stałej masy)

8 Ważenie formy grawimetrycznej

9 Obliczanie wyników analizy

Metody strippingu może być bezpośredni lub pośredni. W metodzie bezpośrednia destylacja oznaczany składnik jest izolowany z próbki w postaci produktu gazowego, wychwycony, a następnie określana jest jego masa. W metodach destylacja pośrednia masa produktu gazowego jest określona przez różnicę między masami analizowanego składnika przed i po obróbce cieplnej. W praktyce analizy farmaceutycznej metoda ta jest szeroko stosowana w określaniu zawartości wilgoci w lekach, materiałach roślinnych. Dla niektórych leków wyznaczenie ubytku masy ∆m podczas suszenia (temperatura suszenia t Sushi ) jest jednym z obowiązkowych badań farmakopealnych, na przykład: analgin - t Sushi = 100...105˚С, Δm< 5,5 %; пиридоксина гидрохлорид (витамин В6) - t Sushi = 100...105 ˚s, Δm< 0,5 %; парацетамол - t suchy = 100...105 ˚, Δ m< 0,5 % и т. п.

W analiza termograwimetryczna ustalają zmianę masy substancji podczas ogrzewania, co umożliwia ocenę zachodzących przemian i ustalenie składu powstałych produktów pośrednich. Analizę termograwimetryczną przeprowadza się za pomocą derywatografów. W trakcie eksperymentu zmiana masy badanej próbki (oś rzędnych) w zależności od czasu lub temperatury (oś odciętych) jest ustalana i przedstawiana w postaci krzywej termograwimetrycznej - termo-ravigram. Termograwimetria jest szeroko stosowana do badania zmian składu substancji oraz do wyboru warunków suszenia lub kalcynacji osadów.

Analiza elektrograwimetryczna oparty na elektrolitycznej separacji metali i ważenie osadu otrzymanego na elektrodzie. Głównym fizycznym warunkiem elektrolitycznego oddzielania metali jest pewne napięcie, przy którym niektóre metale osadzają się, a inne metale nie są oddzielane.

W praktyce analitycznej najbardziej szerokie zastosowanie znajduje grawitację

metryczną metodę opadów, która zostanie omówiona bardziej szczegółowo.

MECHANIZM TWORZENIA OSADU I WARUNKI OSADU

Powstawanie osadu następuje, gdy iloczyn stężeń jonów tworzących jego skład przekracza wartość iloczynu rozpuszczalności ITP (KA)słabo rozpuszczalny elektrolit:

K + + Aˉ ↔ KA; [K + ] [Аˉ] > PR (KA),

tj. gdy występuje lokalne (względne) przesycenie roztworu, które oblicza się ze wzoru:

(Q - S) /S,

gdzie Q jest stężeniem substancji rozpuszczonej w dowolnym momencie, mol/cm 3 ; S - rozpuszczalność substancji w momencie równowagi, mol/cm 3 W tym miejscu pojawia się zarodek przyszłego kryształu (proces zarodkowania). To wymaga określony czas zwany okresem indukcji. Przy dalszym dodawaniu precypitatu bardziej prawdopodobny staje się proces wzrostu kryształów niż dalsze tworzenie się centrów krystalizacji, które łączą się w większe agregaty składające się z dziesiątek i setek cząsteczek (proces agregacji). W tym przypadku wielkość cząstek wzrasta, a większe agregaty wytrącają się pod działaniem grawitacji. Na tym etapie poszczególne cząstki, będące dipolami, orientują się względem siebie tak, że ich przeciwnie naładowane strony zbliżają się do siebie (proces orientacji). Jeśli szybkość orientacji jest większa niż szybkość agregacji, wówczas tworzy się regularna sieć krystaliczna, jeśli odwrotnie, wytrąca się amorficzny osad. Im niższa rozpuszczalność substancji, tym szybciej tworzy się osad i tym mniejsze kryształy. Te same słabo rozpuszczalne substancje można izolować zarówno w stanie krystalicznym, jak i amorficznym, co determinują warunki strącania.

Z koncepcji względnego przesycenia roztworu wynika, że im mniejsza rozpuszczalność osadu S i im wyższe stężenie reagentów Q, tym więcej tworzy się zarodków i tym większa jest szybkość agregacji. I odwrotnie: im mniejsza różnica (Q - S), to znaczy im wyższa rozpuszczalność osadu i im niższe stężenie wytrąconej substancji, tym wyższy wskaźnik orientacji. Dlatego, aby uzyskać duże kryształy, które można łatwo filtrować i myć, konieczne jest wytrącanie z rozcieńczonych roztworów poprzez powolne dodawanie odsadnika i ogrzewanie (tabela 1.1).

Warunki osadzania krystalicznych i amorficznych osadów

Czynnik wpływający	Osad charakter
Czynnik wpływający	kryształ	amorficzny
Koncentracja roztworów substancji i osadu	Rozcieńczony roztwór środka strącającego dodaje się do rozcieńczonego roztworu substancji badanej.	Stężony roztwór środka strącającego dodaje się do stężonego roztworu substancji badanej.
Stawka rozliczeniowa	Roztwór strącający jest dodawany kroplami	Roztwór strącający jest dodawany szybko
Temperatura	Wytrącanie odbywa się z gorących roztworów (70 - 80 ° C) z gorącym roztworem osadu	Opady przeprowadza się z gorących roztworów (70 - 80˚С)
Mieszanie	Wytrącanie odbywa się przy ciągłym mieszaniu
Obecność ciał obcych	Dodaje się solubilizatory (zwykle mocne kwasy)	Dodaj elektrolity koagulujące
Czas rozliczenia	Przez długi czas wytrzymują osad w ługu macierzystym do „dojrzewania” („starzenia”)	Filtrowane natychmiast po opadach

Tabela 1.1

Czystość krystalicznych osadów. Powierzchnia właściwa osadów krystalicznych (powierzchnia osadu na jednostkę masy, cm 2 /d) jest zwykle małe, więc współstrącanie z powodu adsorpcji jest znikome. Jednak inne rodzaje kodyfikacji związane z zanieczyszczeniem w krysztale mogą prowadzić do błędów.

W osadach krystalicznych występują dwa rodzaje współstrącania:

1) włączenie - zanieczyszczenia w postaci pojedynczych jonów lub cząsteczek są równomiernie rozmieszczone w krysztale;

2) okluzja - nierównomierny rozkład licznych jonów lub cząsteczek zanieczyszczeń, które dostały się do kryształu z powodu niedoskonałości sieci krystalicznej.

Skutecznym sposobem na ograniczenie okluzji jest „starzenie” („dojrzewanie”) osadu, podczas którego następuje samoistny wzrost większych kryształów na skutek rozpuszczania drobnych cząstek, poprawia się struktura krystaliczna osadu, zmniejsza się jego powierzchnia właściwa , w wyniku czego zanieczyszczenia z wcześniej zaabsorbowanych cząstek ulegają desorbcji i przechodzą do roztworu. Czas „dojrzewania” osadu można skrócić ogrzewając roztwór z osadem.

Czystość amorficznych osadów znacznie zmniejsza się w wyniku procesu adsorpcji, ponieważ amorficzny osad składa się z cząstek o nieuporządkowanej strukturze, tworzących luźną porowatą masę o dużej powierzchni. Bardzo efektywny sposób spadek w wyniku procesu adsorpcji wynosi reprecypitacja. W takim przypadku placek filtracyjny jest rozpuszczany i ponownie wytrącany. Ponowne wytrącanie znacznie wydłuża analizę, ale jest nieuniknione w przypadku uwodnionego żelaza ( III ) oraz tlenki glinu, wodorotlenki cynku i manganu itp. Odwrotnym procesem koagulacji amorficznego osadu jest jego peptyzacja– zjawisko, w którym skoagulowany koloid powraca do swojego pierwotnego, rozproszonego stanu. Peptyzację często obserwuje się, gdy amorficzne osady są przemyte wodą destylowaną. Ten błąd jest eliminowany przez wybór odpowiedniego płynu do płukania dla amorficznego osadu.

FORMY SEDYMENTACYJNE I GRAWIMETRYCZNE.

WYMAGANIA DO NICH.

W grawimetrycznej metodzie sedymentacji istnieją koncepcje wytrącania

i grawimetryczne formy materii. oblężona forma jest związkiem, w postaci którego oznaczany składnik wytrąca się z roztworu. Forma grawimetryczna (waga) nazwać ważony związek. W przeciwnym razie można go zdefiniować jako postać wytrąconą po odpowiedniej obróbce analitycznej osadu. Przedstawmy schematy grawimetrycznego oznaczania jonów SO 4 2 -, Fe 3+, Mg 2+

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

wykrywalny precypitat strącony grawimetryczny

forma jonowa

Fe3+ + 3OH‾ ↔ Fe(OH) 3 ↓ → Fe 2 O 3 ↓

wykrywalny precypitat strącony grawimetryczny

forma jonowa

Mg 2+ + HPO 4 2 - + NH 4 ∙ H 2 O ↔ Mg NH 4 P 0 4 ↓ + H 2 O → Mg 2 P 2 O 7 określone. strącający wytrącony z grawimetrycznego forma

Z podanych przykładów widać, że forma grawimetryczna nie zawsze pokrywa się z formą strąconą substancji. Wymagania dla nich są również inne.

oblężona forma musi być:

· słabo rozpuszczalny wystarczająco, aby zapewnić prawie kompletny

Izolacja analitu z roztworu. W przypadku opadów

Elektrolity binarne ( AgCl; BaSO 4 ; SaS 2 O 4 itp.) został osiągnięty

Praktycznie całkowite wytrącenie, ponieważ iloczyn ich rozpuszczalności

Opady mniej niż 10 - 8 ;

· powstały osad powinien być czysty i łatwo filtrowalny (co decyduje o zaletach osadów krystalicznych);

· forma wytrącona powinna łatwo przekształcić się w formę grawimetryczną.

Po odsączeniu i przemyciu wytrąconej formy jest ona suszona lub kalcynowana aż do ustabilizowania masy osadu, co potwierdza kompletność przekształcenia wytrąconej formy w postać grawimetryczną i wskazuje na kompletność usunięcia zanieczyszczeń lotnych. Osady otrzymane przez wytrącenie oznaczanego składnika odczynnikiem organicznym (diacetylodioksym, 8-hydroksychinolina, α-nitrozo-β-naftol itp.) są zwykle suszone. Osady związków nieorganicznych są zwykle kalcynowane

Główne wymagania dotyczące formy grawimetrycznej są:

· dokładna zgodność jego składu z określonym wzorem chemicznym;

· stabilność chemiczna w dość szerokim zakresie temperatur, brak higroskopijności;

· jak najwyższa masa cząsteczkowa najmniejsza treść

W nim określony składnik w celu zmniejszenia wpływu błędów

Po zważeniu wyniku analizy.

OBLICZANIE WYNIKÓW

W GRAWIMETRYCZNEJ METODA ANALIZY

Analiza grawimetryczna obejmuje dwa pomiary eksperymentalne: wyznaczenie masy próbkim nanalitu i masy otrzymanego z tej próbki produktu o znanym składzie, czyli masy postaci grawimetrycznejm gr.fanalit.

Na podstawie tych danych łatwo obliczyć procent masy w, % oznaczanego składnika w próbce:

w, % = m gr.ph ∙ F ∙ 100 / m n ,

gdzie F- współczynnik grawimetryczny (współczynnik konwersji, współczynnik analityczny) oblicza się jako stosunek masy cząsteczkowej analitu do masy cząsteczkowej postaci grawimetrycznej z uwzględnieniem współczynników stechiometrycznych.

Wartość współczynników grawimetrycznych, obliczonych z dużą dokładnością, podana jest w literaturze przedmiotu.

Przykład 1. Ile gramów Fe 2 O 3 można uzyskać z 1,63 g Fe 3 O 4? Oblicz współczynnik grawimetryczny.

Decyzja.Trzeba przyznać, że Fe 3 O 4 wyrażone ilościowo w Fe2O3 a do tego wystarczy tlenu:

2 Fe 3 O 4 + [O] ↔ 3 Fe 2 O 3

Z każdego mola Fe 3 O 4 otrzymuje się 3/2 moli Fe 2 O 3 . Tak więc liczba moli Fe 2 O 3 jest 3/2 razy większa niż liczba moli Fe 3 O 4, czyli:

nM (Fe203) = 3/2 nM (Fe304);

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

gdzie n - liczba moli oznaczanego składnika, z których otrzymuje się jeden mol postaci grawimetrycznej; m - masa substancji, g; M- masa molowa substancji, g/mol.

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

dostajemy

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

i podmień w nim wartości liczbowe:

m (Fe 2 O 3) \u003d 1,63 ∙ (3 ∙ 159,7) / (2 ∙ 231,5) \u003d 1,687 ≈ 1,69 g.

Współczynnik grawimetryczny F równa się:

F \u003d 3M (Fe 2 O 3) / 2 M (Fe 3 O 4) \u003d 1,035.

Dlatego w ogólnym przypadku współczynnik grawimetryczny określa wzór:

F = (a ∙ M def. in-in) / ( b M gr.f),

gdzie a oraz bto małe liczby całkowite, przez które należy pomnożyć masy cząsteczkowe, aby liczba moli w liczniku i mianowniku była chemicznie równoważna.

Jednak te obliczenia nie mają zastosowania we wszystkich przypadkach. W pośrednim oznaczaniu żelaza w Fe 2 (SO 4) 3, które polega na wytrącaniu i ważeniu BaSO 4 (postać grawimetryczna), przy obliczaniu współczynnika analitycznego nie ma wspólnego elementu w liczniku i mianowniku wzoru. Tutaj potrzebny jest inny sposób wyrażenia chemicznej równoważności między tymi wielkościami:

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

Współczynnik grawimetryczny dla procentu masowego żelaza będzie wyrażony jako:

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

Przykład 2. Roztwór leku Na3PO4 (mn = 0,7030 g) wytrącił się w postaci MgNH4PO4 ∙ 6H2O. Po odsączeniu i przemyciu osad kalcynowano w 1000°C. Masa powstałego osadu Mg 2 P 2 O 7 wynosiła 0,4320 g. Obliczyć procent masowy fosforu w próbce

Decyzja.

mgr.f (Mg2P2O7) = 0,4320 g;

F \u003d 2M (P) / M (Mg 2 P 2 O 7) \u003d 0,2782; m n \u003d 0,7030 g;

W ,% = m gr.f ∙ F ∙ 100 / m n

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

Przykład 3. Podczas kalcynowania zanieczyszczonego preparatu szczawianu sodu m n \u003d 1,3906 g uzyskano pozostałość o masie m gr.f \u003d 1,1436 g. Określ stopień czystości próbki. t

Na 2 C 2 O 4 → Na 2 CO 3 + CO

Decyzja. Należy przyjąć, że różnica między masą początkową a końcową odpowiada utracie tlenku węgla podczas kalcynacji. Analiza opiera się na pomiarze tej wielkości:

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

W związku z tym,

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%.

WYBÓR WAGI W GRAWIMETRII

Jak wiadomo, dokładność analizy zależy zarówno od masy próbki, jak i masy otrzymanej z niej formy grawimetrycznej. Jeżeli próbka zostanie pobrana z dużą dokładnością, a uzyskana z niej forma grawimetryczna jest małą wartością zmierzoną z dużym błędem, to cała analiza zostanie wykonana z błędem popełnionym podczas ważenia formy grawimetrycznej. Dlatego próbkę taką należy pobrać tak, aby podczas jej ważenia i ważenia uzyskanej z niej postaci grawimetrycznej błąd nie przekraczał ± 0,2%. W tym celu należy na wadze analitycznej z bezwzględnym błędem ważenia wynoszącym ±0,0001 g określić minimalną masę, którą można jeszcze zważyć z dokładnością ±0,2%, a także z błędem minimalnym z uwzględnieniem możliwego rozrzutu ( ±), w tym przypadku będzie równa 2 ∙ ( ±0,000 1) = ±0,0002 g.

100g - ± 0,2g

x - ± 0,0002 g

x = 0,1 g

Dlatego taka minimalna masaminwynosi 0,1 g. Jeśli wartość jest mniejsza niż 0,1 g, błąd przekroczy 0,2%. Przy obliczaniu masy próbki w analizie grawimetrycznej masę postaci grawimetrycznej składnika przyrównuje się do minimalnej masy substancji:

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

Jeżeli masa próbki obliczona według wskazanego wzoru okaże się mniejsza niż 0,1 g, to próbkę należy zwiększyć do 0,1 g, a dla krystalicznej od 0,1 do 0,5 g.

Obliczanie ilości osadu przeprowadzone z uwzględnieniem ewentualnej zawartości oznaczanego składnika w analizowanej próbce. Do zakończenia oddzielania osadu stosuje się umiarkowany nadmiar osadu. Jeśli osad jest lotny (na przykład roztwór kwasu solnego), pobiera się dwu- lub trzykrotny nadmiar, który następnie usuwa się przez ogrzewanie osadu. Jeśli osad jest nielotny (roztwory chlorku baru, szczawianu amonu, azotanu srebra itp.), wystarczy półtorakrotny nadmiar.

WAGI ANALITYCZNE. ZASADY POSTĘPOWANIA Z NICH

Bilans analityczny - to jest dokładne urządzenie fizyczne, których stosowanie jest dozwolone przy ścisłym przestrzeganiu zasad zapewniających niezbędną powtarzalność i dokładność ważenia.

Zasady postępowania z wagami analitycznymi zawierać następujące podstawowe wymagania:

1. Wagę należy ustawić na sztywnej powierzchni,

chroniąc je przed różnymi wstrząsami, aw specjalnie wyposażonym pomieszczeniu - siłowni.

2. Niedopuszczalne są gwałtowne wahania temperatury, wystawienie na bezpośrednie działanie promieni słonecznych, a także narażenie na bilanse analityczne chemikaliów.

3. Maksymalne dopuszczalne obciążenie wagi analitycznej nie powinno przekraczać 200 g.

4. Podczas ważenia obiektów na wadze analitycznej konieczne jest, aby miały one temperaturę pomieszczenia wagowego.

5. Substancję waoną umieszcza się na lewej szalce wagi w specjalnym pojemniku (butelki, tygle, szkiełko zegarkowe). Odważniki odważnika analitycznego umieszcza się na prawej szalce wagi.

6. Ważone przedmioty i odważniki wnoszone są przez boczne drzwi wagi (zasłony). Ważenie odbywa się tylko przy zamkniętych drzwiczkach wagi.

7. Odważniki masy analitycznej są pobierane wyłącznie za pomocą specjalnie zaprojektowanych pęsety. Wszystkie operacje ze zmianą masy wykonujemy przy pełnym zastawieniu wagi.

8. Przed i po każdym ważeniu sprawdzić punkt zerowy wagi.

9. Umieścić obciążniki i przedmioty do ważenia na środku szalek, aby uniknąć przechylenia szalek.

10. Rejestracja wyników ważenia odbywa się według pustych gniazd odważnika analitycznego oraz według danych bębnów z dziesiątymi i setnymi częściami grama. Z wyświetlacza świetlnego usunięto trzecie i czwarte miejsce po przecinku.

11. Po zakończeniu ważenia należy upewnić się, że waga jest w klatce, całkowicie rozładowana, a drzwi walizki są szczelnie zamknięte.

12. W celu zmniejszenia błędu ważenia konieczne jest stosowanie odważnika analitycznego przeznaczonego do ściśle określonych wag analitycznych.

Należy zauważyć, że nawet jeśli wszystkie powyższe zasady są przestrzegane

Błędy ważenia mogą wystąpić w zależności od: różne powody:

· spowodowane brakiem równowagi belki wagi;

· ze względu na zmiany masy ciała podczas procesu ważenia;

· dzięki ważeniu w powietrzu, a nie w próżni;

· spowodowane rozbieżnością wag (wag) ich nominalnych

masa.

ZASTOSOWANIE GRAWIMETRYCZNEJ METODY ANALIZY

Zastosowanie nieorganicznych środków strącających umożliwia otrzymanie soli lub tlenków analitów w postaci grawimetrycznej. Odczynniki nieorganiczne nie różnią się specyficznością, ale najczęściej używane w analizie są: NH4OH(Fe2O3, SnO2); H2S(C ty S, ZnS lub ZnSO4, As2S3 lub As2S5, Bi2S3); (NH4)2S(HgS); NH4H2PO4(Mg2P2O7, Al3PO4, Mn2P2O7); H2SO4(PbS04, BaS04, SrS04); H 2 C 2 O 4(CaO); NS ja(AgCl, Hg2Cl2, Na jako NaCl z butanolu); AgNO 3(AgCl, AgBr, AgI); BaCl2(BaSO 4) itp.

Czasami definicje grawimetryczne opierają się na przywróceniu określonego składnika do elementu, który służy jako forma grawimetryczna.

Do grawimetrycznego oznaczania substancji nieorganicznych zaproponowano szereg odczynników organicznych, które z reguły charakteryzują się większą selektywnością. Znane są dwie klasy odczynników organicznych. Te pierwsze tworzą trudno rozpuszczalne związki kompleksowe (koordynacyjne) i zawierają co najmniej dwie grupy funkcyjne mające parę niewspólnych elektronów. Nazywa się je również czynnikami chelatującymi, na przykład 8-hydroksychinolina wytrąca ponad dwadzieścia kationów:

Rozpuszczalność oksychinolanów metali jest bardzo zróżnicowana w zależności od charakteru kationu i wartości pH pożywki.

W 1885 roku zaproponowano l-nitrozo-2-naftol - jeden z pierwszych selektywnych odczynników organicznych, który jest szeroko stosowany do oznaczania kobaltu w obecności niklu, a także do oznaczania bizmutu (3), chromu ( III), rtęć (II), cyna (IV) itp.:

NIE

Diacetylodioksym (dimetyloglioksym) jest wysoce selektywny i jest szeroko stosowany do grawimetrycznego oznaczania niskich stężeń niklu:

CO 3 ─ C ─ C ─ CO 3

│ │

OH-NN-OH

BŁĘDY GRAWIMETRYCZNE

Metoda grawimetryczna analizy daje najbardziej poprawny wynik i pomimo czasu trwania i pracochłonności jest bardzo często wykorzystywana jako metoda weryfikacji w analizach arbitrażowych. Systematyczne błędy metodologiczne w grawimetrii mogą być brane pod uwagę i redukowane w trakcie wykonywania odpowiednich operacji ( patka. 1.2).

Błędy metodologiczne grawimetrii

Operacja grawimetryczna	Absolutny błąd
Operacja grawimetryczna	dodatni (wynik zawyżony)	negatywny (niski wynik)
Wybór elektrofiltra: a) rodzaj osadu, b) ilość osadu	Nielotny, niespecyficzny osadnik Niewielki nadmiar osadu, współwytrącanie obcych jonów	Wysoka rozpuszczalność wytrąconej postaci, tworzenie koloidu Brak odpylacza. Zbyt duży nadmiar osadu, zwiększona rozpuszczalność osadu w wyniku kompleksowania lub efektu soli
opad atmosferyczny	Współstrącanie obcych jonów	Niewystarczający czas dojrzewania (wytrącanie krystaliczne). Powstawanie koloidalne (amorficzne osady)
Filtrowanie		Nieprawidłowy dobór filtra - cząstki osadu przechodzące przez filtr
Mycie	Mycie nielotnym płynem do prania	Nadmiar płynu myjącego: peptyzacja amorficznego osadu; hydroliza krystalicznego osadu. Straty z powodu rozpuszczalności
Uzyskanie formy grawimetrycznej	Temperatura zapłonu: otrzymanie związku o innym składzie, higroskopijność, pochłanianie CO 2 z powietrza	Przekroczenie temperatury suszenia osadów o charakterze organicznym. Przekroczenie temperatury kalcynacji (otrzymanie związku o innym składzie chemicznym)

Tabela 1.2

Poprawność metody tłumaczy się niewielkim systematycznym błędem pomiaru związanym z dokładnością ważenia na wadze analitycznej:

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

gdzie Sa– dokładność ważenia na wagach analitycznych (0,002 g dla wag ADV-200; 0,00005 g dla półmikrowag itp.); a– odważona porcja badanej substancji, g; t - masa formy grawimetrycznej, g; P - liczba kalcynacji lub suszenia w celu uzyskania stałej masy.

Analiza podanych danych pokazuje, że możliwe jest zidentyfikowanie rodzaju błędu poprzez rozważenie metody wyznaczania, uwzględniając mechanizm powstawania wytrąceń, właściwości użytych i otrzymanych podczas analizy substancji.

Obecnie znaczenie grawimetrycznych metod analizy nieco spadło, ale nie należy zapominać, że mając wady i zalety, analiza grawimetryczna jest optymalna do rozwiązywania duża liczba zadania analityczne.

Metody analizy ilościowej. Analiza ilościowa ma na celu określenie składu ilościowego analitu. Istnieją chemiczne, fizyczne i fizykochemiczne metody analizy ilościowej. Podstawą wszelkich badań ilościowych jest pomiar. Chemiczne metody analizy ilościowej opierają się na pomiarze masy i objętości. Badania ilościowe pozwolił naukowcom ustanowić takie podstawowe prawa chemii, jak prawo zachowania masy materii, prawo stałości składu, prawo równoważników i inne prawa, na których opiera się nauka chemiczna. Zasady analizy ilościowej są podstawą chemiczno-analitycznej kontroli procesów produkcyjnych różne branże przemysłu i stanowią przedmiot tzw. analiza techniczna. Istnieją 2 główne metody ilościowej analizy chemicznej: wagowa lub grawimetryczna oraz wolumetryczna lub miareczkowa.

Analiza masy to metoda analizy ilościowej, w której dokładnie mierzy się tylko masę. Analiza wolumetryczna – polegająca na precyzyjnym pomiarze masy substancji oraz objętości roztworu odczynnika o znanym stężeniu, reagującego z określoną ilością analitu. specjalny rodzaj analiza liczebna to analiza gazów i mieszanin gazowych, tzw. analiza gazu, również wykonywana poprzez pomiar objętości lub masy analizowanej mieszaniny lub gazu. Oznaczenie tej samej substancji można przeprowadzić metodą wagową lub wolumetryczną. Wybierając metodę oznaczania, analityk musi wziąć pod uwagę wymaganą dokładność wyniku, czułość reakcji i szybkość analizy, a w przypadku definicje masy- dostępność i koszt stosowanych odczynników. W związku z tym wyróżnia się makro-, mikro-, pół-mikro-, ultra-mikro metody analizy liczb, za pomocą których można analizować minimalne ilości analitu. Obecnie proste metody chemiczne są coraz częściej zastępowane metodami fizycznymi i fizykochemicznymi, które wymagają drogich przyrządów i sprzętu.

Optyczne, elektrochemiczne, chromatograficzne, różne badania spektro- i fotometryczne (w podczerwieni, adsorpcja atomowa, płomień itp.), potencjometria, polarografia, spektrometria masowa, badania NMR. Z jednej strony metody te przyspieszają uzyskiwanie wyników, zwiększają ich dokładność i czułość pomiarów: granica wykrywalności (1-10 -9 μg) i stężenia graniczne (do 10 -15 g/ml), selektywność (możliwość określenie składników składowych mieszaniny bez ich rozdzielania i selekcji), możliwość ich komputeryzacji i automatyzacji. Ale z drugiej strony coraz bardziej odchodzą od chemii, zmniejszając wśród analityków znajomość chemicznych metod analizy, co doprowadziło do pogorszenia się nauczania chemii w szkołach, braku dobrych nauczycieli chemii wyposażonych w szkolne laboratoria chemiczne oraz spadek znajomości chemii wśród uczniów.

Wady to stosunkowo duży błąd oznaczenia (od 5 do 20%, podczas gdy analiza chemiczna daje błąd zwykle od 0,1 do 0,5%), złożoność sprzętu i jego wysoki koszt. Wymagania dotyczące reakcji w analizie ilościowej. Reakcje powinny przebiegać szybko, w miarę możliwości do końca - w temperaturze pokojowej. Substancje wyjściowe wchodzące w reakcję muszą reagować w ściśle określonych stosunkach ilościowych (stechiometrycznie) i bez procesów ubocznych. Zanieczyszczenia nie powinny kolidować z analizą ilościową. Podczas pomiarów nie wyklucza się błędów, błędów w pomiarach i obliczeniach. Aby wyeliminować błędy, zredukować je do minimum, pomiar przeprowadza się w powtórzeniach (oznaczenia równoległe), co najmniej 2, oraz przeprowadza się ocenę metrologiczną wyników (oznaczającą poprawność i odtwarzalność wyników analizy).

Najważniejszymi cechami metod analitycznych są ich czułość i dokładność. Czułość metody analitycznej to najmniejsza ilość substancji, którą można wiarygodnie określić za pomocą tej metody. Dokładność analizy jest względnym błędem oznaczenia, który jest stosunkiem różnicy między znalezioną (x 1) a rzeczywistą (x) zawartością substancji do rzeczywistej zawartości substancji i jest wyznaczany wzorem:

Wzgl. osh. = (x 1 -x) / x, dla wyrażenia w procentach, pomnóż przez 100. Jako zawartość prawdziwą przyjmuje się średnią arytmetyczną zawartości substancji znalezioną w analizie próbki w 5-7 definicjach.

Czułość metody, mol/l Dokładność,%

Miareczkowy 10 -4 0,2

Grawimetryczna 10 -5 0,05

Analiza wagowa (grawimetryczna) to metoda analizy ilościowej, w której skład ilościowy analitu określa się na podstawie pomiarów masy, poprzez dokładne zważenie masy stabilnej substancji końcowej o znanym składzie, w którą ten analit jest całkowicie przekształcony. Na przykład grawimetryczne oznaczanie kwasu siarkowego w roztworze wodnym odbywa się przy użyciu wodnego roztworu soli baru: ВаС1 2 + Н 2 SO 4 > ВаSO 4 v +2 HCl. Strącanie prowadzi się w warunkach, w których prawie cały jon siarczanowy przechodzi do osadu BaSO4 z największą kompletnością - ilościowo, przy minimalnych stratach, ze względu na niewielką, ale nadal istniejącą rozpuszczalność siarczanu baru. Następnie osad oddziela się od roztworu, przemywa w celu usunięcia zanieczyszczeń rozpuszczalnych, suszy, kalcynuje w celu usunięcia zasorbowanych zanieczyszczeń lotnych i waży na wadze analitycznej w postaci czystego bezwodnego siarczanu baru. A następnie oblicz masę kwasu siarkowego. Klasyfikacja metod analizy grawimetrycznej. Metody strącania, destylacji, izolacji, metody termograwimetryczne (termograwimetria).

Metody strącania - oznaczany składnik jest ilościowo wiązany w związek chemiczny, w postaci którego można go wyizolować i zważyć. Skład tego związku musi być ściśle określony; bądź precyzyjny wzór chemiczny i nie powinien zawierać żadnych obcych zanieczyszczeń. Związek, w postaci którego waży się oznaczany składnik, nazywany jest formą wagową xH 2 O, po czym następuje jego oddzielenie i wypalenie do tlenku Fe 2 O 3 (forma wagowa). Metody destylacji. Oznaczany składnik wyodrębnia się z badanej próbki w postaci substancji gazowej i mierzy się albo masę oddestylowanej substancji (metoda bezpośrednia), albo masę pozostałości (metoda pośrednia).

Metoda bezpośrednia jest szeroko stosowana do oznaczania zawartości wody w analitach poprzez destylację jej z ważonej próbki i jej zagęszczenie, a następnie pomiar objętości skroplonej wody w odbiorniku. Na podstawie gęstości ponownie przelicza się objętość wody na masę i znając masę próbki i wody, oblicza się zawartość wody w analizowanej próbce. Metoda destylacji pośredniej jest szeroko stosowana do określania zawartości substancje lotne(w tym słabo związaną wodę) poprzez zmianę masy próbki przed i po suszeniu na stałą masę w termostacie (w piecu) w stałej temperaturze. Warunki przeprowadzania takich badań (temperatura, czas schnięcia) są zdeterminowane charakterem próbki i są szczegółowo wskazane w podręcznikach metodologicznych.

Metody izolacji opierają się na izolacji analitu z roztworu metodą elektrolizy na jednej z elektrod (metoda elektrograwimetryczna). Następnie elektroda z uwolnioną substancją jest myta, suszona i ważona. Zwiększając masę elektrody z substancją, ustala się masę substancji uwalnianej na elektrodzie (złoto i stopy miedzi są przenoszone do roztworu).

Metodom termograwimetrycznym nie towarzyszy oddzielanie badanej substancji, ale badana jest sama próbka, dlatego metody te warunkowo określa się mianem grawimetrycznych metod analizy. Metody opierają się na pomiarze masy analitu podczas jego ciągłego nagrzewania w zadanym zakresie temperatur na specjalnych urządzeniach - derywatografach. Zgodnie z uzyskanymi termograwigramami, podczas ich odczytywania można określić zawartość wilgoci i innych składników analitu.

Główne etapy oznaczania grawimetrycznego: obliczenie naważonej masy badanej próbki oraz objętości (lub masy) osadu; ważenie (pobranie) porcji próbki; rozpuszczanie odważonej próbki badanej próbki; opady, tj. uzyskanie zdeponowanej formy składnika do ustalenia; filtracja (oddzielenie osadu od ługu macierzystego); mycie osadów; suszenie i (jeśli to konieczne) kalcynowanie osadu do stałej masy, tj. uzyskanie postaci grawimetrycznej; ważenie forma grawimetryczna; obliczanie wyników analiz, ich obróbka statystyczna i prezentacja. Każda z tych operacji ma swoją własną charakterystykę.

Przy obliczaniu masy optymalnej próbki analitu możliwy udział masowy analitu w analizowanej próbce oraz w postaci grawimetrycznej, masa w postaci grawimetrycznej, błąd systematyczny ważenia na wadze analitycznej (zwykle 0,0002), bierze się pod uwagę charakter powstałego osadu - amorficzny, drobnokrystaliczny, grubokrystaliczny. Obliczenie próbki początkowej opiera się na fakcie, że masa próbki grawimetrycznej musi wynosić co najmniej 0,1 g. W ogólnym przypadku dolna granica optymalnej masy m próbki początkowej analitu (w gramach) wynosi obliczone według wzoru: m = 100m (GF) F / W (X), gdzie m(GF) jest masą postaci grawimetrycznej w gramach; F - współczynnik grawimetryczny, współczynnik konwersji, współczynnik analityczny); W(X) - udział masowy (w%) oznaczanego składnika w analizowanej substancji. Współczynnik grawimetryczny F jest liczbowo równy masie oznaczanego składnika w gramach, co odpowiada jednemu gramowi postaci grawimetrycznej.

Współczynnik grawimetryczny oblicza się ze wzoru jako stosunek masy molowej M(X) oznaczanego składnika X do masa cząsteczkowa forma grawimetryczna M(GF), pomnożona przez liczbę n moli analitu, z której otrzymuje się jeden mol formy grawimetrycznej: F = n M(X) / M(GF). Tak więc, jeśli jeden mol postaci grawimetrycznej Fe 2 O 3 otrzymuje się z 2 moli Fe C1 3 · 6H 2 O, to n \u003d 2. Jeśli jeden mol postaci grawimetrycznej BaCrO 4 otrzymuje się z jednego mola Ba(NO 3) 2, a następnie n \u003d jeden.

Metody analizy ilościowej. Analiza ilościowa ma na celu określenie składu ilościowego analitu. Istnieją chemiczne, fizyczne i fizykochemiczne metody analizy ilościowej. Podstawą wszelkich badań ilościowych jest pomiar. Chemiczne metody analizy ilościowej opierają się na pomiarze masy i objętości. Badania ilościowe pozwoliły naukowcom ustanowić takie podstawowe prawa chemiczne, jak prawo zachowania masy materii, prawo stałości składu, prawo równoważników i inne prawa, na których opiera się nauka chemiczna. Zasady analizy ilościowej są podstawą chemiczno-analitycznej kontroli procesów produkcyjnych w różnych gałęziach przemysłu i są przedmiotem tzw. analiza techniczna. Istnieją 2 główne metody ilościowej analizy chemicznej: wagowa lub grawimetryczna oraz wolumetryczna lub miareczkowa.

Analiza masy to metoda analizy ilościowej, w której dokładnie mierzy się tylko masę. Analiza wolumetryczna – polegająca na precyzyjnym pomiarze masy substancji oraz objętości roztworu odczynnika o znanym stężeniu, reagującego z określoną ilością analitu. Szczególnym rodzajem analizy liczbowej jest analiza gazów i mieszanin gazowych, tzw. analiza gazu, również wykonywana poprzez pomiar objętości lub masy analizowanej mieszaniny lub gazu. Oznaczenie tej samej substancji można przeprowadzić metodą wagową lub wolumetryczną. Przy wyborze metody oznaczania analityk musi wziąć pod uwagę wymaganą dokładność wyniku, czułość reakcji i szybkość analizy, a w przypadku oznaczeń masowych dostępność i koszt użytych odczynników.

W związku z tym wyróżnia się makro-, mikro-, pół-mikro-, ultra-mikro metody analizy liczb, za pomocą których można analizować minimalne ilości analitu. Obecnie proste metody chemiczne są coraz częściej zastępowane metodami fizycznymi i fizykochemicznymi, które wymagają drogich przyrządów i sprzętu. Optyczne, elektrochemiczne, chromatograficzne, różne badania spektro- i fotometryczne (w podczerwieni, adsorpcja atomowa, płomień itp.), potencjometria, polarografia, spektrometria masowa, badania NMR. Z jednej strony metody te przyspieszają uzyskiwanie wyników, zwiększają ich dokładność i czułość pomiarów: granica wykrywalności (1-10 -9 μg) i stężenia graniczne (do 10 -15 g/ml), selektywność (możliwość określenie składników składowych mieszaniny bez ich rozdzielania i selekcji), możliwość ich komputeryzacji i automatyzacji.

Ale z drugiej strony coraz bardziej odchodzą od chemii, zmniejszając wśród analityków znajomość chemicznych metod analizy, co doprowadziło do pogorszenia się nauczania chemii w szkołach, braku dobrych nauczycieli chemii wyposażonych w szkolne laboratoria chemiczne oraz spadek znajomości chemii wśród uczniów. Wady to stosunkowo duży błąd oznaczenia (od 5 do 20%, podczas gdy analiza chemiczna daje błąd zwykle od 0,1 do 0,5%), złożoność sprzętu i jego wysoki koszt. Wymagania dotyczące reakcji w analizie ilościowej. Reakcje powinny przebiegać szybko, w miarę możliwości do końca - w temperaturze pokojowej. Substancje wyjściowe wchodzące w reakcję muszą reagować w ściśle określonych stosunkach ilościowych (stechiometrycznie) i bez procesów ubocznych. Zanieczyszczenia nie powinny kolidować z analizą ilościową. Podczas pomiarów nie wyklucza się błędów, błędów w pomiarach i obliczeniach. Aby wyeliminować błędy, zredukować je do minimum, pomiar przeprowadza się w powtórzeniach (oznaczenia równoległe), co najmniej 2, oraz przeprowadza się ocenę metrologiczną wyników (oznaczającą poprawność i odtwarzalność wyników analizy).

Klasyfikacja chemicznych metod analizy ilościowej:

Metoda miareczkowa. Pomiar objętości roztworu odczynnika o dokładnie znanym stężeniu zużytego w reakcji.

Grawimetryczny. Pomiar masy analitu lub jego składników, wyizolowanego w postaci odpowiednich związków.

Najważniejszymi cechami metod analitycznych są ich czułość i dokładność. Czułość metody analitycznej to najmniejsza ilość substancji, którą można wiarygodnie określić za pomocą tej metody. Dokładność analizy to błąd względny oznaczenia, który jest stosunkiem stwierdzonej różnicy (x 1) i rzeczywistą (x) zawartość substancji do rzeczywistej zawartości substancji i są określane wzorem:

Analiza wagowa (grawimetryczna) to metoda analizy ilościowej, w której skład ilościowy analitu określany jest na podstawie pomiarów masowych, poprzez dokładne ważenie masy stabilnej substancji końcowej o znanym składzie, w którą ten analit jest całkowicie nawrócony. Na przykład grawimetryczne oznaczanie kwasu siarkowego w roztworze wodnym odbywa się przy użyciu wodnego roztworu soli baru: ВаС1 2 + Н 2 SO 4 > ВаSO 4 v +2 HCl. Strącanie prowadzi się w warunkach, w których prawie cały jon siarczanowy przechodzi do osadu BaSO4 z największą kompletnością - ilościowo, przy minimalnych stratach, ze względu na niewielką, ale nadal istniejącą rozpuszczalność siarczanu baru.

Następnie osad oddziela się od roztworu, przemywa w celu usunięcia zanieczyszczeń rozpuszczalnych, suszy, kalcynuje w celu usunięcia zasorbowanych zanieczyszczeń lotnych i waży na wadze analitycznej w postaci czystego bezwodnego siarczanu baru. A następnie oblicz masę kwasu siarkowego. Klasyfikacja metod analizy grawimetrycznej. Metody strącania, destylacji, izolacji, metody termograwimetryczne (termograwimetria). Metody strącania - oznaczany składnik jest ilościowo wiązany w związek chemiczny, w postaci którego można go wyizolować i zważyć. Skład tego związku musi być ściśle określony; być dokładnie wyrażony wzorem chemicznym i musi być wolny od jakichkolwiek ciał obcych. Mieszanka, w której waży się oznaczany składnik, nazywana jest formą wagową.

Przykład oznaczanie H 2 SO 4 (powyżej), oznaczanie udziału masowego żelaza w jego rozpuszczalnych solach, na podstawie strącania żelaza (111) w postaci Fe(OH) 3 x wodorotlenek H 2 O, a następnie jego separacja i kalcynacja do tlenku Fe 2 O 3 (postać wagowa). Metody destylacji. Oznaczany składnik wyodrębnia się z badanej próbki w postaci substancji gazowej i mierzy się albo masę oddestylowanej substancji (metoda bezpośrednia), albo masę pozostałości (metoda pośrednia). Metoda bezpośrednia jest szeroko stosowana do oznaczania zawartości wody w analitach poprzez destylację jej z ważonej próbki i jej zagęszczenie, a następnie pomiar objętości skroplonej wody w odbiorniku. Na podstawie gęstości ponownie przelicza się objętość wody na masę i znając masę próbki i wody, oblicza się zawartość wody w analizowanej próbce. Metoda destylacji pośredniej jest szeroko stosowana do oznaczania zawartości substancji lotnych (w tym słabo związanej wody) poprzez zmianę masy próbki przed i po suszeniu na stałą wagę w termostacie (w piecu) w stałej temperaturze.

Warunki przeprowadzania takich badań (temperatura, czas schnięcia) są zdeterminowane charakterem próbki i są szczegółowo wskazane w podręcznikach metodologicznych. Metody izolacji opierają się na izolacji analitu z roztworu metodą elektrolizy na jednej z elektrod (metoda elektrograwimetryczna). Następnie elektroda z uwolnioną substancją jest myta, suszona i ważona. Zwiększając masę elektrody z substancją, ustala się masę substancji uwalnianej na elektrodzie (złoto i stopy miedzi są przenoszone do roztworu). Metodom termograwimetrycznym nie towarzyszy oddzielanie badanej substancji, ale badana jest sama próbka, dlatego metody te warunkowo określa się mianem grawimetrycznych metod analizy. Metody opierają się na pomiarze masy analitu podczas jego ciągłego nagrzewania w zadanym zakresie temperatur na specjalnych urządzeniach - derywatografach.

Zgodnie z uzyskanymi termograwigramami, podczas ich odczytywania można określić zawartość wilgoci i innych składników analitu. Główne etapy oznaczania grawimetrycznego: obliczenie naważonej masy badanej próbki oraz objętości (lub masy) osadu; ważenie (pobranie) porcji próbki; rozpuszczanie odważonej próbki badanej próbki; opady, tj. uzyskanie zdeponowanej formy składnika do ustalenia; filtracja (oddzielenie osadu od ługu macierzystego); mycie osadów; suszenie i (jeśli to konieczne) kalcynowanie osadu do stałej masy, tj. uzyskanie postaci grawimetrycznej; ważenie forma grawimetryczna; obliczanie wyników analiz, ich obróbka statystyczna i prezentacja. Każda z tych operacji ma swoją własną charakterystykę. Przy obliczaniu masy optymalnej próbki analitu możliwy udział masowy analitu w analizowanej próbce oraz w postaci grawimetrycznej, masa w postaci grawimetrycznej, błąd systematyczny ważenia na wadze analitycznej (zwykle 0,0002), bierze się pod uwagę charakter powstałego osadu - amorficzny, drobnokrystaliczny, grubokrystaliczny. Obliczenie próbki początkowej opiera się na fakcie, że masa próbki grawimetrycznej musi wynosić co najmniej 0,1 g.

W ogólnym przypadku dolną granicę optymalnej masy m początkowej próbki analitu (w gramach) oblicza się ze wzoru:

m = 100m (GF) P/W(X),

gdzie m(GF) jest masą formy grawimetrycznej w gramach; F - współczynnik grawimetryczny, współczynnik konwersji, współczynnik analityczny); W(X) - udział masowy (w%) oznaczanego składnika w analizowanej substancji. Współczynnik grawimetryczny F jest liczbowo równy masie oznaczanego składnika w gramach, co odpowiada jednemu gramowi postaci grawimetrycznej.

Współczynnik grawimetryczny oblicza się ze wzoru jako stosunek masy molowej M(X) oznaczanego składnika X do masy molowej postaci grawimetrycznej M(GF), pomnożony przez liczbę n moli oznaczanego składnika, z którego Otrzymuje się jeden mol postaci grawimetrycznej:

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

Tak więc, jeśli jeden mol postaci grawimetrycznej Fe 2 O 3 otrzymuje się z 2 moli Fe C1 3 · 6H 2 O, to n \u003d 2. Jeśli jeden mol postaci grawimetrycznej BaCrO 4 otrzymuje się z jednego mola Ba(NO 3) 2, a następnie n \u003d jeden.

Zadaniem analizy ilościowej jest określenie ilościowej zawartości poszczególnych składników w badanej substancji lub mieszaninie. Wyniki oznaczeń ilościowych są zwykle wyrażane w procentach. Analiza ilościowa jest stosowana w biologii, fizjologii, medycynie, biochemii, chemii żywności itp.

Wszystkie metody analizy ilościowej można podzielić na trzy główne grupy.

1. Analiza grawimetryczna (masowa). Analiza grawimetryczna to określenie ilości składnika (pierwiastka lub jonu) przez masę substancji otrzymanej w wyniku analizy. W metodach z tej grupy oznaczoną część analitu izoluje się w postaci czystej lub w postaci związku o znanym składzie, którego masa jest określana.

Na przykład, aby określić ilość baru w jego związkach, jon Ba 2+ wytrąca się rozcieńczonym kwasem siarkowym:

ВаС1 2 + H 2 S0 4 = BaS0 4 | + 2HC1.

Osad BaSO4 odsącza się, przemywa, kalcynuje i dokładnie waży. Znając masę osadu BaSO 4 i jego wzór, oblicz ile zawiera baru. Metoda grawimetryczna daje wyniki z dużą dokładnością, ale jest bardzo pracochłonna.

2. Analiza miareczkowa (wolumetryczna). Analiza miareczkowa opiera się na precyzyjnym pomiarze ilości odczynnika użytego w reakcji z analitem.
składnik. Odczynnik jest przyjmowany w postaci roztworu o określonym stężeniu - roztwór miareczkowany. Za chwilę,
gdy odczynnik jest dodawany w ilości odpowiadającej zawartości oznaczanego składnika, tj. moment zakończenia reakcji jest określany na różne sposoby. Podczas miareczkowania dodawana jest ilość odczynnika równoważna ilości analitu. Znając objętość i dokładne stężenie roztworu, który przereagował z analitem, oblicza się ilość analitu.

Analiza miareczkowa daje mniej dokładne wyniki niż analiza grawimetryczna, ale jej ważną zaletą jest duża szybkość analizy. W zależności od rodzaju reakcji zachodzących podczas miareczkowania, analizę miareczkową dzieli się na trzy grupy: metody miareczkowania kwasowo-zasadowego, metody redoksymetryczne oraz metody strącania i tworzenia kompleksów.

3. Metody fotometrii. W tej metodzie ilość substancji zależy od intensywności koloru roztworu. Aby to zrobić, użyj tak zwanych reakcji barwnych, czyli reakcji, którym towarzyszy zmiana koloru roztworu. Na przykład przy określaniu ilości żelaza stosuje się reakcję

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

prowadząc do powstania czerwonego roztworu. Intensywność koloru roztworu ocenia się wizualnie lub za pomocą odpowiednich instrumentów.

Czasami oznaczany składnik przekształca się w słabo rozpuszczalny związek, a zawartość analitu ocenia się na podstawie intensywności zmętnienia roztworu. Metoda oparta na tej zasadzie nazywa się nefelometrią. Metody fotometryczne i nefelometryczne służą do oznaczania składników wchodzących w skład analitu w bardzo małych ilościach. Dokładność tej metody jest niższa niż grawimetryczna lub miareczkowa.

Oprócz tych metod istnieją inne: analiza gazowa, analiza spektralna, metody elektrochemiczne i chromatograficzne. Ten samouczek nie obejmuje tych metod.

Wszystkie metody analizy ilościowej dzielą się na chemiczne i fizykochemiczne. Metody chemiczne obejmują analizę grawimetryczną, miareczkową i gazową, metody fizykochemiczne obejmują fotometrię i nefelometrię, metody analizy elektrochemicznej, spektralnej, chromatograficznej

W analizie ilościowej wyróżnia się metody makro-, mikro- i semi-mikro. Ten samouczek obejmuje tylko metodę makr. Podczas wykonywania makrooznaczeń określa się stosunkowo duże (0,01-0,1 g) ilości substancji. Wyjątkiem są metody fotometryczne i nefelometryczne, w których ilość analitu to ułamek miligrama.