Методы химического анализа

1  

МЕТОДЫ  ХИМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА   
КЛАССИФИКАЦИИ МЕТОДОВ АНАЛИЗА  

• Что хотим  знать о веществе объекта химического  анализа – качественный состав (элементный, изотопный, функциональный, молекулярный, структурно-групповой); количественный состав (главные, сопутствующие и  следовые компоненты) – вид химического  анализа.
• Как определить химический состав пробы вещества объекта химического анализа? Метод химического анализа.
• Измерить – термин метрологии, определить – термин аналитической химии.

 

• МЕТОД ХИМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

 

• Согласно основным положениям науки об измерениях - метрологии, измерение есть ничто иное, как  сравнение с эталоном единицы  величины. Узнать неизвестное содержание конкретного компонента в веществе конкретного объекта анализа  можно только путем сравнения  с известным содержанием этого  компонента или с известным содержанием  другого компонента в аналогичном  или похожем по составу веществе. 
• Для этого придуманы, разработаны и реализованы в средствах измерения методы измерений.

 

• метод измерений - Прием или совокупность приемов сравнения измеряемой физической величины с ее единицей в соответствии с реализованным принципом измерений. Примечание - Метод измерений обычно обусловлен устройством средств измерений. / РМГ 29-99

 

• принцип измерений - Физическое явление или эффект, положенное в основу измерений.
• Примеры Использование силы тяжести при измерении массы взвешиванием; эффект расширения жидкости при измерении температуры ртутным термометром/Метрология, РМГ 29

2  

• На сегоднящний  день все методы химического анализа  построены либо на химическом  приеме сравнения определяемой концентрации с ее единицей измерения,  либо на физическом приеме:

 

• а) -- химический приём реализован в способе сравнения  с эталоном единицы величины количества компонента, используя законы сохранения массы или количества компонента при химических взаимодействиях. Химические взаимодействия основаны на химических свойствах химических соединений. Для  определения искомого компонента в  пробе вещества проводят химическую реакцию, отвечающую определенным требованиям, и измеряют массу или объём  компонентов, участвующих в данной химической реакции. Количественные отношения  получают, записывая закон сохранения массы или количества эквивалентов компонента для данной химической реакции.

 

• б) –физический  приём реализован в способе сравнения  с эталоном единицы величины количества компонента путем измерения физического  свойства компонента,  зависящего от его содержания в пробе вещества. Экспериментально устанавливают функциональную зависимость «Интенсивность свойства – содержание компонента в пробе» путем градуировки средства измерения  этого физического свойства по определяемому  компоненту. Количественные отношения  получают из градуировочного графика, построенного в координатах: «интенсивность физического свойства - концентрация определяемого компонента».

3  

• Любой физический метод химического анализа
• I
•  
  Ix--- -- --- -- -
• I
• I
• I
• Cx C

4  

• Множество анализируемых  объектов, состоящих из огромнейшего разнообразия совокупности химических соединений органической и неорганической природы, и широкий диапазон измеряемых содержаний обусловили возникновение  многочисленных и чрезвычайно разнообразных  методов качественного и количественного химического анализа, основанных на использовании различных химических и физических свойствах компонентов в веществе объектов  химического анализа.

 

• Химики - аналитики  методы определения состава вещества делят на химические, основанные на хим. реакциях, физические, базирующиеся на физ. явлениях, и биологические, использующие отклик организмов на изменения в окружающей среде.

 

• Однако, по химической или физической природе реализации способа сравнения с эталоном единицы величины, заложенными в метод анализа, все методы химического анализа можно разделить на две группы методов – на химические и физические методы химического анализа.

 

• Методы качественного  химического анализа позволяют  провести качественный химический анализ состава вещества объекта анализа  – есть или нет (обнаружение) и  что это такое (идентификация  компонента).

5  

• Результат качественного химического  анализа - принятие решения о наличии или отсутствии искомого компонента в веществе объекта анализа.

 
 

• Методы количественного  химического анализа позволяют  провести количественный химический анализ (определение) состава вещества объекта  анализа.

 

• Результат количественного  химического анализа  – значение количества определяемого (искомого) компонента или его массы, отнесенное к единице массы или объёма вещества объекта анализа.

 

• (А) = [m (А)/ mвещ]100 ,%.

 

• Сm(А) = m(А)/Vм.к. ,г/дм3

6  

• ХИМИЧЕСКИЕ  МЕТОДЫ КАЧЕСТВЕННОГО  ХИМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА  ОБЪЕКТА АНАЛИЗА 

 

• Химические  методы качественного  химического анализа  объекта анализа  – основаны на проведении  химических реакций с реагентом, дающим  визуально наблюдаемый эффект – выпадение осадка, изменение окраски объекта, выделение газа, окрашивание пламени горелки:
•        ∆ T
• 1. Pb2+ + KI  →  PbI↓ +  K+ →  PbI↓   + K+
•     Желт.   желт.-золотист.
• осадок  кристаллы

 

• 2. Fe3+ + 4KSCN = K[Fe(SCN)4] – раствор кирпично-красного цвета
• 3. Кальцит СаСО3 + НСl = СаСl2 + Н2O + СО2↑
• 4. Окрашивание б/цв пламени ионами К+ и Ga3+ в бледно-фиолетовый цвет и ионами Na+ в желтый цвет
• -- темно-красный цвет ионами Sr2+
• -- кирпично-красный цвет ионами Ca2+
• -- кармино-красный (малиновый) цвет ионами лития, стронция
• --желто-зеленый цвет ионами Ba2+, молибдена
• -- зелено-голубой цвет ионами Cu2+
• -- зелёный цвет ионами бора
• -- изумрудно-зелёный цвет ионами таллия, теллура
• -- синий цвет ионами In3+ и Tl+, сурьмы, мышьяка, свинца, селена
• -- бледно-фиолетовый цвет ионами К+ -- фиолет.-синий цвет ионами цезия
• -- сине-фиолетовый цвет ионами рубидия

7  

• ХИМИЧЕСКИЕ  МЕТОДЫ КОЛИЧЕСТВЕННОГО  ХИМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА 

 

• Химические  методы количественного  химического анализа  – основаны на принципе проведения химической реакции с определяемым компонентом анализируемой пробы.

 

• Химические  методы химического анализа подразделяют на титриметрический, гравиметрический и волюмометрический методы.

 

• 1) методы  титриметрии: 
• -- проводят химическую реакцию с точно определённым (косвенно измеренным) количеством реагента, вступающим в химическую реакцию с определяемым компонентом без побочных реакций, без остатка, в строго определенных соотношениях (стехиометрично).
•  aA + bB = cC + dD
• Реакция может быть переписана в условных единицах – эквивалентах, для которых стехиометрические коэффициенты для всех участников реакции равны 1. В этом случае можно приравнять число частиц всех составляющих реакции друг другу:
• nэ(А) = nэ(В)  = nэ(С) = nэ(D)
• - это запись закона эквивалентов или принципа эквивалентности.

 

• Тип применяемой  химической реакции в титриметрии  обусловлен химическими свойствами определяемого компонента. Условные частицы – эквиваленты устанавливаются  для каждого типа химической реакции  по своим правилам.

 

• Например, железо в руде может быть определено после  соответствующей подготовки пробы  методом перманганатометрии (окислительно-восстановительного титрования), где использованы окислительно-восстановительные  свойства железа и марганца:
• 5Fe2+ + MnO4- + 8H- =

 

• Расчеты содержания неизвестного компонента производят на основе закона эквивалентов:

 

• nэ(Fe2+) = nэ(MnO4-) → Cэ (Fe2+)V(Fe2+) = Cэ(MnO4-)V(MnO4-)

 

• Пример: Руды железные Йодометрический метод определения  серы

8  

• ФИЗИЧЕСКИЕ  МЕТОДЫ КАЧЕСТВЕННОГО  ХИМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА  ОБЪЕКТА АНАЛИЗА 

 

• Физические  методы качественного  анализа объекта  анализа  – основаны на  обнаружении наличия определённого физического свойства у определяемого компонента, отсутствующего у сопутствующих компонентов при одном и том же физическом воздействии на вещество объекта анализа. 

 

• Например, качественную информацию получают по появлению сигнала - испусканию света конкретных длин волн, например, атомами меди - аналитическая линия 327, 3961 нм; атомами кремния - 288,1581 нм в определенных условиях (атомно-эмиссионная спектрометрия). По интенсивности светового излучения получают количественную информацию.

9  

• ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ КОЛИЧЕСТВЕННОГО ХИМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

 

• Физические  методы количественного химического анализа основаны на явлении зависимости какого-либо физического свойства вещества объекта анализа  от его химического состава. Интенсивность физического свойства измеряют с помощью соответствующих средств измерения.

 

• Средство измерения  перед анализом пробы градуируют по определяемому компоненту в координатах  «интенсивность измеряемого физического  свойства – содержание компонента в пробе».

 

• Например, при  определении хлорид-ионов в природной  воде методом ионометрии измеряют окислительно-восстановительный  потенциал хлорид-селективного электрода  в природной воде относительно электрода  сравнения. Величина потенциала зависит  от содержания этого иона в пробе  воды.

 

• Еок/вос
•  
  Еx--- -- --- -- -
• I
• I
• I
• Cx C(NO3-)

 

• В эмиссионном спектральном анализе измеряют на микрофотометре величину почернения изображения спектральной линии конкретной длины волны, полученной при фотографировании на фотопластинке излучения от определяемого элемента. Величина почернения зависит от содержания этого элемента в пробе.

10  

• Для градуировки  средства измерения используют стандартные  образцы состава вещества с точно  известным содержанием определяемых компонентов или вещества сравнения, например, очищенные от примесей химические реактивы также с точно известным  содержанием определяемых компонентов.

 

• Путём растворения  точной навески образца сравнения  готовят стандартный раствор.

 

• Из стандартного раствора путём разбавления готовят  растворы для градуировки (градуировочные растворы) конкретного средства измерения.

 

• Содержание  определяемого компонента в пробе  находят из градуировочного графика, построенного в конкретной аналитической  лаборатории в координатах «интенсивность физического свойства – концентрация определяемого компонента».