Количественным составом методы количественного анализа. определяемый осадитель осажденная гравиметрическая

Количественный анализ - это большой раздел аналитической химии, позволяющий определить количественный (молекулярный или элементный) состав объекта. Количественный анализ получил широкое распространение. Он применяется для определения состава руд (для оценки степени их очистки), состава почв, растительных объектов. В экологии устанавливают содержание токсинов в воде, воздухе, почве. В медицине с его помощью выявляют подделки лекарств.

Задачи и методы количественного анализа

Основная задача количественного анализа - установление количественного (процентного или молекулярного) состава веществ.

В зависимости от того, каким путем решается эта задача, выделяют несколько методов количественного анализа. Их существует три группы:

Физические.
Физико-химические.
Химические.

Первые базируются на измерении физических свойств веществ - радиоактивности, вязкости, плотности и др. Самые распространенные физические методы количественного анализа - это рефрактометрия, рентгеноспектральный и радиоактивационный анализ.

В основе вторых лежит измерение физико-химических свойств определяемого вещества. К ним относятся:

Оптические - спектрофотометрия, спектральный анализ, колориметрия.
Хроматографические - газо-жидкостная хроматография, ионообменная, распределительная.
Электрохимические - кондуктометрическое титрование, потенциометрическое, кулонометрическое, электровесовой анализ, полярография.

В основе третьих в списке методов лежат химические свойства исследуемого вещества, химические реакции. Химические методы разделяют на:

Весовой анализ (гравиметрия) - базируется на точном взвешивании.
Объемный анализ (титрование) - базируется на точном измерении объемов.

Методы количественного химического анализа

Наибольшее значение имеют гравиметрический и титриметрический. Их называют классическими методами химического количественного анализа.

Постепенно классические методы уступают свое место инструментальным. Однако они остаются самыми точными. Относительная погрешность этих методов всего 0,1-0,2%, а у инструментальных - 2-5%.

Гравиметрия

Сущность гравиметрического количественного анализа - это выделение интересующего вещества в чистом виде и его взвешивание. Выделение вещества чаще всего проводят осаждением. Иногда определяемый компонент нужно получить в виде летучего вещества (метод отгонки). Так можно определить, например, содержание в кристаллогидратах кристаллизационной воды. Методом осаждения определяют кремниевую кислоту при обработке горных пород, железо и алюминий при анализе горных пород, калий и натрий, органические соединения.

Аналитический сигнал в гравиметрии - масса.

Методика количественного анализа гравиметрией включает этапы:

Осаждение соединения, которое содержит интересующее вещество.
Фильтрование получившейся смеси для извлечения осадка от надосадочной жидкости.
Промывание осадка для устранения надосадочной жидкости и удаления с его поверхности примесей.
Высушивание при низких температурах для удаления воды или при высоких для перевода осадка в подходящую для взвешивания форму.
Взвешивание получившегося осадка.

Недостатки гравиметрического количественного анализа - это длительность определения и неселективность (реагенты-осадители редко бывают специфичными). Поэтому необходимо предварительное разделение.

Расчеты при гравиметрическом методе

Результаты количественного анализа, проведенного гравиметрией, выражают в массовых долях (%). Для расчета необходимо знать массу навески исследуемого вещества - G, массу полученного осадка - m и его формулу для определения фактора пересчета F. Формулы для расчета массовой доли и фактора пересчета представлены ниже.

Можно вычислить массу вещества в осадке, для этого используется фактор пересчета F.

Гравиметрический фактор - постоянная величина для данного исследуемого компонента и гравиметрической формы.

Титриметрический (объемный) анализ

Титриметрический количественный анализ - это точное измерение объема раствора реагента, который расходуется на эквивалентное взаимодействие с интересующим веществом. При этом концентрация используемого реагента устанавливается предварительно. Учитывая объем и концентрацию раствора реагента, рассчитывают содержание интересующего компонента.

Название «титриметрический» происходит от слова «титр», которое обозначает один из способов выражения концентрации раствора. Титр показывает, сколько грамм вещества растворено в 1 мл раствора.

Титрование - процесс постепенного доливания раствора с известной концентрацией к конкретному объему другого раствора. Его продолжают до момента, когда вещества прореагируют друг с другом полностью. Этот момент называют точкой эквивалентности и определяют по изменению окраски индикатора.

Кислотно-основный.
Окислительно-восстановительный.
Осадительный.
Комплексонометрический.

Основные понятия титриметрического анализа

В титриметрическом анализе используются следующие термины и понятия:

Титрант - раствор, который приливают. Его концентрация известна.
Титруемый раствор - жидкость, к которой приливают титрант. Его концентрацию нужно определить. В колбу обычно помещают титруемый раствор, а в бюретку - титрант.
Точка эквивалентности - тот момент титрования, когда число эквивалентов титранта становится равным числу эквивалентов интересующего вещества.
Индикаторы - вещества, применяемые для установления точки эквивалентности.

Стандартные и рабочие растворы

Титранты бывают стандартные и рабочие.

Стандартные получаются при растворении точной навески вещества в определенном (обычно 100 мл или 1л) объеме воды или другого растворителя. Так можно приготовить растворы:

Хлорида натрия NaCl.
Дихромата калия K 2 Cr 2 O 7.
Тетрабората натрия Na 2 B 4 O 7 ∙10H 2 O.
Щавелевой кислоты H 2 C 2 O 4 ∙2H 2 O.
Оксалата натрия Na 2 C 2 O 4.
Янтарной кислоты H 2 C 4 H 4 O 4 .

В лабораторной практике стандартные растворы готовят, используя фиксаналы. Это определенное количество вещества (или его раствора), находящееся в запаянной ампуле. Такое количество рассчитано на приготовление 1 л раствора. Фиксанал может храниться долгое время, поскольку находится без доступа воздуха, за исключением щелочей, которые реагируют со стеклом ампулы.

Некоторые растворы невозможно приготовить с точной концентрацией. Например, концентрация перманганата калия и тиосульфата натрия изменяется уже при растворении за счет их взаимодействия с парами воды. Как правило, именно эти растворы нужны для определения количества искомого вещества. Раз их концентрация неизвестна, ее нужно определить перед титрованием. Данный процесс называют стандартизацией. Это установление концентрации рабочих растворов их предварительным титрованием стандартными растворами.

Стандартизация необходима для растворов:

Кислот - серной, соляной, азотной.
Щелочей.
Перманганата калия.
Нитрата серебра.

Выбор индикатора

Для точного определения точки эквивалентности, то есть момента окончания титрования, необходим правильный выбор индикатора. Это вещества, изменяющие свой цвет, в зависимости от значения рН. Каждый индикатор изменяет цвет своего раствора при разном значении рН, называемом интервалом перехода. У правильно подобранного индикатора интервал перехода совпадает с изменением рН в области точки эквивалентности, называемом скачком титрования. Для его определения необходимо построить кривые титрования, для чего проводят теоретические расчеты. В зависимости от силы кислоты и основания различают четыре типа кривых титрования.

Расчеты в титриметрическом анализе

Если точка эквивалентности верно определена, титрант и титруемое вещество прореагируют в эквивалентом количестве, то есть количество вещества титранта (n э1) будет равно количеству титруемого вещества (n э2): n э1 = n э2 . Поскольку количество вещества эквивалента равно произведению молярной концентрации эквивалента и объема раствора, то верно равенство

C э1 ∙V 1 = C э2 ∙V 2, где:

C э1 - нормальная концентрация титранта, известная величина;

V 1 - объем раствора титранта, известная величина;

C э2 - нормальная концентрация титруемого вещества, необходимо определить;

V 2 - объем раствора титруемого вещества, определяется в ходе титрования.

C э2 = C э1 ∙V 1 / V 2

Выполнение титриметрического анализа

Методика количественного химического анализа титрованием включает этапы:

Приготовление 0,1 н стандартного раствора из навески вещества.
Приготовление приблизительно 0,1 н рабочего раствора.
Стандартизация рабочего раствора по стандартному раствору.
Титрование исследуемого раствора рабочим раствором.
Проведение необходимых расчетов.

Это гравиметрический и титриметрический методы. Хотя они постепенно уступают место инструментальным методам, они остаются непревзойденными по точности: их относительная ошибка меньше 0,2 %, тогда как инструментальных - 2-5 %. Они остаются стандартными для оценки правильности результатов других методов. Основное применение: прецизионное определение больших и средних количеств веществ.

Гравиметрический метод заключается в выделении вещества в чистом виде и его взвешивании. Чаще всего выделение проводят осаждением. Осадок должен быть практически нерастворимым. Определяемый компонент должен выделяться в осадок практически полностью, так чтобы концентрация компонента в растворе не превышала 10 -6 М. Этот осадок должен быть по возможности крупнокристаллическим, чтобы его легко можно было промыть. Осадок должен быть стехиометрическим соединением определенного состава. При осаждении происходит захват примесей (соосаждение), поэтому его необходимо промывать. Затем осадок должен быть высушен и взвешен.

Применение гравиметрических методов:

Можно определить большинство неорганических катионов, анионов, нейтральных соединений. Для осаждения применяют неорганические и органические реагенты; последние более селективны. Примеры:

AgNO 3 +HCl=AgCl+HNO 3

(определение серебра или хлорид-ионов),

BaCl 2 +H 2 SO 4 =BaSO 4 +2HCl

(определение бария или сульфат-ионов).

Катионы никеля осаждаются диметилглиоксимом.

Титриметрические методы используют реакции в растворах. Называются также волюмометрическими, так как основаны на измерении объема раствора. Заключаются в постепенном прибавлении к раствору определяемого вещества с неизвестной концентрацией раствора реагирующего с ним вещества (с известной концентрацией), который называется титрантом. Вещества реагируют между собой в эквивалентных количествах: n 1 =n 2 .

Так как n=CV, где С - молярная концентрация эквивалента, V- объем, в котором растворено вещество, то для стехиометрически реагирующих веществ справедливо:

C 1 V 1 =C 2 V 2

Cледовательно, можно найти неизвестную концентрацию одного из веществ (например, C 2), если известны объем его раствора и объем и концентрация прореагировавшего с ним вещества. Зная молекулярную массу эквивалента М, можно рассчитать массу вещества: m 2 =C 2 M.

Для того, чтобы определить конец реакции (который называется точкой эквивалентности), используют изменение цвета раствора или измеряют какое-либо физико-химическое свойство раствора. Используют реакции всех типов: нейтрализации кислот и оснований, окисления и восстановления, комплексообразования, осаждения. Классификация титриметрических методов дана в таблице:

Метод титрования, тип реакции	Подгруппы методов	Вещества титрантов
Кислотно-основное	Ацидиметрия
	Алкалиметрия	NaOH, Na 2 CO 3
Оксилительно-восстановительное	Перманганатометрия
	Иодометрия
	Дихроматометрия
	Броматометрия
	Иодатометрия
Комплексометрическое	Комплексонометрия
Осадительное	Аргентометрия

Титрование бывает прямое и обратное. Если скорость реакции мала, добавляют заведомый избыток титранта, чтобы довести реакцию до конца, а затем количество непрореагированного титранта определяют титрованием другим реагентом.

В основе кислотно-основного титрования лежит реакция нейтрализации, в ходе реакции изменяется рН раствора. График зависимости рН от объема титранта называется кривой титрования, обычно имеет вид:

Для определения точки эквивалентности используют либо рН-метрию, либо индикаторы, изменяющие цвет при определенном значении рН. Чувствительность и точность титрования характеризуются крутизной кривой титрования.

Комплексонометрия основана на реакции образования комплексов. Наиболее часто применяют этилендиаминтетрауксусную кислоту (ЭДТА)

(HOOC)(OOC-H2C)NH-CH2CH2-NH(CH2COO)(CH2COOH)

либо ее) динатриевую соль. Эти вещества часто называют комплексонами. Они образуют прочные комплексы с катионами многих металлов, поэтому применение для титрования требует разделения.

Окислительно-восстановительное титрование сопровождается изменением потенциала системы. Ход титрования контролируется обычно потенциометрическим методом, см. Позднее.

Осадительное титрование - чаще всего применяют аргентометрию как способ определения галогенид-ионов. Последние образуют с катионами серебра практически нерастворимый осадок.

Методы титриметрического анализа обладают высокой точностью(относительная погрешность определения - 0,1 - 0,3%), малой трудоемкостью, простотой аппаратурного оформления. Титриметрию применяют для экспрессного определения высоких и средних концентраций веществ в растворах, в том числе неводных.

Цели количественного анализа

Количественный анализ позволяет установить элементный и молекулярный состав исследуемого объекта или содержание отдельных его компонентов.

В зависимости от объекта исследования различают неорганический и органический анализ. В свою очередь их разделяют на элементный анализ, задача которого - установить, в каком количестве содержатся элементы (ионы) в анализируемом объекте, на молекулярный и функциональный анализы, дающие ответ о количественном содержании радикалов, соединений, а также функциональных групп атомов в анализируемом объекте.

Методы количественного анализа

Классическими методами количественного анализа являются гравиметрический (весовой) анализ и титриметрический (объемный) анализ .

Полную классификацию методов количественного анализа см. в статье Аналитическая химия .

Инструментальные методы анализа

Классификацию инструментальных методов анализа см. в статье Инструментальные методы анализа

Полярография

ПОЛЯРОГРАФИЯ, разновидность вольтамперометрии с использованием индикаторного микроэлектрода из жидкого металла поверхность которого периодически или непрерывно обновляется. При этом не происходит длительного накопления продуктов электролиза на поверхности раздела электрод-раствор в электролитической ячейке. Индикаторным электродом в полярография служит чаще всего ртутный капающий электрод. Используют также капающие электроды из жидких амальгам и расплавов, струйчатые электроды из жидких металлов, многокапельные электроды, в которых жидкий металл или расплав продавливают через диски из пористого стекла, и др.

В соответствии с рекомендациями ИЮПАК различают несколько вариантов полярография: постояннотоковая полярография (исследует зависимость тока I от потенциала Е индикаторного микроэлектрода), осциллополярография (зависимость dE/dt от t при заданном I(t), где t -время), полярография с разверткой I (зависимость Е от I), разностная полярография (зависимость разности токов в двух ячейках от Е), полярография с однократной или многократной разверткой Е за время жизни каждой капли, циклическая полярография с треугольной разверткой Е, полярография со ступенчатой разверткой Е, разл. виды переменнотоковой и импульсной полярография и др.

Фотометрия и спектрофотометрия

Метод основан на использовании основного закона светопоглощения. A=ELC. Где A-поглощение света, E-молярный коэффициент светопоглощения, L-длина поглощающего слоя в сантиметрах, C-концентрация раствора. Существуют несколько методов фотометрии:

Атомно-абсорбционная спектроскопия
Атомно-эмиссионная спектроскопия.
Молекулярная спектроскопия.

Атомно-абсорбционная спектроскопия

Чтобы провести анализ с помощью этого метода, необходим спектрометр. Суть анализа состоит в том, чтобы просветить монохромным светом атомизированную пробу, затем разложить свет, прошедший через пробу любым световым диспергатором и детектором зафиксировать поглощение. Для атомизации пробы применяются атомизаторы. (пламя, высоковольтная искра, индуктивно-связанная плазма). У каждого из атомизатров есть свои плюсы и минусы. Для разложения света используют диспергаторы (дифракционная решетка, призма, светофильтр).

Атомно-эмиссионная спектроскопия

Этот метод немного отличается от атомно-абсорбционного метода. Если в нем источником света был отдельный источник, то в атомно-эмиссионном методе источником излучения служит сама проба. В остальном все похоже.

Рентгенофлуоресцентный анализ

Активационный анализ

См. также

Литература

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Количественный анализ (химия)" в других словарях:

Совокупность химических, физико химических и физических методов определения количественного соотношения компонентов, входящих в состав анализируемого вещества. Наряду с качественным анализом К. а. является одним из основных разделов… …

Качественный анализ совокупность химических, физико химических и физических методов, применяемых для обнаружения элементов, радикалов и соединений, входящих в состав анализируемого вещества или смеси веществ. В качественном анализе используют… … Википедия

Химия почв это раздел почвоведения, изучающий химические основы почвообразования и плодородия почв. Основой для решения этих вопросов служит исследование состава, свойств почв и протекающих в почвах процессов на ионно молекулярном и… … Википедия

- (С1 химия) раздел химии, изучающей различные классы веществ, в состав молекулы которых входит только один атом углерода. Как отдельная отрасль знаний С1 химия появляется с развитием перспективных технологий получения углеродсодержащего сырья,… … Википедия

ХИМИЯ - ХИМИЯ, наука о веществах, их превращениях, взаимодействии и о происходящих при этом явлениях. Выяснением основных понятий, к рыми оперирует X., как напр, атом, молекула, элемент, простое тело, реакция и др., учением о молекулярных, атомных и… … Большая медицинская энциклопедия

Решает аналитическими методами задачу определения элементного состава металлов и их сплавов. Главная цель проверка сорта сплава или типа и композиционный анализ различных сплавов (количественный анализ). Методы: волнодисперсионный анализ,… … Википедия

У этого термина существуют и другие значения, см. Химия (значения). Химия (от араб. کيمياء‎‎, произошедшего, предположительно, от египетского слова km.t (чёрный), откуда возникло также название Египта, чернозёма и свинца «черная… … Википедия

Не следует путать с Экологическая химия. Химия окружающей среды раздел химии, изучающий химические превращения, происходящие в окружающей природной среде. Основные сведения Химия окружающей среды включает в себя более узкие разделы химии,… … Википедия

Эту статью следует викифицировать. Пожалуйста, оформите её согласно правилам оформления статей … Википедия

См. Аналитическая химия, Качественный анализ, Количественный анализ … Большая советская энциклопедия

Книги

Аналитическая химия. Аналитика 2. Количественный анализ. Физико-химические (инструментальные) методы анализа , Харитонов Юрий Яковлевич. Учебник подготовлен в соответствии с федеральным государственным образовательным стандартом третьего поколения. В книге рассмотрены основы гравиметрического, химических титриметрических…

Задача количественного анализа состоит в получении информации о содержании элементов (ионов), радикалов, функциональных групп, соединений или фаз в анализируемом объекте, а также в разработке методов, с помощью которых получают эту информацию. При количественном анализе измеряют интенсивность аналитического сигнала, т.е. находят численное значение оптической плотности раствора, расхода раствора на титрование, массы прокаленного осадка и т.п. По результатам количественного измерения сигнала рассчитывают содержание определяемого компонента в пробе. Результаты определений обычно выражают в массовых долях, %.

С помощью количественного анализа находят массовые соотношения между элементами в соединениях, определяют количество растворенного вещества в определенном объеме раствора, иногда узнают содержание какого-нибудь элемента в однородной смеси веществ, например углерода в нефти или в природном газе. В сельскохозяйственной практике чаще всего определяют содержание того или иного компонента в неоднородных веществах, например: азота, Р 2 О 5 или К 2 О - в азотных, фосфорных или калийных удобрениях, микроэлементов - в почве, cсахаров - в растительном материале и т.п.

Количественный анализ нужен при оценке месторождений полезных ископаемых, для, металлургии и химической промышленности, имеет значение для биологии и агрохимии, почвоведения, физиологии растений и др.

Новые проблемы перед количественным анализом ставит развивающееся народное хозяйство - промышленность и земледелие; таковы, например, разработка методов разделения и количественного определения «редких» или рассеянных элементов (урана, титана, циркония, ванадия, молибдена, вольфрама и др.); определение ничтожно малых количеств примесей некоторых элементов (мышьяка, фосфора и др.) во многих металлах и микроэлементов в биологическом материале, в почвах.

Количественный анализ позволяет биологам получить необходимые сведения о составе организмов животных и растений, изучить влияние отдельных элементов на их рост, развитие и продуктивность.

Основные объекты количественного исследования в сельском хозяйстве - это почва, растения, удобрения, сельскохозяйственные яды, корма и т.п. Почвы анализируют для того, чтобы определить степень обеспеченности растений питательными веществами. Количественный анализ минеральных удобрений служит для проверки содержания в них полезных для сельскохозяйственных культур компонентов (азота, Р 2 О 5 , К 2 О), а анализ сельскохозяйственных ядов - для нахождения количества действующего начала. Состав кормов необходимо знать, чтобы правильно составить рационы животных. Анализируют также продукцию животноводства и растениеводства.

В последнее время из-за повышенного содержания нитратов в почвах, питьевой воде и продуктах растениеводства возникла необходимость контроля пищевых продуктов. Определяют содержание нитратов ионометрическим или фотометрическим методами.

Современные методы количественного анализа классифицируют по измеряемым свойствам, таким, как масса вещества, объем раствора реактива, интенсивность спектральных линий элементов, поглощение видимого, инфракрасного или ультрафиолетового излучения, рассеивание света суспензиями, вращение плоскости поляризации, адсорбционные свойства сорбентов, электрическая проводимость раствора, электродный потенциал, сила диффузного тока, число радиоактивных частиц и т.п.

Методы количественного анализа подразделяют на химические, физические и физико-химические.

К химическим методам относят гравиметрический, титриметрческий и газоволюметрический анализы.

Физические и физико-химические методы анализа условно называют инструментальными.

Кроме того, существуют так называемые методы разделения смесей веществ (или ионов). К ним, помимо различных видов хроматографии, относят экстракцию органическими растворителями, возгонку (и сублимацию), дистилляцию (т.е. отгонку летучих компонентов), химические методы фракционного осаждения и соосаждения.

Разумеется, приведенная классификация не охватывает все методы, используемые современным количественным анализом; в ней перечислены только наиболее распространенные из них.

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНСТАНТЫ ДИССОЦИАЦИИ

Электролитическая диссоциация - обратимый процесс, приводящий к равновесию между недиссоциированными молекулами и ионами, поэтому к ней применим закон действующих масс. Ионизация слабого электролита протекает по схеме

АВ « А + + В —

Если обозначить равновесную концентрацию недиссоциированных молекул [АВ], а концентрации ионов - соответственно [А + ] и [В — ], то константа равновесия примет вид

[А + ][В — ]/[АВ] = К (*)

Величину К называют константой диссоциации электролита . Она характеризует его склонность к ионизации. Чем; больше величина К, тем сильнее диссоциирует слабый электролит и тем выше концентрация его ионов в растворе при равновесии. Величину константы, диссоциации вычисляют, исходя из молярной концентрации раствора и степени ионизации слабого электролита (при постоянной температуре).

Между константой и степенью диссоциации слабого электролита существует взаимосвязь, которую можно выразить математически. Для этого обозначим молярную концентрацию электролита, распадающегося на два иона, через с , а степень его диссоциации - α . Тогда концентрация каждого из образующихся ионов будет равна с(1 – α), а концентрация недиссоциированных молекул с (1 - α ). Подставив эти обозначения в уравнение (*), получим

Это уравнение - математическое выражение закона разбавления Оствальда, который устанавливает зависимость между степенью диссоциации слабого электролита и его концентрацией.

У достаточно слабых электролитов в не слишком разбавленных растворах степень диссоциации а очень мала, а величина (1 - α) близка к единице. Поэтому для них

Рассмотренные закономерности позволяют вычислять константы диссоциации слабых электролитов по степени их диссоциации, найденной экспериментально, и наоборот.

Константой диссоциации, как и степенью диссоциации, характеризуют силу -кислот и оснований. Чем больше величина константы, тем сильнее электролит диссоциирован в растворе. Поскольку константа диссоциации не зависит от концентрации раствора, она лучше характеризует склонность электролита к распаду на ионы, чем степень диссоциации. Экспериментально доказано, что закон разбавления справедлив только для слабых электролитов.

В растворах многоосновных кислот, диссоциирующих по нескольким ступеням, устанавливается и несколько равновесий. Каждую такую степень характеризует своя константа диссоциации.

Используя константы диссоциации важнейших слабых электролитов, вычисляют степени их диссоциации.

а) Выражение константы диссоциации для гидрооксида калия

КОН « К + + ОН —

б) Выражение константы диссоциации уксусной кислоты:

Уравнение диссоциации

СН 3 СООН « Н + + СН 3 СОО —

Тогда константу диссоциации можно записать

в) Выражение константы диссоциации

НСN « H + + CN —

3. СУЩНОСТЬ И МЕТОДЫ ОБЪЕМНОГО АНАЛИЗА. ВЫЧИСЛЕНИЯ В ГРАВИМЕТРИЧЕСКОЙ АНАЛИЗЕ. ОПЕРАЦИИ ГРАВИМЕТРИЧЕСКОГО МЕТОДА АНАЛИЗА

«Классический» метод» – это титриметрический (объемный) анализ. Он основан на измерении объемов реагирующих растворов, причем концентрация раствора реактива должна быть точно известна. В объемном анализе реактив приливают к исследуемому раствору до того момента, когда прореагируют эквивалентные количества веществ. Определяют этот момент с помощью индикаторов или другими способами. Зная концентрацию и объем реактива, израсходованного на реакцию, вычисляют результат определения.

По типу используемых химических реакций методы титриметрического (объемного) анализа разделяют на три группы: 1) методы, основанные на реакциях соединения ионов; 2) методы, основанные на реакциях окисления - восстановления; 3) методы, основанные на реакциях комплексообразования. К первой группе относят методы кислотно-основного и осадительного титрования, ко второй - различные методы окислительно-восстановительного титрования и к третьей - методы комплексометрического (хелатометрического) титрования.

Метод кислотно-основного титрования (или нейтрализации) основан на взаимодействии кислот с основаниями.

Метод позволяет определять в растворах не только концентрацию кислот или оснований, но также и концентрацию гидролизующихся солей.

Для определения в растворах концентрации оснований или солей, дающих при протолизе щелочную реакцию, используют титрованные растворы кислот. Эти определения называют ацидиметрией.

Концентрацию кислот или гидролитически кислых солей определяют с помощью титрованных растворов сильных оснований. Такие определения относятся к алкалиметрии.

Точку эквивалентности при нейтрализации определяют по изменению окраски индикатора (метилового оранжевого, метилового красного, фенолфталеина).

Метод осадительного титрования . Определяемый элемент, взаимодействуя с титрованным раствором, может осаждаться в виде малорастворимого соединения. Последнее, изменяя свойства среды, позволяет тем или иным способом определить, точку эквивалентности.

Титриметрическим методам осаждения дают названия в зависимости от того, что служит титрантом.

Метод комплексометрического титрования объединяет титриметрические определения, основанные на образовании малоионизирующихся комплексных ионов (или молекул).

С помощью этих методов определяют различные катионы и анионы, обладающие свойством вступать в реакции комплексообразо-вания. В последнее время получили распространение методы анализа, основанные на взаимодействии катионов с органическими реактивами - комплексонами. Такое титрование называют комплексопометрическим или хелатометрическим.

Методы окислительно-восстановительного титрования (редоксметоды) основаны на окислительно-восстановительных реакциях между анализируемый веществом и титрованным раствором.

Используют их для количественного определения в растворах различных восстановителей или окислителей.

Гравиметрическим методом определяют, кроме того, кристаллизационную воду в солях, гигроскопическую воду в почве, удобрениях, растительном материале. Гравиметрически определяют содержание сухого вещества в плодах и овощах, клетчатки, а также «сырой» золы в растительном материале.

В ходе гравиметрического, определения различают следующие операции: 1) отбор средней пробы вещества и подготовку ее к анализу; 2) взятие навески; 3) растворение; 4) осаждение определяемого элемента (с пробой на полноту осаждения); 5) фильтрование; 6) промывание осадка (с пробой на полноту промывания); 7) высушивание и прокаливание осадка; 8) взвешивание; 9) вычисление результатов анализа.

Успешное выполнение определения требует помимо теоретических знаний хорошего владения техникой отдельных операций.

Перечисленные операции относятся к так называемым методам осаждения, широко используемым в гравиметрии.

Но в гравиметрии используют и другие методы.

Метод выделения основан на выделении определяемого компонента из анализируемого вещества и точном взвешивании его (например, золы из твердого топлива).

В методе отгонки определяемый компонент выделяют в виде летучего соединения действием кислоты или высокой температуры на анализируемое вещество. Так, определяя содержание оксида углерода (IV) в карбонатной породе, обрабатывают ее образец хлороводородной кислотой, выделившийся газ пропускают через поглотительные трубки со специальными реактивами и по увеличению их массы делают вычисление.

Обычно результаты гравиметрических определений выражают в массовых долях (%). Для этого нужно знать величину навески анализируемого вещества, массу полученного осадка и его химическую формулу.

Гравиметрические определения преследуют различные цели. В одних случаях необходимо определить содержание элемента в химически чистом веществе, например содержание бария в хлориде бария ВаС1 2 *2Н 2 О. В других случаях требуется найти содержание действующего начала в каком-нибудь техническом продукте или вообще в веществе, имеющем примеси. Например, приходится определять содержание хлорида бария ВаС1 2 *2Н 2 О в продажном хлориде бария. Техника определений в обоих случаях может оставаться одинаковой, но вычисления при этом различны. Рассмотрим ход вычислений на примерах.

Нередко для вычислений в гравиметрическом анализе используют факторы пересчета, называемые также аналитическими факторами. Фактор пересчета (Ф) представляет собой отношение молярной массы (или Мг) определяемого вещества к молярной массе вещества, находящегося в осадке:

М определяемого вещества___

М вещества, находящегося в осадке

Фактор пересчета показывает, сколько граммов определяемого вещества содержит 1 г осадка.

В практике технического и сельскохозяйственного анализа вычисления, как правило, производят по готовым формулам. При всех расчетах со сложными числами следует пользоваться микроЭВМ.

Большое значение имеют записи в лабораторном журнале. Они являются документом, подтверждающим выполнение анализа. Поэтому количественное определение кратко оформляют непосредственно на занятии. В журнал записывают дату, название анализа, методику определения (со ссылкой на учебник), данные всех взвешиваний или других измерений, вычисление результата.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Крешков А.П. Основы аналитической химии.–М.: Химия, 1991.

Классификация методов количественного анализа. Основные этапы количественного анализа

Количественный анализ - совокупность методов аналитической химии, задачей которых является определение количественного содержания отдельных составных частей в исследуемом веществе.

В зависимости от объекта исследования различают неорганический и органический анализ. В свою очередь их разделяют на элементный анализ , задача которого - установить, в каком количестве содержатся элементы в анализируемом объекте, на молекулярный и функциональный анализы, дающие ответ о количественном содержании радикалов, соединений, а также функциональных групп атомов в анализируемом объекте.

Методы количественного анализа подразделяются на химические , физико-химические и физические . К классическим химическим методам количественного анализа относятся гравиметрический и объёмный анализ .

Наряду с классическими химическими методами широко распространены физические и физико-химические (инструментальные) методы, основанные на измерении оптических, электрических, адсорбционных, каталитических и других характеристик анализируемых веществ, зависящих от их количества (концентрации). Обычно эти методы делят на следующие группы: электрохимические (кондуктометрия, полярография, потенциометрия и др.); спектральные, или оптические (эмиссионный и абсорбционный спектральный анализ, фотометрия, люминесцентный анализ и др.); рентгеновские; хроматографические; радиометрические; масс-спектрометрические. Перечисленные методы, уступая химическим в точности, существенно превосходят их по чувствительности, избирательности и скорости выполнения.

В данном курсе будут рассмотрены только классические химические методы количественного анализа.

Гравиметрический анализ основан на точном измерении массы определяемого компонента в чистом виде или в виде его соединения. Объёмный анализ включает титриметрический объёмный анализ - методы измерения объёма раствора реагента с точно известной концентрацией, израсходованного на реакцию с анализируемым веществом, и газовый объёмный анализ - методы измерения объёма анализируемых газообразных продуктов.

В ходе количественного анализа можно выделить следующие основные этапы.

1. Отбор, усреднение пробы и взятие навески. Отбор пробы часто определяет общую погрешность анализа и делает бессмысленным применение высокоточных методов. Цель пробоотбора – получить относительно небольшое количество исходного вещества, в котором количественное содержание всех компонентов должно быть равно количественному содержанию их во всей массе анализируемого вещества. Первичная проба отбирается непосредственно из анализируемого объекта путем объединения необходимого числа точечных проб. Способы отбора пробы определяются следующими факторами: агрегатное состояние анализируемого объекта (газ, жидкость, твердое вещество); неоднородность анализируемого материала; требуемая точность оценки содержания компонента по всей массе анализируемого объекта (физиологически активный компонент в лекарстве – бόльшая точность, чем компонент в руде для оценки рентабельности месторождения), возможность изменения состава объекта во времени. Жидкие и газообразные материалы, как правило, однородны, и их пробы уже являются усредненными. Твердые материалы неоднородны по объему, поэтому для их анализа отбирают части вещества из разных зон исследуемого материала. Первичная проба достаточно большая – обычно 1-50 кг, а для некоторых объектов (например, для руды) составляет 0,5-5 т.

Из первичной пробы путем ее сокращения отбирают среднюю (представительную) пробу (обычно от 25 г до 1 кг). Для этого первичную пробу измельчают, перемешивают и усредняют по составу, например, квартованием . При квартовании измельченный материал рассыпают ровным слоем в виде квадрата (или круга), делят на четыре сектора, содержимое двух противоположных секторов отбрасывают, а двух остальных соединяют вместе. Операцию квартования повторяют многократно, пока не будет получено необходимое количество средней пробы.

Из полученного таким образом однородного материала берут навески для анализа, одну часть сохраняют для возможных арбитражных анализов (контрольная проба ), другую – непосредственно используют для анализа (анализируемая проба ).

Часть анализируемой пробы с точно измеренной на аналитических весах массой называют навеской. Анализируемая проба должна быть достаточно большой, чтобы получить несколько навесок.

2. Разложение (вскрытие) пробы. Этот этап заключается в переводе анализируемой пробы в удобное для анализа агрегатное состояние или соединение. Для перевода пробы в раствор в химических методах ее непосредственно обрабатывают жидкими растворителями (водой, кислотами, щелочами) или после разрушения пробы (путем прокаливания, сожжения, сплавления или спекания) переводят ее в соединения, способные растворяться.

3. Разделение, выделение определяемого компонента и его концентрирование. Так как большинство аналитических методов недостаточно селективно, используют методы разделения анализируемой смеси или выделения из нее определяемого вещества. В случае, когда концентрация определяемого вещества меньше предела обнаружения данного метода или меньше нижней границы его рабочего диапазона, то применяют концентрирование определяемого вещества. Для разделения, выделения и концентрирования используют химические (маскирование, осаждение и соосаждение), физические (методы испарения: отгонку, перегонку (дистилляцию), возгонку (сублимацию) и др.) и физико-химические методы (экстракция, сорбция, ионный обмен, хроматография и различные электрохимические методы, например электролиз, электрофорез, электродиализ и др.).

4. Проведение количественного определения . Все предварительные стадии анализа должны обеспечить получение достоверного результата при проведении анализа. Выбор метода анализа должен основываться на таких показателях, как скорость, удобство, правильность, наличие подходящего оборудования, число анализов, размер анализируемой пробы, содержание определяемого компонента. Сопоставляя чувствительность различных методов и оценивая примерное содержание компонента в образце, химик выбирает тот или иной метод анализа. Например, для определения натрия в силикатных породах используют гравиметрический метод, позволяющий определять миллиграммовые и более высокие количества натрия; для определения микрограммовых количеств того же элемента в растениях и биологических объектах – метод пламенной фотометрии; для определения натрия в воде особой чистоты (нано- и пикограммовые количества) – метод лазерной спектроскопии.

5. Расчеты результатов анализа и оценка результатов измерения - заключительная стадия аналитического процесса. После вычисления результатов анализа важно оценить их достоверность, учитывая правильность использованного метода и статистически обрабатывая числовые данные.

Контрольные вопросы

1. В чем состоит задача количественного анализа?

2. Перечислите методы количественного анализа.

3. Что такое гравиметрический анализ?

4. В чем сущность титриметрического анализа?

5. Перечислите основные этапы анализа и охарактеризуйте их.

6. Как проводят отбор средней пробы? Что такое квартование пробы?

7. Что такое навеска?

8. Какие приемы используют для вскрытия пробы и выделения из нее определяемого компонента?

1. Васильев В.П. Аналитическая химия. Кн. 1. Титриметрические и гравиметрический методы анализа. - М.: Дрофа, 2005. - С. 16 – 24.

С.Б. Денисова, О.И. Михайленко