Ilościowe metody składu analizy ilościowej. wykrywalny środek strącający wytrącony grawimetrycznie

Analiza ilościowa to duży dział chemii analitycznej, który pozwala określić ilościowy (cząsteczkowy lub pierwiastkowy) skład obiektu. Analiza ilościowa stała się powszechna. Służy do określania składu rud (do oceny stopnia ich oczyszczenia), składu gleb, obiektów roślinnych. W ekologii określa się zawartość toksyn w wodzie, powietrzu i glebie. W medycynie służy do wykrywania fałszywych leków.

Zadania i metody analizy ilościowej

Głównym zadaniem analizy ilościowej jest ustalenie ilościowego (procentowego lub cząsteczkowego) składu substancji.

W zależności od sposobu rozwiązania tego problemu istnieje kilka metod analizy ilościowej. Są ich trzy grupy:

• Fizyczny.
• Fizyczne i chemiczne.
• Chemiczny.

Te pierwsze opierają się na pomiarze właściwości fizycznych substancji - promieniotwórczości, lepkości, gęstości itp. Najpopularniejszymi fizycznymi metodami analizy ilościowej są refraktometria, rentgenowska analiza spektralna i radioaktywacja.

Ta ostatnia opiera się na pomiarze właściwości fizykochemicznych analitu. Obejmują one:

• Optyka - spektrofotometria, analiza spektralna, kolorymetria.
• Chromatografia - chromatografia gazowo-cieczowa, jonowymienna, dystrybucyjna.
• Elektrochemiczne - miareczkowanie konduktometryczne, potencjometryczne, kulometryczne, analiza elektrowagowa, polarografia.

Trzecie metody na liście metod opierają się na właściwościach chemicznych badanej substancji, reakcjach chemicznych. Metody chemiczne dzielą się na:

• Analiza wagowa (grawimetryczna) - oparta na dokładnym zważeniu.
• Analiza wolumetryczna (miareczkowanie) - oparta na dokładnym pomiarze objętości.

Metody ilościowej analizy chemicznej

Najważniejsze z nich to grawimetryczna i miareczkowa. Nazywa się je klasycznymi metodami chemicznej analizy ilościowej.

Stopniowo metody klasyczne ustępują instrumentalnym. Pozostają jednak najdokładniejsze. Błąd względny tych metod wynosi zaledwie 0,1-0,2%, podczas gdy dla metod instrumentalnych 2-5%.

Grawimetria

Istotą grawimetrycznej analizy ilościowej jest wyodrębnienie badanej substancji w jej czystej postaci i jej zważenie. Izolacja substancji odbywa się najczęściej przez wytrącanie. Czasami składnik do oznaczenia musi być otrzymany w postaci substancji lotnej (metoda destylacyjna). W ten sposób można określić np. zawartość wody krystalizacyjnej w hydratach krystalicznych. Metoda strącania oznacza kwas krzemowy w przeróbce skał, żelazo i aluminium w analizie skał, potas i sód, związki organiczne.

Sygnałem analitycznym w grawimetrii jest masa.

Metoda analizy ilościowej metodą grawimetryczną obejmuje następujące etapy:

1. Wytrącanie związku zawierającego interesującą substancję.
2. Filtrację otrzymanej mieszaniny w celu usunięcia osadu z supernatantu.
3. Przemycie osadu w celu wyeliminowania supernatantu i usunięcia zanieczyszczeń z jego powierzchni.
4. Suszenie w niskich temperaturach w celu usunięcia wody lub w wysokich temperaturach w celu przekształcenia osadu w postać odpowiednią do ważenia.
5. Ważenie powstałego osadu.

Wadami grawimetrycznej analizy ilościowej są czas trwania oznaczania i nieselektywność (odczynniki strącające rzadko są swoiste). Dlatego konieczny jest wstępny podział.

Obliczenia metodą grawimetryczną

Wyniki analizy ilościowej przeprowadzonej metodą grawimetryczną wyrażono w ułamkach masowych (%). Do obliczeń niezbędna jest znajomość masy próbki badanej substancji – G, masy powstałego osadu – m oraz jej wzoru na wyznaczenie współczynnika przeliczeniowego F. Wzory na obliczenie ułamka masowego i współczynnika przeliczeniowego przedstawiono poniżej.

Możesz obliczyć masę substancji w osadzie, w tym celu stosuje się współczynnik konwersji F.

Współczynnik grawimetryczny jest stałą wartością dla danego składnika testu i kształtu grawimetrycznego.

Analiza miareczkowa (objętościowa).

Test miareczkowy to precyzyjny pomiar objętości roztworu odczynnika, który jest zużywany w równoważnej interakcji z substancją będącą przedmiotem zainteresowania. W takim przypadku stężenie stosowanego odczynnika jest wstępnie ustawione. Biorąc pod uwagę objętość i stężenie roztworu odczynnika, obliczana jest zawartość interesującego składnika.

Nazwa „miareczkowa” pochodzi od słowa „miano”, które oznacza jeden ze sposobów wyrażania stężenia roztworu. Miano pokazuje, ile gramów substancji rozpuszcza się w 1 ml roztworu.

Miareczkowanie to proces stopniowego dodawania roztworu o znanym stężeniu do określonej objętości innego roztworu. Trwa to do momentu, gdy substancje całkowicie ze sobą zareagują. Ten moment nazywany jest punktem równoważnikowym i jest określany przez zmianę koloru wskaźnika.

• Kwasowo-zasadowy.
• redoks.
• Opad atmosferyczny.
• Kompleksometryczny.

Podstawowe pojęcia analizy miareczkowej

W analizie miareczkowej stosuje się następujące terminy i pojęcia:

• Titrant to roztwór, który się dodaje. Znane jest jego stężenie.
• Roztwór nadający się do miareczkowania to ciecz, do której dodaje się titrant. Należy określić jego stężenie. Roztwór nadający się do miareczkowania umieszcza się zwykle w kolbie, a titrant w biurecie.
• Punkt równoważnikowy to punkt miareczkowania, w którym liczba równoważników titranta staje się równa liczbie równoważników badanej substancji.
• Wskaźniki - substancje służące do ustalenia punktu równoważnikowego.

Rozwiązania standardowe i robocze

Titranty są standardowe i działają.

Standardowe uzyskuje się rozpuszczając dokładną próbkę substancji w określonej (zwykle 100 ml lub 1 l) objętości wody lub innego rozpuszczalnika. Możesz więc przygotować rozwiązania:

• Chlorek sodu NaCl.
• Dwuchromian potasu K 2 Cr 2 O 7.
• Tetraboran sodu Na 2 B 4 O 7 ∙ 10H 2 O.
• Kwas szczawiowy H 2 C 2 O 4 ∙2H 2 O.
• Szczawian sodu Na 2 C 2 O 4.
• Kwas bursztynowy H 2 C 4 H 4 O 4 .

W praktyce laboratoryjnej roztwory wzorcowe są przygotowywane przy użyciu fixanals. Jest to określona ilość substancji (lub jej roztworu) w zamkniętej ampułce. Ta ilość jest obliczana dla przygotowania 1 litra roztworu. Fixanal można przechowywać przez długi czas, ponieważ nie ma dostępu powietrza, z wyjątkiem alkaliów, które reagują ze szkłem ampułki.

Niektórych roztworów nie można przygotować z dokładnym stężeniem. Na przykład stężenie nadmanganianu potasu i tiosiarczanu sodu zmienia się już podczas rozpuszczania w wyniku ich interakcji z parą wodną. Z reguły to właśnie te rozwiązania są potrzebne do określenia ilości pożądanej substancji. Ponieważ ich stężenie nie jest znane, należy je oznaczyć przed miareczkowaniem. Ten proces nazywa się standaryzacją. Jest to oznaczanie stężenia roztworów roboczych poprzez ich wstępne miareczkowanie roztworami wzorcowymi.

Standaryzacja jest konieczna dla rozwiązań:

• Kwasy - siarkowy, solny, azotowy.
• zasady.
• Nadmanganian potasu.
• azotan srebra.

Wybór wskaźnika

Aby dokładnie określić punkt równoważnikowy, czyli koniec miareczkowania, konieczny jest właściwy dobór wskaźnika. Są to substancje, które zmieniają kolor w zależności od wartości pH. Każdy wskaźnik zmienia kolor swojego roztworu przy innej wartości pH, zwanej przedziałem przejściowym. Dla odpowiednio dobranego wskaźnika przedział przejścia pokrywa się ze zmianą pH w rejonie punktu równoważnikowego, nazywaną skokiem miareczkowania. Aby to ustalić, konieczne jest skonstruowanie krzywych miareczkowania, dla których przeprowadza się obliczenia teoretyczne. W zależności od mocy kwasu i zasady istnieją cztery rodzaje krzywych miareczkowania.

Obliczenia w analizie miareczkowej

Jeśli punkt równoważnikowy zostanie prawidłowo wyznaczony, titrant i substancja nadająca się do miareczkowania zareagują w równoważnej ilości, to znaczy ilość substancji titrantowej (n e1) będzie równa ilości substancji miareczkowanej (n e2): n e1 \u003d n e2. Ponieważ ilość równoważnej substancji jest równa iloczynowi stężenia molowego równoważnika i objętości roztworu, równość jest prawdziwa

do e1 ∙V 1 = do e2 ∙V 2, gdzie:

C e1 - normalne stężenie titranta, znana wartość;

V 1 - objętość roztworu titranta, znana wartość;

C e2 - normalne stężenie substancji nadającej się do miareczkowania, należy określić;

V 2 - objętość roztworu miareczkowanej substancji jest określana podczas miareczkowania.

do e2 \u003d do e1 ∙ V 1 / V 2

Wykonywanie analizy miareczkowej

Metoda ilościowej analizy chemicznej metodą miareczkowania obejmuje następujące etapy:

1. Przygotowanie 0,1 N roztworu wzorcowego z próbki substancji.
2. Przygotowanie około 0,1 N roztworu roboczego.
3. Standaryzacja roztworu roboczego zgodnie z roztworem wzorcowym.
4. Miareczkowanie roztworu testowego roztworem roboczym.
5. Przeprowadzenie niezbędnych obliczeń.

Są to metody grawimetryczne i miareczkowe. Chociaż stopniowo ustępują miejsca metodom instrumentalnym, pozostają niezrównane pod względem dokładności: ich błąd względny wynosi mniej niż 0,2%, podczas gdy instrumentalnych 2-5%. Pozostają one standardem oceny poprawności wyników innych metod. Główne zastosowanie: precyzyjne oznaczanie dużych i średnich ilości substancji.

metoda grawimetryczna polega na wyodrębnieniu substancji w jej czystej postaci i zważeniu jej. Najczęściej izolację przeprowadza się przez opady atmosferyczne. Osad powinien być praktycznie nierozpuszczalny. Oznaczany składnik powinien wytrącić się prawie całkowicie, tak aby stężenie składnika w roztworze nie przekraczało 10 -6 M. Osad ten powinien być jak najgrubszy, aby można go było łatwo wymyć. Osad musi być związkiem stechiometrycznym o określonym składzie. Podczas opadów wychwytywane są zanieczyszczenia (współstrącanie), dlatego należy je umyć. Następnie osad należy wysuszyć i zważyć.

Zastosowanie metod grawimetrycznych:

Możesz oznaczyć większość nieorganicznych kationów, anionów, związków obojętnych. Do wytrącania stosuje się odczynniki nieorganiczne i organiczne; te drugie są bardziej selektywne. Przykłady:

AgNO3 + HCl \u003d AgCl + HNO3

(oznaczanie jonów srebra lub chlorków),

BaCl2 + H2SO4 \u003d BaSO4 + 2HCl

(oznaczanie jonów baru lub siarczanów).

Kationy niklu są wytrącane przez dimetyloglioksym.

Metody miareczkowe stosować reakcje w roztworach. Nazywa się je również wolumetrycznymi, ponieważ opierają się na pomiarze objętości roztworu. Polegają one na stopniowym dodawaniu do roztworu analitu o nieznanym stężeniu roztworu reagującej z nim substancji (o znanym stężeniu), zwanej titrantem. Substancje reagują ze sobą w równoważnych ilościach: n 1 = n 2 .

Ponieważ n \u003d CV, gdzie C jest stężeniem molowym równoważnika, V jest objętością, w której substancja jest rozpuszczona, to dla substancji reagujących stechiometrycznie jest to prawdą:

do 1 V 1 \u003d do 2 V 2

Dlatego możliwe jest znalezienie nieznanego stężenia jednej z substancji (na przykład C 2), jeśli znana jest objętość jej roztworu oraz objętość i stężenie substancji, która z nią przereagowała. Znając masę cząsteczkową równoważnika M, możesz obliczyć masę substancji: m 2 \u003d C 2 M.

W celu określenia końca reakcji (zwanego punktem równoważnikowym) wykorzystuje się zmianę barwy roztworu lub mierzy się niektóre właściwości fizykochemiczne roztworu. Stosowane są wszystkie typy reakcji: neutralizacja kwasów i zasad, utlenianie i redukcja, kompleksowanie, wytrącanie. Klasyfikacja metod miareczkowych została przedstawiona w tabeli:

Metoda miareczkowa, rodzaj reakcji	Podgrupy metod	titranty
Kwasowo-zasadowy	Kwasymetria
	Alkalimetria	NaOH, Na2CO3
redoks	nadmanganatometria
	jodometria
	dichromatometria
	Bromatometria
	jodometria
Kompleksometryczny	Kompleksometria
Opad atmosferyczny	Argentometria

Miareczkowanie jest bezpośrednie lub odwrotne. Jeśli szybkość reakcji jest niska, dodaje się znany nadmiar titranta w celu doprowadzenia reakcji do końca, a następnie określa się ilość nieprzereagowanego titranta przez miareczkowanie innym odczynnikiem.

Miareczkowanie kwasowo-zasadowe opiera się na reakcji zobojętniania, podczas której zmienia się pH roztworu. Wykres zależności pH od objętości titranta nazywany jest krzywą miareczkowania i zazwyczaj wygląda następująco:

Aby określić punkt równoważnikowy, stosuje się pH-metrię lub wskaźniki zmieniające kolor przy określonej wartości pH. Czułość i dokładność miareczkowania charakteryzują się stromością krzywej miareczkowania.

Kompleksometria opiera się na reakcji tworzenia kompleksu. Najczęściej stosowanym jest kwas etylenodiaminotetraoctowy (EDTA).

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

lub jej) sól disodowa. Substancje te są często nazywane kompleksonami. Tworzą silne kompleksy z wieloma kationami metali, dlatego aplikacje do miareczkowania wymagają rozdzielenia.

Miareczkowaniu redoks towarzyszy zmiana potencjału układu. Przebieg miareczkowania jest zwykle kontrolowany metodą potencjometryczną, patrz dalej.

Miareczkowanie opadów - argentometria jest najczęściej stosowana jako metoda oznaczania jonów halogenkowych. Te ostatnie tworzą prawie nierozpuszczalny osad z kationami srebra.

Metody analizy miareczkowej mają wysoką dokładność (błąd względny oznaczenia - 0,1 - 0,3%), niską pracochłonność, łatwość oprzyrządowania. Miareczkowanie służy do szybkiego oznaczania wysokich i średnich stężeń substancji w roztworach, w tym niewodnych.

Cele analizy ilościowej

Analiza ilościowa pozwala na ustalenie składu pierwiastkowego i molekularnego badanego obiektu lub zawartości poszczególnych jego składników.

W zależności od przedmiotu badań wyróżnia się analizę nieorganiczną i organiczną. Z kolei dzielą się one na analizy elementarne, których zadaniem jest ustalenie, ile pierwiastków (jonów) znajduje się w analizowanym obiekcie, na analizy molekularne i funkcjonalne, które dają odpowiedź na ilościową zawartość rodników, związków i grupy funkcyjne atomów w analizowanym obiekcie.

Metody analizy ilościowej

Klasyczne metody analizy ilościowej to analiza grawimetryczna (wagowa) i analiza miareczkowa (objętościowa).

Aby zapoznać się z pełną klasyfikacją metod analizy ilościowej, zobacz artykuł Chemia analityczna.

Instrumentalne metody analizy

Klasyfikacja instrumentalnych metod analizy znajduje się w artykule Instrumentalne metody analizy

polarografia

POLAROGRAFIA, rodzaj woltamperometrii z wykorzystaniem mikroelektrody wskaźnikowej wykonanej z ciekłego metalu, której powierzchnia jest okresowo lub w sposób ciągły aktualizowana. W tym przypadku nie dochodzi do długotrwałego gromadzenia się produktów elektrolizy na granicy faz elektroda-roztwór w ogniwie elektrolitycznym. Elektrodą wskaźnikową w polarografii jest najczęściej kapiąca elektroda rtęciowa. Stosowane są również elektrody kapiące z ciekłych amalgamatów i stopów, elektrody strumieniowe z ciekłych metali, elektrody wielokroplowe, w których ciekły metal lub roztopiony metal przeciska się przez krążki z porowatego szkła itp.

Zgodnie z zaleceniami IUPAC istnieje kilka opcji polarografii: polarografia prądu stałego (bada zależność prądu I od potencjału E mikroelektrody wskaźnikowej), oscylopolarografia (zależność dE / dt od t dla danego I (t), gdzie t to czas), polarografia ze skanem I (zależność E od I), polarografia różnicowa (zależność różnicy prądów w dwóch ogniwach od E), polarografia z pojedynczym lub wielokrotnym przemiataniem E w czasie życia każda kropla, cykliczna polarografia z przemiataniem trójkątnym E, polarografia krokowa E, rozkład. rodzaje polarografii prądu przemiennego i pulsacyjnego itp.

Fotometria i spektrofotometria

Metoda opiera się na wykorzystaniu podstawowego prawa pochłaniania światła. A=ELC. Gdzie A to absorpcja światła, E to molowy współczynnik absorpcji światła, L to długość warstwy absorbującej w centymetrach, C to stężenie roztworu. Istnieje kilka metod fotometrii:

1. Spektroskopia absorpcji atomowej
2. Atomowa spektroskopia emisyjna.
3. Spektroskopia molekularna.

Spektroskopia absorpcji atomowej

Do przeprowadzenia analizy tą metodą wymagany jest spektrometr. Istota analizy polega na oświetleniu zatomizowanej próbki światłem monochromatycznym, a następnie rozłożeniu światła, które przeszło przez próbkę, za pomocą dowolnego rozpraszacza światła i detektora w celu ustalenia absorpcji. Atomizery służą do atomizacji próbki. (płomień, iskra wysokiego napięcia, plazma sprzężona indukcyjnie). Każdy atomizer ma swoje wady i zalety. Do rozkładu światła stosuje się dyspergatory (siatka dyfrakcyjna, pryzmat, filtr światła).

Atomowa spektroskopia emisyjna

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

Analiza fluorescencji rentgenowskiej

Analiza aktywacji

Zobacz też

Literatura

Fundacja Wikimedia. 2010 .

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

Zestaw chemicznych, fizykochemicznych i fizycznych metod określania stosunku ilościowego składników wchodzących w skład analitu. Wraz z analizą jakościową To. jest jedną z głównych sekcji ... ...

Analiza jakościowa to zespół metod chemicznych, fizykochemicznych i fizycznych służących do wykrywania pierwiastków, rodników i związków wchodzących w skład analizowanej substancji lub mieszaniny substancji. Analiza jakościowa wykorzystuje ... ... Wikipedię

Chemia gleby to dziedzina nauki o glebie, która bada chemiczne podstawy powstawania gleby i żyzności gleby. Podstawą rozwiązania tych zagadnień jest badanie składu, właściwości gleb oraz procesów zachodzących w glebach na płaszczyźnie jonowo-molekularnej i……Wikipedii

- (chemia C1) dział chemii zajmujący się badaniem różnych klas substancji, których cząsteczka zawiera tylko jeden atom węgla. Jako odrębna gałąź wiedzy chemia C1 pojawia się wraz z rozwojem obiecujących technologii produkcji surowców zawierających węgiel, ... ... Wikipedia

CHEMIA- CHEMIA, nauka o substancjach, ich przemianach, interakcjach i zjawiskach zachodzących podczas tego procesu. Wyjaśnienie podstawowych pojęć, którymi operuje X., takich jak atom, cząsteczka, pierwiastek, ciało proste, reakcja itp., doktryna molekularna, atomowa i ... ... Wielka encyklopedia medyczna

Rozwiązuje metodami analitycznymi problem wyznaczania składu pierwiastkowego metali i ich stopów. Głównym celem jest sprawdzenie gatunku lub typu stopu oraz analiza składu różnych stopów (analiza ilościowa). Metody: analiza dyspersyjna fal, ... ... Wikipedia

Ten termin ma inne znaczenie, patrz Chemia (znaczenia). Chemia (z arabskiego کيمياء, która prawdopodobnie pochodzi od egipskiego słowa km.t (czarny), skąd nazwa Egiptu, czarna ziemia i ołów „czarny…… Wikipedia

Nie mylić z chemią środowiska . Chemia środowiska to dział chemii zajmujący się badaniem przemian chemicznych zachodzących w środowisku naturalnym. Podstawowe informacje Chemia środowiska obejmuje węższe działy chemii, ... ... Wikipedia

Ten artykuł powinien być wikifikowany. Proszę sformatować go zgodnie z zasadami formatowania artykułów... Wikipedia

Patrz chemia analityczna, analiza jakościowa, analiza ilościowa... Wielka radziecka encyklopedia

Książki

• Chemia analityczna. Analityka 2. Analiza ilościowa. Fizyko-chemiczne (instrumentalne) metody analizy, Jurij Jakowlewicz Charitonow. Podręcznik został przygotowany zgodnie z federalnym standardem edukacyjnym trzeciej generacji. Książka obejmuje podstawy miareczkowania grawimetrycznego, chemicznego…

Zadaniem analizy ilościowej jest uzyskanie informacji o zawartości pierwiastków (jonów), rodników, grup funkcyjnych, związków lub faz w analizowanym obiekcie, a także opracowanie metod pozyskiwania tych informacji. W analizie ilościowej mierzy się intensywność sygnału analitycznego, tj. znaleźć wartość liczbową gęstości optycznej roztworu, zużycie roztworu do miareczkowania, masę kalcynowanego osadu itp. Na podstawie wyników pomiaru ilościowego sygnału obliczana jest zawartość analitu w próbce. Wyniki oznaczeń są zwykle wyrażane w ułamkach masowych,%.

Za pomocą analizy ilościowej określa się stosunki masowe między pierwiastkami w związkach, określa się ilość rozpuszczonej substancji w określonej objętości roztworu, czasami zawartość pierwiastka w jednorodnej mieszaninie substancji, na przykład, węgiel w ropie naftowej lub gazie ziemnym. W praktyce rolniczej najczęściej określa się zawartość jednego lub drugiego składnika w substancjach heterogenicznych, na przykład: azot, P 2 O 5 lub K 2 O - w nawozach azotowych, fosforowych lub potasowych, pierwiastki śladowe - w glebie, cukry - w materiale roślinnym itp.

Analiza ilościowa jest potrzebna przy ocenie złóż mineralnych, dla metalurgii i przemysłu chemicznego, jest ważna dla biologii i agrochemii, gleboznawstwa, fizjologii roślin itp.

Nowe problemy dla analizy ilościowej stawia rozwijająca się gospodarka narodowa - przemysł i rolnictwo; takim jest na przykład rozwój metod rozdzielania i oznaczania ilościowego „rzadkich” lub pierwiastków śladowych (uranu, tytanu, cyrkonu, wanadu, molibdenu, wolframu itp.); oznaczanie pomijalnie małych ilości zanieczyszczeń niektórymi pierwiastkami (arsen, fosfor itp.) w wielu metalach oraz pierwiastków śladowych w materiale biologicznym, w glebach.

Analiza ilościowa pozwala biologom uzyskać niezbędne informacje o składzie organizmów zwierzęcych i roślinnych, zbadać wpływ poszczególnych pierwiastków na ich wzrost, rozwój i produktywność.

Głównymi obiektami badań ilościowych w rolnictwie są gleba, rośliny, nawozy, trucizny rolnicze, pasze itp. Gleby są analizowane w celu określenia stopnia zaopatrzenia roślin w składniki pokarmowe. Analiza ilościowa nawozów mineralnych służy do sprawdzenia zawartości składników przydatnych dla roślin uprawnych (azot, P 2 O 5 , K 2 O), a analiza trucizn rolniczych do określenia ilości składnika aktywnego. Skład paszy musi być znany, aby prawidłowo komponować diety zwierząt. Analizują również produkcję zwierzęcą i roślinną.

W ostatnim czasie, ze względu na zwiększoną zawartość azotanów w glebach, wodzie pitnej i produktach roślinnych, konieczna stała się kontrola produktów spożywczych. Zawartość azotanów oznacza się metodami jonometrycznymi lub fotometrycznymi.

Współczesne metody analizy ilościowej są klasyfikowane według mierzonych właściwości, takich jak masa substancji, objętość roztworu odczynnika, intensywność linii widmowych pierwiastków, absorpcja promieniowania widzialnego, podczerwonego lub ultrafioletowego, rozpraszanie światło przez zawiesiny, rotację płaszczyzny polaryzacji, właściwości adsorpcyjne sorbentów, przewodnictwo elektryczne roztworu, potencjał elektrody, natężenie prądu dyfuzyjnego, liczbę cząstek radioaktywnych itp.

Metody analizy ilościowej dzielą się na chemiczne, fizyczne i fizykochemiczne.

Metody chemiczne obejmują analizy grawimetryczne, miareczkowe i gazowo-wolumetryczne.

Fizyczne i fizykochemiczne metody analizy są warunkowo nazywane instrumentalnymi.

Ponadto istnieją tak zwane metody rozdzielania mieszanin substancji (lub jonów). Obejmują one, oprócz różnych rodzajów chromatografii, ekstrakcję rozpuszczalnikami organicznymi, sublimację (i sublimację), destylację (czyli destylację składników lotnych), chemiczne metody wytrącania frakcyjnego i współstrącania.

Oczywiście powyższa klasyfikacja nie obejmuje wszystkich metod stosowanych przez współczesną analizę ilościową; wymienia tylko najczęstsze z nich.

2. WYZNACZANIE STAŁEJ DYSOCJACJI

Dysocjacja elektrolityczna jest procesem odwracalnym, który prowadzi do równowagi między niezdysocjowanymi cząsteczkami i jonami, więc ma do niej zastosowanie prawo działania mas. Jonizacja słabego elektrolitu przebiega zgodnie ze schematem

AB "A + + B -

Jeżeli oznaczymy stężenie równowagowe niezdysocjowanych cząsteczek [AB] oraz odpowiednio stężenia jonów - [A + ] i [B - ], to stała równowagi przyjmie postać

[A + ][B — ]/[AB] = K (*)

Wartość K nazywa się stała dysocjacji elektrolitu. Charakteryzuje się jego skłonnością do jonizacji. Jak; im większa wartość K, tym silniejsza dysocjacja słabego elektrolitu i wyższe stężenie jego jonów w roztworze w stanie równowagi. Wartość stałej dysocjacji oblicza się na podstawie stężenia molowego roztworu i stopnia jonizacji słabego elektrolitu (przy stałej temperaturze).

Istnieje związek między stałą a stopniem dysocjacji słabego elektrolitu, który można wyrazić matematycznie. Aby to zrobić, oznaczamy stężenie molowe elektrolitu rozkładającego się na dwa jony Z, a stopień jego dysocjacji - α . Wtedy stężenie każdego z powstałych jonów będzie równe c(1 – α), a stężenie niezdysocjowanych cząsteczek Z(1-α). Podstawiając te oznaczenia do równania (*), otrzymujemy

Równanie to jest matematycznym wyrazem prawa rozcieńczeń Ostwalda, które określa zależność między stopniem dysocjacji słabego elektrolitu a jego stężeniem.

Dla wystarczająco słabych elektrolitów w niezbyt rozcieńczonych roztworach stopień dysocjacji a jest bardzo mały, a wartość (1 - α) jest bliska jedności. Więc dla nich

Rozważane prawidłowości umożliwiają obliczenie stałych dysocjacji słabych elektrolitów ze stopnia ich dysocjacji stwierdzonego eksperymentalnie i odwrotnie.

Stała dysocjacji, jak również stopień dysocjacji, charakteryzują siłę -kwasów i zasad. Im większa wartość stałej, tym bardziej elektrolit ulega dysocjacji w roztworze. Ponieważ stała dysocjacji nie zależy od stężenia roztworu, lepiej charakteryzuje tendencję elektrolitu do rozkładu na jony niż stopień dysocjacji. Eksperymentalnie udowodniono, że prawo rozcieńczenia obowiązuje tylko dla słabych elektrolitów.

W roztworach kwasów wielozasadowych, które dysocjują w kilku etapach, ustala się również kilka równowag. Każdy taki stopień charakteryzuje się własną stałą dysocjacji.

Wykorzystując stałe dysocjacji najważniejszych słabych elektrolitów oblicza się stopień ich dysocjacji.

a) Wyrażenie stałej dysocjacji wodorotlenku potasu

KOH« K + + OH -

b) Wyrażenie stałej dysocjacji kwasu octowego:

Równanie dysocjacji

CH 3 COOH "H + + CH 3 COO -

Następnie można zapisać stałą dysocjacji

c) Wyrażenie stałej dysocjacji

HCN « H + + CN -

3. ISTOTA I METODY ANALIZY WOLUMENOWEJ. OBLICZENIA W ANALIZACH GRAWIMETRYCZNYCH. OPERACJE METODĄ ANALIZY GRWIMETRYCZNEJ

Metodą „klasyczną” jest analiza miareczkowa (objętościowa). Polega na pomiarze objętości reagujących roztworów, a stężenie roztworu odczynnika musi być dokładnie znane. W analizie wolumetrycznej odczynnik wlewa się do badanego roztworu do momentu, gdy zareagują równoważne ilości substancji. Ten moment jest określany za pomocą wskaźników lub innych metod. Znając stężenie i objętość odczynnika użytego w reakcji, oblicza się wynik oznaczenia.

Ze względu na rodzaj stosowanych reakcji chemicznych metody analizy miareczkowej (objętościowej) dzielą się na trzy grupy: 1) metody oparte na reakcjach łączenia jonów; 2) metody oparte na reakcjach utleniania-redukcji; 3) metody oparte na reakcjach tworzenia kompleksów. Pierwsza grupa obejmuje metody miareczkowania kwasowo-zasadowego i strącania, druga - różne metody miareczkowania redoks, a trzecia - metody miareczkowania kompleksometrycznego (chelatometrycznego).

Metoda miareczkowania kwasowo-zasadowego(lub zobojętnianie) opiera się na oddziaływaniu kwasów z zasadami.

Metoda pozwala oznaczać nie tylko stężenie kwasów lub zasad w roztworach, ale także sole ulegające hydrolizie.

Aby określić stężenie zasad lub soli w roztworach, które dają reakcję alkaliczną podczas protolizy, stosuje się miareczkowane roztwory kwasów. Definicje te nazywane są kwasowością.

Stężenie kwasów lub soli kwasów hydrolitycznych oznacza się za pomocą miareczkowanych roztworów mocnych zasad. Takie definicje odnoszą się do alkalimetrii.

Punkt równoważnikowy zobojętnienia określa się na podstawie zmiany barwy wskaźnika (oranż metylowy, czerwień metylowa, fenoloftaleina).

Metoda miareczkowania opadowego. Oznaczany pierwiastek wchodząc w interakcję z miareczkowanym roztworem może wytrącić się w postaci słabo rozpuszczalnego związku. Ten ostatni, zmieniając właściwości otoczenia, pozwala w ten czy inny sposób określić punkt równoważnikowy.

Metodom miareczkowania wytrącania nadawane są nazwy w zależności od tego, co służy jako titrant.

Metoda miareczkowania kompleksometrycznegołączy oznaczenia miareczkowe oparte na tworzeniu niskojonizujących jonów złożonych (lub cząsteczek).

Za pomocą tych metod określa się różne kationy i aniony, które mają właściwość wchodzenia w reakcje tworzenia kompleksów. Ostatnio rozpowszechniły się metody analizy oparte na oddziaływaniu kationów z odczynnikami organicznymi - kompleksonami. To miareczkowanie nazywa się miareczkowaniem kompleksometrycznym lub chelatometrycznym.

Metody miareczkowania redoks(metody redoks) opierają się na reakcjach redoks między analitem a miareczkowanym roztworem.

Służą do ilościowego oznaczania w roztworach różnych czynników redukujących lub utleniających.

Metoda wagowa oznacza dodatkowo wodę krystalizacyjną w solach, wodę higroskopijną w glebie, nawozy sztuczne, materiał roślinny. Oznaczanie grawimetryczne zawartości suchej masy w owocach i warzywach, błonnika, a także popiołu „surowego” w materiale roślinnym.

W trakcie oznaczania grawimetrycznego wyróżnia się następujące operacje: 1) pobranie średniej próbki substancji i przygotowanie jej do analizy; 2) pobranie próbki; 3) rozwiązanie; 4) wytrącenie oznaczanego pierwiastka (wraz z badaniem kompletności wytrącenia); 5) filtrowanie; 6) wypłukiwanie osadu (z testem kompletności wypłukania); 7) suszenie i kalcynowanie osadu; 8) ważenie; 9) obliczenie wyników analizy.

Pomyślne wdrożenie definicji wymaga, oprócz wiedzy teoretycznej, dobrej znajomości techniki wykonywania poszczególnych operacji.

Wymienione operacje należą do tzw. metod sedymentacyjnych szeroko stosowanych w grawimetrii.

Ale inne metody są również stosowane w grawimetrii.

Metoda izolacji polega na wyizolowaniu analitu z analitu i jego dokładnym zważeniu (np. popiół z paliwa stałego).

W metodzie destylacyjnej analit jest izolowany jako związek lotny przez działanie kwasu lub wysokiej temperatury na analit. Tak więc, określając zawartość tlenku węgla (IV) w skale węglanowej, jej próbkę traktuje się kwasem solnym, uwolniony gaz przepuszcza się przez rurki absorpcyjne ze specjalnymi odczynnikami i dokonuje się obliczeń poprzez zwiększenie ich masy.

Zwykle wyniki oznaczeń grawimetrycznych wyraża się w ułamkach masowych (%). Aby to zrobić, musisz znać wielkość próbki analitu, masę powstałego osadu i jego wzór chemiczny.

Oznaczenia grawimetryczne służą różnym celom. W niektórych przypadkach konieczne jest oznaczenie zawartości pierwiastka w substancji chemicznie czystej, np. zawartość baru w chlorku baru BaCl 2 * 2H 2 O. W innych przypadkach wymagane jest znalezienie zawartości substancja czynna w jakimś produkcie technicznym lub ogólnie w substancji zawierającej zanieczyszczenia. Na przykład konieczne jest określenie zawartości chlorku baru BaCl 2 * 2H 2 O w handlowym chlorku baru. Technika definicji w obu przypadkach może pozostać taka sama, ale obliczenia są różne. Rozważmy przebieg obliczeń na przykładach.

Często do obliczeń w analizie grawimetrycznej stosuje się współczynniki przeliczeniowe, zwane też współczynnikami analitycznymi. Współczynnik konwersji (F) to stosunek masy molowej (lub Mg) analitu do masy molowej substancji w osadzie:

M analitu ___

M substancji w osadzie

Współczynnik konwersji pokazuje, ile gramów analitu zawiera 1 g osadu.

W praktyce analiz techniczno-rolniczych obliczeń dokonuje się zazwyczaj według gotowych wzorów. Do wszystkich obliczeń z liczbami zespolonymi należy używać mikrokomputera.

Zapisy w dzienniku laboratoryjnym mają ogromne znaczenie. Stanowią one dokument potwierdzający wykonanie analizy. Dlatego definicja ilościowa jest krótko opisana bezpośrednio w lekcji. W dzienniku odnotowuje się datę, nazwę analizy, metodę oznaczenia (z powołaniem się na podręcznik), dane wszystkich ważeń lub innych pomiarów oraz obliczenie wyniku.

BIBLIOGRAFIA

Kreshkov AP Podstawy chemii analitycznej. – M .: Chemia, 1991.


Klasyfikacja metod analizy ilościowej. Główne etapy analizy ilościowej

Analiza ilościowa- zestaw metod chemii analitycznej, których zadaniem jest określenie ilościowej zawartości poszczególnych składników w badanej substancji.

W zależności od przedmiotu badań wyróżnia się analizę nieorganiczną i organiczną. Z kolei dzielą się na Analiza elementarna, którego zadaniem jest ustalenie, ile elementów zawiera analizowany obiekt, na molekularny I funkcjonalny analizy dające odpowiedź na ilościową zawartość rodników, związków, a także grup funkcyjnych atomów w analizowanym obiekcie.

Metody analizy ilościowej dzielą się na chemiczny, fizyczne i chemiczne I fizyczny. Klasyczne chemiczne metody analizy ilościowej obejmują grawimetryczny I Analiza objętościowa.

Obok klasycznych metod chemicznych szeroko stosowane są metody fizyczne i fizykochemiczne (instrumentalne) oparte na pomiarze właściwości optycznych, elektrycznych, adsorpcyjnych, katalitycznych i innych analizowanych substancji w zależności od ich ilości (stężenia). Zwykle metody te dzielą się na następujące grupy: elektrochemiczny(konduktometria, polarografia, potencjometria itp.); widmowy, Lub optyczny(analiza spektralna emisyjna i absorpcyjna, fotometria, analiza luminescencyjna itp.); prześwietlenie; chromatograficzny; radiometryczny; spektrometria mas. Wymienione metody, gorsze od chemicznych pod względem dokładności, znacznie przewyższają je czułością, selektywnością i szybkością wykonania.

Na tym kursie uwzględnione zostaną tylko klasyczne chemiczne metody analizy ilościowej.

Analiza grawimetryczna opiera się na dokładnym pomiarze masy analitu w jego czystej postaci lub w postaci jego związku. Analiza objętości obejmuje miareczkowa analiza wolumetryczna- metody pomiaru objętości roztworu odczynnika o dokładnie znanym stężeniu zużywanego w reakcji z analitem, oraz analiza wolumetryczna gazów- metody pomiaru objętości analizowanych produktów gazowych.

W toku analizy ilościowej można wyróżnić następujące główne etapy.

1. Pobieranie próbek, uśrednianie i próbkowanie. Pobieranie próbek często determinuje ogólny błąd analizy i sprawia, że ​​stosowanie metod o wysokiej precyzji staje się bezsensowne. Celem pobierania próbek jest uzyskanie stosunkowo niewielkiej ilości substancji wyjściowej, w której zawartość ilościowa wszystkich składników powinna być równa ich zawartości ilościowej w całej masie badanej substancji. Próbka pierwotna pobierana jest bezpośrednio z analizowanego obiektu poprzez połączenie wymaganej liczby próbek pierwotnych. Metody pobierania próbek determinowane są przez następujące czynniki: stan skupienia analizowanego obiektu (gaz, ciecz, ciało stałe); niejednorodność analizowanego materiału; wymagana dokładność oceny zawartości składnika w całej masie analizowanego obiektu (składnik fizjologicznie czynny w preparacie jest dokładniejszy niż składnik w rudzie dla oceny opłacalności złoża), możliwość zmiany składu obiektu w czasie. Materiały ciekłe i gazowe są na ogół jednorodne, a ich próbki są już uśrednione. Materiały stałe są niejednorodne pod względem objętości, dlatego do ich analizy części substancji są pobierane z różnych stref badanego materiału. Próbka pierwotna jest dość duża - zwykle 1-50 kg, a dla niektórych obiektów (na przykład rudy) wynosi 0,5-5 ton.

Pobierają z próbki pierwotnej, zmniejszając ją średnia (reprezentatywna) próbka(zwykle od 25 g do 1 kg). W tym celu próbka pierwotna jest kruszona, mieszana i uśredniana pod względem składu, np. ćwiartowanie. Podczas ćwiartowania rozdrobniony materiał jest rozpraszany w równej warstwie w kształcie kwadratu (lub koła), podzielony na cztery sektory, zawartość dwóch przeciwległych sektorów jest odrzucana, a pozostałe dwa są łączone. Operację ćwiartowania powtarza się wielokrotnie, aż do uzyskania wymaganej ilości średniej próbki.

Z tak otrzymanego jednorodnego materiału pobierane są próbki do analizy, jedna część jest zachowywana do ewentualnych analiz arbitrażowych ( próbka kontrolna), drugi jest bezpośrednio używany do analizy ( analizowana próbka).

Część analizowanej próbki, której masa została dokładnie zmierzona na wadze analitycznej to tzw zawias. Próbka do analizy musi być wystarczająco duża, aby uzyskać kilka próbek.

2. Rozkład (otwarcie) próbki. Etap ten polega na doprowadzeniu analizowanej próbki do stanu agregacji lub związku dogodnego do analizy. Aby przenieść próbkę do roztworu metodami chemicznymi, poddaje się ją bezpośrednio działaniu ciekłych rozpuszczalników (woda, kwasy, zasady) lub po zniszczeniu próbki (przez kalcynację, spalenie, stapianie lub spiekanie) przekształca się w związki zdolne do rozpuszczania.

3. Separacja, wyodrębnienie oznaczanego składnika i jego stężenie. Ponieważ większość metod analitycznych nie jest wystarczająco selektywna, stosowane są metody rozdzielania analizowanej mieszaniny lub izolowania z niej analitu. W przypadku, gdy stężenie analitu jest mniejsze niż granica wykrywalności tej metody lub mniejsze niż dolna granica jej zakresu działania, wówczas stosuje się stężenie analitu. Stosowany do separacji, izolacji i koncentracji chemiczny(maskowanie, wytrącanie i współstrącanie), fizyczny(metody odparowywania: destylacja, destylacja (destylacja), sublimacja (sublimacja) itp.) oraz fizyczne i chemiczne metody (ekstrakcja, sorpcja, wymiana jonowa, chromatografia i różne metody elektrochemiczne, takie jak elektroliza, elektroforeza, elektrodializa itp.).

4. Przeprowadzenie kwantyfikacji. Wszystkie wstępne etapy analizy powinny zapewnić uzyskanie wiarygodnego wyniku w trakcie analizy. Wybór metody analizy powinien opierać się na takich czynnikach jak szybkość, wygoda, poprawność, dostępność odpowiedniego sprzętu, liczba analiz, wielkość analizowanej próbki, zawartość analitu. Porównując czułość różnych metod i oceniając przybliżoną zawartość składnika w próbce, chemik wybiera jedną lub drugą metodę analizy. Na przykład do oznaczania sodu w skałach krzemianowych stosuje się metodę grawimetryczną, która umożliwia oznaczenie miligramowych i większych ilości sodu; oznaczanie mikrogramowych ilości tego samego pierwiastka w roślinach i obiektach biologicznych - metoda fotometrii płomieniowej; do oznaczania sodu w wodach o dużej czystości (ilości nano- i pikogramowe) - metoda spektroskopii laserowej.





5. Obliczanie wyników analiz i ocena wyników pomiarów- końcowy etap procesu analitycznego. Po obliczeniu wyników analizy istotna jest ocena ich wiarygodności, z uwzględnieniem poprawności zastosowanej metody oraz statystycznego opracowania danych liczbowych.

Pytania kontrolne

1. Jaki jest cel analizy ilościowej?

2. Wymień metody analizy ilościowej.

3. Czym jest analiza grawimetryczna?

4. Jaka jest istota analizy miareczkowej?

5. Wymień główne etapy analizy i opisz je.

6. Jak pobierana jest średnia próbka? Co to jest ćwiartowanie próbki?

7. Co to jest zaczep?

8. Jakimi metodami otwiera się próbkę i izoluje z niej analit?

1. Wasiliew V.P. Chemia analityczna. Książka. 1. Miareczkowe i grawimetryczne metody analizy. - M.: Drop, 2005. - S. 16 - 24.




SB Denisova, O.I. Michajlenko