Kvantitatívne kompozičné metódy kvantitatívnej analýzy. detegovateľný precipitant precipitated gravimetrický
Kvantitatívna analýza je rozsiahly odbor analytickej chémie, ktorý vám umožňuje určiť kvantitatívne (molekulárne alebo elementárne) zloženie objektu. Kvantitatívna analýza sa rozšírila. Používa sa na určenie zloženia rúd (na posúdenie stupňa ich čistenia), zloženia pôd a rastlinných objektov. V ekológii sa zisťuje obsah toxínov vo vode, vzduchu, pôde. V medicíne sa používa na odhaľovanie falšovaných liekov.
Ciele a metódy kvantitatívnej analýzy
Hlavnou úlohou kvantitatívnej analýzy je stanoviť kvantitatívne (percentuálne alebo molekulárne) zloženie látok.
V závislosti od spôsobu riešenia tohto problému sa rozlišuje niekoľko metód kvantitatívnej analýzy. Sú ich tri skupiny:
- Fyzické.
- Fyzikálno-chemické.
- Chemický.
Prvé sú založené na meraní fyzikálnych vlastností látok – rádioaktivity, viskozity, hustoty atď. Najbežnejšie fyzikálne metódy kvantitatívnej analýzy sú refraktometria, röntgenová spektrálna a rádioaktivačná analýza.
Druhý je založený na meraní fyzikálno-chemických vlastností látky, ktorá sa určuje. Tie obsahujú:
- Optické - spektrofotometria, spektrálna analýza, kolorimetria.
- Chromatografia - plynová kvapalinová chromatografia, iónová výmena, distribúcia.
- Elektrochemická - konduktometrická titrácia, potenciometrická, coulometrická, elektrická gravimetrická analýza, polarografia.
Tretie v zozname metód sú založené na chemických vlastnostiach skúmanej látky, chemických reakciách. Chemické metódy sa delia na:
- Analýza hmotnosti (gravimetria) - založená na presnom vážení.
- Objemová analýza (titrácia) – je založená na presnom meraní objemov.
Metódy kvantitatívnej chemickej analýzy
Najdôležitejšie sú gravimetrické a titrimetrické. Nazývajú sa klasické metódy chemickej kvantitatívnej analýzy.
Postupne klasické metódy ustupujú inštrumentálnym. Zostávajú však najpresnejšie. Relatívna chyba týchto metód je len 0,1-0,2%, zatiaľ čo inštrumentálnych metód je 2-5%.
Gravimetria
Podstatou gravimetrickej kvantitatívnej analýzy je izolácia skúmanej látky v jej čistej forme a jej váženie. Izolácia látky sa najčastejšie uskutočňuje zrážaním. Niekedy je potrebné získať zložku, ktorá sa má stanoviť, vo forme prchavej látky (destilačná metóda). Takto môžete určiť napríklad obsah kryštalickej vody v kryštalických hydrátoch. Precipitačná metóda sa používa na stanovenie kyseliny kremičitej pri spracovaní hornín, železa a hliníka pri analýze hornín, draslíka a sodíka a organických zlúčenín.
Analytický signál v gravimetrii je hmotnosť.
Metóda kvantitatívnej analýzy gravimetriou zahŕňa nasledujúce kroky:
- Zrážanie zlúčeniny, ktorá obsahuje predmetnú látku.
- Výsledná zmes sa prefiltruje, aby sa odstránil sediment zo supernatantu.
- Premytie sedimentu na odstránenie supernatantu a odstránenie nečistôt z jeho povrchu.
- Sušenie pri nízkych teplotách na odstránenie vody alebo pri vysokých teplotách na premenu sedimentu do formy vhodnej na váženie.
- Váženie výsledného sedimentu.
Nevýhodami gravimetrickej kvantitatívnej analýzy je dĺžka stanovenia a neselektivita (zrážacie činidlá sú zriedkavo špecifické). Preto je potrebné predbežné oddelenie.
Výpočty pomocou gravimetrickej metódy
Výsledky kvantitatívnej analýzy uskutočnenej gravimetriou sú vyjadrené v hmotnostných zlomkoch (%). Pre výpočet je potrebné poznať hmotnosť vzorky skúmanej látky - G, hmotnosť výsledného sedimentu - m a jeho vzorec na stanovenie konverzného faktora F. Vzorce na výpočet hmotnostného zlomku a konverzného faktora sú uvedené nižšie.
Môžete vypočítať hmotnosť látky v sedimente; na tento účel sa používa konverzný faktor F.
Gravimetrický faktor je konštantná hodnota pre daný skúmaný komponent a gravimetrický tvar.
Titračná (objemová) analýza
Titrimetrická kvantitatívna analýza je presné meranie objemu roztoku činidla, ktorý sa spotrebuje na ekvivalentnú reakciu so skúmanou látkou. V tomto prípade je koncentrácia použitého činidla vopred nastavená. S prihliadnutím na objem a koncentráciu roztoku činidla sa vypočíta obsah požadovanej zložky.
Názov "titrimetrický" pochádza zo slova "titer", ktorý označuje jeden zo spôsobov vyjadrenia koncentrácie roztoku. Titer ukazuje, koľko gramov látky sa rozpustí v 1 ml roztoku.
Titrácia je proces postupného pridávania roztoku so známou koncentráciou do špecifického objemu iného roztoku. Pokračuje sa, kým látky navzájom úplne nezreagujú. Tento moment sa nazýva bod ekvivalencie a je určený zmenou farby indikátora.
- Acidobázická.
- Redox.
- Precipitačný.
- Komplexometrické.
Základné pojmy titračnej analýzy
Nasledujúce termíny a koncepty sa používajú v titrimetrickej analýze:
- Titrant je roztok, ktorý sa naleje. Jeho koncentrácia je známa.
- Titrovaný roztok je kvapalina, do ktorej sa pridáva titračné činidlo. Je potrebné určiť jeho koncentráciu. Roztok, ktorý sa má titrovať, sa zvyčajne umiestni do banky a titračné činidlo sa umiestni do byrety.
- Bod ekvivalencie je bod pri titrácii, keď sa počet ekvivalentov titračného činidla rovná počtu ekvivalentov skúmanej látky.
- Indikátory sú látky používané na stanovenie bodu ekvivalencie.
Štandardné a funkčné riešenia
Titranty sú štandardné a fungujú.
Štandardné sa získajú rozpustením presne odváženej dávky látky v určitom (zvyčajne 100 ml alebo 1 l) objeme vody alebo iného rozpúšťadla. Takto môžete pripraviť riešenia:
- Chlorid sodný NaCl.
- Dvojchróman draselný K 2 Cr 2 O 7.
- Tetraboritan sodný Na2B407 ∙10H20.
- Kyselina šťaveľová H2C204∙2H20.
- Šťavelan sodný Na2C204.
- Kyselina jantárová H2C4H404.
V laboratórnej praxi sa štandardné roztoky pripravujú pomocou fixanálov. Ide o určité množstvo látky (alebo jej roztoku) obsiahnuté v zatavenej ampulke. Toto množstvo je určené na prípravu 1 litra roztoku. Fixanal je možné skladovať dlhodobo, pretože je uchovávaný bez prístupu vzduchu, s výnimkou alkálií, ktoré reagujú so sklom ampulky.
Niektoré roztoky nie je možné pripraviť na presné koncentrácie. Napríklad koncentrácia manganistanu draselného a tiosíranu sodného sa mení aj počas rozpúšťania v dôsledku ich interakcie s vodnou parou. Spravidla sú to tieto roztoky, ktoré sú potrebné na určenie množstva požadovanej látky. Keďže ich koncentrácia nie je známa, musí sa stanoviť pred titráciou. Tento proces sa nazýva štandardizácia. Ide o stanovenie koncentrácie pracovných roztokov predbežnou titráciou štandardnými roztokmi.
Štandardizácia je potrebná pre riešenia:
- Kyseliny - sírová, chlorovodíková, dusičná.
- Alkálie.
- Manganistan draselný.
- Dusičnan strieborný.
Výber indikátora
Na presné určenie bodu ekvivalencie, teda konca titrácie, je potrebný správny výber indikátora. Ide o látky, ktoré menia svoju farbu v závislosti od hodnoty pH. Každý indikátor mení farbu svojho roztoku pri rôznych hodnotách pH, ktoré sa nazývajú prechodový interval. Pre správne zvolený indikátor sa prechodový interval zhoduje so zmenou pH v oblasti bodu ekvivalencie, nazývanej titračný skok. Na jej stanovenie je potrebné zostrojiť titračné krivky, pre ktoré sa vykonávajú teoretické výpočty. V závislosti od sily kyseliny a zásady existujú štyri typy titračných kriviek.
Výpočty v titračnej analýze
Ak je bod ekvivalencie správne určený, titrátor a titrovaná látka budú reagovať v ekvivalentných množstvách, to znamená, že množstvo titračnej látky (n e1) sa bude rovnať množstvu titrovanej látky (n e2): n e1 = n e2. Keďže množstvo ekvivalentnej látky sa rovná súčinu molárnej koncentrácie ekvivalentu a objemu roztoku, platí rovnosť
C e1 ∙V 1 = C e2 ∙V 2, kde:
C e1 - normálna koncentrácia titrantu, známa hodnota;
V 1 - objem titračného roztoku, známa hodnota;
C e2 - normálna koncentrácia titrovanej látky, musí sa stanoviť;
V 2 je objem roztoku titrovanej látky stanovený pri titrácii.
C e2 = Ce1 ∙V 1 / V 2
Vykonávanie titračnej analýzy
Metóda kvantitatívnej chemickej analýzy titráciou zahŕňa nasledujúce kroky:
- Príprava 0,1 N štandardného roztoku zo vzorky látky.
- Príprava približne 0,1 N pracovného roztoku.
- Štandardizácia pracovného roztoku pomocou štandardného roztoku.
- Titrácia skúšobného roztoku pracovným roztokom.
- Vykonávanie potrebných výpočtov.
Ide o gravimetrické a titrimetrické metódy. Aj keď postupne ustupujú inštrumentálnym metódam, v presnosti zostávajú neprekonané: ich relatívna chyba je menšia ako 0,2%, zatiaľ čo inštrumentálne metódy sú 2-5%. Zostávajú štandardné pre hodnotenie platnosti výsledkov iných metód. Hlavné použitie: presné stanovenie veľkých a stredných množstiev látok.
Gravimetrická metóda pozostáva z izolácie látky v jej čistej forme a jej váženia. Najčastejšie sa izolácia vykonáva zrážaním. Zrazenina by mala byť prakticky nerozpustná. Stanovená zložka by sa mala takmer úplne vyzrážať, aby koncentrácia zložky v roztoku nepresiahla 10-6 M. Táto zrazenina by mala byť čo najhrubšie kryštalická, aby sa dala ľahko umyť. Zrazenina musí byť stechiometrická zlúčenina určitého zloženia. Pri zrážaní sa zachytávajú nečistoty (spoluzrážanie), preto sa musí umývať. Potom sa sediment musí vysušiť a odvážiť.
Aplikácia gravimetrických metód:
Je možné určiť väčšinu anorganických katiónov, aniónov a neutrálnych zlúčenín. Na zrážanie sa používajú anorganické a organické činidlá; posledné sú selektívnejšie. Príklady:
AgN03+HCl=AgCl+HN03
(stanovenie strieborných alebo chloridových iónov),
BaCl2+H2S04=BaS04+2HCl
(stanovenie báryových alebo síranových iónov).
Katióny niklu sa vyzrážajú dimetylglyoxímom.
Titrimetrické metódy použiť reakcie v roztokoch. Nazývajú sa aj objemové, pretože sú založené na meraní objemu roztoku. Zahŕňajú postupné pridávanie do roztoku látky stanovovanej s neznámou koncentráciou roztoku látky, ktorá s ňou reaguje (so známou koncentráciou), ktorá sa nazýva titran. Látky medzi sebou reagujú v ekvivalentných množstvách: n 1 = n 2.
Pretože n=CV, kde C je molárna koncentrácia ekvivalentu, V je objem, v ktorom je látka rozpustená, potom pre stechiometricky reagujúce látky platí toto:
C1V1=C2V2
Preto je možné nájsť neznámu koncentráciu jednej z látok (napríklad C 2), ak je známy objem jej roztoku a objem a koncentrácia látky, ktorá s ním reagovala. Keď poznáte molekulovú hmotnosť ekvivalentu M, môžete vypočítať hmotnosť látky: m 2 = C 2 M.
Na určenie konca reakcie (nazývaného bod ekvivalencie) sa používa zmena farby roztoku alebo sa meria nejaká fyzikálno-chemická vlastnosť roztoku. Využívajú sa reakcie všetkých typov: neutralizácia kyselín a zásad, oxidácia a redukcia, tvorba komplexov, zrážanie. Klasifikácia titračných metód je uvedená v tabuľke:
|
Titračná metóda, typ reakcie |
Podskupiny metód |
Titračné látky |
|
Acidobázická |
Acidometria | |
|
Alkalimetria |
NaOH, Na2C03 |
|
|
Redox |
Permanganatometria | |
|
Jodometria | ||
|
Dichromatometria | ||
|
Bromatometria | ||
|
Jodatometria | ||
|
Komplexometrické |
Komplexometria | |
|
Precipitačný |
Argentometria |
Titrácia môže byť priama alebo reverzná. Ak je rýchlosť reakcie nízka, pridá sa známy nadbytok titračného činidla, aby sa reakcia dokončila, a potom sa množstvo nezreagovaného titračného činidla stanoví titráciou s iným činidlom.
Acidobázická titrácia je založená na neutralizačnej reakcii, počas reakcie sa mení pH roztoku. Graf závislosti pH na objeme titrantu sa nazýva titračná krivka a zvyčajne vyzerá takto:
Na určenie bodu ekvivalencie sa používajú buď merania pH alebo indikátory, ktoré menia farbu pri určitej hodnote pH. Citlivosť a presnosť titrácie sa vyznačuje strmosťou titračnej krivky.
Komplexometria je založená na reakcii tvorby komplexu. Najčastejšie sa používa kyselina etyléndiamíntetraoctová (EDTA).
(HOOC)(OOC-H2C)NH-CH2CH2-NH(CH2COO)(CH2COOH)
alebo jej) disodná soľ. Tieto látky sa často nazývajú komplexóny. Tvoria silné komplexy s katiónmi mnohých kovov, takže ich použitie na titráciu vyžaduje separáciu.
Redoxná titrácia je sprevádzaná zmenou potenciálu systému. Postup titrácie sa zvyčajne riadi potenciometrickou metódou, pozri ďalej.
Titrácia zrážok - Ako metóda na stanovenie halogenidových iónov sa najčastejšie používa argentometria. Posledne menované tvoria prakticky nerozpustnú zrazeninu s katiónmi striebra.
Metódy titračnej analýzy sú vysoko presné (relatívna chyba stanovenia - 0,1 - 0,3%), nízka pracnosť a jednoduché prístrojové vybavenie. Titrimetria sa používa na rýchle stanovenie vysokých a stredných koncentrácií látok v roztokoch vrátane nevodných.
Ciele kvantitatívnej analýzy
Kvantitatívna analýza umožňuje stanoviť elementárne a molekulárne zloženie skúmaného objektu alebo obsah jeho jednotlivých zložiek.
V závislosti od predmetu štúdia sa rozlišuje anorganická a organická analýza. Delia sa zase na elementárnu analýzu, ktorej úlohou je zistiť, koľko prvkov (iónov) je obsiahnutých v analyzovanom objekte, na molekulárne a funkčné analýzy, ktoré dávajú odpoveď na kvantitatívny obsah radikálov, zlúčenín, napr. ako aj funkčné skupiny atómov v analyzovanom objekte.
Metódy kvantitatívnej analýzy
Klasickými metódami kvantitatívnej analýzy sú gravimetrická (hmotnostná) analýza a titrimetrická (objemová) analýza.
Úplnú klasifikáciu metód kvantitatívnej analýzy nájdete v článku Analytická chémia.
Inštrumentálne metódy analýzy
Pre klasifikáciu inštrumentálnych metód analýzy pozri článok Inštrumentálne metódy analýzy
Polarografia
POLAROGRAFIA, druh voltametrie využívajúci indikačnú mikroelektródu z tekutého kovu, ktorej povrch sa periodicky alebo priebežne obnovuje. V tomto prípade nedochádza k dlhodobej akumulácii produktov elektrolýzy na rozhraní elektróda-roztok v elektrolytickom článku. Indikátorovou elektródou v polarografii je najčastejšie kvapkajúca ortuťová elektróda. Používajú sa aj kvapkacie elektródy z tekutých amalgámov a tavenín, prúdové elektródy z tekutých kovov, viackvapkové elektródy, pri ktorých sa tekutý kov alebo tavenina pretláča cez porézne sklenené kotúče a pod.
V súlade s odporúčaniami IUPAC sa rozlišuje niekoľko variant polarografie: jednosmerná polarografia (skúma závislosť prúdu I od potenciálu E mikroelektródy indikátora), oscilopolarografia (závislosť dE/dt od t pre daný I(t), kde t je čas), polarografia so sweepom I (závislosť E na I), diferenčná polarografia (závislosť rozdielu prúdu v dvoch bunkách od E), polarografia s jedným alebo viacnásobným skenovaním E počas životnosti každej kvapky, cyklická polarografia s trojuholníkovým skenom E, polarografia s krokovým skenom E, rozkl. typy striedavého prúdu a pulzná polarografia atď.
Fotometria a spektrofotometria
Metóda je založená na využití základného zákona absorpcie svetla. A = ELC. Kde A je absorpcia svetla, E je molárny koeficient absorpcie svetla, L je dĺžka absorbujúcej vrstvy v centimetroch, C je koncentrácia roztoku. Existuje niekoľko fotometrických metód:
- Atómová absorpčná spektroskopia
- Atómová emisná spektroskopia.
- Molekulárna spektroskopia.
Atómová absorpčná spektroskopia
Na vykonanie analýzy pomocou tejto metódy je potrebný spektrometer. Podstatou analýzy je osvetliť atomizovanú vzorku monochromatickým svetlom, potom rozložiť svetlo prechádzajúce vzorkou pomocou akéhokoľvek rozptylovacieho činidla a zaznamenať absorpciu detektorom. Na atomizáciu vzorky sa používajú atomizéry. (plameň, vysokonapäťová iskra, indukčne viazaná plazma). Každý z atomizérov má svoje pre a proti. Na rozklad svetla sa používajú dispergátory (difrakčná mriežka, hranol, svetelný filter).
Atómová emisná spektroskopia
Táto metóda sa mierne líši od metódy atómovej absorpcie. Ak v ňom bol zdroj svetla samostatný zdroj, potom v metóde atómovej emisie je zdrojom žiarenia samotná vzorka. Inak je všetko podobné.
Röntgenová fluorescenčná analýza
Aktivačná analýza
pozri tiež
Literatúra
Nadácia Wikimedia. 2010.
Pozrite si, čo je „Kvantitatívna analýza (chémia)“ v iných slovníkoch:
Súbor chemických, fyzikálno-chemických a fyzikálnych metód na určenie kvantitatívneho pomeru zložiek, ktoré tvoria analyzovanú látku. Spolu s kvalitatívnou analýzou K. a. je jednou z hlavných sekcií......
Kvalitatívna analýza je súbor chemických, fyzikálno-chemických a fyzikálnych metód používaných na detekciu prvkov, radikálov a zlúčenín, ktoré sú súčasťou analyzovanej látky alebo zmesi látok. V kvalitatívnej analýze používajú... ... Wikipédiu
Pôdna chémia je oblasť vedy o pôde, ktorá študuje chemický základ tvorby pôdy a úrodnosti pôdy. Základom riešenia týchto otázok je štúdium zloženia, vlastností pôd a procesov prebiehajúcich v pôdach na iónovo-molekulárnych a... ... Wikipedia
- (Chémia C1) časť chémie, ktorá študuje rôzne triedy látok, ktorých molekuly obsahujú iba jeden atóm uhlíka. Ako samostatné odvetvie poznania sa objavuje chémia C1 s rozvojom perspektívnych technológií výroby surovín obsahujúcich uhlík,... ... Wikipedia
CHÉMIA- CHÉMIA, veda o látkach, ich premenách, interakciách a javoch vyskytujúcich sa počas tohto procesu. Objasnenie základných pojmov, s ktorými X pracuje, ako je atóm, molekula, prvok, jednoduché teleso, reakcia atď., doktrína molekulárnej, atómovej a... ... Veľká lekárska encyklopédia
Rieši problém stanovenia elementárneho zloženia kovov a ich zliatin pomocou analytických metód. Hlavným cieľom je kontrola kvality alebo typu zliatiny a analýza zloženia rôznych zliatin (kvantitatívna analýza). Metódy: vlnovo-disperzná analýza, ... ... Wikipedia
Tento výraz má iné významy, pozri Chémia (významy). Chémia (z arabčiny کيمياء, pravdepodobne odvodené z egyptského slova km.t (čierny), z ktorého pochádza aj názov Egypta, čiernej pôdy a olova „čierna... ... Wikipedia
Nezamieňať s chémiou životného prostredia. Environmentálna chémia je odvetvie chémie, ktoré študuje chemické premeny vyskytujúce sa v prírodnom prostredí. Základné informácie Environmentálna chémia zahŕňa užšie odvetvia chémie, ... ... Wikipedia
Tento článok by mal byť wikiifikovaný. Naformátujte ho prosím podľa pravidiel pre formátovanie článkov... Wikipedia
Pozri Analytická chémia, Kvalitatívna analýza, Kvantitatívna analýza... Veľká sovietska encyklopédia
knihy
- Analytická chémia. Analytika 2. Kvantitatívna analýza. Fyzikálno-chemické (inštrumentálne) metódy analýzy, Kharitonov Jurij Jakovlevič. Učebnica bola spracovaná v súlade s federálnym štátnym vzdelávacím štandardom tretej generácie. Kniha pokrýva základy gravimetrických, chemických titrimetrických...
Úlohou kvantitatívnej analýzy je získať informácie o obsahu prvkov (iónov), radikálov, funkčných skupín, zlúčenín alebo fáz v analyzovanom objekte, ako aj vyvinúť metódy, ktorými sa tieto informácie získajú. Pri kvantitatívnej analýze sa meria intenzita analytického signálu, t.j. nájdite číselnú hodnotu optickej hustoty roztoku, spotrebu roztoku na titráciu, hmotnosť kalcinovanej zrazeniny atď. Na základe výsledkov kvantitatívneho merania signálu sa vypočíta obsah stanovovanej zložky vo vzorke. Výsledky stanovení sa zvyčajne vyjadrujú v hmotnostných zlomkoch, %.
Pomocou kvantitatívnej analýzy zisťujú hmotnostné pomery medzi prvkami v zlúčeninách, stanovujú množstvo rozpustenej látky v určitom objeme roztoku a niekedy zisťujú obsah prvku v homogénnej zmesi látok, napríklad uhlíka v oleji alebo zemný plyn. V poľnohospodárskej praxi sa najčastejšie zisťuje obsah tej či onej zložky v heterogénnych látkach, napr.: dusík, P 2 O 5 alebo K 2 O - v dusíkatých, fosforečných alebo draselných hnojivách, mikroprvky - v pôde, cukry - v rastline materiál atď.
Kvantitatívna analýza je potrebná pri hodnotení ložísk nerastných surovín, pre hutníctvo a chemický priemysel a je dôležitá pre biológiu a agrochémiu, pôdoznalectvo, fyziológiu rastlín atď.
Nové problémy pre kvantitatívnu analýzu prináša rozvíjajúce sa národné hospodárstvo – priemysel a poľnohospodárstvo; ako je napríklad vývoj metód na separáciu a kvantitatívne stanovenie „vzácnych“ alebo stopových prvkov (urán, titán, zirkónium, vanád, molybdén, volfrám atď.); stanovenie zanedbateľných množstiev nečistôt niektorých prvkov (arzén, fosfor atď.) v mnohých kovoch a mikroprvkoch v biologickom materiáli a pôdach.
Kvantitatívna analýza umožňuje biológom získať potrebné informácie o zložení živočíšnych a rastlinných organizmov a študovať vplyv jednotlivých prvkov na ich rast, vývoj a produktivitu.
Hlavnými predmetmi kvantitatívneho výskumu v poľnohospodárstve sú pôda, rastliny, hnojivá, poľnohospodárske jedy, krmivá atď. Pôdy sa analyzujú, aby sa určila úroveň zásobovania rastlín živinami. Kvantitatívna analýza minerálnych hnojív sa používa na kontrolu obsahu zložiek užitočných pre poľnohospodárske plodiny (dusík, P 2 O 5, K 2 O) a analýza poľnohospodárskych jedov na zistenie množstva účinnej látky. Pre správne zostavenie stravy zvierat je potrebné poznať zloženie krmiva. Analyzované sú aj živočíšne a rastlinné produkty.
V poslednej dobe kvôli zvýšenému obsahu dusičnanov v pôde, pitnej vode a rastlinných produktoch vznikla potreba kontrolovať potravinárske výrobky. Obsah dusičnanov sa stanovuje ionometrickou alebo fotometrickou metódou.
Moderné metódy kvantitatívnej analýzy sa klasifikujú podľa nameraných vlastností, ako je hmotnosť látky, objem roztoku činidla, intenzita spektrálnych čiar prvkov, absorpcia viditeľného, infračerveného alebo ultrafialového žiarenia, rozptyl svetlo suspenziou, rotácia roviny polarizácie, adsorpčné vlastnosti sorbentov, elektrická vodivosť roztoku, elektródový potenciál, sila difúzneho prúdu, počet rádioaktívnych častíc atď.
Metódy kvantitatívnej analýzy sa delia na chemické, fyzikálne a fyzikálno-chemické.
Chemické metódy zahŕňajú gravimetrickú, titrimetrickú a plynovo-volumetrickú analýzu.
Fyzikálne a fyzikálno-chemické metódy analýzy sa bežne nazývajú inštrumentálne.
Okrem toho existujú takzvané metódy na oddeľovanie zmesí látok (alebo iónov). Tie okrem rôznych typov chromatografie zahŕňajú extrakciu organickými rozpúšťadlami, sublimáciu (a sublimáciu), destiláciu (t.j. destiláciu prchavých zložiek), chemické metódy frakčného zrážania a koprecipitácie.
Samozrejme, vyššie uvedená klasifikácia nezahŕňa všetky metódy používané v modernej kvantitatívnej analýze; Uvádza len tie najbežnejšie.
2. STANOVENIE DISOCIAČNEJ KONŠTANTY
Elektrolytická disociácia je reverzibilný proces vedúci k rovnováhe medzi nedisociovanými molekulami a iónmi, preto sa na ňu vzťahuje zákon hromadného pôsobenia. Ionizácia slabého elektrolytu prebieha podľa schémy
AB « A + + B —
Ak označíme rovnovážnu koncentráciu nedisociovaných molekúl [AB] a koncentrácie iónov ako [A + ] a [B - ], potom bude mať rovnovážna konštanta tvar
[A + ][B —
]/[AB] = K (*)
Množstvo K sa nazýva disociačná konštanta elektrolytu. Charakterizuje jeho sklon k ionizácii. Ako; Čím väčšia je hodnota K, tým silnejšie disociuje slabý elektrolyt a tým vyššia je koncentrácia jeho iónov v roztoku v rovnovážnom stave. Hodnota disociačnej konštanty sa vypočíta na základe molárnej koncentrácie roztoku a stupňa ionizácie slabého elektrolytu (pri konštantnej teplote).
Táto rovnica je matematickým vyjadrením Ostwaldovho zákona riedenia, ktorý stanovuje vzťah medzi stupňom disociácie slabého elektrolytu a jeho koncentráciou.
Pre dosť slabé elektrolyty v nie príliš zriedených roztokoch je stupeň disociácie a veľmi malý a hodnota (1 - α) je blízka jednotke. Preto pre nich
Uvažované vzory umožňujú vypočítať disociačné konštanty slabých elektrolytov na základe experimentálne zisteného stupňa ich disociácie a naopak.
Disociačná konštanta, ako aj stupeň disociácie, charakterizuje silu kyselín a zásad. Čím väčšia je konštanta, tým viac je elektrolyt v roztoku disociovaný. Keďže disociačná konštanta nezávisí od koncentrácie roztoku, lepšie charakterizuje tendenciu elektrolytu rozkladať sa na ióny ako stupeň disociácie. Experimentálne bolo dokázané, že zákon riedenia platí len pre slabé elektrolyty.
V roztokoch viacsýtnych kyselín, ktoré disociujú v niekoľkých stupňoch, sa ustanoví niekoľko rovnováh. Každý takýto stupeň je charakterizovaný vlastnou disociačnou konštantou.
Pomocou disociačných konštánt najdôležitejších slabých elektrolytov sa vypočítajú stupne ich disociácie.
a) Vyjadrenie disociačnej konštanty pre hydroxid draselný
KON« K + + OH -
b) Vyjadrenie disociačnej konštanty kyseliny octovej:
Disociačná rovnica
CH 3 COOH « H + + CH 3 COOO -
Potom je možné zapísať disociačnú konštantu
c) Vyjadrenie disociačnej konštanty
NSN « H + + CN —
3. CHARAKTER A METÓDY OBJEMOVEJ ANALÝZY. VÝPOČTY V GRAVIMETRIÁLNEJ ANALÝZE. OPERÁCIE METÓDY GRAVIMETRICKEJ ANALÝZY
„Klasická“ metóda je titračná (objemová) analýza. Je založená na meraní objemov reagujúcich roztokov a koncentrácia roztoku činidla musí byť presne známa. Pri volumetrickej analýze sa činidlo pridáva do testovacieho roztoku, kým nezreagujú ekvivalentné množstvá látok. Tento moment sa určuje pomocou ukazovateľov alebo iných metód. Pri znalosti koncentrácie a objemu činidla použitého na reakciu sa vypočíta výsledok stanovenia.
Podľa typu použitých chemických reakcií sa metódy titračnej (objemovej) analýzy delia do troch skupín: 1) metódy založené na reakciách iónových zlúčenín; 2) metódy založené na oxidačno-redukčných reakciách; 3) metódy založené na komplexných formovacích reakciách. Prvá skupina zahŕňa metódy acidobázickej a precipitačnej titrácie, druhá - rôzne metódy redoxnej titrácie a tretia - metódy komplexometrickej (chelatometrickej) titrácie.
Metóda acidobázickej titrácie(alebo neutralizácia) je založená na interakcii kyselín so zásadami.
Metóda umožňuje stanoviť v roztokoch nielen koncentráciu kyselín alebo zásad, ale aj koncentráciu hydrolyzovaných solí.
Na stanovenie koncentrácie zásad alebo solí v roztokoch, ktoré poskytujú alkalickú reakciu počas protolýzy, sa používajú titrované roztoky kyselín. Tieto stanovenia sa nazývajú acidimetria.
Koncentrácia kyselín alebo hydrolyticky kyslých solí sa stanovuje pomocou titrovaných roztokov silných zásad. Takéto definície sa týkajú alkalimetrie.
Bod ekvivalencie pri neutralizácii je určený zmenou farby indikátora (metyloranž, metylčerven, fenolftaleín).
Metóda titrácie zrážok. Stanovený prvok sa pri interakcii s titrovaným roztokom môže vyzrážať vo forme slabo rozpustnej zlúčeniny. Tá druhá zmenou vlastností prostredia umožňuje jednému alebo druhému určiť bod ekvivalencie.
Titrimetrické zrážacie metódy sú pomenované v závislosti od toho, čo slúži ako titračné činidlo.
Metóda komplexometrickej titrácie kombinuje titrimetrické stanovenia založené na tvorbe nízko ionizujúcich komplexných iónov (alebo molekúl).
Pomocou týchto metód sa stanovujú rôzne katióny a anióny, ktoré majú vlastnosť vstupovať do komplexných formovacích reakcií. Nedávno sa rozšírili analytické metódy založené na interakcii katiónov s organickými činidlami - komplexónmi. Táto titrácia sa nazýva komplexometrické alebo chelatometrické.
Metódy redoxnej titrácie(redox metódy) sú založené na redoxných reakciách medzi analytom a titrovaným roztokom.
Používajú sa na kvantitatívne stanovenie rôznych redukčných činidiel alebo oxidačných činidiel v roztokoch.
Gravimetrická metóda sa používa aj na stanovenie kryštalickej vody v soliach a hygroskopickej vody v pôde, hnojivách a rastlinnom materiáli. Gravimetricky sa stanovuje obsah sušiny v ovocí a zelenine, vlákniny a „surového“ popola v rastlinnom materiáli.
Pri gravimetrickom stanovení sa rozlišujú nasledujúce operácie: 1) odber priemernej vzorky látky a jej príprava na analýzu; 2) odber vzorky; 3) rozpustenie; 4) uloženie prvku, ktorý sa určuje (s testom úplnosti uloženia); 5) filtrovanie; 6) premytie sedimentu (s testom na určenie úplnosti premývania); 7) sušenie a kalcinácia sedimentu; 8) váženie; 9) výpočet výsledkov analýzy.
Úspešná implementácia definície vyžaduje okrem teoretických vedomostí aj dobré ovládanie techniky jednotlivých operácií.
Uvedené operácie patria medzi takzvané sedimentačné metódy, široko používané v gravimetrii.
Ale v gravimetrii sa používajú aj iné metódy.
Metóda izolácie je založená na izolácii analytu od analytu a jeho presnom odvážení (napríklad popol z tuhého paliva).
Pri destilačnej metóde sa stanovovaná zložka izoluje vo forme prchavej zlúčeniny pôsobením kyseliny alebo vysokej teploty na analyt. Pri určovaní obsahu oxidu uhoľnatého (IV) v uhličitanovej hornine sa teda jej vzorka spracuje kyselinou chlorovodíkovou, uvoľnený plyn prechádza cez absorpčné trubice so špeciálnymi činidlami a na základe zvýšenia ich hmotnosti sa vykoná výpočet.
Výsledky gravimetrických stanovení sú zvyčajne vyjadrené v hmotnostných zlomkoch (%). Na to potrebujete poznať veľkosť vzorky analyzovanej látky, hmotnosť výsledného sedimentu a jeho chemický vzorec.
Gravimetrické stanovenia slúžia na rôzne účely. V niektorých prípadoch je potrebné stanoviť obsah prvku v chemicky čistej látke, napríklad obsah bária v chloridu bárnatom BaCl 2 * 2H 2 O. V iných prípadoch je potrebné zistiť obsah aktívnej látky. v nejakom technickom produkte alebo vo všeobecnosti v látke, ktorá obsahuje nečistoty. Napríklad je potrebné stanoviť obsah chloridu bárnatého BaCl 2 * 2H 2 O v komerčnom chloridu bárnatom. Technika definície v oboch prípadoch môže zostať rovnaká, ale výpočty sú odlišné. Pozrime sa na výpočty pomocou príkladov.
Konverzné faktory, tiež nazývané analytické faktory, sa často používajú na výpočty v gravimetrickej analýze. Konverzný faktor (F) je pomer molárnej hmotnosti (alebo Mg) analytu k molárnej hmotnosti látky v sedimente:
M analytu___
M látky v sedimente
Konverzný faktor udáva, koľko gramov analytu obsahuje 1 g sedimentu.
V praxi technickej a poľnohospodárskej analýzy sa výpočty zvyčajne vykonávajú pomocou hotových vzorcov. Pre všetky výpočty s komplexnými číslami by sa mal použiť mikropočítač.
Záznamy v laboratórnom denníku sú veľmi dôležité. Sú dokumentom potvrdzujúcim ukončenie analýzy. Preto sa kvantitatívne určenie stručne formalizuje priamo na hodine. Do denníka sa zaznamenáva dátum, názov analýzy, metóda stanovenia (s odkazom na učebnicu), údaje všetkých vážení alebo iných meraní a výpočet výsledku.
BIBLIOGRAFIA
Kreshkov A.P. Základy analytickej chémie – M.: Chémia, 1991.
Klasifikácia metód kvantitatívnej analýzy. Hlavné fázy kvantitatívnej analýzy
Kvantitatívna analýza- súbor metód analytickej chémie, ktorých úlohou je určiť kvantitatívny obsah jednotlivých zložiek v skúmanej látke.
V závislosti od predmetu štúdia sa rozlišuje anorganická a organická analýza. Na druhej strane sa delia na elementárna analýza, ktorého úlohou je zistiť, koľko prvkov obsahuje analyzovaný objekt, na molekulárne A funkčné analýzy, ktoré dávajú odpoveď na kvantitatívny obsah radikálov, zlúčenín, ako aj funkčných skupín atómov v analyzovanom objekte.
Metódy kvantitatívnej analýzy sa delia na chemický, fyzikálno-chemické A fyzické. Klasické chemické metódy kvantitatívnej analýzy zahŕňajú gravimetrický A objemová analýza.
Popri klasických chemických metódach sú široko používané fyzikálne a fyzikálno-chemické (inštrumentálne) metódy založené na meraní optických, elektrických, adsorpčných, katalytických a iných charakteristík analyzovaných látok v závislosti od ich množstva (koncentrácie). Zvyčajne sú tieto metódy rozdelené do nasledujúcich skupín: elektrochemické(konduktometria, polarografia, potenciometria atď.); spektrálny, alebo optický(emisná a absorpčná spektrálna analýza, fotometria, luminiscenčná analýza atď.); röntgen; chromatografické; rádiometrické; hmotnostná spektrometria. Uvedené metódy, aj keď sú v presnosti nižšie ako chemické, sú výrazne lepšie ako v citlivosti, selektivite a rýchlosti vykonávania.
Tento kurz bude pokrývať iba klasické chemické metódy kvantitatívnej analýzy.
Gravimetrická analýza je založená na presnom meraní hmotnosti stanovovanej zložky v čistej forme alebo vo forme jej zlúčeniny. Objemová analýza zahŕňa titračná volumetrická analýza- metódy na meranie objemu roztoku činidla s presne známou koncentráciou spotrebovanou pri reakcii s analytom a objemová analýza plynu- metódy merania objemu analyzovaných plynných produktov.
Počas kvantitatívnej analýzy možno rozlíšiť nasledujúce hlavné fázy.
1. Odber vzoriek, priemerovanie a váženie. Odber vzoriek často určuje celkovú chybu analýzy a použitie vysoko presných metód je zbytočné. Účelom odberu vzoriek je získať relatívne malé množstvo východiskovej látky, v ktorej by sa kvantitatívny obsah všetkých zložiek mal rovnať ich kvantitatívnemu obsahu v celej hmotnosti analyzovanej látky. Primárna vzorka sa vyberie priamo z analyzovaného objektu spojením požadovaného počtu bodových vzoriek. Metódy odberu vzoriek sú určené nasledujúcimi faktormi: stav agregácie analyzovaného objektu (plyn, kvapalina, pevná látka); heterogenita analyzovaného materiálu; požadovaná presnosť posúdenia obsahu zložky v celej hmote analyzovaného predmetu (fyziologicky aktívna zložka v lieku je presnejšie ako zložka v rude pre posúdenie výnosnosti ložiska), možnosť zmeny zloženia objektu v priebehu času. Kvapalné a plynné materiály sú zvyčajne homogénne a ich vzorky sú už spriemerované. Pevné materiály sú objemovo heterogénne, preto sa na ich analýzu časti látky vyberajú z rôznych zón študovaného materiálu. Primárna vzorka je pomerne veľká - zvyčajne 1-50 kg a pre niektoré predmety (napríklad ruda) je to 0,5-5 ton.
Z primárnej vzorky jej zmenšením vyberte priemerná (reprezentatívna) vzorka(zvyčajne od 25 g do 1 kg). Na tento účel sa primárna vzorka rozdrví, zmieša a spriemeruje zloženie, napr. kvartovanie. Pri kvartovaní sa drvina rozsype v rovnomernej vrstve vo forme štvorca (alebo kruhu), rozdelí sa na štyri sektory, obsah dvoch protiľahlých sektorov sa vyhodí a zvyšné dva sa spoja. Operácia kvartovania sa mnohokrát opakuje, kým sa nezíska požadované množstvo priemernej vzorky.
Z takto získaného homogénneho materiálu sa odoberú vzorky na analýzu, jedna časť sa odloží na prípadné arbitrážne analýzy ( kontrolná vzorka), druhý sa priamo používa na analýzu ( analyzovaná vzorka).
Časť analyzovanej vzorky s hmotnosťou presne nameranou na analytických váhach sa nazýva visiace. Vzorka, ktorá sa má analyzovať, musí byť dostatočne veľká na získanie niekoľkých vzoriek.
2. Rozklad (otvorenie) vzorky. Táto fáza pozostáva z prevedenia analyzovanej vzorky do stavu agregácie alebo zlúčeniny vhodnej na analýzu. Aby sa vzorka preniesla do roztoku pri chemických metódach, je priamo spracovaná kvapalnými rozpúšťadlami (voda, kyseliny, zásady) alebo sa po deštrukcii vzorky (kalcináciou, pálením, tavením alebo spekaním) premení na zlúčeniny, ktoré sa môžu rozpustiť.
3. Separácia, izolácia stanovovanej zložky a jej koncentrácia. Keďže väčšina analytických metód nie je dostatočne selektívna, používajú sa metódy separácie analyzovanej zmesi alebo izolácie analytu z nej. V prípade, že koncentrácia analyzovanej látky je nižšia ako detekčný limit danej metódy alebo nižšia ako spodná hranica jej pracovného rozsahu, potom sa použije koncentrácia analyzovanej látky. Na separáciu, izoláciu a koncentračné použitie chemický(maskovanie, zrážanie a koprecipitácia), fyzické(metódy odparovania: destilácia, destilácia (destilácia), sublimácia (sublimácia) atď. fyzikálno-chemické metódy (extrakcia, sorpcia, iónová výmena, chromatografia a rôzne elektrochemické metódy, ako je elektrolýza, elektroforéza, elektrodialýza atď.).
4. Kvantifikácia. Všetky predbežné fázy analýzy musia zabezpečiť, aby sa počas analýzy získali spoľahlivé výsledky. Výber metódy analýzy by mal byť založený na takých ukazovateľoch, ako je rýchlosť, pohodlnosť, presnosť, dostupnosť vhodného zariadenia, počet analýz, veľkosť analyzovanej vzorky, obsah stanovovanej zložky. Porovnaním citlivosti rôznych metód a odhadom približného obsahu zložky vo vzorke si chemik vyberie jednu alebo druhú metódu analýzy. Napríklad na stanovenie sodíka v silikátových horninách sa používa gravimetrická metóda, ktorá umožňuje stanovenie miligramových a vyšších množstiev sodíka; určiť mikrogramové množstvá toho istého prvku v rastlinách a biologických objektoch - metóda plameňovej fotometrie; na stanovenie sodíka vo vode špeciálnej čistoty (nano- a pikogramové množstvá) - metóda laserovej spektroskopie.
5. Výpočty výsledkov analýz a vyhodnotenie výsledkov meraní- záverečná fáza analytického procesu. Po výpočte výsledkov rozboru je dôležité vyhodnotiť ich spoľahlivosť s prihliadnutím na správnosť použitej metódy a štatistické spracovanie číselných údajov.
Kontrolné otázky
1. Aký je účel kvantitatívnej analýzy?
2. Vymenujte metódy kvantitatívnej analýzy.
3. Čo je gravimetrická analýza?
4. Čo je podstatou titračnej analýzy?
5. Uveďte hlavné fázy analýzy a popíšte ich.
6. Ako sa odoberá priemerná vzorka? Čo je kvartovanie vzorky?
7. Čo je to baldachýn?
8. Aké techniky sa používajú na otvorenie vzorky a izolovanie určovanej zložky z nej?
1. Vasiliev V.P. Analytická chémia. Kniha 1. Titrimetrické a gravimetrické metódy analýzy. - M.: Drop, 2005. - S. 16 – 24.
S.B. Denisová, O.I. Michailenko
