Kvantitatívne kompozičné metódy kvantitatívnej analýzy. detegovateľný precipitant precipitated gravimetrický

Kvantitatívna analýza je veľká časť analytickej chémie, ktorá 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, rastlinných objektov. V ekológii sa zisťuje obsah toxínov vo vode, vzduchu, pôde. V medicíne sa používa na odhaľovanie falošných liekov.

Úlohy a metódy kvantitatívnej analýzy

Hlavnou úlohou kvantitatívnej analýzy je stanoviť kvantitatívne (percentuálne alebo molekulárne) zloženie látok.

V závislosti od spôsobu riešenia tohto problému existuje niekoľko metód kvantitatívnej analýzy. Sú ich tri skupiny:

• Fyzické.
• Fyzikálne a 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.

Posledne uvedené je založené na meraní fyzikálno-chemických vlastností analytu. Tie obsahujú:

• Optické - spektrofotometria, spektrálna analýza, kolorimetria.
• Chromatografická - plynovo-kvapalinová chromatografia, iónová výmena, distribúcia.
• Elektrochemická - konduktometrická titrácia, potenciometrická, coulometrická, elektrohmotnostná analýza, polarografia.

Tretie metódy 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) – 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%, kým pri inštrumentálnych metódach je to 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 sa zložka, ktorá sa má stanoviť, musí získať vo forme prchavej látky (destilačná metóda). Takto je možné stanoviť napríklad obsah kryštalickej vody v kryštalických hydrátoch. Precipitačná metóda určuje kyselinu kremičitú pri spracovaní hornín, železo a hliník pri analýze hornín, draslík a sodík, organické zlúčeniny.

Analytický signál v gravimetrii je hmotnosť.

Metóda kvantitatívnej analýzy gravimetriou zahŕňa nasledujúce kroky:

1. Zrážanie zlúčeniny, ktorá obsahuje predmetnú látku.
2. Filtrácia výslednej zmesi na odstránenie zrazeniny zo supernatantu.
3. Premytie zrazeniny na odstránenie supernatantu a odstránenie nečistôt z jej povrchu.
4. Sušenie pri nízkych teplotách na odstránenie vody alebo pri vysokých teplotách na premenu zrazeniny do formy vhodnej na váženie.
5. Váženie výsledného sedimentu.

Nevýhodami gravimetrickej kvantitatívnej analýzy je trvanie stanovenia a neselektivita (zrážacie činidlá sú zriedkavo špecifické). Preto je potrebné predbežné rozdelenie.

Výpočty gravimetrickou metódou

Výsledky kvantitatívnej analýzy uskutočnenej gravimetriou sú vyjadrené v hmotnostných zlomkoch (%). Pre výpočet je potrebné poznať hmotnosť vzorky testovanej látky - G, hmotnosť výsledného sedimentu - m a jej 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 použije konverzný faktor F.

Gravimetrický faktor je konštantná hodnota pre daný skúšobný komponent a gravimetrický tvar.

Titračná (objemová) analýza

Titrimetrický test je presné meranie objemu roztoku činidla, ktorý sa spotrebuje pri ekvivalentnej interakcii so skúmanou látkou. V tomto prípade je koncentrácia použitého činidla vopred nastavená. Vzhľadom na objem a koncentráciu roztoku činidla sa vypočíta obsah sledovanej zložky.

Názov "titrimetrický" pochádza zo slova "titer", čo znamená jeden spôsob vyjadrenia koncentrácie roztoku. Titer ukazuje, koľko gramov látky je rozpustených v 1 ml roztoku.

Titrácia je proces postupného pridávania roztoku známej koncentrácie do špecifického objemu iného roztoku. Pokračuje sa až do momentu, keď látky navzájom úplne zreagujú. Tento moment sa nazýva bod ekvivalencie a je určený zmenou farby indikátora.

• Acidobázická.
• Redox.
• Zrážky.
• Komplexometrické.

Základné pojmy titračnej analýzy

Nasledujúce termíny a koncepty sa používajú v titrimetrickej analýze:

• Titranto je roztok, ktorý sa pridáva. Jeho koncentrácia je známa.
• Titrovateľný roztok je kvapalina, do ktorej sa pridáva titračné činidlo. Musí sa určiť jeho koncentrácia. Titrovateľný roztok 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 – látky používané na stanovenie bodu ekvivalencie.

Štandardné a funkčné riešenia

Titranty sú štandardné a fungujú.

Štandardné sa získajú rozpustením presnej vzorky látky v určitom (zvyčajne 100 ml alebo 1 l) objeme vody alebo iného rozpúšťadla. Takže si 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) v zatavenej ampulke. Toto množstvo je vypočítané na prípravu 1 litra roztoku. Fixanal je možné skladovať dlhodobo, keďže je bez prístupu vzduchu, s výnimkou alkálií, ktoré reagujú so sklom ampulky.

Niektoré roztoky nie je možné pripraviť s presnou koncentráciou. Napríklad koncentrácia manganistanu draselného a tiosíranu sodného sa mení už 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 ich predbežnou titráciou štandardnými roztokmi.

Štandardizácia je potrebná pre riešenia:

• Kyseliny - sírová, chlorovodíková, dusičná.
• alkálie.
• Manganistan draselný.
• dusičnanu strieborného.

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 inej hodnote pH, ktorá sa nazýva 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 titrovateľná látka budú reagovať v ekvivalentnom množstve, to znamená, že množstvo titračnej látky (n e1) sa bude rovnať množstvu titrovanej látky (n e2): n e1 \u003d 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 titrovateľnej látky, je potrebné stanoviť;

V 2 - objem roztoku titrovanej látky, sa stanoví pri titrácii.

C e2 \u003d C e1 ∙ V 1 / V 2

Vykonanie titrickej analýzy

Metóda kvantitatívnej chemickej analýzy titráciou zahŕňa nasledujúce kroky:

1. Príprava 0,1 N štandardného roztoku zo vzorky látky.
2. Príprava približne 0,1 N pracovného roztoku.
3. Štandardizácia pracovného roztoku podľa štandardného roztoku.
4. Titrácia skúšobného roztoku pracovným roztokom.
5. 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 2-5%. Zostávajú štandardné pre hodnotenie správnosti výsledkov iných metód. Hlavné použitie: presné stanovenie veľkých a stredných množstiev látok.

gravimetrická metóda spočíva v izolácii látky v jej čistej forme a jej zvážení. 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 najhrubšia, aby sa dala ľahko vymyť. Zrazenina musí byť stechiometrická zlúčenina určitého zloženia. Pri zrážaní sa zachytávajú nečistoty (spoluzrážanie), preto sa musí umývať. Potom sa zrazenina musí vysušiť a odvážiť.

Aplikácia gravimetrických metód:

Môžete určiť väčšinu anorganických katiónov, aniónov, neutrálnych zlúčenín. Na zrážanie sa používajú anorganické a organické činidlá; posledné sú selektívnejšie. Príklady:

AgN03 + HCl \u003d AgCl + HNO3

(stanovenie strieborných alebo chloridových iónov),

BaCl2 + H2S04 \u003d 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. Spočívajú v postupnom pridávaní roztoku látky s neznámou koncentráciou do roztoku látky reagujúcej s ním (so známou koncentráciou), ktorá sa nazýva titran. Látky medzi sebou reagujú v ekvivalentných množstvách: n 1 =n 2 .

Pretože n \u003d CV, kde C je molárna koncentrácia ekvivalentu, V je objem, v ktorom je látka rozpustená, potom pre stechiometricky reagujúce látky platí:

C 1 V 1 \u003d C 2 V 2

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 \u003d C 2 M.

Na určenie konca reakcie (nazývaného bod ekvivalencie) sa používa zmena farby roztoku alebo sa meria nejaká fyzikálno-chemická vlastnosť roztoku. Používajú sa všetky typy reakcií: neutralizácia kyselín a zásad, oxidácia a redukcia, komplexácia, zrážanie. Klasifikácia titračných metód je uvedená v tabuľke:

Titračná metóda, typ reakcie	Podskupiny metód	Titranty
Acidobázická	Acidometria
	Alkalimetria	NaOH, Na2C03
redox	permanganatometria
	Jodometria
	dichromatometria
	Bromatometria
	Jodatometria
Komplexometrické	Komplexometria
Zrážky	Argentometria

Titrácia je buď priama alebo reverzná. Ak je rýchlosť reakcie nízka, pridá sa známy prebytok 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 titračného činidla sa nazýva titračná krivka a zvyčajne vyzerá takto:

Na určenie bodu ekvivalencie sa používa buď pH-metria alebo indikátory, ktoré menia farbu pri určitej hodnote pH. Citlivosť a presnosť titrácie sú charakterizované 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 mnohými katiónmi kovov, takže titračné aplikácie vyžadujú separáciu.

Redoxná titrácia je sprevádzaná zmenou potenciálu systému. Priebeh titrácie sa zvyčajne riadi potenciometrickou metódou, pozri ďalej.

Titrácia zrážok - argentometria sa najčastejšie používa ako metóda na stanovenie halogenidových iónov. Posledne menované tvoria takmer nerozpustnú zrazeninu s katiónmi striebra.

Metódy titrimetrickej analýzy majú vysokú presnosť (relatívna chyba stanovenia - 0,1 - 0,3%), nízku pracnosť, 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 na elementárnu analýzu, ktorej úlohou je zistiť, koľko prvkov (iónov) obsahuje analyzovaný objekt, na molekulárne a funkčné analýzy, ktoré dávajú odpoveď na kvantitatívny obsah radikálov, zlúčenín a 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

Klasifikáciu inštrumentálnych metód analýzy nájdete v článku Inštrumentálne metódy analýzy

Polarografia

POLAROGRAFIA, druh voltametrie využívajúci indikačnú mikroelektródu z tekutého kovu, ktorej povrch sa periodicky alebo priebežne aktualizuje. V tomto prípade nedochádza k dlhodobej akumulácii produktov elektrolýzy na rozhraní elektróda-roztok v elektrolytickom článku. Indikátorovou elektródou v polarografii je najčastejšie ortuťová kvapkajúca 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 kotúče z porézneho skla atď.

V súlade s odporúčaniami IUPAC existuje niekoľko možností polarografie: polarografia jednosmerného prúdu (skúma závislosť prúdu I od potenciálu E mikroelektródy indikátora), oscilopolarografia (závislosť dE / dt na t pre daný I (t), kde t je čas), polarografia so skenom I (závislosť E na I), diferenčná polarografia (závislosť rozdielu prúdu v dvoch bunkách na E), polarografia s jednoduchým alebo viacnásobným pretáčaním E počas životnosti každá kvapka, cyklická polarografia s trojuholníkovým pohybom E, kroková skenovacia polarografia E, dekomp. 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 metód fotometrie:

1. Atómová absorpčná spektroskopia
2. Atómová emisná spektroskopia.
3. Molekulárna spektroskopia.

Atómová absorpčná spektroskopia

Na vykonanie analýzy touto metódou je potrebný spektrometer. Podstatou analýzy je osvetliť atomizovanú vzorku monochromatickým svetlom a potom rozložiť svetlo, ktoré prešlo vzorkou, pomocou akéhokoľvek rozptylovača svetla a detektora na fixáciu absorpcie. Na atomizáciu vzorky sa používajú atomizéry. (plameň, vysokonapäťová iskra, indukčne viazaná plazma). Každý atomizér má svoje pre a proti. Na rozklad svetla sa používajú disperzanty (difrakčná mriežka, hranol, svetelný filter).

Atómová emisná spektroskopia

Táto metóda sa mierne líši od metódy atómovej absorpcie. Ak v ňom bol samostatný zdroj svetla zdrojom svetla, potom pri metóde atómovej emisie slúži ako zdroj žiarenia samotná vzorka. Všetko ostatné je 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 stanovenie kvantitatívneho pomeru zložiek, ktoré tvoria analyt. Spolu s kvalitatívnou analýzou To. a. je jednou z hlavných sekcií ... ...

Kvalitatívna analýza je súbor chemických, fyzikálno-chemických a fyzikálnych metód používaných na detekciu prvkov, radikálov a zlúčenín, ktoré tvoria analyzovanú látku alebo zmes látok. Kvalitatívna analýza využíva ... ... Wikipedia

Pôdna chémia je oblasť vedy o pôde, ktorá študuje chemický základ tvorby pôdy a úrodnosti pôdy. Základom riešenia týchto problémov je štúdium zloženia, vlastností pôd a procesov prebiehajúcich v pôdach na iónovo-molekulárnych a ... ... Wikipedia

- (C1 chémia) odvetvie chémie, ktoré študuje rôzne triedy látok, ktorých molekula obsahuje iba jeden atóm uhlíka. Ako samostatné odvetvie poznania sa objavuje chémia C1 s rozvojom perspektívnych technológií výroby surovín obsahujúcich uhlík, ... ... Wikipedia

CHÉMIA- CHÉMIA, náuka o látkach, ich premenách, interakciách a javoch, ktoré sa pri tom vyskytujú. Objasnenie základných pojmov, s ktorými X. operuje, ako je atóm, molekula, prvok, jednoduché teleso, reakcia atď., náuka o molekulovej, atómovej a ... ... Veľká lekárska encyklopédia

Rieši analytickými metódami problém stanovenia elementárneho zloženia kovov a ich zliatin. Hlavným účelom je skontrolovať stupeň alebo typ zliatiny a analyzovať zloženie rôznych zliatin (kvantitatívna analýza). Metódy: vlnovo-disperzná analýza, ... ... Wikipedia

Tento výraz má iné významy, pozri Chémia (významy). Chémia (z arabčiny کيمياء‎‎, ktoré pravdepodobne vzniklo z egyptského slova km.t (čierna), odkiaľ je názov Egypta, čiernej pôdy a olova „čierna ... ... Wikipedia

Nezamieňať s environmentálnou chémiou. Environmentálna chémia je odvetvie chémie, ktoré študuje chemické premeny, ktoré sa vyskytujú v prírodnom prostredí. Základné informácie Environmentálna chémia zahŕňa užšie sekcie 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, Jurij Jakovlevič Kharitonov. Učebnica je spracovaná v súlade s federálnym štátnym vzdelávacím štandardom tretej generácie. Kniha pokrýva základy gravimetrickej, chemickej titrimetrie...

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 analytu vo vzorke. Výsledky stanovení sa zvyčajne vyjadrujú v hmotnostných zlomkoch, %.

Pomocou kvantitatívnej analýzy sa zisťujú hmotnostné pomery medzi prvkami v zlúčeninách, určuje sa množstvo rozpustenej látky v určitom objeme roztoku, niekedy sa zistí obsah prvku v homogénnej zmesi látok, napr. uhlík v rope alebo zemnom plyne. 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, stopové prvky - v pôde, cukry - v rastlinnom materiáli atď.

Kvantitatívna analýza je potrebná pri hodnotení ložísk nerastných surovín, pre hutníctvo a chemický priemysel, je dôležitá pre biológiu a agrochémiu, pôdoznalectvo, fyziológiu rastlín atď.

Nové problémy pre kvantitatívnu analýzu prináša rozvíjajúce sa národné hospodárstvo – priemysel a poľnohospodárstvo; je to napríklad vývoj metód na separáciu a kvantitatívne stanovenie „vzácnych“ alebo stopových prvkov (urán, titán, zirkónium, vanád, molybdén, volfrám atď.); stanovenie zanedbateľne malých množstiev nečistôt niektorých prvkov (arzén, fosfor a pod.) v mnohých kovoch a stopových prvkoch v biologickom materiáli, v pôdach.

Kvantitatívna analýza umožňuje biológom získať potrebné informácie o zložení živočíšnych a rastlinných organizmov, 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 určil stupeň zásobovania rastlín živinami. Kvantitatívna analýza minerálnych hnojív sa používa na kontrolu obsahu zložiek užitočných pre plodiny (dusík, P 2 O 5, K 2 O) a analýza poľnohospodárskych jedov - na zistenie množstva účinnej látky. Pre správne zostavenie stravy zvierat musí byť známe zloženie krmiva. Analyzujú aj živočíšnu a rastlinnú výrobu.

V poslednej dobe je v dôsledku zvýšeného obsahu dusičnanov v pôde, pitnej vode a rastlinných produktoch nevyhnutná kontrola potravinárskych výrobkov. Obsah dusičnanov sa zisťuje ionometrickými alebo fotometrickými metódami.

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 polarizačnej roviny, 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 gravimetrické, titrimetrické a objemové analýzy plynov.

Fyzikálne a fyzikálno-chemické metódy analýzy sa podmienečne 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 nepokrýva všetky metódy používané modernou kvantitatívnou analýzou; uvádza len tie najbežnejšie z nich.

2. STANOVENIE DISOCIAČNEJ KONŠTANTY

Elektrolytická disociácia je reverzibilný proces, ktorý vedie k rovnováhe medzi nedisociovanými molekulami a iónmi, takže pre ňu platí zákon hromadného pôsobenia. Ionizácia slabého elektrolytu prebieha podľa schémy

AB "A + + B -

Ak označíme rovnovážnu koncentráciu nedisociovaných molekúl [AB] a koncentrácie iónov - [A + ] a [B - ], potom bude mať rovnovážna konštanta tvar

[A + ][B — ]/[AB] = K (*)

Hodnota K sa nazýva disociačná konštanta elektrolytu. Charakterizuje jeho sklon k ionizácii. Ako; čím väčšia je hodnota K, tým silnejšie slabý elektrolyt disociuje 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).

Medzi konštantou a stupňom disociácie slabého elektrolytu existuje vzťah, ktorý možno vyjadriť matematicky. Na tento účel označujeme molárnu koncentráciu elektrolytu, ktorý sa rozkladá na dva ióny s a stupeň jeho disociácie - α . Potom sa koncentrácia každého z vytvorených iónov bude rovnať c(1 – α) a koncentrácia nedisociovaných molekúl s(1-a). Dosadením týchto zápisov do rovnice (*) dostaneme

Táto rovnica je matematickým vyjadrením Ostwaldovho zákona riedenia, ktorý stanovuje vzťah medzi stupňom disociácie slabého elektrolytu a jeho koncentráciou.

Pre dostatočne slabé elektrolyty v nie príliš zriedených roztokoch je stupeň disociácie a veľmi malý a hodnota (1 - α) je blízka jednotke. Teda pre nich

Uvažované zákonitosti umožňujú vypočítať disociačné konštanty slabých elektrolytov z experimentálne zisteného stupňa ich disociácie a naopak.

Disociačná konštanta, ako aj stupeň disociácie, charakterizujú silu -kyselín a zásad. Čím väčšia je hodnota konštanty, 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 krokoch, sa tiež ustanoví niekoľko rovnováh. Každý takýto stupeň je charakterizovaný vlastnou disociačnou konštantou.

Pomocou disociačných konštánt najdôležitejších slabých elektrolytov sa vypočíta stupeň ich disociácie.

a) Vyjadrenie disociačnej konštanty pre hydroxid draselný

KOH« K + + OH -

b) Vyjadrenie disociačnej konštanty kyseliny octovej:

Disociačná rovnica

CH 3 COOH "H + + CH 3 COO -

Potom je možné zapísať disociačnú konštantu

c) Vyjadrenie disociačnej konštanty

HCN « H + + CN -

3. PODSTATA A METÓDY ANALÝZY OBJEMU. VÝPOČTY V GRAVIMETRICKEJ ANALÝZE. OPERÁCIE GRAVIMETRICKEJ METÓDY ANALÝZY

"Klasickou" metódou je titračná (objemová) analýza. Je založená na meraní objemov reagujúcich roztokov a koncentrácia roztoku činidla musí byť presne známa. Pri volumetrickej analýze sa činidlo naleje do testovaného roztoku až do okamihu, keď zreagujú ekvivalentné množstvá látok. Tento moment sa určuje pomocou ukazovateľov alebo iných metód. Pri znalosti koncentrácie a objemu činidla použitého v reakcii sa vypočíta výsledok stanovenia.

Podľa typu použitých chemických reakcií sa metódy titračnej (objemovej) analýzy delia do troch skupín: 1) metódy založené na kombinačných reakciách iónov; 2) metódy založené na oxidačno-redukčných reakciách; 3) metódy založené na komplexačných 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 nielen koncentráciu kyselín alebo zásad v roztokoch, ale aj koncentráciu hydrolyzovateľných solí.

Na stanovenie koncentrácie zásad alebo solí v roztokoch, ktoré poskytujú alkalickú reakciu počas protolýzy, sa používajú titrované roztoky kyselín. Tieto definície sa nazývajú acidimetria.

Koncentrácia kyselín alebo solí hydrolytických kyselín sa stanovuje pomocou titrovaných roztokov silných zásad. Takéto definície sa týkajú alkalimetrie.

Neutralizačný ekvivalentný bod je určený zmenou farby indikátora (metylová oranž, metylová červeň, fenolftaleín).

Metóda titrácie zrážok. Stanovený prvok sa môže pri interakcii s titrovaným roztokom vyzrážať vo forme zle rozpustnej zlúčeniny. Ten druhý zmenou vlastností prostredia umožňuje tak či onak 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 metódy analýzy 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 v roztokoch rôznych redukčných činidiel alebo oxidačných činidiel.

Gravimetrická metóda stanovuje okrem toho kryštalizačnú vodu v soliach, hygroskopickú vodu v pôde, hnojivá, rastlinný materiál. Gravimetricky stanovte obsah sušiny v ovocí a zelenine, vlákniny, ako aj „surového“ popola v rastlinnom materiáli.

V priebehu gravimetrického stanovenia sa rozlišujú nasledujúce operácie: 1) odber priemernej vzorky látky a jej príprava na analýzu; 2) odber vzorky; 3) rozpustenie; 4) zrážanie prvku, ktorý sa má stanoviť (s testom úplnosti zrážania); 5) filtrovanie; 6) premývanie sedimentov (s testom úplnosti premývania); 7) sušenie a kalcinácia zrazeniny; 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 analyt izoluje ako prchavá zlúčenina pôsobením kyseliny alebo vysokej teploty na analyt. Takže pri stanovení obsahu oxidu uhoľnatého (IV) v uhličitanovej hornine sa jej vzorka spracuje kyselinou chlorovodíkovou, uvoľnený plyn prechádza cez absorpčné trubice so špeciálnymi činidlami a vykoná sa výpočet zvýšením ich hmotnosti.

Zvyčajne sa výsledky gravimetrických stanovení vyjadrujú v hmotnostných zlomkoch (%). Na to potrebujete poznať veľkosť vzorky analytu, hmotnosť výslednej zrazeniny a jej chemický vzorec.

Gravimetrické stanovenia slúžia na rôzne účely. V niektorých prípadoch je potrebné určiť obsah prvku v chemicky čistej látke, napríklad obsah bária v chloridu bárnatom BaCl 2 * 2H 2 O. V iných prípadoch je potrebné zistiť obsah účinná látka 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 definícií v oboch prípadoch môže zostať rovnaká, ale výpočty sú odlišné. Uvažujme o priebehu výpočtov na príkladoch.

Na výpočty v gravimetrickej analýze sa často používajú konverzné faktory, nazývané aj analytické faktory. Konverzný faktor (F) je pomer molárnej hmotnosti (alebo Mg) analytu k molárnej hmotnosti látky v precipitáte:

M analytu ___

M látky v sedimente

Konverzný faktor ukazuje, koľko gramov analytu obsahuje 1 g sedimentu.

V praxi technickej a poľnohospodárskej analýzy sa výpočty zvyčajne vykonávajú podľa hotových vzorcov. Pre všetky výpočty s komplexnými číslami by sa mal použiť mikropočítač.

Záznamy v laboratórnom denníku sú veľmi dôležité. Sú dokumentom potvrdzujúcim vykonanie analýzy. Preto je kvantitatívna definícia stručne zostavená priamo v lekcii. Do denníka sa zaznamenáva dátum, názov rozboru, spôsob 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 kroky 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, fyzikálne a 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, ktoré sú v presnosti nižšie ako chemické, ich výrazne prevyšujú v citlivosti, selektivite a rýchlosti vykonávania.

V tomto kurze sa budú brať do úvahy iba klasické chemické metódy kvantitatívnej analýzy.

Gravimetrická analýza je založená na presnom meraní hmotnosti analytu v jeho čistej forme alebo vo forme jeho zlúčeniny. Objemová analýza zahŕňa titračná volumetrická analýza- metódy na meranie objemu roztoku činidla s presne známou koncentráciou spotrebovaného pri reakcii s analytom a objemová analýza plynu- metódy merania objemu analyzovaných plynných produktov.

V priebehu kvantitatívnej analýzy možno rozlíšiť nasledujúce hlavné fázy.

1. Vzorkovanie, priemerovanie a vzorkovanie. Odber vzoriek často určuje celkovú chybu analýzy a nemá zmysel používať vysoko presné metódy. 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 odoberá priamo z analyzovaného objektu spojením požadovaného počtu prírastkových vzoriek. Metódy odberu vzoriek sú určené nasledujúcimi faktormi: súhrnný stav analyzovaného objektu (plyn, kvapalina, pevná látka); heterogenita analyzovaného materiálu; požadovaná presnosť posúdenia obsahu zložky v celej hmote analyzovaného objektu (fyziologicky aktívna zložka v droge je presnejšia ako zložka v rude pre posúdenie výnosnosti ložiska), možnosť zmeny zloženia objektu v priebehu času. Kvapalné a plynné materiály sú vo všeobecnosti homogénne a ich vzorky sú už spriemerované. Pevné materiály sú objemovo heterogénne, preto sa na ich analýzu časti látky odoberajú z rôznych zón skúmaného materiálu. Primárna vzorka je pomerne veľká - zvyčajne 1-50 kg a pre niektoré predmety (napríklad pre rudu) je to 0,5-5 ton.

Z primárnej vzorky jej redukciou odoberajú 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 drvený materiál rozsype v rovnomernej vrstve vo forme štvorca (alebo kruhu), rozdelí sa na štyri sektory, obsah dvoch protiľahlých sektorov sa vyhodí a ďalšie dva sa spoja. Operácia kvartovania sa mnohokrát opakuje, kým sa nezíska požadované množstvo priemernej vzorky.

Z takto získaného homogénneho materiálu sa odoberajú vzorky na analýzu, jedna časť sa ponechá 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 záves. Vzorka, ktorá sa má analyzovať, musí byť dostatočne veľká na získanie niekoľkých vzoriek.

2. Rozklad (otvorenie) vzorky. Táto fáza spočíva v prevedení analyzovanej vzorky do stavu agregácie alebo zlúčeniny vhodného na analýzu. Aby sa vzorka pri chemických metódach preniesla do roztoku, priamo sa spracuje s kvapalnými rozpúšťadlami (voda, kyseliny, zásady) alebo sa po deštrukcii vzorky (kalcináciou, spálením, tavením alebo spekaním) premení na zlúčeniny, ktoré sa môžu rozpustiť.

3. Separácia, izolácia stanovovanej zložky a jej koncentrácia. Pretože väčšina analytických metód nie je dostatočne selektívna, používajú sa metódy na oddelenie analyzovanej zmesi alebo na izoláciu analytu z nej. V prípade, že koncentrácia analytu je nižšia ako medza detekcie tejto metódy alebo nižšia ako dolná medza jej pracovného rozsahu, potom sa použije koncentrácia analyzovanej látky. Používa sa na separáciu, izoláciu a koncentráciu chemický(maskovanie, zrážky a spoluzrážanie), fyzické(metódy odparovania: destilácia, destilácia (destilácia), sublimácia (sublimácia) atď. fyzikálne a chemické metódy (extrakcia, sorpcia, iónová výmena, chromatografia a rôzne elektrochemické metódy, ako je elektrolýza, elektroforéza, elektrodialýza atď.).

4. Vykonanie kvantifikácie. Všetky predbežné fázy analýzy by mali zabezpečiť, aby sa počas analýzy získal spoľahlivý výsledok. Výber metódy analýzy by mal byť založený na faktoroch ako rýchlosť, pohodlnosť, správnosť, dostupnosť vhodného zariadenia, počet analýz, veľkosť analyzovanej vzorky, obsah analytu. Porovnaním citlivosti rôznych metód a vyhodnotením 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 stanoviť miligramové a vyššie množstvá sodíka; určiť mikrogramové množstvá toho istého prvku v rastlinách a biologických objektoch - metóda plameňovej fotometrie; na stanovenie sodíka vo vode vysokej čistoty (nano- a pikogramové množstvá) - metóda laserovej spektroskopie.





5. Výpočet výsledkov analýzy a vyhodnotenie výsledkov meraní- záverečná fáza analytického procesu. Po spočítaní 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. Uveďte 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 háčik?

8. Aké metódy sa používajú na otvorenie vzorky a izoláciu analytu 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