Postoji mnogo vrsta analiza. Mogu se klasifikovati prema različitim kriterijumima:
- po prirodi primljenih informacija. Razlikovati kvalitativna analiza(u ovom slučaju saznaju od čega se ova tvar sastoji, koje komponente su uključene u njen sastav) i kvantitativna analiza(odredite sadržaj određenih komponenti, na primjer, u težinskim procentima, ili omjer različitih komponenti). Granica između kvalitativne i kvantitativne analize je vrlo uslovna, posebno u proučavanju mikro-nečistoća. Dakle, ako u toku kvalitativne analize određena komponenta nije otkrivena, onda je potrebno naznačiti koja bi se minimalna količina ove komponente mogla detektovati ovom metodom. Možda negativni rezultat kvalitativne analize nije zbog odsustva komponente, već zbog nedovoljne osjetljivosti korištene metode! S druge strane, kvantitativna analiza se uvijek vrši uzimajući u obzir prethodno utvrđeni kvalitativni sastav materijala koji se proučava.
- klasifikacija prema objektima analize: tehnički, klinički, forenzička i sl.
- klasifikacija prema objektima definicije.
Nemojte brkati pojmove - analiza i odrediti. Objekti definicije imenovati komponente čiji sadržaj treba utvrditi ili pouzdano otkriti. Uzimajući u obzir prirodu komponente koja se utvrđuje, razlikuju se različite vrste analiza (tabela 1.1).
Tabela 1-1. Klasifikacija vrsta analize (prema objektima definicije ili detekcije)
| Vrsta analize | Objekat definicije (ili detekcije) | Primjer | Područje primjene |
| Izotop | Atomi sa datim vrijednostima nuklearnog naboja i masenog broja (izotopi) | 137 Cs, 90 Sr, 235 U | Nuklearna energija, kontrola zagađenja životne sredine, medicina, arheologija itd. |
| elementar | Atomi sa datim vrijednostima nuklearnog naboja (elementi) | Cs, Sr, U, Cr, Fe, Hg | Svuda |
| Real | Atomi (joni) elementa u datom oksidacionom stanju ili u jedinjenjima datog sastava (oblik elementa) | Cr(III), Fe 2+, Hg u kompleksnim jedinjenjima | Chemical Technology, kontrola zagađenja životne sredine, geologija, metalurgija itd. |
| Molekularno | Molekule sa datim sastavom i strukturom | Benzen, glukoza, etanol | Medicina, kontrola zagađenja životne sredine, agrohemija, hemijska tehnologija, kriminalistika. |
| Strukturna grupa ili funkcionalna | Zbir molekula sa datim strukturnim karakteristikama i sličnim svojstvima (zbir izomera i homologa) | Ograničite ugljovodonike, monosaharide, alkohole | Hemijska tehnologija, prehrambena industrija, medicina. |
| faza | Faza ili element unutar date faze | Grafit u čeliku, kvarc u granitu | Metalurgija, geologija, tehnologija građevinskih materijala. |
Klasifikacija "prema objektima definicije" je vrlo važna jer pomaže pri odabiru pogodan način analiza (analitička metoda). Da, za elementarna analizačesto se koriste spektralne metode zasnovane na registraciji zračenja atoma na različitim talasnim dužinama. Većina spektralnih metoda uključuje potpuno uništenje (atomizaciju) analita. Ako je potrebno utvrditi prirodu i kvantitativni sadržaj različitih molekula koji čine sastav organske tvari koja se proučava ( molekularne analize), tada će jedna od najpogodnijih metoda biti kromatografska, koja ne uključuje uništavanje molekula.
Tokom elementarna analiza identificirati ili kvantificirati elemente, bez obzira na njihov stupanj oksidacije ili na uključivanje u sastav određenih molekula. U rijetkim slučajevima utvrđuje se puni elementarni sastav ispitivanog materijala. Obično je dovoljno odrediti neke elemente koji značajno utiču na svojstva objekta koji se proučava.
Real analiza se kao samostalna forma počela izdvajati relativno nedavno, ranije se smatrala dijelom elementarne. Svrha analize materijala je da se posebno odredi sadržaj različitih oblika istog elementa. Na primjer, hrom(III) i hrom(VI) in otpadne vode. U naftnim proizvodima posebno se određuju “sulfatni sumpor”, “slobodni sumpor” i “sulfidni sumpor”. Istražujući sastav prirodnih voda, otkrivaju koji dio žive postoji u obliku jakih (ne-disocijacijskih) kompleksnih i elementarnih elemenata. organska jedinjenja, a koji - u obliku slobodnih jona. Ovi zadaci su teži od zadataka elementarne analize.
Molekularna analiza posebno važno u studiji organska materija i materijali biogenog porijekla. Primjer bi bilo određivanje benzena u benzinu ili acetona u izdahnutom zraku. U takvim slučajevima potrebno je uzeti u obzir ne samo sastav, već i strukturu molekula. Zaista, u materijalu koji se proučava mogu postojati izomeri i homolozi određene komponente. Stoga je često potrebno odrediti sadržaj glukoze u prisustvu mnogih njenih izomera i drugih srodnih spojeva, kao što je saharoza.
Kada je u pitanju određivanje ukupnog sadržaja svih molekula koje imaju neke zajedničke strukturne karakteristike, iste funkcionalne grupe, a samim tim i slična hemijska svojstva, koristi se izraz strukturno-grupni(ili funkcionalan) analiza. Na primjer, količina alkohola (organska jedinjenja koja imaju OH grupu) se određuje izvođenjem reakcije zajedničke za sve alkohole s metalnim natrijem, a zatim mjerenjem volumena oslobođenog vodonika. Iznos nezasićeni ugljovodonici(koji imaju dvostruke ili trostruke veze) određuje se oksidacijom s jodom. Ukupan sadržaj iste vrste komponenti ponekad se utvrđuje i u neorganskoj analizi - na primjer, ukupni sadržaj rijetkih zemnih elemenata.
Specifična vrsta analize je fazna analiza. Dakle, ugljenik u livenom gvožđu i čeliku može se rastvoriti u gvožđu, može formirati hemijska jedinjenja sa gvožđem (karbidi) ili može formirati zasebnu fazu (grafit). Fizička svojstva proizvoda (čvrstoća, tvrdoća, itd.) ne zavise samo od ukupnog sadržaja ugljika, već i od raspodjele ugljika između ovih oblika. Stoga metalurge zanima ne samo ukupan sadržaj ugljika u livenom gvožđu ili čeliku, već i prisustvo zasebne faze grafita (slobodnog ugljenika) u ovim materijalima, kao i kvantitativni sadržaj ove faze.
Glavni fokus osnovnog kursa analitičke hemije je elementarna i molekularna analiza. U drugim vrstama analize koriste se vrlo specifične metode i program osnovni kurs izotopske, fazne i strukturne grupe nisu uključene.
Klasifikacija prema tačnosti rezultata, trajanju i cijeni analiza. Pojednostavljena, brza i jeftina verzija analize se zove ekspresna analiza. Za njihovu implementaciju često koriste metode ispitivanja. Na primjer, svako (ne analitičar) može procijeniti sadržaj nitrata u povrću (šećer u urinu, teški metali u vodi za piće, itd.) pomoću posebnog indikatorskog papira. Rezultat će biti vidljiv oku, jer se sadržaj komponente određuje pomoću skale boja pričvršćene na papir. Metode ispitivanja ne zahtijevaju isporuku uzorka u laboratoriju, bilo kakvu obradu ispitnog materijala; ove metode ne koriste skupu opremu i ne vrše proračune. Važno je samo da rezultat ne zavisi od prisustva drugih komponenti u materijalu koji se proučava, a za to je potrebno da reagensi kojima se papir impregnira prilikom njegove proizvodnje budu specifični. Vrlo je teško osigurati specifičnost metoda ispitivanja, a ova vrsta analize je postala rasprostranjena tek u poslednjih godina XX vijek.. Naravno, metode ispitivanja ne mogu obezbijediti visoku tačnost analize, ali to nije uvijek potrebno.
Direktna suprotnost ekspresnoj analizi - arbitražna analiza. Glavni zahtjev za to je da se osigura najveća moguća tačnost rezultata. Arbitražne analize se provode prilično rijetko (na primjer, radi rješavanja sukoba između proizvođača i potrošača industrijskih proizvoda). Za izvođenje ovakvih analiza uključeni su najkvalifikovaniji izvođači, koriste se najpouzdanije i više puta dokazane metode. Vrijeme utrošeno na izvođenje takve analize, kao i njena cijena, nisu od suštinskog značaja.
Međumesto između ekspresne i arbitražne analize – po tačnosti, trajanju, trošku i drugim pokazateljima – zauzima tzv. rutinski testovi. Najveći dio analiza koje se obavljaju u fabrici i drugim kontrolnim i analitičkim laboratorijama je ovog tipa.
Postoje i drugi načini klasifikacije, druge vrste analize. Na primjer, uzmite u obzir masu materijala koji se proučava, direktno korištenog u toku analize. U okviru odgovarajuće klasifikacije postoje makroanaliza(kilogrami, litri), polumikroanaliza(frakcije grama, mililitri) i mikroanaliza. U potonjem slučaju koriste se vaganja od jednog miligrama ili manje, volumeni otopina mjere se u mikrolitrima, a rezultat reakcije ponekad se mora promatrati pod mikroskopom. Mikroanaliza se rijetko koristi u analitičkim laboratorijama.
1.3. Metode analize
Koncept "metoda analize" najvažniji je za analitičku hemiju. Ovaj izraz se koristi kada se želi otkriti suština ove ili one analize, njen glavni princip. Metoda analize je prilično univerzalan i teorijski opravdan način provođenja analize, bez obzira na to koja se komponenta određuje i šta se tačno analizira. Postoje tri glavne grupe metoda (slika 1-1). Neki od njih prvenstveno su usmjereni na odvajanje komponenti ispitivane smjese (naknadna analiza bez ove operacije se pokazuje netočnom ili čak nemogućom). U toku separacije obično se javlja i koncentracija komponenti koje treba odrediti (vidi Poglavlje 8). Primjer bi bile metode ekstrakcije ili metode ionske izmjene. U toku kvalitativne analize koriste se i druge metode, koje služe za pouzdanu identifikaciju (identifikacija) komponenti koje nas zanimaju. Treći, najbrojniji, namijenjeni su za kvantitativno određivanje komponenti. Pozivaju se odgovarajuće grupe metode odvajanja i koncentracije, metode identifikacije i metode određivanja. Metode prve dvije grupe, po pravilu , igrati sporednu ulogu; o njima će biti reči kasnije. Najvažnije za praksu su metode određivanja.
Pored tri glavne grupe, postoje hibrid metode. Slika 1.1 ne prikazuje ove metode. U hibridnim metodama, razdvajanje, identifikacija i određivanje komponenti su organski kombinovani u jednom instrumentu (ili u jednom skupu instrumenata). Najvažnija od ovih metoda je hromatografska analiza. U posebnom uređaju (hromatografu) komponente ispitnog uzorka (smjese) se odvajaju, jer se kreću različitim brzinama kroz kolonu ispunjenu prahom. solidan(sorbent). Do trenutka oslobađanja komponente iz kolone, procjenjuje se njena priroda i tako se identifikuju sve komponente uzorka. Komponente koje izlaze iz kolone zauzvrat padaju u drugi dio uređaja, gdje poseban uređaj - detektor - mjeri i snima signale svih komponenti. Često se odmah vrši automatski proračun sadržaja svih komponenti. Jasno je da se hromatografska analiza ne može smatrati samo metodom razdvajanja komponenti, niti samo metodom kvantitativnog određivanja, već je upravo hibridna metoda.
Svaka metoda određivanja kombinuje mnoge specifične metode u kojima se mjeri ista fizička veličina. Na primjer, da bi se izvršila kvantitativna analiza, može se izmjeriti potencijal elektrode uronjene u ispitnu otopinu, a zatim, koristeći pronađenu vrijednost potencijala, izračunati sadržaj određene komponente otopine. Sve metode, gdje je glavna operacija mjerenje potencijala elektrode, smatraju se posebnim slučajevima. potenciometrijska metoda. Kada se metodologija pripisuje jednom ili drugom analitička metoda nije važno koji se objekt proučava, koje se tvari određuju i s kojom točnošću, koji se uređaj koristi i kako se izvode proračuni - važno je samo šta merimo. Obično se naziva fizička veličina koja se meri tokom analize, a koja zavisi od koncentracije analita analitički signal.
Na sličan način se može izdvojiti i metoda spektralna analiza. U ovom slučaju, glavna operacija je mjerenje intenziteta svjetlosti koju emituje uzorak na određenoj talasnoj dužini. Metoda titrimetrijska (volumetrijska) analiza zasniva se na mjerenju zapremine rastvora utrošenog na hemijsku reakciju sa određenom komponentom uzorka. Riječ "metoda" se često izostavlja, jednostavno kažu "potenciometrija", "spektralna analiza", "titrimetrija" itd. AT refraktometrijska analiza signal je indeks loma ispitne otopine, u spektrofotometrija- apsorpcija svjetlosti (na određenoj talasnoj dužini). Spisak metoda i njihovih odgovarajućih analitičkih signala može se nastaviti; ukupno je poznato nekoliko desetina nezavisnih metoda.
Svaka metoda određivanja ima svoju teorijsku osnovu i povezana je sa upotrebom specifične opreme. Područja primjene različitih metoda značajno se razlikuju. Neke metode se uglavnom koriste za analizu naftnih derivata, druge - za analizu lijekova, treće - za proučavanje metala i legura itd. Slično se mogu razlikovati metode za elementarnu analizu, metode izotopske analize itd. Postoje i univerzalne metode koje se koriste u analizi širokog spektra materijala i pogodne za određivanje najrazličitijih komponenti u njima. Na primjer, spektrofotometrijska metoda se može koristiti za analizu elemenata, molekula i strukturnih grupa.
Preciznost, osjetljivost i druge karakteristike pojedinih metoda koje se odnose na istu analitičku metodu razlikuju se, ali ne toliko kao karakteristike različitih metoda. Bilo koji analitički problem uvijek se može riješiti s nekoliko različitih metoda (npr. krom u legiranom čeliku se može odrediti spektralnom metodom, titrimetrijskom i potenciometrijskom). Analitičar bira metodu, uzimajući u obzir poznate mogućnosti svake od njih i specifične zahtjeve za ovu analizu. Nemoguće je jednom za svagda izabrati „najbolju“ i „najgoru“ metodu, sve zavisi od problema koji se rešava, od zahteva za rezultatima analize. Dakle, gravimetrijska analiza, po pravilu, daje preciznije rezultate od spektralne analize, ali zahtijeva mnogo truda i vremena. Stoga je gravimetrijska analiza dobra za arbitražne analize, ali nije pogodna za ekspresnu analizu.
Metode određivanja su podijeljene u tri grupe: hemijske, fizičke i fizičko-hemijske. Često se fizičke i fizičko-hemijske metode kombinuju pod zajedničkim nazivom „instrumentalne metode“, jer se u oba slučaja koriste instrumenti, i to isti. Uopšteno govoreći, granice između grupa metoda su vrlo proizvoljne.
Hemijske metode zasnivaju se na izvođenju hemijske reakcije između određene komponente i posebno dodanog reagensa. Reakcija se odvija prema shemi:
U nastavku, simbol X označava komponentu koja se određuje (molekula, ion, atom, itd.), R je dodani reagens, Y je ukupnost produkta reakcije. Grupa hemijskih metoda obuhvata klasične (odavno poznate i dobro proučene) metode određivanja, prvenstveno gravimetriju i titrimetriju. Broj hemijskih metoda je relativno mali, sve imaju iste teorijske osnove (teor hemijske ravnoteže, zakoni hemijske kinetike itd.). Kao analitički signal u hemijskim metodama, obično se meri masa ili zapremina supstance. Složeni fizički instrumenti, sa izuzetkom analitičkih vage i posebnih etalona hemijski sastav se ne koriste u hemijskim metodama. Ove metode imaju mnogo zajedničkog u pogledu svojih mogućnosti. O njima će biti reči u 4. poglavlju.
Physical Methods nije povezano s kemijskim reakcijama i upotrebom reagensa. Njihov glavni princip je poređenje istog tipa analitičkih signala X komponente u materijalu koji se proučava i u određenoj referenci (uzorak sa tačno poznatom koncentracijom X). Nakon što se unaprijed izgradi kalibracijski grafikon (ovisnost signala o koncentraciji ili masi X) i izmjeri vrijednost signala za uzorak ispitivanog materijala, izračunava se koncentracija X u ovom materijalu. Postoje i drugi načini za izračunavanje koncentracija (vidi Poglavlje 6). Fizičke metode su obično osjetljivije od kemijskih, stoga se određivanje mikronečistoća provodi uglavnom fizičkim metodama. Ove metode je lako automatizirati i zahtijevaju manje vremena za analizu. Međutim, fizičke metode zahtijevaju posebne standarde, prilično složenu, skupu i visokospecijaliziranu opremu, a osim toga, obično su manje precizne od kemijskih.
Srednje mjesto između hemijskih i fizičkih metoda u smislu njihovih principa i mogućnosti zauzima fizički i hemijski metode analize. U ovom slučaju analitičar provodi kemijsku reakciju, ali se njen tok ili rezultat ne prati vizualno, već pomoću fizičkih instrumenata. Na primjer, postupno dodaje u ispitnu otopinu drugu - sa poznatom koncentracijom otopljenog reagensa, a istovremeno kontrolira potencijal elektrode umočene u titrirani rastvor (potenciometrijska titracija), Analitičar procjenjuje završetak reakcije po skoku potencijala, mjeri količinu titranta utrošenog na to i izračunava rezultat analize. Takve metode su općenito precizne kao i kemijske metode i gotovo jednako osjetljive kao i fizičke metode.
Instrumentalne metode se često dijele prema drugoj, jasnije izraženoj osobini - prirodi mjerenog signala. U ovom slučaju razlikuju se podgrupe optičkih, elektrohemijskih, rezonantnih, aktivacionih i drugih metoda. Takođe ima malo i još nedovoljno razvijenih metoda biološke i biohemijske metode.
Plan predavanja:
1. opšte karakteristike fizičke i hemijske metode
2. Opće informacije o spektroskopskim metodama analize.
3. Metoda fotometrijske analize: fotokolorimetrija, kolorimetrija, spektrofotometrija.
4. Opće informacije o nefelometrijskim, luminiscentnim, polarimetrijskim metodama analize.
5. Refraktometrijska metoda analize.
6. Opće informacije o maseno-spektralnim, radiometrijskim analizama.
7. Elektrohemijske metode analize (potenciometrija, konduktometrija, kulometrija, amperometrija, polarografija).
8. Kromatografska metoda analize.
Suština fizičko-hemijskih metoda analize. Njihova klasifikacija.
Fizičko-hemijske metode analize, kao i hemijske, zasnivaju se na sprovođenju jedne ili druge hemijske reakcije. U fizičkim metodama hemijske reakcije izostaju ili su od sekundarnog značaja, iako u spektralnoj analizi intenzitet linije uvijek značajno ovisi o kemijskim reakcijama u ugljičnoj elektrodi ili u plamenu plina. Stoga se ponekad fizičke metode ubrajaju u grupu fizičko-hemijskih metoda, jer ne postoji dovoljno stroga nedvosmislena razlika između fizičkih i fizičko-hemijskih metoda, a izdvajanje fizičkih metoda u posebnu grupu nije od fundamentalnog značaja.
Hemijske metode analize nisu bile u stanju da zadovolje raznolike zahtjeve prakse, koji su se povećali kao rezultat naučni i tehnološki napredak, razvoj industrije poluprovodnika, elektronike i kompjutera, široka upotreba čistih i ultračistih supstanci u tehnologiji.
Upotreba fizičko-hemijskih metoda analize ogleda se u tehnohemijskoj kontroli proizvodnje hrane, u istraživačkim i proizvodnim laboratorijama. Ove metode karakterizira visoka osjetljivost i brza analiza. Oni se zasnivaju na upotrebi fizičkih hemijska svojstva supstance.
Prilikom izvođenja analiza fizičko-hemijskim metodama, tačka ekvivalencije (kraj reakcije) se ne određuje vizualno, već uz pomoć instrumenata koji bilježe promjenu fizičkih svojstava ispitivane tvari u tački ekvivalencije. U tu svrhu obično se koriste uređaji s relativno složenim optičkim ili električnim krugovima, pa se te metode nazivaju metodama. instrumentalna analiza.
U mnogim slučajevima, ove metode ne zahtijevaju hemijsku reakciju da bi se izvršila analiza, za razliku od hemijskih metoda analize. Potrebno je samo izmjeriti pokazatelje bilo kakvih fizičkih svojstava analizirane supstance: električnu provodljivost, apsorpciju svjetlosti, prelamanje svjetlosti itd. Fizičko-hemijske metode omogućavaju kontinuirano praćenje sirovina, poluproizvoda i gotovih proizvoda u industriji.
Fizičko-hemijske metode analize počele su se koristiti kasnije od hemijskih metoda analize, kada je uspostavljena i proučavana veza između fizičkih svojstava supstanci i njihovog sastava.
Preciznost fizičko-hemijskih metoda uvelike varira u zavisnosti od metode. Najveću preciznost (do 0,001%) ima kulometrija, na osnovu mjerenja količine električne energije koja se troši na elektrohemijsku oksidaciju ili redukciju jona ili elemenata koji se određuju. Većina fizičko-hemijskih metoda ima grešku od 2-5%, što premašuje grešku hemijskih metoda analize. Međutim, takvo poređenje grešaka nije sasvim ispravno, jer se odnosi na različita područja koncentracije. Sa niskim sadržajem određene komponente (oko 10 -3% ili manje), klasične hemijske metode analize su uglavnom neprikladne; pri visokim koncentracijama, fizičko-hemijske metode se uspješno nadmeću s kemijskim. Među značajnim nedostacima većine fizičko-hemijskih metoda je obavezna dostupnost standarda i standardnih rješenja.
Među fizičko-hemijskim metodama, najpraktičnije primjene su:
1. spektralne i druge optičke metode (refraktometrija, polarimetrija);
2. elektrohemijske metode analize;
3. hromatografske metode analize.
Osim toga, postoje još 2 grupe fizičko-hemijskih metoda:
1. radiometrijske metode zasnovane na mjerenju radioaktivne emisije datog elementa;
2. masene spektrometrijske metode analize zasnovane na određivanju masa pojedinačnih jonizovanih atoma, molekula i radikala.
Najobimnija po broju metoda i značajna u smislu praktične vrijednosti je grupa spektralnih i drugih optičkih metoda. Ove metode se temelje na interakciji tvari s elektromagnetnim zračenjem. Postoji mnogo različitih vrsta elektromagnetnog zračenja: rendgensko zračenje, ultraljubičasto, vidljivo, infracrveno, mikrovalno i radiofrekventno. U zavisnosti od vrste interakcije elektromagnetnog zračenja sa materijom optičke metode klasificiraju se na sljedeći način.
Na mjerenju se zasnivaju efekti polarizacije molekula tvari refraktometrija, polarimetrija.
Analizirane supstance mogu apsorbovati elektromagnetno zračenje i, na osnovu upotrebe ovog fenomena, izdvaja se grupa apsorpcione optičke metode.
Apsorpcija svjetlosti atomima analita se koristi u analiza atomske apsorpcije. Sposobnost apsorpcije svjetlosti od strane molekula i jona u ultraljubičastim, vidljivim i infracrvenim područjima spektra omogućila je stvaranje molekularna apsorpciona analiza (kolorimetrija, fotokolorimetrija, spektrofotometrija).
Apsorpcija i raspršivanje svjetlosti suspendiranim česticama u otopini (suspenzija) dovela je do pojave metoda turbidimetrija i nefelometrija.
Metode zasnovane na mjerenju intenziteta zračenja koje nastaje oslobađanjem energije pobuđenih molekula i atoma analizirane tvari nazivaju se emisione metode. To metode molekularne emisije uključuju luminescenciju (fluorescenciju), do atomska emisija- emisiona spektralna analiza i plamena fotometrija.
Elektrohemijske metode analize se zasnivaju na mjerenju električne provodljivosti ( konduktometrija); potencijalna razlika ( potenciometrija); količina električne energije koja prolazi kroz rastvor kulometrija); ovisnost struje o primijenjenom potencijalu ( voltametrija).
Za grupu hromatografske metode analize uključuje metode plinske i plinsko-tečnoj hromatografiji, distribucijsku, tankoslojnu, adsorpcionu, ionsko-izmjenjivačku i druge vrste hromatografije.
Spektroskopske metode analize: opće informacije
Koncept spektroskopske metode analize, njene varijante
Spektroskopske metode analize- fizičke metode zasnovane na interakciji elektromagnetnog zračenja sa materijom. Interakcija dovodi do različitih energetskih prelaza, koji se instrumentalno bilježe u obliku apsorpcije zračenja, refleksije i raspršenja elektromagnetnog zračenja.
klasifikacija:
Spektralna analiza emisije zasniva se na proučavanju spektra emisije (zračenja) ili emisionih spektra razne supstance. Varijanta ove analize je plamenska fotometrija, zasnovana na mjerenju intenziteta atomskog zračenja pobuđenog zagrijavanjem tvari u plamenu.
Spektralna analiza apsorpcije zasniva se na proučavanju apsorpcionih spektra analiziranih supstanci. Ako zračenje apsorbiraju atomi, tada se apsorpcija naziva atomska, a ako molekule, onda se naziva molekularna. Postoji nekoliko vrsta apsorpcione spektralne analize:
1. Spektrofotometrija - uzima u obzir apsorpciju svjetlosti određene talasne dužine analiziranom supstancom, tj. apsorpcija monohromatskog zračenja.
2. Fotometrija – zasnovana na mjerenju apsorpcije svjetlosti analiziranom supstancom nije striktno monohromatsko zračenje.
3. Kolorimetrija se zasniva na mjerenju apsorpcije svjetlosti obojenim otopinama u vidljivom dijelu spektra.
4. Nefelometrija se zasniva na mjerenju intenziteta svjetlosti raspršene čvrstim česticama suspendovanim u rastvoru, tj. svjetlost raspršena suspenzijom.
Luminiscencijska spektroskopija koristi sjaj predmeta koji se proučava, a koji nastaje pod djelovanjem ultraljubičastih zraka.
U zavisnosti od toga u kom dijelu spektra dolazi do apsorpcije ili emisije, spektroskopija se razlikuje u ultraljubičastom, vidljivom i infracrvenom području spektra.
Spektroskopija je osjetljiva metoda za određivanje više od 60 elemenata. Koristi se za analizu brojnih materijala, uključujući biološke medije, biljne materijale, cemente, čaše i prirodne vode.
Fotometrijske metode analize
Fotometrijske metode analize zasnivaju se na selektivnoj apsorpciji svjetlosti od strane analita ili njegove kombinacije sa odgovarajućim reagensom. Intenzitet apsorpcije može se izmjeriti bilo kojom metodom, bez obzira na prirodu obojenog spoja. Preciznost metode zavisi od metode merenja. Postoje kolorimetrijska, fotokolorimetrijska i spektrofotometrijska metoda.
Fotokolorimetrijska metoda analize.
Fotokolorimetrijska metoda analize omogućava kvantitativno određivanje intenziteta apsorpcije svjetlosti analiziranom otopinom pomoću fotoelektrokolorimetara (ponekad se jednostavno nazivaju fotokolorimetrima). Da biste to učinili, pripremite seriju standardnih otopina i nacrtajte ovisnost apsorpcije svjetlosti analita o njegovoj koncentraciji. Ova zavisnost se naziva kalibraciona kriva. U fotokolorimetrima, svjetlosni tokovi koji prolaze kroz otopinu imaju široko područje apsorpcije - 30-50 nm, tako da je svjetlost ovdje polihromatska. To dovodi do gubitka reproduktivnosti, tačnosti i selektivnosti analize. Prednosti fotokolorimetra leže u jednostavnosti dizajna i visokoj osjetljivosti zbog velike svjetlosti izvora zračenja - žarulje sa žarnom niti.
Kolorimetrijska metoda analize.
Kolorimetrijska metoda analize zasniva se na mjerenju apsorpcije svjetlosti tvari. U ovom slučaju se upoređuje intenzitet boje, tj. optička gustoća ispitnog rastvora sa bojom (optička gustina) standardnog rastvora čija je koncentracija poznata. Metoda je vrlo osjetljiva i koristi se za određivanje mikro- i polu-mikro veličina.
Analiza kolorimetrijskom metodom zahtijeva mnogo manje vremena nego kemijskom analizom.
U vizuelnoj analizi postiže se jednakost intenziteta bojenja analiziranog i obojenog rastvora. To se može postići na 2 načina:
1. izjednačiti boju promjenom debljine sloja;
2. odabrati standardne otopine različitih koncentracija (metoda standardne serije).
Međutim, vizuelno je nemoguće kvantificirati koliko puta je jedno rješenje obojeno intenzivnije od drugog. U ovom slučaju moguće je utvrditi samo istu boju analiziranog rastvora u poređenju sa standardnim.
Osnovni zakon apsorpcije svjetlosti.
Ako se svjetlosni tok, čiji je intenzitet I 0, usmjeri na otopinu koja se nalazi u ravnoj staklenoj posudi (kiveti), tada se jedan dio njegovog intenziteta I r odbija od površine kivete, a drugi dio intenzitetom I a se apsorbuje rastvorom i treći deo intenziteta I t prolazi kroz rastvor. Postoji veza između ovih vrijednosti:
I 0 \u003d I r + I a + I t (1)
Jer intenzitet I r reflektovanog dijela svjetlosnog toka pri radu sa identičnim kivetama je konstantan i beznačajan, pa se može zanemariti u proračunima. Tada jednakost (1) poprima oblik:
I 0 \u003d I a + I t (2)
Ova jednakost karakterizira optička svojstva rješenja, tj. njegovu sposobnost da apsorbuje ili prenosi svetlost.
Intenzitet apsorbovane svetlosti zavisi od broja obojenih čestica u rastvoru, koje apsorbuju svetlost više od rastvarača.
Svjetlosni tok, prolazeći kroz otopinu, gubi dio intenziteta - što je veći, veća je koncentracija i debljina sloja otopine. Za obojene otopine postoji veza nazvana Bouguer-Lambert-Beerov zakon (između stepena apsorpcije svjetlosti, intenziteta upadne svjetlosti, koncentracije obojene tvari i debljine sloja).
Prema ovom zakonu, apsorpcija monohromatografske svjetlosti koja prolazi kroz sloj obojene tekućine proporcionalna je koncentraciji i debljini njenog sloja:
I \u003d I 0 10 - kCh,
gdje I je intenzitet svjetlosnog toka koji prolazi kroz otopinu; I 0 je intenzitet upadne svjetlosti; OD- koncentracija, mol/l; h– debljina sloja, cm; k je molarni koeficijent apsorpcije.
Molarni koeficijent apsorpcije k je optička gustoća otopine koja sadrži 1 mol/l upijajuća supstanca, sa debljinom sloja od 1 cm. To zavisi od hemijske prirode i fizičkog stanja supstance koja apsorbuje svetlost i od talasne dužine monohromatskog svetla.
Metoda standardne serije.
Metoda standardne serije zasniva se na dobijanju istog intenziteta boje testa i standardnih rastvora pri istoj debljini sloja. Boja ispitnog rastvora se upoređuje sa bojom više standardnih rastvora. Pri istom intenzitetu boje, koncentracije testa i standardne otopine su jednake.
Za pripremu serije standardnih otopina uzima se 11 epruveta istog oblika, veličine i stakla. Sipati standardnu otopinu iz birete u postepeno rastućoj količini, na primjer: u 1 epruvetu 0,5 ml, u 2 1 ml, u 3 1,5 ml, itd. - pre 5 ml(u svakoj sledećoj epruveti 0,5 ml više nego u prethodnoj). U sve epruvete se sipaju jednake količine rastvora, što daje reakciju boje sa jonom koji se određuje. Rastvori se razblažuju tako da nivoi tečnosti u svim epruvetama budu isti. Epruvete se začepe, sadržaj se temeljito promiješa i stavi u stalak u sve većoj koncentraciji. Na ovaj način se dobija skala boja.
Ista količina reagensa dodaje se ispitnoj otopini u istoj epruveti, razrijeđena vodom do iste zapremine kao u drugim epruvetama. Zatvorite čep, dobro promiješajte sadržaj. Boja ispitnog rastvora se poredi sa bojom standardnih rastvora na beloj pozadini. Rešenja treba da budu dobro osvetljena difuznom svetlošću. Ako se intenzitet boje ispitne otopine poklapa sa intenzitetom boje jedne od otopina na skali boja, tada su koncentracije ove i ispitne otopine jednake. Ako je intenzitet boje ispitne otopine srednji između intenziteta dvije susjedne otopine na skali, tada je njegova koncentracija jednaka srednjoj koncentraciji ovih otopina.
Upotreba metode standardnih otopina je preporučljiva samo za određivanje mase tvari. Pripremljena serija standardnih rješenja ima relativno kratko vrijeme.
Metoda za izjednačavanje intenziteta boje rastvora.
Metoda izjednačavanja intenziteta boje testne i standardne otopine provodi se promjenom visine sloja jednog od otopina. Da biste to učinili, obojene otopine se stavljaju u 2 identične posude: test i standard. Promijenite visinu sloja otopine u jednoj od posuda sve dok intenzitet boje u obje otopine ne bude isti. U tom slučaju odredite koncentraciju ispitne otopine pomoću istraživanja. , upoređujući ga s koncentracijom standardne otopine:
Iz istraživanja \u003d C st h st / h istraživanje,
gdje su h st i h istraživanja visine slojeva standardnog i ispitnog rješenja, respektivno.
Uređaji koji se koriste za određivanje koncentracija ispitivanih otopina izjednačavanjem intenziteta boje nazivaju se kolorimetri.
Postoje vizualni i fotoelektrični kolorimetri. U vizuelnim kolorimetrijskim određivanjima, intenzitet boje se meri direktnim posmatranjem. Fotoelektrične metode se zasnivaju na upotrebi fotoćelija-fotokolorimetara. U zavisnosti od intenziteta upadnog svjetlosnog snopa, u fotoćeliji se stvara električna struja. Jačina struje uzrokovane izlaganjem svjetlosti mjeri se galvanometrom. Otklon strelice ukazuje na intenzitet boje.
Spektrofotometrija.
Fotometrijska metoda zasniva se na mjerenju apsorpcije svjetlosti nestrogo monohromatskog zračenja analiziranom supstancom.
Ako se u fotometrijskoj metodi analize koristi monohromatsko zračenje (zračenje jedne talasne dužine), onda se ova metoda naziva spektrofotometrija. Stepen monokromatičnosti fluksa elektromagnetnog zračenja određen je intervalom minimalne talasne dužine, koji se razlikuje po korišćenom monohromatoru (svetlosni filter, grating ili prizma) od kontinuiranog toka elektromagnetnog zračenja.
To spektrofotometrija takođe obuhvata oblast merne tehnologije koja kombinuje spektrometriju, fotometriju i metrologiju i razvija sistem metoda i instrumenata za kvantitativna merenja spektralnih koeficijenata apsorpcije, refleksije, zračenja, spektralnog sjaja kao karakteristika medija, premaza, površina, emitera.
Faze spektrofotometrijskog istraživanja:
1) izvođenje hemijske reakcije za dobijanje sistema pogodnih za spektrofotometrijsku analizu;
2) merenja apsorpcije dobijenih rastvora.
Suština metode spektrofotometrije
Ovisnost apsorpcije otopine tvari od valne dužine na grafu je prikazana kao apsorpcijski spektar tvari, na kojem je lako razlikovati maksimum apsorpcije koji se nalazi na valnoj dužini svjetlosti koju supstanca maksimalno apsorbira . Mjerenje optičke gustine rastvora supstanci na spektrofotometrima vrši se na talasnoj dužini maksimuma apsorpcije. To omogućava da se u jednom rastvoru analiziraju supstance čiji se maksimumi apsorpcije nalaze na različitim talasnim dužinama.
U spektrofotometriji u ultraljubičastim i vidljivim područjima koriste se elektronski apsorpcioni spektri.
Oni karakteriziraju najveće energetske prijelaze, koji su sposobni za ograničeni raspon spojeva i funkcionalnih grupa. U neorganskim jedinjenjima, elektronski spektri su povezani s visokom polarizacijom atoma koji čine molekulu tvari i obično se pojavljuju u složenim spojevima. U organskim jedinjenjima, pojava elektronskih spektra uzrokovana je prijelazom elektrona sa tla na pobuđene nivoe.
Na položaj i intenzitet apsorpcionih traka snažno utiče jonizacija. Ionizacija kiselog tipa dovodi do pojave dodatnog usamljenog para elektrona u molekulu, što dovodi do dodatnog batohromskog pomaka (pomeranja u dugotalasnu oblast spektra) i povećanja intenziteta apsorpcionog pojasa.
Spektar mnogih supstanci ima nekoliko apsorpcionih traka.
Za spektrofotometrijska mjerenja u ultraljubičastom i vidljivom području koriste se dvije vrste instrumenata - neregistrovanje(rezultat se posmatra na skali instrumenta vizuelno) i spektrofotometri za snimanje.
Luminescentna metoda analize.
Luminescencija- sposobnost samoluminiscencije, koja nastaje pod različitim uticajima.
Klasifikacija procesa koji uzrokuju luminiscenciju:
1) fotoluminiscencija (pobuđenje vidljivim ili ultraljubičastim svjetlom);
2) hemiluminiscencija (pobuda usled energije hemijskih reakcija);
3) katodoluminiscencija (pobuđenje udarom elektrona);
4) termoluminiscencija (pobuda zagrevanjem);
5) triboluminiscencija (pobuda mehaničkim djelovanjem).
U hemijskoj analizi, prve dvije vrste luminiscencije su važne.
Klasifikacija luminiscencije prema prisustvu naknadnog sjaja. Može odmah prestati nestankom ekscitacije - fluorescencija ili nastaviti određeno vrijeme nakon prestanka uzbudljivog efekta - fosforescencija. Uglavnom se koristi fenomen fluorescencije, pa je metoda i nazvana fluorometrija.
Primjena fluorimetrije: analiza tragova metala, organskih (aromatičnih) jedinjenja, vitamina D, B 6 . Fluorescentni indikatori se koriste za titraciju u mutnim ili tamno obojenim medijima (titracija se vrši u mraku, osvjetljavajući titrirani rastvor, gdje se indikator dodaje, svjetlom fluorescentne lampe).
Nefelometrijska analiza.
Nefelometrija je predložio F. Kober 1912. godine i zasniva se na mjerenju intenziteta svjetlosti raspršene suspenzijom čestica pomoću fotoćelija.
Uz pomoć nefelometrije mjeri se koncentracija tvari koje su netopive u vodi, ali formiraju stabilne suspenzije.
Za nefelometrijska mjerenja, nefelometri, u principu sličan kolorimetrima, s jedinom razlikom u nefelometriji
Prilikom dirigovanja fotonefelometrijska analiza prvo se na osnovu rezultata određivanja niza standardnih rastvora gradi kalibracioni graf, zatim se analizira test rastvor i iz grafa se određuje koncentracija analita. Za stabilizaciju nastalih suspenzija dodaje se zaštitni koloid - otopina škroba, želatine itd.
Polarimetrijska analiza.
Elektromagnetne vibracije prirodno svjetlo se javlja u svim ravnima okomitim na smjer zraka. Kristalna rešetka ima sposobnost da prenosi zrake samo u određenom smjeru. Po izlasku iz kristala, snop oscilira samo u jednoj ravni. Zove se greda čije su oscilacije u istoj ravni polarizovan. Ravan u kojoj se javljaju vibracije naziva se ravnina oscilovanja polarizovani snop, a ravan okomita na njega - ravan polarizacije.
Polarimetrijska metoda analize temelji se na proučavanju polarizirane svjetlosti.
Refraktometrijska metoda analize.
Osnova refraktometrijske metode analize je određivanje indeksa prelamanja ispitivane supstance, jer pojedinačnu supstancu karakteriše određeni indeks prelamanja.
Tehnički proizvodi uvijek sadrže nečistoće koje utiču na indeks loma. Stoga indeks loma može u nekim slučajevima poslužiti kao karakteristika čistoće proizvoda. Na primjer, sorte pročišćenog terpentina razlikuju se po indeksima loma. Dakle, indeksi loma terpentina na 20° za žutu, označeni sa n 20 D (unos znači da je indeks loma mjeren na 20°C, valna dužina upadne svjetlosti je 598 mmk), jednaki su:
Prvi razred Drugi razred Treći razred
1,469 – 1,472 1,472 – 1,476 1,476 – 1,480
Refraktometrijska metoda analize može se koristiti za binarne sisteme, na primjer, za određivanje koncentracije tvari u vodenim ili organskim otopinama. U ovom slučaju, analiza se temelji na ovisnosti indeksa loma otopine o koncentraciji otopljene tvari.
Za neka rješenja postoje tablice ovisnosti indeksa loma o njihovoj koncentraciji. U drugim slučajevima analiziraju se metodom kalibracione krive: priprema se niz otopina poznatih koncentracija, mjere se njihovi indeksi loma i crta se dijagram indeksa loma u odnosu na koncentraciju, tj. izgraditi kalibracionu krivu. Određuje koncentraciju ispitne otopine.
indeks prelamanja.
Kada snop svjetlosti prelazi iz jednog medija u drugi, njegov smjer se mijenja. On se lomi. Indeks loma jednak je omjeru sinusa upadnog ugla i sinusa ugla prelamanja (ova vrijednost je konstantna i karakteristična za dati medij):
n = sinα / sinβ,
gdje su α i β uglovi između smjera zraka i okomice na međuprostor oba medija (slika 1)
Indeks prelamanja je omjer brzina svjetlosti u zraku i u mediju koji se proučava (ako snop svjetlosti pada iz zraka).
Indeks loma zavisi od:
1. Talasna dužina upadne svjetlosti (kako se talasna dužina povećava, indikator
refrakcija se smanjuje).
2. temperatura (sa povećanjem temperature indeks prelamanja opada);
3. pritisak (za gasove).
Indeks prelamanja pokazuje talasne dužine upadne svetlosti i temperaturu merenja. Na primjer, unos n 20 D znači da se indeks prelamanja mjeri na 20°C, talasna dužina upadne svjetlosti je 598 mikrona. U tehničkim priručnicima, indeksi prelamanja su dati na n 20 D.
Određivanje indeksa prelamanja tečnosti.
Prije početka rada, površina prizmi refraktometra se ispere destiliranom vodom i alkoholom, provjerava se ispravnost nulte tačke uređaja i određuje indeks loma tekućine koja se proučava. Da biste to učinili, površina mjerne prizme pažljivo se obriše pamučnim štapićem navlaženim ispitivanom tekućinom i nanese se nekoliko kapi na ovu površinu. Prizme su zatvorene i rotirajući ih usmjeravaju granicu svjetlosti i sjene na križ niti okulara. Kompenzator eliminiše spektar. Prilikom očitavanja indeksa prelamanja, na skali refraktometra se uzimaju tri decimale, a četvrto okom. Zatim pomiču granicu chiaroscura, ponovo je kombinuju sa središtem križa za posmatranje i čine drugo brojanje. To. Izvode se 3 ili 5 očitavanja, nakon čega se peru i brišu radne površine prizmi. Ispitna tvar se ponovo nanosi na površinu mjerne prizme i provodi se druga serija mjerenja. Iz dobijenih podataka uzima se aritmetička sredina.
Radiometrijska analiza.
Radiometrijska analiza h zasniva se na mjerenju zračenja radioaktivnih elemenata i koristi se za kvantitativno određivanje radioaktivnih izotopa u ispitivanom materijalu. U ovom slučaju se mjeri ili prirodna radioaktivnost elementa koji se utvrđuje, ili umjetna radioaktivnost dobivena korištenjem radioaktivnih izotopa.
Radioaktivni izotopi se identificiraju po poluraspadu ili prema vrsti i energiji emitiranog zračenja. U praksi kvantitativne analize aktivnost radioaktivnih izotopa se najčešće mjeri njihovim α-, β- i γ-zračenjem.
Primjena radiometrijske analize:
Proučavanje mehanizma hemijskih reakcija.
Metoda označenog atoma koristi se za ispitivanje efikasnosti razni trikovi primjena gnojiva u tlo, načini prodiranja u tijelo mikroelemenata koji se nanose na listove biljke itd. Radioaktivni fosfor 32 P i azot 13 N posebno se koriste u agrohemijskim istraživanjima.
Analiza radioaktivnih izotopa koji se koriste za liječenje onkoloških bolesti i za određivanje hormona, enzima.
Masena spektralna analiza.
Zasnovano na određivanju masa pojedinačnih joniziranih atoma, molekula i radikala kao rezultat kombiniranog djelovanja električnog i magnetskog polja. Registracija izdvojenih čestica se vrši električnim (masena spektrometrija) ili fotografskim (masena spektrografija) metodama. Određivanje se vrši na instrumentima - masenim spektrometrima ili masenim spektrografima.
Elektrohemijske metode analize.
Elektrohemijske metode analize i istraživanja zasnivaju se na proučavanju i upotrebi procesa koji se odvijaju na površini elektrode ili u prostoru blizu elektrode. Analitički signal- električni parametar (potencijal, jačina struje, otpor), koji zavisi od koncentracije analita.
Razlikovati ravno i indirektne elektrohemijske metode. U direktnim metodama koristi se ovisnost jačine struje o koncentraciji analita. U indirektnom - jačina struje (potencijal) se mjeri kako bi se pronašla krajnja tačka titracije (ekvivalentna tačka) komponente koju određuje titrant.
Elektrohemijske metode analize uključuju:
1. potenciometrija;
2. konduktometrija;
3. kulometrija;
4. amperometrija;
5. polarografija.
Elektrode koje se koriste u elektrohemijskim metodama.
1. Referentna elektroda i indikatorska elektroda.
Referentna elektroda- Ovo je elektroda sa konstantnim potencijalom, neosetljiva na jone rastvora. Referentna elektroda ima reproducibilan potencijal koji je stabilan u vremenu, koji se ne mijenja kada se prođe mala struja, a potencijal indikatorske elektrode se prijavljuje u odnosu na nju. Koriste se srebrni hlorid i kalomel elektrode. Srebrna hloridna elektroda je srebrna žica presvučena slojem AgCl i stavljena u rastvor KCl. Potencijal elektrode određen je koncentracijom jona klora u otopini:
Kalomel elektroda se sastoji od metalne žive, kalomela i rastvora KCI. Potencijal elektrode ovisi o koncentraciji kloridnih jona i temperaturi.
Indikatorska elektroda- ovo je elektroda koja reagira na koncentraciju jona koji se određuju. Indikatorska elektroda mijenja svoj potencijal promjenom koncentracije "jona koji određuju potencijal". Indikatorske elektrode se dijele na nepovratan i reverzibilan. Potencijalni skokovi reverzibilnih indikatorskih elektroda na međufaznim granicama zavise od aktivnosti učesnika u elektrodnim reakcijama u skladu sa termodinamičkim jednačinama; ravnoteža se uspostavlja prilično brzo. Nereverzibilne indikatorske elektrode ne ispunjavaju zahtjeve reverzibilnih. U analitičkoj hemiji koriste se reverzibilne elektrode za koje je zadovoljena Nernstova jednačina.
2. Metalne elektrode: izmjena elektrona i izmjena jona.
Razmjena elektrona elektrode na granici međufaza dolazi do reakcije uz sudjelovanje elektrona. Elektrode za izmjenu elektrona podijeljene su na elektrode prva vrsta i elektrode druga vrsta. Elektrode prve vrste - metalna ploča (srebro, živa, kadmijum) uronjena u rastvor visoko rastvorljive soli ovog metala. Elektrode druge vrste - metal obložen slojem teško topljivog spoja ovog metala i uronjen u otopinu vrlo topljivog spoja s istim anionom (srebrni klorid, kalomel elektrode).
Elektrode za ionsku izmjenu- elektrode čiji potencijal zavisi od omjera koncentracija oksidiranog i redukovanog oblika jedne ili više tvari u otopini. Takve elektrode su napravljene od inertnih metala poput platine ili zlata.
3. Membranske elektrode oni su porozna ploča impregnirana tečnošću koja se ne meša sa vodom i sposobna za selektivnu adsorpciju određenih jona (na primer, rastvori kelata Ni 2+, Cd 2+, Fe 2+ u organskom rastvoru). Rad membranskih elektroda temelji se na nastanku razlike potencijala na granici faza i uspostavljanju ravnoteže izmjene između membrane i otopine.
Potenciometrijska metoda analize.
Potenciometrijska metoda analize zasniva se na mjerenju potencijala elektrode uronjene u otopinu. U potenciometrijskim mjerenjima, galvanska ćelija se sastoji od indikatorske elektrode i referentne elektrode i mjeri se elektromotorna sila (EMF).
Vrste potenciometrija:
Direktna potenciometrija koristi se za direktno određivanje koncentracije prema vrijednosti potencijala indikatorske elektrode, pod uvjetom da je proces elektrode reverzibilan.
Indirektna potenciometrija zasniva se na činjenici da je promjena koncentracije jona praćena promjenom potencijala na elektrodi uronjenoj u titrirani rastvor.
U potenciometrijskoj titraciji nalazi se krajnja točka u smislu skoka potencijala, zbog zamjene elektrokemijske reakcije drugom u skladu s vrijednostima E° (standardni potencijal elektrode).
Vrijednost potencijala ovisi o koncentraciji odgovarajućih jona u otopini. Na primjer, potencijal srebrne elektrode uronjene u otopinu soli srebra mijenja se promjenom koncentracije Ag + -iona u otopini. Stoga je mjerenjem potencijala elektrode uronjene u otopinu date soli nepoznate koncentracije moguće odrediti sadržaj odgovarajućih iona u otopini.
Elektroda, po čijem se potencijalu sudi koncentracija iona koji se određuju u rastvoru, naziva se indikatorska elektroda.
Potencijal indikatorske elektrode određuje se poređenjem s potencijalom druge elektrode, koja se obično naziva referentna elektroda. Kao referentna elektroda može se koristiti samo takva elektroda čiji potencijal ostaje nepromijenjen kada se promijeni koncentracija iona koji se određuju. Standardna (normalna) vodikova elektroda se koristi kao referentna elektroda.
U praksi se kao referentna elektroda često koristi kalomel, a ne vodikova elektroda sa poznatom vrednošću elektrodnog potencijala (slika 1). Potencijal kalomelne elektrode sa zasićenim rastvorom CO na 20 °C je 0,2490 V.
Konduktometrijska metoda analize.
Konduktometrijska metoda analize zasniva se na mjerenju električne provodljivosti otopina, koja se mijenja kao rezultat kemijskih reakcija.
Električna provodljivost otopine ovisi o prirodi elektrolita, njegovoj temperaturi i koncentraciji otopljene tvari. Električna provodljivost razrijeđenih otopina je posljedica kretanja kationa i aniona, koji se razlikuju po različitoj pokretljivosti.
S povećanjem temperature, električna provodljivost raste, kako se povećava mobilnost iona. Pri datoj temperaturi električna provodljivost otopine elektrolita ovisi o njegovoj koncentraciji: po pravilu, što je koncentracija veća, to je veća električna provodljivost! Dakle, električna provodljivost date otopine služi kao indikator koncentracije otopljene tvari i određena je mobilnošću jona.
U najjednostavnijem slučaju konduktometrijske kvantifikacije, kada otopina sadrži samo jedan elektrolit, grafik se prikazuje kao funkcija električne provodljivosti otopine analita u odnosu na njegovu koncentraciju. Nakon utvrđivanja električne provodljivosti ispitne otopine, iz grafikona se nalazi koncentracija analita.
Tako se električna provodljivost baritne vode mijenja u direktnoj proporciji sa sadržajem Ba(OH) 2 u otopini. Ova zavisnost je grafički izražena pravom linijom. Za određivanje sadržaja Ba(OH) 2 u baritnoj vodi nepoznate koncentracije potrebno je odrediti njenu električnu provodljivost i pomoću kalibracionog grafikona pronaći koncentraciju Ba(OH) 2 koja odgovara ovoj vrijednosti električne provodljivosti. Ako se izmjerena zapremina plina koji sadrži ugljični dioksid propušta kroz otopinu Ba (OH) 2, čija je električna provodljivost poznata, tada CO 2 reagira s Ba (OH) 2:
Ba (OH) 2 + CO 2 → BaCO 3 + H 2 0
 |
Kao rezultat ove reakcije, sadržaj Ba(OH) 2 u otopini će se smanjiti, a električna provodljivost baritne vode će se smanjiti. Mjerenjem električne provodljivosti baritne vode nakon što je apsorbirala CO 2 , može se odrediti koliko je smanjena koncentracija Ba(OH) 2 u otopini. Razlikom koncentracija Ba (OH) 2 u baritnoj vodi lako je izračunati količinu apsorbovane
Ogromna većina informacija o supstancama, njihovim svojstvima i hemijskim transformacijama dobijena je korišćenjem hemijskih ili fizičko-hemijskih eksperimenata. Stoga, glavnu metodu koju koriste hemičari treba smatrati hemijskim eksperimentom.
Tradicije eksperimentalne hemije su se razvijale tokom vekova. Kad nije bilo hemije egzaktna nauka, u antičko doba i u srednjem veku, naučnici i zanatlije ponekad slučajno, a ponekad namerno otkrivaju načine dobijanja i pročišćavanja mnogih supstanci koje su se koristile u ekonomskoj delatnosti: metala, kiselina, alkalija, boja itd. Akumulacija takvih informacija je bila u velikoj meri olakšao alhemičare (vidi Alhemija).
Zahvaljujući ovome, već početkom XIX in. kemičari su bili dobro upućeni u osnove eksperimentalne umjetnosti, posebno u metode pročišćavanja svih vrsta tekućina i čvrstih tvari, što im je omogućilo mnoga važna otkrića. Pa ipak, nauka u savremenom smislu te reči, egzaktna nauka, hemija je počela da postaje tek u 19. veku, kada je otkriven zakon višestrukih odnosa i razvijena atomsko-molekularna teorija. Od tog vremena, hemijski eksperiment je počeo da uključuje ne samo proučavanje transformacija supstanci i metoda njihovog izolovanja, već i merenje različitih kvantitativnih karakteristika.
Moderni hemijski eksperiment uključuje mnogo različitih mjerenja. Promijenjena je i oprema za postavljanje eksperimenata i hemijsko stakleno posuđe. U modernoj laboratoriji nećete naći domaće retorte - zamijenjene su standardnom staklenom opremom koju proizvodi industrija i prilagođena posebno za izvođenje određene kemijske procedure. Standardne su postale i metode rada koje u naše vrijeme više ne mora svaki hemičar iznova izmišljati. Opis najboljih od njih, dokazan dugogodišnjim iskustvom, nalazi se u udžbenicima i priručnicima.
Metode proučavanja materije postale su ne samo univerzalnije, već i mnogo raznovrsnije. Sve veću ulogu u radu hemičara imaju fizičke i fizičko-hemijske metode istraživanja koje su dizajnirane da izoluju i pročiste jedinjenja, kao i da utvrde njihov sastav i strukturu.
Klasična tehnika pročišćavanja supstanci bila je izuzetno radno intenzivna. Postoje slučajevi kada su kemičari godinama radili na izolaciji pojedinog spoja iz mješavine. Dakle, soli rijetkih zemnih elemenata mogle su se izolovati u čistom obliku tek nakon hiljada frakcionih kristalizacija. Ali čak i nakon toga, čistoća supstance nije uvek mogla biti zagarantovana.
Sofisticiranost tehnologije dostigla je tako visok nivo da je postalo moguće precizno odrediti brzinu čak i "trenutnih", kako se ranije vjerovalo, reakcija, na primjer, formiranja molekula vode iz vodikovih kationa H + i aniona OH - . Uz početnu koncentraciju oba jona od 1 mol/l, vrijeme ove reakcije je nekoliko stotina milijarditi dio sekunde.
Fizičko-hemijske metode istraživanja također su posebno prilagođene za detekciju kratkotrajnih međučestica nastalih u toku kemijskih reakcija. Da bi to učinili, uređaji su opremljeni ili uređajima za snimanje velike brzine ili priključcima koji osiguravaju rad na vrlo niskim temperaturama. Takve metode uspješno hvataju spektre čestica čiji se životni vijek u normalnim uvjetima mjeri u hiljaditim dijelovima sekunde, kao što su slobodni radikali.
Pored eksperimentalnih metoda, proračuni se široko koriste u modernoj hemiji. Dakle, termodinamički proračun reagujućih smeša supstanci omogućava da se tačno predvidi njen ravnotežni sastav (vidi Sl.
Analiza supstance može se izvršiti kako bi se utvrdio njen kvalitativni ili kvantitativni sastav. Shodno tome, pravi se razlika između kvalitativne i kvantitativne analize.
Kvalitativna analiza vam omogućava da utvrdite od kojih se kemijskih elemenata sastoji analizirana tvar i koji su ioni, grupe atoma ili molekula uključeni u njen sastav. Prilikom proučavanja sastava nepoznate supstance, kvalitativna analiza uvijek prethodi kvantitativnoj, budući da izbor metode za kvantitativno određivanje sastavnih dijelova analizirane tvari ovisi o podacima dobijenim tokom njene kvalitativne analize.
Kvalitativna hemijska analiza se uglavnom zasniva na transformaciji analita u neko novo jedinjenje sa karakterističnim svojstvima: bojom koju određuje psihičko stanje, kristalna ili amorfna struktura, specifičan miris, itd. Hemijska transformacija do koje dolazi u ovom slučaju naziva se kvalitativna analitička reakcija, a tvari koje uzrokuju ovu transformaciju nazivaju se reagensi (reagensi).
Kada se analizira mješavina više supstanci sličnih kemijskih svojstava, one se prvo odvajaju, a tek onda se provode karakteristične reakcije za pojedine tvari (ili ione), pa kvalitativna analiza obuhvata ne samo pojedinačne reakcije za detekciju jona, već i metode za njihovo otkrivanje. razdvajanje.
Kvantitativna analiza vam omogućava da utvrdite kvantitativni omjer dijelova datog spoja ili mješavine tvari. Za razliku od kvalitativne analize, kvantitativna analiza omogućava određivanje sadržaja pojedinačnih komponenti analita ili ukupnog sadržaja analita u ispitivanom proizvodu.
Metode kvalitativne i kvantitativne analize, koje omogućavaju određivanje sadržaja pojedinačnih elemenata u analiziranoj supstanci, nazivaju se elementima analize; funkcionalne grupe - funkcionalna analiza; pojedinac hemijska jedinjenja, koju karakteriše određena molekulska težina - molekularna analiza.
Skup različitih hemijskih, fizičkih i fizičko-hemijskih metoda za odvajanje i određivanje pojedinačnih strukturnih (faznih) komponenti heterogenih sistema koje se razlikuju po svojstvima i fizička struktura i međusobno ograničene interfejsima, naziva se fazna analiza.
Metode kvalitativne analize
Kvalitativna analiza koristi karakteristična hemijska ili fizička svojstva supstance za utvrđivanje sastava supstance koja se istražuje. Apsolutno nema potrebe da se otkriveni elementi izoluju u njihovom čistom obliku kako bi se otkrilo njihovo prisustvo u analiziranoj supstanci. Međutim, izolacija metala, nemetala i njihovih spojeva u čistom obliku ponekad se koristi u kvalitativnoj analizi za njihovu identifikaciju, iako je ovaj način analize vrlo težak. Za detekciju pojedinačnih elemenata koriste se jednostavnije i pogodnije metode analize, zasnovane na hemijskim reakcijama karakterističnim za jone ovih elemenata i koje se odvijaju pod strogo određenim uslovima.
Analitički znak prisustva željenog elementa u analiziranom jedinjenju je razvijanje gasa koji ima specifičan miris; u drugom - padavine, koje karakteriše određena boja.
Reakcije između čvrstih materija i gasova. Analitičke reakcije se mogu odvijati ne samo u rastvorima, već i između čvrstih i gasovitih supstanci.
Primjer reakcije između čvrstih tvari je reakcija oslobađanja metalne žive kada se njene suhe soli zagrijavaju s natrij karbonatom. Formiranje bijelog dima iz interakcije plinovitog amonijaka sa klorovodikom može poslužiti kao primjer analitičke reakcije koja uključuje plinovite tvari.
Reakcije koje se koriste u kvalitativnoj analizi mogu se podijeliti u sljedeće grupe.
1. Reakcije taloženja praćene stvaranjem precipitata razne boje. Na primjer:
CaC2O4 - bijela
Fe43 - plava,
CuS - smeđe - žuto
HgI2 - crvena
MnS - meso - roze
PbI2 - zlatno
Nastali precipitati mogu se razlikovati po određenoj kristalnoj strukturi, rastvorljivosti u kiselinama, alkalijama, amonijaku itd.
2. Reakcije praćene stvaranjem gasova poznatog mirisa, rastvorljivosti itd.
3. Reakcije praćene stvaranjem slabih elektrolita. Među takvim reakcijama, koje rezultiraju stvaranjem: CH3COOH, H2F2, NH4OH, HgCl2, Hg(CN)2, Fe(SCN)3, itd. Reakcije istog tipa mogu se smatrati reakcijama kiselinsko-bazne interakcije, praćene stvaranjem neutralnih molekula vode, reakcijama stvaranja plinova i taloga koji su slabo topljivi u vodi, te reakcijama formiranja kompleksa.
4. Reakcije kiselinsko-bazne interakcije, praćene tranzicijom protona.
5. Reakcije kompleksiranja praćene dodavanjem raznih legendi - jona i molekula - atomima agensa za stvaranje kompleksa.
6. Reakcije kompleksiranja povezane sa acidobaznom interakcijom
7. Reakcije oksidacije - redukcije, praćene tranzicijom elektrona.
8. Reakcije oksidacije – redukcije povezane s interakcijom kiselina i baza.
9. Oksidacijsko-redukcione reakcije povezane s formiranjem kompleksa.
10. Reakcije oksidacije - redukcije, praćene stvaranjem precipitacije.
11. Reakcije jonske izmjene koje se javljaju na kationskim ili anjonskim izmjenjivačima.
12. Katalitičke reakcije koje se koriste u kinetičkim metodama analize
Mokra i suva analiza
Reakcije koje se koriste u kvalitativnoj hemijskoj analizi najčešće se provode u rastvorima. Analit se prvo otapa, a zatim se dobijeni rastvor tretira odgovarajućim reagensima.
Za rastvaranje analita koriste se destilovana voda, sirćetne i mineralne kiseline, carska voda, vodeni rastvor amonijaka, organski rastvarači itd. Čistoća korišćenih rastvarača je važan uslov za dobijanje tačnih rezultata.
Supstanca prebačena u rastvor se podvrgava sistematskoj hemijskoj analizi. Sistematska analiza se sastoji od niza preliminarnih testova i sekvencijalno izvedenih reakcija.
Hemijska analiza ispitivanih supstanci u rastvorima naziva se mokra analiza.
U nekim slučajevima, supstance se analiziraju suve, bez prenošenja u rastvor. Najčešće se takva analiza svodi na ispitivanje sposobnosti neke tvari da oboji bezbojni plamen plamenika u karakterističnu boju ili da određenu boju talini (tzv. biser) dobivenoj zagrijavanjem tvari natrijum tetraboratom ( boraks) ili natrijum fosfat („fosforova so“) u platinskoj žici.
Hemijsko-fizička metoda kvalitativne analize.
Hemijske metode analize. Metode za određivanje sastava supstanci na osnovu upotrebe njihovih hemijskih svojstava nazivaju se hemijske metode analize.
Hemijske metode analize se široko koriste u praksi. Međutim, oni imaju niz nedostataka. Dakle, da bi se odredio sastav date supstance, ponekad je potrebno prvo odvojiti komponentu koju treba odrediti od stranih nečistoća i izolovati je u čistom obliku. Izolacija tvari u čistom obliku često je vrlo težak, a ponekad i nemoguć zadatak. Osim toga, da bi se odredile male količine nečistoća (manje od 10-4%) sadržanih u analitu, ponekad je potrebno uzeti velike uzorke.
Fizičke metode analize. Prisustvo jednog ili drugog hemijski element može se otkriti u uzorku bez pribjegavanja kemijskim reakcijama, na temelju izravnog proučavanja fizičkih svojstava ispitivane tvari, na primjer, bojenje bezbojnog plamena plamenika u karakteristične boje isparljiva jedinjenja nekih hemijskih elemenata.
Metode analize, pomoću kojih je moguće odrediti sastav supstance koja se proučava, bez pribjegavanja upotrebi kemijskih reakcija, nazivaju se fizikalne metode analize. Fizičke metode analize obuhvataju metode zasnovane na proučavanju optičkih, električnih, magnetnih, termičkih i drugih fizičkih svojstava analiziranih supstanci.
Među najčešće korištenim fizičkim metodama analize su sljedeće.
Spektralna kvalitativna analiza. Spektralna analiza se zasniva na posmatranju emisionih spektra (emisionih spektra ili zračenja) elemenata koji čine analit.
Luminescentna (fluorescentna) kvalitativna analiza. Luminescentna analiza se zasniva na posmatranju luminescencije (emisije svjetlosti) analita uzrokovanih djelovanjem ultraljubičastih zraka. Metoda se koristi za analizu prirodnih organskih spojeva, minerala, lijekova, niza elemenata itd.
Da bi se potaknula luminiscencija, ispitivana supstanca ili njena otopina se ozrači ultraljubičastim zracima. U tom slučaju, atomi materije, nakon što su apsorbirali određenu količinu energije, prelaze u pobuđeno stanje. Ovo stanje karakteriše veća zaliha energije od normalnog stanja materije. Prilikom prijelaza tvari iz pobuđenog u normalno stanje dolazi do luminescencije zbog viška energije.
Luminescencija koja se vrlo brzo raspada nakon prestanka zračenja naziva se fluorescencija.
Promatrajući prirodu luminiscentnog sjaja i mjerenjem intenziteta ili svjetline luminiscencije spoja ili njegovih otopina, može se suditi o sastavu supstance koja se proučava.
U nekim slučajevima, definicije se zasnivaju na proučavanju fluorescencije koja je rezultat interakcije analita sa određenim reagensima. Poznati su i fluorescentni indikatori koji se koriste za određivanje reakcije medija promjenom fluorescencije otopine. Luminescentni indikatori se koriste u proučavanju obojenih medija.
Analiza difrakcije rendgenskih zraka. Uz pomoć rendgenskih zraka moguće je utvrditi veličinu atoma (ili jona) i njihov relativni položaj u molekulima ispitivanog uzorka, odnosno odrediti strukturu kristalna rešetka, sastav supstance i ponekad prisustvo nečistoća u njoj. Metoda ne zahtijeva hemijsku obradu supstance i njenih velikih količina.
Masena spektrometrijska analiza. Metoda se zasniva na određivanju pojedinačnih jonizovanih čestica koje se odbijaju od elektromagnetnog polja u većoj ili manjoj meri u zavisnosti od odnosa njihove mase i naelektrisanja (za više detalja videti Knjigu 2).
Fizičke metode analize, koje imaju niz prednosti u odnosu na hemijske, u nekim slučajevima omogućavaju rješavanje problema koji se ne mogu riješiti metodama hemijske analize; Fizičkim metodama moguće je odvojiti elemente koje je teško odvojiti hemijskim metodama, kao i sprovesti kontinuirano i automatsko snimanje očitanja. Vrlo često se uz kemijske koriste fizičke metode analize, što omogućava korištenje prednosti obje metode. Kombinacija metoda je od posebnog značaja pri određivanju zanemarivih količina (tragova) nečistoća u analiziranim objektima.
Makro, polumikro i mikro metode
Analiza velikih i malih količina ispitivane supstance. U stara vremena, hemičari su koristili velike količine supstance za analizu. Da bi se odredio sastav supstance, uzeti su uzorci od nekoliko desetina grama i rastvoreni u velikoj zapremini tečnosti. To je zahtijevalo i hemijsko stakleno posuđe odgovarajućeg kapaciteta.
Trenutno se hemičari u analitičkoj praksi snalaze sa malim količinama supstanci. U zavisnosti od količine analita, zapremine rastvora korišćenih za analizu, a uglavnom od tehnike korišćene za izvođenje eksperimenta, metode analize se dele na makro-, polu-mikro- i mikro-metode.
Prilikom obavljanja makro analize uzima se nekoliko mililitara otopine koja sadrži najmanje 0,1 g tvari za izvođenje reakcije i najmanje 1 ml otopine reagensa se dodaje ispitnoj otopini. Reakcije se izvode u epruvetama. Prilikom taloženja dobijaju se voluminozni talozi koji se odvajaju filtriranjem kroz levak sa papirnim filterima.
Analiza pada
Tehnika izvođenja reakcija u analizi kapljica. Takozvana analiza kapljica, koju je u analitičku praksu uveo N. A. Tananaev, dobila je veliki značaj u analitičkoj hemiji.
Kada koristite ovu metodu veliki značaj imaju fenomene kapilarnosti i adsorpcije, uz pomoć kojih je moguće otvoriti i odvojiti različite jone u njihovom zajedničkom prisustvu. U analizi kapljica, pojedinačne reakcije se provode na porculanskim ili staklenim pločama ili na filter papiru. U tom slučaju na ploču ili papir se nanose kap otopine za ispitivanje i kap reagensa koji uzrokuje karakterističnu obojenost ili stvaranje kristala.
Prilikom izvođenja reakcije na filter papiru koriste se kapilarno-adsorpcijska svojstva papira. Tečnost se apsorbuje u papir, a dobijeno obojeno jedinjenje se adsorbuje na maloj površini papira, čime se povećava osetljivost reakcije.
Mikrokristaloskopska analiza
Mikrokristaloskopska metoda analize temelji se na detekciji kationa i aniona reakcijom, uslijed koje nastaju spojevi koji imaju karakterističan kristalni oblik.
Ranije se ova metoda koristila u kvalitativnoj mikrohemijskoj analizi. Trenutno se koristi i u analizi kapanja.
Za ispitivanje dobijenih kristala u mikrokristaloskopskoj analizi koristi se mikroskop.
kristali karakterističan oblik koriste se pri radu sa čistim supstancama unošenjem kapi rastvora ili kristala reagensa u kap ispitivane supstance koja se stavlja na staklo. Nakon nekog vremena pojavljuju se jasno prepoznatljivi kristali određenog oblika i boje.
Metoda mljevenja u prahu
Za otkrivanje nekih elemenata ponekad se koristi metoda mljevenja analita u prahu s čvrstim reagensom u porculanskoj ploči. Element koji treba otkriti se otkriva formiranjem karakterističnih spojeva koji se razlikuju po boji ili mirisu.
Metode analize zasnovane na zagrijavanju i fuziji tvari
pirohemijska analiza. Za analizu supstanci se takođe koriste metode koje se zasnivaju na zagrevanju ispitivane čvrste supstance ili njenom spajanju sa odgovarajućim reagensima. Neke tvari, kada se zagriju, tope se na određenoj temperaturi, druge su uzvišene, a na hladnim zidovima uređaja pojavljuju se taloženja karakteristična za svaku tvar; neka jedinjenja, kada se zagreju, raspadaju se oslobađanjem gasovitih proizvoda itd.
Kada se analit zagrije u mješavini s odgovarajućim reagensima, dolazi do reakcija praćenih promjenom boje, oslobađanjem plinovitih produkata i stvaranjem metala.
Spektralna kvalitativna analiza
Osim gore opisane metode za promatranje golim okom bojenja bezbojnog plamena kada se u njega unese platinska žica s analitom, trenutno se široko koriste druge metode za proučavanje svjetlosti koju emituju užarene pare ili plinovi. Ove metode se zasnivaju na upotrebi posebnih optičkih uređaja, čiji je opis dat u predmetu fizike. U takvim spektralnim uređajima dolazi do raspadanja u spektar svjetlosti različitih valnih dužina, koju emituje uzorak tvari zagrijane u plamenu.
U zavisnosti od načina posmatranja spektra, spektralni instrumenti se nazivaju spektroskopi, koji se koriste za vizuelno posmatranje spektra, ili spektrografi, u kojima se spektri fotografišu.
Metoda hromatografske analize
Metoda se zasniva na selektivnoj apsorpciji (adsorpciji) pojedinih komponenti analizirane mješavine različitim adsorbensima. Adsorbenti se nazivaju čvrsta tela na čijoj površini se apsorbuje adsorbovana supstanca.
Suština hromatografske metode analize je ukratko sljedeća. Kroz staklenu cijev (adsorpcionu kolonu) napunjenu adsorbentom propušta se otopina mješavine tvari koje se odvajaju.
Kinetičke metode analize
Metode analize zasnovane na mjerenju brzine reakcije i korištenju njene veličine za određivanje koncentracije objedinjene su pod općim nazivom kinetičke metode analize (K. B. Yatsimirsky).
Kvalitativna detekcija kationa i aniona kinetičkim metodama provodi se prilično brzo i relativno jednostavno, bez upotrebe složenih instrumenata.
1. Uzorkovanje:
Laboratorijski uzorak se sastoji od 10-50 g materijala, koji se uzima tako da njegov prosječni sastav odgovara prosječnom sastavu cijele serije analita.
2. Razlaganje uzorka i njegovo prenošenje u rastvor;
3. Izvođenje hemijske reakcije:
X je komponenta koju treba odrediti;
P je proizvod reakcije;
R je reagens.
4. Mjerenje bilo kojeg fizičkog parametra produkta reakcije, reagensa ili analita.
Klasifikacija hemijskih metoda analize
I Po komponentama reakcije
1. Izmjerite količinu nastalog produkta reakcije P (gravimetrijska metoda). Stvoriti uslove pod kojima se analit u potpunosti pretvara u produkt reakcije; dalje, potrebno je da reagens R ne daje manje produkte reakcije sa stranim supstancama, čija bi fizička svojstva bila slična fizičkim svojstvima proizvoda.
2. Na osnovu mjerenja količine reagensa utrošenog u reakciji sa analitom X:
– djelovanje između X i R mora biti stehiometrijsko;
- reakcija se mora odvijati brzo;
– reagens ne sme reagovati sa stranim materijama;
– potreban je način da se uspostavi tačka ekvivalencije, tj. trenutak titracije kada se reagens doda u ekvivalentnoj količini (indikator, promjena boje, o-in kapacitet, električna provodljivost).
3. Bilježi promjene koje se javljaju sa samim analitom X u procesu interakcije sa reagensom R (gasna analiza).
II Vrste hemijskih reakcija
1. Acid-base.
2. Formiranje kompleksnih spojeva.
acido-bazne reakcije: koristi se uglavnom za direktno kvantitativno određivanje jakog i slabe kiseline i baze i njihove soli.
Reakcije za stvaranje kompleksnih jedinjenja: određene tvari se djelovanjem reagensa pretvaraju u kompleksne ione i spojeve.
Sljedeće metode odvajanja i određivanja temelje se na reakcijama formiranja kompleksa:
1) odvajanje putem padavina;
2) Metoda ekstrakcije (kompleksna jedinjenja nerastvorljiva u vodi često se dobro rastvaraju u organskim rastvaračima - benzolu, hloroformu - proces prelaska kompleksnih jedinjenja iz vodene faze u dispergovane naziva se ekstrakcija);
3) Fotometrijski (Co sa azotnom soli) - meri optimalnu gustinu rastvora kompleksnih jedinjenja;
4) Metoda titrimetrijske analize
5) Gravimetrijska metoda analize.
1) metoda cementacije - redukcija jona metala Me u rastvoru;
2) elektroliza sa živinom katodom - tokom elektrolize rastvora sa živinom katodom redukuju se joni mnogih elemenata strujni udar Meni, koji se rastvaraju u živi, formirajući amalgam. Joni drugog Me ostaju u rastvoru;
3) način identifikacije;
4) titrimetrijske metode;
5) elektrogravimetrijski - kroz ispitni rastvor se propušta el. struja određenog napona, dok se Me ioni vraćaju u Me stanje, oslobođeni se važe;
6) kulometrijska metoda - količina supstance određuje se količinom električne energije koja se mora potrošiti za elektrohemijsku transformaciju analizirane supstance. Reagensi za analizu nalaze se prema Faradejevom zakonu:
M je količina elementa koji se utvrđuje;
F je Faradejev broj (98500 C);
A je atomska masa elementa;
n je broj elektrona uključenih u elektrohemijsku transformaciju datog elementa;
Q je količina električne energije (Q = I ∙ τ).
7) katalitička metoda analize;
8) polarografski;
III Klasifikacija metoda razdvajanja zasnovana na upotrebi različitih vrsta faznih transformacija:
Poznate su sljedeće vrste ravnoteže između faza:
Ravnotežni L-G ili T-G se koristi u analizi kada se supstance ispuštaju u gasnu fazu (CO 2 , H 2 O, itd.).
Ravnoteža W 1 - W 2 se uočava u metodi ekstrakcije i u elektrolizi sa živinom katodom.
Zh-T je tipičan za procese taloženja i procese taloženja na površini čvrste faze.
Metode analize uključuju:
1. gravimetrijski;
2. titrimetrijski;
3 optički;
4. elektrohemijski;
5. katalitički.
Metode razdvajanja uključuju:
1. padavine;
2. ekstrakcija;
3. hromatografija;
4. jonska izmjena.
Metode koncentracije uključuju:
1. padavine;
2. ekstrakcija;
3. fugiranje;
4. skidanje.
Fizičke metode analize
Karakteristična karakteristika je da oni direktno mjere sve fizičke parametre sistema koji su povezani sa količinom elementa koji se određuje bez prethodne hemijske reakcije.
Fizičke metode uključuju tri glavne grupe metoda:
I Metode zasnovane na interakciji zračenja sa supstancom ili na merenju zračenja supstance.
II Metode zasnovane na mjerenju parametara el. ili magnetna svojstva materije.
III Metode zasnovane na merenju gustine ili drugih parametara mehaničkih ili molekularnih svojstava supstanci.
Metode zasnovane na energetskom prijelazu vanjskih valentnih elektrona atoma: uključuju atomsku emisiju i atomsku apsorpcionu metode analize.
Analiza atomske emisije:
1) Plamenska fotometrija - analizirana otopina se raspršuje u plamen plinskog gorionika. Pod uticajem visoke temperature atomi prelaze u pobuđeno stanje. Vanjski valentni elektroni kreću se na više energetske nivoe. Obrnuti prijelaz elektrona na glavni energetski nivo praćen je zračenjem čija valna dužina ovisi o atomima čijeg elementa su bili u plamenu. Intenzitet zračenja pod određenim uslovima proporcionalan je broju atoma elementa u plamenu, a talasna dužina zračenja karakteriše kvalitativni sastav uzorka.
2) Emisiona metoda analize - spektralna. Uzorak se uvodi u plamen luka ili kondenzovane iskre, pri visokoj temperaturi atomi prelaze u pobuđeno stanje, dok elektroni prelaze ne samo na najbliže glavnom, već i na udaljenije energetske nivoe.
Zračenje je složena mješavina svjetlosnih vibracija različitih valnih dužina. Emisioni spektar je razložen na glavne dijelove specijalne. instrumenti, spektrometri i fotografisanje. Poređenje položaja intenziteta pojedinih linija spektra sa linijama odgovarajućeg standarda, omogućava vam da odredite kvalitativnu i kvantitativnu analizu uzorka.
Metode analize atomske apsorpcije:
Metoda se zasniva na mjerenju apsorpcije svjetlosti određene valne dužine od strane nepobuđenih atoma elementa koji se utvrđuje. Poseban izvor zračenja proizvodi rezonantno zračenje, tj. zračenje koje odgovara prelasku elektrona na najnižu orbitalu sa najnižom energijom, sa njoj najbliže orbite sa više visoki nivo energije. Smanjenje intenziteta svjetlosti prilikom prolaska kroz plamen zbog prijelaza elektrona atoma elementa koji se određuje u pobuđeno stanje proporcionalno je broju nepobuđenih atoma u njemu. U atomskoj apsorpciji koriste se zapaljive smjese s temperaturama do 3100°C, što povećava broj elemenata koji se određuju, u odnosu na plamenu fotometriju.
X-zrake fluorescentne i rendgenske emisije
X-zrake fluorescentne: uzorak je izložen rendgensko zračenje. vrhunski elektroni. Orbitale najbliže jezgru atoma su izbačene iz atoma. Njihovo mjesto zauzimaju elektroni sa udaljenijih orbitala. Prijelaz ovih elektrona je praćen pojavom sekundarnog rendgenskog zračenja čija je talasna dužina funkcionalno povezana sa atomski broj element. Talasna dužina - kvalitativni sastav uzorka; intenzitet - kvantitativni sastav uzorka.
Metode zasnovane na nuklearnim reakcijama - radioaktivne. Materijal je izložen neutronskom zračenju, dolazi do nuklearnih reakcija i stvaraju se radioaktivni izotopi elemenata. Zatim se uzorak prebacuje u rastvor i elementi se odvajaju hemijskim metodama. Nakon toga se mjeri intenzitet radioaktivnog zračenja svakog elementa uzorka, te se paralelno analizira referentni uzorak. Upoređuje se intenzitet radioaktivnog zračenja pojedinih frakcija referentnog uzorka i analiziranog materijala i donose se zaključci o kvantitativnom sadržaju elemenata. Granica detekcije 10 -8 - 10 -10%.
1. Konduktometrija - zasnovana na mjerenju električne provodljivosti rastvora ili gasova.
2. Potenciometrijska - postoji metoda direktne i potenciometrijske titracije.
3. Termoelektrični - baziran na pojavi termoelektromotorne sile, koja je nastala pri zagrijavanju mjesta kontakta čelika itd. Me.
4. Maseni spektralni - primijenjen uz pomoć jakih elemenata i magnetnih polja dolazi do razdvajanja gasne mešavine u komponente prema atomima ili molekulskim težinama komponenti. Koristi se u proučavanju mješavine izotopa. inertni gasovi, mešavine organskih materija.
Denzitometrija - zasnovana na mjerenju gustine (određivanje koncentracije supstanci u rastvorima). Za određivanje sastava mjere se viskozitet, površinski napon, brzina zvuka, električna provodljivost itd.
Da bi se utvrdila čistoća supstanci, mjeri se tačka ključanja ili tačka topljenja.
Predviđanje i proračun fizičkih i hemijskih svojstava
Teorijske osnove za predviđanje fizičko-hemijskih svojstava supstanci
Približni proračun predviđanja
Predviđanje podrazumijeva procjenu fizičko-hemijskih svojstava na osnovu minimalnog broja lako dostupnih početnih podataka, a može pretpostaviti i potpuno odsustvo eksperimentalnih informacija o svojstvima supstance koja se proučava („apsolutno“ predviđanje se oslanja samo na informacije o stehiometrijskoj formuli kompleks).
