Postoje mnoge vrste analiza. Mogu se klasificirati prema različitim kriterijima:
- po prirodi primljenih informacija. razlikovati kvalitativna analiza(u ovom slučaju saznaju od čega se ova tvar sastoji, koje su komponente uključene u njen sastav) i kvantitativna analiza(odrediti sadržaj pojedinih komponenti, npr. u mas. %, ili omjer različitih komponenti). Granica između kvalitativne i kvantitativne analize vrlo je uvjetna, posebno u proučavanju mikronečistoća. Dakle, ako tijekom kvalitativne analize određena komponenta nije detektirana, tada je potrebno navesti koja se minimalna količina te komponente može detektirati ovom metodom. Možda negativan rezultat kvalitativne analize nije posljedica odsutnosti komponente, već nedovoljne osjetljivosti korištene metode! S druge strane, kvantitativna analiza uvijek se provodi uzimajući u obzir prethodno pronađeni kvalitativni sastav materijala koji se proučava.
- klasifikacija prema objektima analize: tehnička, klinička, forenzički i tako dalje.
- klasifikacija prema objektima definiranja.
Pojmove ne treba brkati analizirati i odrediti. Predmeti definicije imenovati komponente čiji sadržaj treba utvrditi ili pouzdano otkriti. S obzirom na prirodu komponente koja se određuje, razlikuju se različite vrste analiza (tablica 1.1).
Tablica 1-1. Klasifikacija vrsta analize (po objektima definicije ili detekcije)
| Vrsta analize | Objekt definicije (ili detekcije) | Primjer | Područje primjene |
| Izotopski | Atomi sa zadanim vrijednostima nuklearnog naboja i masenog broja (izotopi) | 137 Cs, 90 Sr, 235 U | Nuklearna energija, kontrola zagađenja okoliša, medicina, arheologija itd. |
| elementarno | Atomi sa zadanim vrijednostima nuklearnog naboja (elementi) | Cs, Sr, U, Cr, Fe, Hg | Svugdje, posvuda |
| Stvaran | Atomi (ioni) elementa u određenom oksidacijskom stanju ili u spojevima određenog sastava (oblika elementa) | Cr(III), Fe 2+ , Hg u kompleksnim spojevima | Kemijska tehnologija, kontrola onečišćenja okoliša, geologija, metalurgija itd. |
| Molekularni | Molekule zadanog sastava i strukture | Benzen, glukoza, etanol | Medicina, kontrola onečišćenja okoliša, agrokemija, kemijska tehnologija, kriminalistika. |
| Strukturna grupa ili funkcionalna | Zbroj molekula zadanih strukturnih karakteristika i sličnih svojstava (zbroj izomera i homologa) | Ograničite ugljikovodike, monosaharide, alkohole | Kemijska 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" vrlo je važna jer pomaže pri odabiru prikladan način analiza (analitička metoda). Da, za elementarna analizačesto korištene spektralne metode temeljene na registraciji zračenja atoma na različitim valnim duljinama. Većina spektralnih metoda uključuje potpuno uništenje (atomizaciju) analita. Ako je potrebno utvrditi prirodu i kvantitativni sadržaj različitih molekula koje čine sastav organske tvari koja se proučava ( molekularna analiza), tada će jedna od najprikladnijih metoda biti kromatografska, koja ne uključuje uništavanje molekula.
Tijekom elementarna analiza identificirati ili kvantificirati elemente, bez obzira na njihov stupanj oksidacije ili na uključenost u sastav pojedinih molekula. Potpuni elementarni sastav ispitivanog materijala utvrđuje se u rijetkim slučajevima. Obično je dovoljno odrediti neke elemente koji bitno utječu na svojstva predmeta koji se proučava.
Stvaran analiza se relativno nedavno počela izdvajati kao samostalan oblik, ranije se smatrala dijelom elementarne. Svrha analize materijala je odvojeno utvrđivanje sadržaja različitih oblika istog elementa. Na primjer, krom (III) i krom (VI) u otpadne vode. U naftnim derivatima posebno se određuju "sulfatni sumpor", "slobodni sumpor" i "sulfidni sumpor". Istražujući sastav prirodnih voda, saznaju koji dio žive postoji u obliku jakih (nedisocirajućih) složenih i elementarnih elemenata. organski spojevi, a koji - u obliku slobodnih iona. Ovi zadaci su teži od onih elementarne analize.
Molekularna analiza posebno važno u studiju organska tvar i materijala biogenog podrijetla. 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. Doista, u materijalu koji se proučava mogu postojati izomeri i homolozi određene komponente. Stoga je često potrebno odrediti sadržaj glukoze u prisutnosti mnogih njezinih izomera i drugih srodnih spojeva, poput saharoze.
Kada se radi o određivanju ukupnog sadržaja svih molekula koje imaju neke zajedničke strukturne značajke, iste funkcionalne skupine, a time i slična kemijska svojstva, koristi se izraz strukturno-skupina(ili funkcionalan) analiza. Na primjer, zbroj alkohola (organskih spojeva koji imaju OH skupinu) određuje se provođenjem reakcije zajedničke svim alkoholima s metalnim natrijem, a zatim mjerenjem volumena oslobođenog vodika. Iznos nezasićeni ugljikovodici(koji imaju dvostruke ili trostruke veze) određuje se oksidacijom s jodom. U anorganskoj analizi ponekad se utvrđuje i ukupni sadržaj iste vrste komponenti - na primjer, ukupni sadržaj elemenata rijetke zemlje.
Specifična vrsta analize je fazna analiza. Dakle, ugljik u lijevanom željezu i čeliku može se otopiti u željezu, može tvoriti kemijske spojeve sa željezom (karbide) ili može tvoriti zasebnu fazu (grafit). Fizička svojstva proizvoda (čvrstoća, tvrdoća itd.) ne ovise samo o ukupnom sadržaju ugljika, već i o raspodjeli ugljika između ovih oblika. Stoga metalurge zanima ne samo ukupni sadržaj ugljika u lijevanom željezu ili čeliku, već i prisutnost zasebne faze grafita (slobodnog ugljika) u tim materijalima, kao i kvantitativni sadržaj te faze.
Glavni fokus osnovnog kolegija analitičke kemije je elementarna i molekularna analiza. U ostalim vrstama analiza koriste se vrlo specifične metode, a program osnovni tečaj izotopska, fazna i analiza strukturnih skupina nisu uključene.
Podjela prema točnosti rezultata, trajanju i cijeni analiza. Pojednostavljena, brza i jeftina verzija analize je tzv ekspresna analiza. Za njihovu provedbu često koriste metode ispitivanja. Na primjer, bilo tko (ne analitičar) može procijeniti sadržaj nitrata u povrću (šećer u mokraći, teški metali u pitkoj vodi itd.) pomoću posebnog indikator papira. Rezultat će biti vidljiv oku, jer se sadržaj komponente određuje pomoću ljestvice boja pričvršćene na papir. Metode ispitivanja ne zahtijevaju dostavu uzorka u laboratorij, nikakvu obradu ispitnog materijala; ove metode ne koriste skupu opremu i ne izvode izračune. Važno je samo da rezultat ne ovisi o prisutnosti drugih komponenti u materijalu koji se proučava, a za to je potrebno da reagensi kojima se papir impregnira tijekom izrade budu specifični. Vrlo je teško osigurati specifičnost ispitnih metoda, a ova vrsta analize postala je raširena tek u posljednjih godina XX. stoljeća.. Naravno, metode ispitivanja ne mogu pružiti visoku točnost analize, ali to nije uvijek potrebno.
Izravna suprotnost ekspresne analize - analiza arbitraže. Glavni zahtjev za njega je osigurati najveću moguću točnost rezultata. Arbitražne analize provode se vrlo rijetko (npr. za rješavanje sukoba između proizvođača i potrošača industrijskih proizvoda). Za izvođenje takvih analiza uključeni su najkvalificiraniji izvođači, koriste se najpouzdanije i više puta dokazane metode. Vrijeme utrošeno na izvođenje takve analize, kao i njezina cijena, nisu od temeljne važnosti.
Međumjesto između ekspresne i arbitražne analize - po točnosti, trajanju, trošku i drugim pokazateljima - zauzimaju tzv. rutinski testovi. Glavnina analiza koje se izvode u tvornici i drugim kontrolnim i analitičkim laboratorijima je ove vrste.
Postoje i drugi načini klasifikacije, druge vrste analiza. Na primjer, uzmite u obzir masu materijala koji se proučava, izravno korišten u tijeku analize. U okviru odgovarajuće klasifikacije, makroanaliza(kilogrami, litre), polumikroanaliza(frakcije grama, mililitri) i mikroanaliza. U potonjem slučaju koriste se vaganja veličine miligrama ili manje, volumeni otopina se mjere u mikrolitrima, a rezultat reakcije ponekad se mora promatrati pod mikroskopom. Mikroanaliza se rijetko koristi u analitičkim laboratorijima.
1.3. Metode analize
Pojam "metoda analize" najvažniji je za analitičku kemiju. Ovaj izraz se koristi kada se želi otkriti bit ove ili one analize, njezino glavno načelo. Metoda analize je prilično univerzalan i teorijski opravdan način provođenja analize, neovisno o tome koja se komponenta utvrđuje i što se točno analizira. Postoje tri glavne skupine metoda (Sl. 1-1). Neki od njih prvenstveno su usmjereni na odvajanje komponenata smjese koja se proučava (naknadna analiza bez ove operacije ispada netočna ili čak nemoguća). Tijekom odvajanja obično dolazi i do koncentracije komponenata koje treba odrediti (vidi Poglavlje 8). Primjer bi bile metode ekstrakcije ili metode ionske izmjene. Ostale metode se koriste u tijeku kvalitativne analize, služe za pouzdanu identifikaciju (identifikaciju) komponenti koje nas zanimaju. Treći, najbrojniji, namijenjeni su kvantitativnom određivanju komponenti. Pozivaju se odgovarajuće grupe metode odvajanja i koncentracije, metode identifikacije i metode određivanja. Metode prve dvije skupine, u pravilu , igrati sporednu ulogu; o njima će biti riječi kasnije. Za praksu su najvažniji metode određivanja.
Osim tri glavne skupine, postoje hibrid metode. Slika 1.1 ne prikazuje ove metode. U hibridnim metodama, odvajanje, identifikacija i određivanje komponenti organski su kombinirani u jednom instrumentu (ili u jednom skupu instrumenata). Najvažnija od ovih metoda je kromatografska analiza. U posebnom uređaju (kromatografu) komponente ispitivanog uzorka (smjese) se odvajaju jer se kreću različitim brzinama kroz kolonu ispunjenu prahom. čvrsta(sorbent). Po trenutku oslobađanja komponente iz kolone prosuđuje se njezina priroda i tako se identificiraju sve komponente uzorka. Komponente koje izlaze iz kolone redom padaju u drugi dio uređaja, gdje poseban uređaj - detektor - mjeri i bilježi signale svih komponenti. Često se odmah provodi automatski izračun sadržaja svih komponenti. Jasno je da se kromatografska analiza ne može smatrati samo metodom razdvajanja komponenata, niti samo metodom kvantitativnog određivanja, ona je upravo hibridna metoda.
Svaka metoda određivanja kombinira mnoge specifične metode u kojima se mjeri ista fizikalna veličina. Na primjer, za provođenje kvantitativne analize može se izmjeriti potencijal elektrode uronjene u ispitnu otopinu, a zatim pomoću pronađene vrijednosti potencijala izračunati sadržaj određene komponente otopine. Sve metode, gdje je glavna operacija mjerenje potencijala elektrode, smatraju se posebnim slučajevima. potenciometrijska metoda. Pri pripisivanju tehnike 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 provode izračuni - važno je samo što mjerimo. Obično se naziva fizikalna veličina izmjerena tijekom analize, a koja ovisi o koncentraciji analita analitički signal.
Na sličan način može se izdvojiti i metoda spektralna analiza. U ovom slučaju, glavna operacija je mjerenje intenziteta svjetlosti koju emitira uzorak na određenoj valnoj duljini. metoda titrimetrijska (volumetrijska) analiza temelji se na mjerenju volumena otopine utrošenog na kemijsku reakciju s određenom komponentom uzorka. Često se izostavlja riječ "metoda", jednostavno se kaže "potenciometrija", "spektralna analiza", "titrimetrija" itd. NA refraktometrijska analiza signal je indeks loma ispitne otopine, in spektrofotometrija- apsorpcija svjetlosti (na određenoj valnoj duljini). Popis metoda i njihovih odgovarajućih analitičkih signala može se nastaviti; ukupno je poznato nekoliko desetaka neovisnih metoda.
Svaka metoda određivanja ima svoju teorijsku osnovu i povezana je s korištenjem specifične opreme. Područja primjene različitih metoda značajno se razlikuju. Neke se metode uglavnom koriste za analizu naftnih derivata, druge - za analizu lijekova, treće - za proučavanje metala i legura itd. Slično tome, mogu se razlikovati metode elementarne analize, metode izotopske analize itd. Postoje i univerzalne metode koje se koriste u analizi najrazličitijih materijala i pogodne su za određivanje najrazličitijih komponenti u njima. Na primjer, spektrofotometrijska metoda može se koristiti za analizu elementarnih, molekularnih i strukturnih skupina.
Točnost, osjetljivost i druge karakteristike pojedinih metoda koje se odnose na istu analitičku metodu razlikuju se, ali ne toliko koliko karakteristike različitih metoda. Bilo koji analitički problem uvijek se može riješiti s nekoliko različitih metoda (npr. krom u legiranom čeliku može se odrediti i spektralnom metodom, i titrimetrijom, i potenciometrijom). Analitičar odabire metodu, uzimajući u obzir poznate sposobnosti svake od njih i specifične zahtjeve za ovu analizu. Nemoguće je jednom zauvijek odabrati “najbolje” i “najgore” metode, sve ovisi o problemu koji se rješava, o zahtjevima za rezultate analize. Dakle, gravimetrijska analiza u pravilu daje točnije rezultate od spektralne analize, ali zahtijeva mnogo rada i vremena. Stoga je gravimetrijska analiza dobra za arbitražnu analizu, ali nije prikladna za ekspresnu analizu.
Metode određivanja podijeljene su u tri skupine: kemijski, fizikalni i fizikalno-kemijski. Često se fizikalne i fizikalno-kemijske metode spajaju pod zajedničkim nazivom “instrumentalne metode”, budući da se u oba slučaja koriste instrumenti, i to isti. Općenito, granice između skupina metoda vrlo su proizvoljne.
Kemijske metode temelje se na izvođenju kemijske 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 produkata reakcije. U skupinu kemijskih metoda spadaju klasične (odavno poznate i dobro proučene) metode određivanja, prvenstveno gravimetrija i titrimetrija. Broj kemijskih metoda je relativno mali, sve imaju iste teorijske temelje (teorija kemijske ravnoteže, zakoni kemijske kinetike itd.). Kao analitički signal u kemijskim metodama obično se mjeri masa ili volumen tvari. Složeni fizikalni instrumenti, osim analitičkih vaga i posebnih etalona kemijski sastav ne koriste se u kemijskim metodama. Ove metode imaju mnogo toga zajedničkog u pogledu svojih mogućnosti. O njima će biti riječi u poglavlju 4.
Fizikalne metode nije povezan s kemijskim reakcijama i upotrebom reagensa. Njihov glavni princip je usporedba istog tipa analitičkih signala komponente X u materijalu koji se proučava iu određenoj referenci (uzorak s točno poznatom koncentracijom X). Nakon što je prethodno izgrađen kalibracijski grafikon (ovisnost signala o koncentraciji ili masi X) i izmjerena vrijednost signala za uzorak ispitivanog materijala, izračunava se koncentracija X u tom materijalu. Postoje i drugi načini za izračunavanje koncentracija (vidi Poglavlje 6). Fizikalne metode su obično osjetljivije od kemijskih, stoga se određivanje mikronečistoća provodi uglavnom fizikalnim metodama. Ove metode je lako automatizirati i zahtijevaju manje vremena za analizu. Međutim, fizikalne metode zahtijevaju posebne standarde, zahtijevaju prilično složenu, skupu i visokospecijaliziranu opremu, a uz to su obično manje precizne od kemijskih.
Međumjesto između kemijskih i fizikalnih metoda po svojim principima i mogućnostima zauzimaju fizičke i kemijske metode analize. U tom slučaju analitičar provodi kemijsku reakciju, ali se njezin tijek ili rezultat ne prati vizualno, već uz pomoć fizičkih instrumenata. Na primjer, postupno dodaje ispitnoj otopini drugu - s poznatom koncentracijom otopljenog reagensa, a istovremeno kontrolira potencijal elektrode umočene u titriranu otopinu. (potenciometrijska titracija), Analitičar prosuđuje završetak reakcije prema skoku potencijala, mjeri volumen utrošenog titranta i izračunava rezultat analize. Takve metode općenito su točne kao kemijske metode i gotovo jednako osjetljive kao fizikalne metode.
Instrumentalne metode često se dijele prema drugom, jasnije izraženom obilježju - prirodi mjerenog signala. U ovom slučaju razlikuju se podskupine optičkih, elektrokemijskih, rezonantnih, aktivacijskih i drugih metoda. Također postoji nekoliko i još nedovoljno razvijenih metoda biološke i biokemijske metode.
Plan predavanja:
1. opće karakteristike fizikalne i kemijske metode
2. Općenito o spektroskopskim metodama analize.
3. Metode fotometrijske analize: fotokolorimetrija, kolorimetrija, spektrofotometrija.
4. Općenito o nefelometrijskim, luminiscentnim, polarimetrijskim metodama analize.
5. Refraktometrijska metoda analize.
6. Općenito o maseno-spektralnoj, radiometrijskoj analizi.
7. Elektrokemijske metode analize (potenciometrija, konduktometrija, kulometrija, amperometrija, polarografija).
8. Kromatografska metoda analize.
Bit fizikalno-kemijskih metoda analize. Njihova klasifikacija.
Fizikalno-kemijske metode analize, kao i kemijske, temelje se na provođenju jedne ili druge kemijske reakcije. U fizikalnim metodama kemijske reakcije su odsutne ili su od sekundarne važnosti, iako u spektralnoj analizi intenzitet linije uvijek značajno ovisi o kemijskim reakcijama u ugljičnoj elektrodi ili u plinskom plamenu. Stoga se ponekad fizikalne metode ubrajaju u skupinu fizikalno-kemijskih metoda, budući da ne postoji dovoljno stroga jednoznačna razlika između fizikalnih i fizikalno-kemijskih metoda, a izdvajanje fizikalnih metoda u posebnu skupinu nije od temeljne važnosti.
Kemijske metode analize nisu mogle zadovoljiti raznolike zahtjeve prakse koji su se povećavali kao posljedica znanstveni i tehnološki napredak, razvoj industrije poluvodiča, elektronike i računala, raširena uporaba čistih i ultračistih tvari u tehnologiji.
Primjena fizikalnih i kemijskih metoda analize ogleda se u tehnokemijskoj kontroli proizvodnje hrane, u istraživačkim i proizvodnim laboratorijima. Ove metode karakterizira visoka osjetljivost i brza analiza. Temelje se na korištenju tjelesnih kemijska svojstva tvari.
Pri provođenju analiza fizikalno-kemijskim metodama, točka ekvivalencije (završetak reakcije) ne određuje se vizualno, već uz pomoć instrumenata koji bilježe promjenu fizikalnih svojstava ispitivane tvari u točki ekvivalencije. U tu svrhu obično se koriste uređaji s relativno složenim optičkim ili električnim sklopovima, pa se te metode nazivaju metodama. instrumentalna analiza.
U mnogim slučajevima ove metode ne zahtijevaju kemijsku reakciju za izvođenje analize, za razliku od kemijskih metoda analize. Potrebno je samo izmjeriti pokazatelje bilo kojih fizikalnih svojstava analizirane tvari: električnu vodljivost, apsorpciju svjetlosti, lom svjetlosti itd. Fizikalno-kemijske metode omogućuju kontinuirano praćenje sirovina, poluproizvoda i gotovih proizvoda u industriji.
Fizikalno-kemijske metode analize počele su se koristiti kasnije od kemijskih metoda analize, kada je utvrđen i proučavan odnos između fizikalnih svojstava tvari i njihova sastava.
Točnost fizikalno-kemijskih metoda uvelike varira ovisno o metodi. Najveću točnost (do 0,001%) ima kulometrija, na temelju mjerenja količine električne energije koja se troši na elektrokemijsku oksidaciju ili redukciju iona ili elemenata koji se određuju. Većina fizikalno-kemijskih metoda ima grešku unutar 2-5%, što premašuje grešku kemijskih metoda analize. Međutim, takva usporedba pogrešaka nije posve točna, jer se odnosi na različita koncentracijska područja. Uz nizak sadržaj određene komponente (oko 10 -3% ili manje), klasične kemijske metode analize općenito su neprikladne; pri visokim koncentracijama fizikalno-kemijske metode uspješno konkuriraju kemijskim. Među značajnim nedostacima većine fizikalno-kemijskih metoda je obvezna dostupnost standarda i standardnih otopina.
Među fizikalno-kemijskim metodama najpraktičnije primjene su:
1. spektralne i druge optičke metode (refraktometrija, polarimetrija);
2. elektrokemijske metode analize;
3. kromatografske metode analize.
Osim toga, postoje još 2 skupine fizikalno-kemijskih metoda:
1. radiometrijske metode koje se temelje na mjerenju radioaktivne emisije određenog elementa;
2. spektrometrijske metode analize mase koje se temelje na određivanju masa pojedinačnih ioniziranih atoma, molekula i radikala.
Najopsežnija po broju metoda i značajna po uporabnoj vrijednosti je skupina spektralnih i drugih optičkih metoda. Ove se metode temelje na interakciji tvari s elektromagnetskim zračenjem. Postoji mnogo različitih vrsta elektromagnetskog zračenja: X-zrake, ultraljubičasto, vidljivo, infracrveno, mikrovalno i radiofrekvencije. Ovisno o vrsti međudjelovanja elektromagnetskog zračenja s materijom optičke metode klasificiraju se kako slijedi.
Na mjerenju se temelje učinci polarizacije molekula tvari refraktometrija, polarimetrija.
Analizirane tvari mogu apsorbirati elektromagnetsko zračenje i na temelju korištenja ovog fenomena izdvaja se skupina apsorpcijske optičke metode.
Apsorpcija svjetlosti od strane atoma analita koristi se u atomska apsorpcijska analiza. Sposobnost apsorpcije svjetlosti od strane molekula i iona u ultraljubičastom, vidljivom i infracrvenom području spektra omogućila je stvaranje molekularna apsorpcijska analiza (kolorimetrija, fotokolorimetrija, spektrofotometrija).
Apsorpcija i raspršenje svjetlosti suspendiranim česticama u otopini (suspenziji) doveli su do pojave metoda turbidimetrija i nefelometrija.
Metode koje se temelje na mjerenju intenziteta zračenja koje nastaje oslobađanjem energije pobuđenih molekula i atoma analizirane tvari nazivaju se metode emisije. Do metode molekularne emisije uključuju luminiscenciju (fluorescenciju), do atomska emisija- emisijska spektralna analiza i plamena fotometrija.
Elektrokemijske metode analize se temelje na mjerenju električne vodljivosti ( konduktometrija); potencijalna razlika ( potenciometrija); količina elektriciteta koja prolazi kroz otopinu kulometrija); ovisnost struje o primijenjenom potencijalu ( voltametrija).
Grupi kromatografske metode analize uključuje metode plinske i plinsko-tekućinske kromatografije, distribucijske, tankoslojne, adsorpcijske, ionsko-izmjenjivačke i druge vrste kromatografije.
Spektroskopske metode analize: opće informacije
Pojam spektroskopske metode analize, njezine vrste
Spektroskopske metode analize- fizikalne metode temeljene na interakciji elektromagnetskog zračenja s materijom. Interakcija dovodi do različitih energetskih prijelaza, koji se instrumentalno bilježe u obliku apsorpcije zračenja, refleksije i raspršenja elektromagnetskog zračenja.
Klasifikacija:
Emisijska spektralna analiza temelji se na proučavanju spektra emisije (zračenja) ili spektra emisije razne tvari. Varijacija ove analize je plamena fotometrija, koja se temelji na mjerenju intenziteta atomskog zračenja pobuđenog zagrijavanjem tvari u plamenu.
Apsorpcijska spektralna analiza temelji se na proučavanju apsorpcijskih spektara analiziranih tvari. Ako zračenje apsorbiraju atomi, tada se apsorpcija naziva atomska, a ako molekule, onda se zove molekularna. Postoji nekoliko vrsta apsorpcijske spektralne analize:
1. Spektrofotometrija - uzima u obzir apsorpciju svjetlosti određene valne duljine od strane analizirane tvari, t.j. apsorpcija monokromatskog zračenja.
2. Fotometrija - temelji se na mjerenju apsorpcije svjetlosti od strane analizirane tvari nije striktno monokromatsko zračenje.
3. Kolorimetrija se temelji na mjerenju apsorpcije svjetlosti obojenih otopina u vidljivom dijelu spektra.
4. Nefelometrija se temelji na mjerenju intenziteta svjetlosti raspršene čvrstim česticama suspendiranim u otopini, t.j. svjetlost raspršena suspenzijom.
Luminescencijska spektroskopija koristi sjaj predmeta koji se proučava, koji se javlja pod djelovanjem ultraljubičastih zraka.
Ovisno o tome u kojem 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, stakla i prirodne vode.
Fotometrijske metode analize
Fotometrijske metode analize temelje se na selektivnoj apsorpciji svjetlosti od strane analita ili njegove kombinacije s odgovarajućim reagensom. Intenzitet apsorpcije može se mjeriti bilo kojom metodom, bez obzira na prirodu obojenog spoja. Točnost metode ovisi o načinu mjerenja. Postoje kolorimetrijske, fotokolorimetrijske i spektrofotometrijske metode.
Fotokolorimetrijska metoda analize.
Fotokolorimetrijska metoda analize omogućuje kvantitativno određivanje intenziteta apsorpcije svjetlosti analizirane otopine pomoću fotoelektrokolorimetara (ponekad se jednostavno nazivaju fotokolorimetri). Da biste to učinili, pripremite niz standardnih otopina i nacrtajte ovisnost apsorpcije svjetla analita o njegovoj koncentraciji. Ta se ovisnost naziva kalibracijska krivulja. U fotokolorimetrima, svjetlosni tokovi koji prolaze kroz otopinu imaju široko područje apsorpcije - 30-50 nm, tako da je svjetlost ovdje polikromatska. To dovodi do gubitka ponovljivosti, točnosti i selektivnosti analize. Prednosti fotokolorimetra leže u jednostavnosti dizajna i visokoj osjetljivosti zbog velike svjetline izvora zračenja - žarulje sa žarnom niti.
Kolorimetrijska metoda analize.
Kolorimetrijska metoda analize temelji se na mjerenju apsorpcije svjetlosti od tvari. U ovom slučaju uspoređuje se intenzitet boje, tj. optička gustoća ispitivane otopine s bojom (optička gustoća) standardne otopine, čija je koncentracija poznata. Metoda je vrlo osjetljiva i koristi se za određivanje mikro- i semi-mikro veličina.
Analiza kolorimetrijskom metodom zahtijeva mnogo manje vremena nego kemijska analiza.
U vizualnoj analizi postiže se jednakost intenziteta bojenja analizirane i obojene otopine. To se može postići na 2 načina:
1. izjednačiti boju promjenom debljine sloja;
2. odabrati standardne otopine različitih koncentracija (metoda standardnih serija).
Međutim, vizualno je nemoguće kvantificirati koliko je puta jedna otopina obojena intenzivnije od druge. U tom slučaju moguće je utvrditi samo istu boju analizirane otopine uspoređujući je sa standardnom.
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 apsorbira otopina, a treći dio intenzitetom I t prolazi kroz otopinu. Postoji odnos između ovih vrijednosti:
I 0 \u003d I r + I a + I t (1)
Jer intenzitet I r reflektiranog dijela svjetlosnog toka pri radu s identičnim kivetama je konstantan i beznačajan, tada se može zanemariti u proračunima. Tada jednakost (1) ima oblik:
I 0 \u003d I a + I t (2)
Ova jednakost karakterizira optička svojstva otopine, tj. njegovu sposobnost da apsorbira ili propušta svjetlost.
Intenzitet apsorbirane svjetlosti ovisi o broju obojenih čestica u otopini, koje apsorbiraju svjetlost više od otapala.
Svjetlosni tok, prolazeći kroz otopinu, gubi dio intenziteta - što je veći, veća je koncentracija i debljina sloja otopine. Za obojene otopine postoji odnos koji se naziva Bouguer-Lambert-Beerov zakon (između stupnja apsorpcije svjetlosti, intenziteta upadne svjetlosti, koncentracije obojene tvari i debljine sloja).
Prema tom zakonu, apsorpcija monokromatografske svjetlosti koja prolazi kroz sloj obojene tekućine proporcionalna je koncentraciji i debljini njezinog sloja:
I \u003d I 0 10 - kCh,
gdje ja je intenzitet svjetlosnog toka koji prolazi kroz otopinu; ja 0 je intenzitet upadne svjetlosti; IZ- 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 tvar, sa slojem debljine 1 cm. Ovisi o kemijskoj prirodi i fizičkom stanju tvari koja apsorbira svjetlost i o valnoj duljini monokromatske svjetlosti.
Metoda standardnih serija.
Metoda standardne serije temelji se na dobivanju istog intenziteta boje testne i standardne otopine pri istoj debljini sloja. Boja ispitne otopine uspoređuje se s bojom niza standardnih otopina. Pri istom intenzitetu boje koncentracije ispitivane i standardne otopine su jednake.
Za pripremu niza standardnih otopina uzima se 11 epruveta istog oblika, veličine i stakla. Standardnu otopinu iz birete ulijevati u postupno povećavajućoj količini, npr.: u 1 epruvetu 0,5 ml, u 2 1 ml, u 3 1,5 ml itd. - prije 5 ml(u svakoj sljedećoj epruveti 0,5 ml više nego u prethodnoj). U sve epruvete uliju se jednaki volumeni otopine koja daje obojenu reakciju s ionom koji se određuje. Otopine se razrjeđuju tako da su razine tekućine u svim epruvetama iste. Epruvete se začepe, sadržaj se temeljito promiješa i stavi u stalak u sve većim koncentracijama. Na taj način se dobiva skala boja.
Ispitivanoj otopini u istoj epruveti dodaje se ista količina reagensa, razrijeđena vodom do istog volumena kao u ostalim epruvetama. Zatvorite čep, temeljito promiješajte sadržaj. Boja ispitivane otopine uspoređuje se s bojom standardnih otopina na bijeloj podlozi. Otopine trebaju biti dobro osvijetljene difuznom svjetlošću. Ako se intenzitet boje ispitivane otopine podudara s intenzitetom boje jedne od otopina na ljestvici boja, tada su koncentracije te i ispitivane otopine jednake. Ako je intenzitet boje ispitivane otopine srednji između intenziteta dviju susjednih otopina na skali, tada je njezina koncentracija jednaka prosječnoj koncentraciji tih otopina.
Primjena metode standardnih otopina preporučljiva je samo za određivanje mase tvari. Pripremljena serija standardnih rješenja ima relativno kratko vrijeme.
Metoda izjednačavanja intenziteta boje otopina.
Metoda izjednačavanja intenziteta boje ispitne i standardne otopine provodi se promjenom visine sloja jedne od otopina. Da biste to učinili, obojene otopine stavljaju se u 2 identične posude: test i standard. Mijenjajte visinu sloja otopine u jednoj od posuda dok intenzitet boje u obje otopine ne bude isti. U tom slučaju odredite koncentraciju ispitne otopine istraživanjem. , uspoređujući je s koncentracijom standardne otopine:
Iz istraživanja \u003d C st h st / h istraživanje,
gdje su h st i h research visine slojeva standardne odnosno ispitne otopine.
Nazivaju se uređaji koji služe za određivanje koncentracija ispitivanih otopina izjednačavanjem intenziteta boje kolorimetri.
Postoje vizualni i fotoelektrični kolorimetri. U vizualnim kolorimetrijskim određivanjima, intenzitet boje se mjeri izravnim promatranjem. Fotoelektrične metode temelje se na korištenju fotoćelija-fotokolorimetara. Ovisno o intenzitetu upadne zrake svjetlosti, u fotoćeliji se stvara električna struja. Jakost struje uzrokovane izlaganjem svjetlosti mjeri se galvanometrom. Otklon strelice označava intenzitet boje.
Spektrofotometrija.
Fotometrijska metoda temelji se na mjerenju apsorpcije svjetlosti nestriktno monokromatskog zračenja od strane analizirane tvari.
Ako se u fotometrijskoj metodi analize koristi monokromatsko zračenje (zračenje jedne valne duljine), tada se ova metoda naziva spektrofotometrija. Stupanj monokromatičnosti toka elektromagnetskog zračenja određen je minimalnim intervalom valne duljine koji se razlikuje po korištenom monokromatoru (svjetlosni filter, rešetka ili prizma) iz kontinuiranog toka elektromagnetskog zračenja.
Do spektrofotometrija obuhvaća i područje mjerne tehnike, koje objedinjuje spektrometriju, fotometriju i mjeriteljstvo te razvija sustav metoda i instrumenata za kvantitativna mjerenja spektralnih koeficijenata apsorpcije, refleksije, zračenja, spektralne svjetline kao karakteristika medija, premaza, površina, emitera.
Faze spektrofotometrijskog istraživanja:
1) provođenje kemijske reakcije kako bi se dobili sustavi prikladni za spektrofotometrijsku analizu;
2) mjerenja apsorpcije dobivenih otopina.
Bit metode spektrofotometrije
Ovisnost apsorpcije otopine tvari o valnoj duljini na grafu je prikazana kao apsorpcijski spektar tvari, na kojem je lako razlučiti apsorpcijski maksimum koji se nalazi na valnoj duljini svjetlosti koju tvar maksimalno apsorbira. . Mjerenje optičke gustoće otopina tvari na spektrofotometrima provodi se na valnoj duljini maksimalne apsorpcije. To omogućuje analizu tvari u jednoj otopini čiji se maksimumi apsorpcije nalaze na različitim valnim duljinama.
U spektrofotometriji u ultraljubičastom i vidljivom području koriste se elektronski apsorpcijski spektri.
Oni karakteriziraju najviše energetske prijelaze, koji su sposobni za ograničeni raspon spojeva i funkcionalnih skupina. U anorganskim spojevima, elektronički spektri povezani su s visokom polarizacijom atoma koji čine molekulu tvari, a obično se pojavljuju u složenim spojevima. U organskim spojevima pojavu elektroničkih spektara uzrokuje prijelaz elektrona s osnovne na pobuđene razine.
Na položaj i intenzitet apsorpcijskih vrpci snažno utječe ionizacija. Ionizacija kiselog tipa dovodi do dodatnog usamljenog para elektrona u molekuli, što dovodi do dodatnog batokromnog pomaka (pomaka u dugovalno područje spektra) i povećanja intenziteta apsorpcijskog pojasa.
Spektar mnogih tvari ima nekoliko apsorpcijskih vrpci.
Za spektrofotometrijska mjerenja u ultraljubičastom i vidljivom području koriste se dvije vrste instrumenata - neregistracija(rezultat se promatra na skali instrumenta vizualno) i spektrofotometri za snimanje.
Luminescentna metoda analize.
Luminescencija- sposobnost samosvjetljenja, koja nastaje pod različitim utjecajima.
Klasifikacija procesa koji uzrokuju luminiscenciju:
1) fotoluminiscencija (pobuda vidljivim ili ultraljubičastim svjetlom);
2) kemiluminiscencija (pobuda zbog energije kemijskih reakcija);
3) katodoluminiscencija (pobuda udarom elektrona);
4) termoluminiscencija (pobuda zagrijavanjem);
5) triboluminiscencija (pobuda mehaničkim djelovanjem).
U kemijskoj analizi važne su prve dvije vrste luminiscencije.
Klasifikacija luminiscencije prema prisutnosti naknadnog sjaja. Može odmah prestati s nestankom uzbuđenja - fluorescencija ili nastaviti određeno vrijeme nakon prestanka uzbuđujućeg učinka - fosforescencija. Uglavnom se koristi fenomen fluorescencije pa je metoda tzv fluorimetrija.
Primjena fluorimetrije: analiza tragova metala, organskih (aromatskih) spojeva, vitamina D, B 6 . Fluorescentni indikatori služe za titraciju u mutnim ili tamno obojenim medijima (titracija se provodi u mraku, osvjetljavajući titriranu otopinu, u koju je dodan indikator, svjetlom fluorescentne lampe).
Nefelometrijska analiza.
Nefelometrija predložio je F. Kober 1912. godine, a temelji se na mjerenju intenziteta svjetlosti raspršene suspenzijom čestica pomoću fotoćelija.
Uz pomoć nefelometrije mjeri se koncentracija tvari koje su netopljive u vodi, ali tvore stabilne suspenzije.
Za nefelometrijska mjerenja, nefelometri, načelno sličan kolorimetrima, s jedinom razlikom što je kod nefelometrije
Prilikom dirigiranja fotonefelometrijska analiza prvo se na temelju rezultata određivanja niza standardnih otopina gradi kalibracijski grafikon, zatim se analizira ispitna otopina i iz grafikona se određuje koncentracija analita. Za stabilizaciju dobivenih suspenzija dodaje se zaštitni koloid - otopina škroba, želatine itd.
Polarimetrijska analiza.
Elektromagnetske vibracije prirodno svjetlo se javlja u svim ravninama okomitim na smjer snopa. Kristalna rešetka ima sposobnost propuštanja zraka samo u određenom smjeru. Pri izlasku iz kristala zraka oscilira samo u jednoj ravnini. Greda čije su oscilacije u istoj ravnini naziva se polarizirani. Ravnina u kojoj se javljaju vibracije naziva se ravnina oscilacije polarizirana zraka i ravnina okomita na nju - ravnina polarizacije.
Polarimetrijska metoda analize temelji se na proučavanju polarizirane svjetlosti.
Refraktometrijska metoda analize.
Osnova refraktometrijske metode analize je određivanje indeksa loma tvari koja se proučava, jer pojedinu tvar karakterizira određeni indeks loma.
Tehnički proizvodi uvijek sadrže nečistoće koje utječu na indeks loma. Stoga indeks loma u nekim slučajevima može poslužiti kao karakteristika čistoće proizvoda. Na primjer, sorte pročišćenog terpentina razlikuju se po indeksima loma. Dakle, indeksi loma terpentina na 20 ° za žuto, označeni s n 20 D (unos znači da je indeks loma izmjeren na 20 ° C, valna duljina 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 sustave, 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 neke otopine postoje tablice ovisnosti indeksa loma o njihovoj koncentraciji. U drugim slučajevima, analiziraju se metodom kalibracijske krivulje: priprema se niz otopina poznatih koncentracija, mjere im se indeksi loma i crta se dijagram indeksa loma u odnosu na koncentraciju, tj. izgraditi kalibracionu krivulju. Određuje koncentraciju ispitne otopine.
indeks loma.
Kada snop svjetlosti prelazi iz jednog medija u drugi, njegov smjer se mijenja. On se razbija. Indeks loma je jednak omjeru sinusa upadnog kuta i sinusa kuta loma (ova vrijednost je konstantna i karakteristična za dani medij):
n = sinα / sinβ,
gdje su α i β kutovi između smjera zraka i okomice na granicu oba medija (slika 1.)
Indeks loma je omjer brzina svjetlosti u zraku i u mediju koji se proučava (ako snop svjetlosti pada iz zraka).
Indeks loma ovisi o:
1. Valna duljina upadne svjetlosti (kako se valna duljina povećava, indikator
refrakcija se smanjuje).
2. temperatura (s porastom temperature smanjuje se indeks loma);
3. tlak (za plinove).
Indeks loma pokazuje valne duljine upadne svjetlosti i temperaturu mjerenja. Na primjer, unos n 20 D znači da je indeks loma izmjeren na 20°C, valna duljina upadne svjetlosti je 598 mikrona. U tehničkim priručnicima, indeksi loma su dati na n 20 D.
Određivanje indeksa loma tekućine.
Prije početka rada površina prizmi refraktometra ispere se destiliranom vodom i alkoholom, provjeri ispravnost nulte točke uređaja i odredi indeks loma tekućine koja se proučava. Da biste to učinili, površina mjerne prizme pažljivo se obriše pamučnim štapićem navlaženim tekućinom koja se proučava, a nekoliko kapi se nanosi na tu površinu. Prizme su zatvorene i okrećući ih usmjeravaju granicu svjetla i sjene na križ navoja okulara. Kompenzator eliminira spektar. Pri očitavanju indeksa loma uzimaju se tri decimale na skali refraktometra, a četvrta se uzima okom. Zatim pomiču granicu chiaroscura, ponovno je kombiniraju sa središtem križa za promatranje i ponovno broje. Da. Izvrše se 3 ili 5 očitanja, nakon čega se radne površine prizmi operu i obrišu. Ispitna tvar ponovno se nanosi na površinu mjerne prizme i provodi se druga serija mjerenja. Iz dobivenih podataka uzima se aritmetička sredina.
Radiometrijska analiza.
Radiometrijska analiza h temelji se na mjerenju zračenja radioaktivnih elemenata i koristi se za kvantitativno određivanje radioaktivnih izotopa u ispitivanom materijalu. U tom se slučaju mjeri ili prirodna radioaktivnost elementa koji se određuje ili umjetna radioaktivnost dobivena pomoću radioaktivnih izotopa.
Radioaktivni izotopi identificiraju se po vremenu poluraspada ili po vrsti i energiji emitiranog zračenja. U praksi kvantitativne analize aktivnost radioaktivnih izotopa najčešće se mjeri njihovim α-, β- i γ-zračenjem.
Primjena radiometrijske analize:
Proučavanje mehanizma kemijskih reakcija.
Za ispitivanje učinkovitosti koristi se metoda označenog atoma razne trikove primjena gnojiva u tlo, načini prodiranja u tijelo mikroelemenata nanesenih na lišće biljke itd. Radioaktivni fosfor 32 P i dušik 13 N posebno se široko koriste u agrokemijskim istraživanjima.
Analiza radioaktivnih izotopa za liječenje onkoloških bolesti i za određivanje hormona, enzima.
Masena spektralna analiza.
Temelji se na određivanju masa pojedinačnih ioniziranih atoma, molekula i radikala kao rezultat kombiniranog djelovanja električnog i magnetskog polja. Registriranje izdvojenih čestica provodi se električnim (spektrometrija mase) ili fotografskim (spektrografija mase) metodama. Određivanje se provodi na instrumentima - spektrometrima mase ili spektrografima mase.
Elektrokemijske metode analize.
Elektrokemijske metode analize i istraživanja temelje se na proučavanju i korištenju procesa koji se odvijaju na površini elektrode ili u prielektrodnom prostoru. Analitički signal- električni parametar (potencijal, jakost struje, otpor), koji ovisi o koncentraciji analita.
razlikovati ravno i neizravne elektrokemijske metode. U izravnim metodama koristi se ovisnost jakosti struje o koncentraciji analita. U neizravnom - strujna jakost (potencijal) mjeri se kako bi se pronašla krajnja točka titracije (točka ekvivalencije) komponente koju određuje titrant.
Elektrokemijske metode analize uključuju:
1. potenciometrija;
2. konduktometrija;
3. kulometrija;
4. amperometrija;
5. polarografija.
Elektrode koje se koriste u elektrokemijskim metodama.
1. Referentna elektroda i indikatorska elektroda.
Referentna elektroda- Ovo je elektroda s konstantnim potencijalom, neosjetljiva na ione otopine. Referentna elektroda ima vremenski stabilan ponovljivi potencijal koji se ne mijenja kada prođe mala struja, a potencijal indikatorske elektrode javlja se u odnosu na nju. Koriste se srebrokloridne i kalomel elektrode. Srebrno-kloridna elektroda je srebrna žica presvučena slojem AgCl i smještena u otopinu KCl. Potencijal elektrode određen je koncentracijom iona klora u otopini:
Kalomelna elektroda sastoji se od metalne žive, kalomela i otopine KCI. Potencijal elektrode ovisi o koncentraciji kloridnih iona i temperaturi.
Indikatorska elektroda- ovo je elektroda koja reagira na koncentraciju iona koji se određuju. Indikatorska elektroda mijenja svoj potencijal s promjenom koncentracije "iona koji određuju potencijal". Indikatorske elektrode dijelimo na nepovratan i reverzibilan. Potencijalni skokovi reverzibilnih indikatorskih elektroda na međufaznim granicama ovise o aktivnosti sudionika u elektrodnim reakcijama u skladu s termodinamičkim jednadžbama; ravnoteža se uspostavlja prilično brzo. Ireverzibilne indikatorske elektrode ne ispunjavaju zahtjeve reverzibilnih. U analitičkoj kemiji koriste se reverzibilne elektrode za koje je zadovoljena Nernstova jednadžba.
2. Metalne elektrode: elektronska izmjena i ionska izmjena.
Izmjena elektrona elektroda na međufaznoj granici dolazi do reakcije uz sudjelovanje elektrona. Elektrode za izmjenu elektrona dijele se na elektrode prve vrste i elektrode druga vrsta. Elektrode prve vrste - metalna ploča (srebro, živa, kadmij) uronjena u otopinu visoko topljive soli ovog metala. Elektrode druge vrste - metal presvučen slojem teško topljivog spoja ovog metala i uronjen u otopinu vrlo topljivog spoja s istim anionom (srebrokloridne, kalomelne elektrode).
Elektrode za ionsku izmjenu- elektrode, čiji potencijal ovisi o omjeru koncentracija oksidiranog i reduciranog oblika jedne ili više tvari u otopini. Takve elektrode su izrađene od inertnih metala kao što su platina ili zlato.
3. Membranske elektrode oni su porozna ploča impregnirana tekućinom koja se ne miješa s vodom i koja je sposobna selektivne adsorpcije određenih iona (na primjer, otopine Ni 2+, Cd 2+, Fe 2+ kelata u organskoj otopini). Rad membranskih elektroda temelji se na pojavi potencijalne razlike na granici faza i uspostavljanju ravnoteže izmjene između membrane i otopine.
Potenciometrijska metoda analize.
Potenciometrijska metoda analize temelji se na mjerenju potencijala elektrode uronjene u otopinu. U potenciometrijskim mjerenjima, galvanski članak se sastoji od indikatorske elektrode i referentne elektrode te se mjeri elektromotorna sila (EMS).
Varijante potenciometrije:
Izravna potenciometrija koristi se za izravno određivanje koncentracije pomoću vrijednosti potencijala indikatorske elektrode, pod uvjetom da je proces elektrode reverzibilan.
Indirektna potenciometrija temelji se na činjenici da je promjena koncentracije iona popraćena promjenom potencijala na elektrodi uronjenoj u titriranu otopinu.
U potenciometrijskoj titraciji, krajnja točka se nalazi u smislu skoka potencijala, zbog zamjene elektrokemijske reakcije drugom u skladu s vrijednostima E ° (standardni potencijal elektrode).
Vrijednost potencijala ovisi o koncentraciji odgovarajućih iona u otopini. Na primjer, potencijal srebrne elektrode uronjene u otopinu soli srebra mijenja se s promjenom koncentracije Ag + -iona u otopini. Stoga je mjerenjem potencijala elektrode uronjene u otopinu dane soli nepoznate koncentracije moguće odrediti sadržaj odgovarajućih iona u otopini.
Naziva se elektroda prema čijem se potencijalu prosuđuje koncentracija iona koju treba odrediti u otopini indikatorska elektroda.
Potencijal indikatorske elektrode određuje se usporedbom s potencijalom druge elektrode, koja se obično naziva referentna elektroda. Kao referentna elektroda može se koristiti samo takva elektroda čiji potencijal ostaje nepromijenjen pri promjeni koncentracije iona koji se određuju. Kao referentna elektroda koristi se standardna (normalna) vodikova elektroda.
U praksi se kao referentna elektroda s poznatom vrijednošću potencijala elektrode često koristi kalomel umjesto vodikove elektrode (slika 1). Potencijal kalomelne elektrode sa zasićenom otopinom CO na 20 °C je 0,2490 V.
Konduktometrijska metoda analize.
Konduktometrijska metoda analize temelji se na mjerenju električne vodljivosti otopina, koja se mijenja kao rezultat kemijskih reakcija.
Električna vodljivost otopine ovisi o prirodi elektrolita, njegovoj temperaturi i koncentraciji otopljene tvari. Električna vodljivost razrijeđenih otopina je posljedica kretanja kationa i aniona, koji se razlikuju po različitoj pokretljivosti.
S porastom temperature električna vodljivost raste, jer se povećava pokretljivost iona. Na određenoj temperaturi električna vodljivost otopine elektrolita ovisi o njegovoj koncentraciji: u pravilu, što je veća koncentracija, to je veća električna vodljivost! Stoga električna vodljivost dane otopine služi kao pokazatelj koncentracije otopljene tvari i određena je pokretljivošću iona.
U najjednostavnijem slučaju konduktometrijske kvantifikacije, kada otopina sadrži samo jedan elektrolit, crta se graf kao funkcija električne vodljivosti otopine analita u odnosu na njegovu koncentraciju. Nakon određivanja električne vodljivosti ispitne otopine, koncentracija analita se nalazi iz grafikona.
Dakle, električna vodljivost baritne vode mijenja se izravno proporcionalno sadržaju Ba(OH) 2 u otopini. Ta je ovisnost grafički prikazana ravnom linijom. Za određivanje sadržaja Ba(OH) 2 u baritnoj vodi nepoznate koncentracije potrebno je odrediti njezinu električnu vodljivost i pomoću kalibracijske krivulje pronaći koncentraciju Ba(OH) 2 koja odgovara ovoj vrijednosti električne vodljivosti. Ako se izmjereni volumen plina koji sadrži ugljikov dioksid propusti kroz otopinu Ba (OH) 2, čija je električna vodljivost poznata, tada CO 2 reagira s Ba (OH) 2:
Ba (OH) 2 + CO 2 → BaCO3 + H20
 |
Kao rezultat ove reakcije, sadržaj Ba(OH) 2 u otopini će se smanjiti i električna vodljivost baritne vode će se smanjiti. Mjerenjem električne vodljivosti baritne vode nakon što je apsorbirala CO 2 može se utvrditi koliko se smanjila koncentracija Ba(OH) 2 u otopini. Po razlici koncentracija Ba (OH) 2 u baritnoj vodi lako je izračunati količinu apsorbiranog
Velika većina informacija o tvarima, njihovim svojstvima i kemijskim pretvorbama dobivena je kemijskim ili fizikalno-kemijskim pokusima. Stoga se glavna metoda koju koriste kemičari treba smatrati kemijskim eksperimentom.
Tradicije eksperimentalne kemije razvijale su se stoljećima. Onomad kad nije bilo kemije egzaktna znanost, u antičko doba i u srednjem vijeku znanstvenici i obrtnici ponekad su slučajno, a ponekad namjerno, otkrili načine za dobivanje i pročišćavanje mnogih tvari koje su se koristile u gospodarskoj djelatnosti: metali, kiseline, lužine, bojila itd. Akumulacija takvih informacija bio je uvelike olakšan alkemičarima (vidi Alkemija).
Već zahvaljujući ovome početkom XIX u. kemičari su bili dobro upućeni u osnove eksperimentalne umjetnosti, posebice metode pročišćavanja različitih tekućina i krutina, što im je omogućilo mnoga važna otkrića. Ipak, kemija je počela postajati znanost u današnjem smislu riječi, egzaktna znanost, tek u 19. stoljeću, kada je otkriven zakon višestrukih omjera i razvijena atomsko-molekularna teorija. Od tog vremena kemijski eksperiment počeo je uključivati ne samo proučavanje transformacija tvari i metoda njihove izolacije, već i mjerenje različitih kvantitativnih karakteristika.
Suvremeni kemijski eksperiment uključuje mnogo različitih mjerenja. Promijenila se i oprema za postavljanje pokusa te kemijsko staklo. U modernom laboratoriju nećete pronaći retorte domaće izrade - zamijenile su ih standardne staklene opreme proizvedene u industriji i prilagođene posebno za izvođenje određenog kemijskog postupka. Standardne su postale i metode rada koje u naše vrijeme svaki kemičar više ne mora izmišljati. Opisi najboljih od njih, dokazani dugogodišnjim iskustvom, mogu se naći u udžbenicima i priručnicima.
Metode za proučavanje materije postale su ne samo univerzalnije, nego i mnogo raznolikije. Sve veću ulogu u radu kemičara imaju fizikalne i fizikalno-kemijske metode istraživanja namijenjene izolaciji i pročišćavanju spojeva, kao i utvrđivanju njihova sastava i strukture.
Klasična tehnika pročišćavanja tvari bila je iznimno radno intenzivna. Postoje slučajevi kada su kemičari godinama radili na izolaciji pojedinog spoja iz smjese. Stoga se soli elemenata rijetkih zemalja mogu izolirati u čistom obliku tek nakon tisuća frakcijskih kristalizacija. Ali ni nakon toga nije se uvijek mogla jamčiti čistoća tvari.
Sofisticiranost tehnologije dosegla je tako visoku razinu da je postalo moguće točno odrediti brzinu čak i "trenutačnih", kako se ranije mislilo, reakcija, na primjer, stvaranje molekula vode iz vodikovih kationa H + i aniona OH -. Uz početnu koncentraciju oba iona jednaku 1 mol/l, vrijeme ove reakcije je nekoliko stotina milijarditih dijelova sekunde.
Fizikalno-kemijske metode istraživanja također su posebno prilagođene za detekciju kratkoživućih međučestica nastalih tijekom kemijskih reakcija. Da bi se to postiglo, 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 tisućinkama sekunde, poput slobodnih radikala.
Osim eksperimentalnih metoda, u suvremenoj kemiji naširoko se koriste proračuni. Dakle, termodinamički izračun reakcijske smjese tvari omogućuje točno predviđanje njezinog ravnotežnog sastava (vidi sl.
Analiza tvari može se provesti kako bi se utvrdio njezin kvalitativni ili kvantitativni sastav. Sukladno tome, razlikuje se kvalitativna i kvantitativna analiza.
Kvalitativna analiza omogućuje vam da utvrdite od kojih se kemijskih elemenata sastoji analizirana tvar i koji su ioni, skupine atoma ili molekula uključeni u njen sastav. Pri proučavanju sastava nepoznate tvari kvalitativna analiza uvijek prethodi kvantitativnoj, budući da izbor metode za kvantitativno određivanje sastavnih dijelova analizirane tvari ovisi o podacima dobivenim njezinom kvalitativnom analizom.
Kvalitativna kemijska analiza uglavnom se temelji na transformaciji analita u neki novi spoj s karakterističnim svojstvima: bojom određenom fizičko stanje, kristalna ili amorfna struktura, specifičan miris itd. Kemijska pretvorba koja se pritom događa naziva se kvalitativna analitička reakcija, a tvari koje uzrokuju tu pretvorbu nazivaju se reagensi (reagensi).
Kada se analizira smjesa više tvari sličnih kemijskih svojstava, one se prvo razdvajaju, a tek potom se provode karakteristične reakcije za pojedine tvari (ili ione), stoga kvalitativna analiza ne obuhvaća samo pojedinačne reakcije za dokazivanje iona, već i metode za njihovo odvajanje.
Kvantitativna analiza omogućuje vam određivanje kvantitativnog omjera dijelova danog spoja ili smjese tvari. Za razliku od kvalitativne analize, kvantitativna analiza omogućuje određivanje sadržaja pojedinih komponenti analita ili ukupnog sadržaja analita u ispitivanom proizvodu.
Metode kvalitativne i kvantitativne analize, koje omogućuju određivanje sadržaja pojedinih elemenata u analiziranoj tvari, nazivaju se elementi analize; funkcionalne skupine - funkcionalna analiza; pojedinac kemijski spojevi, karakteriziran određenom molekularnom težinom - molekularna analiza.
Skup različitih kemijskih, fizikalnih i fizikalno-kemijskih metoda za odvajanje i određivanje pojedinih strukturnih (faznih) komponenti heterogenih sustava koji se razlikuju po svojstvima i fizička struktura i međusobno omeđeni sučeljima, naziva se fazna analiza.
Metode kvalitativne analize
Kvalitativna analiza koristi karakteristična kemijska ili fizikalna svojstva tvari kako bi se utvrdio sastav tvari koja se ispituje. Apsolutno nema potrebe izolirati otkrivene elemente u njihovom čistom obliku kako bi se otkrila njihova prisutnost u analiziranoj tvari. 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 otkrivanje pojedinačnih elemenata koriste se jednostavnije i prikladnije metode analize koje se temelje na kemijskim reakcijama karakterističnim za ione tih elemenata i odvijaju se pod strogo određenim uvjetima.
Analitički znak prisutnosti željenog elementa u analiziranom spoju je oslobađanje plina specifičnog mirisa; u drugom - oborina, karakterizirana određenom bojom.
Reakcije između krutih tvari i plinova. Analitičke reakcije mogu se odvijati ne samo u otopinama, već i između krutih i plinovitih tvari.
Primjer reakcije između čvrstih tvari je reakcija otpuštanja metalne žive kada se njezine suhe soli zagrijavaju s natrijevim karbonatom. Stvaranje bijelog dima iz interakcije plinovitog amonijaka s klorovodikom može poslužiti kao primjer analitičke reakcije koja uključuje plinovite tvari.
Reakcije koje se koriste u kvalitativnoj analizi mogu se podijeliti u sljedeće skupine.
1. Reakcije taloženja praćene stvaranjem taloga raznih boja. Na primjer:
CaC2O4 - bijeli
Fe43 - plava,
CuS - smeđe - žuto
HgI2 - crvena
MnS - meso - ružičasto
PbI2 - zlatna
Nastali talozi mogu se razlikovati po određenoj kristalnoj strukturi, topljivosti u kiselinama, lužinama, amonijaku itd.
2. Reakcije praćene stvaranjem plinova poznatog mirisa, topljivosti itd.
3. Reakcije popraćene 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 topivi u vodi, te reakcijama kompleksiranja.
4. Reakcije kiselinsko-bazne interakcije, popraćene prijelazom protona.
5. Reakcije stvaranja kompleksa popraćene dodavanjem različitih legendi - iona i molekula - atomima sredstva za kompleksiranje.
6. Reakcije kompleksiranja povezane s kiselinsko-baznom interakcijom
7. Reakcije oksidacije - redukcije, popraćene prijelazom elektrona.
8. Reakcije oksidacije - redukcije povezane s kiselinsko-baznom interakcijom.
9. Oksidacijsko-redukcijske reakcije povezane sa stvaranjem kompleksa.
10. Reakcije oksidacije - redukcije, praćene stvaranjem taloga.
11. Reakcije ionske izmjene koje se odvijaju na kationskim ili anionskim izmjenjivačima.
12. Katalitičke reakcije koje se koriste u kinetičkim metodama analize
Mokra i suha analiza
Reakcije koje se koriste u kvalitativnoj kemijskoj analizi najčešće se provode u otopinama. Analit se prvo otopi, a zatim se dobivena otopina tretira odgovarajućim reagensima.
Za otapanje analita koriste se destilirana voda, octena i mineralna kiselina, aqua regia, vodeni amonijak, organska otapala itd. Čistoća korištenih otapala važan je uvjet za dobivanje točnih rezultata.
Tvar prevedena u otopinu podvrgava se sustavnoj kemijskoj analizi. Sustavna analiza sastoji se od niza preliminarnih testova i uzastopno izvedenih reakcija.
Kemijska analiza ispitivanih tvari u otopinama naziva se mokra analiza.
U nekim slučajevima, tvari se analiziraju suhe, bez njihovog prijenosa u otopinu. Najčešće se takva analiza svodi na ispitivanje sposobnosti tvari da oboji bezbojni plamen plamenika u karakterističnu boju ili da da određenu boju talini (tzv. biser) dobivenoj zagrijavanjem tvari s natrijevim tetraboratom ( boraks) ili natrijev fosfat ("fosforna sol") u platinastoj žici.
Kemijska i fizikalna metoda kvalitativne analize.
Kemijske metode analize. Metode za određivanje sastava tvari na temelju korištenja njihovih kemijskih svojstava nazivaju se kemijske metode analize.
Kemijske metode analize široko se koriste u praksi. Međutim, oni imaju niz nedostataka. Dakle, da bi se odredio sastav određene tvari, ponekad je potrebno najprije odvojiti komponentu koju treba odrediti od stranih nečistoća i izolirati 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%) sadržane u analitu, ponekad je potrebno uzeti velike uzorke.
Fizikalne metode analize. Prisutnost jednog ili drugog kemijski element može se detektirati u uzorku bez pribjegavanja kemijskim reakcijama, izravno na temelju proučavanja fizičkih svojstava tvari koja se proučava, na primjer, bojanjem bezbojnog plamena plamenika u karakteristične boje hlapljivi spojevi neki kemijski elementi.
Metode analize, pomoću kojih je moguće odrediti sastav tvari koja se proučava, bez pribjegavanja korištenju kemijskih reakcija, nazivaju se fizikalne metode analize. Fizikalne metode analize uključuju metode koje se temelje na proučavanju optičkih, električnih, magnetskih, toplinskih i drugih fizikalnih svojstava analiziranih tvari.
Među najčešće korištenim fizikalnim metodama analize su sljedeće.
Spektralna kvalitativna analiza. Spektralna analiza temelji se na promatranju emisijskih spektara (emisionih spektara, odnosno zračenja) elemenata koji čine analit.
Luminescentna (fluorescentna) kvalitativna analiza. Luminescentna analiza temelji se na promatranju luminiscencije (emisije svjetlosti) analita uzrokovane djelovanjem ultraljubičastih zraka. Metoda se koristi za analizu prirodnih organskih spojeva, minerala, lijekova, niza elemenata itd.
Za pobuđivanje luminiscencije, ispitivana tvar ili njezina otopina ozračuju se ultraljubičastim zrakama. U ovom slučaju atomi tvari, nakon što su apsorbirali određenu količinu energije, prelaze u pobuđeno stanje. Ovo stanje karakterizira veća zaliha energije nego normalno stanje materije. Pri prijelazu tvari iz pobuđenog u normalno stanje dolazi do luminiscencije zbog viška energije.
Luminescencija koja se vrlo brzo gasi nakon prestanka zračenja naziva se fluorescencija.
Promatrajući prirodu luminiscentnog sjaja i mjereći intenzitet ili svjetlinu luminiscencije spoja ili njegovih otopina, može se prosuditi sastav tvari koja se proučava.
U nekim slučajevima, definicije se temelje na proučavanju fluorescencije koja je rezultat interakcije analita s određenim reagensima. Poznati su i fluorescentni indikatori pomoću kojih se promjenom fluorescencije otopine određuje reakcija medija. Luminescentni indikatori koriste se u proučavanju obojenih medija.
Analiza rendgenske difrakcije. Uz pomoć X-zraka moguće je ustanoviti veličinu atoma (ili iona) i njihov međusobni raspored u molekulama ispitivanog uzorka, odnosno odrediti strukturu kristalna rešetka, sastav tvari, a ponekad i prisutnost nečistoća u njemu. Metoda ne zahtijeva kemijsku obradu tvari i njene velike količine.
Masena spektrometrijska analiza. Metoda se temelji na određivanju pojedinačnih ioniziranih čestica koje elektromagnetsko polje skrene u većoj ili manjoj mjeri ovisno o omjeru njihove mase i naboja (za više detalja vidi 2. knjigu).
Fizikalne metode analize, koje imaju niz prednosti u odnosu na kemijske, u nekim slučajevima omogućuju rješavanje problema koji se ne mogu riješiti metodama kemijske analize; pomoću fizikalnih metoda moguće je odvojiti elemente koji se teško odvajaju kemijskim metodama, kao i provoditi kontinuirano i automatsko bilježenje očitanja. Vrlo često se uz kemijske koriste i fizikalne metode analize, što omogućuje korištenje prednosti obiju metoda. Kombinacija metoda je od posebne važnosti kod određivanja zanemarivih količina (tragova) nečistoća u analiziranim predmetima.
Makro, polu-mikro i mikro metode
Analiza velikih i malih količina ispitivane tvari. Nekad su kemičari koristili velike količine tvari za analizu. Da bi se odredio sastav tvari, uzeti su uzorci od nekoliko desetaka grama koji su otopljeni u velikom volumenu tekućine. To je zahtijevalo i kemijsko stakleno posuđe odgovarajućeg kapaciteta.
Trenutno se kemičari u analitičkoj praksi snalaze s malim količinama tvari. Ovisno o količini analita, volumenu otopina korištenih za analizu, a uglavnom o tehnici kojom se izvodi pokus, metode analize dijele se na makro-, semi-mikro- i mikrometode.
Pri provođenju makroanalize za provođenje reakcije uzima se nekoliko mililitara otopine koja sadrži najmanje 0,1 g tvari, a ispitivanoj otopini dodaje se najmanje 1 ml otopine reagensa. Reakcije se provode u epruvetama. Pri taloženju nastaju voluminozni talozi koji se odvajaju filtracijom kroz lijevke s papirnatim filtrima.
Analiza pada
Tehnika izvođenja reakcija u analizi kapi. Takozvana analiza kapljica, koju je u analitičku praksu uveo N. A. Tananaev, stekla je veliku važnost u analitičkoj kemiji.
Pri korištenju ove metode veliki značaj imaju fenomene kapilarnosti i adsorpcije, uz pomoć kojih je moguće otvoriti i odvojiti različite ione u njihovoj zajedničkoj prisutnosti. U analizi kapi, pojedinačne reakcije se provode na porculanskim ili staklenim pločama ili na filter papiru. U tom se slučaju na ploču ili papir nanese kap ispitne otopine i kap reagensa koji uzrokuje karakteristično obojenje ili stvaranje kristala.
Pri izvođenju reakcije na filter papiru koriste se kapilarno-adsorpcijska svojstva papira. Tekućinu apsorbira papir, a dobiveni obojeni spoj adsorbira se na maloj površini papira, čime se povećava osjetljivost reakcije.
Mikrokristaloskopska analiza
Mikrokristaloskopska metoda analize temelji se na detekciji kationa i aniona reakcijom, pri čemu nastaju spojevi koji imaju karakterističan oblik kristala.
Prethodno se ova metoda koristila u kvalitativnoj mikrokemijskoj analizi. Trenutno se također koristi u analizi kapanja.
Za ispitivanje nastalih kristala u mikrokristaloskopskoj analizi koristi se mikroskop.
kristali karakterističan oblik koriste se pri radu s čistim tvarima unošenjem kapi otopine ili kristala reagensa u kap ispitivane tvari stavljenu na predmetno staklo. Nakon nekog vremena pojavljuju se jasno vidljivi kristali određenog oblika i boje.
Metoda mljevenja praha
Za otkrivanje nekih elemenata ponekad se koristi metoda mljevenja analita u prahu s krutim reagensom u porculanskoj ploči. Element koji se otkriva otkriva se stvaranjem karakterističnih spojeva koji se razlikuju po boji ili mirisu.
Metode analize temeljene na zagrijavanju i taljenju tvari
pirokemijska analiza. Za analizu tvari koriste se i metode koje se temelje na zagrijavanju ispitivane krutine ili njezinom spajanju s odgovarajućim reagensima. Neke se tvari, kada se zagriju, tale na određenoj temperaturi, druge sublimiraju, a na hladnim stijenkama uređaja pojavljuje se talog karakterističan za svaku tvar; neki se spojevi zagrijavanjem raspadaju uz oslobađanje plinovitih produkata itd.
Kada se analit zagrijava u smjesi s odgovarajućim reagensima, dolazi do reakcija praćenih promjenom boje, oslobađanjem plinovitih produkata i stvaranjem metala.
Spektralna kvalitativna analiza
Uz gore opisanu metodu promatranja golim okom bojenja bezbojnog plamena kada se u njega unese platinasta žica s analitom, trenutno se široko koriste druge metode proučavanja svjetlosti koju emitiraju užarene pare ili plinovi. Ove metode temelje se na upotrebi posebnih optičkih uređaja, čiji je opis dan u kolegiju fizike. U takvim spektralnim uređajima dolazi do razlaganja u spektar svjetlosti različitih valnih duljina, koju emitira uzorak tvari zagrijan u plamenu.
Ovisno o načinu promatranja spektra, spektralni instrumenti se nazivaju spektroskopi, koji služe za vizualno promatranje spektra, ili spektrografi, u kojima se spektri fotografiraju.
Metoda kromatografske analize
Metoda se temelji na selektivnoj apsorpciji (adsorpciji) pojedinih komponenti analizirane smjese različitim adsorbensima. Adsorbenti se nazivaju čvrsta tijela na čijoj površini se apsorbira adsorbirana tvar.
Bit kromatografske metode analize je ukratko sljedeća. Otopina smjese tvari koje se odvajaju prolazi kroz staklenu cijev (adsorpcijsku kolonu) napunjenu adsorbensom.
Kinetičke metode analize
Metode analize koje se temelje na mjerenju brzine reakcije i korištenju njezine veličine za određivanje koncentracije objedinjene su pod općim nazivom kinetičke metode analize (K. B. Yatsimirsky).
Kvalitativna detekcija kationa i aniona kinetičkim metodama provodi se vrlo brzo i relativno jednostavno, bez upotrebe složenih instrumenata.
1. Uzorkovanje:
Laboratorijski uzorak sastoji se od 10-50 g materijala koji se uzima tako da njegov prosječni sastav odgovara prosječnom sastavu cijele serije analita.
2. Razgradnja uzorka i njegov prijenos u otopinu;
3. Izvođenje kemijske reakcije:
X je komponenta koju treba odrediti;
P je produkt reakcije;
R je reagens.
4. Mjerenje bilo kojeg fizičkog parametra produkta reakcije, reagensa ili analita.
Klasifikacija kemijskih metoda analize
ja Po komponentama reakcije
1. Izmjerite količinu nastalog produkta reakcije P (gravimetrijska metoda). Stvoriti uvjete u kojima se analit potpuno pretvara u proizvod reakcije; nadalje, potrebno je da reagens R ne daje manje produkte reakcije sa stranim tvarima, čija bi fizikalna svojstva bila slična fizikalnim svojstvima produkta.
2. Na temelju mjerenja količine reagensa utrošenog u reakciji s analitom X:
– djelovanje između X i R mora biti stehiometrijsko;
- reakcija mora teći brzo;
– reagens ne smije reagirati sa stranim tvarima;
– potreban je način za uspostavljanje točke ekvivalencije, tj. trenutak titracije kada se reagens dodaje u ekvivalentnoj količini (indikator, promjena boje, o-in kapacitet, električna provodljivost).
3. Bilježi promjene koje se događaju sa samim analitom X u procesu interakcije s reagensom R (plinska analiza).
II Vrste kemijskih reakcija
1. Kiselo-bazni.
2. Tvorba kompleksnih spojeva.
Acidobazne reakcije: koristi se uglavnom za izravno kvantitativno određivanje jakih i slabe kiseline te baze i njihove soli.
Reakcije stvaranja kompleksnih spojeva: determinirane tvari se djelovanjem reagensa pretvaraju u kompleksne ione i spojeve.
Sljedeće metode odvajanja i određivanja temelje se na složenim reakcijama stvaranja:
1) Odvajanje pomoću taloženja;
2) Metoda ekstrakcije (u vodi netopivi kompleksni spojevi često se dobro otapaju u organskim otapalima – benzenu, kloroformu – proces prelaska kompleksnih spojeva iz vodenih faza u dispergirane naziva se ekstrakcija);
3) Fotometrijski (Co s dušikovom soli) - mjerenje optimalne gustoće otopina kompleksnih spojeva;
4) Titrimetrijska metoda analize
5) Gravimetrijska metoda analize.
1) metoda cementacije - redukcija metalnih Me iona u otopini;
2) elektroliza sa živinom katodom - tijekom elektrolize otopine sa živinom katodom reduciraju se ioni mnogih elemenata elektro šok meni, koji se otapaju u živi, tvoreći amalgam. Ioni ostalih Me ostaju u otopini;
3) način identifikacije;
4) titrimetrijske metode;
5) elektrogravimetrijski - kroz ispitnu otopinu se propušta el. struja određenog napona, dok se Me ioni vraćaju u Me stanje, oslobođeni se važe;
6) kulometrijska metoda - količina tvari određena je količinom električne energije koja se mora utrošiti za elektrokemijsku transformaciju analizirane tvari. Reagensi za analizu se nalaze prema Faradayevom zakonu:
M je količina elementa koji se određuje;
F je Faradayev broj (98500 C);
A je atomska masa elementa;
n je broj elektrona uključenih u elektrokemijsku transformaciju danog elementa;
Q je količina elektriciteta (Q = I ∙ τ).
7) katalitička metoda analize;
8) polarografski;
III Klasifikacija metoda razdvajanja koja se temelji na korištenju različitih vrsta faznih transformacija:
Poznate su sljedeće vrste ravnoteže između faza:
Ravnotežni L-G ili T-G koristi se u analizi kada se tvari ispuštaju u plinovitu fazu (CO 2 , H 2 O, itd.).
Ravnoteža W 1 - W 2 promatra se 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. elektrokemijski;
5. katalitički.
Metode razdvajanja uključuju:
1. padalina;
2. vađenje;
3. kromatografija;
4. ionska izmjena.
Metode koncentracije uključuju:
1. padalina;
2. vađenje;
3. injektiranje;
4. skidanje.
Fizikalne metode analize
Karakteristična značajka je da izravno mjere sve fizikalne parametre sustava povezane s količinom elementa koji se određuje bez prethodne kemijske reakcije.
Fizikalne metode uključuju tri glavne skupine metoda:
I. Metode temeljene na međudjelovanju zračenja s tvari ili na mjerenju zračenja tvari.
II Metode temeljene na mjerenju parametara el. ili magnetska svojstva materije.
III. Metode koje se temelje na mjerenju gustoće ili drugih parametara mehaničkih ili molekularnih svojstava tvari.
Metode temeljene na prijelazu energije vanjskih valentnih elektrona atoma: uključuju metode analize atomske emisije i atomske apsorpcije.
Analiza atomske emisije:
1) Plamena fotometrija - analizirana otopina raspršuje se u plamen plinskog plamenika. Pod utjecajem visoke temperature atomi prelaze u pobuđeno stanje. Vanjski valentni elektroni prelaze na više energetske razine. Obrnuti prijelaz elektrona na glavnu energetsku razinu popraćen je zračenjem, čija valna duljina ovisi o tome koji su atomi elementa bili u plamenu. Intenzitet zračenja u određenim uvjetima proporcionalan je broju atoma elementa u plamenu, a valna duljina zračenja karakterizira kvalitativni sastav uzorka.
2) Emisiona metoda analize – spektralna. Uzorak se uvodi u plamen luka ili kondenzirane iskre, pod visokom temperaturom atomi prelaze u pobuđeno stanje, dok elektroni prelaze ne samo na najbliže glavne, već i na udaljenije energetske razine.
Zračenje je složena mješavina svjetlosnih vibracija različitih valnih duljina. Spektar emisije razlaže se na glavne dijelove posebnih. instrumenti, spektrometri i fotografiranje. Usporedba položaja intenziteta pojedinih linija spektra s linijama odgovarajućeg standarda, omogućuje određivanje kvalitativne i kvantitativne analize uzorka.
Atomske apsorpcijske metode analize:
Metoda se temelji na mjerenju apsorpcije svjetlosti određene valne duljine nepobuđenih atoma elementa koji se određuje. Poseban izvor zračenja proizvodi rezonantno zračenje, tj. zračenje koje odgovara prijelazu elektrona na najnižu orbitalu s najnižom energijom, iz orbitale koja mu je najbliža s više visoka razina energije. Smanjenje intenziteta svjetlosti pri prolasku kroz plamen zbog prijenosa 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 usporedbi s plamenom fotometrijom.
X-zrake fluorescentne i X-zrake
X-zrake fluorescentne: uzorak se izlaže rendgensko zračenje. gornji elektroni. Orbitale najbliže jezgri atoma su izbačene iz atoma. Njihovo mjesto zauzimaju elektroni s udaljenijih orbitala. Prijelaz ovih elektrona prati pojava sekundarnog rendgenskog zračenja, čija je valna duljina funkcionalno povezana s atomski broj element. Valna duljina - kvalitativni sastav uzorka; intenzitet – kvantitativni sastav uzorka.
Metode temeljene na nuklearnim reakcijama – radioaktivne. Materijal je izložen neutronskom zračenju, dolazi do nuklearnih reakcija i stvaranja radioaktivnih izotopa elemenata. Zatim se uzorak prenosi u otopinu i elementi se odvajaju kemijskim metodama. Nakon toga se mjeri intenzitet radioaktivnog zračenja svakog elementa uzorka, a usporedno se analizira referentni uzorak. Uspoređuje se intenzitet radioaktivnog zračenja pojedinih frakcija referentnog uzorka i analiziranog materijala te se zaključuje o kvantitativnom sadržaju elemenata. Granica detekcije 10 -8 - 10 -10%.
1. Konduktometrijski - temelji se na mjerenju električne vodljivosti otopina ili plinova.
2. Potenciometrijska - postoji metoda direktne i potenciometrijske titracije.
3. Termoelektrični - temelji se na pojavi termoelektromotorne sile, koja je nastala pri zagrijavanju mjesta kontakta čelika itd. Me.
4. Maseni spektralni - primijenjen uz pomoć jakih elemenata i magnetskih polja dolazi do razdvajanja plinske smjese na komponente prema atomima ili molekulskim težinama komponenti. Koristi se u proučavanju mješavine izotopa. inertni plinovi, smjese organskih tvari.
Denzitometrija – temelji se na mjerenju gustoće (određivanje koncentracije tvari u otopinama). Za određivanje sastava mjeri se viskoznost, površinska napetost, brzina zvuka, električna vodljivost itd.
Za određivanje čistoće tvari mjeri se vrelište ili talište.
Predviđanje i proračun fizikalnih i kemijskih svojstava
Teorijske osnove za predviđanje fizikalno-kemijskih svojstava tvari
Približan proračun predviđanja
Predviđanje podrazumijeva procjenu fizikalno-kemijskih svojstava na temelju minimalnog broja lako dostupnih početnih podataka, a također može pretpostaviti potpuni nedostatak eksperimentalnih informacija o svojstvima tvari koja se proučava („apsolutno” predviđanje oslanja se samo na informacije o stehiometrijskoj formuli spoj).
