Există multe tipuri de analiză. Ele pot fi clasificate după diferite criterii:

- după natura informațiilor primite. Distinge analiza calitativa(în acest caz, ei află în ce constă această substanță, ce componente sunt incluse în compoziția sa) și analiza cantitativa(determinați conținutul anumitor componente, de exemplu, în % în greutate, sau raportul dintre diferite componente). Linia dintre analiza calitativă și cea cantitativă este foarte condiționată, mai ales în studiul microimpurităților. Deci, dacă în cursul unei analize calitative o anumită componentă nu a fost detectată, atunci este necesar să se indice ce cantitate minimă a acestei componente ar putea fi detectată folosind această metodă. Poate că rezultatul negativ al unei analize calitative nu se datorează absenței unei componente, ci sensibilității insuficiente a metodei folosite! Pe de altă parte, analiza cantitativă se efectuează întotdeauna ținând cont de compoziția calitativă constatată anterior a materialului studiat.

- clasificarea pe obiecte de analiză: tehnică, clinică, criminalistică si etc.

- clasificarea după obiecte de definiţie.

Nu confundați termenii - a analizași a determina. Obiecte definiții numiți componentele al căror conținut trebuie stabilit sau detectat în mod fiabil. Luând în considerare natura componentei care se determină, se disting diferite tipuri de analiză (Tabelul 1.1).

Tabelul 1-1. Clasificarea tipurilor de analiză (după obiecte de definire sau de detectare)

Tipul analizei	Obiect de definire (sau de detectare)	Exemplu	Zona de aplicare
izotopic	Atomi cu valori date ale sarcinii nucleare și ale numărului de masă (izotopi)	137 Cs, 90 Sr, 235 U	Energia nucleară, controlul poluării mediului, medicină, arheologie etc.
elementar	Atomi cu valori date de încărcare nucleară (elemente)	Cs, Sr, U, Cr, Fe, Hg	Pretutindeni
Real	Atomi (ioni) unui element într-o stare de oxidare dată sau în compuși cu o compoziție dată (forma elementului)	Cr(III), Fe2+, Hg în compuși complecși	Tehnologia chimică, controlul poluării mediului, geologie, metalurgie etc.
Molecular	Molecule cu o compoziție și o structură date	Benzen, glucoză, etanol	Medicina, controlul poluarii mediului, agrochimie, tehnologie chimica, criminalistica.
Grup structural sau funcțional	Suma moleculelor cu caracteristici structurale date și proprietăți similare (suma izomerilor și omologilor)	Limitați hidrocarburile, monozaharidele, alcoolii	Tehnologia chimică, industria alimentară, medicină.
fază	Fază sau element dintr-o fază dată	Grafit în oțel, cuarț în granit	Metalurgie, geologie, tehnologia materialelor de construcție.

Clasificarea „după obiecte de definiție” este foarte importantă pentru că ajută la alegere mod potrivit analiza (metoda analitica). Da, pentru analiza elementară folosite adesea metode spectrale bazate pe înregistrarea radiațiilor atomilor la diferite lungimi de undă. Majoritatea metodelor spectrale implică distrugerea completă (atomizarea) analitului. Dacă este necesar să se stabilească natura și conținutul cantitativ al diferitelor molecule care alcătuiesc compoziția substanței organice studiate ( analiza moleculara), atunci una dintre cele mai potrivite metode va fi cromatografică, care nu implică distrugerea moleculelor.

Pe parcursul analiza elementară identifica sau cuantifica elemente, indiferent de gradul lor de oxidare sau de includerea in compozitia anumitor molecule. Compoziția elementară completă a materialului de testat este determinată în cazuri rare. De obicei, este suficientă determinarea unor elemente care afectează semnificativ proprietățile obiectului studiat.

Real analiza a început să fie evidențiată ca o formă independentă relativ recent, mai devreme a fost considerată ca parte a celei elementare. Scopul analizei materialelor este de a determina separat conținutul diferitelor forme ale aceluiași element. De exemplu, crom (III) și crom (VI) în apa reziduala. În produsele petroliere, „sulf sulfat”, „sulf liber” și „sulf sulfurat” sunt determinate separat. Cercetând compoziția apelor naturale, ei află ce parte din mercur există sub formă de elemente complexe și elementare puternice (nedisociante). compusi organici, și care - sub formă de ioni liberi. Aceste sarcini sunt mai dificile decât cele ale analizei elementare.

Analiza moleculară deosebit de important în studiu materie organicăși materiale de origine biogenă. Un exemplu ar fi determinarea benzenului în benzină sau a acetonei în aerul expirat. În astfel de cazuri, este necesar să se ia în considerare nu numai compoziția, ci și structura moleculelor. Într-adevăr, în materialul studiat pot exista izomeri și omologi ai componentei determinate. Astfel, este adesea necesar să se determine conținutul de glucoză în prezența multor izomeri ai săi și a altor compuși înrudiți, cum ar fi zaharoza.

Când vine vorba de determinarea conținutului total al tuturor moleculelor care au unele caracteristici structurale comune, aceleași grupuri funcționale și, prin urmare, proprietăți chimice similare, utilizați termenul structural-grup(sau funcţional) analiză. De exemplu, cantitatea de alcooli (compuși organici având o grupă OH) este determinată prin efectuarea unei reacții comune tuturor alcoolilor cu sodiu metalic și apoi măsurarea volumului de hidrogen eliberat. Cantitate hidrocarburi nesaturate(având legături duble sau triple) se determină prin oxidarea lor cu iod. Conținutul total al aceluiași tip de componente este uneori stabilit și în analiza anorganică - de exemplu, conținutul total de elemente de pământuri rare.

Un tip specific de analiză este analiza de fază. Deci, carbonul din fonte și oțeluri se poate dizolva în fier, poate forma compuși chimici cu fierul (carburi) sau poate forma o fază separată (grafit). Proprietățile fizice ale produsului (rezistență, duritate etc.) depind nu numai de conținutul total de carbon, ci și de distribuția carbonului între aceste forme. Prin urmare, metalurgiștii sunt interesați nu numai de conținutul total de carbon din fontă sau oțel, ci și de prezența unei faze separate de grafit (carbon liber) în aceste materiale, precum și de conținutul cantitativ al acestei faze.

Obiectivul principal al cursului de bază în chimie analitică este analiza elementară și moleculară. În alte tipuri de analiză se folosesc metode foarte specifice, precum și programul curs de bază analizele izotopice, de fază și de grup structural nu sunt incluse.

Clasificarea în funcție de acuratețea rezultatelor, durata și costul analizelor. Se numește o versiune simplificată, rapidă și ieftină a analizei analiză expresă. Pentru implementarea lor, folosesc adesea metode de testare. De exemplu, oricine (nu un analist) poate evalua conținutul de nitrați din legume (zahăr din urină, metale grele din apa de băut etc.) folosind o hârtie indicatoare specială. Rezultatul va fi vizibil pentru ochi, deoarece conținutul componentei este determinat folosind scara de culori atașată hârtiei. Metodele de testare nu necesită livrarea unei probe la laborator, nicio prelucrare a materialului de testat; aceste metode nu folosesc echipamente scumpe și nu efectuează calcule. Este important doar ca rezultatul să nu depindă de prezența altor componente în materialul studiat, iar pentru aceasta este necesar ca reactivii cu care este impregnată hârtia în timpul fabricării acesteia să fie specifici. Este foarte greu de asigurat specificul metodelor de testare, iar acest tip de analiză s-a răspândit doar în anul trecut Secolul XX.. Desigur, metodele de testare nu pot oferi o precizie ridicată a analizei, dar nu este întotdeauna necesară.

Opusul direct al analizei exprese - analiza arbitrajului. Principala cerință pentru aceasta este să asigure cea mai mare acuratețe posibilă a rezultatelor. Analizele de arbitraj sunt efectuate destul de rar (de exemplu, pentru a rezolva un conflict între un producător și un consumator de produse industriale). Pentru efectuarea unor astfel de analize sunt implicați cei mai calificați performeri, se folosesc metodele cele mai fiabile și dovedite în mod repetat. Timpul petrecut pentru efectuarea unei astfel de analize, precum și costul acesteia, nu au o importanță fundamentală.

Un loc intermediar între analiza expresă și cea de arbitraj - în ceea ce privește acuratețea, durata, costul și alți indicatori - este ocupat de așa-numitul teste de rutină. Partea principală a analizelor efectuate în fabrică și în alte laboratoare de control și analitice este de acest tip.

Există și alte moduri de clasificare, alte tipuri de analiză. De exemplu, luați în considerare masa materialului studiat, utilizat direct în cursul analizei. În cadrul clasificării corespunzătoare, există macroanaliza(kilograme, litri), semimicroanaliza(fracții de gram, mililitri) și microanaliză. În acest din urmă caz, se folosesc cântăriri de ordinul unui miligram sau mai puțin, volumele de soluții sunt măsurate în microlitri, iar rezultatul reacției trebuie uneori observat la microscop. Microanaliza este rar folosită în laboratoarele analitice.

1.3. Metode de analiză

Conceptul de „metodă de analiză” este cel mai important pentru chimia analitică. Acest termen este folosit atunci când doresc să dezvăluie esența uneia sau aceleia analize, principiul ei principal. Metoda de analiză este o modalitate destul de universală și justificată teoretic de a efectua o analiză, indiferent de ce componentă este determinată și ce anume este analizat. Există trei grupuri principale de metode (Fig. 1-1). Unele dintre ele vizează în primul rând separarea componentelor amestecului studiat (analiza ulterioară fără această operațiune se dovedește a fi inexactă sau chiar imposibilă). În cursul separării, de obicei apare și concentrația componentelor care trebuie determinate (vezi capitolul 8). Un exemplu ar fi metodele de extracție sau metodele de schimb ionic. Alte metode sunt utilizate în cursul analizei calitative, ele servesc pentru identificarea (identificarea) fiabilă a componentelor care ne interesează. Cele trei, cele mai numeroase, sunt destinate determinării cantitative a componentelor. Se numesc grupurile respective metode de separare și concentrare, metode de identificare și metode de determinare. Metodele primelor două grupuri, de regulă , joacă un rol de sprijin; vor fi discutate mai târziu. Cele mai importante pentru practică sunt metode de determinare.

Pe lângă cele trei grupuri principale, există hibrid metode. Figura 1.1 nu prezintă aceste metode. În metodele hibride, separarea, identificarea și determinarea componentelor sunt combinate organic într-un singur instrument (sau într-un singur set de instrumente). Cea mai importantă dintre aceste metode este analiza cromatografică. Într-un dispozitiv special (cromatograf), componentele probei de testat (amestec) sunt separate, deoarece se deplasează cu viteze diferite printr-o coloană umplută cu pulbere. solid(sorbant). Până la momentul eliberării componentei din coloană, natura sa este judecată și astfel sunt identificate toate componentele probei. Componentele care părăsesc coloana cad la rândul lor într-o altă parte a dispozitivului, unde un dispozitiv special - un detector - măsoară și înregistrează semnalele tuturor componentelor. Adesea, calculul automat al conținutului tuturor componentelor este efectuat imediat. Este clar că analiza cromatografică nu poate fi considerată doar ca o metodă de separare a componentelor, sau doar ca o metodă de determinare cantitativă, este tocmai o metodă hibridă.

Fiecare metodă de determinare combină multe metode specifice în care se măsoară aceeași mărime fizică. De exemplu, pentru a efectua o analiză cantitativă, se poate măsura potențialul unui electrod scufundat în soluția de testat și apoi, folosind valoarea potențială găsită, se poate calcula conținutul unei anumite componente a soluției. Toate metodele, în care operația principală este măsurarea potențialului electrodului, sunt considerate cazuri speciale. metoda potentiometrica. La atribuirea metodologiei unuia sau altuia metoda analitica nu contează ce obiect este studiat, ce substanțe sunt determinate și cu ce precizie, ce dispozitiv este utilizat și cum se efectuează calculele - este doar important ceea ce măsurăm. De obicei se numește mărimea fizică măsurată în timpul analizei, care depinde de concentrația analitului semnal analitic.

Într-un mod similar, se poate evidenția metoda analiza spectrală.În acest caz, operația principală este măsurarea intensității luminii emise de probă la o anumită lungime de undă. Metodă analiză titrimetrică (volumetică). se bazează pe măsurarea volumului soluției cheltuite la reacția chimică cu componenta determinată a probei. Cuvântul „metodă” este adesea omis, ei spun pur și simplu „potențiometrie”, „analiza spectrală”, „titrimetrie”, etc. LA analiza refractometrică semnalul este indicele de refracție al soluției de testat, în spectrofotometrie- absorbția luminii (la o anumită lungime de undă). Lista metodelor și semnalele lor analitice corespunzătoare poate fi continuată; în total, sunt cunoscute câteva zeci de metode independente.

Fiecare metodă de determinare are propria sa bază teoretică și este asociată cu utilizarea unor echipamente specifice. Domeniile de aplicare a diferitelor metode diferă semnificativ. Unele metode sunt utilizate în principal pentru analiza produselor petroliere, altele - pentru analiza medicamentelor, altele - pentru studiul metalelor și aliajelor etc. În mod similar, se pot distinge metode de analiză elementară, metode de analiză izotopică etc. Există, de asemenea, metode universale utilizate în analiza unei mari varietăți de materiale și potrivite pentru determinarea celor mai diverse componente din acestea. De exemplu, metoda spectrofotometrică poate fi utilizată pentru analiza grupurilor elementare, moleculare și structurale.

Precizia, sensibilitatea și alte caracteristici ale metodelor individuale legate de aceeași metodă analitică diferă, dar nu la fel de mult ca caracteristicile diferitelor metode. Orice problemă analitică poate fi întotdeauna rezolvată prin mai multe metode diferite (de exemplu, cromul din oțelul aliat poate fi determinat prin metoda spectrală și titrimetrică și potențiometrică). Analistul alege o metodă, ținând cont de capacitățile cunoscute ale fiecăruia dintre ele și de cerințele specifice pentru această analiză. Este imposibil să alegeți odată pentru totdeauna metodele „mai bune” și „cel mai proaste”, totul depinde de problema care se rezolvă, de cerințele pentru rezultatele analizei. Astfel, analiza gravimetrică, de regulă, oferă rezultate mai precise decât analiza spectrală, dar necesită multă muncă și timp. Prin urmare, analiza gravimetrică este bună pentru analiza arbitrală, dar nu este potrivită pentru analiza expresă.

Metodele de determinare sunt împărțite în trei grupe: chimice, fizice și fizico-chimice. Adesea, metodele fizice și fizico-chimice sunt combinate sub denumirea comună „metode instrumentale”, deoarece în ambele cazuri se folosesc instrumente și aceleași. În general, granițele dintre grupurile de metode sunt foarte arbitrare.

Metode chimice se bazează pe realizarea unei reacții chimice între componenta determinată și un reactiv special adăugat. Reacția se desfășoară conform schemei:

În continuare, simbolul X indică componenta care se determină (moleculă, ion, atom etc.), R este reactivul adăugat, Y este totalitatea produșilor de reacție. Grupul de metode chimice include metode clasice (cunoscute și bine studiate) de determinare, în primul rând gravimetria și titrimetria. Numărul de metode chimice este relativ mic, toate au aceleași fundamente teoretice (teoria echilibre chimice, legile cineticii chimice etc.). Ca semnal analitic în metodele chimice, se măsoară de obicei masa sau volumul unei substanțe. Instrumente fizice complexe, cu excepția balanțelor analitice și a standardelor speciale compoziție chimică nu sunt utilizate în metode chimice. Aceste metode au multe în comun în ceea ce privește capacitățile lor. Ele vor fi discutate în capitolul 4.

Metode fizice nu sunt asociate cu reacții chimice și cu utilizarea de reactivi. Principiul lor principal este compararea aceluiași tip de semnale analitice ale componentei X în materialul studiat și într-o anumită referință (probă cu o concentrație precis cunoscută de X). După ce am construit în prealabil un grafic de calibrare (dependența semnalului de concentrația sau masa X) și măsurând valoarea semnalului pentru o probă din materialul studiat, se calculează concentrația X din acest material. Există și alte moduri de a calcula concentrațiile (vezi capitolul 6). Metodele fizice sunt de obicei mai sensibile decât cele chimice; prin urmare, determinarea microimpurităților se realizează în principal prin metode fizice. Aceste metode sunt ușor de automatizat și necesită mai puțin timp pentru analiză. Cu toate acestea, metodele fizice necesită standarde speciale, echipamente destul de complexe, costisitoare și foarte specializate.În plus, sunt de obicei mai puțin precise decât cele chimice.

Un loc intermediar între metodele chimice și cele fizice în ceea ce privește principiile și capacitățile lor îl ocupă fizice si chimice metode de analiză. În acest caz, analistul conduce o reacție chimică, dar cursul sau rezultatul acesteia este urmărit nu vizual, ci cu ajutorul instrumentelor fizice. De exemplu, se adaugă treptat la soluția de testare o alta - cu o concentrație cunoscută a reactivului dizolvat și, în același timp, controlează potențialul electrodului scufundat în soluția titrată. (titrare potențiometrică), Analistul apreciază finalizarea reacției prin saltul de potențial, măsoară volumul de titrant cheltuit pe aceasta și calculează rezultatul analizei. Astfel de metode sunt în general la fel de precise ca metodele chimice și aproape la fel de sensibile ca metodele fizice.

Metodele instrumentale sunt adesea împărțite în funcție de o altă caracteristică, mai clar exprimată - natura semnalului măsurat. În acest caz, se disting subgrupuri de metode optice, electrochimice, rezonante, de activare și alte metode. Există, de asemenea, metode puține și încă subdezvoltate metode biologice și biochimice.

Planul cursului:

1. caracteristici generale metode fizice si chimice

2. Informații generale despre metodele spectroscopice de analiză.

3. Metoda de analiză fotometrică: fotocolorimetrie, colorimetrie, spectrofotometrie.

4. Informații generale despre metodele de analiză nefelometrice, luminiscente, polarimetrice.

5. Metoda refractometrică de analiză.

6. Informații generale despre analizele spectrale de masă, radiometrice.

7. Metode electrochimice de analiză (potențiometrie, conductometrie, coulometrie, amperometrie, polarografie).

8. Metoda cromatografică de analiză.

Esența metodelor fizico-chimice de analiză. Clasificarea lor.

Metodele fizico-chimice de analiză, ca și metodele chimice, se bazează pe efectuarea uneia sau alteia reacții chimice. În metodele fizice, reacțiile chimice sunt absente sau au o importanță secundară, deși în analiza spectrală intensitatea liniei depinde întotdeauna în mod semnificativ de reacțiile chimice într-un electrod de carbon sau într-o flacără de gaz. Prin urmare, uneori metodele fizice sunt incluse în grupul de metode fizico-chimice, deoarece nu există o diferență suficient de strictă și neechivocă între metodele fizice și fizico-chimice, iar alocarea metodelor fizice într-un grup separat nu are o importanță fundamentală.

Metodele chimice de analiză nu au fost capabile să satisfacă diversele cerințe ale practicii, care au crescut ca urmare a progresul științific și tehnologic, dezvoltarea industriei semiconductoarelor, electronicii și calculatoarelor, utilizarea pe scară largă a substanțelor pure și ultrapure în tehnologie.

Utilizarea metodelor fizico-chimice de analiză se reflectă în controlul tehnochimic al producţiei alimentare, în laboratoarele de cercetare şi producţie. Aceste metode se caracterizează prin sensibilitate ridicată și analiză rapidă. Ele se bazează pe utilizarea fizică proprietăți chimice substante.

La efectuarea analizelor prin metode fizico-chimice, punctul de echivalență (sfârșitul reacției) se determină nu vizual, ci cu ajutorul unor instrumente care înregistrează modificarea proprietăților fizice ale substanței de testat la punctul de echivalență. În acest scop, se folosesc de obicei dispozitive cu circuite optice sau electrice relativ complexe, de aceea aceste metode se numesc metode. analiza instrumentală.

În multe cazuri, aceste metode nu necesită o reacție chimică pentru a efectua analiza, spre deosebire de metodele chimice de analiză. Este necesar doar măsurarea indicatorilor oricăror proprietăți fizice ale substanței analizate: conductivitatea electrică, absorbția luminii, refracția luminii etc. Metodele fizico-chimice permit monitorizarea continuă a materiilor prime, semifabricatelor și produselor finite din industrie.

Metodele fizico-chimice de analiză au început să fie utilizate mai târziu decât metodele chimice de analiză, când a fost stabilită și studiată relația dintre proprietățile fizice ale substanțelor și compoziția lor.

Precizia metodelor fizico-chimice variază foarte mult în funcție de metodă. Cea mai mare precizie (până la 0,001%) are coulometrie, pe baza măsurării cantității de energie electrică care se cheltuiește pentru oxidarea sau reducerea electrochimică a ionilor sau elementelor care se determină. Majoritatea metodelor fizico-chimice au o eroare de 2-5%, care depășește eroarea metodelor chimice de analiză. Cu toate acestea, o astfel de comparație a erorilor nu este în întregime corectă, deoarece se referă la diferite regiuni de concentrare. Cu un conținut scăzut de componentă determinată (aproximativ 10 -3% sau mai puțin), metodele chimice clasice de analiză sunt în general nepotrivite; la concentrații mari, metodele fizico-chimice concurează cu succes cu cele chimice. Printre deficiențele semnificative ale majorității metodelor fizico-chimice se numără disponibilitatea obligatorie a standardelor și a soluțiilor standard.

Dintre metodele fizico-chimice, cele mai practice aplicații sunt:

1. metode spectrale și alte metode optice (refractometrie, polarimetrie);

2. metode electrochimice de analiză;

3. metode cromatografice de analiză.

În plus, există încă 2 grupuri de metode fizico-chimice:

1. metode radiometrice bazate pe măsurarea emisiei radioactive a unui element dat;

2. metode de analiză spectrometrică de masă bazate pe determinarea maselor atomilor, moleculelor și radicalilor ionizați individuali.

Cel mai extins din punct de vedere al numărului de metode și important din punct de vedere al valorii practice este grupul de metode spectrale și alte metode optice. Aceste metode se bazează pe interacțiunea substanțelor cu radiația electromagnetică. Există multe tipuri diferite de radiații electromagnetice: raze X, ultraviolete, vizibile, infraroșii, microunde și frecvență radio. În funcţie de tipul de interacţiune a radiaţiei electromagnetice cu materia metode optice sunt clasificate după cum urmează.

Pe măsurarea efectelor polarizării moleculelor unei substanțe se bazează refractometrie, polarimetrie.

Substanțele analizate pot absorbi radiațiile electromagnetice și, pe baza utilizării acestui fenomen, se distinge o grupă metode optice de absorbție.

Absorbția luminii de către atomii analiților este utilizată în analiza absorbtiei atomice. Capacitatea de a absorbi lumina de către molecule și ioni din regiunile ultraviolete, vizibile și infraroșii ale spectrului a făcut posibilă crearea analiza absorbției moleculare (colorimetrie, fotocolorimetrie, spectrofotometrie).

Absorbția și împrăștierea luminii de către particulele în suspensie într-o soluție (suspensie) a condus la apariția unor metode turbidimetrie și nefelometrie.

Metodele bazate pe măsurarea intensității radiațiilor rezultate din eliberarea de energie de către moleculele și atomii excitați ai substanței analizate se numesc metode de emisie. La metode de emisie moleculară include luminescență (fluorescență), să emisie atomică- analiza spectrală a emisiilor și fotometria flăcării.

Metode electrochimice analizele se bazează pe măsurarea conductibilității electrice ( conductometrie); diferenta potentiala ( potențiometrie); cantitatea de energie electrică care trece prin soluție cuulometrie); dependența curentului de potențialul aplicat ( voltametrie).

Pentru grup metode cromatografice de analiză include metode de cromatografie gazoasă și gaz-lichid, distribuție, în strat subțire, adsorbție, schimb de ioni și alte tipuri de cromatografie.

Metode spectroscopice de analiză: informatii generale

Conceptul metodei spectroscopice de analiză, varietățile acesteia

Metode spectroscopice de analiză- metode fizice bazate pe interacţiunea radiaţiilor electromagnetice cu materia. Interacțiunea duce la diferite tranziții energetice, care sunt înregistrate instrumental sub formă de absorbție, reflectare și împrăștiere a radiațiilor electromagnetice.

Clasificare:

Analiza spectrală a emisiilor se bazează pe studiul spectrelor de emisie (radiații) sau spectrelor de emisie diverse substanțe. O variație a acestei analize este fotometria flăcării, bazată pe măsurarea intensității radiației atomice excitate de încălzirea unei substanțe într-o flacără.

Analiza spectrală de absorbție se bazează pe studiul spectrelor de absorbție ale substanțelor analizate. Dacă radiația este absorbită de atomi, atunci absorbția se numește atomică, iar dacă de către molecule, atunci se numește moleculară. Există mai multe tipuri de analiză spectrală de absorbție:

1. Spectrofotometria - ia in calcul absorbtia luminii cu o anumita lungime de unda de catre substanta analizata, i.e. absorbția radiațiilor monocromatice.

2. Fotometria – bazată pe măsurarea absorbției luminii de către substanța analizată nu este o radiație strict monocromatică.

3. Colorimetria se bazează pe măsurarea absorbției luminii prin soluții colorate în partea vizibilă a spectrului.

4. Nefelometria se bazează pe măsurarea intensității luminii împrăștiate de particule solide suspendate în soluție, i.e. lumina împrăștiată de suspensie.

Spectroscopia de luminescență folosește strălucirea obiectului studiat, care apare sub acțiunea razelor ultraviolete.

În funcție de ce parte a spectrului are loc absorbția sau emisia, spectroscopia se distinge în regiunile ultraviolete, vizibile și infraroșii ale spectrului.

Spectroscopia este o metodă sensibilă pentru determinarea a mai mult de 60 de elemente. Este folosit pentru a analiza numeroase materiale, inclusiv medii biologice, materiale vegetale, cimenturi, pahare și ape naturale.

Metode fotometrice de analiză

Metodele fotometrice de analiză se bazează pe absorbția selectivă a luminii de către analit sau pe combinarea acestuia cu un reactiv adecvat. Intensitatea absorbției poate fi măsurată prin orice metodă, indiferent de natura compusului colorat. Precizia metodei depinde de metoda de măsurare. Există metode colorimetrice, fotocolorimetrice și spectrofotometrice.

Metoda fotocolorimetrică de analiză.

Metoda fotocolorimetrică de analiză face posibilă determinarea cantitativă a intensității absorbției luminii de către soluția analizată folosind fotoelectrocolorimetre (uneori sunt numite pur și simplu fotocolorimetre). Pentru a face acest lucru, pregătiți o serie de soluții standard și reprezentați grafic dependența absorbției de lumină a analitului de concentrația acestuia. Această dependență se numește curbă de calibrare. În fotocolorimetre, fluxurile de lumină care trec prin soluție au o regiune largă de absorbție - 30-50 nm, deci aici lumina este policromatică. Acest lucru duce la pierderea reproductibilității, acurateței și selectivității analizei. Avantajele fotocolorimetrului constau în simplitatea designului și sensibilitatea ridicată datorită luminozității mari a sursei de radiație - o lampă cu incandescență.

Metoda colorimetrică de analiză.

Metoda colorimetrică de analiză se bazează pe măsurarea absorbției luminii de către o substanță. În acest caz, se compară intensitatea culorii, adică. densitatea optică a soluției de testat cu culoarea (densitatea optică) a unei soluții standard, a cărei concentrație este cunoscută. Metoda este foarte sensibilă și este utilizată pentru determinarea cantităților micro și semimicro.

Analiza prin metoda colorimetrică necesită mult mai puțin timp decât prin analiza chimică.

În analiza vizuală, se realizează egalitatea intensității colorării soluției analizate și colorate. Acest lucru poate fi realizat în 2 moduri:

1. egalizați culoarea prin modificarea grosimii stratului;

2. selectați soluții standard de diferite concentrații (metoda seriei standard).

Cu toate acestea, vizual este imposibil să se cuantifice de câte ori o soluție este colorată mai intens decât alta. În acest caz, este posibil să se stabilească doar aceeași culoare a soluției analizate la compararea acesteia cu cea standard.

Legea fundamentală a absorbției luminii.

Dacă fluxul luminos, a cărui intensitate este I 0, este direcționat către o soluție situată într-un vas plat de sticlă (cuvetă), atunci o parte din intensitatea sa I r este reflectată de suprafața cuvei, cealaltă parte cu intensitate. I a este absorbit de soluție și a treia parte cu intensitate I t trece prin soluție. Există o relație între aceste valori:

I 0 \u003d I r + I a + I t (1)

pentru că intensitatea I r a părții reflectate a fluxului luminos la lucrul cu cuve identice este constantă și nesemnificativă, atunci poate fi neglijată în calcule. Atunci egalitatea (1) ia forma:

I 0 \u003d I a + I t (2)

Această egalitate caracterizează proprietățile optice ale soluției, adică. capacitatea sa de a absorbi sau transmite lumina.

Intensitatea luminii absorbite depinde de numărul de particule colorate din soluție, care absorb lumina mai mult decât solventul.

Fluxul luminos, care trece prin soluție, pierde o parte din intensitate - cu cât este mai mare, cu atât concentrația și grosimea stratului de soluție sunt mai mari. Pentru soluțiile colorate există o relație numită legea Bouguer-Lambert-Beer (între gradul de absorbție a luminii, intensitatea luminii incidente, concentrația substanței colorate și grosimea stratului).

Conform acestei legi, absorbția luminii monocromatografice care trece printr-un strat de lichid colorat este proporțională cu concentrația și grosimea stratului său:

I \u003d I 0 10 - kCh,

Unde eu este intensitatea fluxului luminos care trece prin soluție; eu 0 este intensitatea luminii incidente; DIN- concentrare, mol/l; h- grosimea stratului, cm; k este coeficientul de absorbție molar.

Coeficientul de absorbție molar k este densitatea optică a unei soluții care conține 1 mol/l substanță absorbantă, cu grosimea stratului de 1 cm. Depinde de natura chimică și de starea fizică a substanței care absoarbe lumina și de lungimea de undă a luminii monocromatice.

Metoda seriei standard.

Metoda seriei standard se bazează pe obținerea aceleiași intensități de culoare a soluțiilor de test și standard la aceeași grosime a stratului. Culoarea soluției de testat este comparată cu culoarea unui număr de soluții standard. La aceeași intensitate a culorii, concentrațiile soluțiilor test și standard sunt egale.

Pentru a prepara o serie de soluții standard, se iau 11 eprubete de aceeași formă, dimensiune și sticlă. Se toarnă soluția standard din biuretă într-o cantitate care crește treptat, de exemplu: într-o eprubetă 0,5 ml, în a 2-a 1 ml, în a 3-a 1,5 ml, etc. - inainte de 5 ml(în fiecare eprubetă următoare cu 0,5 ml mai mult decât în ​​cea anterioară). În toate eprubetele se toarnă volume egale de soluție, ceea ce dă o reacție de culoare cu ionul care este determinat. Soluțiile sunt diluate astfel încât nivelurile de lichid din toate tuburile să fie aceleași. Tuburile sunt astupate, conținutul este bine amestecat și plasat într-un suport în concentrații crescânde. În acest fel se obține o scară de culori.

La soluția de testare se adaugă aceeași cantitate de reactiv în aceeași eprubetă, diluată cu apă la același volum ca în alte eprubete. Închideți dopul, amestecați bine conținutul. Culoarea soluției de testat este comparată cu culoarea soluțiilor standard pe un fundal alb. Soluțiile trebuie să fie bine iluminate cu lumină difuză. Dacă intensitatea culorii soluției de testat coincide cu intensitatea culorii uneia dintre soluțiile de pe scala de culori, atunci concentrațiile acesteia și ale soluțiilor de testat sunt egale. Dacă intensitatea culorii soluției de testat este intermediară între intensitatea a două soluții de scară adiacente, atunci concentrația sa este egală cu concentrația medie a acestor soluții.

Utilizarea metodei soluțiilor standard este recomandată numai pentru determinarea masei unei substanțe. Seria preparată de soluții standard are un timp relativ scurt.

Metodă de egalizare a intensității culorii soluțiilor.

Metoda de egalizare a intensității culorii a soluțiilor test și standard se realizează prin modificarea înălțimii stratului uneia dintre soluții. Pentru a face acest lucru, soluțiile colorate sunt plasate în 2 vase identice: test și standard. Schimbați înălțimea stratului de soluție într-unul dintre vase până când intensitatea culorii în ambele soluții este aceeași. În acest caz, determinați concentrația soluției de testare Cu cercetare. , comparându-l cu concentrația soluției standard:

Din cercetare \u003d C st h st / h cercetare,

unde h st și h cercetare sunt înălțimile stratului soluțiilor standard și, respectiv, de testare.

Se numesc dispozitive utilizate pentru determinarea concentrațiilor soluțiilor studiate prin egalizarea intensității culorii colorimetre.

Există colorimetre vizuale și fotoelectrice. În determinările colorimetrice vizuale, intensitatea culorii se măsoară prin observare directă. Metodele fotoelectrice se bazează pe utilizarea fotocelulelor-fotocolorimetre. În funcție de intensitatea fasciculului de lumină incidentă, în fotocelula se generează un curent electric. Puterea curentului cauzat de expunerea la lumină este măsurată cu un galvanometru. Deformarea săgeții indică intensitatea culorii.

Spectrofotometrie.

Metoda fotometrică se bazează pe măsurarea absorbției de lumină a radiațiilor nestrict monocromatice de către substanța analizată.

Dacă radiația monocromatică (radiația de o lungime de undă) este utilizată în metoda fotometrică de analiză, atunci această metodă se numește spectrofotometrie. Gradul de monocromaticitate al fluxului de radiație electromagnetică este determinat de intervalul minim de lungime de undă, care se distinge prin monocromatorul utilizat (filtru de lumină, grătar sau prismă) dintr-un flux continuu de radiații electromagnetice.

La spectrofotometrie include și domeniul tehnologiei de măsurare, care îmbină spectrometria, fotometria și metrologia și dezvoltă un sistem de metode și instrumente de măsurători cantitative a coeficienților spectrale de absorbție, reflexie, radiație, luminozitate spectrală ca caracteristici ale mediilor, acoperirilor, suprafețelor, emițătorilor.

Etapele cercetării spectrofotometrice:

1) efectuarea unei reacții chimice pentru a obține sisteme adecvate analizei spectrofotometrice;

2) măsurători ale absorbţiei soluţiilor rezultate.

Esența metodei de spectrofotometrie

Dependența absorbției unei soluții a unei substanțe de lungimea de undă pe grafic este descrisă ca un spectru de absorbție al unei substanțe, pe care este ușor de distins maximul de absorbție situat la lungimea de undă a luminii care este absorbită maxim de substanță. . Măsurarea densității optice a soluțiilor de substanțe pe spectrofotometre se realizează la lungimea de undă a maximului de absorbție. Acest lucru face posibilă analizarea într-o singură soluție a substanțelor ale căror maxime de absorbție sunt situate la lungimi de undă diferite.

În spectrofotometrie în regiunile ultraviolete și vizibile se folosesc spectre electronice de absorbție.

Ele caracterizează cele mai înalte tranziții energetice, care sunt capabile de o gamă limitată de compuși și grupuri funcționale. În compușii anorganici, spectrele electronice sunt asociate cu o polarizare ridicată a atomilor care alcătuiesc molecula substanței și apar de obicei în compuși complecși. În compușii organici, apariția spectrelor electronice este cauzată de tranziția electronilor de la sol la nivelurile excitate.

Poziția și intensitatea benzilor de absorbție sunt puternic afectate de ionizare. Ionizarea de tip acid are ca rezultat apariția unei perechi suplimentare de electroni singuri în moleculă, ceea ce duce la o schimbare batocromică suplimentară (o schimbare în regiunea cu lungime de undă lungă a spectrului) și o creștere a intensității benzii de absorbție.

Spectrul multor substanțe are mai multe benzi de absorbție.

Pentru măsurători spectrofotometrice în regiunile ultraviolete și vizibile, se folosesc două tipuri de instrumente - neînregistrare(rezultatul se observă vizual pe scara instrumentului) și spectrofotometre de înregistrare.

Metoda luminiscentă de analiză.

Luminescență- capacitatea de auto-luminiscență, apărută sub diferite influențe.

Clasificarea proceselor care cauzează luminescență:

1) fotoluminiscență (excitație prin lumină vizibilă sau ultravioletă);

2) chemiluminiscența (excitația datorată energiei reacțiilor chimice);

3) catodoluminiscență (excitație prin impact de electroni);

4) termoluminiscență (excitare prin încălzire);

5) triboluminiscenţă (excitare prin acţiune mecanică).

În analiza chimică, primele două tipuri de luminescență contează.

Clasificarea luminiscenței după prezența strălucirii. Se poate opri imediat odată cu dispariția excitației - fluorescenţă sau continuă pentru un anumit timp după încetarea efectului excitant - fosforescenţă. Fenomenul de fluorescență este utilizat în principal, așa că metoda este numită fluorimetrie.

Aplicarea fluorimetriei: analiza urmelor de metale, compuși organici (aromatici), vitamine D, B6. Indicatorii fluorescenți sunt utilizați pentru titrarea în medii tulburi sau de culoare închisă (titrarea se efectuează în întuneric, iluminând soluția titrată, unde se adaugă indicatorul, cu lumina unei lămpi fluorescente).

Analiza nefelometrică.

Nefelometrie a fost propus de F. Kober în 1912 și se bazează pe măsurarea intensității luminii împrăștiate de o suspensie de particule folosind fotocelule.

Cu ajutorul nefelometriei se măsoară concentrația de substanțe care sunt insolubile în apă, dar formează suspensii stabile.

Pentru măsurători nefelometrice, nefelometre, asemănător în principiu cu colorimetrele, singura diferență fiind aceea cu nefelometria

La conducere analiza fotonefelometrică mai întâi, pe baza rezultatelor determinării unei serii de soluții standard, se construiește un grafic de calibrare, apoi se analizează soluția de testare și se determină concentrația analitului din grafic. Pentru a stabiliza suspensiile rezultate, se adaugă un coloid protector - o soluție de amidon, gelatină etc.

Analiza polarimetrică.

Vibrații electromagnetice lumina naturală apare în toate planurile perpendiculare pe direcția fasciculului. Rețeaua cristalină are capacitatea de a transmite raze doar într-o anumită direcție. La ieșirea din cristal, fasciculul oscilează doar într-un singur plan. Se numește fascicul ale cărui oscilații sunt în același plan polarizat. Planul în care apar vibrațiile se numește plan de oscilație fascicul polarizat și planul perpendicular pe acesta - planul de polarizare.

Metoda polarimetrică de analiză se bazează pe studiul luminii polarizate.

Metoda refractometrică de analiză.

Baza metodei de analiză refractometrică este determinarea indicelui de refracție al substanței studiate, deoarece o substanță individuală este caracterizată de un anumit indice de refracție.

Produsele tehnice conțin întotdeauna impurități care afectează indicele de refracție. Prin urmare, indicele de refracție poate servi în unele cazuri ca o caracteristică a purității produsului. De exemplu, soiurile de terebentină purificată se disting prin indici de refracție. Deci, indicii de refracție ai terebentinei la 20 ° pentru galben, notați cu n 20 D (intrarea înseamnă că indicele de refracție a fost măsurat la 20 ° C, lungimea de undă a luminii incidente este de 598 mmk), sunt egale cu:

Clasa întâi Clasa a doua Clasa a treia

1,469 – 1,472 1,472 – 1,476 1,476 – 1,480

Metoda refractometrică de analiză poate fi utilizată pentru sisteme binare, de exemplu, pentru a determina concentrația unei substanțe în soluții apoase sau organice. În acest caz, analiza se bazează pe dependența indicelui de refracție al soluției de concentrația solutului.

Pentru unele soluții există tabele de dependență a indicilor de refracție de concentrația lor. În alte cazuri, acestea sunt analizate folosind metoda curbei de calibrare: se prepară o serie de soluții de concentrații cunoscute, se măsoară indicii lor de refracție și se trasează un grafic al indicilor de refracție în funcție de concentrație, de exemplu. construiți o curbă de calibrare. Determină concentrația soluției de testat.

indicele de refracție.

Când un fascicul de lumină trece de la un mediu la altul, direcția lui se schimbă. Se rupe. Indicele de refracție este egal cu raportul dintre sinusul unghiului de incidență și sinusul unghiului de refracție (această valoare este constantă și caracteristică unui mediu dat):

n = sinα / sinβ,

unde α și β sunt unghiurile dintre direcția razelor și perpendiculara pe interfața ambelor medii (Fig. 1)

Indicele de refracție este raportul dintre vitezele luminii în aer și în mediul studiat (dacă un fascicul de lumină cade din aer).

Indicele de refracție depinde de:

1. Lungimea de undă a luminii incidente (pe măsură ce lungimea de undă crește, indicatorul

refractia scade).

2. temperatura (cu creșterea temperaturii, indicele de refracție scade);

3. presiune (pentru gaze).

Indicele de refracție indică lungimile de undă ale luminii incidente și temperatura măsurării. De exemplu, intrarea n 20 D înseamnă că indicele de refracție este măsurat la 20°C, lungimea de undă a luminii incidente este de 598 microni. În manualele tehnice, indicii de refracție sunt dați la n 20 D.

Determinarea indicelui de refracție al unui lichid.

Înainte de începerea lucrului, suprafața prismelor refractometrului se spală cu apă distilată și alcool, se verifică corectitudinea punctului zero al dispozitivului și se determină indicele de refracție al lichidului studiat. Pentru a face acest lucru, suprafața prismei de măsurare este ștearsă cu grijă cu un tampon de bumbac umezit cu lichidul studiat și câteva picături din acesta sunt aplicate pe această suprafață. Prismele sunt închise și, rotindu-le, direcționează marginea luminii și umbrei către crucea firelor ocularului. Compensatorul elimină spectrul. La citirea indicelui de refracție, trei zecimale sunt luate pe scara refractometrului, iar a patra este luată cu ochiul. Apoi schimbă granița clarobscurului, o combină din nou cu centrul crucii de observare și fac o a doua numărătoare. Acea. Se fac 3 sau 5 citiri, dupa care se spala si se sterge suprafetele de lucru ale prismelor. Substanța de testat este aplicată din nou pe suprafața prismei de măsurare și se efectuează o a doua serie de măsurători. Din datele obținute se ia media aritmetică.

Analiza radiometrică.

Analiza radiometrică h se bazează pe măsurarea radiațiilor din elementele radioactive și este utilizat pentru determinarea cantitativă a izotopilor radioactivi din materialul de testat. În acest caz, se măsoară fie radioactivitatea naturală a elementului care se determină, fie radioactivitatea artificială obținută folosind izotopi radioactivi.

Izotopii radioactivi sunt identificați după timpul lor de înjumătățire sau după tipul și energia radiației emise. În practica analizei cantitative, activitatea izotopilor radioactivi este cel mai adesea măsurată prin radiațiile lor α-, β- și γ.

Aplicarea analizei radiometrice:

Studiul mecanismului reacțiilor chimice.

Metoda atomului etichetat este utilizată pentru a investiga eficiența diverse trucuri aplicarea îngrășămintelor în sol, modalități de pătrundere în corpul microelementelor aplicate pe frunzele unei plante etc. Fosforul radioactiv 32 P și azotul 13 N sunt utilizate în special în cercetarea agrochimică.

Analiza izotopilor radioactivi utilizați pentru tratamentul bolilor oncologice și pentru determinarea hormonilor, enzimelor.

Analiza spectrală de masă.

Bazat pe determinarea maselor de atomi, molecule și radicali ionizați individuali ca rezultat al acțiunii combinate a câmpurilor electrice și magnetice. Înregistrarea particulelor separate se realizează prin metode electrice (spectrometrie de masă) sau fotografice (spectrografie de masă). Determinarea se efectuează pe instrumente - spectrometre de masă sau spectrografe de masă.

Metode electrochimice de analiză.

Metodele electrochimice de analiză și cercetare se bazează pe studiul și utilizarea proceselor care au loc pe suprafața electrodului sau în spațiul apropiat de electrod. Semnal analitic- parametrul electric (potenţial, puterea curentului, rezistenţa), care depinde de concentraţia analitului.

Distinge Dreptși metode electrochimice indirecte. În metodele directe, se utilizează dependența puterii curentului de concentrația analitului. În indirect - puterea curentului (potenţialul) este măsurată pentru a găsi punctul final al titrarii (punctul de echivalenţă) al componentului determinat de titrant.

Metodele electrochimice de analiză includ:

1. potentiometrie;

2. conductometrie;

3. coulometrie;

4. amperometrie;

5. polarografie.

Electrozi utilizați în metode electrochimice.

1. Electrod de referință și electrod indicator.

Electrod de referință- Acesta este un electrod cu potenţial constant, insensibil la ionii soluţiei. Electrodul de referință are un potențial reproductibil care este stabil în timp, care nu se modifică atunci când trece un curent mic, iar potențialul electrodului indicator este raportat în raport cu acesta. Se folosesc electrozi de clorură de argint și calomel. Electrodul de clorură de argint este un fir de argint acoperit cu un strat de AgCl și plasat într-o soluție de KCl. Potențialul electrodului este determinat de concentrația ionului de clor din soluție:

Electrodul de calomel este format din mercur metalic, calomel și soluție de KCI. Potențialul electrodului depinde de concentrația ionilor de clorură și de temperatură.

Electrod indicator- acesta este un electrod care reactioneaza la concentratia ionilor care se determina. Electrodul indicator își modifică potențialul cu o modificare a concentrației de „ioni care determină potențialul”. Electrozii indicatori sunt împărțiți în ireversibile și reversibile. Salturile potențiale ale electrozilor indicatori reversivi la granițele interfazelor depind de activitatea participanților la reacțiile electrozilor în conformitate cu ecuațiile termodinamice; echilibrul se stabilește destul de repede. Electrozii indicatori ireversibili nu îndeplinesc cerințele celor reversibili. În chimia analitică se folosesc electrozi reversibili, pentru care ecuația Nernst este satisfăcută.

2. Electrozi metalici: schimb de electroni și schimb de ioni.

Schimbul de electroni electrod la limita interfeței, are loc o reacție cu participarea electronilor. Electrozii de schimb de electroni sunt împărțiți în electrozi primul felși electrozi al doilea fel. Electrozi de primul fel - o placă de metal (argint, mercur, cadmiu) scufundată într-o soluție de sare foarte solubilă a acestui metal. Electrozi de al doilea fel - un metal acoperit cu un strat dintr-un compus puțin solubil al acestui metal și scufundat într-o soluție dintr-un compus foarte solubil cu același anion (clorură de argint, electrozi de calomel).

Electrozi schimbători de ioni- electrozi, al căror potențial depinde de raportul dintre concentrațiile formelor oxidate și reduse ale uneia sau mai multor substanțe în soluție. Astfel de electrozi sunt fabricați din metale inerte, cum ar fi platina sau aurul.

3. Electrozi cu membrană sunt o placă poroasă impregnată cu un lichid nemiscibil cu apă și capabilă de adsorbția selectivă a anumitor ioni (de exemplu, soluții de chelați de Ni 2+, Cd 2+, Fe 2+ într-o soluție organică). Funcționarea electrozilor cu membrană se bazează pe apariția unei diferențe de potențial la limita de fază și pe stabilirea unui echilibru de schimb între membrană și soluție.

Metoda potențiometrică de analiză.

Metoda potențiometrică de analiză se bazează pe măsurarea potențialului unui electrod scufundat într-o soluție. În măsurătorile potențiometrice, o celulă galvanică este alcătuită cu un electrod indicator și un electrod de referință și se măsoară forța electromotoare (EMF).

Varietăți de potențiometrie:

Potențiometrie directă folosit pentru determinarea directă a concentrației prin valoarea potențialului electrodului indicator, cu condiția ca procesul electrodului să fie reversibil.

Potențiometrie indirectă se bazează pe faptul că o modificare a concentraţiei unui ion este însoţită de o modificare a potenţialului la electrodul scufundat în soluţia titrată.

În titrarea potențiometrică, un punct final se găsește în termeni de salt de potențial, datorită înlocuirii unei reacții electrochimice cu alta în conformitate cu valorile lui E° (potențial electrod standard).

Valoarea potențialului depinde de concentrația ionilor corespunzători din soluție. De exemplu, potențialul unui electrod de argint scufundat într-o soluție de sare de argint se modifică odată cu modificarea concentrației de ioni Ag + din soluție. Prin urmare, prin măsurarea potențialului unui electrod scufundat într-o soluție de sare dată de concentrație necunoscută, este posibil să se determine conținutul ionilor corespunzători din soluție.

Electrodul, după potențialul căruia se apreciază concentrația ionilor de determinat în soluție, se numește electrod indicator.

Potențialul electrodului indicator este determinat comparându-l cu potențialul altui electrod, numit în mod obișnuit electrod de referință. Ca electrod de referință se poate folosi doar un astfel de electrod, al cărui potențial rămâne neschimbat atunci când se modifică concentrația ionilor care se determină. Un electrod standard (normal) de hidrogen este utilizat ca electrod de referință.

În practică, mai degrabă un electrod de calomel decât un electrod de hidrogen este adesea folosit ca electrod de referință cu o valoare cunoscută a potențialului electrodului (Fig. 1). Potențialul electrodului de calomel cu o soluție saturată de CO la 20 °C este de 0,2490 V.

Metoda conductometrică de analiză.

Metoda conductometrică de analiză se bazează pe măsurarea conductivității electrice a soluțiilor, care se modifică ca urmare a reacțiilor chimice.

Conductivitatea electrică a unei soluții depinde de natura electrolitului, de temperatura acestuia și de concentrația solutului. Conductivitatea electrică a soluțiilor diluate se datorează mișcării cationilor și anionilor, care diferă în mobilitate diferită.

Odată cu creșterea temperaturii, conductivitatea electrică crește, pe măsură ce mobilitatea ionilor crește. La o anumită temperatură, conductivitatea electrică a unei soluții de electrolit depinde de concentrația acesteia: de regulă, cu cât concentrația este mai mare, cu atât conductivitatea electrică este mai mare! Prin urmare, conductivitatea electrică a unei soluții date servește ca indicator al concentrației unei substanțe dizolvate și este determinată de mobilitatea ionilor.

În cel mai simplu caz de cuantificare conductometrică, atunci când soluția conține un singur electrolit, este trasat un grafic în funcție de conductivitatea electrică a soluției de analit în funcție de concentrația acesteia. După ce s-a determinat conductivitatea electrică a soluției de testat, concentrația analitului se găsește din grafic.

Astfel, conductivitatea electrică a apei baritice se modifică direct proporțional cu conținutul de Ba(OH) 2 din soluție. Această dependență este exprimată grafic printr-o linie dreaptă. Pentru a determina conținutul de Ba(OH) 2 în apa baritică de concentrație necunoscută, este necesar să se determine conductivitatea electrică a acestuia și, folosind graficul de calibrare, să se afle concentrația de Ba(OH) 2 corespunzătoare acestei valori a conductibilității electrice. Dacă un volum măsurat de gaz care conține dioxid de carbon este trecut printr-o soluție de Ba (OH) 2, a cărei conductivitate electrică este cunoscută, atunci CO 2 reacționează cu Ba (OH) 2:

Ba (OH)2 + CO2 → BaC03 + H20

Ca urmare a acestei reacții, conținutul de Ba(OH) 2 din soluție va scădea, iar conductivitatea electrică a apei barite va scădea. Măsurând conductivitatea electrică a apei barite după ce aceasta a absorbit CO 2 , se poate determina cât de mult a scăzut concentrația de Ba(OH) 2 din soluție. Prin diferența de concentrații de Ba (OH) 2 din apa baritică, este ușor de calculat cantitatea de absorbită

Marea majoritate a informațiilor despre substanțe, proprietățile lor și transformările chimice au fost obținute prin experimente chimice sau fizico-chimice. Prin urmare, metoda principală folosită de chimiști ar trebui considerată un experiment chimic.

Tradițiile chimiei experimentale au evoluat de-a lungul secolelor. Pe vremea când nu exista chimie știință exactă, în antichitate și în Evul Mediu, oamenii de știință și artizanii au descoperit uneori accidental, iar alteori intenționat modalități de obținere și purificare a multor substanțe care erau folosite în activitatea economică: metale, acizi, alcalii, coloranți etc. Acumularea unor astfel de informații a fost alchimiştii foarte facilitat (vezi Alchimia).

Datorită acestui lucru, deja începutul XIXîn. chimiștii cunoșteau bine elementele de bază ale artei experimentale, în special metodele de purificare a tuturor tipurilor de lichide și solide, ceea ce le-a permis să facă multe descoperiri importante. Și totuși, știința în sensul modern al cuvântului, o știință exactă, chimia a început să devină abia în secolul al XIX-lea, când a fost descoperită legea raporturilor multiple și s-a dezvoltat teoria atomo-moleculară. Din acel moment, experimentul chimic a început să includă nu numai studiul transformărilor substanțelor și metodelor de izolare a acestora, ci și măsurarea diferitelor caracteristici cantitative.

Un experiment chimic modern include multe măsurători diferite. S-au schimbat și echipamentele pentru realizarea experimentelor și sticlăria chimică. Într-un laborator modern, nu veți găsi retorte de casă - acestea au fost înlocuite cu echipamente standard din sticlă produse de industrie și adaptate special pentru efectuarea unei anumite proceduri chimice. Au devenit și metodele de lucru standard, care în vremea noastră nu mai trebuie reinventate de fiecare chimist. Descrierea celor mai bune dintre ele, dovedită de mulți ani de experiență, poate fi găsită în manuale și manuale.

Metodele de studiu a materiei au devenit nu numai mai universale, ci și mult mai diverse. Un rol tot mai mare în activitatea unui chimist îl joacă metodele de cercetare fizică și fizico-chimică menite să izola și să purifice compușii, precum și să stabilească compoziția și structura acestora.

Tehnica clasică de purificare a substanțelor era extrem de intensivă în muncă. Există cazuri în care chimiștii au petrecut ani de muncă pentru izolarea unui compus individual dintr-un amestec. Astfel, sărurile elementelor pământurilor rare au putut fi izolate în formă pură numai după mii de cristalizări fracționate. Dar chiar și după aceea, puritatea substanței nu a putut fi întotdeauna garantată.

Rafinamentul tehnologiei a atins un nivel atât de înalt încât a devenit posibil să se determine cu exactitate viteza reacțiilor chiar „instantanee”, așa cum se credea anterior, de exemplu, formarea de molecule de apă din cationii de hidrogen H + și anionii OH - . Cu o concentrație inițială a ambilor ioni egală cu 1 mol/l, timpul acestei reacții este de câteva sute de miliarde de secundă.

Metodele de cercetare fizico-chimică sunt, de asemenea, special adaptate pentru detectarea particulelor intermediare de scurtă durată formate în cursul reacțiilor chimice. Pentru a face acest lucru, dispozitivele sunt echipate fie cu dispozitive de înregistrare de mare viteză, fie cu atașamente care asigură funcționarea la temperaturi foarte scăzute. Astfel de metode captează cu succes spectrele particulelor a căror durată de viață în condiții normale este măsurată în miimi de secundă, cum ar fi radicalii liberi.

Pe lângă metodele experimentale, calculele sunt utilizate pe scară largă în chimia modernă. Astfel, calculul termodinamic al unui amestec de substanțe care reacționează face posibilă prezicerea cu precizie a compoziției sale de echilibru (vezi Fig.

Analiza unei substanțe poate fi efectuată pentru a stabili compoziția ei calitativă sau cantitativă. În consecință, se face o distincție între analiza calitativă și cea cantitativă.

Analiza calitativă vă permite să stabiliți din ce elemente chimice constă substanța analizată și ce ioni, grupuri de atomi sau molecule sunt incluși în compoziția sa. Atunci când se studiază compoziția unei substanțe necunoscute, o analiză calitativă precedă întotdeauna una cantitativă, deoarece alegerea metodei pentru determinarea cantitativă a părților constitutive ale substanței analizate depinde de datele obținute în timpul analizei calitative ale acesteia.

Analiza chimică calitativă se bazează în principal pe transformarea analitului într-un compus nou cu proprietăți caracteristice: o culoare determinată de condiție fizică, structură cristalină sau amorfă, miros specific etc. Transformarea chimică care are loc în acest caz se numește reacție analitică calitativă, iar substanțele care provoacă această transformare se numesc reactivi (reactivi).

Atunci când se analizează un amestec de mai multe substanțe cu proprietăți chimice similare, acestea sunt mai întâi separate și abia apoi se efectuează reacții caracteristice pentru substanțe (sau ioni) individuale, prin urmare, analiza calitativă acoperă nu numai reacțiile individuale pentru detectarea ionilor, ci și metodele pentru detectarea ionilor. separare.

Analiza cantitativă vă permite să stabiliți raportul cantitativ al părților unui anumit compus sau amestec de substanțe. Spre deosebire de analiza calitativă, analiza cantitativă face posibilă determinarea conținutului de componente individuale ale analitului sau a conținutului total al analitului din produsul testat.

Metodele de analiză calitativă și cantitativă, care permit determinarea conținutului elementelor individuale din substanța analizată, se numesc elemente de analiză; grupuri functionale - analiza functionala; individual compuși chimici, caracterizat printr-o anumită greutate moleculară - analiză moleculară.

Un set de diferite metode chimice, fizice și fizico-chimice pentru separarea și determinarea componentelor structurale (de fază) individuale ale sistemelor eterogene care diferă în proprietăți și structura fizicași delimitate unul de celălalt prin interfețe, se numește analiză de fază.

Metode de analiză calitativă

Analiza calitativă utilizează proprietățile chimice sau fizice caracteristice ale substanței pentru a stabili compoziția substanței investigate. Nu este absolut necesară izolarea elementelor descoperite în forma lor pură pentru a detecta prezența lor în substanța analizată. Cu toate acestea, izolarea metalelor, nemetalelor și a compușilor lor în formă pură este uneori folosită în analiza calitativă pentru identificarea lor, deși acest mod de analiză este foarte dificil. Pentru detectarea elementelor individuale, se folosesc metode de analiză mai simple și mai convenabile, bazate pe reacții chimice caracteristice ionilor acestor elemente și care au loc în condiții strict definite.

Un semn analitic al prezenței elementului dorit în compusul analizat este evoluția unui gaz care are un miros specific; în celălalt - precipitația, caracterizată printr-o anumită culoare.

Reacții între solide și gaze. Reacțiile analitice pot avea loc nu numai în soluții, ci și între substanțe solide și gazoase.

Un exemplu de reacție între solide este reacția de eliberare a mercurului metalic atunci când sărurile uscate ale acestuia sunt încălzite cu carbonat de sodiu. Formarea fumului alb din interacțiunea amoniacului gazos cu clorura de hidrogen poate servi ca exemplu de reacție analitică care implică substanțe gazoase.

Reacțiile utilizate în analiza calitativă pot fi împărțite în următoarele grupe.

1. Reacții de precipitare însoțite de formarea precipitatelor diverse culori. De exemplu:

CaC2O4 - alb

Fe43 - albastru,

CuS - maro - galben

HgI2 - roșu

MnS - carne - roz

PbI2 - auriu

Precipitatele rezultate pot diferi într-o anumită structură cristalină, solubilitate în acizi, alcalii, amoniac etc.

2. Reacții însoțite de formarea de gaze cu miros cunoscut, solubilitate etc.

3. Reacții însoțite de formarea de electroliți slabi. Printre astfel de reacții, care au ca rezultat formarea: CH3COOH, H2F2, NH4OH, HgCl2, Hg(CN)2, Fe(SCN)3 etc. Reacțiile de același tip pot fi considerate reacții de interacțiune acido-bazică, însoțite de formarea de molecule de apă neutre, reacții de formare a gazelor și precipitatelor care sunt slab solubile în apă și reacții complexe de formare.

4. Reacții de interacțiune acido-bazică, însoțite de tranziția protonilor.

5. Reacții de complexare însoțite de adăugarea diverselor legende - ioni și molecule - la atomii agentului de complexare.

6. Reacții de complexare asociate cu interacțiunea acido-bazică

7. Reacții de oxidare – reduceri, însoțite de tranziția electronilor.

8. Reacții de oxidare – reduceri asociate cu interacțiunea acid – bază.

9. Reacții de oxidare-reducere asociate formării complexelor.

10. Reacții de oxidare – reduceri, însoțite de formarea precipitațiilor.

11. Reacții de schimb ionic care au loc pe schimbătoarele de cationi sau schimbătoarele de anioni.

12. Reacții catalitice utilizate în metodele cinetice de analiză

Analiză umedă și uscată

Reacțiile utilizate în analiza chimică calitativă se desfășoară cel mai adesea în soluții. Analitul este mai întâi dizolvat și apoi soluția rezultată este tratată cu reactivi corespunzători.

Pentru dizolvarea analitului se folosește apă distilată, acizi acetic și minerali, aqua regia, amoniac apos, solvenți organici etc. Puritatea solvenților utilizați este o condiție importantă pentru obținerea unor rezultate corecte.

Substanța transferată în soluție este supusă unei analize chimice sistematice. O analiză sistematică constă dintr-o serie de teste preliminare și reacții efectuate succesiv.

Analiza chimică a substanțelor de testat în soluții se numește analiză umedă.

În unele cazuri, substanțele sunt analizate uscate, fără a le transfera în soluție. Cel mai adesea, o astfel de analiză se reduce la testarea capacității unei substanțe de a colora o flacără incoloră a unui arzător într-o culoare caracteristică sau de a conferi o anumită culoare unei topituri (așa-numita perlă) obținută prin încălzirea unei substanțe cu tetraborat de sodiu ( borax) sau fosfat de sodiu („sare de fosfor”) într-un fir de platină.

Metoda chimică și fizică de analiză calitativă.

Metode chimice de analiză. Metodele de determinare a compoziției substanțelor pe baza utilizării proprietăților lor chimice se numesc metode chimice de analiză.

Metodele chimice de analiză sunt utilizate pe scară largă în practică. Cu toate acestea, au o serie de dezavantaje. Deci, pentru a determina compoziția unei substanțe date, uneori este necesar să se separe mai întâi componenta care urmează să fie determinată de impuritățile străine și să o izolăm în forma sa pură. Izolarea substanțelor în formă pură este adesea o sarcină foarte dificilă și uneori imposibilă. În plus, pentru a determina cantități mici de impurități (mai puțin de 10-4%) conținute în analit, este uneori necesară prelevarea de mostre mari.

Metode fizice de analiză. Prezența unuia sau celuilalt element chimic poate fi detectat în probă fără a recurge la reacții chimice, bazate direct pe studiul proprietăților fizice ale substanței studiate, de exemplu, colorarea unei flăcări incolore a unui arzător în culori caracteristice compuși volatili unele elemente chimice.

Metodele de analiză, prin care se poate determina compoziția substanței studiate, fără a recurge la utilizarea reacțiilor chimice, se numesc metode fizice de analiză. Metodele fizice de analiză includ metode bazate pe studiul proprietăților optice, electrice, magnetice, termice și alte proprietăți fizice ale substanțelor analizate.

Printre cele mai utilizate metode fizice de analiză se numără următoarele.

Analiza calitativă spectrală. Analiza spectrală se bazează pe observarea spectrelor de emisie (spectre de emisie sau radiații) ale elementelor care alcătuiesc analitul.

Analiză calitativă luminiscentă (fluorescentă). Analiza luminescentă se bazează pe observarea luminiscenței (emisiei de lumină) analiților cauzată de acțiunea razelor ultraviolete. Metoda este utilizată pentru a analiza compuși organici naturali, minerale, medicamente, o serie de elemente etc.

Pentru a excita luminiscența, substanța de testat sau soluția sa este iradiată cu raze ultraviolete. În acest caz, atomii materiei, după ce au absorbit o anumită cantitate de energie, trec într-o stare excitată. Această stare se caracterizează printr-o cantitate mai mare de energie decât starea normală a materiei. În timpul tranziției unei substanțe de la o stare excitată la una normală, luminiscența are loc din cauza excesului de energie.

Luminescența care scade foarte repede după încetarea iradierii se numește fluorescență.

Observând natura strălucirii luminiscente și măsurând intensitatea sau luminozitatea luminiscenței unui compus sau a soluțiilor sale, se poate judeca compoziția substanței studiate.

În unele cazuri, definițiile se bazează pe studiul fluorescenței rezultată din interacțiunea analitului cu anumiți reactivi. Sunt cunoscuți și indicatori fluorescenți, care sunt utilizați pentru a determina reacția mediului prin modificarea fluorescenței soluției. Indicatorii luminescenți sunt utilizați în studiul mediilor colorate.

Analiza difracției cu raze X. Cu ajutorul razelor X, este posibil să se stabilească dimensiunea atomilor (sau ionilor) și poziția relativă a acestora în moleculele probei studiate, adică este posibil să se determine structura rețea cristalină, compoziția substanței și uneori prezența impurităților în ea. Metoda nu necesită tratament chimic al substanței și al cantităților mari ale acesteia.

Analiza spectrometrică de masă. Metoda se bazează pe determinarea particulelor ionizate individuale deviate de un câmp electromagnetic într-o măsură mai mare sau mai mică, în funcție de raportul dintre masa lor și sarcină (pentru mai multe detalii, vezi Cartea 2).

Metodele fizice de analiză, având o serie de avantaje față de cele chimice, permit în unele cazuri rezolvarea unor probleme care nu pot fi rezolvate prin metode de analiză chimică; folosind metode fizice, este posibilă separarea elementelor greu de separat prin metode chimice, precum și efectuarea înregistrării continue și automate a citirilor. Foarte des, metodele fizice de analiză sunt utilizate împreună cu cele chimice, ceea ce face posibilă utilizarea avantajelor ambelor metode. Combinația de metode este de o importanță deosebită atunci când se determină cantități neglijabile (urme) de impurități din obiectele analizate.

Metode macro, semi-micro și micro

Analiza cantităților mari și mici de substanță de testat. Pe vremuri, chimiștii foloseau cantități mari de substanță pentru a fi analizată. Pentru a determina compoziția unei substanțe, au fost prelevate mostre de câteva zeci de grame și dizolvate într-un volum mare de lichid. Acest lucru a necesitat și articole din sticlă chimică de capacitate adecvată.

În prezent, chimiștii se descurcă în practica analitică cu cantități mici de substanțe. În funcție de cantitatea de analit, de volumul de soluții utilizate pentru analiză și, în principal, de tehnica utilizată pentru efectuarea experimentului, metodele de analiză sunt împărțite în macro-, semi-micro- și micro-metode.

La efectuarea unei macroanalize, se iau câțiva mililitri dintr-o soluție care conține cel puțin 0,1 g de substanță pentru a efectua reacția și se adaugă cel puțin 1 ml din soluția de reactiv în soluția de testat. Reacțiile se desfășoară în eprubete. In timpul precipitarii se obtin precipitate voluminoase care se separa prin filtrare prin pâlnii cu filtre de hârtie.

Analiza picăturii

Tehnica de realizare a reacțiilor în analiza picăturilor. Așa-numita analiză a picăturilor, introdusă în practica analitică de N. A. Tananaev, a căpătat o mare importanță în chimia analitică.

Când utilizați această metodă mare importanță au fenomenele de capilaritate și adsorbție, cu ajutorul cărora este posibilă deschiderea și separarea diferiților ioni în prezența lor articulară. În analiza picăturilor, reacțiile individuale sunt efectuate pe plăci de porțelan sau de sticlă sau pe hârtie de filtru. În acest caz, pe placa sau hârtie se aplică o picătură de soluție de testare și o picătură de reactiv care provoacă o colorare caracteristică sau formarea de cristale.

La efectuarea reacției pe hârtie de filtru se folosesc proprietățile de adsorbție capilară ale hârtiei. Lichidul este absorbit de hârtie, iar compusul colorat rezultat este adsorbit pe o zonă mică a hârtiei, crescând astfel sensibilitatea reacției.

Analiza microcristaloscopică

Metoda de analiză microcristaloscopică se bazează pe detectarea cationilor și anionilor prin intermediul unei reacții, în urma căreia se formează compuși care au o formă caracteristică de cristal.

Anterior, această metodă a fost utilizată în analiza microchimică calitativă. În prezent, este folosit și în analiza de picurare.

Pentru a examina cristalele rezultate în analiza microcristaloscopică, se folosește un microscop.

cristale formă caracteristică sunt utilizate atunci când se lucrează cu substanțe pure prin introducerea unei picături de soluție sau a unui cristal de reactiv într-o picătură de substanță de testat plasată pe o lamă de sticlă. După un timp, apar cristale clar distinse de o anumită formă și culoare.

Metoda de măcinare a pulberii

Pentru a detecta unele elemente, se folosește uneori metoda de măcinare a unui analit sub formă de pulbere cu un reactiv solid într-o placă de porțelan. Elementul de descoperit este detectat prin formarea de compuși caracteristici care diferă ca culoare sau miros.

Metode de analiză bazate pe încălzirea și fuziunea unei substanțe

analiză pirochimică. Pentru analiza substanțelor se folosesc și metode bazate pe încălzirea solidului testat sau fuziunea acestuia cu reactivi corespunzători. Unele substanțe, la încălzire, se topesc la o anumită temperatură, altele sublime, iar pe pereții reci ai aparatului apar precipitații caracteristice fiecărei substanțe; unii compuși, atunci când sunt încălziți, se descompun cu eliberarea de produse gazoase etc.

Când analitul este încălzit într-un amestec cu reactivii corespunzători, au loc reacții, însoțite de o schimbare a culorii, eliberarea de produse gazoase și formarea de metale.

Analiza calitativă spectrală

Pe lângă metoda descrisă mai sus pentru observarea cu ochiul liber a colorării unei flăcări incolore atunci când în ea este introdusă o sârmă de platină cu un analit, în prezent sunt utilizate pe scară largă alte metode pentru studierea luminii emise de vapori sau gaze incandescente. Aceste metode se bazează pe utilizarea unor dispozitive optice speciale, a căror descriere este dată în cursul de fizică. În astfel de dispozitive spectrale are loc descompunerea într-un spectru de lumină cu lungimi de undă diferite, emisă de o probă dintr-o substanță încălzită într-o flacără.

În funcție de metoda de observare a spectrului, instrumentele spectrale se numesc spectroscoape, care sunt folosite pentru a observa vizual spectrul, sau spectrografe, în care sunt fotografiate spectre.

Metoda analizei cromatografice

Metoda se bazează pe absorbția selectivă (adsorbția) a componentelor individuale ale amestecului analizat de către diverși adsorbanți. Adsorbanții se numesc corpuri solide pe suprafaţa căreia se absoarbe substanţa adsorbită.

Esența metodei cromatografice de analiză este pe scurt următoarea. O soluție dintr-un amestec de substanțe de separat este trecută printr-un tub de sticlă (coloană de adsorbție) umplut cu un adsorbant.

Metode cinetice de analiză

Metodele de analiză bazate pe măsurarea vitezei de reacție și utilizarea mărimii acesteia pentru a determina concentrația sunt combinate sub denumirea generală de metode cinetice de analiză (K. B. Yatsimirsky).

Detectarea calitativă a cationilor și anionilor prin metode cinetice se realizează destul de rapid și relativ simplu, fără utilizarea instrumentelor complexe.

1. Eșantionare:

O probă de laborator constă din 10-50 g de material, care este prelevat astfel încât compoziția sa medie să corespundă compoziției medii a întregului lot de analit.

2. Descompunerea probei și transferul acesteia în soluție;

3. Efectuarea unei reacții chimice:

X este componenta de determinat;

P este produsul de reacție;

R este un reactiv.

4. Măsurarea oricărui parametru fizic al produsului de reacție, reactiv sau analit.

Clasificarea metodelor chimice de analiză

eu Prin componente de reacție

1. Se măsoară cantitatea de produs de reacție P format (metoda gravimetrică). Creați condiții în care analitul este complet transformat într-un produs de reacție; în plus, este necesar ca reactivul R să nu dea produse minore de reacție cu substanțe străine, ale căror proprietăți fizice ar fi similare cu proprietățile fizice ale produsului.

2. Pe baza măsurării cantității de reactiv consumată în reacția cu analitul X:

– actiunea dintre X si R trebuie sa fie stoichiometrica;

- reacția trebuie să decurgă rapid;

– reactivul nu trebuie să reacţioneze cu substanţe străine;

– este nevoie de o modalitate de stabilire a punctului de echivalență, i.e. momentul titrarii când reactivul este adăugat într-o cantitate echivalentă (indicator, schimbare de culoare, o-in capacitate, conductivitate electrică).

3. Înregistrează modificările care apar cu analitul X însuși în procesul de interacțiune cu reactivul R (analiza gazelor).

II Tipuri de reacții chimice

1. Acido-bazic.

2. Formarea compușilor complecși.

Reacții acido-bazice: folosit în principal pentru determinarea cantitativă directă a puternică şi acizi slabişi baze şi sărurile lor.

Reacții pentru formarea compușilor complecși: substanțele determinate sunt transformate în ioni și compuși complecși prin acțiunea reactivilor.

Următoarele metode de separare și determinare se bazează pe reacții complexe de formare:

1) Separarea prin precipitare;

2) Metoda de extracție (compușii complecși insolubili în apă se dizolvă adesea bine în solvenți organici - benzen, cloroform - procesul de transfer al compușilor complecși din fazele apoase în cele dispersate se numește extracție);

3) Fotometric (Co cu sare de azot) - se măsoară densitatea optimă a soluțiilor de compuși complecși;

4) Metoda analizei titrimetrice

5) Metoda gravimetrică de analiză.

1) metoda de cimentare - reducerea ionilor metalici de Me în soluție;

2) electroliza cu catod de mercur - în timpul electrolizei unei soluții cu catod de mercur, ionii multor elemente sunt reduse soc electric la Mine, care se dizolvă în mercur, formând un amalgam. Ionii celuilalt Eu rămân în soluție;

3) metoda de identificare;

4) metode titrimetrice;

5) electrogravimetric - un el este trecut prin soluția de testat. un curent de o anumită tensiune, în timp ce ionii Me sunt readuceți la starea Me, cel eliberat este cântărit;

6) metoda coulometrică - cantitatea de substanță este determinată de cantitatea de energie electrică care trebuie cheltuită pentru transformarea electrochimică a substanței analizate. Reactivii de analiză se găsesc conform legii lui Faraday:

M este cantitatea elementului care se determină;

F este numărul Faraday (98500 C);

A este masa atomică a elementului;

n este numărul de electroni implicați în transformarea electrochimică a unui element dat;

Q este cantitatea de electricitate (Q = I ∙ τ).

7) metoda catalitică de analiză;

8) polarografice;

III Clasificarea metodelor de separare pe baza utilizării diferitelor tipuri de transformări de fază:

Sunt cunoscute următoarele tipuri de echilibre între faze:

Echilibrul L-G sau T-G este utilizat în analiză atunci când substanțele sunt eliberate în faza gazoasă (CO 2 , H 2 O etc.).

Echilibrul W 1 - W 2 se observă în metoda de extracție și în electroliză cu catod de mercur.

Zh-T este tipic pentru procesele de depunere și procesele de precipitare pe suprafața fazei solide.

Metodele de analiză includ:

1. gravimetric;

2. titrimetric;

3 optice;

4. electrochimic;

5. catalitic.

Metodele de separare includ:

1. precipitatii;

2. extracție;

3. cromatografia;

4. schimb de ioni.

Metodele de concentrare includ:

1. precipitatii;

2. extracție;

3. chituire;

4. decapare.

Metode fizice de analiză

O trăsătură caracteristică este că măsoară în mod direct orice parametri fizici ai sistemului asociați cu cantitatea de element determinată fără reacție chimică prealabilă.

Metodele fizice includ trei grupuri principale de metode:

I Metode bazate pe interacțiunea radiației cu o substanță sau pe măsurarea radiației unei substanțe.

II Metode bazate pe măsurarea parametrilor el. sau proprietățile magnetice ale materiei.

IIIMetode bazate pe măsurarea densității sau a altor parametri ai proprietăților mecanice sau moleculare ale substanțelor.

Metode bazate pe tranziția energetică a electronilor de valență exteriori ai atomilor: includ metode de analiză de emisie atomică și absorbție atomică.

Analiza emisiilor atomice:

1) Fotometria flacara - solutia analizata este pulverizata in flacara unui arzator cu gaz. Sub influența temperaturii ridicate, atomii intră într-o stare excitată. Electronii de valență exteriori se deplasează la niveluri de energie mai înalte. Tranziția inversă a electronilor la nivelul de energie principal este însoțită de radiație, a cărei lungime de undă depinde de atomii ai cărui element se aflau în flacără. Intensitatea radiației în anumite condiții este proporțională cu numărul de atomi ai elementului din flacără, iar lungimea de undă a radiației caracterizează compoziția calitativă a probei.

2) Metoda de analiză prin emisie - spectrală. Proba este introdusă în flacăra unui arc sau a unei scântei condensate, la temperatură ridicată atomii trec într-o stare excitată, în timp ce electronii trec nu numai la nivelul cel mai apropiat de principal, ci și la niveluri de energie mai îndepărtate.

Radiația este un amestec complex de vibrații luminoase de diferite lungimi de undă. Spectrul de emisie este descompus în părțile principale ale specialului. instrumente, spectrometre și fotografiere. Compararea poziției intensității liniilor individuale ale spectrului cu liniile standardului corespunzător vă permite să determinați analiza calitativă și cantitativă a probei.

Metode de analiză prin absorbție atomică:

Metoda se bazează pe măsurarea absorbției luminii cu o anumită lungime de undă de către atomii neexcitați ai elementului determinat. O sursă specială de radiație produce radiații rezonante, de exemplu. radiația corespunzătoare tranziției unui electron la cel mai mic orbital cu cea mai mică energie, de la orbitalul cel mai apropiat de acesta cu mai mult nivel inalt energie. Scăderea intensității luminii atunci când trece prin flacără din cauza transferului electronilor atomilor elementului care se determină într-o stare excitată este proporțională cu numărul de atomi neexcitați din acesta. În absorbția atomică se folosesc amestecuri combustibile cu temperaturi de până la 3100 ° C, ceea ce crește numărul de elemente de determinat, în comparație cu fotometria cu flacără.

Fluorescente cu raze X și emisie de raze X

Fluorescent cu raze X: proba este expusă radiații cu raze X. electroni superiori. Orbitii cei mai apropiați de nucleul atomului sunt scoși din atomi. Locul lor este luat de electronii de pe orbiti mai îndepărtați. Tranziția acestor electroni este însoțită de apariția radiațiilor secundare de raze X, a căror lungime de undă este legată funcțional de numar atomic element. Lungimea de undă - compoziția calitativă a probei; intensitate - compoziția cantitativă a probei.

Metode bazate pe reactii nucleare - radioactive. Materialul este expus la radiații neutronice, au loc reacții nucleare și se formează izotopi radioactivi ai elementelor. Apoi, proba este transferată într-o soluție și elementele sunt separate prin metode chimice. După aceea, se măsoară intensitatea radiației radioactive a fiecărui element al probei, iar proba de referință este analizată în paralel. Se compară intensitatea radiațiilor radioactive ale fracțiilor individuale ale probei de referință și ale materialului analizat și se trag concluzii cu privire la conținutul cantitativ al elementelor. Limita de detectare 10 -8 - 10 -10%.

1. Conductometrică – bazată pe măsurarea conductibilității electrice a soluțiilor sau gazelor.

2. Potențiometric - există o metodă de titrare directă și potențiometrică.

3. Termoelectric - bazat pe apariția forței termoelectromotoare, care a apărut la încălzirea locului de contact al oțelului etc. Me.

4. Spectrul de masă - aplicat cu ajutorul elementelor puternice și a câmpurilor magnetice, are loc separarea amestecuri de gazeîn componente în funcție de atomii sau greutățile moleculare ale componentelor. Este utilizat în studiul unui amestec de izotopi. gaze inerte, amestecuri de substanțe organice.

Densitometrie – bazată pe măsurarea densității (determinarea concentrației de substanțe în soluții). Pentru determinarea compoziției se măsoară vâscozitatea, tensiunea superficială, viteza sunetului, conductivitatea electrică etc.

Pentru a determina puritatea substanțelor, se măsoară punctul de fierbere sau punctul de topire.

Predicția și calculul proprietăților fizice și chimice

Fundamente teoretice pentru prezicerea proprietăților fizico-chimice ale substanțelor

Calcul estimativ estimativ

Predicția implică o evaluare a proprietăților fizico-chimice pe baza unui număr minim de date inițiale ușor disponibile și poate presupune, de asemenea, absența completă a informațiilor experimentale despre proprietățile substanței studiate (predicția „absolută” se bazează numai pe informații despre formula stoichiometrică a compusul).