Existuje mnoho druhov analýz. Môžu byť klasifikované podľa rôznych kritérií:

- podľa povahy prijatých informácií. Rozlišovať kvalitatívna analýza(v tomto prípade zistia, z čoho sa táto látka skladá, ktoré zložky sú zahrnuté v jej zložení) a kvantitatívna analýza(určiť obsah určitých zložiek napr. v % hmotnosti, alebo pomer rôznych zložiek). Hranica medzi kvalitatívnou a kvantitatívnou analýzou je veľmi podmienená, najmä pri štúdiu mikronečistôt. Ak teda v priebehu kvalitatívnej analýzy nebola zistená určitá zložka, potom je potrebné uviesť, aké minimálne množstvo tejto zložky by sa dalo touto metódou detegovať. Možno negatívny výsledok kvalitatívnej analýzy nie je spôsobený absenciou komponentu, ale nedostatočnou citlivosťou použitej metódy! Na druhej strane sa kvantitatívna analýza vždy vykonáva s prihliadnutím na predtým zistené kvalitatívne zloženie skúmaného materiálu.

- klasifikácia podľa predmetov analýzy: technická, klinická, forenzný atď.

- klasifikácia podľa objektov definície.

Nepleťte si pojmy - analyzovať a určiť. Objekty definície pomenovať komponenty, ktorých obsah je potrebné zistiť alebo spoľahlivo zistiť. Vzhľadom na povahu stanovovanej zložky sa rozlišujú rôzne typy analýz (tabuľka 1.1).

Tabuľka 1-1. Klasifikácia typov analýzy (podľa objektov definície alebo detekcie)

Typ analýzy	Objekt definície (alebo detekcie)	Príklad	Oblasť použitia
Izotopický	Atómy s danými hodnotami jadrového náboja a hmotnostného čísla (izotopy)	137 Cs, 90 Sr, 235 U	Jadrová energia, kontrola znečistenia životného prostredia, medicína, archeológia atď.
elementárny	Atómy s danými hodnotami jadrového náboja (prvky)	Cs, Sr, U, Cr, Fe, Hg	Všade
Reálny	Atómy (ióny) prvku v danom oxidačnom stave alebo v zlúčeninách daného zloženia (tvar prvku)	Cr(III), Fe 2+, Hg v komplexných zlúčeninách	Chemická technológia, kontrola znečistenia životného prostredia, geológia, metalurgia atď.
Molekulárna	Molekuly s daným zložením a štruktúrou	Benzén, glukóza, etanol	Medicína, kontrola znečisťovania životného prostredia, agrochémia, chemická technológia, kriminalistika.
Štrukturálna skupina alebo funkčná	Súčet molekúl s danými štruktúrnymi charakteristikami a podobnými vlastnosťami (súčet izomérov a homológov)	Obmedzte uhľovodíky, monosacharidy, alkoholy	Chemická technológia, potravinárstvo, medicína.
fáza	Fáza alebo prvok v rámci danej fázy	Grafit v oceli, kremeň v žule	Hutníctvo, geológia, technológia stavebných materiálov.

Klasifikácia „podľa objektov definície“ je veľmi dôležitá, pretože pomáha pri výbere vhodným spôsobom analýza (analytická metóda). Áno, pre elementárna analýzačasto používané spektrálne metódy založené na registrácii žiarenia atómov na rôznych vlnových dĺžkach. Väčšina spektrálnych metód zahŕňa úplnú deštrukciu (atomizáciu) analytu. Ak je potrebné stanoviť povahu a kvantitatívny obsah rôznych molekúl, ktoré tvoria zloženie skúmanej organickej látky ( molekulárna analýza), potom jednou z najvhodnejších metód bude chromatografická, ktorá nezahŕňa deštrukciu molekúl.

Počas elementárna analýza identifikovať alebo kvantifikovať prvky bez ohľadu na stupeň ich oxidácie alebo na začlenenie určitých molekúl do zloženia. Úplné elementárne zloženie testovaného materiálu sa stanovuje v zriedkavých prípadoch. Zvyčajne stačí určiť niektoré prvky, ktoré výrazne ovplyvňujú vlastnosti skúmaného objektu.

Reálny analýza sa začala vyčleňovať ako samostatná forma pomerne nedávno, skôr bola považovaná za súčasť elementárnej. Účelom materiálovej analýzy je oddelene určiť obsah rôznych foriem toho istého prvku. Napríklad chróm (III) a chróm (VI) v odpadová voda. V ropných produktoch sa „sulfátová síra“, „voľná síra“ a „sulfidová síra“ určujú samostatne. Skúmaním zloženia prírodných vôd zisťujú, aká časť ortuti existuje vo forme silných (nedisociujúcich) komplexných a elementárnych prvkov. Organické zlúčeniny, a ktoré - vo forme voľných iónov. Tieto úlohy sú náročnejšie ako úlohy elementárnej analýzy.

Molekulárna analýza obzvlášť dôležité pri štúdiu organickej hmoty a materiály biogénneho pôvodu. Príkladom môže byť stanovenie benzénu v benzíne alebo acetónu vo vydychovanom vzduchu. V takýchto prípadoch je potrebné brať do úvahy nielen zloženie, ale aj štruktúru molekúl. V študovanom materiáli skutočne môžu byť izoméry a homológy stanovenej zložky. Preto je často potrebné stanoviť obsah glukózy v prítomnosti mnohých jej izomérov a iných príbuzných zlúčenín, ako je sacharóza.

Pokiaľ ide o určenie celkového obsahu všetkých molekúl, ktoré majú niektoré spoločné štruktúrne znaky, rovnaké funkčné skupiny, a teda podobné chemické vlastnosti, použite termín štruktúrna skupina(alebo funkčný) analýza. Napríklad množstvo alkoholov (organických zlúčenín s OH skupinou) sa stanoví vykonaním reakcie spoločnej pre všetky alkoholy s kovovým sodíkom a potom meraním objemu uvoľneného vodíka. Suma nenasýtené uhľovodíky(majú dvojité alebo trojité väzby) sa určuje ich oxidáciou jódom. Celkový obsah rovnakého typu komponentov sa niekedy stanovuje aj v anorganickej analýze - napríklad celkový obsah prvkov vzácnych zemín.

Špecifickým typom analýzy je fázová analýza. Takže uhlík v liatinách a oceliach sa môže rozpúšťať v železe, môže vytvárať chemické zlúčeniny so železom (karbidy) alebo môže vytvárať samostatnú fázu (grafit). Fyzikálne vlastnosti produktu (pevnosť, tvrdosť atď.) závisia nielen od celkového obsahu uhlíka, ale aj od rozloženia uhlíka medzi týmito formami. Hutníkov preto zaujíma nielen celkový obsah uhlíka v liatine alebo oceli, ale aj prítomnosť oddelenej fázy grafitu (voľného uhlíka) v týchto materiáloch, ako aj kvantitatívny obsah tejto fázy.

Hlavným zameraním základného kurzu analytickej chémie je elementárna a molekulárna analýza. V iných typoch analýzy sa používajú veľmi špecifické metódy a program základný kurz analýzy izotopov, fáz a štruktúrnych skupín nie sú zahrnuté.

Klasifikácia podľa presnosti výsledkov, trvania a nákladov na analýzy. Zjednodušená, rýchla a lacná verzia analýzy je tzv expresná analýza. Na ich implementáciu často používajú testovacích metód. Každý (nie analytik) môže napríklad vyhodnotiť obsah dusičnanov v zelenine (cukor v moči, ťažké kovy v pitnej vode atď.) pomocou špeciálneho indikátorového papierika. Výsledok bude viditeľný okom, pretože obsah zložky sa určuje pomocou farebnej škály priloženej na papieri. Testovacie metódy nevyžadujú dodanie vzorky do laboratória, žiadne spracovanie testovaného materiálu; tieto metódy nepoužívajú drahé zariadenia a nevykonávajú výpočty. Dôležité je len to, aby výsledok nezávisel od prítomnosti iných zložiek v skúmanom materiáli, a preto je potrebné, aby reagencie, ktorými je papier impregnovaný pri jeho výrobe, boli špecifické. Je veľmi ťažké zabezpečiť špecifickosť testovacích metód a tento typ analýzy sa rozšíril iba v posledné roky XX storočia. Samozrejme, že testovacie metódy nemôžu poskytnúť vysokú presnosť analýzy, ale nie vždy sa to vyžaduje.

Priamy opak expresnej analýzy - arbitrážna analýza. Hlavnou požiadavkou na to je zabezpečiť čo najväčšiu presnosť výsledkov. Arbitrážne analýzy sa vykonávajú pomerne zriedkavo (napríklad pri riešení konfliktu medzi výrobcom a spotrebiteľom priemyselných výrobkov). Na vykonanie takýchto analýz sú zapojení najkvalifikovanejší pracovníci, najspoľahlivejšie a opakovane overené metódy. Čas strávený vykonaním takejto analýzy, ako aj jej cena, nemajú zásadný význam.

Medzičlánok medzi expresnou a arbitrážnou analýzou – z hľadiska presnosti, trvania, nákladovosti a iných ukazovateľov – zaujíma tzv. rutinné testy. Hlavná časť analýz vykonávaných v závode a iných kontrolných a analytických laboratóriách je tohto typu.

Existujú aj iné spôsoby klasifikácie, iné typy analýzy. Napríklad vezmite do úvahy hmotnosť študovaného materiálu, ktorý sa priamo používa v priebehu analýzy. V rámci zodpovedajúcej klasifikácie existujú makroanalýza(kilogramy, litre), semimikroanalýza(zlomky gramu, mililitre) a mikroanalýza. V druhom prípade sa používajú hmotnosti rádovo miligramov alebo menej, objemy roztokov sa merajú v mikrolitroch a výsledok reakcie sa niekedy musí pozorovať pod mikroskopom. Mikroanalýza sa v analytických laboratóriách používa zriedka.

1.3. Analytické metódy

Pojem „metóda analýzy“ je pre analytickú chémiu najdôležitejší. Tento výraz sa používa, keď chcú odhaliť podstatu tej či onej analýzy, jej hlavný princíp. Metóda analýzy je pomerne univerzálny a teoreticky opodstatnený spôsob vykonávania analýzy bez ohľadu na to, ktorá zložka je určená a čo presne sa analyzuje. Existujú tri hlavné skupiny metód (obr. 1-1). Niektoré z nich sú zamerané predovšetkým na oddelenie zložiek skúmanej zmesi (následná analýza bez tejto operácie sa ukazuje ako nepresná alebo dokonca nemožná). V priebehu separácie sa zvyčajne vyskytuje aj koncentrácia zložiek, ktoré sa majú stanoviť (pozri kapitolu 8). Príkladom môžu byť metódy extrakcie alebo metódy iónovej výmeny. Pri kvalitatívnej analýze sa používajú iné metódy, ktoré slúžia na spoľahlivú identifikáciu (identifikáciu) pre nás zaujímavých komponentov. Tretie, najpočetnejšie, sú určené na kvantitatívne stanovenie zložiek. Príslušné skupiny sú tzv metódy separácie a koncentrácie, metódy identifikácie a metódy stanovenia. Metódy prvých dvoch skupín, spravidla , hrať podpornú úlohu; o nich sa bude diskutovať neskôr. Najdôležitejšie pre prax sú metódy stanovenia.

Okrem troch hlavných skupín existujú Hybrid metódy. Obrázok 1.1 tieto metódy nezobrazuje. V hybridných metódach sa separácia, identifikácia a stanovenie zložiek organicky kombinujú v jednom prístroji (alebo v jednej sade prístrojov). Najdôležitejšou z týchto metód je chromatografická analýza. V špeciálnom zariadení (chromatografe) sú zložky testovanej vzorky (zmesi) oddelené, pretože sa pohybujú rôznymi rýchlosťami cez kolónu naplnenú práškom pevný(sorbent). Podľa času uvoľnenia zložky z kolóny sa posudzuje jej povaha a tým sa identifikujú všetky zložky vzorky. Komponenty opúšťajúce kolónu zasa spadajú do inej časti zariadenia, kde špeciálne zariadenie - detektor - meria a zaznamenáva signály všetkých komponentov. Často sa okamžite vykoná automatický výpočet obsahu všetkých komponentov. Je zrejmé, že chromatografickú analýzu nemožno považovať len za metódu separácie zložiek, alebo len za metódu kvantitatívneho stanovenia, je to práve hybridná metóda.

Každá metóda stanovenia kombinuje mnoho špecifických metód, v ktorých sa meria rovnaká fyzikálna veličina. Napríklad na vykonanie kvantitatívnej analýzy je možné zmerať potenciál elektródy ponorenej do testovacieho roztoku a potom pomocou zistenej hodnoty potenciálu vypočítať obsah určitej zložky roztoku. Všetky metódy, kde hlavnou operáciou je meranie potenciálu elektródy, sa považujú za špeciálne prípady. potenciometrická metóda. Pri pripisovaní metodiky jednému alebo druhému analytická metóda nezáleží na tom, aký objekt sa študuje, aké látky sa určujú a s akou presnosťou, aké zariadenie sa používa a ako sa vykonávajú výpočty - je to dôležité čo meriame. Fyzikálna veličina meraná počas analýzy, ktorá závisí od koncentrácie analytu, sa zvyčajne nazýva analytický signál.

Podobným spôsobom je možné určiť metódu spektrálna analýza. V tomto prípade je hlavnou operáciou meranie intenzity svetla vyžarovaného vzorkou pri určitej vlnovej dĺžke. Metóda titračná (objemová) analýza je založená na meraní objemu roztoku vynaloženého na chemickú reakciu so stanovenou zložkou vzorky. Slovo „metóda“ sa často vynecháva, jednoducho sa hovorí „potenciometria“, „spektrálna analýza“, „titrimetria“ atď. AT refraktometrická analýza signálom je index lomu testovaného roztoku, v spektrofotometria- absorpcia svetla (pri určitej vlnovej dĺžke). V zozname metód a ich zodpovedajúcich analytických signálov možno pokračovať, celkovo je známych niekoľko desiatok nezávislých metód.

Každá metóda stanovenia má svoj teoretický základ a je spojená s použitím špecifického zariadenia. Oblasti použitia rôznych metód sa výrazne líšia. Niektoré metódy sa používajú hlavne na analýzu ropných produktov, iné - na analýzu liečiv, iné - na štúdium kovov a zliatin atď. Podobne možno rozlíšiť metódy elementárnej analýzy, metódy izotopovej analýzy atď. Existujú tiež univerzálne metódy používané pri analýze širokej škály materiálov a vhodné na určenie najrozmanitejších zložiek v nich. Napríklad spektrofotometrická metóda sa môže použiť na analýzu prvkov, molekúl a štruktúrnych skupín.

Presnosť, citlivosť a ďalšie charakteristiky jednotlivých metód súvisiace s rovnakou analytickou metódou sa líšia, ale nie natoľko ako charakteristiky rôznych metód. Akýkoľvek analytický problém možno vždy vyriešiť niekoľkými rôznymi metódami (napríklad chróm v legovanej oceli možno určiť spektrálnou metódou, titrimetricky a potenciometricky). Analytik si vyberá metódu, pričom berie do úvahy známe schopnosti každej z nich a špecifické požiadavky túto analýzu. Nie je možné vybrať „najlepšie“ a „najhoršie“ metódy raz a navždy, všetko závisí od riešeného problému, od požiadaviek na výsledky analýzy. Gravimetrická analýza teda spravidla poskytuje presnejšie výsledky ako spektrálna analýza, vyžaduje si však veľa práce a času. Preto je gravimetrická analýza dobrá na arbitrážnu analýzu, ale nie je vhodná na expresnú analýzu.

Metódy stanovenia sú rozdelené do troch skupín: chemické, fyzikálne a fyzikálno-chemické. Fyzikálne a fyzikálno-chemické metódy sa často kombinujú pod spoločným názvom „inštrumentálne metódy“, pretože v oboch prípadoch sa používajú rovnaké nástroje. Vo všeobecnosti sú hranice medzi skupinami metód veľmi ľubovoľné.

Chemické metódy sú založené na chemickej reakcii medzi stanovenou zložkou a špeciálne pridaným činidlom. Reakcia prebieha podľa schémy:

V ďalšom texte symbol X označuje určovanú zložku (molekula, ión, atóm atď.), R je pridané činidlo, Y je súhrn reakčných produktov. Do skupiny chemických metód patria klasické (dlhodobo známe a preštudované) metódy stanovenia, predovšetkým gravimetria a titrimetria. Počet chemických metód je relatívne malý, všetky majú rovnaké teoretické základy (teória chemická rovnováha zákony chemickej kinetiky atď.). Ako analytický signál v chemických metódach sa zvyčajne meria hmotnosť alebo objem látky. Komplexné fyzikálne prístroje s výnimkou analytických váh a špeciálnych etalónov chemické zloženie sa nepoužívajú v chemických metódach. Tieto metódy majú veľa spoločného z hľadiska ich schopností. O nich sa bude diskutovať v kapitole 4.

Fyzikálne metódy nesúvisiace s chemickými reakciami a použitím činidiel. Ich hlavným princípom je porovnanie rovnakého typu analytických signálov zložky X v skúmanom materiáli a v určitej referencii (vzorka s presne známou koncentráciou X). Po vytvorení kalibračného grafu vopred (závislosť signálu od koncentrácie alebo hmotnosti X) a zmeraní hodnoty signálu pre vzorku študovaného materiálu sa vypočíta koncentrácia X v tomto materiáli. Existujú aj iné spôsoby výpočtu koncentrácií (pozri kapitolu 6). Fyzikálne metódy sú zvyčajne citlivejšie ako chemické, preto sa stanovenie mikronečistôt vykonáva najmä fyzikálnymi metódami. Tieto metódy sa dajú ľahko automatizovať a vyžadujú menej času na analýzu. Fyzikálne metódy si však vyžadujú špeciálne štandardy, pomerne zložité, drahé a vysoko špecializované zariadenia a navyše sú zvyčajne menej presné ako chemické.

Medziľahlé miesto medzi chemickými a fyzikálnymi metódami z hľadiska ich princípov a možností zaujímajú fyzikálne a chemické analytické metódy. V tomto prípade analytik vykoná chemickú reakciu, ale jej priebeh alebo výsledok nesleduje vizuálne, ale pomocou fyzikálnych nástrojov. Napríklad postupne pridáva do testovacieho roztoku ďalšie - so známou koncentráciou rozpusteného činidla a zároveň kontroluje potenciál elektródy ponorenej do titrovaného roztoku (potenciometrická titrácia), Analytik posudzuje dokončenie reakcie skokom v potenciáli, meria objem titrantu, ktorý sa naň spotrebuje, a vypočítava výsledok analýzy. Takéto metódy sú vo všeobecnosti také presné ako chemické metódy a takmer také citlivé ako fyzikálne metódy.

Inštrumentálne metódy sa často delia podľa iného, ​​jasnejšie vyjadreného znaku – charakteru meraného signálu. V tomto prípade sa rozlišujú podskupiny optických, elektrochemických, rezonančných, aktivačných a iných metód. Existuje tiež málo a zatiaľ málo rozvinutých metód biologické a biochemické metódy.

Plán prednášok:

1. všeobecné charakteristiky fyzikálne a chemické metódy

2. Všeobecné informácie o spektroskopických metódach analýzy.

3. Metóda fotometrickej analýzy: fotokolorimetria, kolorimetria, spektrofotometria.

4. Všeobecné informácie o nefelometrických, luminiscenčných, polarimetrických metódach analýzy.

5. Refraktometrické metódy analýzy.

6. Všeobecné informácie o hmotnostných spektrálnych, rádiometrických analýzach.

7. Elektrochemické metódy analýzy (potenciometria, konduktometria, coulometria, amperometria, polarografia).

8. Chromatografická metóda analýzy.

Podstata fyzikálno-chemických metód analýzy. Ich klasifikácia.

Fyzikálno-chemické metódy analýzy, podobne ako chemické metódy, sú založené na uskutočňovaní jednej alebo druhej chemickej reakcie. Vo fyzikálnych metódach chemické reakcie chýbajú alebo sú druhoradé, hoci pri spektrálnej analýze intenzita čiary vždy výrazne závisí od chemických reakcií v uhlíkovej elektróde alebo v plynovom plameni. Preto sú niekedy fyzikálne metódy zahrnuté do skupiny fyzikálno-chemických metód, pretože medzi fyzikálnymi a fyzikálno-chemickými metódami neexistuje dostatočne prísny jednoznačný rozdiel a zaradenie fyzikálnych metód do samostatnej skupiny nemá zásadný význam.

Chemické metódy analýzy neboli schopné uspokojiť rôznorodé požiadavky praxe, ktoré sa v dôsledku toho zvyšovali vedecko-technický pokrok, rozvoj polovodičového priemyslu, elektroniky a počítačov, široké využitie čistých a ultračistých látok v technike.

Využívanie fyzikálnych a chemických metód analýzy sa prejavuje v technochemickej kontrole výroby potravín, vo výskumných a výrobných laboratóriách. Tieto metódy sa vyznačujú vysokou citlivosťou a rýchlou analýzou. Sú založené na využití fyz chemické vlastnosti látok.

Pri vykonávaní analýz fyzikálno-chemickými metódami sa bod ekvivalencie (koniec reakcie) neurčuje vizuálne, ale pomocou prístrojov, ktoré zaznamenávajú zmenu fyzikálnych vlastností testovanej látky v bode ekvivalencie. Na tento účel sa zvyčajne používajú zariadenia s pomerne zložitými optickými alebo elektrickými obvodmi, preto sa tieto metódy nazývajú metódy. inštrumentálna analýza.

V mnohých prípadoch tieto metódy nevyžadujú na vykonanie analýzy chemickú reakciu, na rozdiel od chemických metód analýzy. Potrebné je len merať ukazovatele akýchkoľvek fyzikálnych vlastností analyzovanej látky: elektrická vodivosť, absorpcia svetla, lom svetla atď. Fyzikálno-chemické metódy umožňujú nepretržité sledovanie surovín, polotovarov a hotových výrobkov v priemysle.

Fyzikálno-chemické metódy analýzy sa začali používať neskôr ako chemické metódy analýzy, keď sa zistil a študoval vzťah medzi fyzikálnymi vlastnosťami látok a ich zložením.

Presnosť fyzikálno-chemických metód sa značne líši v závislosti od metódy. Najvyššiu presnosť (až 0,001%) má coulometria, založené na meraní množstva elektriny, ktoré sa spotrebuje na elektrochemickú oxidáciu alebo redukciu iónov alebo prvkov, ktoré sa stanovujú. Väčšina fyzikálno-chemických metód má chybu v rozmedzí 2-5 %, čo prevyšuje chybu chemických metód analýzy. Takéto porovnanie chýb však nie je úplne správne, pretože sa týka rôznych oblastí koncentrácie. Pri nízkom obsahu stanovovanej zložky (asi 10 -3 % alebo menej) sú klasické chemické metódy analýzy vo všeobecnosti nevhodné; pri vysokých koncentráciách fyzikálno-chemické metódy úspešne konkurujú chemickým. Medzi významné nedostatky väčšiny fyzikálno-chemických metód patrí povinná dostupnosť noriem a štandardných riešení.

Z fyzikálno-chemických metód sú najpraktickejšie aplikácie:

1. spektrálne a iné optické metódy (refraktometria, polarimetria);

2. elektrochemické metódy analýzy;

3. chromatografické metódy analýzy.

Okrem toho existujú ďalšie 2 skupiny fyzikálno-chemických metód:

1. rádiometrické metódy založené na meraní rádioaktívnej emisie daného prvku;

2. hmotnostné spektrometrické metódy analýzy založené na stanovení hmotností jednotlivých ionizovaných atómov, molekúl a radikálov.

Najrozsiahlejšia z hľadiska počtu metód a dôležitá z hľadiska praktickej hodnoty je skupina spektrálnych a iných optických metód. Tieto metódy sú založené na interakcii látok s elektromagnetickým žiarením. Existuje mnoho rôznych typov elektromagnetického žiarenia: röntgenové, ultrafialové, viditeľné, infračervené, mikrovlnné a rádiofrekvenčné. V závislosti od typu interakcie elektromagnetického žiarenia s hmotou optické metódy sú klasifikované nasledovne.

Na meraní účinkov polarizácie molekúl látky sú založené refraktometria, polarimetria.

Analyzované látky môžu absorbovať elektromagnetické žiarenie a na základe využitia tohto javu sa rozlišuje skupina absorpčné optické metódy.

Využíva sa absorpcia svetla atómami analytov analýza atómovej absorpcie. Schopnosť absorbovať svetlo molekulami a iónmi v ultrafialovej, viditeľnej a infračervenej oblasti spektra umožnila vytvoriť molekulová absorpčná analýza (kolorimetria, fotokolorimetria, spektrofotometria).

Absorpcia a rozptyl svetla suspendovanými časticami v roztoku (suspenzia) viedli k vzniku metód turbidimetrie a nefelometrie.

Metódy založené na meraní intenzity žiarenia vznikajúceho uvoľnením energie excitovanými molekulami a atómami analyzovanej látky sú tzv. emisných metód. Komu metódy molekulárnej emisie zahŕňajú luminiscenciu (fluorescenciu), do atómová emisia- emisná spektrálna analýza a plameňová fotometria.

Elektrochemické metódy analýzy sú založené na meraní elektrickej vodivosti ( konduktometria); potenciálny rozdiel ( potenciometria); množstvo elektriny prechádzajúcej cez roztok coulometria); závislosť prúdu od použitého potenciálu ( voltampérometria).

Do skupiny chromatografické metódy analýzy zahŕňa metódy plynovej a plyno-kvapalinovej chromatografie, distribúciu, tenkovrstvovú, adsorpčnú, iónovo-výmennú a iné typy chromatografie.

Spektroskopické metódy analýzy: všeobecné informácie

Pojem spektroskopickej metódy analýzy, jej odrody

Spektroskopické metódy analýzy- fyzikálne metódy založené na interakcii elektromagnetického žiarenia s hmotou. Interakcia vedie k rôznym energetickým prechodom, ktoré sú zaznamenávané inštrumentálne vo forme absorpcie žiarenia, odrazu a rozptylu elektromagnetického žiarenia.

Klasifikácia:

Emisná spektrálna analýza je založená na štúdiu emisných (radiačných) spektier alebo emisných spektier rôzne látky. Obmenou tejto analýzy je plameňová fotometria, založená na meraní intenzity atómového žiarenia vybudeného zahrievaním látky v plameni.

Absorpčná spektrálna analýza je založená na štúdiu absorpčných spektier analyzovaných látok. Ak je žiarenie absorbované atómami, potom sa absorpcia nazýva atómová a ak molekulami, potom sa nazýva molekulová. Existuje niekoľko typov absorpčnej spektrálnej analýzy:

1. Spektrofotometria - zohľadňuje absorpciu svetla s určitou vlnovou dĺžkou analyzovanou látkou, t.j. absorpcia monochromatického žiarenia.

2. Fotometria - založená na meraní absorpcie svetla analyzovanou látkou nie je striktne monochromatické žiarenie.

3. Kolorimetria je založená na meraní absorpcie svetla farebnými roztokmi vo viditeľnej časti spektra.

4. Nefelometria je založená na meraní intenzity svetla rozptýleného pevnými časticami suspendovanými v roztoku, t.j. svetlo rozptýlené suspenziou.

Luminiscenčná spektroskopia využíva žiaru skúmaného objektu, ku ktorej dochádza pri pôsobení ultrafialových lúčov.

Podľa toho, v ktorej časti spektra dochádza k absorpcii alebo emisii, sa spektroskopia rozlišuje v ultrafialovej, viditeľnej a infračervenej oblasti spektra.

Spektroskopia je citlivá metóda na určenie viac ako 60 prvkov. Používa sa na analýzu mnohých materiálov vrátane biologických médií, rastlinných materiálov, cementov, skla a prírodných vôd.

Fotometrické metódy analýzy

Fotometrické metódy analýzy sú založené na selektívnej absorpcii svetla analytom alebo jeho kombinácii s vhodným činidlom. Intenzitu absorpcie možno merať akoukoľvek metódou, bez ohľadu na povahu farebnej zlúčeniny. Presnosť metódy závisí od spôsobu merania. Existujú kolorimetrické, fotokolorimetrické a spektrofotometrické metódy.

Fotokolorimetrická metóda analýzy.

Fotokolorimetrická metóda analýzy umožňuje kvantitatívne určiť intenzitu absorpcie svetla analyzovaným roztokom pomocou fotoelektrokolorimetrov (niekedy sa nazývajú jednoducho fotokolorimetre). Na tento účel pripravte sériu štandardných roztokov a vyneste do grafu závislosť absorpcie svetla analytu od jeho koncentrácie. Táto závislosť sa nazýva kalibračná krivka. Vo fotokolorimetroch majú svetelné toky prechádzajúce cez roztok širokú absorpčnú oblasť - 30-50 nm, takže svetlo je tu polychromatické. To vedie k strate reprodukovateľnosti, presnosti a selektivity analýzy. Výhody fotokolorimetra spočívajú v jednoduchosti konštrukcie a vysokej citlivosti vďaka veľkej svietivosti zdroja žiarenia - žiarovky.

Kolorimetrická metóda analýzy.

Kolorimetrická metóda analýzy je založená na meraní absorpcie svetla látkou. V tomto prípade sa porovnáva intenzita farby, t.j. optická hustota testovaného roztoku s farbou (optická hustota) štandardného roztoku, ktorého koncentrácia je známa. Metóda je veľmi citlivá a používa sa na stanovenie mikro- a semimikroveličín.

Analýza kolorimetrickou metódou vyžaduje oveľa menej času ako chemická analýza.

Pri vizuálnej analýze sa dosiahne rovnosť intenzity zafarbenia analyzovaného a zafarbeného roztoku. Dá sa to dosiahnuť 2 spôsobmi:

1. vyrovnať farbu zmenou hrúbky vrstvy;

2. vyberte štandardné roztoky rôznych koncentrácií (metóda štandardných sérií).

Je však vizuálne nemožné kvantifikovať, koľkokrát je jeden roztok zafarbený intenzívnejšie ako druhý. V tomto prípade je možné stanoviť len rovnakú farbu analyzovaného roztoku pri porovnaní so štandardným.

Základný zákon absorpcie svetla.

Ak svetelný tok, ktorého intenzita je I 0, smeruje do roztoku umiestneného v plochej sklenenej nádobe (kyvete), potom sa jedna časť jeho intenzity I r odráža od povrchu kyvety, druhá časť s intenzitou I a je absorbovaný roztokom a tretia časť s intenzitou I t prechádza cez roztok. Medzi týmito hodnotami existuje vzťah:

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

Pretože intenzita I r odrazenej časti svetelného toku pri práci s identickými kyvetami je konštantná a nevýznamná, potom ju možno pri výpočtoch zanedbať. Potom má rovnosť (1) tvar:

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

Táto rovnosť charakterizuje optické vlastnosti roztoku, t.j. jeho schopnosť absorbovať alebo prepúšťať svetlo.

Intenzita absorbovaného svetla závisí od počtu farebných častíc v roztoku, ktoré absorbujú svetlo viac ako rozpúšťadlo.

Svetelný tok prechádzajúci roztokom stráca časť intenzity - čím väčšia, tým väčšia je koncentrácia a hrúbka vrstvy roztoku. Pre farebné roztoky existuje vzťah nazývaný Bouguer-Lambert-Beerov zákon (medzi stupňom absorpcie svetla, intenzitou dopadajúceho svetla, koncentráciou farebnej látky a hrúbkou vrstvy).

Podľa tohto zákona je absorpcia monochromatografického svetla prechádzajúceho vrstvou farebnej kvapaliny úmerná koncentrácii a hrúbke jej vrstvy:

I \u003d I 0 10 - kCh,

kde ja je intenzita svetelného toku prechádzajúceho roztokom; ja 0 je intenzita dopadajúceho svetla; OD- koncentrácia, mol/l; h- hrúbka vrstvy, cm; k je molárny absorpčný koeficient.

Molárny absorpčný koeficient k je optická hustota roztoku obsahujúceho 1 mol/l absorbujúca látka s hrúbkou vrstvy 1 cm. Závisí od chemickej povahy a fyzikálneho stavu látky absorbujúcej svetlo a od vlnovej dĺžky monochromatického svetla.

Štandardná sériová metóda.

Metóda štandardnej série je založená na získaní rovnakej intenzity farby testovaných a štandardných roztokov pri rovnakej hrúbke vrstvy. Farba testovaného roztoku sa porovnáva s farbou niekoľkých štandardných roztokov. Pri rovnakej intenzite farby sú koncentrácie testovaného a štandardného roztoku rovnaké.

Na prípravu série štandardných roztokov sa odoberie 11 skúmaviek rovnakého tvaru, veľkosti a skla. Nalejte štandardný roztok z byrety v postupne sa zvyšujúcom množstve, napr.: do 1 skúmavky 0,5 ml, v 2 1 ml, v 3 1,5 ml, atď. - predtým 5 ml(v každej ďalšej skúmavke o 0,5 ml viac ako v predchádzajúcej). Do všetkých skúmaviek sa nalejú rovnaké objemy roztoku, čím vznikne farebná reakcia so stanovovaným iónom. Roztoky sa zriedia tak, aby hladiny kvapalín vo všetkých skúmavkách boli rovnaké. Skúmavky sa zazátkujú, obsah sa dôkladne premieša a umiestni do stojana vo zvyšujúcej sa koncentrácii. Týmto spôsobom sa získa farebná stupnica.

Rovnaké množstvo činidla sa pridá do testovacieho roztoku v tej istej skúmavke, zriedi sa vodou na rovnaký objem ako v iných skúmavkách. Zatvorte korok, obsah dôkladne premiešajte. Farba testovaného roztoku sa porovnáva s farbou štandardných roztokov na bielom pozadí. Roztoky by mali byť dobre osvetlené rozptýleným svetlom. Ak sa intenzita farby testovacieho roztoku zhoduje s intenzitou farby jedného z roztokov na farebnej škále, potom sú koncentrácie tohto a testovaného roztoku rovnaké. Ak je intenzita farby testovaného roztoku medzi intenzitou dvoch susedných roztokov stupnice, potom sa jeho koncentrácia rovná priemernej koncentrácii týchto roztokov.

Použitie metódy štandardných roztokov sa odporúča len na hmotnostné stanovenie látky. Pripravená séria štandardných riešení má relatívne krátky čas.

Metóda vyrovnania intenzity farby roztokov.

Metóda vyrovnania intenzity farby testovaného a štandardného roztoku sa uskutočňuje zmenou výšky vrstvy jedného z roztokov. Na tento účel sa farebné roztoky umiestnia do 2 rovnakých nádob: test a štandard. Zmeňte výšku vrstvy roztoku v jednej z nádob, kým nebude intenzita farby v oboch roztokoch rovnaká. V tomto prípade určte koncentráciu testovacieho roztoku výskumom. porovnaním s koncentráciou štandardného roztoku:

Z výskumu \u003d C st h st / h výskum,

kde h st a h výskum sú výšky vrstiev štandardného a skúšobného roztoku.

Zariadenia používané na stanovenie koncentrácií študovaných roztokov vyrovnávaním intenzity farby sú tzv kolorimetre.

Existujú vizuálne a fotoelektrické kolorimetre. Pri vizuálnom kolorimetrickom stanovení sa intenzita farby meria priamym pozorovaním. Fotoelektrické metódy sú založené na použití fotočlánkov-fotokolorimetrov. V závislosti od intenzity dopadajúceho svetelného lúča vzniká vo fotobunke elektrický prúd. Sila prúdu spôsobeného vystavením svetlu sa meria galvanometrom. Vychýlenie šípky udáva intenzitu farby.

Spektrofotometria.

Fotometrická metóda je založená na meraní absorpcie svetla nestriktne monochromatického žiarenia analyzovanou látkou.

Ak sa vo fotometrickej metóde analýzy používa monochromatické žiarenie (žiarenie jednej vlnovej dĺžky), potom sa táto metóda nazýva spektrofotometria. Stupeň monochromatičnosti toku elektromagnetického žiarenia je určený minimálnym intervalom vlnových dĺžok, ktorý je odlíšený použitým monochromátorom (svetelný filter, strúhanie alebo hranol) z nepretržitého toku elektromagnetického žiarenia.

Komu spektrofotometria patrí aj oblasť meracej techniky, ktorá spája spektrometriu, fotometriu a metrológiu a rozvíja systém metód a prístrojov na kvantitatívne merania spektrálnych koeficientov absorpcie, odrazu, žiarenia, spektrálnej jasnosti ako charakteristiky médií, povlakov, povrchov, žiaričov.

Etapy spektrofotometrického výskumu:

1) uskutočnenie chemickej reakcie na získanie systémov vhodných na spektrofotometrickú analýzu;

2) merania absorpcie výsledných roztokov.

Podstata metódy spektrofotometrie

Závislosť absorpcie roztoku látky na vlnovej dĺžke na grafe je znázornená ako absorpčné spektrum látky, na ktorom je možné ľahko rozlíšiť absorpčné maximum nachádzajúce sa na vlnovej dĺžke svetla, ktoré je látkou maximálne absorbované. . Meranie optickej hustoty roztokov látok na spektrofotometroch sa uskutočňuje pri vlnovej dĺžke absorpčného maxima. To umožňuje analyzovať v jednom roztoku látky, ktorých absorpčné maximá sa nachádzajú na rôznych vlnových dĺžkach.

Pri spektrofotometrii v ultrafialovej a viditeľnej oblasti sa používajú elektronické absorpčné spektrá.

Charakterizujú najvyššie energetické prechody, ktoré sú schopné obmedzeného rozsahu zlúčenín a funkčných skupín. V anorganických zlúčeninách sú elektrónové spektrá spojené s vysokou polarizáciou atómov, ktoré tvoria molekulu látky, a zvyčajne sa objavujú v komplexných zlúčeninách. V organických zlúčeninách je výskyt elektrónových spektier spôsobený prechodom elektrónov zo zeme na excitované úrovne.

Poloha a intenzita absorpčných pásov sú silne ovplyvnené ionizáciou. Ionizácia kyslého typu má za následok objavenie sa ďalšieho osamelého páru elektrónov v molekule, čo vedie k ďalšiemu batochromickému posunu (posun do oblasti s dlhou vlnovou dĺžkou spektra) a zvýšeniu intenzity absorpčného pásma.

Spektrum mnohých látok má niekoľko absorpčných pásiem.

Na spektrofotometrické merania v ultrafialovej a viditeľnej oblasti sa používajú dva typy prístrojov - neregistrovaní(výsledok sa pozoruje na stupnici prístroja vizuálne) a záznamové spektrofotometre.

Luminiscenčná metóda analýzy.

Luminiscencia- schopnosť samoluminiscencie, vznikajúca pod rôznymi vplyvmi.

Klasifikácia procesov, ktoré spôsobujú luminiscenciu:

1) fotoluminiscencia (excitácia viditeľným alebo ultrafialovým svetlom);

2) chemiluminiscencia (excitácia v dôsledku energie chemických reakcií);

3) katodoluminiscencia (excitácia nárazom elektrónov);

4) termoluminiscencia (excitácia zahrievaním);

5) triboluminiscencia (excitácia mechanickým pôsobením).

V chemickej analýze sú dôležité prvé dva typy luminiscencie.

Klasifikácia luminiscencie podľa prítomnosti dosvitu. Môže sa okamžite zastaviť s vymiznutím vzrušenia - fluorescencia alebo pokračovať určitý čas po ukončení vzrušujúceho účinku - fosforescencie. Využíva sa hlavne fenomén fluorescencie, preto je metóda pomenovaná fluorimetrie.

Aplikácia fluorimetrie: analýza stôp kovov, organických (aromatických) zlúčenín, vitamínov D, B6. Fluorescenčné indikátory sa používajú na titráciu v zakalených alebo tmavo sfarbených médiách (titrácia sa vykonáva v tme, pričom sa titrovaný roztok, kde sa pridáva indikátor, osvetlí svetlom žiarivky).

Nefelometrická analýza.

Nefelometria bol navrhnutý F. Koberom v roku 1912 a je založený na meraní intenzity svetla rozptýleného suspenziou častíc pomocou fotočlánkov.

Pomocou nefelometrie sa meria koncentrácia látok, ktoré sú nerozpustné vo vode, ale tvoria stabilné suspenzie.

Pre nefelometrické merania, nefelometre, v princípe podobné kolorimetrom, len s tým rozdielom, že s nefelometriou

Pri dirigovaní fotonefelometrická analýza najprv sa na základe výsledkov stanovenia série štandardných roztokov zostaví kalibračný graf, potom sa analyzuje testovaný roztok a z grafu sa určí koncentrácia analytu. Na stabilizáciu výsledných suspenzií sa pridáva ochranný koloid - roztok škrobu, želatíny atď.

Polarimetrická analýza.

Elektromagnetické vibrácie prirodzené svetlo sa vyskytuje vo všetkých rovinách kolmých na smer lúča. Kryštálová mriežka má schopnosť prenášať lúče len v určitom smere. Pri výstupe z kryštálu kmitá lúč iba v jednej rovine. Lúč, ktorého kmity sú v rovnakej rovine, sa nazýva polarizované. Rovina, v ktorej vznikajú vibrácie, sa nazýva oscilačná rovina polarizovaný lúč a rovina naň kolmá - rovina polarizácie.

Polarimetrická metóda analýzy je založená na štúdiu polarizovaného svetla.

Refraktometrické metódy analýzy.

Základom refraktometrickej metódy analýzy je stanovenie indexu lomu skúmanej látky, pretože jednotlivá látka sa vyznačuje určitým indexom lomu.

Technické produkty vždy obsahujú nečistoty, ktoré ovplyvňujú index lomu. Preto môže index lomu v niektorých prípadoch slúžiť ako charakteristika čistoty produktu. Napríklad odrody čisteného terpentínu sa vyznačujú indexmi lomu. Takže indexy lomu terpentínu pri 20 ° pre žltú, označené n 20 D (záznam znamená, že index lomu bol meraný pri 20 ° C, vlnová dĺžka dopadajúceho svetla je 598 mmk), sa rovnajú:

Prvá trieda Druhá trieda Tretia trieda

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

Refraktometrická metóda analýzy sa môže použiť pre binárne systémy, napríklad na stanovenie koncentrácie látky vo vodných alebo organických roztokoch. V tomto prípade je analýza založená na závislosti indexu lomu roztoku od koncentrácie rozpustenej látky.

Pre niektoré roztoky existujú tabuľky závislosti indexov lomu od ich koncentrácie. V iných prípadoch sa analyzujú pomocou metódy kalibračnej krivky: pripraví sa séria roztokov známych koncentrácií, zmerajú sa ich indexy lomu a vynesie sa graf indexov lomu proti koncentrácii, t.j. zostavte kalibračnú krivku. Určuje koncentráciu testovaného roztoku.

index lomu.

Keď lúč svetla prechádza z jedného média do druhého, jeho smer sa mení. Rozbije sa. Index lomu sa rovná pomeru sínusu uhla dopadu k sínusu uhla lomu (táto hodnota je konštantná a charakteristická pre dané médium):

n = sinα / sinβ,

kde α a β sú uhly medzi smerom lúčov a kolmicou na rozhranie oboch prostredí (obr. 1)

Index lomu je pomer rýchlostí svetla vo vzduchu a v skúmanom médiu (ak lúč svetla dopadá zo vzduchu).

Index lomu závisí od:

1. Vlnová dĺžka dopadajúceho svetla (keď sa vlnová dĺžka zvyšuje, indikátor

refrakcia klesá).

2. teplota (so stúpajúcou teplotou index lomu klesá);

3. tlak (pri plynoch).

Index lomu udáva vlnové dĺžky dopadajúceho svetla a teplotu merania. Napríklad položka n 20 D znamená, že index lomu sa meria pri 20 °C, vlnová dĺžka dopadajúceho svetla je 598 mikrónov. V technických príručkách sú indexy lomu uvedené pri n 20 D.

Stanovenie indexu lomu kvapaliny.

Pred začatím práce sa povrch hranolov refraktometra premyje destilovanou vodou a alkoholom, skontroluje sa správnosť nulového bodu zariadenia a stanoví sa index lomu skúmanej kvapaliny. Na tento účel sa povrch meracieho hranola opatrne utrie vatovým tampónom navlhčeným skúmanou kvapalinou a na tento povrch sa nanesie niekoľko kvapiek. Hranoly sú zatvorené a ich otáčaním smerujú hranicu svetla a tieňa na kríž závitov okulára. Kompenzátor eliminuje spektrum. Pri odčítaní indexu lomu sa na stupnici refraktometra zoberú tri desatinné miesta a štvrté sa sníma okom. Potom posunú hranicu šerosvitu, opäť ju spoja so stredom zameriavacieho kríža a urobia druhý počet. To. Vykonajú sa 3 alebo 5 odčítaní, po ktorých sa pracovné plochy hranolov umyjú a utrú. Testovaná látka sa opäť nanesie na povrch meracieho hranola a uskutoční sa druhá séria meraní. Zo získaných údajov sa berie aritmetický priemer.

Rádiometrická analýza.

Rádiometrická analýza h je založená na meraní žiarenia rádioaktívnych prvkov a používa sa na kvantitatívne stanovenie rádioaktívnych izotopov v testovanom materiáli. V tomto prípade sa meria buď prirodzená rádioaktivita určovaného prvku, alebo umelá rádioaktivita získaná pomocou rádioaktívnych izotopov.

Rádioaktívne izotopy sú identifikované podľa ich polčasu rozpadu alebo podľa typu a energie emitovaného žiarenia. V praxi kvantitatívnej analýzy sa aktivita rádioaktívnych izotopov najčastejšie meria ich α-, β- a γ-žiarením.

Aplikácia rádiometrickej analýzy:

Štúdium mechanizmu chemických reakcií.

Na skúmanie účinnosti sa používa metóda značeného atómu rôzne triky aplikácia hnojív do pôdy, spôsoby prenikania mikroelementov aplikovaných na listy rastliny do tela atď. Rádioaktívny fosfor 32 P a dusík 13 N sú obzvlášť široko používané v agrochemickom výskume.

Analýza rádioaktívnych izotopov používaných na liečbu onkologických ochorení a na stanovenie hormónov, enzýmov.

Hmotnostná spektrálna analýza.

Na základe určenia hmotností jednotlivých ionizovaných atómov, molekúl a radikálov v dôsledku kombinovaného pôsobenia elektrických a magnetických polí. Registrácia separovaných častíc sa vykonáva elektrickými (hmotnostná spektrometria) alebo fotografickými (hmotnostná spektrografia) metódami. Stanovenie sa vykonáva na prístrojoch - hmotnostných spektrometroch alebo hmotnostných spektrografoch.

Elektrochemické metódy analýzy.

Elektrochemické metódy analýzy a výskumu sú založené na štúdiu a využívaní procesov prebiehajúcich na povrchu elektród alebo v blízkom elektródovom priestore. Analytický signál- elektrický parameter (potenciál, sila prúdu, odpor), ktorý závisí od koncentrácie analytu.

Rozlišovať rovno a nepriame elektrochemické metódy. Pri priamych metódach sa využíva závislosť sily prúdu od koncentrácie analytu. Nepriamo - meria sa sila prúdu (potenciál), aby sa našiel koncový bod titrácie (bod ekvivalencie) zložky, ktorá je určená titračnou látkou.

Elektrochemické metódy analýzy zahŕňajú:

1. potenciometria;

2. konduktometria;

3. coulometria;

4. ampérometria;

5. polarografia.

Elektródy používané v elektrochemických metódach.

1. Referenčná elektróda a indikačná elektróda.

Referenčná elektróda- Ide o elektródu s konštantným potenciálom, necitlivú na ióny roztoku. Referenčná elektróda má reprodukovateľný potenciál, ktorý je stabilný v čase, ktorý sa pri prechode malého prúdu nemení a potenciál indikačnej elektródy je k nemu hlásený. Používajú sa chloridové a kalomelové elektródy. Elektróda chloridu strieborného je strieborný drôt potiahnutý vrstvou AgCl a umiestnený v roztoku KCl. Elektródový potenciál je určený koncentráciou iónu chlóru v roztoku:

Kalomelová elektróda pozostáva z kovovej ortuti, kalomelu a roztoku KCl. Elektródový potenciál závisí od koncentrácie chloridových iónov a teploty.

Indikačná elektróda- ide o elektródu, ktorá reaguje na koncentráciu stanovovaných iónov. Indikátorová elektróda mení svoj potenciál so zmenou koncentrácie „potenciál určujúcich iónov“. Indikátorové elektródy sú rozdelené na nezvratné a reverzibilné. Potenciálne skoky reverzibilných indikátorových elektród na medzifázových hraniciach závisia od aktivity účastníkov elektródových reakcií v súlade s termodynamickými rovnicami; rovnováha sa vytvorí pomerne rýchlo. Ireverzibilné indikačné elektródy nespĺňajú požiadavky reverzibilných. V analytickej chémii sa používajú reverzibilné elektródy, pre ktoré je splnená Nernstova rovnica.

2. Kovové elektródy: výmena elektrónov a výmena iónov.

Výmena elektrónov elektródou na medzifázovej hranici dochádza k reakcii za účasti elektrónov. Elektródy na výmenu elektrónov sa delia na elektródy prvý druh a elektródy druhý druh. Elektródy prvého druhu - kovová platňa (striebro, ortuť, kadmium) ponorená do roztoku vysoko rozpustnej soli tohto kovu. Elektródy druhého druhu - kov potiahnutý vrstvou ťažko rozpustnej zlúčeniny tohto kovu a ponorený do roztoku vysoko rozpustnej zlúčeniny s rovnakým aniónom (chlorid strieborný, kalomelové elektródy).

Elektródy na výmenu iónov- elektródy, ktorých potenciál závisí od pomeru koncentrácií oxidovanej a redukovanej formy jednej alebo viacerých látok v roztoku. Takéto elektródy sú vyrobené z inertných kovov, ako je platina alebo zlato.

3. Membránové elektródy sú poréznou doskou napustenou kvapalinou nemiešateľnou s vodou a schopnou selektívnej adsorpcie určitých iónov (napríklad roztoky Ni 2+, Cd 2+, Fe 2+ cheláty v organickom roztoku). Činnosť membránových elektród je založená na výskyte rozdielu potenciálov na fázovom rozhraní a nastolení výmennej rovnováhy medzi membránou a roztokom.

Potenciometrická metóda analýzy.

Potenciometrická metóda analýzy je založená na meraní potenciálu elektródy ponorenej do roztoku. Pri potenciometrických meraniach sa galvanický článok skladá z indikačnej elektródy a referenčnej elektródy a meria sa elektromotorická sila (EMF).

Odrody potenciometrie:

Priama potenciometria slúži na priame určenie koncentrácie hodnotou potenciálu indikačnej elektródy za predpokladu, že elektródový proces je reverzibilný.

Nepriama potenciometria je založená na skutočnosti, že zmena koncentrácie iónu je sprevádzaná zmenou potenciálu na elektróde ponorenej do titrovaného roztoku.

Pri potenciometrickej titrácii sa koncový bod nachádza z hľadiska potenciálového skoku v dôsledku nahradenia elektrochemickej reakcie inou v súlade s hodnotami E ° (štandardný elektródový potenciál).

Hodnota potenciálu závisí od koncentrácie zodpovedajúcich iónov v roztoku. Napríklad potenciál striebornej elektródy ponorenej do roztoku striebornej soli sa mení so zmenou koncentrácie Ag + -iónov v roztoku. Preto meraním potenciálu elektródy ponorenej do roztoku danej soli neznámej koncentrácie je možné určiť obsah zodpovedajúcich iónov v roztoku.

Elektróda, podľa potenciálu ktorej sa posudzuje koncentrácia iónov, ktoré sa majú v roztoku stanoviť, sa nazýva indikačná elektróda.

Potenciál indikačnej elektródy sa určuje porovnaním s potenciálom inej elektródy, ktorá sa bežne nazýva referenčná elektróda. Ako referenčná elektróda môže byť použitá len taká elektróda, ktorej potenciál zostáva nezmenený, keď sa mení koncentrácia stanovovaných iónov. Ako referenčná elektróda sa používa štandardná (normálna) vodíková elektróda.

V praxi sa často ako referenčná elektróda so známou hodnotou elektródového potenciálu používa skôr kalomelová než vodíková elektróda (obr. 1). Potenciál kalomelovej elektródy s nasýteným roztokom CO pri 20 °C je 0,2490 V.

Konduktometrické metódy analýzy.

Konduktometrická metóda analýzy je založená na meraní elektrickej vodivosti roztokov, ktorá sa mení v dôsledku chemických reakcií.

Elektrická vodivosť roztoku závisí od povahy elektrolytu, jeho teploty a koncentrácie rozpustenej látky. Elektrická vodivosť zriedených roztokov je spôsobená pohybom katiónov a aniónov, ktoré sa líšia rôznou pohyblivosťou.

So zvyšujúcou sa teplotou sa zvyšuje elektrická vodivosť, pretože sa zvyšuje pohyblivosť iónov. Elektrická vodivosť roztoku elektrolytu pri danej teplote závisí od jeho koncentrácie: spravidla čím vyššia koncentrácia, tým väčšia elektrická vodivosť! Preto elektrická vodivosť daného roztoku slúži ako indikátor koncentrácie rozpustenej látky a je určená pohyblivosťou iónov.

V najjednoduchšom prípade konduktometrickej kvantifikácie, keď roztok obsahuje iba jeden elektrolyt, sa vykreslí graf ako funkcia elektrickej vodivosti roztoku analytu v závislosti od jeho koncentrácie. Po určení elektrickej vodivosti testovaného roztoku sa z grafu zistí koncentrácia analytu.

Elektrická vodivosť barytovej vody sa teda mení priamo úmerne s obsahom Ba(OH) 2 v roztoku. Táto závislosť je graficky vyjadrená priamkou. Na stanovenie obsahu Ba(OH) 2 v barytovej vode neznámej koncentrácie je potrebné určiť jej elektrickú vodivosť a pomocou kalibračného grafu nájsť koncentráciu Ba(OH) 2 zodpovedajúcu tejto hodnote elektrickej vodivosti. Ak odmeraný objem plynu obsahujúceho oxid uhličitý prechádza cez roztok Ba (OH) 2, ktorého elektrická vodivosť je známa, potom CO 2 reaguje s Ba (OH) 2:

Ba (OH)2 + C02 → BaC03 + H20

V dôsledku tejto reakcie sa zníži obsah Ba(OH) 2 v roztoku a zníži sa elektrická vodivosť barytovej vody. Meraním elektrickej vodivosti barytovej vody po absorpcii CO 2 je možné určiť, o koľko sa znížila koncentrácia Ba(OH) 2 v roztoku. Z rozdielu koncentrácií Ba (OH) 2 v barytovej vode je možné ľahko vypočítať absorbované množstvo

Prevažná väčšina informácií o látkach, ich vlastnostiach a chemických premenách bola získaná pomocou chemických alebo fyzikálno-chemických experimentov. Preto by sa hlavná metóda používaná chemikmi mala považovať za chemický experiment.

Tradície experimentálnej chémie sa v priebehu storočí vyvíjali. Vtedy, keď ešte nebola chémia exaktná veda, v staroveku a v stredoveku vedci a remeselníci niekedy náhodne a niekedy cielene objavili spôsoby, ako získať a vyčistiť mnohé látky, ktoré sa používali v hospodárskej činnosti: kovy, kyseliny, zásady, farbivá atď. veľmi uľahčili alchymisti (pozri Alchýmia).

Vďaka tomuto už začiatkom XIX v. chemici sa dobre orientovali v základoch experimentálneho umenia, najmä v metódach čistenia rôznych kvapalín a pevných látok, čo im umožnilo urobiť mnoho dôležitých objavov. Napriek tomu sa chémia začala stávať vedou v modernom zmysle slova, exaktnou vedou, až v 19. storočí, keď bol objavený zákon viacerých pomerov a bola vyvinutá atómovo-molekulárna teória. Odvtedy začal chemický experiment zahŕňať nielen štúdium premien látok a metód ich izolácie, ale aj meranie rôznych kvantitatívnych charakteristík.

Moderný chemický experiment zahŕňa mnoho rôznych meraní. Zmenilo sa aj vybavenie na zakladanie pokusov a chemické sklo. V modernom laboratóriu nenájdete domáce retorty - nahradili ich štandardné sklenené zariadenia vyrábané priemyslom a prispôsobené špeciálne na vykonávanie konkrétneho chemického postupu. Štandardom sa stali aj pracovné metódy, ktoré v našej dobe už nemusí vynájsť každý chemik. Popis tých najlepších z nich, overených dlhoročnými skúsenosťami, nájdete v učebniciach a príručkách.

Metódy štúdia hmoty sa stali nielen univerzálnejšími, ale aj oveľa rozmanitejšími. Čoraz väčšiu úlohu v práci chemika zohrávajú fyzikálne a fyzikálno-chemické výskumné metódy určené na izoláciu a čistenie zlúčenín, ako aj na stanovenie ich zloženia a štruktúry.

Klasická technika čistenia látok bola mimoriadne náročná na prácu. Existujú prípady, keď chemici strávili roky práce na izolácii jednotlivej zlúčeniny zo zmesi. Soli prvkov vzácnych zemín tak mohli byť izolované v čistej forme až po tisíckach frakčných kryštalizácií. Ale ani potom nebolo možné vždy zaručiť čistotu látky.

Sofistikovanosť technológie dosiahla takú vysokú úroveň, že bolo možné presne určiť rýchlosť dokonca aj „okamžitých“, ako sa predtým verilo, reakcií, napríklad tvorby molekúl vody z vodíkových katiónov H+ a aniónov OH-. Pri počiatočnej koncentrácii oboch iónov rovnajúcej sa 1 mol/l je čas tejto reakcie niekoľko stoviek miliárd sekúnd.

Fyzikálno-chemické výskumné metódy sú tiež špeciálne prispôsobené na detekciu intermediárnych častíc s krátkou životnosťou vznikajúcich v priebehu chemických reakcií. K tomu sú prístroje vybavené buď vysokorýchlostnými záznamovými zariadeniami alebo nástavcami, ktoré zabezpečujú prevádzku pri veľmi nízkych teplotách. Takéto metódy úspešne zachytávajú spektrá častíc, ktorých životnosť za normálnych podmienok sa meria v tisícinách sekundy, ako sú napríklad voľné radikály.

Okrem experimentálnych metód sa v modernej chémii široko používajú výpočty. Termodynamický výpočet reagujúcej zmesi látok teda umožňuje presne predpovedať jej rovnovážne zloženie (pozri obr.

Analýzu látky možno vykonať s cieľom stanoviť jej kvalitatívne alebo kvantitatívne zloženie. Podľa toho sa rozlišuje kvalitatívna a kvantitatívna analýza.

Kvalitatívna analýza vám umožňuje zistiť, z akých chemických prvkov pozostáva analyzovaná látka a aké ióny, skupiny atómov alebo molekúl sú zahrnuté v jej zložení. Pri štúdiu zloženia neznámej látky kvalitatívna analýza vždy predchádza kvantitatívnej, pretože výber metódy na kvantitatívne stanovenie zložiek analyzovanej látky závisí od údajov získaných pri jej kvalitatívnej analýze.

Kvalitatívna chemická analýza je väčšinou založená na premene analytu na nejakú novú zlúčeninu s charakteristickými vlastnosťami: farba určená podľa fyzická kondícia, kryštalická alebo amorfná štruktúra, špecifický zápach atď. Chemická transformácia, ku ktorej dochádza v tomto prípade, sa nazýva kvalitatívna analytická reakcia a látky, ktoré túto transformáciu spôsobujú, sa nazývajú činidlá (reagenty).

Pri analýze zmesi viacerých látok s podobnými chemickými vlastnosťami sa najskôr oddelia a až potom sa uskutočnia charakteristické reakcie pre jednotlivé látky (alebo ióny), preto kvalitatívna analýza zahŕňa nielen jednotlivé reakcie na detekciu iónov, ale aj metódy ich oddelenie.

Kvantitatívna analýza vám umožňuje stanoviť kvantitatívny pomer častí danej zlúčeniny alebo zmesi látok. Na rozdiel od kvalitatívnej analýzy kvantitatívna analýza umožňuje určiť obsah jednotlivých zložiek analytu alebo celkový obsah analytu v testovanom produkte.

Metódy kvalitatívnej a kvantitatívnej analýzy, ktoré umožňujú určiť obsah jednotlivých prvkov v analyzovanej látke, sa nazývajú prvky analýzy; funkčné skupiny - funkčná analýza; individuálne chemické zlúčeniny, charakterizované určitou molekulovou hmotnosťou - molekulárnou analýzou.

Súbor rôznych chemických, fyzikálnych a fyzikálno-chemických metód na oddeľovanie a určovanie jednotlivých štruktúrnych (fázových) zložiek heterogénnych systémov, ktoré sa líšia vlastnosťami a fyzická štruktúra a vzájomne ohraničené rozhraniami, sa nazýva fázová analýza.

Metódy kvalitatívnej analýzy

Kvalitatívna analýza využíva charakteristické chemické alebo fyzikálne vlastnosti látky na stanovenie zloženia skúmanej látky. Absolútne nie je potrebné izolovať objavené prvky v ich čistej forme, aby sa zistila ich prítomnosť v analyzovanej látke. Izolácia kovov, nekovov a ich zlúčenín v čistej forme sa však niekedy používa v kvalitatívnej analýze na ich identifikáciu, hoci tento spôsob analýzy je veľmi náročný. Na detekciu jednotlivých prvkov sa používajú jednoduchšie a pohodlnejšie metódy analýzy založené na chemických reakciách charakteristických pre ióny týchto prvkov, ktoré prebiehajú za presne definovaných podmienok.

Analytickým znakom prítomnosti požadovaného prvku v analyzovanej zlúčenine je vývoj plynu, ktorý má špecifický zápach; v druhej - zrážky, vyznačujúce sa určitou farbou.

Reakcie medzi pevnými látkami a plynmi. Analytické reakcie môžu prebiehať nielen v roztokoch, ale aj medzi pevnými a plynnými látkami.

Príkladom reakcie medzi pevnými látkami je reakcia uvoľňovania kovovej ortuti, keď sa jej suché soli zahrievajú s uhličitanom sodným. Tvorba bieleho dymu z interakcie plynného amoniaku s chlorovodíkom môže slúžiť ako príklad analytickej reakcie zahŕňajúcej plynné látky.

Reakcie použité v kvalitatívnej analýze možno rozdeliť do nasledujúcich skupín.

1. Zrážacie reakcie sprevádzané tvorbou precipitátov rôzne farby. Napríklad:

CaC2O4 - biely

Fe43 - modrá,

CuS - hnedá - žltá

HgI2 - červená

MnS - mäso - ružové

PbI2 - zlaté

Výsledné precipitáty sa môžu líšiť v určitej kryštalickej štruktúre, rozpustnosti v kyselinách, zásadách, amoniaku atď.

2. Reakcie sprevádzané tvorbou plynov so známym zápachom, rozpustnosťou a pod.

3. Reakcie sprevádzané tvorbou slabých elektrolytov. Medzi takéto reakcie, ktorých výsledkom je tvorba: CH3COOH, H2F2, NH4OH, HgCl2, Hg(CN)2, Fe(SCN)3 atď. Reakcie rovnakého typu možno považovať za reakcie acidobázickej interakcie sprevádzané tvorbou neutrálnych molekúl vody, reakcie tvorby plynov a precipitátov, ktoré sú zle rozpustné vo vode, a komplexačné reakcie.

4. Reakcie acidobázickej interakcie, sprevádzané prechodom protónov.

5. Komplexačné reakcie sprevádzané pridávaním rôznych legiend - iónov a molekúl - k atómom komplexotvorného činidla.

6. Komplexné reakcie spojené s acidobázickou interakciou

7. Oxidačné reakcie - redukcie, sprevádzané prechodom elektrónov.

8. Oxidačné reakcie – redukcie spojené s interakciou kyselina – zásada.

9. Oxidačno-redukčné reakcie spojené s tvorbou komplexov.

10. Oxidačné reakcie - redukcie, sprevádzané tvorbou zrážok.

11. Reakcie iónovej výmeny prebiehajúce na katexoch alebo anexoch.

12. Katalytické reakcie používané v kinetických metódach analýzy

Mokrá a suchá analýza

Reakcie používané v kvalitatívnej chemickej analýze sa najčastejšie uskutočňujú v roztokoch. Analyt sa najskôr rozpustí a potom sa na výsledný roztok pôsobí vhodnými činidlami.

Na rozpustenie analytu sa používa destilovaná voda, octové a minerálne kyseliny, vodný roztok amoniaku, organické rozpúšťadlá atď. Čistota použitých rozpúšťadiel je dôležitou podmienkou na získanie správnych výsledkov.

Látka prenesená do roztoku sa podrobí systematickej chemickej analýze. Systematická analýza pozostáva zo série predbežných testov a následne vykonaných reakcií.

Chemická analýza testovaných látok v roztokoch sa nazýva mokrá analýza.

V niektorých prípadoch sa látky analyzujú suché bez toho, aby sa preniesli do roztoku. Najčastejšie sa takáto analýza zameriava na testovanie schopnosti látky zafarbiť bezfarebný plameň horáka na charakteristickú farbu alebo dodať určitú farbu tavenine (tzv. perle) získanej zahrievaním látky s tetraboritanom sodným ( bórax) alebo fosforečnan sodný („soľ fosforu“) v platinovom drôte.

Chemická a fyzikálna metóda kvalitatívnej analýzy.

Chemické metódy analýzy. Metódy určovania zloženia látok na základe využitia ich chemických vlastností sa nazývajú chemické metódy analýzy.

Chemické metódy analýzy sú v praxi široko používané. Majú však množstvo nevýhod. Takže na určenie zloženia danej látky je niekedy potrebné najprv oddeliť určovanú zložku od cudzích nečistôt a izolovať ju v čistej forme. Izolácia látok v čistej forme je často veľmi náročná a niekedy nemožná úloha. Okrem toho, aby sa určilo malé množstvo nečistôt (menej ako 10-4 %) obsiahnutých v analyte, je niekedy potrebné odobrať veľké vzorky.

Fyzikálne metódy analýzy. Prítomnosť jedného alebo druhého chemický prvok možno zistiť vo vzorke bez použitia chemických reakcií, a to priamo na základe štúdia fyzikálnych vlastností skúmanej látky, napríklad zafarbením bezfarebného plameňa horáka charakteristickými farbami prchavé zlúčeniny niektoré chemické prvky.

Metódy analýzy, pomocou ktorých je možné určiť zloženie skúmanej látky bez použitia chemických reakcií, sa nazývajú fyzikálne metódy analýzy. Fyzikálne metódy analýzy zahŕňajú metódy založené na štúdiu optických, elektrických, magnetických, tepelných a iných fyzikálnych vlastností analyzovaných látok.

Medzi najpoužívanejšie fyzikálne metódy analýzy patria nasledujúce.

Spektrálna kvalitatívna analýza. Spektrálna analýza je založená na pozorovaní emisných spektier (emisné spektrá alebo žiarenie) prvkov, ktoré tvoria analyt.

Luminiscenčná (fluorescenčná) kvalitatívna analýza. Luminiscenčná analýza je založená na pozorovaní luminiscencie (emisie svetla) analytov spôsobenej pôsobením ultrafialových lúčov. Metóda sa používa na analýzu prírodných organických zlúčenín, minerálov, liečiv, množstva prvkov atď.

Na vybudenie luminiscencie sa testovaná látka alebo jej roztok ožiari ultrafialovými lúčmi. V tomto prípade atómy hmoty, ktoré absorbujú určité množstvo energie, prechádzajú do excitovaného stavu. Tento stav sa vyznačuje väčšou zásobou energie ako normálny stav hmoty. Počas prechodu látky z excitovaného do normálneho stavu dochádza k luminiscencii v dôsledku nadmernej energie.

Luminiscencia, ktorá sa po ukončení ožarovania veľmi rýchlo rozpadá, sa nazýva fluorescencia.

Pozorovaním povahy luminiscenčnej žiary a meraním intenzity alebo jasu luminiscencie zlúčeniny alebo jej roztokov je možné posúdiť zloženie skúmanej látky.

V niektorých prípadoch sú definície založené na štúdiu fluorescencie, ktorá je výsledkom interakcie analytu s určitými činidlami. Známe sú aj fluorescenčné indikátory, ktoré sa používajú na stanovenie reakcie média zmenou fluorescencie roztoku. Luminiscenčné indikátory sa používajú pri štúdiu farebných médií.

Röntgenová difrakčná analýza. Pomocou röntgenových lúčov je možné stanoviť veľkosti atómov (alebo iónov) a ich vzájomné usporiadanie v molekulách skúmanej vzorky, t.j. je možné určiť štruktúru kryštálová mriežka, zloženie látky a niekedy aj prítomnosť nečistôt v nej. Metóda nevyžaduje chemické ošetrenie látky a jej veľkých množstiev.

Hmotnostná spektrometrická analýza. Metóda je založená na stanovení jednotlivých ionizovaných častíc vychýlených elektromagnetickým poľom vo väčšej alebo menšej miere v závislosti od pomeru ich hmotnosti k náboju (podrobnejšie v knihe 2).

Fyzikálne metódy analýzy, ktoré majú množstvo výhod oproti chemickým, v niektorých prípadoch umožňujú riešiť problémy, ktoré nemožno vyriešiť metódami chemickej analýzy; pomocou fyzikálnych metód je možné oddeliť prvky, ktoré je ťažké oddeliť chemickými metódami, ako aj vykonávať nepretržité a automatické zaznamenávanie údajov. Veľmi často sa používajú fyzikálne metódy analýzy spolu s chemickými, čo umožňuje využiť výhody oboch metód. Kombinácia metód má osobitný význam pri určovaní zanedbateľných množstiev (stôp) nečistôt v analyzovaných objektoch.

Makro, semi-mikro a mikro metódy

Analýza veľkých a malých množstiev testovanej látky. V dávnych dobách chemici používali veľké množstvá látky na analýzu. Na stanovenie zloženia látky sa odobrali vzorky niekoľkých desiatok gramov, ktoré sa rozpustili vo veľkom objeme kvapaliny. To si vyžadovalo aj chemické sklo vhodnej kapacity.

V súčasnosti chemici v analytickej praxi hospodária s malými množstvami látok. V závislosti od množstva analytu, objemu roztokov použitých na analýzu a hlavne od techniky použitej na vykonanie experimentu sa analytické metódy delia na makro-, semi-mikro- a mikrometódy.

Pri vykonávaní makroanalýzy sa odoberie niekoľko mililitrov roztoku obsahujúceho aspoň 0,1 g látky na uskutočnenie reakcie a do testovacieho roztoku sa pridá aspoň 1 ml roztoku činidla. Reakcie sa uskutočňujú v skúmavkách. Pri zrážaní sa získajú objemné zrazeniny, ktoré sa oddelia filtráciou cez lieviky s papierovými filtrami.

Analýza kvapiek

Technika uskutočňovania reakcií pri analýze kvapiek. Takzvaná kvapková analýza, ktorú do analytickej praxe zaviedol N. A. Tananaev, nadobudla veľký význam v analytickej chémii.

Pri použití tejto metódy veľký význam majú javy kapilárnosti a adsorpcie, pomocou ktorých je možné otvárať a oddeľovať rôzne ióny v ich spoločnej prítomnosti. Pri analýze kvapiek sa jednotlivé reakcie uskutočňujú na porcelánových alebo sklenených platniach alebo na filtračnom papieri. V tomto prípade sa na doštičku alebo papier nanesie kvapka testovacieho roztoku a kvapka činidla, ktoré spôsobí charakteristické sfarbenie alebo tvorbu kryštálov.

Pri realizácii reakcie na filtračnom papieri sa využívajú kapilárno-adsorpčné vlastnosti papiera. Kvapalina je absorbovaná papierom a výsledná farebná zlúčenina je adsorbovaná na malej ploche papiera, čím sa zvyšuje citlivosť reakcie.

Mikrokryštalická analýza

Mikrokryštaloskopická metóda analýzy je založená na detekcii katiónov a aniónov pomocou reakcie, v dôsledku ktorej vzniká zlúčenina, ktorá má charakteristický kryštálový tvar.

Predtým sa táto metóda používala pri kvalitatívnej mikrochemickej analýze. V súčasnosti sa používa aj pri kvapkovej analýze.

Na skúmanie výsledných kryštálov v mikrokryštaloskopickej analýze sa používa mikroskop.

kryštály charakteristickú formu sa používajú pri práci s čistými látkami tak, že sa kvapka roztoku alebo kryštálu činidla vnesie do kvapky testovanej látky umiestnenej na podložnom sklíčku. Po chvíli sa objavia jasne rozlíšiteľné kryštály určitého tvaru a farby.

Metóda práškového brúsenia

Na detekciu niektorých prvkov sa niekedy používa metóda mletia práškového analytu s pevným činidlom v porcelánovom tanieri. Prvok, ktorý sa má objaviť, sa deteguje tvorbou charakteristických zlúčenín, ktoré sa líšia farbou alebo vôňou.

Metódy analýzy založené na zahrievaní a fúzii látky

pyrochemická analýza. Na analýzu látok sa používajú aj metódy založené na zahrievaní testovanej tuhej látky alebo jej fúzii s vhodnými činidlami. Niektoré látky sa pri zahriatí pri určitej teplote topia, iné vznejú a na studených stenách zariadenia sa objavujú zrážky charakteristické pre každú látku; niektoré zlúčeniny sa pri zahrievaní rozkladajú s uvoľňovaním plynných produktov atď.

Pri zahrievaní analytu v zmesi s príslušnými činidlami dochádza k reakciám sprevádzaným zmenou farby, uvoľňovaním plynných produktov a tvorbou kovov.

Spektrálna kvalitatívna analýza

Okrem vyššie opísanej metódy pozorovania voľným okom sfarbenia bezfarebného plameňa, keď sa doň vloží platinový drôt s analytom, sa v súčasnosti široko používajú iné metódy štúdia svetla vyžarovaného žeravými parami alebo plynmi. Tieto metódy sú založené na použití špeciálnych optických zariadení, ktorých popis je uvedený v kurze fyziky. V takýchto spektrálnych zariadeniach dochádza k rozkladu na spektrum svetla s rôznymi vlnovými dĺžkami, vyžarované vzorkou látky zahrievanej v plameni.

Podľa spôsobu pozorovania spektra sa spektrálne prístroje nazývajú spektroskopy, ktoré slúžia na vizuálne pozorovanie spektra, alebo spektrografy, v ktorých sa spektrá fotografujú.

Metóda chromatografickej analýzy

Metóda je založená na selektívnej absorpcii (adsorpcii) jednotlivých zložiek analyzovanej zmesi rôznymi adsorbentmi. Adsorbenty sú tzv pevné telesá na povrchu ktorého sa absorbuje adsorbovaná látka.

Podstata chromatografickej metódy analýzy je stručne nasledujúca. Roztok zmesi látok, ktoré sa majú oddeliť, prechádza cez sklenenú trubicu (adsorpčnú kolónu) naplnenú adsorbentom.

Kinetické metódy analýzy

Metódy analýzy založené na meraní rýchlosti reakcie a jej veľkosti na stanovenie koncentrácie sú spojené pod všeobecným názvom kinetické metódy analýzy (K. B. Yatsimirsky).

Kvalitatívna detekcia katiónov a aniónov kinetickými metódami sa vykonáva pomerne rýchlo a relatívne jednoducho, bez použitia zložitých prístrojov.

1. Odber vzoriek:

Laboratórna vzorka pozostáva z 10 až 50 g materiálu, ktorý sa odoberie tak, aby jeho priemerné zloženie zodpovedalo priemernému zloženiu celej šarže analytu.

2. Rozklad vzorky a jej prenos do roztoku;

3. Uskutočnenie chemickej reakcie:

X je zložka, ktorá sa má určiť;

P je reakčný produkt;

R je činidlo.

4. Meranie akéhokoľvek fyzikálneho parametra reakčného produktu, činidla alebo analytu.

Klasifikácia chemických metód analýzy

ja Podľa reakčných zložiek

1. Zmerajte množstvo vytvoreného reakčného produktu P (gravimetrická metóda). Vytvorte podmienky, za ktorých sa analyt úplne premení na reakčný produkt; ďalej je potrebné, aby činidlo R nedávalo vedľajšie produkty reakcie s cudzorodými látkami, ktorých fyzikálne vlastnosti by boli podobné fyzikálnym vlastnostiam produktu.

2. Na základe merania množstva činidla spotrebovaného pri reakcii s analytom X:

– pôsobenie medzi X a R musí byť stechiometrické;

- reakcia musí prebiehať rýchlo;

– činidlo nesmie reagovať s cudzími látkami;

– je potrebný spôsob stanovenia bodu ekvivalencie, t.j. okamih titrácie, keď sa činidlo pridá v ekvivalentnom množstve (indikátor, zmena farby, o-in kapacita, elektrická vodivosť).

3. Zaznamená zmeny, ktoré sa vyskytnú so samotným analytom X v procese interakcie s činidlom R (analýza plynu).

II Druhy chemických reakcií

1. Acidobázická.

2. Tvorba komplexných zlúčenín.

Acidobázické reakcie: používa sa najmä na priame kvantitatívne stanovenie silných a slabé kyseliny a zásady a ich soli.

Reakcie na tvorbu komplexných zlúčenín: určené látky sa pôsobením činidiel premieňajú na komplexné ióny a zlúčeniny.

Nasledujúce separačné a determinačné metódy sú založené na komplexných formovacích reakciách:

1) Separácia pomocou zrážok;

2) Extrakčná metóda (vo vode nerozpustné komplexné zlúčeniny sa často dobre rozpúšťajú v organických rozpúšťadlách - benzén, chloroform - proces prenosu komplexných zlúčenín z vodných fáz do dispergovaných sa nazýva extrakcia);

3) Fotometrické (Co s dusitou soľou) - meranie optimálnej hustoty roztokov komplexných zlúčenín;

4) Metóda titračnej analýzy

5) Gravimetrická metóda analýzy.

1) cementačná metóda - redukcia kovových iónov Me v roztoku;

2) elektrolýza s ortuťovou katódou - pri elektrolýze roztoku s ortuťovou katódou sa redukujú ióny mnohých prvkov elektrický šok ku Mne, ktoré sa rozpúšťajú v ortuti a vytvárajú amalgám. Ióny iného Me zostávajú v roztoku;

3) metóda identifikácie;

4) titračné metódy;

5) elektrogravimetrický - cez skúšobný roztok prechádza el. prúd určitého napätia, kým sa ióny Me obnovia do stavu Me, uvoľnené sa odvážia;

6) coulometrická metóda - množstvo látky je určené množstvom elektriny, ktoré je potrebné vynaložiť na elektrochemickú premenu analyzovanej látky. Analytické činidlá sa nachádzajú podľa Faradayovho zákona:

M je množstvo prvku, ktorý sa určuje;

F je Faradayovo číslo (98500 C);

A je atómová hmotnosť prvku;

n je počet elektrónov zapojených do elektrochemickej premeny daného prvku;

Q je množstvo elektriny (Q = I ∙ τ).

7) katalytická metóda analýzy;

8) polarografický;

III Klasifikácia separačných metód na základe použitia rôznych typov fázových premien:

Sú známe nasledujúce typy rovnováhy medzi fázami:

Rovnovážny L-G alebo T-G sa používa pri analýze, keď sa látky uvoľňujú do plynnej fázy (CO 2 , H 2 O atď.).

Rovnováha W 1 - W 2 sa pozoruje pri extrakčnej metóde a pri elektrolýze s ortuťovou katódou.

Zh-T je typický pre procesy depozície a procesy zrážania na povrchu tuhej fázy.

Analytické metódy zahŕňajú:

1. gravimetrický;

2. titračné;

3 optický;

4. elektrochemické;

5. katalytické.

Metódy separácie zahŕňajú:

1. zrážky;

2. extrakcia;

3. chromatografia;

4. výmena iónov.

Metódy koncentrácie zahŕňajú:

1. zrážky;

2. extrakcia;

3. injektáž;

4. odizolovanie.

Fyzikálne metódy analýzy

Charakteristickou črtou je, že priamo merajú akékoľvek fyzikálne parametre systému spojené s množstvom prvku, ktorý sa určuje bez predchádzajúcej chemickej reakcie.

Fyzikálne metódy zahŕňajú tri hlavné skupiny metód:

I Metódy založené na interakcii žiarenia s látkou alebo na meraní žiarenia látky.

II Metódy založené na meraní parametrov el. alebo magnetické vlastnosti hmoty.

IIIMetódy založené na meraní hustoty alebo iných parametrov mechanických alebo molekulárnych vlastností látok.

Metódy založené na energetickom prechode vonkajších valenčných elektrónov atómov: zahŕňajú metódy analýzy atómovej emisie a atómovej absorpcie.

Analýza atómových emisií:

1) Plameňová fotometria - analyzovaný roztok sa strieka do plameňa plynového horáka. Pod vplyvom vysokej teploty prechádzajú atómy do excitovaného stavu. Vonkajšie valenčné elektróny sa pohybujú na vyššie energetické hladiny. Spätný prechod elektrónov na hlavnú energetickú hladinu je sprevádzaný žiarením, ktorého vlnová dĺžka závisí od atómov ktorého prvku sa v plameni nachádzali. Intenzita žiarenia za určitých podmienok je úmerná počtu atómov prvku v plameni a vlnová dĺžka žiarenia charakterizuje kvalitatívne zloženie vzorky.

2) Emisná metóda analýzy - spektrálna. Vzorka sa zavádza do plameňa oblúka alebo kondenzovanej iskry, pri vysokej teplote prechádzajú atómy do excitovaného stavu, pričom elektróny prechádzajú nielen na najbližšie k hlavnej, ale aj na vzdialenejšie energetické hladiny.

Žiarenie je komplexná zmes svetelných vibrácií rôznych vlnových dĺžok. Emisné spektrum je rozložené na hlavné časti špeciálu. prístroje, spektrometre a fotografovanie. Porovnanie polohy intenzity jednotlivých čiar spektra s čiarami zodpovedajúceho štandardu vám umožňuje určiť kvalitatívnu a kvantitatívnu analýzu vzorky.

Metódy analýzy atómovej absorpcie:

Metóda je založená na meraní absorpcie svetla určitej vlnovej dĺžky nevybudenými atómami určovaného prvku. Špeciálny zdroj žiarenia vytvára rezonančné žiarenie, t.j. žiarenie zodpovedajúce prechodu elektrónu do najnižšieho orbitálu s najnižšou energiou, z orbitálu k nemu najbližšieho s viac vysoký stupeň energie. Pokles intenzity svetla pri prechode plameňom v dôsledku prechodu elektrónov atómov určovaného prvku do excitovaného stavu je úmerný počtu nevybudených atómov v ňom. Pri atómovej absorpcii sa používajú horľavé zmesi s teplotami do 3100 °C, čo v porovnaní s plameňovou fotometriou zvyšuje počet prvkov na stanovenie.

Röntgenová fluorescencia a röntgenová emisia

Röntgenová fluorescencia: vzorka je vystavená röntgenového žiarenia. špičkové elektróny. Orbitály najbližšie k jadru atómu sú vyradené z atómov. Ich miesto zaberajú elektróny zo vzdialenejších orbitálov. Prechod týchto elektrónov je sprevádzaný objavením sa sekundárneho röntgenového žiarenia, ktorého vlnová dĺžka funkčne súvisí s atómové číslo prvok. Vlnová dĺžka - kvalitatívne zloženie vzorky; intenzita – kvantitatívne zloženie vzorky.

Metódy založené na jadrových reakciách - rádioaktívne. Materiál je vystavený neutrónovému žiareniu, dochádza k jadrovým reakciám a vznikajú rádioaktívne izotopy prvkov. Potom sa vzorka prenesie do roztoku a prvky sa oddelia chemickými metódami. Potom sa meria intenzita rádioaktívneho žiarenia každého prvku vzorky a paralelne sa analyzuje referenčná vzorka. Porovnáva sa intenzita rádioaktívneho žiarenia jednotlivých frakcií referenčnej vzorky a analyzovaného materiálu a vyvodzujú sa závery o kvantitatívnom obsahu prvkov. Limit detekcie 10 -8 - 10 -10%.

1. Konduktometrické - založené na meraní elektrickej vodivosti roztokov alebo plynov.

2. Potenciometrická - existuje metóda priamej a potenciometrickej titrácie.

3. Termoelektrické - založené na výskyte termoelektromotorickej sily, ktorá vznikla pri ohreve miesta dotyku ocele a pod. Me.

4. Hmotnostné spektrálne - pri aplikácii pomocou silných prvkov a magnetických polí dochádza k separácii zmesi plynov na zložky podľa atómov alebo molekulových hmotností zložiek. Používa sa pri štúdiu zmesi izotopov. inertné plyny, zmesi organických látok.

Denzitometria - založená na meraní hustoty (stanovenie koncentrácie látok v roztokoch). Na určenie zloženia sa meria viskozita, povrchové napätie, rýchlosť zvuku, elektrická vodivosť atď.

Na stanovenie čistoty látok sa meria teplota varu alebo teplota topenia.

Predikcia a výpočet fyzikálnych a chemických vlastností

Teoretické základy predpovedania fyzikálno-chemických vlastností látok

Približný výpočet predikcie

Predikcia zahŕňa posúdenie fyzikálno-chemických vlastností na základe minimálneho počtu ľahko dostupných počiatočných údajov a môže tiež predpokladať úplnú absenciu experimentálnych informácií o vlastnostiach skúmanej látky („absolútna“ predpoveď sa opiera len o informácie o stechiometrickom vzorci zlúčenina).