Analitička hemija je sekcija koja vam omogućava kontrolu proizvodnje i kvaliteta proizvoda u različitim sektorima privrede. Istraživanje prirodnih resursa zasniva se na rezultatima ovih studija. Za kontrolu stepena zagađenja životne sredine koriste se metode analitičke hemije.

Praktični značaj

Analiza je glavna opcija za određivanje hemijskog sastava stočne hrane, đubriva, zemljišta, poljoprivrednih proizvoda, što je važno za normalno funkcionisanje agroindustrijskog sektora.

Kvalitativna i kvantitativna hemija su nezaobilazne u biotehnologiji i medicinskoj dijagnostici. Efikasnost i efektivnost mnogih naučnih oblasti zavisi od stepena opremljenosti istraživačkih laboratorija.

Teorijska osnova

Analitička hemija je nauka koja vam omogućava da odredite sastav i hemijsku strukturu materije. Njene metode pomažu u odgovoru na pitanja koja se odnose ne samo na sastavne dijelove tvari, već i na njihov kvantitativni omjer. Uz njihovu pomoć možete razumjeti u kojem je obliku određena komponenta u ispitivanoj tvari. U nekim slučajevima, mogu se koristiti za određivanje prostornog rasporeda kompozitnih komponenti.

Kada se razmišlja o metodama, informacije se često posuđuju iz srodnih oblasti nauke, prilagođavaju se određenom području istraživanja. Koja pitanja rješava analitička hemija? Metode analize omogućavaju razvoj teoretskih osnova, utvrđivanje granica njihove upotrebe, procjenu metroloških i drugih karakteristika, te kreiranje metoda za analizu različitih objekata. Stalno se ažuriraju, moderniziraju, postaju svestraniji i efikasniji.

Kada se govori o metodi analize, pretpostavlja se princip koji se stavlja u izraz kvantitativnog odnosa između svojstva koje se utvrđuje i sastava. Odabrane metode provođenja, uključujući identifikaciju i otklanjanje smetnji, uređaje za praktične aktivnosti i opcije za obradu izvršenih mjerenja.

Funkcije analitičke hemije

Postoje tri glavne oblasti znanja:

• rješavanje općih pitanja analize;
• stvaranje analitičkih metoda;
• izrada konkretnih zadataka.

Moderna analitička hemija je kombinacija kvalitativne i kvantitativne analize. Prvi dio se bavi pitanjem komponenti uključenih u analizirani objekt. Drugi daje informacije o kvantitativnom sadržaju jednog ili više dijelova tvari.

Klasifikacija metoda

Podijeljeni su u sljedeće grupe: uzorkovanje, dekompozicija uzoraka, odvajanje komponenti, identifikacija i određivanje istih. Postoje i hibridne metode koje kombinuju razdvajanje i definiciju.

Metode određivanja su od najveće važnosti. Dijele se prema prirodi analiziranog svojstva i varijanti registracije određenog signala. Problemi u analitičkoj hemiji često uključuju izračunavanje određenih komponenti na osnovu hemijskih reakcija. Za izvođenje takvih proračuna potrebna je čvrsta matematička osnova.

Među glavnim zahtjevima koji se odnose na metode analitičke hemije izdvajamo:

• ispravnost i odlična ponovljivost dobijenih rezultata;
• niska granica određivanja specifičnih komponenti;
• express;
• selektivnost;
• jednostavnost;
• automatizacija eksperimenta.

Prilikom odabira metode analize važno je jasno poznavati svrhu i ciljeve studije, procijeniti glavne prednosti i nedostatke dostupnih metoda.

Hemijska metoda analitičke hemije zasniva se na kvalitativnim reakcijama karakterističnim za određena jedinjenja.

Analitički signal

Nakon završetka uzorkovanja i pripreme uzorka, provodi se faza hemijske analize. Povezan je sa detekcijom komponenti u smeši, određivanjem njenog kvantitativnog sadržaja.

Analitička hemija je nauka u kojoj postoji mnogo metoda, a jedna od njih je signal. Analitički signal je prosjek više mjerenja fizičke veličine u posljednjoj fazi analize, koja je funkcionalno povezana sa sadržajem željene komponente. Ako je potrebno detektirati određeni element, koriste se analitički signal: sediment, boja, linija u spektru. Određivanje količine komponente povezano je sa masom naslaga, intenzitetom spektralnih linija i veličinom struje.

Metode maskiranja, koncentracije, odvajanja

Maskiranje je inhibicija ili potpuno potiskivanje kemijske reakcije u prisustvu onih tvari koje mogu promijeniti njenu brzinu ili smjer. Postoje dvije vrste maskiranja: ravnotežno (termodinamičko) i neravnotežno (kinetičko). Za prvi slučaj stvaraju se uslovi pod kojima se konstanta reakcije toliko smanjuje da se proces odvija beznačajno. Koncentracija maskirane komponente će biti nedovoljna za pouzdano fiksiranje analitičkog signala. Kinetičko maskiranje se zasniva na rastu razlike između brzina analita i maskirane supstance sa konstantnim reagensom.

Izvođenje koncentracije i odvajanja uzrokovano je određenim faktorima:

• u uzorku postoje komponente koje ometaju određivanje;
• koncentracija analita ne prelazi donju granicu detekcije;
• detektovane komponente su neravnomjerno raspoređene u uzorku;
• uzorak je radioaktivan ili toksičan.

Odvajanje je proces kojim se komponente prisutne u originalnoj smjesi mogu odvojiti jedna od druge.

Koncentracija je operacija zbog koje se povećava omjer broja malih elemenata i broja makrokomponenti.

Precipitacija je pogodna za odvajanje nekoliko. Koristi se u kombinaciji sa metodama određivanja koje su dizajnirane za dobijanje analitičkog signala iz čvrstih uzoraka. Podjela se zasniva na različitoj rastvorljivosti supstanci koje se koriste u vodenim rastvorima.

Ekstrakcija

Katedra za analitičku hemiju obuhvata laboratorijska istraživanja vezana za ekstrakciju. Pod njim se podrazumijeva fizičko-hemijski proces raspodjele tvari između tekućina koje se ne miješaju. Ekstrakcija se takođe naziva procesom prenosa mase tokom hemijskih reakcija. Ovakve istraživačke metode su pogodne za ekstrakciju, koncentriranje makro- i mikrokomponenti, kao i za grupnu i individualnu izolaciju u analizi različitih prirodnih i industrijskih objekata. Ove tehnike su jednostavne i brze za izvođenje, garantuju odličnu koncentraciju i efikasnost odvajanja i potpuno su kompatibilne sa različitim metodama detekcije. Zahvaljujući ekstrakciji, moguće je sagledati stanje komponente u rastvoru pod različitim uslovima, kao i otkriti njene fizičko-hemijske karakteristike.

Sorpcija

Koristi se za koncentraciju i odvajanje tvari. Sorpcione tehnologije obezbeđuju dobru selektivnost odvajanja smeše. Ovo je proces apsorpcije para, tečnosti, gasova pomoću sorbenata (apsorbera na čvrstoj bazi).

Karburacija i elektro-osvajanje

Šta još radi analitička hemija? Udžbenik sadrži informacije o metodi elektropražnjenja, pri kojoj se koncentrirana ili izdvojena supstanca nanosi na čvrste elektrode u obliku jednostavne tvari ili kao dio spoja.

Elektroliza se temelji na taloženju određene tvari pomoću električne struje. Najčešća opcija je katodno taloženje metala niske aktivnosti. Materijal za elektrodu može biti platina, ugljenik, bakar, srebro, volfram.

elektroforeza

Zasnovan je na razlikama u brzinama kretanja čestica različitog naboja u električnom polju s promjenom napetosti, veličine čestica. Trenutno se u analitičkoj hemiji razlikuju dva oblika elektroforeze: jednostavna (frontalna) i na nosaču (zona). Prva opcija je prikladna za malu količinu otopine koja sadrži komponente koje treba odvojiti. Stavlja se u epruvetu u kojoj se nalaze rastvori. Analitička hemija objašnjava sve procese koji se dešavaju na katodi i anodi. U zonskoj elektroforezi, kretanje čestica se vrši u stabilizirajućem mediju koji ih drži na mjestu nakon što se struja isključi.

Metoda karburizacije sastoji se u restauraciji sastavnih dijelova na metalima koji imaju značajan negativan potencijal. U tom slučaju se odvijaju dva procesa odjednom: katodni (sa oslobađanjem komponente) i anodni (cementirajući metal se otapa).

Isparavanje

Destilacija se oslanja na različitu isparljivost hemikalija. Dolazi do prijelaza iz tekućeg oblika u plinovito stanje, zatim se kondenzira, ponovo pretvarajući se u tečnu fazu.

Jednostavnom destilacijom odvija se jednostepeni proces odvajanja, nakon čega slijedi koncentracija tvari. U slučaju isparavanja, one tvari koje su prisutne u isparljivom obliku se uklanjaju. Na primjer, među njima mogu biti makro- i mikro komponente. Sublimacija (sublimacija) uključuje prijenos tvari iz čvrste faze u plin, zaobilazeći tečni oblik. Slična tehnika se koristi u slučajevima kada su tvari koje se odvajaju slabo topljive u vodi ili se slabo tope.

Zaključak

U analitičkoj hemiji postoji mnogo načina da se jedna supstanca izoluje iz smeše, da se identifikuje njeno prisustvo u uzorku koji se proučava. Kromatografija je jedna od najčešće korištenih analitičkih metoda. Omogućuje vam otkrivanje tekućih, plinovitih, čvrstih tvari molekularne težine od 1 do 106 a. e. m. Zahvaljujući hromatografiji moguće je dobiti potpune informacije o svojstvima i strukturi organskih supstanci različitih klasa. Metoda se zasniva na raspodjeli komponenti između mobilne i stacionarne faze. Stacionarni je čvrsta tvar (sorbent) ili tekući film koji se nanosi na čvrstu tvar.

Mobilna faza je plin ili tekućina koja teče kroz stacionarni dio. Zahvaljujući ovoj tehnologiji moguće je identificirati pojedinačne komponente, izvršiti kvantitativni sastav mješavine i razdvojiti je na komponente.

Osim hromatografije, u kvalitativnoj i kvantitativnoj analizi koriste se gravimetrijske, titrimetrijske i kinetičke metode. Svi su zasnovani na fizičkim i hemijskim svojstvima supstanci, omogućavaju istraživaču da detektuje određena jedinjenja u uzorku i izračuna njihov kvantitativni sadržaj. Analitička hemija se s pravom može smatrati jednom od najvažnijih grana nauke.

Bilo koja metoda analize koristi određeni analitički signal, koji, pod datim uslovima, daju specifični elementarni objekti (atomi, molekuli, joni) koji čine ispitivane supstance.

Analitički signal pruža i kvalitativne i kvantitativne informacije. Na primjer, ako se za analizu koriste reakcije taloženja, kvalitativne informacije se dobijaju iz pojave ili odsustva taloga. Kvantitativne informacije se dobijaju iz težine sedimenta. Kada supstanca emituje svetlost pod određenim uslovima, kvalitativna informacija se dobija pojavom signala (emisija svetlosti) na talasnoj dužini koja odgovara karakterističnoj boji, a kvantitativna informacija se dobija iz intenziteta svetlosnog zračenja.

Prema poreklu analitičkog signala, metode analitičke hemije se mogu klasifikovati na hemijske, fizičke i fizičkohemijske metode.

AT hemijske metode provesti hemijsku reakciju i izmjeriti ili masu dobivenog proizvoda - gravimetrijske (težine) metode, ili zapreminu reagensa koji se koristi za interakciju sa supstancom - titrimetrijska, gasna volumetrijska (volumetrijska) metoda.

Volumetrija gasa (gasna volumetrijska analiza) zasniva se na selektivnoj apsorpciji sastavnih delova gasne mešavine u posudama napunjenim jednim ili drugim apsorberom, nakon čega sledi merenje smanjenja zapremine gasa pomoću birete. Dakle, ugljični dioksid se apsorbira otopinom kalijevog hidroksida, kisik - otopinom pirogalola, ugljični monoksid - otopinom amonijaka bakrenog klorida. Volumetrija gasa se odnosi na ekspresne metode analize. Široko se koristi za određivanje karbonata u g.p. i minerala.

Hemijske metode analize se široko koriste za analizu ruda, stijena, minerala i drugih materijala u određivanju komponenti u njima sa sadržajem od desetina do nekoliko desetina posto. Metode hemijske analize odlikuju se visokom preciznošću (greška analize je obično desetinke procenta). Međutim, ove metode postepeno se zamjenjuju bržim fizičko-hemijskim i fizičkim metodama analize.

Physical Methods analize se zasnivaju na mjerenju nekih fizičkih svojstava supstanci, što je funkcija sastava. Na primjer, refraktometrija se zasniva na mjerenju relativnih indeksa prelamanja svjetlosti. U aktivacionom testu se meri aktivnost izotopa itd. Često se tokom testa preliminarno izvodi hemijska reakcija, a koncentracija dobijenog proizvoda se određuje fizičkim svojstvima, na primer, intenzitetom apsorpcije svjetlosnog zračenja obojenog produkta reakcije. Takve metode analize nazivaju se fizičko-hemijskim.

Metode fizičke analize karakteriše visoka produktivnost, niske granice detekcije elemenata, objektivnost rezultata analize i visok nivo automatizacije. U analizi stijena i minerala koriste se fizikalne metode analize. Na primjer, metoda atomske emisije određuje volfram u granitima i škriljevcima, antimon, kalaj i olovo u stijenama i fosfatima; metoda atomske apsorpcije - magnezijum i silicijum u silikatima; X-zrake fluorescentne - vanadij u ilmenitu, magnezitu, glinici; masena spektrometrija - mangan u lunarnom regolitu; neutronska aktivacija - gvožđe, cink, antimon, srebro, kobalt, selen i skandij u ulju; metoda izotopskog razrjeđivanja - kobalt u silikatnim stijenama.

Fizičke i fizičko-hemijske metode ponekad se nazivaju instrumentalnim, jer ove metode zahtijevaju korištenje alata (oprema) posebno prilagođenih za provođenje glavnih faza analize i bilježenje njenih rezultata.

Fizičke i hemijske metode analiza može uključivati ​​hemijske transformacije analita, otapanje uzorka, koncentraciju analizirane komponente, maskiranje interferirajućih supstanci i drugo. Za razliku od "klasičnih" hemijskih metoda analize, gde masa supstance ili njena zapremina služi kao analitički signal, fizičkohemijske metode analize koriste intenzitet zračenja, jačinu struje, električnu provodljivost i potencijalnu razliku kao analitički signal.

Metode zasnovane na proučavanju emisije i apsorpcije elektromagnetnog zračenja u različitim oblastima spektra imaju veliki praktični značaj. To uključuje spektroskopiju (na primjer, luminescentnu analizu, spektralnu analizu, nefelometriju i turbidimetriju i druge). Važne fizičko-hemijske metode analize obuhvataju elektrohemijske metode koje koriste merenje električnih svojstava supstance (kulometrija, potenciometrija, itd.), kao i hromatografiju (na primer, gasnu hromatografiju, tečnu hromatografiju, hromatografiju sa izmenom jona, tanke slojna hromatografija). Uspešno se razvijaju metode zasnovane na merenju brzina hemijskih reakcija (kinetičke metode analize), termičkih efekata reakcija (termometrijska titracija), kao i na odvajanju jona u magnetnom polju (masena spektrometrija).

V.F. Yustratov, G.N. Mikileva, I.A. Mochalova

ANALITIČKA HEMIJA

Kvantitativna hemijska analiza

Tutorial

Za studente

2. izdanje, revidirano i prošireno

visoko stručno obrazovanje za međuuniverzitetsku upotrebu

kao nastavno sredstvo iz analitičke hemije za studente na smerovima 552400 "Tehnologija prehrambenih proizvoda", 655600 "Proizvodnja prehrambenih proizvoda od biljnog materijala",

655900 "Tehnologija sirovina, proizvoda životinjskog porijekla"

i 655700 „Tehnologija prehrambenih proizvoda

posebne namjene i javno ugostiteljstvo"

Kemerovo 2005

UDK 543.062 (07)

V.F. Yustratov, G.N. Mikileva, I.A. Mochalova

Uređeno od V.F. Yustratova

Recenzenti:

V.A. Nevostruev, glava Katedra za analitičku hemiju

Kemerovski državni univerzitet, dr hem. nauke, profesor;

A.I. Gerasimov, vanredni profesor, Katedra za hemiju i tehnologiju

neorganske supstance Kuzbasske državne tehničke

Univerzitet, dr. chem. nauke

Kemerovski tehnološki institut

Prehrambena industrija

Yustratova V.F., Mikileva G.N., Mochalova I.A.

Yu90 Analitička hemija. Kvantitativna hemijska analiza: Proc. dodatak. - 2. izd., revidirano. i dodatne - / V.F. Yustratov, G.N. Mikileva, I.A. Mochalova; Ed. V.F. Yustratova; Kemerovski tehnološki institut za prehrambenu industriju - Kemerovo, 2005. - 160 str.

ISBN 5-89289-312-X

Prikazani su osnovni koncepti i dijelovi analitičke hemije. Detaljno su razmotrene sve faze kvantitativne hemijske analize od uzorkovanja do dobijanja rezultata i metode njihove obrade. Priručnik sadrži poglavlje o instrumentalnim metodama analize, kao najperspektivnijim. Ukazano je na korištenje svake od opisanih metoda u tehnohemijskoj kontroli prehrambene industrije.

Udžbenik je sastavljen u skladu sa državnim obrazovnim standardima u oblastima „Prehrambena tehnologija“, „Proizvodnja hrane od biljnih sirovina i proizvoda životinjskog porijekla“, „Tehnologija prehrambenih proizvoda za posebne namjene i javno ugostiteljstvo“. Sadrži metodičke preporuke za studente o vođenju beleški sa predavanja i radu sa udžbenikom.

Dizajniran za učenike svih oblika učenja.

UDK 543.062 (07)

BBC 24.4 i 7

ISBN 5-89289-312-X

© V.F. Yustratov, G.N. Mikileva, I.A. Močalova, 1994

© V.F. Yustratov, G.N. Mikileva, I.A. Mochalova, 2005, dodatak

© KemTIPP, 1994

PREDGOVOR

Udžbenik je namijenjen studentima tehnoloških specijalnosti univerziteta prehrambenog profila. Drugo izdanje, revidirano i prošireno. Prilikom obrade materijala, savjeti i komentari šefa Odsjeka za analitičku hemiju Voronješke državne tehnološke akademije, zaslužnog radnika nauke i tehnologije Ruske Federacije, doktora hemijskih nauka, profesora Ya.I. Korenman. Autori mu izražavaju duboku zahvalnost.

U proteklih deset godina od objavljivanja prvog izdanja, pojavili su se novi udžbenici analitičke hemije, ali nijedan od njih nije u potpunosti usklađen sa Državnim obrazovnim standardima iz oblasti „Prehrambena tehnologija“, „Proizvodnja hrane od biljnih sirovina“, „Tehnologija sirovina i proizvoda životinjskog porekla“, „Tehnologija prehrambenih proizvoda za posebne namene i javno ugostiteljstvo“.

U priručniku je gradivo predstavljeno na način da student sagleda „zadatak analitičke hemije“ u celini: od uzorkovanja do dobijanja rezultata analize, metoda njihove obrade i analitičke metrologije. Dat je kratak istorijat razvoja analitičke hemije, njena uloga u proizvodnji hrane; dati su osnovni pojmovi kvalitativnih i kvantitativnih hemijskih analiza, načini izražavanja sastava rastvora i pripreme rastvora, formule za izračunavanje rezultata analize; teorija metoda titrimetrijske analize: neutralizacija (acid-bazna titracija), redoksimetrija (redox titracija), kompleksometrija, precipitacija i gravimetrija. Prikazana je primjena svakog od njih u prehrambenoj industriji. Kada se razmatraju titrimetrijske metode analize, predlaže se strukturno-logička shema koja pojednostavljuje njihovo proučavanje.

Prilikom izlaganja materijala uzimaju se u obzir savremena nomenklatura hemijskih jedinjenja, savremeni opšteprihvaćeni koncepti i ideje, koriste se novi naučni podaci za argumentaciju zaključaka.

Priručnik dodatno sadrži i poglavlje o instrumentalnim metodama analize, kao najperspektivnijim, i prikazuje aktuelne trendove u razvoju analitičke hemije.

Prema obliku prezentacije, tekst priručnika prilagođen je studentima I-II predmeta, koji još nemaju vještine samostalnog rada sa nastavnom literaturom.

Odjeljke 1, 2, 5 napisao je V.F. Yustratova, sekcije 3, 6, 8, 9 - G.N. Mikileva, odeljak 7 - I.A. Močalova, dio 4 - G.N. Mikileva i I.A. Mochalova.

ANALITIČKA HEMIJA KAO NAUKA

Analitička hemija je jedna od grana hemije. Ako damo najpotpuniju definiciju analitičke hemije kao nauke, onda možemo koristiti definiciju koju je predložio akademik I.P. Alimarin.

„Analitička hemija je nauka koja razvija teorijske osnove analize hemijskog sastava supstanci, razvija metode za identifikaciju i detekciju, određivanje i odvajanje hemijskih elemenata, njihovih jedinjenja, kao i metode za utvrđivanje hemijske strukture jedinjenja.

Ova definicija je prilično obimna i teško ju je zapamtiti. U srednjoškolskim udžbenicima daju se sažetije definicije čije je značenje sljedeće.

Analitička hemijaje nauka o metodama za određivanje hemijskog sastava i strukture supstanci (sistema).

1.1. Iz istorije razvoja analitičke hemije

Analitička hemija je veoma drevna nauka.

Čim su se u društvu pojavile robe i materijali, od kojih su najvažnije zlato i srebro, postalo je potrebno provjeriti njihov kvalitet. Kupelacija, test vatrom, bila je prva široko korišćena tehnika za analizu ovih metala. Ova kvantitativna tehnika uključuje vaganje analita prije i nakon zagrijavanja. Spominjanje ove operacije nalazi se u tablicama iz Babilona iz 1375-1350. BC.

Vage su poznate čovječanstvu još prije vremena drevne civilizacije. Pronađeni utezi za vagu datiraju iz 2600. godine prije Krista.

Prema opšteprihvaćenom gledištu, renesansa se može smatrati polaznom tačkom, kada su se pojedinačne analitičke tehnike oblikovale u naučnim metodama.

Ali termin "analiza" u modernom smislu te riječi uveo je engleski hemičar Robert Boyle (1627-1691). Prvi put je upotrebio taj izraz 1654.

Brzi razvoj analitičke hemije započeo je krajem 17. veka. u vezi s pojavom manufaktura, brzim rastom njihovog broja. To je dovelo do niza problema koji su se mogli riješiti samo analitičkim metodama. Potreba za metalima, posebno gvožđem, uveliko je porasla, što je doprinelo razvoju analitičke hemije minerala.

Hemijsku analizu je švedski naučnik Thornburn Bergman (1735-1784) uzdigao u status posebne grane nauke – analitičke hemije. Bergmanov rad se može smatrati prvim udžbenikom analitičke hemije, koji daje sistematski pregled procesa koji se koriste u analitičkoj hemiji, grupisanih prema prirodi analiziranih supstanci.

Prva dobro poznata knjiga koja je u potpunosti posvećena analitičkoj hemiji je The Complete Chemical Assay Office, koju je napisao Johann Goetling (1753-1809) i objavljena 1790. u Jeni.

Ogroman broj reagenasa koji se koriste za kvalitativnu analizu sistematizovao je Hajnrih Rouz (1795-1864) u svojoj knjizi "Vodič za analitičku hemiju". Zasebna poglavlja ove knjige posvećena su nekim elementima i poznatim reakcijama ovih elemenata. Tako je 1824. Rouz prvi opisao reakcije pojedinih elemenata i dao shemu sistematske analize, koja se u svojim glavnim karakteristikama očuvala do danas (za sistematsku analizu vidi odjeljak 1.6.3).

Godine 1862. izašao je prvi broj "Časopisa analitičke hemije" - časopisa posvećenog isključivo analitičkoj hemiji, koji izlazi do danas. Časopis je osnovao Fresenius i izlazi u Njemačkoj.

Osnove težinske (gravimetrijske) analize – najstarije i najlogičnije metode kvantitativne analize – postavio je T. Bergman.

Metode volumetrijske analize počele su da se široko uključuju u analitičku praksu tek 1860. godine. Opis ovih metoda pojavio se u udžbenicima. Do tada su razvijeni uređaji (uređaji) za titraciju i data je teorijska obrazloženja ovih metoda.

Glavna otkrića koja su omogućila teorijsku potporu volumetrijskih metoda analize uključuju zakon održanja mase materije, koji je otkrio M.V. Lomonosov (1711-1765), periodični zakon koji je otkrio D.I. Mendeljejev (1834-1907), teorija elektrolitičke disocijacije koju je razvio S. Arrhenius (1859-1927).

Temelji volumetrijskih metoda analize postavljeni su skoro dva stoljeća, a njihov razvoj je usko povezan sa zahtjevima prakse, prije svega, problemima izbjeljivanja tkanina i proizvodnje potaše.

Mnogo godina je potrošeno na razvoj prikladnih, preciznih instrumenata, razvoj operacija za ocjenjivanje volumetrijskog staklenog posuđa, manipulacije pri radu sa preciznim staklenim posuđem i metode za fiksiranje kraja titracije.

Nije iznenađujuće da je čak i 1829. Berzelius (1779-1848) vjerovao da se volumetrijske metode analize mogu koristiti samo za približne procjene.

Po prvi put sada opšteprihvaćeni pojmovi u hemiji "pipeta"(Sl. 1) (od francuskog lula - lula, pipeta - cevi) i "bireta"(Sl. 2) (od francuskog burette - boca) nalaze se u publikaciji J.L. Gay-Lussac (1778-1850), objavljen 1824. Ovdje je opisao i operaciju titracije u obliku koji se sada radi.

Rice. 1. Pipete Sl. 2. Birete

1859. godina se pokazala značajnom za analitičku hemiju. Ove godine su G. Kirchhoff (1824-1887) i R. Bunsen (1811-1899) razvili spektralnu analizu i pretvorili je u praktičnu metodu analitičke hemije. Spektralna analiza bila je prva od instrumentalnih metoda analize, koja je označila početak njihovog brzog razvoja. Pogledajte odjeljak 8 za više detalja o ovim metodama analize.

Krajem 19. veka, 1894. godine, nemački fizički hemičar V.F. Ostwald je objavio knjigu o teorijskim osnovama analitičke hemije, čija je temeljna teorija bila teorija elektrolitičke disocijacije, na kojoj se i danas zasnivaju hemijske metode analize.

Započeto u 20. veku (1903) obilježilo je otkriće ruskog botaničara i biohemičara M.S. Boja je fenomen hromatografije, koji je bio osnova za razvoj različitih varijanti hromatografske metode, čiji razvoj traje do danas.

U dvadesetom veku analitička hemija se prilično uspješno razvijala. Došlo je do razvoja i hemijskih i instrumentalnih metoda analize. Razvoj instrumentalnih metoda bio je rezultat stvaranja jedinstvenih uređaja koji omogućavaju snimanje pojedinačnih svojstava analiziranih komponenti.

Ruski naučnici dali su veliki doprinos razvoju analitičke hemije. Prije svega, imena N.A. Tananaeva, I.P. Alimarina, A.K. Babko, Yu.A. Zolotov i mnogi drugi.

Razvoj analitičke hemije je uvek uzimao u obzir dva faktora: industrija u razvoju je formirala problem koji treba rešiti, s jedne strane; s druge strane, otkrića nauke prilagođena rješavanju problema analitičke hemije.

Ovaj trend se nastavlja do danas. Računari i laseri se široko koriste u analizi, pojavljuju se nove metode analize, uvode se automatizacija i matematizacija, stvaraju se metode i sredstva lokalne nedestruktivne, daljinske, kontinuirane analize.

1.2. Opći problemi analitičke hemije

Opšti zadaci analitičke hemije:

1. Razvoj teorije hemijskih i fizičko-hemijskih metoda analize, naučno utemeljenje, razvoj i unapređenje tehnika i metoda istraživanja.

2. Razvoj metoda odvajanja supstanci i metoda koncentriranja mikronečistoća.

3. Unapređenje i razvoj metoda za analizu prirodnih materija, životne sredine, tehničkih materijala itd.

4. Osiguranje hemijsko-analitičke kontrole u procesu izvođenja različitih istraživačkih projekata iz oblasti hemije i srodnih oblasti nauke, industrije i tehnologije.

5. Održavanje hemijsko-tehnoloških i fizičko-hemijskih proizvodnih procesa na zadatom optimalnom nivou na osnovu sistematske hemijsko-analitičke kontrole svih delova industrijske proizvodnje.

6. Kreiranje metoda za automatsko upravljanje tehnološkim procesima u kombinaciji sa sistemima upravljanja zasnovanim na korišćenju elektronskih računarskih, snimajućih, signalnih, blokirajućih i kontrolnih mašina, instrumenata i uređaja.

Iz prethodnog se vidi da su mogućnosti analitičke hemije široke. To mu omogućava da se koristi za rješavanje širokog spektra praktičnih problema, uključujući i prehrambenu industriju.

1.3. Uloga analitičke hemije u prehrambenoj industriji

Metode analitičke hemije omogućavaju rješavanje sljedećih problema u prehrambenoj industriji:

1. Odredite kvalitet sirovina.

2. Kontrolisati proces proizvodnje hrane u svim njegovim fazama.

3. Kontrola kvaliteta proizvoda.

4. Analizirati proizvodni otpad u svrhu njegovog zbrinjavanja (dalje upotrebe).

5. Odrediti u sirovinama i prehrambenim proizvodima supstance koje su toksične (štetne) za ljudski organizam.

1.4. Metoda analize

Analitička hemija proučava metode analize, različite aspekte njihovog razvoja i primjene. Prema preporukama autoritativne međunarodne hemijske organizacije IUPAC*, metoda analize su principi na kojima se temelji analiza supstance, tj. vrsta i priroda energije koja izaziva poremećaje hemijskih čestica materije. Princip analize je zauzvrat određen fenomenima prirode na kojima se zasnivaju hemijski ili fizički procesi.

U obrazovnoj literaturi o hemiji definicija metode analize, po pravilu, nije data. Ali pošto je dovoljno važno, mora se formulisati. Po našem mišljenju, najprihvatljivija definicija je sljedeća:

Metoda analize je zbir pravila i tehnika za izvođenje analize, koje omogućavaju određivanje hemijskog sastava i strukture supstanci (sistema).

1.5. Klasifikacija metoda analize

U analitičkoj hemiji postoji nekoliko vrsta klasifikacije metoda analize.

1.5.1. Klasifikacija na osnovu hemijskih i fizičkih svojstava analiziranih supstanci (sistema)

U okviru ove klasifikacije razmatraju se sljedeće grupe metoda analize:

1. Hemijske metode analize.

Ova grupa metoda analize uključuje one u kojima se rezultati analize zasnivaju na hemijskoj reakciji koja se odvija između supstanci. Na kraju reakcije bilježi se volumen jednog od učesnika u reakciji ili masa jednog od produkta reakcije. Zatim se izračunavaju rezultati analize.

2. Fizičke metode analize.

Fizičke metode analize zasnivaju se na mjerenju fizičkih svojstava analiziranih supstanci. Najšire, ove metode popravljaju optička, magnetska, električna i toplinska svojstva.

3. Fizičke i hemijske metode analize.

Zasnivaju se na mjerenju nekog fizičkog svojstva (parametra) analiziranog sistema, koje se mijenja pod uticajem hemijske reakcije koja se u njemu odvija.

* IUPAC - Međunarodna unija čiste i primijenjene hemije. Članice ove organizacije su naučne institucije mnogih zemalja. Ruska akademija nauka (kao naslednica Akademije nauka SSSR-a) je njen član od 1930. godine.

U savremenoj hemiji nazivaju se fizičke i fizičko-hemijske metode analize instrumental metode analize. "Instrumentalna" znači da se ova metoda analize može izvesti samo uz upotrebu "instrumenta" - uređaja sposobnog za snimanje i procjenu fizičkih svojstava (pogledajte Odjeljak 8 za detalje).

4. Metode razdvajanja.

Prilikom analize složenih mješavina (a to je većina prirodnih objekata i prehrambenih proizvoda), možda će biti potrebno odvojiti analit od ometajućih komponenti.

Ponekad je u analiziranom rastvoru utvrđene komponente mnogo manje nego što se može odrediti odabranom metodom analize. U ovom slučaju, prije određivanja takvih komponenti, potrebno ih je prethodno koncentrirati.

koncentracija- ovo je operacija, nakon koje se koncentracija određene komponente može povećati od n do 10 n puta.

Operacije razdvajanja i koncentracije se često kombinuju. U fazi koncentracije u analiziranom sistemu može se jasno ispoljiti neko svojstvo, čije fiksiranje će nam omogućiti da rešimo problem količine analita u smeši. Metoda analize može započeti operacijom odvajanja, ponekad uključuje i koncentraciju.

1.5.2. Klasifikacija na osnovu mase supstance ili zapremine

rješenje uzeto na analizu

Klasifikacija koja pokazuje mogućnosti savremenih metoda analize prikazana je u tabeli. 1. Zasniva se na masi supstanci ili zapremini rastvora uzetih za analizu.

Tabela 1

Klasifikacija metoda analize u zavisnosti od mase supstance

ili zapreminu rastvora uzetog za analizu

1.6. Kvalitativna analiza

Analiza supstance može se izvršiti kako bi se utvrdio njen kvalitativni ili kvantitativni sastav. Shodno tome, pravi se razlika između kvalitativne i kvantitativne analize.

Zadatak kvalitativne analize je utvrđivanje hemijskog sastava analiziranog objekta.

Analizirani objekat može biti pojedinačna supstanca (jednostavna ili vrlo složena, kao što je kruh), kao i mješavina supstanci. Kao dio objekta, njegove različite komponente mogu biti od interesa. Moguće je odrediti od kojih jona, elemenata, molekula, faza, grupa atoma se sastoji analizirani objekat. U prehrambenim proizvodima najčešće se određuju joni, jednostavne ili složene supstance koje su ili korisne (Ca 2+, NaCl, masti, proteini itd.) ili štetne za ljudski organizam (Cu 2+, Pb 2+, pesticidi itd. . ). To se može uraditi na dva načina: identifikaciju i otkriće.

Identifikacija- utvrđivanje identiteta (identiteta) ispitivanog hemijskog jedinjenja sa poznatom supstancom (standardom) upoređivanjem njihovih fizičkih i hemijskih svojstava .

Za to se preliminarno proučavaju određena svojstva datih referentnih jedinjenja, čije se prisustvo pretpostavlja u analiziranom objektu. Na primjer, kemijske reakcije se provode s kationima ili anionima (ovi ioni su standardi) u proučavanju neorganskih supstanci, ili se mjere fizičke konstante referentnih organskih supstanci. Zatim izvršite iste testove sa test spojem i uporedite rezultate.

Detection- provjera prisustva u analiziranom objektu određenih glavnih komponenti, nečistoća i sl. .

Kvalitativna hemijska analiza se uglavnom zasniva na transformaciji analita u neko novo jedinjenje sa karakterističnim svojstvima: bojom, određenim fizičkim stanjem, kristalnom ili amorfnom strukturom, specifičnim mirisom itd. Ova karakteristična svojstva se nazivaju analitičke karakteristike.

Hemijska reakcija, tokom koje se pojavljuju analitički znaci, naziva se visokokvalitetna analitička reakcija.

Supstance koje se koriste u analitičkim reakcijama nazivaju se reagensi ili reagensi.

Kvalitativne analitičke reakcije i, shodno tome, reagensi koji se u njima koriste, ovisno o području primjene, dijele se na grupne (opće), karakteristične i specifične.

Grupne reakcije omogućavaju vam da izolujete iz složene mješavine tvari pod utjecajem grupnog reagensa cijele grupe jona koje imaju istu analitičku osobinu. Na primjer, amonijum karbonat (NH 4) 2 CO 3 spada u grupu reagensa, jer stvara bele karbonate nerastvorljive u vodi sa ionima Ca 2+, Sr 2+, Ba 2+.

karakteristika nazivaju se takve reakcije u kojima sudjeluju reagensi koji stupaju u interakciju s jednim ili malim brojem jona. Analitičko svojstvo kod ovih reakcija najčešće je izraženo karakterističnom bojom. Na primjer, dimetilglioksim je karakterističan reagens za ion Ni 2+ (ružičasti precipitat) i za Fe 2+ ion (crveno jedinjenje rastvorljivo u vodi).

Najvažnije u kvalitativnoj analizi su specifične reakcije. specifično reakcija na dati ion je takva reakcija koja omogućava da se detektuje pod eksperimentalnim uvjetima u mješavini s drugim ionima. Takva reakcija je, na primjer, reakcija detekcije jona, koja se odvija pod djelovanjem lužine kada se zagrijava:

Oslobođeni amonijak se može prepoznati po specifičnom, lako prepoznatljivom mirisu i drugim svojstvima.

1.6.1. Marke reagensa

Ovisno o specifičnom području primjene reagensa, na njih se postavlja niz zahtjeva. Jedan od njih je zahtjev za količinom nečistoća.

Količina nečistoća u hemijskim reagensima je regulisana posebnom tehničkom dokumentacijom: državnim standardima (GOST), tehničkim uslovima (TU) itd. Sastav nečistoća može biti različit, a obično je naznačen na fabričkoj etiketi reagensa.

Hemijski reagensi se klasifikuju prema stepenu čistoće. U zavisnosti od masenog udjela nečistoća, reagensu se dodjeljuje marka. Neke marke reagensa prikazane su u tabeli. 2.

tabela 2

Marke reagensa

Obično se u praksi hemijskih analiza koriste reagensi koji ispunjavaju kvalifikaciju "analitička kvaliteta" i "hemijski čist". Čistoća reagensa je naznačena na etiketi originalnog pakovanja reagensa. Neke industrije uvode svoje dodatne kvalifikacije čistoće za reagense.

1.6.2. Metode za izvođenje analitičkih reakcija

Analitičke reakcije se mogu izvoditi "mokro" i "suhi" načine. Prilikom izvođenja reakcije "mokro" interakcijom analita i odgovarajućih reagensa nastaje u rastvoru. Za njegovu primjenu, ispitivana tvar mora biti prethodno otopljena. Rastvarač je obično voda ili, ako je supstanca nerastvorljiva u vodi, drugi rastvarač. Vlažne reakcije se javljaju između jednostavnih ili složenih jona, pa se, kada se primjenjuju, detektiraju ti ioni.

"Suha" metoda izvođenja reakcija znači da se ispitivana tvar i reagensi uzimaju u čvrstom stanju, a reakcija između njih se odvija zagrijavanjem na visoku temperaturu.

Primjeri reakcija koje se izvode na "suvi" način su reakcije bojenja plamena solima određenih metala, formiranje obojenih bisera (čaša) natrijevog tetraborata (boraksa) ili natrijum i amonij hidrogen fosfat kada ih stapaju sa solima određenih metala, kao i fuziju ispitivane čvrste supstance sa "fluksovima", na primer: mešavine čvrstog Na 2 CO 3 i K 2 CO 3, ili Na 2 CO 3 i KNO 3.

Reakcije koje se izvode na "suvi" način uključuju i reakciju koja se javlja kada se ispitivana čvrsta tvar triturira nekim čvrstim reagensom, zbog čega smjesa dobiva boju.

1.6.3. Sistematska analiza

Kvalitativna analiza objekta može se provesti pomoću dvije različite metode.

Sistematska analiza - ovo je metoda provođenja kvalitativne analize prema shemi, kada je redoslijed operacija za dodavanje reagensa strogo definiran.

1.6.4. Fractional Analysis

Metoda analize zasnovana na korištenju reakcija koje se mogu koristiti za detekciju željenih jona u bilo kojoj sekvenci u pojedinačnim dijelovima inicijalne otopine, tj. bez pribjegavanja specifičnoj šemi detekcije jona, naziva se frakciona analiza.

1.7. Kvantitativna analiza

Zadatak kvantitativne analize je određivanje sadržaja (mase ili koncentracije) određene komponente u analiziranom objektu.

Važni koncepti kvantitativne analize su koncepti "određene supstance" i "radne supstance".

1.7.1. Supstanca se identifikuje. radna supstanca

Hemijski element, ion, jednostavna ili složena supstanca, čiji je sadržaj određen u datom uzorku analiziranog proizvoda, obično se naziva "identifikujuća supstanca" (O.V.).

Supstanca s kojom se vrši ovo određivanje naziva se radna supstanca (RV).

1.7.2. Načini izražavanja sastava rastvora koji se koriste u analitičkoj hemiji

1. Najprikladniji način da se izrazi sastav otopine je koncentracija . Koncentracija je fizička veličina (dimenzionalna ili bezdimenzionalna) koja određuje kvantitativni sastav otopine, smjese ili taline. Kada se razmatra kvantitativni sastav otopine, najčešće se misli na omjer količine otopljene tvari i volumena otopine.

Najčešća je molarna koncentracija ekvivalenata. Njegov simbol, napisan, na primjer, za sumpornu kiselinu je C eq (H 2 SO 4), mjerna jedinica je mol / dm 3.

U literaturi postoje i druge oznake za ovu koncentraciju. Na primjer, C (1 / 2H 2 SO 4). Frakcija ispred formule sumporne kiseline pokazuje koji dio molekule (ili jona) je ekvivalentan. Zove se faktor ekvivalencije, označen sa f equiv. Za H 2 SO 4 f ekvivalent = 1/2. Faktor ekvivalencije se izračunava na osnovu stehiometrije reakcije. Broj koji pokazuje koliko je ekvivalenata sadržano u molekulu naziva se ekvivalentnim brojem i označava se sa Z*. f equiv = 1 / Z *, stoga se molarna koncentracija ekvivalenata također označava na ovaj način: C (1 / Z * H 2 SO 4).

2. U uslovima analitičkih laboratorija, kada je potrebno mnogo vremena za izvođenje serije pojedinačnih analiza uz pomoć jedne formule izračuna, često se koristi faktor korekcije, odnosno korekcija K.

Najčešće se korekcija odnosi na radnu supstancu. Koeficijent pokazuje koliko se puta koncentracija pripremljene otopine radne tvari razlikuje od koncentracije izražene zaokruženim brojevima (0,1; 0,2; 0,5; 0,01; 0,02; 0,05), od kojih jedan može biti u formuli za proračun:

K se zapisuje kao brojevi sa četiri decimale. Iz zapisa: K = 1,2100 do C eq (HCl) = 0,0200 mol / dm 3 slijedi da je C eq (HCl) = 0,0200 mol / dm 3 standardna molarna koncentracija HCl ekvivalenata, tada je tačna izračunata po formuli:

3. Titar je masa supstance sadržane u 1 cm 3 zapremine rastvora.

Titar se najčešće odnosi na otopinu radne tvari.

Jedinica titra je g/cm 3 , titar se računa na šesto decimalno mjesto. Poznavajući titar radne tvari, moguće je izračunati molarnu koncentraciju ekvivalenata njene otopine.

(4)

4. Titar radne supstance prema analitu- ovo je masa tvari koju treba odrediti, ekvivalentna masi radne tvari sadržane u 1 cm 3 otopine.

5. Maseni udio otopljene tvari jednak je omjeru mase otopljene tvari A i mase otopine:

6. Zapreminski udio otopljena supstanca jednaka je omjeru volumena otopljene tvari A i ukupnog volumena otopine:

Maseni i zapreminski udjeli su bezdimenzionalne veličine. Ali najčešće se izrazi za izračunavanje udjela mase i zapremine zapisuju kao:

; (9)

. (10)

U ovom slučaju, jedinica za w i j je procenat.

Treba obratiti pažnju na sljedeće okolnosti:

1. Prilikom analize, koncentracija radne supstance mora biti tačna i izražena kao broj koji sadrži četiri decimale ako je koncentracija molarni ekvivalent; ili broj koji sadrži šest decimalnih mjesta ako je naslov.

2. U svim proračunskim formulama usvojenim u analitičkoj hemiji jedinica zapremine je cm 3. Budući da stakleno posuđe koje se koristi u analizi za mjerenje zapremina omogućava mjerenje zapremine s tačnošću od 0,01 cm 3, upravo s tom preciznošću treba zabilježiti brojeve koji izražavaju zapremine otopina analita i radnih tvari uključenih u analizu .

1.7.3. Metode za pripremu rastvora

Prije nastavka pripreme rješenja potrebno je odgovoriti na sljedeća pitanja.

1. Za koju svrhu se priprema rastvor (za upotrebu kao RV, za stvaranje određene pH vrednosti medijuma, itd.)?

2. U kom obliku je najprikladnije izraziti koncentraciju otopine (u obliku molarne koncentracije ekvivalenata, masenog udjela, titra, itd.)?

3. Sa kojom tačnošću, tj. do koje decimale treba odrediti broj koji izražava odabranu koncentraciju?

4. Koju zapreminu rastvora treba pripremiti?

5. Na osnovu prirode supstance (tečna ili čvrsta, standardna ili nestandardna), koji način pripreme rastvora treba koristiti?

Otopina se može pripremiti na sljedeće načine:

1. Precizno zakačenje.

Ako a supstance iz koje se priprema rastvor, je standardno, tj. ispunjava određene (dolje navedene) zahtjeve, tada se rješenje može pripremiti pomoću tačnog uzorka. To znači da se težina uzorka izračunava i mjeri na analitičkoj vagi sa tačnošću od četiri decimale.

Zahtjevi za standardne tvari su sljedeći:

a) supstanca mora imati kristalnu strukturu i odgovarati određenoj hemijskoj formuli;

c) supstanca mora biti stabilna tokom skladištenja u čvrstom obliku iu rastvoru;

d) poželjan je veliki ekvivalent molarne mase supstance.

2. Iz kanala za fiksiranje.

Varijanta metode pripreme rastvora za tačan uzorak je metoda pripreme rastvora iz fiksanala. Ulogu tačnog uzorka obavlja tačna količina supstance u staklenoj ampuli. Treba imati na umu da supstanca u ampuli može biti standardna (vidi stav 1) i nestandardna. Ova okolnost utiče na metode i trajanje skladištenja rastvora nestandardnih supstanci pripremljenih od fiksanala.

FIXANAL(standardni-titar, norma-doza) je zapečaćena ampula, u kojoj se nalazi u suvom obliku ili u obliku rastvora od 0,1000, 0,0500 ili drugog broja molova ekvivalenata supstance.

Da bi se pripremila potrebna otopina, ampula se razbija preko lijevka opremljenog posebnim uređajem za probijanje (udarac). Njegov sadržaj se kvantitativno prenosi u volumetrijsku tikvicu potrebnog kapaciteta i zapremina se podešava destilovanom vodom do prstenaste oznake.

Otopina pripremljena od tačnog uzorka ili od fiksanala naziva se titrirano, standardno ili standardno rješenje I, jer njegova koncentracija nakon pripreme je tačna. Zapišite ga kao broj sa četiri decimale ako se radi o molarnoj koncentraciji ekvivalenata i sa šest decimalnih mjesta ako se radi o naslovu.

3. Po približnoj težini.

Ako tvar od koje se priprema otopina ne ispunjava zahtjeve za standardne tvari, a ne postoji odgovarajući fiksanal, tada se otopina priprema po približnoj težini.

Izračunajte masu tvari koja se mora uzeti za pripremu otopine, uzimajući u obzir njenu koncentraciju i volumen. Ova masa se vaga na tehničkoj vagi sa tačnošću do drugog decimalnog mesta, rastvorena u volumetrijskoj tikvici. Dobijte otopinu s približnom koncentracijom.

4. Razblaživanjem koncentrisanijeg rastvora.

Ako se tvar proizvodi u industriji u obliku koncentrirane otopine (jasno je da je nestandardna), tada se njezina otopina s nižom koncentracijom može pripremiti samo razrjeđivanjem koncentrirane otopine. Prilikom pripreme otopine na ovaj način, treba imati na umu da masa otopljene tvari mora biti ista kako u zapremini pripremljene otopine tako i u dijelu koncentrirane otopine uzete za razrjeđivanje. Poznavajući koncentraciju i zapreminu rastvora koji treba pripremiti, izračunajte zapreminu koncentrirane otopine koja se meri, uzimajući u obzir njen maseni udio i gustinu. Izmjerite zapreminu mjernim cilindrom, sipajte u odmjernu tikvicu, razrijedite do oznake destilovanom vodom i promiješajte. Ovako pripremljena otopina ima približnu koncentraciju.

Tačna koncentracija otopina pripremljenih približnim uzorkom i razrjeđivanjem koncentrirane otopine utvrđuje se gravimetrijskom ili titrimetrijskom analizom, pa se otopine pripremljene ovim metodama, nakon što se utvrde njihove točne koncentracije, nazivaju rastvori sa fiksnim titrom, standardizovana rešenja ili standardna rješenja II.

1.7.4. Formule koje se koriste za izračunavanje mase tvari potrebne za pripremu otopine

Ako se iz suhe tvari A pripremi otopina sa datom molarnom koncentracijom ekvivalenata ili titrom, tada se izračunavanje mase tvari koja se mora uzeti za pripremu otopine vrši prema sljedećim formulama:

; (11)

. (12)

Bilješka. Jedinica mjerenja zapremine je cm 3.

Proračun mase tvari vrši se s takvom točnošću, koja je određena metodom pripreme otopine.

Proračunske formule koje se koriste u pripremi otopina metodom razrjeđivanja određene su vrstom koncentracije koja se želi dobiti i vrstom koncentracije koja se razrjeđuje.

1.7.5. Shema analize

Glavni zahtjev za analizu je da dobijeni rezultati odgovaraju pravom sadržaju komponenti. Rezultati analize će zadovoljiti ovaj zahtjev samo ako se sve operacije analize izvode ispravno, u određenom redoslijedu.

1. Prvi korak u bilo kakvom analitičkom određivanju je uzorkovanje za analizu. U pravilu se uzima prosječan uzorak.

Prosječan uzorak- to je dio analiziranog objekta, mali u odnosu na njegovu cjelokupnu masu, čiji su prosječni sastav i svojstva identični (isti) u svemu njegovom prosječnom sastavu.

Metode uzorkovanja za različite vrste proizvoda (sirovine, poluproizvodi, gotovi proizvodi iz različitih industrija) se međusobno veoma razlikuju. Prilikom uzorkovanja rukovode se pravilima koja su detaljno opisana u tehničkim priručnicima, GOST-ovima i posebnim uputama posvećenim analizi ove vrste proizvoda.

U zavisnosti od vrste proizvoda i vrste analize, uzorak se može uzeti u obliku određene zapremine ili određene mase.

Uzorkovanje- ovo je vrlo odgovorna i važna pripremna operacija analize. Pogrešno odabran uzorak može u potpunosti iskriviti rezultate, u kom slučaju je općenito besmisleno provoditi daljnje operacije analize.

2. Priprema uzorka za analizu. Uzorak uzet za analizu nije uvijek pripremljen na neki poseban način. Na primjer, kada se arbitražnom metodom određuje vlažnost brašna, kruha i pekarskih proizvoda, određeni uzorak svakog proizvoda se važe i stavlja u pećnicu. Najčešće se analizi podvrgavaju rastvori dobijeni odgovarajućom obradom uzorka. U ovom slučaju, zadatak pripreme uzorka za analizu svodi se na sljedeće. Uzorak se podvrgava takvoj obradi, u kojoj je količina analizirane komponente očuvana i potpuno prelazi u rastvor. U tom slučaju može biti potrebno eliminirati strane tvari koje se mogu nalaziti u analiziranom uzorku zajedno sa komponentom koju treba odrediti.

Priprema uzoraka za analizu, kao i uzorkovanje, opisani su u regulatornoj i tehničkoj dokumentaciji, prema kojoj se analiziraju sirovine, poluproizvodi i gotovi proizvodi. Od hemijskih operacija koje su uključene u proceduru pripreme uzorka za analizu, možemo navesti jednu koja se često koristi u pripremi uzoraka sirovina, poluproizvoda, gotovih proizvoda u prehrambenoj industriji - to je pepeo operacija.

Ashing je proces pretvaranja proizvoda (materijala) u pepeo. Uzorak se priprema pepelom prilikom određivanja, na primjer, metalnih jona. Uzorak se spaljuje pod određenim uslovima. Preostali pepeo se rastvori u odgovarajućem rastvaraču. Dobija se rješenje koje se podvrgava analizi.

3. Dobivanje analitičkih podataka. Tokom analize na pripremljeni uzorak djeluje reagens ili neka vrsta energije. To dovodi do pojave analitičkih signala (promjena boje, pojava novog zračenja itd.). Pojavili signal može biti: a) registrovan; b) uzeti u obzir trenutak kada je potrebno izmjeriti određeni parametar u analiziranom sistemu, na primjer, zapreminu radne tvari.

4. Obrada analitičkih podataka.

A) Dobijeni primarni analitički podaci se koriste za izračunavanje rezultata analize.

Postoje različiti načini za pretvaranje analitičkih podataka u rezultate analize.

1. Metoda proračuna. Ova metoda se vrlo često koristi, na primjer, u kvantitativnoj hemijskoj analizi. Nakon završene analize dobija se zapremina radne supstance koja se troši na reakciju sa analitom. Zatim se ovaj volumen zamjenjuje u odgovarajuću formulu i izračunava se rezultat analize - masa ili koncentracija analita.

2. Metoda kalibracije (kalibracije) grafikona.

3. Metoda poređenja.

4. Način dodavanja.

5. Diferencijalna metoda.

Ove metode obrade analitičkih podataka koriste se u instrumentalnim metodama analize, tokom čijeg proučavanja će se moći detaljno upoznati.

B) Dobijeni rezultati analize moraju se obraditi prema pravilima matematičke statistike o kojima se govori u poglavlju 1.8.

5. Utvrđivanje socio-ekonomskog značaja rezultata analize. Ova faza je konačna. Nakon završetka analize i dobijanja rezultata, potrebno je uspostaviti korespondenciju između kvaliteta proizvoda i zahtjeva regulatorne dokumentacije za njega.

1.7.6. Metoda i tehnika analize

Da bi se od teorije bilo koje metode analitičke hemije prešlo na specifičnu metodu izvođenja analize, važno je napraviti razliku između pojmova "metoda analize" i "metoda analize".

Kada je u pitanju metoda analize, to znači da se razmatraju pravila, po kojima se mogu dobiti analitički podaci i interpretirati (vidjeti dio 1.4).

Metoda analize- ovo je detaljan opis svih operacija za izvođenje analize, uključujući uzimanje i pripremu uzoraka (sa naznakom koncentracija svih testnih rastvora).

U praktičnoj primjeni svake metode analize razvijene su mnoge metode analize. Razlikuju se po prirodi analiziranih objekata, načinu uzimanja i pripreme uzoraka, uslovima za izvođenje pojedinačnih radnji analize itd.

Na primjer, u laboratorijskoj radionici kvantitativne analize, između ostalih, izvodi se laboratorijski rad „Permanganometrijsko određivanje Fe 2+ u Mohrovoj otopini soli“, „Jodometrijsko određivanje Cu 2+“, „Dihromatometrijsko određivanje Fe 2+“. Metode za njihovu implementaciju su potpuno različite, ali se zasnivaju na istoj metodi analize „redoksimetrija“.

1.7.7. Analitičke karakteristike metoda analize

Da bi se metode ili metode analize međusobno upoređivale ili vrednovale, što ima važnu ulogu u njihovom izboru, svaka metoda i metoda imaju svoje analitičke i metrološke karakteristike. Analitičke karakteristike uključuju sljedeće: koeficijent osjetljivosti (granica detekcije), selektivnost, trajanje, performanse.

Granica detekcije(C min., p) je najniži sadržaj pri kojem se ovom metodom može detektovati prisustvo određene komponente sa datom verovatnoćom poverenja. Vjerovatnoća povjerenja - P je udio slučajeva u kojima će aritmetička sredina rezultata za dati broj određivanja biti unutar određenih granica.

U analitičkoj hemiji se po pravilu koristi nivo pouzdanosti P = 0,95 (95%).

Drugim riječima, P je vjerovatnoća pojave slučajne greške. Pokazuje koliko eksperimenata od 100 daje rezultate koji se smatraju tačnim u okviru specificirane tačnosti analize. Sa P = 0,95 - 95 od 100.

Selektivnost analize karakteriše mogućnost određivanja ove komponente u prisustvu stranih supstanci.

Svestranost- sposobnost detekcije više komponenti iz jednog uzorka u isto vrijeme.

Trajanje analize- vrijeme utrošeno na njegovu implementaciju.

Performanse analize- broj paralelnih uzoraka koji se mogu analizirati u jedinici vremena.

1.7.8. Metrološke karakteristike metoda analize

Ocjenjujući metode ili tehnike analize sa stanovišta nauke o mjerenjima - metrologije - uočavaju se sljedeće karakteristike: interval utvrđenih sadržaja, ispravnost (tačnost), ponovljivost, konvergencija.

Interval utvrđenih sadržaja- ovo je područje predviđeno ovom tehnikom, u kojem se nalaze vrijednosti utvrđenih količina komponenti. Istovremeno, uobičajeno je napomenuti donja granica utvrđenih sadržaja(C n) - najmanja vrijednost utvrđenog sadržaja, koja ograničava raspon utvrđenih sadržaja.

Ispravnost (tačnost) analize- je blizina dobijenih rezultata pravoj vrijednosti utvrđene vrijednosti.

Reproducibilnost i konvergencija rezultata analize su određene rasipanjem ponovljenih rezultata analize i određene su prisustvom slučajnih grešaka.

Konvergencija karakteriše disperziju rezultata u fiksnim uslovima eksperimenta, i reproduktivnost- pod promenljivim uslovima eksperimenta.

Sve analitičke i metrološke karakteristike metode ili metode analize navode se u njihovim uputstvima.

Metrološke karakteristike se dobijaju obradom rezultata dobijenih u seriji ponovljenih analiza. Formule za njihov proračun su date u odjeljku 1.8.2. One su slične formulama koje se koriste za statičku obradu rezultata analize.

1.8. Greške (greške) u analizi

Koliko god se pažljivo provodilo jedno ili drugo kvantitativno određivanje, dobiveni rezultat se po pravilu donekle razlikuje od stvarnog sadržaja određene komponente, tj. rezultat analize se uvijek dobije sa nekom nepreciznošću - greškom.

Greške mjerenja su klasifikovane kao sistematske (izvjesne), nasumične (neizvjesne) i grube ili promašene.

Sistematske greške- to su greške koje su konstantne vrijednosti ili variraju prema određenom zakonu. Mogu biti metodički, ovisno o specifičnostima korištene metode analize. One mogu zavisiti od upotrebljenih instrumenata i reagensa, od netačnog ili nedovoljno pažljivog izvođenja analitičkih operacija, od individualnih karakteristika osobe koja vrši analizu. Sistematske greške je teško uočiti, jer su konstantne i pojavljuju se tokom ponovljenih određivanja. Da bi se izbegle greške ove vrste, potrebno je eliminisati njihov izvor ili uvesti odgovarajuću korekciju u rezultat merenja.

Slučajne greške nazivaju se greške koje su neodređene veličine i predznaka, u pojavljivanju svake od kojih se ne uočava pravilnost.

Slučajne greške se javljaju u svakom mjerenju, uključujući bilo koje analitičko određivanje, bez obzira na to koliko pažljivo se ono provodi. Njihovo prisustvo se ogleda u činjenici da ponovljena određivanja jedne ili druge komponente u datom uzorku, obavljena istom metodom, obično daju nešto drugačije rezultate.

Za razliku od sistematskih grešaka, slučajne greške se ne mogu uzeti u obzir niti eliminisati uvođenjem bilo kakvih korekcija. Međutim, oni se mogu značajno smanjiti povećanjem broja paralelnih determinacija. Uticaj slučajnih grešaka na rezultat analize se teorijski može uzeti u obzir obradom rezultata dobijenih u nizu paralelnih određivanja ove komponente metodom matematičke statistike.

Dostupnost grube greške ili misses očituje se u činjenici da se među relativno bliskim rezultatima uočava jedna ili nekoliko vrijednosti koje se primjetno izdvajaju po veličini iz opće serije. Ako je razlika toliko velika da možemo govoriti o gruboj grešci, onda se ovo mjerenje odmah odbacuje. Međutim, u većini slučajeva taj drugi rezultat se ne može odmah prepoznati kao netačan samo na osnovu „iskakanja“ iz opšte serije, te su stoga neophodna dodatna istraživanja.

Postoje opcije kada nema smisla provoditi dodatne studije, a istovremeno je nepoželjno koristiti netočne podatke za izračunavanje ukupnog rezultata analize. U ovom slučaju, prisustvo grubih grešaka ili promašaja utvrđuje se prema kriterijumima matematičke statistike.

Poznato je nekoliko takvih kriterijuma. Najjednostavniji od njih je Q-test.

1.8.1. Utvrđivanje prisustva grubih grešaka (promašaja)

U hemijskoj analizi sadržaj komponente u uzorku se u pravilu određuje malim brojem paralelnih određivanja (n£ 3). Da bi izračunali greške definicija u ovom slučaju, koriste metode matematičke statistike razvijene za mali broj definicija. Rezultati ovog malog broja određivanja smatraju se nasumično odabranim - uzorkovanje- od svih zamislivih rezultata opšte populacije pod datim uslovima.

Za male uzorke sa brojem mjerenja n<10 определение грубых погрешностей можно оценивать при помощи opseg varijacije po Q-kriterijumu. Da biste to učinili, napravite omjer:

, (13)

gdje je X 1 - sumnjivo razlikovan rezultat analize;

X 2 - rezultat jedne definicije, najbliže vrijednosti X 1 ;

R - opseg varijacije - razlika između najveće i najmanje vrijednosti serije mjerenja, tj. R = X max. - X min.

Izračunata vrijednost Q se upoređuje sa tabelarnom vrijednošću Q (p, f). Prisustvo grube greške se dokazuje ako je Q > Q(p, f).

Rezultat, priznat kao gruba greška, isključen je iz daljeg razmatranja.

Q-kriterijum nije jedini indikator čijom se vrednošću može proceniti prisustvo grube greške, ali se računa brže od ostalih, jer. omogućava vam da odmah eliminišete velike greške bez obavljanja drugih proračuna.

Druga dva kriterijuma su tačnija, ali zahtevaju potpuni proračun greške, tj. prisutnost grube greške može se reći samo izvođenjem potpune matematičke obrade rezultata analize.

Grube greške se takođe mogu identifikovati:

A) standardna devijacija. Rezultat X i se prepoznaje kao gruba greška i odbacuje ako

. (14)

B) Tačnost direktnog mjerenja. Rezultat X i se odbacuje ako

. (15)

O količinama označenim znakovima , vidi odjeljak 1.8.2.

1.8.2. Statistička obrada rezultata analize

Statistička obrada rezultata ima dva glavna zadatka.

Prvi zadatak je prikazati rezultat definicija u kompaktnom obliku.

Drugi zadatak je procjena pouzdanosti dobijenih rezultata, tj. stepen njihove korespondencije sa pravim sadržajem određene komponente u uzorku. Ovaj problem je riješen izračunavanjem ponovljivosti i tačnosti analize korištenjem formula u nastavku.

Kao što je već napomenuto, reproduktivnost karakteriše raspršenost ponovljenih rezultata analize i određena je prisustvom slučajnih grešaka. Reproducibilnost analize se vrednuje vrednostima standardne devijacije, relativne standardne devijacije, varijanse.

Ukupna karakteristika rasipanja podataka određena je vrijednošću standardne devijacije S.

Ponekad, prilikom procene reproduktivnosti testa, određuje se relativna standardna devijacija Sr.

Standardna devijacija ima istu jedinicu kao i srednja vrijednost, odnosno prava vrijednost m količine koja se utvrđuje.

Metoda ili tehnika analize je što je bolje ponovljiva, što su apsolutne (S) i relativne (Sr) vrijednosti odstupanja za njih niže.

Rasipanje podataka analize o srednjoj vrednosti izračunava se kao varijansa S 2 .

(18)

U prikazanim formulama: Xi - pojedinačna vrijednost količine dobijene tokom analize; - aritmetičku sredinu dobijenih rezultata za sva mjerenja; n je broj mjerenja; i = 1…n.

Tačnost ili tačnost analize karakteriše interval poverenja prosečne vrednosti p, f. Ovo je područje unutar koje se, u nedostatku sistematskih grešaka, nalazi prava vrijednost mjerene veličine sa sigurnošću P.

, (19)

gdje je p, f - interval povjerenja, tj. granice pouzdanosti unutar kojih se može nalaziti vrijednost utvrđene veličine X.

U ovoj formuli, t p, f je Studentov koeficijent; f je broj stepeni slobode; f = n - 1; P je nivo pouzdanosti (vidjeti 1.7.7); t p, f - dati tabelarno.

Standardna devijacija aritmetičke sredine. (20)

Interval pouzdanosti izračunava se ili kao apsolutna greška u istim jedinicama u kojima je izražen rezultat analize, ili kao relativna greška DX o (u %):

Stoga se rezultat analize može predstaviti kao:

. (23)

Obrada rezultata analize je znatno pojednostavljena ako se zna pravi sadržaj (m) analita prilikom izvođenja analiza (kontrolni uzorci ili standardni uzorci). Izračunajte apsolutne (DX) i relativne (DX o, %) greške.

DX \u003d X - m (24)

1.8.3. Poređenje dva prosječna rezultata izvršene analize

različite metode

U praksi postoje situacije kada neki predmet treba analizirati različitim metodama, u različitim laboratorijama, od strane različitih analitičara. U ovim slučajevima, prosječni rezultati se međusobno razlikuju. Oba rezultata karakteriziraju neku aproksimaciju pravoj vrijednosti željene količine. Da bi se utvrdilo može li se vjerovati oba rezultata, utvrđuje se da li je razlika između njih statistički značajna, tj. "prevelike. Prosječne vrijednosti željene vrijednosti smatraju se kompatibilnim ako pripadaju istoj općoj populaciji. Ovo se može riješiti, na primjer, Fišerovim kriterijumom (F-kriterijum).

gdje su disperzije izračunate za različite serije analiza.

F ex - je uvijek veći od jedan, jer jednak je omjeru veće varijanse prema manjoj. Izračunata vrijednost F ex se upoređuje sa tabličnom vrijednošću F tablice. (vjerovatnoća pouzdanosti P i broj stupnjeva slobode f za eksperimentalne i tabelarne vrijednosti trebaju biti isti).

Prilikom poređenja F ex i F opcije tabele su moguće.

A) F ex >F tab. Neslaganje između varijansi je značajno i razmatrani uzorci se razlikuju u ponovljivosti.

B) Ako je F ex značajno manji od F tabele, onda je razlika u reproduktivnosti slučajna i obje varijanse su približne procjene iste varijanse opšte populacije za oba uzorka.

Ako je razlika između varijansi mala, možete saznati da li postoji statistički značajna razlika u prosječnim rezultatima analize dobijenim različitim metodama. Da biste to učinili, koristite Studentov koeficijent t p, f. Izračunajte ponderiranu prosječnu standardnu ​​devijaciju i t ex.

; (27)

gdje su prosječni rezultati upoređenih uzoraka;

n 1 , n 2 - broj mjerenja u prvom i drugom uzorku.

Uporedite t ex sa tabelom t sa brojem stepeni slobode f = n 1 +n 2 -2.

Ako je u isto vrijeme t ex > t tabela, onda je razlika između značajna, uzorci ne pripadaju istoj općoj populaciji i prave vrijednosti u svakom uzorku su različite. Ako t pr< t табл, можно все данные рассматривать как единую выборочную совокупность для (n 1 +n 2) результатов.

TEST PITANJA

1. Šta proučava analitička hemija?

2. Šta je metoda analize?

3. Koje grupe metoda analize razmatra analitička hemija?

4. Koje metode se mogu koristiti za izvođenje kvalitativne analize?

5. Šta su analitičke karakteristike? Šta oni mogu biti?

6. Šta je reagens?

7. Koji su reagensi potrebni za izvođenje sistematske analize?

8. Šta je frakciona analiza? Koji su reagensi potrebni za njegovu implementaciju?

9. Šta znače slova “hemijski čisto”, “ch.d.a.”? na hemijskoj etiketi?

10. Koji je zadatak kvantitativne analize?

11. Šta je radna supstanca?

12. Na koje načine se može pripremiti rastvor radne supstance?

13. Šta je standardna supstanca?

14. Šta znače pojmovi “standardno rješenje I”, “standardno rješenje II”?

15. Koliki je titar i titar radne supstance prema analitu?

16. Kako je ukratko naznačena molarna koncentracija ekvivalenata?

ANALITIČKA HEMIJA, nauka o određivanju hemijskog sastava supstanci i materijala i, donekle, hemijske strukture jedinjenja. Analitička hemija razvija opšte teorijske osnove hemijske analize, razvija metode za određivanje komponenti uzorka koji se proučava i rešava probleme analize specifičnih objekata. Osnovni cilj analitičke hemije je stvaranje metoda i alata koji u zavisnosti od zadatka obezbeđuju tačnost, visoku osetljivost, brzinu i selektivnost analize. Razvijaju se i metode za analizu mikro-objekata, za izvođenje lokalne analize (u tački, na površini i tako dalje), analize bez uništavanja uzorka, na udaljenosti od njega (daljinska analiza), kontinuirane analize (npr. , u struji), kao i utvrditi, u obliku kojeg hemijskog jedinjenja i u kom fizičkom obliku određena komponenta postoji u uzorku (hemijska analiza materijala) iu koju fazu je uključena (fazna analiza). Važni trendovi u razvoju analitičke hemije su automatizacija analiza, posebno u kontroli tehnoloških procesa, i matematizacija, posebno široka upotreba računara.

Struktura nauke. Postoje tri glavna područja analitičke hemije: opšte teorijske osnove; razvoj metoda analize; analitička hemija pojedinačnih objekata. U zavisnosti od svrhe analize, pravi se razlika između kvalitativne hemijske analize i kvantitativne hemijske analize. Zadatak prvog je da detektuje i identifikuje komponente analiziranog uzorka, zadatak drugog je da odredi njihove koncentracije ili mase. U zavisnosti od toga koje komponente treba detektovati ili odrediti, postoje izotopska analiza, elementarna analiza, analiza strukturnih grupa (uključujući funkcionalnu), molekularna analiza, analiza materijala i fazna analiza. Po prirodi analiziranog objekta razlikuje se analiza neorganskih i organskih supstanci, kao i bioloških objekata.

Takozvana hemometrija, uključujući i metrologiju hemijske analize, zauzima važno mesto u teorijskim osnovama analitičke hemije. Teorija analitičke hemije obuhvata i nastavu o izboru i pripremi analitičkih uzoraka, o izradi šeme analize i izboru metoda, o principima i načinima automatizacije analize, korišćenjem računara, kao i o principima racionalnog korišćenja rezultate hemijske analize. Značajka analitičke hemije je proučavanje ne općih, već pojedinačnih, specifičnih svojstava i karakteristika objekata, što osigurava selektivnost mnogih analitičkih metoda. Zahvaljujući bliskoj povezanosti sa dostignućima fizike, matematike, biologije i raznih oblasti tehnologije (ovo se posebno odnosi na metode analize), analitička hemija se pretvara u disciplinu na razmeđu nauka. Često se koriste i drugi nazivi ove discipline - analitika, analitička nauka itd.

U analitičkoj hemiji razlikuju se metode razdvajanja, određivanja (detekcije) i hibridne metode analize, koje obično kombinuju metode prve dvije grupe. Metode određivanja se prikladno dijele na hemijske metode analize (gravimetrijska analiza, titrimetrijska analiza, elektrohemijske metode analize, kinetičke metode analize), fizičke metode analize (spektroskopske, nuklearne fizike, itd.), biohemijske metode analize i biološke metoda analize. Hemijske metode se zasnivaju na hemijskim reakcijama (interakcija materije sa materijom), fizičke metode se zasnivaju na fizičkim pojavama (interakcija materije sa zračenjem, tokovi energije), biološke metode koriste odgovor organizama ili njihovih fragmenata na promene u okruženju. .

Gotovo sve metode određivanja temelje se na ovisnosti bilo koje mjerljive osobine tvari o njihovom sastavu. Stoga je važan pravac u analitičkoj hemiji traženje i proučavanje ovakvih zavisnosti kako bi se koristile za rešavanje analitičkih problema. U ovom slučaju, gotovo uvijek je potrebno pronaći jednačinu za odnos između svojstva i sastava, razviti metode za registraciju svojstva (analitički signal), eliminirati smetnje od drugih komponenti i eliminirati ometajući utjecaj različitih faktora (npr. , temperaturne fluktuacije). Vrijednost analitičkog signala se pretvara u jedinice koje karakteriziraju količinu ili koncentraciju komponenti. Izmjerena svojstva mogu biti, na primjer, masa, zapremina, apsorpcija svjetlosti, jačina struje.

Velika pažnja se poklanja teoriji metoda analize. Teorija hemijskih metoda zasniva se na idejama o nekoliko osnovnih tipova hemijskih reakcija koje se široko koriste u analizi (kiselo-bazne, redoks, formiranje kompleksa) i nekoliko važnih procesa (taloženje, otapanje, ekstrakcija). Pažnja na ova pitanja je zbog istorije razvoja analitičke hemije i praktičnog značaja odgovarajućih metoda. Kako se, međutim, smanjuje udio kemijskih metoda, dok raste udio fizičkih, biohemijskih i bioloških metoda, od velike je važnosti unaprijediti teoriju metoda ovih potonjih grupa i integrirati teorijske aspekte pojedinačnih metode u opću teoriju analitičke hemije.

Istorija razvoja. Ispitivanja materijala vršena su u antičko doba; na primjer, ispitivane su rude da bi se utvrdila njihova pogodnost za topljenje, razni proizvodi - da bi se utvrdio sadržaj zlata i srebra u njima. Alhemičari 14.-16. stoljeća izveli su ogromnu količinu eksperimentalnog rada na proučavanju svojstava supstanci, postavljajući temelje za hemijske metode analize. U 16-17 veku (period jatrohemije) pojavile su se nove hemijske metode za detekciju supstanci, zasnovane na reakcijama u rastvoru (na primer, otkrivanje iona srebra formiranjem taloga sa kloridnim jonima). R. Boyle, koji je uveo koncept "hemijske analize", smatra se osnivačem naučne analitičke hemije.

Sve do sredine 19. veka analitička hemija je bila glavna grana hemije. U tom periodu otkriveni su mnogi hemijski elementi, izolovani sastavni delovi nekih prirodnih supstanci, ustanovljeni zakoni konstantnosti sastava i višestrukih odnosa, zakon održanja mase. Švedski hemičar i mineralog T. Bergman razvio je šemu za sistematsku kvalitativnu analizu, aktivno koristio sumporovodik kao analitički reagens i predložio metode analize plamena za dobijanje bisera. U 19. vijeku, sistematsku kvalitativnu analizu unaprijedili su njemački hemičari G. Rose i K. Fresenius. Isti vijek obilježen je velikim uspjesima u razvoju kvantitativne analize. Stvorena je titrimetrijska metoda (francuski hemičar F. Decroisille, J. Gay-Lussac), značajno poboljšana gravimetrijska analiza i razvijene metode za analizu gasova. Razvoj metoda za elementarnu analizu organskih jedinjenja (Yu. Liebig) bio je od velikog značaja. Krajem 19. vijeka oblikovala se teorija analitičke hemije, koja se zasnivala na teoriji hemijske ravnoteže u rastvorima uz učešće jona (uglavnom W. Ostwald). Do tada su metode za analizu jona u vodenim rastvorima zauzele dominantno mesto u analitičkoj hemiji.

U 20. stoljeću razvijene su metode za mikroanalizu organskih jedinjenja (F. Pregl). Predložena je polarografska metoda (J. Geyrovsky, 1922). Pojavile su se mnoge fizičke metode, na primjer masena spektrometrija, rendgenska, nuklearna fizika. Od velikog značaja bilo je otkriće hromatografije (M. S. Cvet, 1903) i stvaranje raznih varijanti ove metode, posebno particione hromatografije (A. Martin i R. Sing, 1941).

U Rusiji i SSSR-u, udžbenik Analitička hemija I. A. Menšutkina bio je od velikog značaja za analitičku hemiju (doživeo je 16 izdanja). M.A. Ilyinsky i L.A. Chugaev uveli su organske analitičke reagense u praksu (kraj 19. - početak 20. vijeka), N.A. Tananaev je razvio metodu kapljica kvalitativne analize (istovremeno sa austrijskim hemičarem F. Feiglom, 1920-ih). Godine 1938. N.A. Izmailov i M. S. Schreiber su prvi opisali tankoslojnu hromatografiju. Ruski naučnici dali su veliki doprinos proučavanju formiranja kompleksa i njegovoj analitičkoj upotrebi (I.P. Alimarin, A.K. Babko), teoriji djelovanja organskih analitičkih reagensa, razvoju masene spektrometrije, metoda fotometrije, atomske apsorpcione spektrometrije ( B.V. Lvov), u analitičkoj hemiji pojedinih elemenata, posebno rijetkih i platine, te niza objekata - tvari visoke čistoće, minerala, metala i legura.

Zahtjevi prakse uvijek su podsticali razvoj analitičke hemije. Tako su 1940-1970-ih, u vezi s potrebom za analizom nuklearnih, poluvodičkih i drugih materijala visoke čistoće, stvorene osjetljive metode kao što su radioaktivna analiza, spektrometrija iskre, hemijska spektralna analiza i striping voltametrija, koje su omogućile određivanje do 10-7-10-8% nečistoća u čistim supstancama, odnosno 1 dio nečistoće na 10-1000 milijardi dijelova glavne tvari. Za razvoj crne metalurgije, posebno u vezi sa prelaskom na proizvodnju brzoreznog BOF čelika, brza analiza je postala odlučujuća. Upotreba takozvanih kvantometara - fotoelektričnih uređaja za višeelementnu optičku spektralnu ili rendgensku analizu - omogućava analizu tokom topljenja.

Potreba za analizom složenih mješavina organskih spojeva dovela je do intenzivnog razvoja plinske hromatografije, koja omogućava analizu najsloženijih mješavina koje sadrže nekoliko desetina ili čak stotina supstanci. Analitička hemija je u velikoj meri doprinela ovladavanju energijom atomskog jezgra, proučavanju svemira i okeana, razvoju elektronike i napretku bioloških nauka.

Predmet studija. Važnu ulogu igra razvoj teorije uzorkovanja analiziranih materijala; Obično se pitanja uzorkovanja rješavaju zajedno sa stručnjacima za supstance koje se proučavaju (na primjer, sa geolozima, metalurzima). Analitička hemija razvija metode razgradnje uzorka – rastvaranje, fuziju, sinterovanje itd., koje treba da obezbede potpuno „otvaranje“ uzorka i da spreče gubitak utvrđenih komponenti i kontaminaciju spolja. Zadaci analitičke hemije uključuju razvoj tehnika za takve opšte operacije analize kao što su merenje zapremine, filtracija i kalcinacija. Jedan od zadataka analitičke hemije je određivanje pravaca razvoja analitičke instrumentacije, stvaranje novih kola i dizajna instrumenata (što najčešće služi kao završna faza u razvoju metode analize), kao i sinteza novih analitičkih reagensa.

Za kvantitativnu analizu veoma su važne metrološke karakteristike metoda i instrumenata. U tom smislu, analitička hemija proučava probleme kalibracije, proizvodnje i upotrebe referentnih uzoraka (uključujući standardne uzorke) i drugih sredstava za osiguranje ispravnosti analize. Važno mjesto zauzima obrada rezultata analize, posebno kompjuterska obrada. Za optimizaciju uslova analize koriste se teorija informacija, teorija prepoznavanja obrazaca i druge grane matematike. Računari se koriste ne samo za obradu rezultata, već i za kontrolu instrumenata, obračun smetnji, kalibraciju i planiranje eksperimenata; postoje analitički zadaci koji se mogu riješiti samo uz pomoć kompjutera, na primjer, identifikacija molekula organskih jedinjenja pomoću ekspertnih sistema.

Analitička hemija definiše opšte pristupe izboru načina i metoda analize. Razvijaju se metode za upoređivanje metoda, utvrđuju se uslovi za njihovu zamjenjivost i kombinacije, principi i načini automatizacije analize. Za praktičnu upotrebu analize potrebno je razviti ideje o njenom rezultatu kao pokazatelju kvaliteta proizvoda, doktrinu ekspresnog upravljanja tehnološkim procesima i kreiranje ekonomičnih metoda. Od velikog značaja za analitičare koji rade u različitim sektorima privrede su unifikacija i standardizacija metoda. Razvija se teorija za optimizaciju količine informacija potrebnih za rješavanje analitičkih problema.

Metode analize. U zavisnosti od mase ili zapremine analiziranog uzorka, metode separacije i određivanja se ponekad dele na makro-, mikro- i ultramikro metode.

Odvajanju smjesa se obično pribjegava u slučajevima kada direktna detekcija ili metode detekcije ne daju ispravan rezultat zbog ometajućeg utjecaja drugih komponenti uzorka. Posebno je važna takozvana relativna koncentracija, odvajanje malih količina komponenti analita od značajno većih količina glavnih komponenti uzorka. Razdvajanje smeša može se zasnivati ​​na razlikama u termodinamičkim ili ravnotežnim karakteristikama komponenti (konstante jonske razmene, konstante stabilnosti kompleksa) ili kinetičkim parametrima. Za separaciju se uglavnom koriste hromatografija, ekstrakcija, precipitacija, destilacija, kao i elektrohemijske metode, kao što je elektrodepozicija. Metode određivanja - glavna grupa metoda analitičke hemije. Metode kvantitativne analize zasnivaju se na zavisnosti bilo koje mjerljive osobine, najčešće fizičke, od sastava uzorka. Ova zavisnost se mora opisati na određen i poznat način. Hibridne metode analize se brzo razvijaju, kombinujući razdvajanje i određivanje. Na primjer, plinska hromatografija sa različitim detektorima je najvažnija metoda za analizu složenih mješavina organskih spojeva. Za analizu mješavina neisparljivih i termički nestabilnih spojeva, tečna hromatografija visokih performansi je pogodnija.

Za analizu su potrebne različite metode, jer svaka od njih ima svoje prednosti i ograničenja. Stoga, izuzetno osjetljive metode radioaktivacije i spektralne mase zahtijevaju složenu i skupu opremu. Jednostavne, pristupačne i vrlo osjetljive kinetičke metode ne daju uvijek željenu ponovljivost rezultata. Prilikom vrednovanja i poređenja metoda, prilikom njihovog izbora za rešavanje konkretnih problema, uzimaju se u obzir mnogi faktori: metrološki parametri, obim moguće upotrebe, dostupnost opreme, kvalifikacije analitičara, tradicija itd. Među tim faktorima najvažniji su metrološki parametri kao što su kao granica detekcije ili opseg koncentracije (količine), u kojem metoda daje pouzdane rezultate, te tačnost metode, odnosno ispravnost i ponovljivost rezultata. U nizu slučajeva od velike su važnosti „višekomponentne“ metode koje omogućavaju određivanje velikog broja komponenti odjednom, na primjer, atomska emisija i rendgenska spektralna analiza i hromatografija. Uloga ovakvih metoda raste. Ceteris paribus, poželjne su metode direktne analize, tj. nisu povezane sa hemijskom pripremom uzorka; međutim, takva priprema je često neophodna. Na primjer, predkoncentracija ispitne komponente omogućava da se odrede njene niže koncentracije, eliminišu poteškoće povezane s nehomogenom distribucijom komponente u uzorku i odsustvom referentnih uzoraka.

Posebno mjesto zauzimaju metode lokalne analize. Među njima bitnu ulogu imaju rendgenska spektralna mikroanaliza (elektronska sonda), masena spektrometrija sekundarnih jona, Auger spektroskopija i druge fizičke metode. Oni su od velike važnosti, posebno, u analizi površinskih slojeva čvrstih materijala ili inkluzija u stijenama.

Posebnu grupu čine metode elementarne analize organskih jedinjenja. Organska materija se razlaže na ovaj ili onaj način, a njene komponente u obliku najjednostavnijih neorganskih jedinjenja (CO 2 , H 2 O, NH 3 itd.) određuju se konvencionalnim metodama. Upotreba plinske hromatografije omogućila je automatizaciju elementarne analize; za to se proizvode C-, H-, N-, S-analizatori i drugi automatski uređaji. Analiza organskih jedinjenja po funkcionalnim grupama (funkcionalna analiza) vrši se različitim hemijskim, elektrohemijskim, spektralnim (NMR ili IR spektroskopija) ili hromatografskim metodama.

U faznoj analizi, odnosno određivanju hemijskih jedinjenja koja formiraju odvojene faze, potonje se prvo izoluju, na primer, pomoću selektivnog rastvarača, a zatim se dobijeni rastvori analiziraju konvencionalnim metodama; vrlo obećavajuće fizičke metode fazne analize bez prethodnog razdvajanja faza.

Praktična vrijednost. Hemijska analiza omogućava kontrolu mnogih tehnoloških procesa i kvaliteta proizvoda u raznim industrijama, igra veliku ulogu u potrazi i istraživanju minerala, u rudarskoj industriji. Uz pomoć hemijske analize kontroliše se čistoća životne sredine (zemlja, vode i vazduha). Dostignuća analitičke hemije koriste se u različitim granama nauke i tehnologije: nuklearnoj energiji, elektronici, oceanologiji, biologiji, medicini, forenzici, arheologiji i svemirskim istraživanjima. Ekonomski značaj hemijske analize je veliki. Dakle, precizno određivanje legirajućih aditiva u metalurgiji omogućava uštedu vrijednih metala. Prelazak na kontinuiranu automatsku analizu u medicinskim i agrohemijskim laboratorijama omogućava dramatično povećanje brzine analiza (krvi, urina, ekstrakta zemlje i sl.) i smanjenje broja zaposlenih u laboratoriji.

Lit .: Osnove analitičke hemije: U 2 knjige / Uredio Yu. A. Zolotov. M., 2002; Analitička hemija: U 2 tom M., 2003-2004.

4.2. HROMATOGRAFSKE METODE

4.3. HEMIJSKE METODE

4.4. ELEKTROHEMIJSKE METODE

4.5. SPEKTROSKOPSKE METODE

4.6. MASE SPEKTROMETRIJSKE METODE

4.7. METODE ANALIZE NA BAZI RADIOAKTIVNOSTI

4.8. TERMIČKE METODE

4.9. BIOLOŠKE METODE ANALIZE

5. ZAKLJUČAK

6. SPISAK KORIŠĆENE LITERATURE

UVOD

Hemijska analiza služi kao sredstvo za praćenje proizvodnje i kvaliteta proizvoda u nizu sektora nacionalne privrede. Istraživanje minerala se u različitom stepenu zasniva na rezultatima analize. Analiza je glavni način praćenja zagađenja životne sredine. Saznavanje hemijskog sastava zemljišta, đubriva, stočne hrane i poljoprivrednih proizvoda važno je za normalno funkcionisanje agroindustrijskog kompleksa. Hemijska analiza je neophodna u medicinskoj dijagnostici i biotehnologiji. Razvoj mnogih nauka zavisi od nivoa hemijske analize, opremljenosti laboratorije metodama, instrumentima i reagensima.

Naučna osnova hemijske analize je analitička hemija, nauka koja je vekovima bila deo, a ponekad i glavni deo hemije.

Analitička hemija je nauka o određivanju hemijskog sastava supstanci i delimično njihove hemijske strukture. Metode analitičke hemije omogućavaju da se odgovori na pitanja o tome od čega se supstanca sastoji, koje komponente su uključene u njen sastav. Ove metode često omogućavaju da se otkrije u kojem je obliku određena komponenta prisutna u tvari, na primjer, da se odredi oksidacijsko stanje elementa. Ponekad je moguće procijeniti prostorni raspored komponenti.

Kada razvijate metode, često morate posuditi ideje iz srodnih oblasti nauke i prilagoditi ih svojim ciljevima. Zadatak analitičke hemije obuhvata razvoj teorijskih osnova metoda, utvrđivanje granica njihove primenljivosti, procenu metroloških i drugih karakteristika, stvaranje metoda za analizu različitih objekata.

Metode i sredstva analize se stalno mijenjaju: uključuju se novi pristupi, koriste se novi principi i fenomeni, često iz udaljenih oblasti znanja.

Metoda analize se podrazumijeva kao prilično univerzalna i teorijski opravdana metoda za određivanje sastava, bez obzira na komponentu koja se određuje i objekt koji se analizira. Kada govore o metodi analize, oni misle na osnovni princip, kvantitativni izraz odnosa između sastava i bilo kojeg izmjerenog svojstva; odabrane tehnike implementacije, uključujući detekciju i eliminaciju smetnji; uređaji za praktičnu implementaciju i metode obrade rezultata mjerenja. Metodologija analize je detaljan opis analize datog objekta odabranom metodom.

Postoje tri funkcije analitičke hemije kao oblasti znanja:

1. rješavanje općih pitanja analize,

2. razvoj analitičkih metoda,

3. rješavanje specifičnih problema analize.

Takođe se može razlikovati kvalitativno i kvantitativno analize. Prvi odlučuje o tome koje komponente analizirani objekt uključuje, drugi daje informaciju o kvantitativnom sadržaju svih ili pojedinačnih komponenti.

2. KLASIFIKACIJA METODA

Sve postojeće metode analitičke hemije mogu se podijeliti na metode uzorkovanja, dekompozicije uzoraka, odvajanja komponenti, detekcije (identifikacije) i određivanja. Postoje hibridne metode koje kombinuju razdvajanje i definiciju. Metode detekcije i definicije imaju mnogo zajedničkog.

Metode određivanja su od najveće važnosti. Mogu se klasificirati prema prirodi mjerenog svojstva ili načinu na koji je odgovarajući signal registrovan. Metode određivanja se dijele na hemijski , fizički i biološki. Hemijske metode se zasnivaju na hemijskim (uključujući elektrohemijske) reakcije. Ovo uključuje metode koje se nazivaju fizičko-hemijskim. Fizičke metode su zasnovane na fizičkim pojavama i procesima, biološke metode su zasnovane na fenomenu života.

Osnovni zahtjevi za analitičko-hemijske metode su: ispravnost i dobra ponovljivost rezultata, niska granica detekcije potrebnih komponenti, selektivnost, brzina, lakoća analize i mogućnost njene automatizacije.

Prilikom odabira metode analize potrebno je jasno poznavati svrhu analize, zadatke koje je potrebno riješiti, te procijeniti prednosti i nedostatke dostupnih metoda analize.

3. ANALITIČKI SIGNAL

Nakon odabira i pripreme uzorka, počinje faza hemijske analize u kojoj se detektuje komponenta ili određuje njena količina. U tu svrhu mjere analitički signal. U većini metoda, analitički signal je prosjek mjerenja fizičke veličine u završnoj fazi analize, funkcionalno povezan sa sadržajem analita.

Ako je potrebno otkriti bilo koju komponentu, ona se obično popravlja izgled analitički signal - pojava precipitata, boja, linija u spektru itd. Pojava analitičkog signala mora biti pouzdano zabilježena. Prilikom određivanja količine komponente ona se mjeri magnitude analitički signal - masa sedimenta, jačina struje, intenzitet linije spektra, itd.

4. METODE ANALITIČKE HEMIJE

4.1. METODE MASKIRANJA, ODVAJANJA I KONCENTRACIJE

Maskiranje.

Maskiranje je inhibicija ili potpuno suzbijanje hemijske reakcije u prisustvu supstanci koje mogu promeniti njen smer ili brzinu. U ovom slučaju se ne formira nova faza. Postoje dvije vrste maskiranja - termodinamičko (ravnotežno) i kinetičko (neravnotežno). U termodinamičkom maskiranju stvaraju se uvjeti pod kojima se uvjetna konstanta reakcije smanjuje do te mjere da se reakcija odvija beznačajno. Koncentracija maskirane komponente postaje nedovoljna za pouzdano fiksiranje analitičkog signala. Kinetičko maskiranje se zasniva na povećanju razlike između brzina reakcije maskiranog i analita sa istim reagensom.

Odvajanje i koncentracija.

Potreba za odvajanjem i koncentracijom može biti uzrokovana sljedećim faktorima: uzorak sadrži komponente koje ometaju određivanje; koncentracija analita je ispod granice detekcije metode; komponente koje treba odrediti su neravnomjerno raspoređene u uzorku; ne postoje standardni uzorci za kalibraciju instrumenata; uzorak je visoko toksičan, radioaktivan i skup.

Odvajanje- ovo je operacija (proces), zbog koje se komponente koje čine početnu smjesu odvajaju jedna od druge.

koncentracija- ovo je operacija (proces), uslijed koje se povećava omjer koncentracije ili količine mikrokomponente prema koncentraciji ili količini makrokomponente.

Padavine i ko-padavine.

Taloženje se uglavnom koristi za odvajanje neorganskih supstanci. Precipitacija mikrokomponenti organskim reagensima, a posebno njihova koprecipitacija, daju faktor visoke koncentracije. Ove metode se koriste u kombinaciji sa metodama određivanja koje su dizajnirane da dobiju analitički signal iz čvrstih uzoraka.

Odvajanje taloženjem se zasniva na različitoj rastvorljivosti jedinjenja, uglavnom u vodenim rastvorima.

Koprecipitacija je raspodjela mikrokomponente između otopine i taloga.

Ekstrakcija.

Ekstrakcija je fizičko-hemijski proces raspodjele tvari između dvije faze, najčešće između dvije tekućine koje se ne miješaju. To je također proces prijenosa mase s kemijskim reakcijama.

Metode ekstrakcije su pogodne za koncentriranje, ekstrakciju mikrokomponenti ili makrokomponenti, individualno i grupno izolovanje komponenti u analizi različitih industrijskih i prirodnih objekata. Metoda je jednostavna i brza za izvođenje, pruža visoku efikasnost separacije i koncentracije, te je kompatibilna sa različitim metodama određivanja. Ekstrakcija vam omogućava da proučavate stanje supstanci u rastvoru pod različitim uslovima, da odredite fizičko-hemijske karakteristike.

Sorpcija.

Sorpcija se dobro koristi za odvajanje i koncentraciju supstanci. Metode sorpcije obično daju dobru selektivnost razdvajanja i visoke vrijednosti faktora koncentracije.

Sorpcija- proces apsorpcije gasova, para i rastvorenih materija čvrstim ili tečnim apsorberima na čvrstom nosaču (sorbenti).

Elektrolitičko odvajanje i cementiranje.

Najčešća metoda izborne separacije, u kojoj se izdvojena ili koncentrirana supstanca izoluje na čvrstim elektrodama u elementarnom stanju ili u obliku neke vrste spoja. Elektrolitička izolacija (elektroliza) zasnovano na taloženju supstance električnom strujom pri kontrolisanom potencijalu. Najčešća varijanta katodnog taloženja metala. Materijal elektrode može biti ugljenik, platina, srebro, bakar, volfram itd.

elektroforeza zasniva se na razlikama u brzinama kretanja čestica različitog naboja, oblika i veličina u električnom polju. Brzina kretanja zavisi od naboja, jačine polja i radijusa čestice. Postoje dvije vrste elektroforeze: frontalna (jednostavna) i zonska (na nosaču). U prvom slučaju, mala zapremina otopine koja sadrži komponente koje se odvajaju stavlja se u epruvetu s otopinom elektrolita. U drugom slučaju, kretanje se događa u stabilizirajućem mediju koji drži čestice na mjestu nakon što se električno polje isključi.

Metoda fugiranje sastoji se u redukciji komponenti (obično male količine) na metalima s dovoljno negativnim potencijalima ili almagamama elektronegativnih metala. Tokom cementiranja, dva procesa se odvijaju istovremeno: katodni (odvajanje komponente) i anodni (otapanje metala za cementiranje).