Chimia analitică este o secțiune care vă permite să controlați producția și calitatea produselor din diverse sectoare ale economiei. Explorarea resurselor naturale se bazează pe rezultatele acestor studii. Pentru controlul gradului de poluare a mediului se folosesc metode de chimie analitică.

Semnificație practică

Analiza este principala opțiune pentru determinarea compoziției chimice a furajelor, îngrășămintelor, solurilor, produselor agricole, ceea ce este important pentru funcționarea normală a sectorului agroindustrial.

Chimia calitativă și cantitativă sunt indispensabile în biotehnologie și diagnosticare medicală. Eficiența și eficacitatea multor domenii științifice depind de gradul de dotare a laboratoarelor de cercetare.

Baza teoretica

Chimia analitică este o știință care vă permite să determinați compoziția și structura chimică a materiei. Metodele ei ajută să răspundă la întrebări legate nu numai de părțile constitutive ale unei substanțe, ci și de raportul lor cantitativ. Cu ajutorul lor, puteți înțelege sub ce formă se află o anumită componentă în substanța studiată. În unele cazuri, acestea pot fi utilizate pentru a determina aranjarea spațială a componentelor compozite.

Când ne gândim la metode, informațiile sunt adesea împrumutate din domenii conexe ale științei, sunt adaptate unui domeniu specific de cercetare. Ce întrebări rezolvă chimia analitică? Metodele de analiză fac posibilă dezvoltarea fundamentelor teoretice, stabilirea limitelor utilizării lor, evaluarea caracteristicilor metrologice și de altă natură și crearea metodelor de analiză a diferitelor obiecte. Sunt actualizate, modernizate în mod constant, devenind mai versatile și mai eficiente.

Când se vorbește despre metoda de analiză, ei își asumă principiul care se pune în expresia relației cantitative dintre proprietatea care se determină și compoziție. Metode selectate de conducere, inclusiv identificarea și eliminarea interferențelor, dispozitive pentru activități practice și opțiuni de procesare a măsurătorilor efectuate.

Funcțiile chimiei analitice

Există trei domenii principale de cunoaștere:

• rezolvarea problemelor generale de analiză;
• crearea de metode analitice;
• realizarea unor sarcini specifice.

Chimia analitică modernă este o combinație de analiză calitativă și cantitativă. Prima secțiune tratează problema componentelor incluse în obiectul analizat. Al doilea oferă informații despre conținutul cantitativ al uneia sau mai multor părți ale substanței.

Clasificarea metodelor

Acestea sunt împărțite în următoarele grupe: prelevarea de probe, descompunerea probelor, separarea componentelor, identificarea și determinarea acestora. Există și metode hibride care combină separarea și definirea.

Metodele de determinare sunt de cea mai mare importanță. Ele sunt împărțite în funcție de natura proprietății analizate și de varianta de înregistrare a unui anumit semnal. Problemele din chimia analitică implică adesea calcularea anumitor componente pe baza reacțiilor chimice. Pentru a efectua astfel de calcule, este necesară o bază matematică solidă.

Dintre principalele cerințe care se aplică metodelor de chimie analitică, evidențiem:

• corectitudinea și reproductibilitatea excelentă a rezultatelor obținute;
• limita inferioară de determinare a componentelor specifice;
• expres;
• selectivitate;
• simplitate;
• automatizarea experimentului.

Atunci când alegeți o metodă de analiză, este important să cunoașteți în mod clar scopul și obiectivele studiului, să evaluați principalele avantaje și dezavantaje ale metodelor disponibile.

Metoda chimică a chimiei analitice se bazează pe reacțiile calitative caracteristice anumitor compuși.

Semnal analitic

După ce prelevarea și pregătirea probei sunt finalizate, se efectuează etapa de analiză chimică. Este asociat cu detectarea componentelor dintr-un amestec, determinarea conținutului său cantitativ.

Chimia analitică este o știință în care există multe metode, una dintre ele este semnalul. Un semnal analitic este media mai multor măsurători ale unei mărimi fizice la ultima etapă de analiză, care este legată funcțional de conținutul componentei dorite. Dacă este necesar să se detecteze un anumit element, aceștia folosesc un semnal analitic: sediment, culoare, linie în spectru. Determinarea cantității componentei este asociată cu masa depozitului, intensitatea liniilor spectrale și mărimea curentului.

Metode de mascare, concentrare, separare

Mascarea este inhibarea sau suprimarea completă a unei reacții chimice în prezența acelor substanțe care îi pot schimba viteza sau direcția. Există două tipuri de mascare: de echilibru (termodinamic) și de neechilibru (cinetic). Pentru primul caz, se creează condiții în care constanta de reacție scade atât de mult încât procesul decurge nesemnificativ. Concentrația componentei mascate va fi insuficientă pentru fixarea fiabilă a semnalului analitic. Mascarea cinetică se bazează pe creșterea diferenței dintre vitezele analitului și a substanței mascate cu un reactiv constant.

Efectuarea concentrării și separării se datorează anumitor factori:

• există componente în probă care interferează cu determinarea;
• concentrația analitului nu depășește limita inferioară de detecție;
• componentele detectate sunt distribuite neuniform în probă;
• proba este radioactivă sau toxică.

Separarea este procesul prin care componentele prezente în amestecul original pot fi separate unele de altele.

Concentrarea este o operație datorită căreia raportul dintre numărul de elemente mici și numărul de macrocomponente crește.

Precipitația este potrivită pentru separarea mai multor.Folosiți-o în combinație cu metode de determinare concepute pentru a obține un semnal analitic din probe solide. Împărțirea se bazează pe solubilitatea diferită a substanțelor utilizate în soluții apoase.

Extracţie

Departamentul de Chimie Analitică implică cercetări de laborator legate de extracție. Prin aceasta se înțelege procesul fizico-chimic de distribuție a unei substanțe între lichide nemiscibile. Extracția se mai numește și proces de transfer de masă în timpul reacțiilor chimice. Astfel de metode de cercetare sunt potrivite pentru extragerea, concentrarea macro și microcomponentelor, precum și pentru izolarea grupurilor și individuale în analiza diferitelor obiecte naturale și industriale. Aceste tehnici sunt simple și rapide de realizat, garantează o eficiență excelentă de concentrare și separare și sunt pe deplin compatibile cu o varietate de metode de detectare. Datorită extracției, este posibil să se ia în considerare starea unei componente în soluție în diferite condiții, precum și să se dezvăluie caracteristicile fizico-chimice ale acesteia.

Sortie

Este folosit pentru concentrarea și separarea substanțelor. Tehnologiile de sorbție asigură o bună selectivitate a separării amestecului. Acesta este procesul de absorbție a vaporilor, lichidelor, gazelor de către absorbanți (absorbanți pe bază de solid).

Carburare și electrowinning

Ce altceva mai face chimia analitică? Manualul conține informații despre metoda de electrodescărcare, în care o substanță concentrată sau separată este depusă pe electrozi solizi sub formă de substanță simplă sau ca parte a unui compus.

Electroliza se bazează pe precipitarea unei substanțe specifice folosind un curent electric. Cea mai comună opțiune este depunerea catodică a metalelor cu activitate scăzută. Materialul pentru electrod poate fi platină, carbon, cupru, argint, wolfram.

electroforeză

Se bazează pe diferențele în vitezele de mișcare a particulelor cu sarcini diferite într-un câmp electric cu o modificare a tensiunii, a mărimii particulelor. În prezent, în chimia analitică se disting două forme de electroforeză: simplă (frontală) și pe purtător (zonă). Prima opțiune este potrivită pentru un volum mic de soluție care conține componentele care trebuie separate. Se pune intr-un tub unde exista solutii. Chimia analitică explică toate procesele care au loc la catod și anod. În electroforeza de zonă, mișcarea particulelor se realizează într-un mediu stabilizator care le menține pe loc după ce curentul este oprit.

Metoda de cementare constă în refacerea pieselor constitutive pe metale care au un potențial negativ semnificativ. Într-un astfel de caz, două procese au loc simultan: catodic (cu eliberarea componentei) și anodic (metalul de cimentare se dizolvă).

Evaporare

Distilarea se bazează pe volatilitatea variabilă a substanțelor chimice. Există o tranziție de la o formă lichidă la o stare gazoasă, apoi se condensează, transformându-se din nou într-o fază lichidă.

Cu o distilare simplă, are loc un proces de separare într-o singură etapă, urmat de concentrarea substanței. În cazul evaporării, acele substanțe care sunt prezente sub formă volatilă sunt îndepărtate. De exemplu, printre ele pot fi macro și micro-componente. Sublimarea (sublimarea) presupune transferul unei substanțe dintr-o fază solidă într-un gaz, ocolind forma lichidă. O tehnică similară este utilizată în cazurile în care substanțele care trebuie separate sunt slab solubile în apă sau se topesc slab.

Concluzie

În chimia analitică, există multe modalități de a izola o substanță dintr-un amestec, pentru a identifica prezența acesteia în proba studiată. Cromatografia este una dintre cele mai utilizate metode analitice. Vă permite să detectați substanțe lichide, gazoase, solide cu o greutate moleculară de la 1 la 106 a. e. m. Datorită cromatografiei, se pot obține informații complete despre proprietățile și structura substanțelor organice din diferite clase. Metoda se bazează pe distribuția componentelor între fazele mobile și staționare. Staționar este o substanță solidă (sorbent) sau un film lichid care se depune pe o substanță solidă.

Faza mobilă este un gaz sau lichid care curge prin partea staționară. Datorită acestei tehnologii, este posibilă identificarea componentelor individuale, efectuarea compoziției cantitative a amestecului și separarea acestuia în componente.

Pe lângă cromatografie, în analiza calitativă și cantitativă sunt utilizate metode gravimetrice, titrimetrice și cinetice. Toate acestea se bazează pe proprietățile fizice și chimice ale substanțelor, permit cercetătorului să detecteze anumiți compuși din probă și să calculeze conținutul lor cantitativ. Chimia analitică poate fi considerată pe bună dreptate una dintre cele mai importante ramuri ale științei.

Orice metodă de analiză folosește un anumit semnal analitic, care, în condiții date, este dat de obiectele elementare specifice (atomi, molecule, ioni) care alcătuiesc substanțele studiate.

Un semnal analitic oferă atât informații calitative, cât și cantitative. De exemplu, dacă reacțiile de precipitare sunt utilizate pentru analiză, informații calitative sunt obținute din apariția sau absența unui precipitat. Informațiile cantitative se obțin din greutatea sedimentului. Când o substanță emite lumină în anumite condiții, informația calitativă se obține prin apariția unui semnal (emisia de lumină) la o lungime de undă corespunzătoare culorii caracteristice, iar informația cantitativă se obține din intensitatea radiației luminoase.

În funcție de originea semnalului analitic, metodele de chimie analitică pot fi clasificate în metode chimice, fizice și fizico-chimice.

LA metode chimice se efectuează o reacție chimică și se măsoară fie masa produsului obținut - metode gravimetrice (greutate), fie volumul reactivului utilizat pentru interacțiunea cu substanța - metode titrimetrice, gaze volumetrice (volumetrice).

Volumemetria gazelor (analiza volumetrică a gazului) se bazează pe absorbția selectivă a părților constitutive ale unui amestec de gaze în vase umplute cu unul sau altul absorbant, urmată de măsurarea scăderii volumului de gaz cu ajutorul unei biurete. Deci, dioxidul de carbon este absorbit de o soluție de hidroxid de potasiu, oxigen - de o soluție de pirogalol, monoxid de carbon - de o soluție de amoniac de clorură de cupru. Volumemetria gazelor se referă la metode exprese de analiză. Este utilizat pe scară largă pentru determinarea carbonaților în g.p. și minerale.

Metodele chimice de analiză sunt utilizate pe scară largă pentru analiza minereurilor, rocilor, mineralelor și a altor materiale în determinarea componentelor din acestea cu un conținut de la zecimi la câteva zeci de procente. Metodele de analiză chimică se caracterizează printr-o precizie ridicată (eroarea de analiză este de obicei de zecimi de procente). Cu toate acestea, aceste metode sunt treptat înlocuite cu metode fizico-chimice și fizice mai rapide de analiză.

Metode fizice analizele se bazează pe măsurarea unor proprietăți fizice ale substanțelor, care este o funcție de compoziție. De exemplu, refractometria se bazează pe măsurarea indicilor de refracție relativi ai luminii. Într-un test de activare, se măsoară activitatea izotopilor etc.. Adesea, o reacție chimică este efectuată preliminar în timpul testului, iar concentrația produsului rezultat este determinată de proprietățile fizice, de exemplu, de intensitatea absorbției radiația luminoasă de către produsul de reacție colorat. Astfel de metode de analiză se numesc fizico-chimice.

Metodele de analiză fizică se caracterizează prin productivitate ridicată, limite scăzute de detecție a elementelor, obiectivitate a rezultatelor analizei și un nivel ridicat de automatizare. Metodele fizice de analiză sunt utilizate în analiza rocilor și mineralelor. De exemplu, metoda emisiei atomice determină wolfram în granite și ardezie, antimoniu, staniu și plumb în roci și fosfați; metoda de absorbtie atomica - magneziu si siliciu in silicati; Fluorescent cu raze X - vanadiu în ilmenit, magneză, alumină; spectrometrie de masă - mangan în regolitul lunar; activare neutronică - fier, zinc, antimoniu, argint, cobalt, seleniu și scandiu în ulei; metoda de diluare izotopică – cobaltul în roci silicate.

Metodele fizice și fizico-chimice sunt uneori numite instrumentale, deoarece aceste metode necesită utilizarea unor instrumente (echipamente) special adaptate pentru realizarea principalelor etape de analiză și înregistrarea rezultatelor acesteia.

Metode fizico-chimice analiza poate include transformări chimice ale analitului, dizolvarea probei, concentrația componentei analizate, mascarea substanțelor interferente și altele. Spre deosebire de metodele chimice „clasice” de analiză, în care masa unei substanțe sau volumul acesteia servește ca semnal analitic, metodele fizico-chimice de analiză folosesc intensitatea radiației, puterea curentului, conductibilitatea electrică și diferența de potențial ca semnal analitic.

Metodele bazate pe studiul emisiei și absorbției radiațiilor electromagnetice în diferite regiuni ale spectrului sunt de mare importanță practică. Acestea includ spectroscopia (de exemplu, analiza luminiscentă, analiza spectrală, nefelometria și turbidimetria și altele). Metodele fizico-chimice importante de analiză includ metode electrochimice care utilizează măsurarea proprietăților electrice ale unei substanțe (coulometrie, potențiometrie etc.), precum și cromatografia (de exemplu, cromatografia în gaz, cromatografia lichidă, cromatografia cu schimb de ioni, cromatografia subțire). cromatografia în strat). Sunt dezvoltate cu succes metode bazate pe măsurarea vitezei reacțiilor chimice (metode cinetice de analiză), efectelor termice ale reacțiilor (titrare termometrică), precum și pe separarea ionilor într-un câmp magnetic (spectrometrie de masă).

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

CHIMIE ANALITICĂ

Analiza chimică cantitativă

Tutorial

Pentru studentii universitari

Ediția a II-a, revizuită și mărită

învăţământ profesional superior de uz interuniversitar

ca manual de chimie analitică pentru studenții care studiază în domeniile de pregătire 552400 „Tehnologia alimentelor”, 655600 „Producția de alimente din materiale vegetale”,

655900 „Tehnologia materiilor prime, a produselor de origine animală”

și 655700 „Tehnologia produselor alimentare

scop special și alimentație publică"

Kemerovo 2005

UDC 543.062 (07)

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

Editat de V.F. Yustratova

Recenzători:

V.A. Nevostruev, cap Catedra de Chimie Analitică

Universitatea de Stat Kemerovo, Dr. de Chim. stiinte, profesor;

A.I. Gherasimov, Profesor asociat, Departamentul de Chimie și Tehnologie

substanțe anorganice ale Kuzbass State Technical

Universitatea, Ph.D. chimic. Științe

Institutul Tehnologic Kemerovo

Industria alimentară

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

Yu90 Chimie analitică. Analiza chimica cantitativa: Proc. indemnizatie. - Ed. a II-a, revizuită. si suplimentare - / V.F. Yustratov, G.N. Mihaileva, I.A. Mochalova; Ed. V.F. Yustratova; Institutul Tehnologic al Industriei Alimentare Kemerovo - Kemerovo, 2005. - 160 p.

ISBN 5-89289-312-X

Sunt subliniate conceptele și secțiunile de bază ale chimiei analitice. Sunt luate în considerare în detaliu toate etapele analizei chimice cantitative, de la prelevare de probe până la obținerea rezultatelor și metodele de prelucrare a acestora. Manualul include un capitol despre metodele instrumentale de analiză, ca fiind cele mai promițătoare. Este indicată utilizarea fiecăreia dintre metodele descrise în controlul tehnochimic al industriei alimentare.

Manualul este întocmit în conformitate cu standardele educaționale de stat în domeniile „Tehnologia alimentară”, „Producția de alimente din materii prime vegetale și produse de origine animală”, „Tehnologia produselor alimentare cu destinație specială și alimentație publică”. Conține recomandări metodologice pentru studenți privind luarea de notițe la prelegeri și lucrul cu un manual.

Conceput pentru studenții de toate formele de învățare.

UDC 543.062 (07)

BBC 24.4 și 7

ISBN 5-89289-312-X

© V.F. Yustratov, G.N. Mihaileva, I.A. Mochalova, 1994

© V.F. Yustratov, G.N. Mihaileva, I.A. Mochalova, 2005, plus

© KemTIPP, 1994

CUVÂNT ÎNAINTE

Manualul este destinat studenților specialităților tehnologice ale universităților de profil alimentar. Ediția a doua, revizuită și mărită. La prelucrarea materialului, sfaturile și comentariile șefului Departamentului de Chimie Analitică a Academiei Tehnologice de Stat Voronezh, lucrător onorat în știință și tehnologie al Federației Ruse, doctor în științe chimice, profesorul Ya.I. Korenman. Autorii îi exprimă profunda recunoştinţă faţă de el.

În ultimii zece ani de la publicarea primei ediții, au apărut noi manuale de chimie analitică, dar niciunul nu respectă în totalitate Standardele educaționale de stat în domeniile „Tehnologia alimentară”, „Producția de alimente din materii prime vegetale”, „Tehnologia materiilor prime și a produselor de origine animală”, „Tehnologia produselor alimentare cu destinație specială și alimentație publică”.

În manual, materialul este prezentat în așa fel încât studentul să vadă „sarcina de chimie analitică” în ansamblu: de la prelevare până la obținerea rezultatelor analizelor, metode de prelucrare a acestora și metrologia analitică. O scurtă istorie a dezvoltării chimiei analitice, este dat rolul acesteia în producția de alimente; sunt date conceptele de bază ale analizelor chimice calitative și cantitative, modalități de exprimare a compoziției soluțiilor și de preparare a soluțiilor, formule de calcul a rezultatelor analizei; teoria metodelor de analiză titrimetrică: neutralizare (titrare acido-bazică), redoximetrie (titrare redox), complexometrie, precipitare și gravimetrie. Este indicată aplicarea fiecăruia dintre ele în industria alimentară. Atunci când se iau în considerare metodele titrimetrice de analiză, se propune o schemă structural-logică care simplifică studiul acestora.

La prezentarea materialului, se iau în considerare nomenclatura modernă a compușilor chimici, conceptele și ideile moderne general acceptate, se folosesc date științifice noi pentru a argumenta concluziile.

Manualul include în plus un capitol despre metodele instrumentale de analiză, ca fiind cele mai promițătoare, și arată tendințele actuale în dezvoltarea chimiei analitice.

Conform formei de prezentare, textul manualului este adaptat pentru studenții cursurilor I-II, cărora le lipsesc încă abilitățile de lucru independent cu literatura educațională.

Secțiunile 1, 2, 5 au fost redactate de V.F. Yustratova, sectiile 3, 6, 8, 9 - G.N. Mikileva, sectia 7 - I.A. Mochalova, sectia 4 - G.N. Mikileva și I.A. Mochalova.

CHIMIA ANALITĂ CA ŞTIINŢĂ

Chimia analitică este una dintre ramurile chimiei. Dacă dăm cea mai completă definiție a chimiei analitice ca știință, atunci putem folosi definiția propusă de academicianul I.P. Alimarin.

„Chimia analitică este o știință care dezvoltă bazele teoretice ale analizei compoziției chimice a substanțelor, dezvoltă metode de identificare și depistare, determinare și separare a elementelor chimice, a compușilor acestora, precum și metode de stabilire a structurii chimice a compușilor”.

Această definiție este destul de voluminoasă și greu de reținut. În manualele de liceu sunt date definiții mai concise, al căror sens este următorul.

Chimie analiticăeste știința metodelor de determinare a compoziției chimice și a structurii substanțelor (sistemelor).

1.1. Din istoria dezvoltării chimiei analitice

Chimia analitică este o știință foarte veche.

De îndată ce în societate au apărut bunurile și materialele, dintre care cele mai importante erau aurul și argintul, a devenit necesară verificarea calității acestora. Cupelația, testul prin foc, a fost prima tehnică utilizată pe scară largă pentru analiza acestor metale. Această tehnică cantitativă presupune cântărirea analitului înainte și după încălzire. Mențiunea acestei operațiuni se găsește în tăblițele din Babilon datate 1375-1350. î.Hr.

Cântarul este cunoscut omenirii încă dinainte de vremurile civilizației antice. Greutățile găsite pentru cântare datează din 2600 î.Hr.

După punctul de vedere general acceptat, Renașterea poate fi considerată punctul de plecare, când tehnicile analitice individuale s-au conturat în metode științifice.

Dar termenul „analiza” în sensul modern al cuvântului a fost introdus de chimistul englez Robert Boyle (1627-1691). El a folosit pentru prima dată termenul în 1654.

Dezvoltarea rapidă a chimiei analitice a început la sfârșitul secolului al XVII-lea. în legătură cu apariţia fabricilor, creşterea rapidă a numărului acestora. Acest lucru a dat naștere la o varietate de probleme care nu puteau fi rezolvate decât prin metode analitice. Nevoia de metale, în special de fier, a crescut foarte mult, ceea ce a contribuit la dezvoltarea chimiei analitice a mineralelor.

Analiza chimică a fost ridicată la statutul de ramură separată a științei - chimia analitică - de către omul de știință suedez Thornburn Bergman (1735-1784). Lucrarea lui Bergman poate fi considerată primul manual de chimie analitică, care oferă o imagine de ansamblu sistematică a proceselor utilizate în chimia analitică, grupate după natura substanțelor analizate.

Prima carte binecunoscută dedicată în întregime chimiei analitice este The Complete Chemical Assay Office, scrisă de Johann Goetling (1753-1809) și publicată în 1790 la Jena.

Un număr mare de reactivi utilizați pentru analiza calitativă este sistematizat de Heinrich Rose (1795-1864) în cartea sa „A Guide to Analytical Chemistry”. Capitole separate ale acestei cărți sunt dedicate unor elemente și reacțiilor cunoscute ale acestor elemente. Astfel, în 1824, Rose a fost primul care a descris reacțiile elementelor individuale și a oferit o schemă de analiză sistematică, care a supraviețuit în principalele sale caracteristici până în zilele noastre (pentru analiza sistematică, vezi secțiunea 1.6.3).

În 1862, a fost publicat primul număr al „Journal of Analytical Chemistry” - o revistă dedicată exclusiv chimiei analitice, care este publicată până astăzi. Revista a fost fondată de Fresenius și publicată în Germania.

Bazele analizei ponderale (gravimetrice) - cea mai veche și mai logică metodă de analiză cantitativă - au fost puse de T. Bergman.

Metodele de analiză volumetrică au început să fie incluse pe scară largă în practica analitică abia în 1860. Descrierea acestor metode a apărut în manuale. Până atunci, au fost dezvoltate dispozitive (dispozitive) pentru titrare și a fost dată o fundamentare teoretică a acestor metode.

Principalele descoperiri care au făcut posibilă realizarea unei fundamentari teoretice a metodelor volumetrice de analiză includ legea conservării masei materiei, descoperită de M.V. Lomonosov (1711-1765), lege periodică descoperită de D.I. Mendeleev (1834-1907), teoria disocierii electrolitice elaborată de S. Arrhenius (1859-1927).

Bazele metodelor volumetrice de analiză s-au pus de aproape două secole, iar dezvoltarea lor este strâns legată de cerințele practicii, în primul rând, problemele de albire a țesăturilor și producția de potasiu.

Au fost petrecuți mulți ani pentru dezvoltarea de instrumente convenabile și precise, dezvoltarea operațiunilor de clasificare a sticlei volumetrice, manipulări atunci când se lucrează cu sticlă de precizie și metode de fixare a sfârșitului de titrare.

Nu este surprinzător că chiar și în 1829 Berzelius (1779-1848) credea că metodele volumetrice de analiză puteau fi folosite doar pentru estimări aproximative.

Pentru prima dată acum termeni general acceptați în chimie "pipetă"(Fig. 1) (din franceză țeavă - țeavă, pipetă - tuburi) și "biuretă"(Fig. 2) (din franceza biureta - sticla) se gasesc in publicatia lui J.L. Gay-Lussac (1778-1850), publicat în 1824. Aici a descris și operația de titrare în forma în care se face acum.

Orez. 1. Pipete Fig. 2. Biurete

Anul 1859 s-a dovedit a fi semnificativ pentru chimia analitică. În acest an, G. Kirchhoff (1824-1887) și R. Bunsen (1811-1899) au dezvoltat analiza spectrală și au transformat-o într-o metodă practică de chimie analitică. Analiza spectrală a fost prima dintre metodele instrumentale de analiză, care a marcat începutul dezvoltării lor rapide. Consultați secțiunea 8 pentru mai multe detalii despre aceste metode de analiză.

La sfârşitul secolului al XIX-lea, în 1894, fizicianul german V.F. Ostwald a publicat o carte despre fundamentele teoretice ale chimiei analitice, a cărei teorie fundamentală era teoria disocierii electrolitice, pe care încă se bazează metodele chimice de analiză.

A început în secolul al XX-lea (1903) a fost marcată de descoperirea botanistului și biochimistului rus M.S. Culoarea fenomenului cromatografiei, care a stat la baza dezvoltării diferitelor variante ale metodei cromatografice, a cărei dezvoltare continuă până în prezent.

În secolul al XX-lea chimia analitică s-a dezvoltat cu destul de mult succes. A existat o dezvoltare atât a metodelor chimice, cât și a celor instrumentale de analiză. Dezvoltarea metodelor instrumentale s-a datorat creării unor dispozitive unice care permit înregistrarea proprietăților individuale ale componentelor analizate.

Oamenii de știință ruși au adus o mare contribuție la dezvoltarea chimiei analitice. În primul rând, numele lui N.A. Tananaeva, I.P. Alimarina, A.K. Babko, Yu.A. Zolotov și mulți alții.

Dezvoltarea chimiei analitice a avut loc întotdeauna ținând cont de doi factori: industria în curs de dezvoltare a format o problemă care trebuia rezolvată, pe de o parte; pe de altă parte, descoperirile științei adaptate la rezolvarea problemelor de chimie analitică.

Această tendință continuă și astăzi. Calculatoarele și laserele sunt utilizate pe scară largă în analiză, apar noi metode de analiză, se introduc automatizări și matematizări, se creează metode și mijloace de analiză locală nedistructivă, la distanță, continuă.

1.2. Probleme generale de chimie analitică

Sarcini generale ale chimiei analitice:

1. Dezvoltarea teoriei metodelor chimice si fizico-chimice de analiza, fundamentarea stiintifica, dezvoltarea si perfectionarea tehnicilor si metodelor de cercetare.

2. Dezvoltarea metodelor de separare a substanțelor și a metodelor de concentrare a microimpurităților.

3. Îmbunătățirea și dezvoltarea metodelor de analiză a substanțelor naturale, a mediului, a materialelor tehnice etc.

4. Asigurarea controlului chimico-analitic în procesul de realizare a diverselor proiecte de cercetare în domeniul chimiei și domenii conexe ale științei, industriei și tehnologiei.

5. Menținerea proceselor de producție chimico-tehnologice și fizico-chimice la un nivel optim dat pe baza controlului chimico-analitic sistematic al tuturor părților producției industriale.

6. Crearea de metode de control automat al proceselor tehnologice, combinate cu sisteme de control bazate pe utilizarea mașinilor, instrumentelor și dispozitivelor electronice de calcul, înregistrare, semnalizare, blocare și control.

Din cele de mai sus se poate observa că posibilitățile chimiei analitice sunt largi. Acest lucru îi permite să fie utilizat pentru a rezolva o mare varietate de probleme practice, inclusiv în industria alimentară.

1.3. Rolul chimiei analitice în industria alimentară

Metodele de chimie analitică permit rezolvarea următoarelor probleme din industria alimentară:

1. Determinați calitatea materiilor prime.

2. Controlați procesul de producție a alimentelor în toate etapele acestuia.

3. Controlați calitatea produselor.

4. Analizați deșeurile de producție în scopul eliminării lor (utilizare ulterioară).

5. Determinați în materiile prime și produsele alimentare substanțe care sunt toxice (dăunătoare) pentru organismul uman.

1.4. Metoda de analiză

Chimia analitică studiază metodele de analiză, diverse aspecte ale dezvoltării și aplicării acestora. Conform recomandărilor organizației chimice internaționale autorizate IUPAC *, metoda de analiză reprezintă principiile care stau la baza analizei unei substanțe, i.e. tipul și natura energiei care provoacă perturbarea particulelor chimice ale materiei. Principiul analizei este la rândul său determinat de fenomenele naturii pe care se bazează procesele chimice sau fizice.

În literatura educațională despre chimie, definiția metodei de analiză, de regulă, nu este dată. Dar din moment ce este suficient de important, trebuie formulat. În opinia noastră, cea mai acceptabilă definiție este următoarea:

Metoda de analiză este suma regulilor și tehnicilor de realizare a analizei, care fac posibilă determinarea compoziției chimice și a structurii substanțelor (sistemelor).

1.5. Clasificarea metodelor de analiză

În chimia analitică, există mai multe tipuri de clasificare a metodelor de analiză.

1.5.1. Clasificare pe baza proprietăților chimice și fizice ale substanțelor (sistemelor) analizate

În cadrul acestei clasificări sunt luate în considerare următoarele grupe de metode de analiză:

1. Metode chimice de analiză.

Acest grup de metode de analiză le include pe acelea în care rezultatele analizei se bazează pe o reacție chimică care are loc între substanțe. La sfârșitul reacției, se înregistrează volumul unuia dintre participanții la reacție sau masa unuia dintre produsele de reacție. Apoi se calculează rezultatele analizei.

2. Metode fizice de analiză.

Metodele fizice de analiză se bazează pe măsurarea proprietăților fizice ale substanțelor analizate. Pe scară largă, aceste metode fixează proprietăți optice, magnetice, electrice și termice.

3. Metode fizico-chimice de analiză.

Ele se bazează pe măsurarea unei proprietăți fizice (parametru) a sistemului analizat, care se modifică sub influența unei reacții chimice care are loc în acesta.

* IUPAC - Uniunea Internațională de Chimie Pură și Aplicată. Instituțiile științifice din multe țări sunt membre ale acestei organizații. Academia Rusă de Științe (ca succesor al Academiei de Științe a URSS) este membru al acesteia din 1930.

În chimia modernă se numesc metode fizice și fizico-chimice de analiză instrumental metode de analiză. „Instrumental” înseamnă că această metodă de analiză poate fi efectuată numai cu utilizarea unui „instrument” - un dispozitiv capabil să înregistreze și să evalueze proprietățile fizice (a se vedea Secțiunea 8 pentru detalii).

4. Metode de separare.

Când se analizează amestecuri complexe (și aceasta este majoritatea obiectelor naturale și a produselor alimentare), poate fi necesară separarea analitului de componentele interferente.

Uneori, în soluția analizată a componentei determinate este mult mai mică decât se poate determina prin metoda de analiză aleasă. În acest caz, înainte de a determina astfel de componente, este necesar să le preconcentrați.

concentraţie- aceasta este o operație, după care concentrația componentei determinate poate crește de la n la 10 n ori.

Operațiile de separare și concentrare sunt adesea combinate. În stadiul de concentrare în sistemul analizat, se pot manifesta în mod clar unele proprietăți, a căror fixare ne va permite să rezolvăm problema cantității de analit din amestec. Metoda de analiză poate începe cu o operație de separare, uneori include și concentrare.

1.5.2. Clasificare pe baza masei unei substante sau a unui volum

soluție luată pentru analiză

O clasificare care demonstrează posibilitățile metodelor moderne de analiză este prezentată în tabel. 1. Se bazează pe masa de substanțe sau volumul de soluție luat pentru analiză.

tabelul 1

Clasificarea metodelor de analiză în funcție de masa substanței

sau volumul de soluție luat pentru analiză

1.6. Analiza calitativa

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

Sarcina analizei calitative este de a stabili compoziția chimică a obiectului analizat.

Obiect analizat poate fi o substanta individuala (simpla sau foarte complexa, precum painea), precum si un amestec de substante. Ca parte a unui obiect, diferitele sale componente pot fi de interes. Este posibil să se determine din ce ioni, elemente, molecule, faze, grupuri de atomi constă obiectul analizat. În alimente, ionii sunt cel mai adesea substanțe determinate, simple sau complexe, care sunt fie utile (Ca 2+, NaCl, grăsimi, proteine ​​etc.) fie nocive pentru organismul uman (Cu 2+ , Pb 2+ , pesticide etc. ). Acest lucru se poate face în două moduri: Identificareși descoperire.

Identificare- stabilirea identității (identității) compusului chimic studiat cu o substanță cunoscută (standard) prin compararea proprietăților fizice și chimice ale acestora .

Pentru aceasta, sunt studiate preliminar anumite proprietăți ale compușilor de referință dați, a căror prezență este presupusă în obiectul analizat. De exemplu, reacțiile chimice sunt efectuate cu cationi sau anioni (acești ioni sunt standarde) în studiul substanțelor anorganice sau se măsoară constantele fizice ale substanțelor organice de referință. Apoi efectuați aceleași teste cu compusul de testat și comparați rezultatele.

Detectare- verificarea prezentei in obiectul analizat a unor componente principale, impuritati etc. .

Analiza chimică calitativă se bazează în principal pe transformarea analitului într-un compus nou cu proprietăți caracteristice: o culoare, o anumită stare fizică, o structură cristalină sau amorfă, un miros specific etc. Aceste proprietăți caracteristice se numesc caracteristici analitice.

Se numește o reacție chimică, în timpul căreia apar semne analitice reacție analitică de înaltă calitate.

Substanțele utilizate în reacțiile analitice se numesc reactivi sau reactivi.

Reacțiile analitice calitative și, în consecință, reactivii utilizați în acestea, în funcție de domeniul de aplicare, se împart în grupe (generale), caracteristice și specifice.

Reacții de grup vă permit să izolați dintr-un amestec complex de substanțe sub influența unui reactiv de grup grupuri întregi de ioni care au aceeași caracteristică analitică. De exemplu, carbonatul de amoniu (NH 4 ) 2 CO 3 aparține grupului de reactivi, deoarece formează carbonați albi insolubili în apă cu ioni de Ca 2+, Sr 2+, Ba 2+.

caracteristică numite astfel de reacții în care participă reactivii care interacționează cu unul sau un număr mic de ioni. Caracteristica analitică în aceste reacții, cel mai adesea, este exprimată într-o culoare caracteristică. De exemplu, dimetilglioxima este un reactiv caracteristic pentru ionul Ni 2+ (precipitat roz) și pentru ionul Fe 2+ (compus roșu solubil în apă).

Cele mai importante în analiza calitativă sunt reacțiile specifice. specific o reacție la un ion dat este o astfel de reacție care face posibilă detectarea acestuia în condiții experimentale într-un amestec cu alți ioni. O astfel de reacție este, de exemplu, o reacție de detectare a ionilor, care are loc sub acțiunea alcaline atunci când este încălzită:

Amoniacul eliberat poate fi identificat printr-un miros specific, ușor de recunoscut și alte proprietăți.

1.6.1. Mărci de reactivi

În funcție de domeniul specific de aplicare a reactivilor, le sunt impuse o serie de cerințe. Una dintre ele este cerința pentru cantitatea de impurități.

Cantitatea de impurități din reactivii chimici este reglementată de documentație tehnică specială: standarde de stat (GOST), condiții tehnice (TU) etc. Compoziția impurităților poate fi diferită și este de obicei indicată pe eticheta din fabrică a reactivului.

Reactivii chimici sunt clasificați în funcție de gradul de puritate. În funcție de fracția de masă a impurităților, reactivului i se atribuie o marcă. Unele mărci de reactivi sunt prezentate în tabel. 2.

masa 2

Mărci de reactivi

De obicei, în practica analizei chimice se folosesc reactivi care îndeplinesc calificarea „grad analitic” și „pur chimic”. Puritatea reactivilor este indicată pe eticheta ambalajului original al reactivului. Unele industrii introduc propriile calificări suplimentare de puritate pentru reactivi.

1.6.2. Metode de realizare a reacțiilor analitice

Pot fi efectuate reacții analitice "umed"și "uscat" moduri. La efectuarea unei reacții "umed" prin interacțiunea dintre analit și reactivii corespunzători are loc în soluție. Pentru implementarea sa, substanța de testat trebuie dizolvată în prealabil. Solventul este de obicei apă sau, dacă substanța este insolubilă în apă, un alt solvent. Reacțiile umede apar între ionii simpli sau complecși, prin urmare, atunci când sunt aplicați, acești ioni sunt detectați.

Metoda „uscata” de realizare a reacțiilor înseamnă că substanța de testat și reactivii sunt preluați în stare solidă, iar reacția dintre ele se realizează prin încălzirea lor la o temperatură ridicată.

Exemple de reacții efectuate pe cale „uscată” sunt reacțiile de colorare a flăcării cu săruri ale anumitor metale, formarea de perle colorate (pahare) de tetraborat de sodiu (borax) sau fosfat acid de sodiu și amoniu atunci când le topesc cu săruri ale anumitor metale, precum și la topirea solidului studiat cu „fluxuri”, de exemplu: amestecuri de Na 2 CO 3 și K 2 CO 3 solid, sau Na 2 CO 3 și KNO 3.

Reacțiile efectuate pe cale „uscata” includ și reacția care are loc atunci când solidul de testat este triturat cu ceva reactiv solid, în urma căruia amestecul capătă o culoare.

1.6.3. Analiza sistematică

Analiza calitativă a obiectului poate fi efectuată prin două metode diferite.

Analiza sistematica - aceasta este o metodă de efectuare a analizei calitative conform schemei, când secvența operațiilor de adăugare a reactivilor este strict definită.

1.6.4. Analiza fracționată

O metodă de analiză bazată pe utilizarea reacțiilor care pot fi utilizate pentru a detecta ionii doriti în orice secvență în porțiuni individuale ale soluției inițiale, de ex. fără a recurge la o schemă specifică de detecție a ionilor, se numește analiza fracționată.

1.7. Analiza cantitativa

Sarcina analizei cantitative este de a determina conținutul (masa sau concentrația) unei anumite componente din obiectul analizat.

Concepte importante ale analizei cantitative sunt conceptele de „substanță determinată” și „substanță de lucru”.

1.7.1. Substanța în curs de identificare. substanta de lucru

Un element chimic, ion, substanță simplă sau complexă, al cărui conținut este determinat într-o probă dată din produsul analizat, este denumit în mod obișnuit „substanță identificabilă” (O.V.).

Substanța cu care se realizează această determinare se numește substanță de lucru (RV).

1.7.2. Modalități de exprimare a compoziției unei soluții utilizate în chimia analitică

1. Cel mai convenabil mod de a exprima compoziția unei soluții este concentrația . Concentrația este o mărime fizică (dimensională sau adimensională) care determină compoziția cantitativă a unei soluții, amestec sau topitură. Când se ia în considerare compoziția cantitativă a unei soluții, cel mai adesea, ele înseamnă raportul dintre cantitatea de dizolvat și volumul soluției.

Cea mai comună este concentrația molară de echivalenți. Simbolul său, scris, de exemplu, pentru acidul sulfuric este C eq (H 2 SO 4), unitatea de măsură este mol / dm 3.

Există și alte denumiri pentru această concentrare în literatură. De exemplu, C (1/2H2S04). Fracția din fața formulei acidului sulfuric indică ce parte a moleculei (sau ionului) este echivalentă. Se numește factor de echivalență, notat cu f echiv. Pentru H 2 SO 4 f echiv = 1/2. Factorul de echivalență se calculează pe baza stoichiometriei reacției. Numărul care arată câți echivalenți sunt conținute în moleculă se numește număr de echivalență și este notat cu Z*. f echiv \u003d 1 / Z *, prin urmare, concentrația molară de echivalenți se notează și în acest fel: C (1 / Z * H 2 SO 4).

2. În condițiile laboratoarelor analitice, atunci când este nevoie de mult timp pentru a efectua o serie de analize individuale folosind o singură formulă de calcul, se folosește adesea un factor de corecție sau corecția K.

Cel mai adesea, corecția se referă la substanța de lucru. Coeficientul arată de câte ori concentrația soluției preparate a substanței de lucru diferă de concentrația exprimată în numere rotunde (0,1; 0,2; 0,5; 0,01; 0,02; 0,05), dintre care una poate fi în formula de calcul:

K se scrie ca numere cu patru zecimale. Din înregistrare: K \u003d 1,2100 la C eq (HCl) \u003d 0,0200 mol / dm 3 rezultă că C eq (HCl) \u003d 0,0200 mol / dm 3 este concentrația molară standard a echivalenților de HCl, apoi se calculează adevăratul prin formula:

3. Titrul este masa substanței conținută în 1 cm 3 din volumul soluției.

Titrul se referă cel mai adesea la o soluție a substanței de lucru.

Unitatea de titr este g/cm3, titrul este calculat la a șasea zecimală. Cunoscând titrul substanței de lucru, este posibil să se calculeze concentrația molară a echivalenților soluției sale.

(4)

4. Titrul substanței de lucru în funcție de analit- aceasta este masa substanței de determinat, echivalentă cu masa substanței de lucru conținute în 1 cm 3 din soluție.

5. Fracția de masă a substanței dizolvate este egală cu raportul dintre masa substanței dizolvate A și masa soluției:

6. Fracție de volum substanța dizolvată este egală cu raportul dintre volumul soluției A și volumul total al soluției:

Fracțiile de masă și volum sunt mărimi adimensionale. Dar cel mai adesea expresiile pentru calcularea fracțiilor de masă și volum sunt scrise astfel:

; (9)

. (10)

În acest caz, unitatea pentru w și j este un procent.

Trebuie acordată atenție următoarelor circumstanțe:

1. La efectuarea analizei, concentrația substanței de lucru trebuie să fie exactă și exprimată ca număr care conține patru zecimale dacă concentrația este echivalenți molari; sau un număr care conține șase zecimale dacă este o legendă.

2. În toate formulele de calcul adoptate în chimia analitică unitatea de volum este cm 3. Deoarece sticlăria utilizată în analiză pentru măsurarea volumelor vă permite să măsurați volumul cu o precizie de 0,01 cm 3, cu această precizie trebuie înregistrate numerele care exprimă volumele soluțiilor de analiți și substanțe de lucru implicate în analiză. .

1.7.3. Metode de preparare a soluțiilor

Înainte de a continua cu pregătirea soluției, trebuie să răspundeți la următoarele întrebări.

1. În ce scop se prepară soluția (pentru a fi utilizată ca RV, pentru a crea o anumită valoare a pH-ului mediului etc.)?

2. În ce formă este cel mai potrivit să se exprime concentrația soluției (sub formă de concentrație molară de echivalenți, fracție de masă, titr etc.)?

3. Cu ce ​​precizie, i.e. până la ce zecimală trebuie determinat numărul care exprimă concentrația selectată?

4. Ce volum de soluție trebuie preparat?

5. Pe baza naturii substanței (lichid sau solid, standard sau nestandard), ce metodă de preparare a soluției ar trebui utilizată?

Soluția poate fi preparată în următoarele moduri:

1. Cuplaj precis.

În cazul în care un substanţă din care se prepară soluția, este standard, adică îndeplinește anumite cerințe (enumerate mai jos), atunci soluția poate fi preparată printr-o probă precisă. Aceasta înseamnă că greutatea probei este calculată și măsurată pe o balanță analitică cu o precizie de patru zecimale.

Cerințele pentru substanțele standard sunt următoarele:

a) substanţa trebuie să aibă o structură cristalină şi să corespundă unei anumite formule chimice;

c) substanta trebuie sa fie stabila in timpul depozitarii in forma solida si in solutie;

d) este de dorit un echivalent de masă molară mare al substanței.

2. Din canalul fix.

O variație a metodei de preparare a unei soluții pentru o probă precisă este metoda de preparare a unei soluții din fixanal. Rolul unei probe precise este îndeplinit de cantitatea exactă de substanță din fiola de sticlă. Trebuie avut în vedere faptul că substanța din fiolă poate fi standard (a se vedea paragraful 1) și non-standard. Această împrejurare afectează metodele și durata de depozitare a soluțiilor de substanțe nestandard preparate din fixanali.

FIXANAL(titru-standard, doză-normă) este o fiolă sigilată, în care este sub formă uscată sau sub formă de soluție de 0,1000, 0,0500 sau alt număr de moli echivalenți de substanță.

Pentru a pregăti soluția necesară, fiola se sparge peste o pâlnie echipată cu un dispozitiv special de perforare (lovitură). Conținutul său este transferat cantitativ într-un balon cotat cu capacitatea necesară și volumul este ajustat cu apă distilată până la semnul inelului.

Se numește o soluție preparată dintr-o probă precisă sau din fixanal titrat, standard sau soluție standard I, deoarece concentrația sa după preparare este exactă. Scrieți-l ca un număr cu patru zecimale dacă este o concentrație molară de echivalenți și cu șase zecimale dacă este un titlu.

3. După greutatea aproximativă.

Dacă substanța din care urmează să fie preparată soluția nu îndeplinește cerințele pentru substanțele standard și nu există un fixator adecvat, atunci soluția este preparată cu o greutate aproximativă.

Calculați masa substanței care trebuie luată pentru prepararea soluției, ținând cont de concentrația și volumul acesteia. Această masă este cântărită pe cântare tehnice cu o precizie de a doua zecimală, dizolvată într-un balon cotat. Obțineți o soluție cu o concentrație aproximativă.

4. Prin diluarea unei soluții mai concentrate.

Dacă o substanță este produsă de industrie sub formă de soluție concentrată (este clar că nu este standard), atunci soluția sa cu o concentrație mai mică poate fi preparată doar prin diluarea soluției concentrate. Atunci când se prepară o soluție în acest mod, trebuie reținut că masa soluției trebuie să fie aceeași atât în ​​volumul soluției preparate, cât și în partea de soluție concentrată luată pentru diluare. Cunoscând concentrația și volumul soluției de preparat, se calculează volumul soluției concentrate de măsurat, ținând cont de fracția de masă și densitatea acesteia. Se măsoară volumul cu un cilindru gradat, se toarnă într-un balon cotat, se diluează până la semn cu apă distilată și se amestecă. Soluția astfel preparată are o concentrație aproximativă.

Concentrația exactă a soluțiilor preparate printr-o probă aproximativă și prin diluarea unei soluții concentrate se stabilește prin efectuarea unei analize gravimetrice sau titrimetrice, de aceea, soluțiile preparate prin aceste metode, după ce se determină concentrațiile lor exacte, se numesc solutii cu titru fix, solutii standardizate sau soluții standard II.

1.7.4. Formule utilizate pentru a calcula masa unei substanțe necesare pentru prepararea unei soluții

Dacă o soluție cu o concentrație molară dată de echivalenți sau titru este preparată din substanța uscată A, atunci calculul masei substanței care trebuie luată pentru prepararea soluției se efectuează conform următoarelor formule:

; (11)

. (12)

Notă. Unitatea de măsură a volumului este cm 3.

Calculul masei unei substanțe se efectuează cu o asemenea precizie, care este determinată de metoda de preparare a soluției.

Formulele de calcul folosite la prepararea solutiilor prin metoda dilutiei sunt determinate de tipul de concentratie care se obtine si de tipul de concentratie de diluat.

1.7.5. Schema de analiză

Cerința principală pentru analiză este ca rezultatele obținute să corespundă conținutului real al componentelor. Rezultatele analizei vor satisface această cerință numai dacă toate operațiunile de analiză sunt efectuate corect, într-o anumită secvență.

1. Primul pas în orice determinare analitică este eșantionarea pentru analiză. De regulă, se ia o probă medie.

Probă medie- aceasta este o parte a obiectului analizat, mică în comparație cu întreaga sa masă, a cărei compoziție și proprietăți medii sunt identice (aceleași) în toate privințele cu compoziția sa medie.

Metodele de prelevare pentru diferite tipuri de produse (materii prime, semifabricate, produse finite din diferite industrii) sunt foarte diferite unele de altele. La eșantionare, aceștia sunt ghidați de regulile descrise în detaliu în manualele tehnice, GOST și instrucțiuni speciale dedicate analizei acestui tip de produs.

În funcție de tipul de produs și de tipul analizei, proba poate fi prelevată sub forma unui anumit volum sau a unei anumite mase.

Prelevarea de probe- aceasta este o operațiune pregătitoare foarte responsabilă și importantă a analizei. O probă selectată incorect poate distorsiona complet rezultatele, caz în care, în general, nu are sens să se efectueze operațiuni de analiză ulterioare.

2. Pregătirea probei pentru analiză. O probă luată pentru analiză nu este întotdeauna pregătită într-un mod special. De exemplu, atunci când se determină conținutul de umiditate al făinii, pâinii și produselor de panificație prin metoda arbitrajului, o anumită probă din fiecare produs este cântărită și introdusă într-un cuptor. Cel mai adesea, analiza este supusă soluțiilor obținute prin prelucrarea corespunzătoare a probei. În acest caz, sarcina de pregătire a probei pentru analiză se reduce la următoarele. Proba este supusă unei astfel de procesări, în care se păstrează cantitatea de componentă analizată și intră complet în soluție. În acest caz, poate fi necesară eliminarea substanțelor străine care pot fi în proba analizată împreună cu componenta de determinat.

Pregătirea probelor pentru analiză, precum și prelevarea probelor, sunt descrise în documentația de reglementare și tehnică, conform căreia sunt analizate materiile prime, semifabricatele și produsele finite. Dintre operațiunile chimice care sunt incluse în procedura de pregătire a unei probe pentru analiză, putem numi una care este adesea folosită la prepararea probelor de materii prime, semifabricate, produse finite în industria alimentară - aceasta este cenusa. Operațiune.

Cenușă este procesul de transformare a unui produs (material) în cenușă. O probă este pregătită prin cenuşare la determinarea, de exemplu, a ionilor metalici. Proba este arsă în anumite condiții. Cenușa rămasă este dizolvată într-un solvent adecvat. Se obține o soluție, care este supusă analizei.

3. Obținerea datelor analitice. În timpul analizei, proba pregătită este afectată de o substanță reactivă sau de un fel de energie. Aceasta duce la apariția semnalelor analitice (schimbarea culorii, apariția unor noi radiații etc.). Semnalul apărut poate fi: a) înregistrat; b) luați în considerare momentul în care este necesară măsurarea unui anumit parametru în sistemul analizat, de exemplu, volumul substanței de lucru.

4. Prelucrarea datelor analitice.

A) Datele analitice primare obţinute sunt utilizate pentru a calcula rezultatele analizei.

Există diferite moduri de a converti datele analitice în rezultate de analiză.

1. Metoda de calcul. Această metodă este folosită foarte des, de exemplu, în analiza chimică cantitativă. După finalizarea analizei, se obține volumul de substanță de lucru cheltuit în reacția cu analitul. Apoi, acest volum este înlocuit în formula corespunzătoare și rezultatul analizei este calculat - masa sau concentrația analitului.

2. Graficul metodei de calibrare (calibrare).

3. Metoda de comparare.

4. Metoda adăugărilor.

5. Metoda diferențială.

Aceste metode de prelucrare a datelor analitice sunt utilizate în metode instrumentale de analiză, pe parcursul studiului cărora se va putea cunoaște în detaliu.

B) Rezultatele obţinute la analiză trebuie prelucrate conform regulilor statisticii matematice, care sunt discutate în secţiunea 1.8.

5. Determinarea semnificației socio-economice a rezultatului analizei. Această etapă este finală. După ce a finalizat analiza și a primit rezultatul, este necesar să se stabilească o corespondență între calitatea produsului și cerințele documentației de reglementare pentru acesta.

1.7.6. Metoda și tehnica analizei

Pentru a trece de la teoria oricărei metode de chimie analitică la o metodă specifică de realizare a unei analize, este important să se facă distincția între conceptele de „metodă de analiză” și „metodă de analiză”.

Când vine vorba de metoda de analiză, aceasta înseamnă că sunt luate în considerare regulile, în urma cărora se pot obține date analitice și se pot interpreta (vezi secțiunea 1.4).

Metoda de analiză- aceasta este o descriere detaliată a tuturor operațiunilor pentru efectuarea analizei, inclusiv prelevarea și pregătirea probelor (indicând concentrațiile tuturor soluțiilor de testare).

În aplicarea practică a fiecărei metode de analiză sunt dezvoltate multe metode de analiză. Ele diferă prin natura obiectelor analizate, metoda de prelevare și pregătire a probelor, condițiile de realizare a operațiunilor individuale de analiză etc.

De exemplu, într-un atelier de laborator de analiză cantitativă, printre altele, se efectuează lucrări de laborator „Determinarea permanganometrică a Fe 2+ în soluție de sare Mohr”, „Determinarea iodometrică a Cu 2+”, „Determinarea dicromatometrică a Fe 2+”. Metodele de implementare a acestora sunt complet diferite, dar se bazează pe aceeași metodă de analiză „Redoximetria”.

1.7.7. Caracteristicile analitice ale metodelor de analiză

Pentru ca metodele sau metodele de analiză să fie comparate sau evaluate între ele, ceea ce joacă un rol important în alegerea lor, fiecare metodă și metodă are propriile caracteristici analitice și metrologice. Caracteristicile analitice includ următoarele: coeficient de sensibilitate (limită de detecție), selectivitate, durată, performanță.

Limita de detectare(C min., p) este cel mai scăzut conținut la care prezența componentei determinate cu o probabilitate de încredere dată poate fi detectată prin această metodă. Probabilitatea de încredere - P este proporția cazurilor în care media aritmetică a rezultatului pentru un număr dat de determinări se va încadra în anumite limite.

În chimia analitică, de regulă, se utilizează un nivel de încredere de P = 0,95 (95%).

Cu alte cuvinte, P este probabilitatea producerii unei erori aleatorii. Acesta arată câte experimente din 100 dau rezultate care sunt considerate corecte în cadrul preciziei specificate a analizei. Cu P \u003d 0,95 - 95 din 100.

Selectivitatea analizei caracterizează posibilitatea determinării acestei componente în prezenţa unor substanţe străine.

Versatilitate- capacitatea de a detecta mai multe componente dintr-o probă în același timp.

Durata analizei- timpul petrecut pentru implementarea acestuia.

Performanța analizei- numărul de probe paralele care pot fi analizate pe unitatea de timp.

1.7.8. Caracteristicile metrologice ale metodelor de analiză

Evaluând metodele sau tehnicile de analiză din punctul de vedere al științei măsurătorilor - metrologie - se notează următoarele caracteristici: intervalul conținuturilor determinate, corectitudinea (acuratețea), reproductibilitatea, convergența.

Intervalul de conținut determinat- aceasta este zona asigurată de această tehnică, în care se află valorile cantităților determinate de componente. În același timp, se obișnuiește să se noteze limita inferioară a conținuturilor determinate(C n) - cea mai mică valoare a conținutului determinat, limitând gama de conținuturi determinate.

Corectitudinea (acuratețea) analizei- este apropierea rezultatelor obţinute de valoarea adevărată a valorii determinate.

Reproductibilitatea și convergența rezultatelor analizele sunt determinate de împrăștierea rezultatelor analizelor repetate și sunt determinate de prezența erorilor aleatorii.

Convergenţă caracterizează dispersia rezultatelor în condiții fixe ale experimentului și reproductibilitatea- în condiţiile schimbătoare ale experimentului.

Toate caracteristicile analitice și metrologice ale metodei sau metodei de analiză sunt raportate în instrucțiunile acestora.

Caracteristicile metrologice se obtin prin prelucrarea rezultatelor obtinute intr-o serie de analize repetate. Formulele pentru calculul lor sunt date în secțiunea 1.8.2. Ele sunt similare cu formulele utilizate pentru procesarea statică a rezultatelor analizei.

1.8. Erori (erori) în analiză

Indiferent de cât de atent este efectuată una sau alta determinare cantitativă, rezultatul obținut, de regulă, diferă oarecum de conținutul real al componentei determinate, adică. rezultatul analizei se obține întotdeauna cu o oarecare inexactitate – o eroare.

Erorile de măsurare sunt clasificate ca sistematice (certe), aleatorii (nesigure) și brute sau greșeli.

Erori sistematice- sunt erori care sunt constante ca valoare sau variază după o anumită lege. Ele pot fi metodice, în funcție de specificul metodei de analiză utilizată. Acestea pot depinde de instrumentele și reactivii utilizați, de efectuarea incorectă sau insuficient de atentă a operațiilor analitice, de caracteristicile individuale ale persoanei care efectuează analiza. Erorile sistematice sunt greu de observat, deoarece sunt constante și apar în timpul determinărilor repetate. Pentru a evita erorile de acest fel, este necesar să se elimine sursa acestora sau să se introducă o corecție adecvată în rezultatul măsurării.

Erori aleatorii se numesc erori care sunt nedefinite ca mărime și semn, în apariția fiecăreia dintre care nu se observă regularitate.

Erorile aleatorii apar în orice măsurătoare, inclusiv în orice determinare analitică, indiferent cât de atent este efectuată. Prezența lor se reflectă în faptul că determinările repetate ale uneia sau altei componente dintr-o probă dată, efectuate prin aceeași metodă, dau de obicei rezultate ușor diferite.

Spre deosebire de erorile sistematice, erorile aleatorii nu pot fi luate în considerare sau eliminate prin introducerea oricăror corecții. Cu toate acestea, ele pot fi reduse semnificativ prin creșterea numărului de determinări paralele. Influența erorilor aleatoare asupra rezultatului analizei poate fi luată în considerare teoretic prin prelucrarea rezultatelor obținute într-o serie de determinări paralele ale acestei componente folosind metodele statisticii matematice.

Disponibilitate erori grosolane sau dor se manifestă prin faptul că, printre rezultate relativ apropiate, se observă una sau mai multe valori care se remarcă vizibil ca amploare din seria generală. Dacă diferența este atât de mare încât putem vorbi despre o eroare grosolană, atunci această măsurătoare este imediat eliminată. Cu toate acestea, în cele mai multe cazuri, nu se poate recunoaște imediat acel alt rezultat ca fiind incorect doar pe baza „săririi” din seria generală și, prin urmare, sunt necesare cercetări suplimentare.

Există opțiuni când nu are sens să se efectueze studii suplimentare și, în același timp, nu este de dorit să se utilizeze date incorecte pentru a calcula rezultatul general al analizei. În acest caz, prezența erorilor sau greșelilor grave este determinată în funcție de criteriile statisticii matematice.

Sunt cunoscute mai multe astfel de criterii. Cel mai simplu dintre acestea este testul Q.

1.8.1. Determinarea prezenței erorilor grave (eșecuri)

În analiza chimică, conținutul unei componente dintr-o probă este determinat, de regulă, de un număr mic de determinări paralele (n ​​£ 3). Pentru a calcula erorile definițiilor în acest caz, aceștia folosesc metodele de statistică matematică dezvoltate pentru un număr mic de definiții. Rezultatele acestui număr mic de determinări sunt considerate selectate aleatoriu - prelevarea de probe- din toate rezultatele imaginabile ale populaţiei generale în condiţiile date.

Pentru mostre mici cu numărul de măsurători n<10 определение грубых погрешностей можно оценивать при помощи intervalul de variație după criteriul Q. Pentru a face acest lucru, faceți raportul:

, (13)

unde X 1 - rezultat suspect de distins al analizei;

X 2 - rezultatul unei singure definiții, cel mai apropiat ca valoare de X 1 ;

R - interval de variație - diferența dintre cele mai mari și cele mai mici valori ale unei serii de măsurători, adică R = X max. - X min.

Valoarea calculată a lui Q este comparată cu valoarea tabelară a lui Q (p, f). Prezența unei erori brute se dovedește dacă Q > Q(p, f).

Rezultatul, recunoscut ca o eroare gravă, este exclus de la analiza ulterioară.

Criteriul Q nu este singurul indicator a cărui valoare poate fi folosită pentru a judeca prezența unei erori grosiere, dar se calculează mai rapid decât alții, deoarece. vă permite să eliminați imediat erorile grosolane fără a efectua alte calcule.

Celelalte două criterii sunt mai precise, dar necesită un calcul complet al erorii, adică prezenţa unei erori grosolane se poate spune numai prin efectuarea unei prelucrări matematice complete a rezultatelor analizei.

De asemenea, pot fi identificate erori grave:

A) abaterea standard. Rezultatul X i este recunoscut ca o eroare grosolană și eliminat dacă

. (14)

B) Precizia măsurării directe. Rezultatul X i este eliminat dacă

. (15)

Despre cantitățile indicate prin semne , vezi secțiunea 1.8.2.

1.8.2. Prelucrarea statistică a rezultatelor analizelor

Prelucrarea statistică a rezultatelor are două sarcini principale.

Prima sarcină este de a prezenta rezultatul definițiilor într-o formă compactă.

A doua sarcină este de a evalua fiabilitatea rezultatelor obținute, i.e. gradul de corespondență a acestora cu conținutul real al componentei determinate din probă. Această problemă este rezolvată prin calcularea reproductibilității și acurateței analizei folosind formulele de mai jos.

După cum sa menționat deja, reproductibilitatea caracterizează împrăștierea rezultatelor analizelor repetate și este determinată de prezența erorilor aleatorii. Reproductibilitatea analizei este evaluată prin valorile abaterii standard, abaterii standard relative, varianței.

Caracteristica generală de împrăștiere a datelor este determinată de valoarea abaterii standard S.

Uneori, atunci când se evaluează reproductibilitatea unui test, se determină abaterea standard relativă Sr.

Abaterea standard are aceeași unitate ca valoarea medie sau adevărată m a mărimii care se determină.

Metoda sau tehnica de analiză este cu atât mai bine reproductibilă, cu atât valorile abaterii absolute (S) și relative (Sr) sunt mai mici pentru acestea.

Difuzarea datelor de analiză despre medie este calculată ca varianță S2.

(18)

În formulele prezentate: Xi - valoarea individuală a cantităţii obţinute în timpul analizei; - media aritmetică a rezultatelor obţinute pentru toate măsurătorile; n este numărul de măsurători; i = 1…n.

Corectitudinea sau acuratețea analizei este caracterizată de intervalul de încredere al valorii medii a lui p, f. Aceasta este zona în care, în absența erorilor sistematice, se află adevărata valoare a mărimii măsurate cu o probabilitate de încredere P.

, (19)

unde p, f - interval de încredere, i.e. limitele de încredere în care se poate afla valoarea mărimii determinate X.

În această formulă, t p, f este coeficientul lui Student; f este numărul de grade de libertate; f = n - 1; P este nivelul de încredere (vezi 1.7.7); t p, f - dat tabelar.

Abaterea standard a mediei aritmetice. (20)

Intervalul de încredere se calculează fie ca eroare absolută în aceleași unități în care este exprimat rezultatul analizei, fie ca eroare relativă DX o (în %):

Prin urmare, rezultatul analizei poate fi reprezentat astfel:

. (23)

Prelucrarea rezultatelor analizei este mult simplificată dacă se cunoaște adevăratul conținut (m) al componentei determinate la efectuarea analizelor (probe martor, sau probe standard). Calculați erorile absolute (DX) și relative (DX o, %).

DX \u003d X - m (24)

1.8.3. Compararea a două rezultate medii ale analizei efectuate

metode diferite

În practică, există situații în care un obiect trebuie analizat prin metode diferite, în laboratoare diferite, de către diferiți analiști. În aceste cazuri, rezultatele medii diferă unele de altele. Ambele rezultate caracterizează o anumită aproximare a valorii adevărate a cantității dorite. Pentru a afla dacă ambele rezultate pot fi de încredere, se determină dacă diferența dintre ele este semnificativă statistic, adică. "prea mare. Valorile medii ale valorii dorite sunt considerate compatibile dacă aparțin aceleiași populații generale. Acest lucru poate fi rezolvat, de exemplu, prin criteriul Fisher (criteriul F).

unde sunt calculate dispersiile pentru diferite serii de analize.

F ex - este întotdeauna mai mare decât unu, deoarece este egal cu raportul dintre varianța mai mare și cea mai mică. Valoarea calculată a lui F ex este comparată cu valoarea tabelului din tabelul F. (probabilitatea de încredere P și numărul de grade de libertate f pentru valorile experimentale și tabelare ar trebui să fie aceleași).

La compararea F ex și opțiunile de tabel F sunt posibile.

A) F ex > F tab. Discrepanța dintre varianțe este semnificativă, iar eșantioanele considerate diferă în ceea ce privește reproductibilitatea.

B) Dacă F ex este semnificativ mai mic decât tabelul F, atunci diferența de reproductibilitate este aleatorie și ambele variații sunt estimări aproximative ale aceleiași variații ale populației generale pentru ambele eșantioane.

Dacă diferența dintre varianțe nu este semnificativă, puteți afla dacă există o diferență semnificativă statistic în rezultatele medii ale analizei obținute prin diferite metode. Pentru a face acest lucru, utilizați coeficientul Student t p, f. Calculați abaterea standard medie ponderată și t ex.

; (27)

unde sunt rezultatele medii ale probelor comparate;

n 1 , n 2 - numărul de măsurători în prima și a doua probă.

Compară t ex cu tabelul t cu numărul de grade de libertate f = n 1 +n 2 -2.

Dacă în același timp t ex > t tabel, atunci discrepanța dintre este semnificativă, eșantioanele nu aparțin aceleiași populații generale și valorile adevărate din fiecare eșantion sunt diferite. Dacă t ex< t табл, можно все данные рассматривать как единую выборочную совокупность для (n 1 +n 2) результатов.

ÎNTREBĂRI DE TEST

1. Ce studiază chimia analitică?

2. Care este metoda de analiză?

3. Ce grupe de metode de analiză sunt considerate de chimia analitică?

4. Ce metode pot fi utilizate pentru efectuarea analizei calitative?

5. Care sunt caracteristicile analitice? Ce pot fi ele?

6. Ce este un reactiv?

7. Ce reactivi sunt necesari pentru efectuarea unei analize sistematice?

8. Ce este analiza fracționată? Ce reactivi sunt necesari pentru implementarea acestuia?

9. Ce înseamnă literele „pur chimic”, „ch.d.a.”? pe eticheta chimică?

10. Care este sarcina analizei cantitative?

11. Care este substanța de lucru?

12. În ce moduri poate fi preparată o soluție de substanță de lucru?

13. Ce este o substanță standard?

14. Ce înseamnă termenii „soluție standard I”, „soluție standard II”?

15. Care este titrul și titrul substanței de lucru în funcție de analit?

16. Cum este indicată pe scurt concentrația molară a echivalenților?

CHIMIA ANALITĂ, știința determinării compoziției chimice a substanțelor și materialelor și, într-o oarecare măsură, a structurii chimice a compușilor. Chimia analitică dezvoltă bazele teoretice generale ale analizei chimice, dezvoltă metode de determinare a componentelor unei probe aflate în studiu și rezolvă problemele analizei unor obiecte specifice. Scopul principal al chimiei analitice este crearea de metode și instrumente care să ofere, în funcție de sarcină, acuratețe, sensibilitate ridicată, rapiditate și selectivitate a analizei. De asemenea, sunt dezvoltate metode de analiză a micro-obiectelor, de a efectua analize locale (la un punct, la suprafață etc.), analize fără distrugerea probei, la distanță de aceasta (analiza la distanță), analiză continuă (de exemplu , într-un flux), precum și de a stabili, sub forma ce compus chimic și sub ce formă fizică există componenta determinată în probă (analiza chimică a materialului) și în ce fază este inclusă (analiza de fază). Tendințele importante în dezvoltarea chimiei analitice sunt automatizarea analizelor, în special în controlul proceselor tehnologice, și matematizarea, în special utilizarea pe scară largă a computerelor.

Structura științei. Există trei domenii majore ale chimiei analitice: fundamente teoretice generale; dezvoltarea metodelor de analiză; chimia analitică a obiectelor individuale. În funcție de scopul analizei, se face o distincție între analiza chimică calitativă și analiza chimică cantitativă. Sarcina primului este de a detecta și identifica componentele probei analizate, sarcina celui de-al doilea este de a determina concentrațiile sau masele acestora. În funcție de componentele care trebuie detectate sau determinate, există analiza izotopilor, analiza elementară, analiza grupurilor structurale (inclusiv funcționale), analiza moleculară, analiza materialului și analiza de fază. Prin natura obiectului analizat se distinge analiza substanțelor anorganice și organice, precum și a obiectelor biologice.

Așa-numita chimiometrie, inclusiv metrologia analizei chimice, ocupă un loc important în fundamentele teoretice ale chimiei analitice. Teoria chimiei analitice include și învățături privind selecția și pregătirea probelor analitice, despre întocmirea unei scheme de analiză și alegerea metodelor, despre principiile și modalitățile de automatizare a analizei, utilizarea calculatoarelor, precum și principiile utilizării raționale a rezultatele analizelor chimice. O caracteristică a chimiei analitice este studiul proprietăților și caracteristicilor specifice nu generale, ci individuale, ale obiectelor, ceea ce asigură selectivitatea multor metode analitice. Datorită legăturilor strânse cu realizările fizicii, matematicii, biologiei și diverselor domenii ale tehnologiei (acest lucru este valabil mai ales în cazul metodelor de analiză), chimia analitică se transformă într-o disciplină la intersecția științelor. Alte denumiri ale acestei discipline sunt adesea folosite - analitică, știință analitică etc.

În chimia analitică se disting metodele de separare, determinare (detecție) și metode hibride de analiză, combinând de obicei metodele primelor două grupe. Metodele de determinare sunt subdivizate în mod convenabil în metode chimice de analiză (analiza gravimetrică, analiză titrimetrică, metode electrochimice de analiză, metode cinetice de analiză), metode fizice de analiză (spectroscopică, fizică nucleară etc.), metode biochimice de analiză și metode biologice. metoda de analiza. Metodele chimice se bazează pe reacții chimice (interacțiunea materiei cu materia), metodele fizice se bazează pe fenomene fizice (interacțiunea materiei cu radiațiile, fluxurile de energie), metodele biologice folosesc răspunsul organismelor sau al fragmentelor acestora la schimbările din mediu. .

Aproape toate metodele de determinare se bazează pe dependența oricăror proprietăți măsurabile ale substanțelor de compoziția lor. Prin urmare, un domeniu important al chimiei analitice este căutarea și studiul unor astfel de dependențe pentru a le utiliza pentru a rezolva probleme analitice. În acest caz, este aproape întotdeauna necesar să se găsească o ecuație pentru relația dintre o proprietate și o compoziție, să se dezvolte metode de înregistrare a unei proprietăți (semnal analitic), să se elimine interferența de la alte componente și să se elimine influența interferentă a diferiților factori (de exemplu , fluctuații de temperatură). Valoarea semnalului analitic este convertită în unități care caracterizează cantitatea sau concentrația componentelor. Proprietățile măsurate pot fi, de exemplu, masa, volumul, absorbția luminii, puterea curentului.

Se acordă multă atenție teoriei metodelor de analiză. Teoria metodelor chimice se bazează pe idei despre mai multe tipuri de bază de reacții chimice utilizate pe scară largă în analiză (acido-bazică, redox, formare complexă) și câteva procese importante (precipitare, dizolvare, extracție). Atenția acordată acestor probleme se datorează istoriei dezvoltării chimiei analitice și semnificației practice a metodelor corespunzătoare. Deoarece, totuși, ponderea metodelor chimice este în scădere, în timp ce ponderea metodelor fizice, biochimice și biologice este în creștere, este de mare importanță să se îmbunătățească teoria metodelor celor din urmă grupe și să se integreze aspectele teoretice ale individului. metode în teoria generală a chimiei analitice.

Istoria dezvoltării. Testele materialelor au fost efectuate în vremuri străvechi; de exemplu, minereurile au fost examinate pentru a determina potrivirea lor pentru topire, diverse produse - pentru a determina conținutul de aur și argint din ele. Alchimiștii din secolele XIV-XVI au efectuat o cantitate imensă de lucrări experimentale privind studiul proprietăților substanțelor, punând bazele metodelor chimice de analiză. În secolele 16-17 (perioada iatrochimiei) au apărut noi metode chimice de depistare a substanțelor, bazate pe reacții în soluție (de exemplu, descoperirea ionilor de argint prin formarea unui precipitat cu ioni de clorură). R. Boyle, care a introdus conceptul de „analiza chimică”, este considerat fondatorul chimiei științifice analitice.

Până la mijlocul secolului al XIX-lea, chimia analitică a fost ramura principală a chimiei. În această perioadă au fost descoperite multe elemente chimice, au fost izolate părțile constitutive ale unor substanțe naturale, s-au stabilit legile constanței compoziției și raporturilor multiple și legea conservării masei. Chimistul și mineralogul suedez T. Bergman a dezvoltat o schemă de analiză calitativă sistematică, a folosit în mod activ hidrogenul sulfurat ca reactiv analitic și a propus metode de analiză la flacără pentru a obține perle. În secolul al XIX-lea, analiza calitativă sistematică a fost îmbunătățită de chimiștii germani G. Rose și K. Fresenius. Același secol a fost marcat de succese uriașe în dezvoltarea analizei cantitative. A fost creată o metodă titrimetrică (chimistul francez F. Decroisille, J. Gay-Lussac), analiza gravimetrică a fost îmbunătățită semnificativ și s-au dezvoltat metode de analiză a gazelor. Dezvoltarea metodelor de analiză elementară a compușilor organici (Yu. Liebig) a fost de mare importanță. La sfârșitul secolului al XIX-lea a luat naștere o teorie a chimiei analitice, care se baza pe teoria echilibrului chimic în soluții cu participarea ionilor (în principal W. Ostwald). Până atunci, metodele de analiză a ionilor în soluții apoase ocupaseră locul predominant în chimia analitică.

În secolul al XX-lea au fost dezvoltate metode de microanaliza compușilor organici (F. Pregl). A fost propusă o metodă polarografică (J. Geyrovsky, 1922). Au apărut multe metode fizice, de exemplu, spectrometria de masă, raze X, fizica nucleară. De mare importanță a fost descoperirea cromatografiei (M. S. Tsvet, 1903) și crearea diferitelor variante ale acestei metode, în special cromatografia de partiție (A. Martin și R. Sing, 1941).

În Rusia și URSS, manualul Chimie analitică de I. A. Menshutkin a avut o mare importanță pentru chimia analitică (a trecut prin 16 ediții). M.A. Ilyinsky și L.A. Chugaev au introdus în practică reactivii analitici organici (sfârșitul secolului al XIX-lea - începutul secolului al XX-lea), N.A. Tananaev a dezvoltat metoda drop a analizei calitative (simultan cu chimistul austriac F. Feigl, anii 1920). În 1938 N.A. Izmailov și M. S. Schreiber au fost primii care au descris cromatografia în strat subțire. Oamenii de știință ruși au adus o mare contribuție la studiul formării complexe și a utilizării sale analitice (I.P. Alimarin, A.K. Babko), la teoria acțiunii reactivilor organici analitici, la dezvoltarea spectrometriei de masă, a metodelor de fotometrie, a spectrometriei de absorbție atomică ( B.V. . Lvov), în chimia analitică a elementelor individuale, în special rare și platină, și a unui număr de obiecte - substanțe de înaltă puritate, minerale, metale și aliaje.

Cerințele practicii au stimulat întotdeauna dezvoltarea chimiei analitice. Astfel, în anii 1940-1970, în legătură cu necesitatea analizei materialelor nucleare, semiconductoare și a altor materiale de puritate înaltă, au fost create metode sensibile precum analiza radioactivă, spectrometria de masă cu scântei, analiza spectrală chimică și voltametria stripping, oferind determinarea până la 10 - 7 -10 -8% impurități în substanțe pure, adică 1 parte dintr-o impuritate la 10-1000 miliarde părți din substanța principală. Pentru dezvoltarea metalurgiei feroase, în special în legătură cu trecerea la producția de oțel BOF de mare viteză, analiza rapidă a devenit decisivă. Utilizarea așa-numitelor quantometre - dispozitive fotoelectrice pentru analiza optică multi-element spectrală sau cu raze X - permite analiza în timpul topirii.

Necesitatea analizei amestecurilor complexe de compuși organici a dus la dezvoltarea intensivă a cromatografiei gazoase, ceea ce face posibilă analizarea celor mai complexe amestecuri care conțin câteva zeci sau chiar sute de substanțe. Chimia analitică a contribuit foarte mult la stăpânirea energiei nucleului atomic, la studiul spațiului și al oceanului, la dezvoltarea electronicii și la progresul științelor biologice.

Subiect de studiu. Un rol important îl joacă dezvoltarea teoriei prelevării materialelor analizate; De obicei, problemele de eșantionare sunt rezolvate în comun cu specialiști în substanțele studiate (de exemplu, cu geologi, metalurgiști). Chimia analitică dezvoltă metode de descompunere a probei - dizolvare, fuziune, sinterizare etc., care să asigure o „deschidere” completă a probei și să prevină pierderea componentelor determinate și contaminarea din exterior. Sarcinile chimiei analitice includ dezvoltarea tehnicilor pentru astfel de operațiuni generale de analiză precum măsurarea volumului, filtrarea și calcinarea. Una dintre sarcinile chimiei analitice este de a determina direcțiile de dezvoltare a instrumentației analitice, crearea de noi circuite și proiecte de instrumente (care servește cel mai adesea ca etapă finală în dezvoltarea unei metode de analiză), precum și sinteza. de noi reactivi analitici.

Pentru analiza cantitativă, caracteristicile metrologice ale metodelor și instrumentelor sunt foarte importante. În acest sens, chimia analitică studiază problemele de calibrare, fabricare și utilizare a probelor de referință (inclusiv probe standard) și alte mijloace de asigurare a corectitudinii analizei. Un loc important îl ocupă prelucrarea rezultatelor analizelor, în special prelucrarea computerizată. Pentru optimizarea condițiilor de analiză se utilizează teoria informației, teoria recunoașterii modelelor și alte ramuri ale matematicii. Calculatoarele sunt folosite nu numai pentru procesarea rezultatelor, ci și pentru controlul instrumentelor, contabilizarea interferențelor, calibrarea și planificarea experimentelor; există sarcini analitice care pot fi rezolvate doar cu ajutorul computerelor, de exemplu, identificarea moleculelor de compuși organici folosind sisteme expert.

Chimia analitică definește abordări generale ale alegerii modalităților și metodelor de analiză. Se dezvoltă metode de comparare a metodelor, se determină condițiile de interschimbabilitate și combinații ale acestora, principii și modalități de automatizare a analizei. Pentru utilizarea practică a analizei, este necesar să se dezvolte idei despre rezultatul acesteia ca indicator al calității produsului, doctrina controlului expres al proceselor tehnologice și crearea de metode economice. De mare importanță pentru analiștii care lucrează în diverse sectoare ale economiei sunt unificarea și standardizarea metodelor. Se dezvoltă o teorie pentru a optimiza cantitatea de informații necesare pentru a rezolva probleme analitice.

Metode de analiză. În funcție de masa sau volumul probei analizate, metodele de separare și determinare sunt uneori împărțite în metode macro-, micro- și ultramicro.

Separarea amestecurilor se recurge de obicei la cazurile în care metodele de detectare directă sau de detectare nu oferă rezultatul corect din cauza influenței interferente a altor componente ale probei. Deosebit de importantă este așa-numita concentrație relativă, separarea cantităților mici de componente analiților de cantități semnificativ mai mari ale componentelor principale ale probei. Separarea amestecurilor se poate baza pe diferențe în caracteristicile termodinamice sau de echilibru ale componentelor (constante de schimb ionic, constante de stabilitate ale complexelor) sau pe parametri cinetici. Pentru separare se folosesc în principal cromatografia, extracția, precipitarea, distilarea, precum și metode electrochimice, cum ar fi electrodepunerea. Metode de determinare - grupul principal de metode de chimie analitică. Metodele de analiză cantitativă se bazează pe dependența oricărei proprietăți măsurabile, cel mai adesea fizice, de compoziția probei. Această dependență trebuie descrisă într-un mod cert și cunoscut. Metodele hibride de analiză se dezvoltă rapid, combinând separarea și determinarea. De exemplu, cromatografia gazoasă cu diverși detectoare este cea mai importantă metodă de analiză a amestecurilor complexe de compuși organici. Pentru analiza amestecurilor de compuși nevolatili și instabili termic, cromatografia lichidă de înaltă performanță este mai convenabilă.

Pentru analiză, este nevoie de o varietate de metode, deoarece fiecare dintre ele are propriile avantaje și limitări. Astfel, radioactivarea extrem de sensibilă și metodele spectrale de masă necesită echipamente complexe și costisitoare. Metodele cinetice simple, accesibile și foarte sensibile nu asigură întotdeauna reproductibilitatea dorită a rezultatelor. La evaluarea și compararea metodelor, la alegerea acestora pentru rezolvarea unor probleme specifice, sunt luați în considerare mulți factori: parametrii metrologici, domeniul de utilizare posibilă, disponibilitatea echipamentelor, calificările analistului, tradițiile etc. Cei mai importanți dintre acești factori sunt parametrii metrologici precum ca limită de detecție sau interval de concentrație (cantități), în care metoda dă rezultate fiabile și acuratețea metodei, adică corectitudinea și reproductibilitatea rezultatelor. Într-un număr de cazuri, metodele „multicomponent” sunt de mare importanță, care fac posibilă determinarea unui număr mare de componente simultan, de exemplu, emisia atomică și analiza spectrală cu raze X și cromatografia. Rolul unor astfel de metode este în creștere. Ceteris paribus, sunt preferate metodele de analiză directă, adică nu sunt asociate cu prepararea chimică a probei; totuși, o astfel de pregătire este adesea necesară. De exemplu, preconcentrarea componentei de testat permite determinarea concentrațiilor sale mai mici, eliminarea dificultăților asociate cu distribuția neomogenă a componentei în probă și absența probelor de referință.

Un loc aparte îl ocupă metodele de analiză locală. Un rol esențial printre ele îl joacă microanaliza spectrală cu raze X (sondă de electroni), spectrometria de masă a ionilor secundari, spectroscopia Auger și alte metode fizice. Ele sunt de mare importanță, în special, în analiza straturilor de suprafață ale materialelor solide sau incluziunilor din roci.

Un grup specific este format din metode de analiză elementară a compușilor organici. Materia organică se descompune într-un fel sau altul, iar componentele ei sub formă de cei mai simpli compuși anorganici (CO 2 , H 2 O, NH 3 etc.) sunt determinate prin metode convenționale. Utilizarea cromatografiei în gaz a făcut posibilă automatizarea analizei elementare; pentru aceasta se produc analizoare C-, H-, N-, S și alte dispozitive automate. Analiza compușilor organici pe grupe funcționale (analiza funcțională) se realizează prin diverse metode chimice, electrochimice, spectrale (spectroscopie RMN sau IR) sau cromatografice.

În analiza de fază, adică la determinarea compușilor chimici care formează faze separate, acestea din urmă sunt mai întâi izolate, de exemplu, folosind un solvent selectiv, iar apoi soluțiile rezultate sunt analizate prin metode convenționale; metode fizice foarte promițătoare de analiză a fazelor fără separarea prealabilă a fazelor.

Valoare practică. Analiza chimică asigură controlul multor procese tehnologice și calitatea produselor din diverse industrii, joacă un rol imens în căutarea și explorarea mineralelor, în industria minieră. Cu ajutorul analizei chimice se controlează puritatea mediului (sol, apă și aer). Realizările în chimia analitică sunt utilizate în diferite ramuri ale științei și tehnologiei: energie nucleară, electronică, oceanologie, biologie, medicină, criminalistică, arheologie și cercetare spațială. Importanța economică a analizei chimice este mare. Astfel, determinarea exactă a aditivilor de aliere în metalurgie permite salvarea metalelor valoroase. Trecerea la analiza automată continuă în laboratoarele medicale și agrochimice face posibilă creșterea dramatică a vitezei analizelor (sânge, urină, extracte de sol și așa mai departe) și reducerea numărului de angajați din laborator.

Lit.: Fundamentele chimiei analitice: În 2 cărți / Editat de Yu. A. Zolotov. M., 2002; Chimie analitică: În 2 vol. M., 2003-2004.

4.2. METODE CROMATOGRAFICE

4.3. METODE CHIMICE

4.4. METODE ELECTROCHIMICE

4.5. METODE SPECTROSCOPICE

4.6. METODE SPECTROMETRICE DE MASĂ

4.7. METODE DE ANALIZĂ BAZATE PE RADIOACTIVITATE

4.8. METODE TERMICE

4.9. METODE BIOLOGICE DE ANALIZĂ

5. CONCLUZIE

6. LISTA LITERATURII UTILIZATE

INTRODUCERE

Analiza chimică servește ca mijloc de monitorizare a producției și a calității produselor într-o serie de sectoare ale economiei naționale. Explorarea minerală se bazează în diferite grade pe rezultatele analizei. Analiza este principalul mijloc de monitorizare a poluării mediului. Aflarea compoziției chimice a solurilor, îngrășămintelor, furajelor și produselor agricole este importantă pentru funcționarea normală a complexului agroindustrial. Analiza chimică este indispensabilă în diagnosticul medical și biotehnologie. Dezvoltarea multor științe depinde de nivelul analizei chimice, de dotarea laboratorului cu metode, instrumente și reactivi.

Baza științifică a analizei chimice este chimia analitică, o știință care a făcut parte, și uneori partea principală, a chimiei de secole.

Chimia analitică este știința determinării compoziției chimice a substanțelor și parțial a structurii lor chimice. Metodele de chimie analitică permit răspunsul la întrebări despre ce constă o substanță, ce componente sunt incluse în compoziția sa. Aceste metode fac adesea posibil să se afle sub ce formă este prezentă o anumită componentă într-o substanță, de exemplu, pentru a determina starea de oxidare a unui element. Uneori este posibil să se estimeze aranjarea spațială a componentelor.

Când dezvoltați metode, de multe ori trebuie să împrumutați idei din domenii conexe ale științei și să le adaptați la obiectivele dvs. Sarcina chimiei analitice include dezvoltarea fundamentelor teoretice ale metodelor, stabilirea limitelor de aplicabilitate a acestora, evaluarea caracteristicilor metrologice și de altă natură, crearea de metode pentru analiza diferitelor obiecte.

Metodele și mijloacele de analiză sunt în continuă schimbare: sunt implicate noi abordări, sunt folosite noi principii și fenomene, adesea din zone îndepărtate ale cunoașterii.

Metoda de analiză este înțeleasă ca o metodă destul de universală și justificată teoretic de determinare a compoziției, indiferent de componenta care se determină și obiectul de analizat. Când vorbesc despre metoda de analiză, se referă la principiul de bază, expresia cantitativă a relației dintre compoziție și orice proprietate măsurată; tehnici de implementare selectate, inclusiv detectarea și eliminarea interferențelor; dispozitive pentru implementare practică și metode de prelucrare a rezultatelor măsurătorilor. Metodologia de analiză este o descriere detaliată a analizei unui obiect dat folosind metoda selectată.

Există trei funcții ale chimiei analitice ca domeniu de cunoaștere:

1. rezolvarea problemelor generale de analiză,

2. dezvoltarea metodelor analitice,

3. rezolvarea unor probleme specifice de analiză.

Se mai poate distinge calitativși cantitativ analize. Primul decide întrebarea ce componente include obiectul analizat, al doilea oferă informații despre conținutul cantitativ al tuturor componentelor sau individuale.

2. CLASIFICAREA METODELOR

Toate metodele existente de chimie analitică pot fi împărțite în metode de prelevare, descompunere a probelor, separarea componentelor, detecție (identificare) și determinare. Există metode hibride care combină separarea și definirea. Metodele de detectare și definire au multe în comun.

Metodele de determinare sunt de cea mai mare importanță. Ele pot fi clasificate în funcție de natura proprietății măsurate sau de modul în care este înregistrat semnalul corespunzător. Metodele de determinare sunt împărțite în chimic , fizicși biologic. Metodele chimice se bazează pe reacții chimice (inclusiv electrochimice). Aceasta include metode numite fizico-chimice. Metodele fizice se bazează pe fenomene și procese fizice, metodele biologice se bazează pe fenomenul vieții.

Principalele cerințe pentru metodele de chimie analitică sunt: ​​corectitudinea și reproductibilitatea bună a rezultatelor, limita scăzută de detecție a componentelor necesare, selectivitatea, rapiditatea, ușurința analizei și posibilitatea automatizării acesteia.

Atunci când alegeți o metodă de analiză, este necesar să se cunoască în mod clar scopul analizei, sarcinile care trebuie rezolvate și să se evalueze avantajele și dezavantajele metodelor de analiză disponibile.

3. SEMNAL ANALITIC

După selectarea și pregătirea probei, începe etapa analizei chimice, la care se detectează componenta sau se determină cantitatea acesteia. În acest scop, ei măsoară semnal analitic. În majoritatea metodelor, semnalul analitic este media măsurătorilor unei mărimi fizice în etapa finală a analizei, raportată funcțional cu conținutul analitului.

Dacă este necesar să se detecteze orice componentă, aceasta este de obicei fixată aspect semnal analitic - apariția unui precipitat, culoare, linii în spectru etc. Apariția unui semnal analitic trebuie înregistrată în mod fiabil. Atunci când se determină cantitatea unei componente, aceasta este măsurată magnitudinea semnal analitic - masa sedimentului, puterea curentului, intensitatea liniei de spectru etc.

4. METODE DE CHIMIE ANALITĂ

4.1. METODE DE MASCARE, SEPARARE ȘI CONCENTRARE

Mascarea.

Mascarea este inhibarea sau suprimarea completă a unei reacții chimice în prezența unor substanțe care îi pot schimba direcția sau viteza. În acest caz, nu se formează o nouă fază. Există două tipuri de mascare - termodinamică (echilibru) și cinetică (neechilibru). În mascarea termodinamică, se creează condiții în care constanta de reacție condiționată este redusă în așa măsură încât reacția se desfășoară nesemnificativ. Concentrația componentei mascate devine insuficientă pentru a fixa în mod fiabil semnalul analitic. Mascarea cinetică se bazează pe creșterea diferenței dintre vitezele de reacție a mascatului și a analitului cu același reactiv.

Separarea și concentrarea.

Nevoia de separare și concentrare se poate datora următorilor factori: proba conține componente care interferează cu determinarea; concentrația analitului este sub limita de detecție a metodei; componentele care urmează să fie determinate sunt distribuite neuniform în probă; nu există probe standard pentru calibrarea instrumentelor; proba este foarte toxică, radioactivă și costisitoare.

Separare- aceasta este o operațiune (proces), în urma căreia componentele care alcătuiesc amestecul inițial sunt separate unele de altele.

concentraţie- aceasta este o operație (proces), în urma căreia raportul dintre concentrația sau cantitatea de microcomponente la concentrația sau cantitatea de macrocomponentă crește.

Precipitații și co-precipitări.

Precipitația este utilizată în general pentru a separa substanțele anorganice. Precipitarea microcomponentelor de către reactivi organici, și în special co-precipitarea acestora, asigură un factor de concentrație ridicat. Aceste metode sunt utilizate în combinație cu metode de determinare care sunt concepute pentru a obține un semnal analitic din probe solide.

Separarea prin precipitare se bazează pe solubilitatea diferită a compușilor, în principal în soluții apoase.

Co-precipitarea este distribuția unei microcomponente între o soluție și un precipitat.

Extracţie.

Extracția este un proces fizico-chimic de distribuire a unei substanțe între două faze, cel mai adesea între două lichide nemiscibile. Este, de asemenea, un proces de transfer de masă cu reacții chimice.

Metodele de extracție sunt potrivite pentru concentrare, extracție de microcomponente sau macrocomponente, izolarea individuală și de grup a componentelor în analiza diferitelor obiecte industriale și naturale. Metoda este simplă și rapidă de realizat, oferă o eficiență ridicată de separare și concentrare și este compatibilă cu diferite metode de determinare. Extracția vă permite să studiați starea substanțelor în soluție în diferite condiții, pentru a determina caracteristicile fizico-chimice.

Sortie.

Sorpția este bine folosită pentru separarea și concentrarea substanțelor. Metodele de sorbție oferă de obicei o bună selectivitate de separare și valori ridicate ale factorilor de concentrație.

Sortie- procesul de absorbție a gazelor, vaporilor și substanțelor dizolvate de către absorbanți solizi sau lichidi pe un purtător solid (sorbanți).

Separarea electrolitică și cimentarea.

Cea mai comună metodă de separare electorală, în care substanța separată sau concentrată este izolată pe electrozi solizi în stare elementară sau sub formă de un fel de compus. Izolarea electrolitică (electroliza) bazată pe depunerea unei substanţe prin curent electric la un potenţial controlat. Cea mai comună variantă a depunerii catodice a metalelor. Materialul electrodului poate fi carbon, platină, argint, cupru, wolfram etc.

electroforeză se bazează pe diferențele de viteză de mișcare a particulelor de diferite sarcini, forme și dimensiuni într-un câmp electric. Viteza de mișcare depinde de sarcină, intensitatea câmpului și raza particulei. Există două tipuri de electroforeză: frontală (simple) și de zonă (pe un purtător). În primul caz, un volum mic dintr-o soluție care conține componentele de separat este plasat într-un tub cu o soluție de electrolit. În al doilea caz, mișcarea are loc într-un mediu stabilizator care menține particulele pe loc după ce câmpul electric este oprit.

Metodă chituirea consta in reducerea componentelor (de obicei in cantitati mici) pe metale cu potentiale suficient de negative sau almagama de metale electronegative. În timpul cimentării au loc două procese simultan: catodic (separarea componentei) și anodic (dizolvarea metalului de cimentare).