Analitična kemija je oddelek, ki vam omogoča nadzor nad proizvodnjo in kakovostjo izdelkov v različnih sektorjih gospodarstva. Raziskovanje naravnih virov temelji na rezultatih teh študij. Za nadzor stopnje onesnaženosti okolja se uporabljajo metode analizne kemije.

Praktični pomen

Analiza je glavna možnost za določanje kemične sestave krme, gnojil, tal, kmetijskih proizvodov, kar je pomembno za normalno delovanje kmetijsko-industrijskega sektorja.

Kvalitativna in kvantitativna kemija sta nepogrešljivi v biotehnologiji in medicinski diagnostiki. Učinkovitost in uspešnost številnih znanstvenih področij je odvisna od stopnje opremljenosti raziskovalnih laboratorijev.

Teoretične osnove

Analitična kemija je znanost, ki vam omogoča, da določite sestavo in kemično strukturo snovi. Njene metode pomagajo odgovoriti na vprašanja, povezana ne le s sestavnimi deli snovi, ampak tudi z njihovim količinskim razmerjem. Z njihovo pomočjo lahko razumete, v kakšni obliki je določena komponenta v proučevani snovi. V nekaterih primerih jih je mogoče uporabiti za določanje prostorske razporeditve kompozitnih komponent.

Pri razmišljanju o metodah so informacije pogosto izposojene iz sorodnih področij znanosti, prilagojene določenemu področju raziskovanja. Katera vprašanja rešuje analitična kemija? Analitske metode omogočajo razvoj teoretičnih osnov, določanje meja njihove uporabe, vrednotenje meroslovnih in drugih značilnosti ter ustvarjanje metod za analizo različnih objektov. Nenehno se posodabljajo, posodabljajo, postajajo bolj vsestranski in učinkoviti.

Ko govorijo o metodi analize, predpostavljajo načelo, ki je izraženo v kvantitativnem razmerju med določeno lastnostjo in sestavo. Izbrane metode izvajanja, vključno z identifikacijo in odpravo motenj, naprave za praktične dejavnosti in možnosti obdelave opravljenih meritev.

Funkcije analizne kemije

Obstajajo tri glavna področja znanja:

• reševanje splošnih vprašanj analize;
• ustvarjanje analitičnih metod;
• reševanje posebnih nalog.

Sodobna analizna kemija je kombinacija kvalitativne in kvantitativne analize. Prvi del obravnava vprašanje komponent, vključenih v analizirani predmet. Drugi daje informacije o kvantitativni vsebnosti enega ali več delov snovi.

Klasifikacija metod

Razdeljeni so v naslednje skupine: vzorčenje, razgradnja vzorcev, ločevanje komponent, identifikacija in določanje le-teh. Obstajajo tudi hibridne metode, ki združujejo ločevanje in definicijo.

Najpomembnejše so metode določanja. Razdeljeni so glede na naravo analizirane lastnosti in različico registracije določenega signala. Težave v analizni kemiji pogosto vključujejo izračun določenih komponent na podlagi kemijskih reakcij. Za izvedbo takšnih izračunov je potrebna trdna matematična podlaga.

Med glavnimi zahtevami, ki veljajo za metode analizne kemije, izpostavljamo:

• pravilnost in odlična ponovljivost dobljenih rezultatov;
• nizka meja določanja specifičnih sestavin;
• izraziti;
• selektivnost;
• enostavnost;
• avtomatizacija eksperimenta.

Pri izbiri metode analize je pomembno jasno poznati namen in cilje študije, oceniti glavne prednosti in slabosti razpoložljivih metod.

Kemijska metoda analizne kemije temelji na kvalitativnih reakcijah, značilnih za določene spojine.

Analitični signal

Po končanem vzorčenju in pripravi vzorcev se izvede faza kemijske analize. Povezan je z odkrivanjem sestavin v mešanici, določanjem njegove kvantitativne vsebnosti.

Analitična kemija je veda, v kateri obstaja veliko metod, ena izmed njih je signal. Analitični signal je povprečje več meritev fizikalne veličine na zadnji stopnji analize, ki je funkcionalno povezana z vsebnostjo želene komponente. Če je treba zaznati določen element, uporabijo analitični signal: usedlino, barvo, črto v spektru. Določanje količine komponente je povezano z maso depozita, intenzivnostjo spektralnih linij in velikostjo toka.

Metode maskiranja, koncentracije, ločevanja

Maskiranje je zaviranje ali popolno zatiranje kemične reakcije v prisotnosti tistih snovi, ki lahko spremenijo njeno hitrost ali smer. Obstajata dve vrsti maskiranja: ravnotežno (termodinamično) in neravnovesno (kinetično). V prvem primeru se ustvarijo pogoji, pri katerih se reakcijska konstanta toliko zmanjša, da proces poteka zanemarljivo. Koncentracija maskirane komponente bo nezadostna za zanesljivo fiksacijo analitičnega signala. Kinetično maskiranje temelji na rasti razlike med hitrostjo analita in maskirane snovi s konstantnim reagentom.

Izvajanje koncentracije in ločevanja je posledica nekaterih dejavnikov:

• v vzorcu so komponente, ki motijo ​​določanje;
• koncentracija analita ne presega spodnje meje detekcije;
• zaznane komponente so neenakomerno porazdeljene v vzorcu;
• je vzorec radioaktiven ali strupen.

Ločevanje je postopek, s katerim lahko komponente, prisotne v prvotni mešanici, ločimo med seboj.

Koncentracija je operacija, zaradi katere se poveča razmerje med številom majhnih elementov in številom makrokomponent.

Precipitacija je primerna za ločevanje več Uporabite jo v kombinaciji z metodami določanja, namenjenimi pridobivanju analitičnega signala iz trdnih vzorcev. Delitev temelji na različni topnosti snovi, ki se uporabljajo v vodnih raztopinah.

Ekstrakcija

Katedra za analizno kemijo se ukvarja z laboratorijskimi raziskavami, povezanimi z ekstrakcijo. Z njim je mišljen fizikalno-kemijski proces porazdelitve snovi med nemešljivimi tekočinami. Ekstrakcija se imenuje tudi proces prenosa mase med kemijskimi reakcijami. Takšne raziskovalne metode so primerne za ekstrakcijo, koncentriranje makro- in mikrokomponent, pa tudi za skupinsko in individualno izolacijo pri analizi različnih naravnih in industrijskih objektov. Te tehnike so preproste in hitre za izvedbo, zagotavljajo odlično koncentracijo in učinkovitost ločevanja ter so popolnoma združljive z različnimi metodami odkrivanja. Zahvaljujoč ekstrakciji je mogoče upoštevati stanje komponente v raztopini pod različnimi pogoji, pa tudi razkriti njene fizikalno-kemijske lastnosti.

sorpcija

Uporablja se za koncentracijo in ločevanje snovi. Sorpcijske tehnologije zagotavljajo dobro selektivnost ločevanja zmesi. To je proces absorpcije hlapov, tekočin, plinov s sorbenti (absorbenti na trdni osnovi).

Karburacija in elektrodobivanje

Kaj še počne analitična kemija? Učbenik vsebuje informacije o metodi elektrorazelektritve, pri kateri koncentrirano ali ločeno snov nanesemo na trdne elektrode v obliki enostavne snovi ali kot del spojine.

Elektroliza temelji na obarjanju določene snovi z uporabo električnega toka. Najpogostejša možnost je katodno nanašanje nizkoaktivnih kovin. Material za elektrodo je lahko platina, ogljik, baker, srebro, volfram.

elektroforeza

Temelji na razlikah v hitrostih gibanja delcev različnih nabojev v električnem polju s spremembo napetosti, velikosti delcev. Trenutno v analizni kemiji ločimo dve obliki elektroforeze: preprosto (frontalno) in na nosilcu (consko). Prva možnost je primerna za majhno količino raztopine, ki vsebuje komponente, ki jih je treba ločiti. Postavljen je v epruveto, kjer so raztopine. Analitična kemija pojasnjuje vse procese, ki se dogajajo na katodi in anodi. Pri conski elektroforezi se gibanje delcev izvaja v stabilizacijskem mediju, ki jih obdrži na mestu po izklopu toka.

Metoda karburiranja je sestavljena iz obnove sestavnih delov na kovinah, ki imajo pomemben negativni potencial. V tem primeru pride do dveh procesov naenkrat: katodnega (s sproščanjem komponente) in anode (cementna kovina se raztopi).

Izhlapevanje

Destilacija temelji na različni hlapnosti kemikalij. Obstaja prehod iz tekoče oblike v plinasto stanje, nato kondenzira in se spet spremeni v tekočo fazo.

Pri enostavni destilaciji poteka enostopenjski postopek ločevanja, ki mu sledi koncentracija snovi. V primeru izhlapevanja se odstranijo tiste snovi, ki so prisotne v hlapljivi obliki. Na primer, med njimi so lahko makro- in mikrokomponente. Sublimacija (sublimacija) vključuje prenos snovi iz trdne faze v plin, mimo tekoče oblike. Podobna tehnika se uporablja v primerih, ko so snovi, ki jih je treba ločiti, slabo topne v vodi ali se slabo topijo.

Zaključek

V analizni kemiji obstaja veliko načinov za izolacijo ene snovi iz zmesi, da se ugotovi njena prisotnost v preučevanem vzorcu. Kromatografija je ena najbolj uporabljanih analitskih metod. Omogoča vam zaznavanje tekočih, plinastih, trdnih snovi z molekulsko maso od 1 do 106 a. e. m. Zahvaljujoč kromatografiji je mogoče pridobiti popolne informacije o lastnostih in strukturi organskih snovi različnih razredov. Metoda temelji na porazdelitvi komponent med mobilno in stacionarno fazo. Stacionarna je trdna snov (sorbent) ali tekoči film, ki se nanese na trdno snov.

Mobilna faza je plin ali tekočina, ki teče skozi mirujoči del. Zahvaljujoč tej tehnologiji je mogoče identificirati posamezne komponente, izvesti kvantitativno sestavo mešanice in jo ločiti na komponente.

Poleg kromatografije se v kvalitativni in kvantitativni analizi uporabljajo gravimetrične, titrimetrične in kinetične metode. Vsi temeljijo na fizikalnih in kemijskih lastnostih snovi, raziskovalcu omogočajo zaznavanje določenih spojin v vzorcu in izračun njihove količinske vsebnosti. Analitično kemijo lahko upravičeno štejemo za eno najpomembnejših vej znanosti.

Vsaka metoda analize uporablja določen analitični signal, ki ga pod danimi pogoji dajejo določeni elementarni predmeti (atomi, molekule, ioni), ki sestavljajo proučevane snovi.

Analitični signal zagotavlja kvalitativne in kvantitativne informacije. Na primer, če se za analizo uporabijo reakcije obarjanja, se kvalitativne informacije pridobijo iz videza ali odsotnosti oborine. Kvantitativne informacije dobimo iz teže usedline. Ko snov oddaja svetlobo pod določenimi pogoji, dobimo kvalitativno informacijo s pojavom signala (emisija svetlobe) pri valovni dolžini, ki ustreza značilni barvi, kvantitativno informacijo pa pridobimo iz jakosti svetlobnega sevanja.

Glede na izvor analiznega signala lahko metode analizne kemije razdelimo na kemijske, fizikalne in fizikalno-kemijske metode.

AT kemične metode izvedite kemično reakcijo in izmerite bodisi maso dobljenega produkta - gravimetrične (utežne) metode bodisi prostornino reagenta, uporabljenega za interakcijo s snovjo - titrimetrične, plinske volumetrične (volumetrične) metode.

Volumetrija plina (volumetrična analiza plina) temelji na selektivni absorpciji sestavnih delov mešanice plinov v posodah, napolnjenih z enim ali drugim absorberjem, čemur sledi merjenje zmanjšanja prostornine plina z uporabo birete. Torej, ogljikov dioksid absorbira raztopina kalijevega hidroksida, kisik - raztopina pirogalola, ogljikov monoksid - raztopina amoniaka bakrovega klorida. Volumetrija plina se nanaša na ekspresne metode analize. Široko se uporablja za določanje karbonatov v g.p. in mineralov.

Kemijske metode analize se pogosto uporabljajo za analizo rud, kamnin, mineralov in drugih materialov pri določanju komponent v njih z vsebnostjo od desetin do nekaj deset odstotkov. Za metode kemijske analize je značilna visoka natančnost (napaka analize je običajno desetinke odstotka). Vendar te metode postopoma nadomeščajo hitrejše fizikalno-kemijske in fizikalne metode analize.

Fizikalne metode analize temeljijo na merjenju neke fizikalne lastnosti snovi, ki je funkcija sestave. Na primer, refraktometrija temelji na merjenju relativnih lomnih količnikov svetlobe. V aktivacijskem testu se meri aktivnost izotopov itd.. Pogosto se med testom predhodno izvede kemična reakcija, koncentracija nastalega produkta pa je določena s fizikalnimi lastnostmi, na primer z intenzivnostjo absorpcije svetlobno sevanje obarvanega produkta reakcije. Takšne metode analize imenujemo fizikalno-kemijske.

Za metode fizikalne analize je značilna visoka produktivnost, nizke meje zaznavnosti elementov, objektivnost rezultatov analize in visoka stopnja avtomatizacije. Fizikalne metode analize se uporabljajo pri analizi kamnin in mineralov. Na primer, metoda atomske emisije določa volfram v granitih in skrilavcih, antimon, kositer in svinec v kamninah in fosfatih; atomska absorpcijska metoda - magnezij in silicij v silikatih; rentgenski fluorescentni - vanadij v ilmenitu, magnezitu, aluminijevem oksidu; masna spektrometrija - mangan v luninem regolitu; nevtronska aktivacija - železo, cink, antimon, srebro, kobalt, selen in skandij v olju; metoda izotopskega redčenja - kobalt v silikatnih kamninah.

Fizikalne in fizikalno-kemijske metode se včasih imenujejo instrumentalne, saj te metode zahtevajo uporabo orodij (opreme), posebej prilagojenih za izvajanje glavnih stopenj analize in beleženje njenih rezultatov.

Fizikalne in kemične metode analiza lahko vključuje kemične transformacije analita, raztapljanje vzorca, koncentracijo analizirane komponente, maskiranje motečih snovi in ​​drugo. Za razliko od »klasičnih« kemijskih metod analize, kjer kot analitični signal služi masa snovi ali njen volumen, fizikalno-kemijske metode analize kot analitični signal uporabljajo jakost sevanja, jakost toka, električno prevodnost in potencialno razliko.

Metode, ki temeljijo na preučevanju emisije in absorpcije elektromagnetnega sevanja v različnih območjih spektra, so velikega praktičnega pomena. Ti vključujejo spektroskopijo (na primer luminiscenčno analizo, spektralno analizo, nefelometrijo in turbidimetrijo ter druge). Pomembne fizikalno-kemijske metode analize vključujejo elektrokemijske metode, ki uporabljajo merjenje električnih lastnosti snovi (kulometrija, potenciometrija itd.), pa tudi kromatografijo (npr. plinsko kromatografijo, tekočinsko kromatografijo, ionsko izmenjevalno kromatografijo, tankoplastno kromatografijo). ). Uspešno se razvijajo metode, ki temeljijo na merjenju hitrosti kemijskih reakcij (kinetične metode analize), termičnih učinkov reakcij (termometrična titracija), kot tudi na ločevanju ionov v magnetnem polju (masna spektrometrija).

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

ANALITIČNA KEMIJA

Kvantitativna kemijska analiza

Vadnica

Za študente

2. izdaja, popravljena in razširjena

visoko strokovno izobraževanje za meduniverzitetno uporabo

kot učni pripomoček iz analizne kemije za študente, ki študirajo na področjih usposabljanja 552400 "Tehnologija živil", 655600 "Proizvodnja živil iz rastlinskih surovin",

655900 "Tehnologija surovin, izdelkov živalskega izvora"

in 655700 "Tehnologija živilskih izdelkov

posebne namene in javna prehrana"

Kemerovo 2005

UDK 543.062 (07)

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

Uredil V.F. Justratova

Recenzenti:

V.A. Nevostruev, glava Katedra za analizno kemijo

Državna univerza Kemerovo, dr. kem. znanosti, profesor;

A.I. Gerasimov, izredni profesor, Oddelek za kemijo in tehnologijo

anorganske snovi Kuzbass State Technical

univerza, dr. kem. znanosti

Tehnološki inštitut Kemerovo

Prehrambena industrija

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

Yu90 Analitična kemija. Kvantitativna kemijska analiza: Proc. dodatek. - 2. izd., revidirano. in dodatno - / V.F. Justratov, G.N. Mikileva, I.A. Mochalova; Ed. V.F. Justratova; Kemerovski tehnološki inštitut za živilsko industrijo - Kemerovo, 2005. - 160 str.

ISBN 5-89289-312-X

Orisani so osnovni pojmi in sklopi analizne kemije. Podrobno so obravnavane vse faze kvantitativne kemijske analize od vzorčenja do pridobivanja rezultatov in metod za njihovo obdelavo. Priročnik vsebuje poglavje o instrumentalnih analiznih metodah, kot najperspektivnejših. Prikazana je uporaba vsake od opisanih metod pri tehnokemijskem nadzoru živilske industrije.

Učbenik je sestavljen v skladu z državnimi izobraževalnimi standardi s področij "Živilska tehnologija", "Pridelava živil iz rastlinskih surovin in proizvodov živalskega izvora", "Tehnologija živil za posebne namene in gostinstvo". Vsebuje metodična priporočila študentom za zapisovanje predavanj in delo z učbenikom.

Namenjen študentom vseh oblik učenja.

UDK 543.062 (07)

BBC 24.4 in 7

ISBN 5-89289-312-X

© V.F. Justratov, G.N. Mikileva, I.A. Mochalova, 1994

© V.F. Justratov, G.N. Mikileva, I.A. Mochalova, 2005, dodatek

© KemTIPP, 1994

PREDGOVOR

Učbenik je namenjen študentom tehnoloških specialnosti univerz živilskega profila. Druga izdaja, popravljena in razširjena. Pri obdelavi materiala so bili upoštevani nasveti in komentarji vodje oddelka za analizno kemijo Voroneške državne tehnološke akademije, zasluženega delavca znanosti in tehnologije Ruske federacije, doktorja kemijskih znanosti, profesorja Ya.I. Korenman. Avtorji se mu globoko zahvaljujemo.

V zadnjih desetih letih od izida prve izdaje so se pojavili novi učbeniki analizne kemije, vendar nobeden od njih ni povsem v skladu z državnimi izobraževalnimi standardi s področja živilske tehnologije, pridelave živil iz rastlinskih surovin, tehnologije surovin in izdelki živalskega izvora«, »Tehnologija prehrambenih izdelkov za posebne namene in gostinstvo«.

V priročniku je snov predstavljena tako, da študent vidi »nalogo analizne kemije« kot celoto: od vzorčenja do pridobivanja rezultatov analiz, metod njihove obdelave in analiznega meroslovja. Podana je kratka zgodovina razvoja analizne kemije, njena vloga v proizvodnji hrane; podani so osnovni pojmi kvalitativnih in kvantitativnih kemijskih analiz, načini izražanja sestave raztopin in priprave raztopin, formule za izračun rezultatov analize; teorija metod titrimetrične analize: nevtralizacija (kislinsko-bazična titracija), redoksimetrija (redoks titracija), kompleksometrija, precipitacijska in gravimetrija. Navedena je uporaba vsakega od njih v prehrambeni industriji. Pri obravnavi titrimetričnih analiznih metod je predlagana strukturno-logična shema, ki poenostavlja njihovo študijo.

Pri predstavitvi gradiva se upošteva sodobna nomenklatura kemijskih spojin, sodobni splošno sprejeti koncepti in ideje, novi znanstveni podatki se uporabljajo za argumentiranje sklepov.

Priročnik dodatno vsebuje poglavje o instrumentalnih analiznih metodah, kot najperspektivnejših, in prikazuje trenutne trende v razvoju analizne kemije.

Glede na obliko predstavitve je besedilo priročnika prilagojeno študentom I.-II. tečajev, ki še nimajo veščin samostojnega dela z učno literaturo.

Oddelke 1, 2, 5 je napisal V.F. Yustratova, oddelki 3, 6, 8, 9 - G.N. Mikileva, oddelek 7 - I.A. Mochalova, oddelek 4 - G.N. Mikileva in I.A. Mochalova.

ANALITIČNA KEMIJA KOT ZNANOST

Analitična kemija je ena od vej kemije. Če damo najbolj popolno definicijo analitične kemije kot znanosti, potem lahko uporabimo definicijo, ki jo je predlagal akademik I.P. Alimarin.

»Analitična kemija je veda, ki razvija teoretične osnove analize kemijske sestave snovi, razvija metode za identifikacijo in detekcijo, določanje in ločevanje kemijskih elementov, njihovih spojin ter metode za ugotavljanje kemijske zgradbe spojin.«

Ta definicija je precej obsežna in si jo je težko zapomniti. V srednješolskih učbenikih so podane bolj jedrnate definicije, katerih pomen je naslednji.

Analitična kemijaje veda o metodah za ugotavljanje kemijske sestave in strukture snovi (sistemov).

1.1. Iz zgodovine razvoja analizne kemije

Analitična kemija je zelo starodavna znanost.

Takoj ko so se v družbi pojavile dobrine in materiali, med katerimi sta bila najpomembnejša zlato in srebro, je bilo treba preveriti njihovo kakovost. Kupelacija, test z ognjem, je bila prva široko uporabljena tehnika za analizo teh kovin. Ta kvantitativna tehnika vključuje tehtanje analita pred in po segrevanju. Omembo te operacije najdemo v tablicah iz Babilona iz let 1375-1350. pr. n. št.

Tehtnice so človeštvu poznane že pred časi starodavne civilizacije. Najdene uteži za tehtnice segajo v leto 2600 pr.

Po splošno sprejetem stališču lahko renesanso štejemo za izhodišče, ko so se posamezne analitične tehnike oblikovale v znanstvenih metodah.

Toda izraz "analiza" v sodobnem pomenu besede je uvedel angleški kemik Robert Boyle (1627-1691). Izraz je prvič uporabil leta 1654.

Hiter razvoj analizne kemije se je začel konec 17. stoletja. v povezavi s pojavom manufaktur, hitra rast njihovega števila. To je povzročilo vrsto problemov, ki jih je bilo mogoče rešiti le z analitičnimi metodami. Potrebe po kovinah, zlasti po železu, so se močno povečale, kar je prispevalo k razvoju analizne kemije mineralov.

Kemijsko analizo je švedski znanstvenik Thornburn Bergman (1735-1784) povzdignil v samostojno vejo znanosti - analitično kemijo. Bergmanovo delo lahko štejemo za prvi učbenik analizne kemije, ki podaja sistematičen pregled procesov, ki se uporabljajo v analizni kemiji, razvrščenih glede na naravo analiziranih snovi.

Prva znana knjiga, ki je v celoti posvečena analizni kemiji, je The Complete Chemical Assay Office, ki jo je napisal Johann Goetling (1753-1809) in je bila objavljena leta 1790 v Jeni.

Ogromno število reagentov, ki se uporabljajo za kvalitativno analizo, je sistematiziral Heinrich Rose (1795-1864) v svoji knjigi "A Guide to Analytical Chemistry". Posamezna poglavja te knjige so posvečena nekaterim elementom in znanim reakcijam teh elementov. Tako je Rose leta 1824 prvi opisal reakcije posameznih elementov in podal shemo sistematične analize, ki se je v glavnih potezah ohranila do danes (za sistematsko analizo glej poglavje 1.6.3).

Leta 1862 je izšla prva številka "Journal of Analytical Chemistry" - revije, posvečene izključno analizni kemiji, ki izhaja še danes. Revijo je ustanovil Fresenius in izhaja v Nemčiji.

Osnove utežne (gravimetrične) analize - najstarejše in najbolj logične metode kvantitativne analize - je postavil T. Bergman.

Metode volumetrične analize so začele široko vključevati v analitično prakso šele leta 1860. Opisi teh metod so se pojavili v učbenikih. Do takrat so bile razvite naprave (naprave) za titracijo in podana teoretična utemeljitev teh metod.

Glavna odkritja, ki so omogočila teoretično utemeljitev volumetričnih metod analize, vključujejo zakon ohranjanja mase snovi, ki ga je odkril M.V. Lomonosov (1711-1765), periodični zakon, ki ga je odkril D.I. Mendelejev (1834-1907), teorijo elektrolitske disociacije, ki jo je razvil S. Arrhenius (1859-1927).

Temelji volumetričnih analiznih metod so bili postavljeni skoraj dve stoletji, njihov razvoj pa je tesno povezan z zahtevami prakse, predvsem s problemi beljenja tkanin in proizvodnje pepelike.

Veliko let je bilo porabljenih za razvoj priročnih, natančnih instrumentov, razvoj operacij za razvrščanje volumetrične steklovine, manipulacije pri delu s precizno steklovino in metode za fiksiranje konca titracije.

Ni presenetljivo, da je že leta 1829 Berzelius (1779-1848) menil, da se volumetrične metode analize lahko uporabljajo le za približne ocene.

Prvič zdaj splošno sprejeti izrazi v kemiji "pipeta"(Sl. 1) (iz francoske cevi - cevi, pipete - cevi) in "bireta"(Sl. 2) (iz francoske birete - steklenica) najdemo v publikaciji J.L. Gay-Lussac (1778-1850), objavljen leta 1824. Tu je tudi opisal titracijsko operacijo v obliki, kot se izvaja zdaj.

riž. 1. Pipete Sl. 2. Birete

Leto 1859 se je izkazalo za pomembno za analitično kemijo. V tem letu sta G. Kirchhoff (1824-1887) in R. Bunsen (1811-1899) razvila spektralno analizo in jo spremenila v praktično metodo analitske kemije. Spektralna analiza je bila prva izmed instrumentalnih analiznih metod, ki je pomenila začetek njihovega hitrega razvoja. Za več podrobnosti o teh metodah analize glejte razdelek 8.

Konec 19. stoletja, leta 1894, je nemški fizikalni kemik V.F. Ostwald je objavil knjigo o teoretičnih osnovah analizne kemije, katere temeljna teorija je bila teorija elektrolitske disociacije, na kateri še danes temeljijo kemijske metode analize.

Začetek v 20. stoletju (1903) je zaznamovalo odkritje ruskega botanika in biokemika M.S. Barva pojava kromatografije, ki je bila osnova za razvoj različnih variant kromatografske metode, katere razvoj se nadaljuje vse do danes.

V dvajsetem stoletju analizna kemija se je dokaj uspešno razvijala. Prišlo je do razvoja kemijskih in instrumentalnih analiznih metod. Razvoj instrumentalnih metod je bil posledica ustvarjanja edinstvenih naprav, ki omogočajo beleženje posameznih lastnosti analiziranih komponent.

Ruski znanstveniki so veliko prispevali k razvoju analitske kemije. Najprej imena N.A. Tananaeva, I.P. Alimarina, A.K. Babko, Yu.A. Zolotov in mnogi drugi.

Razvoj analizne kemije je vedno upošteval dva dejavnika: industrija v razvoju je oblikovala problem, ki ga je treba rešiti, na eni strani; na drugi strani pa so se odkritja znanosti prilagajala reševanju problemov analitične kemije.

Ta trend se nadaljuje vse do danes. Računalniki in laserji se široko uporabljajo pri analizi, pojavljajo se nove metode analize, uvajajo se avtomatizacija in matematizacija, ustvarjajo se metode in sredstva lokalne nedestruktivne, oddaljene, kontinuirane analize.

1.2. Splošni problemi analizne kemije

Splošne naloge analizne kemije:

1. Razvoj teorije kemijskih in fizikalno-kemijskih analiznih metod, znanstvena utemeljitev, razvoj in izboljšanje tehnik in raziskovalnih metod.

2. Razvoj metod za ločevanje snovi in ​​metod za koncentriranje mikronečistoč.

3. Izboljšanje in razvoj metod za analizo naravnih snovi, okolja, tehničnih materialov itd.

4. Zagotavljanje kemijsko-analitskega nadzora v procesu izvajanja različnih raziskovalnih projektov na področju kemije in sorodnih področij znanosti, industrije in tehnologije.

5. Vzdrževanje kemijsko-tehnoloških in fizikalno-kemijskih proizvodnih procesov na dani optimalni ravni na podlagi sistematičnega kemijsko-analitskega nadzora vseh delov industrijske proizvodnje.

6. Ustvarjanje metod za avtomatsko krmiljenje tehnoloških procesov v kombinaciji s krmilnimi sistemi, ki temeljijo na uporabi elektronskih računalniških, zapisovalnih, signalizacijskih, blokirnih in krmilnih strojev, instrumentov in naprav.

Iz zgoraj navedenega je razvidno, da so možnosti analizne kemije široke. To omogoča njegovo uporabo za reševanje najrazličnejših praktičnih problemov, tudi v prehrambeni industriji.

1.3. Vloga analizne kemije v prehrambeni industriji

Metode analizne kemije omogočajo reševanje naslednjih problemov v živilski industriji:

1. Določite kakovost surovin.

2. Nadzorovati proces proizvodnje hrane v vseh njegovih fazah.

3. Nadzor kakovosti izdelkov.

4. Analizirati proizvodne odpadke za namen njihove odstranitve (nadaljnje uporabe).

5. Določite v surovinah in živilih snovi, ki so strupene (škodljive) za človeško telo.

1.4. Metoda analize

Analitska kemija proučuje metode analize, različne vidike njihovega razvoja in uporabe. V skladu s priporočili avtoritativne mednarodne kemijske organizacije IUPAC * je metoda analize načela, na katerih temelji analiza snovi, tj. vrsta in narava energije, ki povzroča motnje kemičnih delcev snovi. Načelo analize pa določajo naravni pojavi, na katerih temeljijo kemični ali fizikalni procesi.

V izobraževalni literaturi o kemiji definicija metode analize praviloma ni navedena. A ker je dovolj pomemben, ga je treba oblikovati. Po našem mnenju je najbolj sprejemljiva definicija:

Metoda analize je skupek pravil in tehnik za izvajanje analize, ki omogočajo ugotavljanje kemijske sestave in zgradbe snovi (sistemov).

1.5. Klasifikacija analiznih metod

V analizni kemiji obstaja več vrst klasifikacij analiznih metod.

1.5.1. Razvrstitev na podlagi kemijskih in fizikalnih lastnosti analiziranih snovi (sistemov)

V okviru te klasifikacije se upoštevajo naslednje skupine analiznih metod:

1. Kemijske metode analize.

V to skupino analiznih metod sodijo tiste, pri katerih rezultati analize temeljijo na kemijski reakciji med snovmi. Ob koncu reakcije se zabeleži prostornina enega od udeležencev reakcije ali masa enega od reakcijskih produktov. Nato se izračunajo rezultati analize.

2. Fizikalne metode analize.

Fizikalne metode analize temeljijo na merjenju fizikalnih lastnosti analiziranih snovi. Najpogosteje te metode določajo optične, magnetne, električne in toplotne lastnosti.

3. Fizikalne in kemijske metode analize.

Temeljijo na merjenju neke fizikalne lastnosti (parametra) analiziranega sistema, ki se spreminja pod vplivom kemijske reakcije, ki poteka v njem.

* IUPAC - Mednarodna zveza za čisto in uporabno kemijo. Članice te organizacije so znanstvene ustanove mnogih držav. Ruska akademija znanosti (kot naslednica Akademije znanosti ZSSR) je njena članica od leta 1930.

V sodobni kemiji se imenujejo fizikalne in fizikalno-kemijske metode analize instrumental metode analize. „Instrumentalno“ pomeni, da je to metodo analize mogoče izvesti le z uporabo „instrumenta“ – naprave, ki je sposobna beležiti in vrednotiti fizikalne lastnosti (za podrobnosti glejte razdelek 8).

4. Metode ločevanja.

Pri analizi kompleksnih mešanic (in to je večina naravnih predmetov in živilskih proizvodov) bo morda treba analit ločiti od motečih komponent.

Včasih je v analizirani raztopini determinirane komponente precej manj, kot jo lahko določimo z izbrano analizno metodo. V tem primeru jih je treba pred določitvijo takšnih komponent predkoncentrirati.

koncentracija- to je operacija, po kateri se lahko koncentracija določene komponente poveča od n do 10 n-krat.

Postopek ločevanja in koncentracije se pogosto kombinirata. Na stopnji koncentracije v analiziranem sistemu se lahko jasno pokaže neka lastnost, katere fiksacija nam bo omogočila rešitev problema količine analita v mešanici. Metoda analize se lahko začne z operacijo ločevanja, včasih vključuje tudi koncentracijo.

1.5.2. Razvrstitev na podlagi mase snovi ali prostornine

raztopina vzeta v analizo

Razvrstitev, ki prikazuje možnosti sodobnih analiznih metod, je predstavljena v tabeli. 1. Temelji na masi snovi ali prostornini raztopine, vzete za analizo.

Tabela 1

Razvrstitev analiznih metod glede na maso snovi

ali količino raztopine, vzete za analizo

1.6. Kvalitativna analiza

Analizo snovi lahko izvedemo, da ugotovimo njeno kakovostno ali kvantitativno sestavo. V skladu s tem se razlikujeta med kvalitativno in kvantitativno analizo.

Naloga kvalitativne analize je ugotoviti kemično sestavo analiziranega predmeta.

Analiziran predmet lahko posamezna snov (preprosta ali zelo kompleksna, kot je kruh), pa tudi mešanica snovi. Kot del predmeta so lahko zanimivi njegovi različni sestavni deli. Možno je ugotoviti, iz katerih ionov, elementov, molekul, faz, skupin atomov je sestavljen analizirani predmet. V hrani so ioni najpogosteje določene, enostavne ali kompleksne snovi, ki so bodisi koristne (Ca 2+, NaCl, maščobe, beljakovine itd.) bodisi škodljive za človeški organizem (Cu 2+ , Pb 2+ , pesticidi itd.). ). To je mogoče storiti na dva načina: identifikacija in odkritje.

Identifikacija- ugotavljanje istovetnosti (istovetnosti) proučevane kemične spojine z znano snovjo (standardom) s primerjavo njihovih fizikalnih in kemijskih lastnosti .

Za to so predhodno preučene nekatere lastnosti danih referenčnih spojin, katerih prisotnost se domneva v analiziranem predmetu. Kemične reakcije se na primer izvajajo s kationi ali anioni (ti ioni so standardi) pri preučevanju anorganskih snovi ali pa se merijo fizikalne konstante referenčnih organskih snovi. Nato izvedite iste teste s preskusno spojino in primerjajte rezultate.

Odkrivanje- preverjanje prisotnosti v analiziranem predmetu nekaterih glavnih sestavin, nečistoč itd. .

Kvalitativna kemijska analiza večinoma temelji na pretvorbi analita v neko novo spojino, ki ima značilne lastnosti: barvo, določeno agregatno stanje, kristalno ali amorfno strukturo, specifičen vonj itd. Te značilne lastnosti se imenujejo analitične lastnosti.

Kemična reakcija, med katero se pojavijo analitični znaki, se imenuje visokokakovostna analitična reakcija.

Snovi, ki se uporabljajo v analitskih reakcijah, imenujemo reagenti ali reagenti.

Kvalitativne analitske reakcije in s tem reagenti, ki se v njih uporabljajo, so glede na področje uporabe razdeljeni na skupinske (splošne), značilne in specifične.

Skupinske reakcije vam omogočajo, da iz kompleksne mešanice snovi pod vplivom skupinskega reagenta izolirate cele skupine ionov, ki imajo enako analitično lastnost. Na primer, amonijev karbonat (NH 4) 2 CO 3 spada v skupino reagentov, saj tvori bele karbonate, netopne v vodi z ioni Ca 2+, Sr 2+, Ba 2+.

značilnost imenujemo takšne reakcije, v katerih sodelujejo reagenti, ki medsebojno delujejo z enim ali majhnim številom ionov. Analitična značilnost v teh reakcijah je najpogosteje izražena v značilni barvi. Na primer, dimetilglioksim je značilen reagent za ion Ni 2+ (rožnata oborina) in za ion Fe 2+ (vodotopna rdeča spojina).

Najpomembnejše pri kvalitativni analizi so specifične reakcije. specifična reakcija na dani ion je taka reakcija, ki omogoča odkrivanje le-tega pod eksperimentalnimi pogoji v zmesi z drugimi ioni. Takšna reakcija je na primer reakcija zaznavanja ionov, ki poteka pod delovanjem alkalije pri segrevanju:

Sproščen amoniak prepoznamo po specifičnem, zlahka prepoznavnem vonju in drugih lastnostih.

1.6.1. Znamke reagenta

Glede na specifično področje uporabe reagentov se jim naložijo številne zahteve. Eden od njih je zahteva po količini nečistoč.

Količino nečistoč v kemičnih reagentih ureja posebna tehnična dokumentacija: državni standardi (GOST), tehnični pogoji (TU) itd. Sestava nečistoč je lahko drugačna in je običajno navedena na tovarniški nalepki reagenta.

Kemični reagenti so razvrščeni glede na stopnjo čistosti. Glede na masni delež nečistoč je reagentu dodeljena blagovna znamka. Nekatere znamke reagentov so predstavljene v tabeli. 2.

tabela 2

Znamke reagenta

Običajno se v praksi kemijske analize uporabljajo reagenti, ki ustrezajo kvalifikaciji "analitske stopnje" in "kemično čiste". Čistost reagentov je navedena na etiketi originalne embalaže reagenta. Nekatere industrije uvajajo lastne dodatne kvalifikacije čistosti za reagente.

1.6.2. Metode za izvajanje analitičnih reakcij

Analitične reakcije se lahko izvajajo "moker" in "suho" načine. Pri izvajanju reakcije "moker" z interakcijo analita in ustreznih reagentov nastane v raztopini. Za njegovo izvedbo je treba preskusno snov predhodno raztopiti. Topilo je običajno voda ali drugo topilo, če je snov v vodi netopna. Med enostavnimi ali kompleksnimi ioni pride do mokrih reakcij, zato se pri nanosu zaznajo ti ioni.

»Suha« metoda izvajanja reakcij pomeni, da se preizkušana snov in reagenti vzamejo v trdnem stanju, reakcija med njimi pa poteka tako, da se segrejejo na visoko temperaturo.

Primeri reakcij, ki se izvajajo na "suh" način, so reakcije obarvanja plamena s solmi nekaterih kovin, tvorba barvnih biserov (stekel) natrijevega tetraborata (boraks) ali natrijevega in amonijevega hidrogenfosfata pri taljenju s solmi nekaterih kovin, pa tudi pri taljenju proučevane trdne snovi s "fluksi", na primer: mešanice trdnih Na 2 CO 3 in K 2 CO 3 ali Na 2 CO 3 in KNO 3.

Med reakcije, ki potekajo po "suhem" načinu, sodi tudi reakcija, ki nastane, ko preskusno trdno snov trituriramo z nekim trdnim reagentom, zaradi česar se zmes obarva.

1.6.3. Sistematična analiza

Kvalitativno analizo predmeta lahko izvedemo z dvema različnima metodama.

Sistematična analiza - to je metoda izvajanja kvalitativne analize po shemi, ko je zaporedje operacij za dodajanje reagentov strogo določeno.

1.6.4. Frakcijska analiza

Analizna metoda, ki temelji na uporabi reakcij, ki jih je mogoče uporabiti za odkrivanje želenih ionov v poljubnem zaporedju v posameznih delih začetne raztopine, tj. brez uporabe posebne sheme zaznavanja ionov, se imenuje frakcijska analiza.

1.7. Kvantitativna analiza

Naloga kvantitativne analize je določitev vsebnosti (mase ali koncentracije) posamezne sestavine v analiziranem predmetu.

Pomembna koncepta kvantitativne analize sta pojma "določena snov" in "delovna snov".

1.7.1. Snov se identificira. delovna snov

Kemični element, ion, enostavna ali kompleksna snov, katere vsebnost je določena v danem vzorcu analiziranega izdelka, se običajno imenuje "določljiva snov" (O.V.).

Snov, s katero se to določanje izvaja, se imenuje delovna snov (RV).

1.7.2. Načini izražanja sestave raztopine, ki se uporabljajo v analizni kemiji

1. Najprimernejši način za izražanje sestave raztopine je koncentracija . Koncentracija je fizikalna količina (dimenzijska ali brezdimenzijska), ki določa kvantitativno sestavo raztopine, zmesi ali taline. Pri upoštevanju kvantitativne sestave raztopine najpogosteje pomenijo razmerje med količino topljenca in prostornino raztopine.

Najpogostejša je molska koncentracija ekvivalentov. Njegov simbol, napisan na primer za žveplovo kislino, je C eq (H 2 SO 4), merska enota je mol / dm 3.

V literaturi obstajajo tudi druge oznake za to koncentracijo. Na primer C (1 / 2H 2 SO 4). Ulomek pred formulo žveplove kisline označuje, kateri del molekule (ali iona) je enakovreden. Imenuje se ekvivalenčni faktor, označen s f equiv. Za H 2 SO 4 f ekvivalent = 1/2. Ekvivalenčni faktor se izračuna na podlagi stehiometrije reakcije. Število, ki kaže, koliko ekvivalentov vsebuje molekula, imenujemo ekvivalenčno število in ga označujemo z Z*. f equiv \u003d 1 / Z *, zato je molska koncentracija ekvivalentov označena tudi na ta način: C (1 / Z * H 2 SO 4).

2. V pogojih analitskih laboratorijev, ko traja veliko časa za izvedbo serije posameznih analiz z uporabo ene formule za izračun, se pogosto uporablja korekcijski faktor ali popravek K.

Najpogosteje se popravek nanaša na delovno snov. Koeficient kaže, kolikokrat se koncentracija pripravljene raztopine delovne snovi razlikuje od koncentracije, izražene z okroglimi številkami (0,1; 0,2; 0,5; 0,01; 0,02; 0,05), od katerih je ena lahko v formuli za izračun:

K je zapisano kot števila s štirimi decimalnimi mesti. Iz zapisa: K \u003d 1,2100 do C eq (HCl) \u003d 0,0200 mol / dm 3 sledi, da je C eq (HCl) \u003d 0,0200 mol / dm 3 standardna molska koncentracija ekvivalentov HCl, potem se izračuna prava po formuli:

3. Titer je masa snovi, ki jo vsebuje 1 cm 3 prostornine raztopine.

Titer se največkrat nanaša na raztopino delovne snovi.

Enota za titer je g/cm 3, titer se izračuna na šesto decimalno mesto natančno. Če poznamo titer delovne snovi, je mogoče izračunati molsko koncentracijo ekvivalentov njene raztopine.

(4)

4. Titer delovne snovi glede na analit- to je masa snovi, ki jo je treba določiti, enakovredna masi delovne snovi v 1 cm 3 raztopine.

5. Masni delež topljenca je enak razmerju med maso topljenca A in maso raztopine:

6. Volumski delež topljenca je enaka razmerju med prostornino topljenca A in celotno prostornino raztopine:

Masni in prostorninski deleži so brezdimenzijske količine. Najpogosteje pa so izrazi za izračun masnih in prostorninskih deležev zapisani kot:

; (9)

. (10)

V tem primeru je enota za w in j odstotek.

Pozornost je treba posvetiti naslednjim okoliščinam:

1. Pri izvajanju analize mora biti koncentracija delovne snovi točna in izražena kot število s štirimi decimalnimi mesti, če je koncentracija molski ekvivalent; ali številka s šestimi decimalnimi mesti, če gre za napis.

2. V vseh formulah za izračun, sprejetih v analizni kemiji, je enota prostornine cm 3. Ker steklovina, ki se uporablja pri analizi za merjenje volumnov, omogoča merjenje prostornine z natančnostjo 0,01 cm 3, je treba s takšno natančnostjo določiti količine, ki izražajo prostornine raztopin analitov in delovnih snovi, vključenih v analizo. posneto.

1.7.3. Metode priprave raztopin

Preden nadaljujete s pripravo rešitve, je treba odgovoriti na naslednja vprašanja.

1. Za kakšen namen je pripravljena raztopina (za uporabo kot RV, za ustvarjanje določene pH vrednosti medija itd.)?

2. V kakšni obliki je najbolj primerno izraziti koncentracijo raztopine (v obliki molske koncentracije ekvivalentov, masnega deleža, titra itd.)?

3. S kakšno natančnostjo, tj. do katerega decimalnega mesta je treba določiti število, ki izraža izbrano koncentracijo?

4. Kakšno količino raztopine je treba pripraviti?

5. Kateri način priprave raztopine je treba uporabiti glede na naravo snovi (tekoča ali trdna, standardna ali nestandardna)?

Raztopino lahko pripravimo na naslednje načine:

1. Natančen priklop.

Če snov iz katerega pripravimo raztopino, je standardna, tj. izpolnjuje določene (spodaj navedene) zahteve, potem lahko raztopino pripravimo z natančnim vzorcem. To pomeni, da se teža vzorca izračuna in izmeri na analitski tehtnici na štiri decimalna mesta natančno.

Zahteve za standardne snovi so naslednje:

a) snov mora imeti kristalno strukturo in ustrezati določeni kemijski formuli;

c) snov mora biti stabilna med skladiščenjem v trdni obliki in v raztopini;

d) zaželen je velik ekvivalent molske mase snovi.

2. Iz kanala popravkov.

Različica metode priprave raztopine za natančen vzorec je metoda priprave raztopine iz fiksanala. Vlogo natančnega vzorca ima točna količina snovi v stekleni ampuli. Upoštevati je treba, da je snov v ampuli lahko standardna (glej odstavek 1) in nestandardna. Ta okoliščina vpliva na metode in trajanje shranjevanja raztopin nestandardnih snovi, pripravljenih iz fiksanalov.

FIXANAL(standardni titer, normni odmerek) je zaprta ampula, v kateri je v suhi obliki ali v obliki raztopine 0,1000, 0,0500 ali drugo število molov ekvivalentov snovi.

Za pripravo zahtevane raztopine se ampula razbije preko lijaka, opremljenega s posebno napravo za prebijanje (udarec). Njegovo vsebino kvantitativno prenesemo v merilno bučko zahtevane prostornine in z destilirano vodo naravnamo prostornino na obročasto oznako.

Imenuje se raztopina, pripravljena z natančnim vzorcem ali iz fiksanala titriran, standard oz standardna rešitev I, Ker njegova koncentracija po pripravi je točna. Zapišite ga kot število s štirimi decimalnimi mesti, če gre za molsko koncentracijo ekvivalentov, in s šestimi decimalnimi mesti, če je naslov.

3. Po približni teži.

Če snov, iz katere je treba pripraviti raztopino, ne ustreza zahtevam za standardne snovi in ​​ni ustreznega fiksanala, se raztopina pripravi s približno težo.

Izračunajte maso snovi, ki jo je treba vzeti za pripravo raztopine, ob upoštevanju njene koncentracije in prostornine. To maso stehtamo na tehnični tehtnici na drugo decimalno mesto natančno, raztopimo jo v merilni bučki. Pridobite raztopino s približno koncentracijo.

4. Z redčenjem bolj koncentrirane raztopine.

Če snov proizvaja industrija v obliki koncentrirane raztopine (jasno je, da je nestandardna), potem lahko njeno raztopino z nižjo koncentracijo pripravimo le z redčenjem koncentrirane raztopine. Pri pripravi raztopine na ta način je treba zapomniti, da mora biti masa topljenca enaka tako v prostornini pripravljene raztopine kot v delu koncentrirane raztopine, ki se vzame za redčenje. Če poznate koncentracijo in prostornino raztopine, ki jo želite pripraviti, izračunajte prostornino koncentrirane raztopine, ki jo želite izmeriti, ob upoštevanju njenega masnega deleža in gostote. Z merilnim valjem izmerimo prostornino, nalijemo v merilno bučko, razredčimo z destilirano vodo do oznake in premešamo. Tako pripravljena raztopina ima približno koncentracijo.

Natančno koncentracijo raztopin, pripravljenih s približnim vzorcem in z redčenjem koncentrirane raztopine, določimo z gravimetrično ali titrimetrično analizo, zato raztopine, pripravljene s temi metodami, po določitvi njihove natančne koncentracije imenujemo raztopine s fiksnim titrom, standardizirane rešitve oz standardne raztopine II.

1.7.4. Formule za izračun mase snovi, potrebne za pripravo raztopine

Če je iz suhe snovi A pripravljena raztopina z dano molsko koncentracijo ekvivalentov ali titra, potem se izračun mase snovi, ki jo je treba vzeti za pripravo raztopine, izvede po naslednjih formulah:

; (11)

. (12)

Opomba. Merska enota prostornine je cm3.

Izračun mase snovi se izvede s takšno natančnostjo, ki je določena z metodo priprave raztopine.

Formule za izračun, ki se uporabljajo pri pripravi raztopin z metodo redčenja, so določene glede na vrsto koncentracije, ki jo je treba pridobiti, in vrsto koncentracije, ki jo je treba razredčiti.

1.7.5. Shema analize

Glavna zahteva za analizo je, da dobljeni rezultati ustrezajo resnični vsebnosti komponent. Rezultati analize bodo zadostili tej zahtevi le, če bodo vse analize izvedene pravilno, v določenem zaporedju.

1. Prvi korak pri vsakem analitičnem določanju je vzorčenje za analizo. Praviloma se vzame povprečen vzorec.

Povprečen vzorec- to je del analiziranega predmeta, majhen v primerjavi s celotno maso, katerega povprečna sestava in lastnosti so v vseh pogledih enake (enake) njegovi povprečni sestavi.

Metode vzorčenja za različne vrste izdelkov (surovine, polizdelki, končni izdelki iz različnih panog) se med seboj zelo razlikujejo. Pri vzorčenju jih vodijo pravila, podrobno opisana v tehničnih priročnikih, GOST-ih in posebnih navodilih, namenjenih analizi te vrste izdelka.

Odvisno od vrste izdelka in vrste analize se vzorec lahko vzame v obliki določenega volumna ali določene mase.

Vzorčenje- to je zelo odgovorna in pomembna pripravljalna operacija analize. Nepravilno izbran vzorec lahko popolnoma popači rezultate, v tem primeru je na splošno nesmiselno izvajati nadaljnje analize.

2. Priprava vzorca za analizo. Vzorec, odvzet za analizo, ni vedno pripravljen na nek poseben način. Na primer, pri določanju vsebnosti vlage v moki, kruhu in pekovskih izdelkih z arbitražno metodo, se določen vzorec vsakega izdelka stehta in postavi v peč. Najpogosteje se analizi podvržejo raztopine, pridobljene z ustrezno obdelavo vzorca. V tem primeru se naloga priprave vzorca za analizo zmanjša na naslednje. Vzorec je podvržen takšni obdelavi, pri kateri se količina analizirane komponente ohrani in popolnoma preide v raztopino. V tem primeru bo morda treba odstraniti tuje snovi, ki so lahko v analiziranem vzorcu skupaj s komponento, ki jo je treba določiti.

Priprava vzorcev za analizo in vzorčenje sta opisana v regulativni in tehnični dokumentaciji, po kateri se analizirajo surovine, polizdelki in končni izdelki. Od kemičnih operacij, ki so vključene v postopek priprave vzorca za analizo, lahko navedemo tisto, ki se pogosto uporablja pri pripravi vzorcev surovin, polizdelkov, končnih izdelkov v živilski industriji - to je upepelitev. delovanje.

Pepeljenje je proces pretvorbe produkta (materiala) v pepel. Vzorec pripravimo s sežiganjem pri določanju npr. kovinskih ionov. Vzorec sežge pod določenimi pogoji. Preostali pepel raztopimo v ustreznem topilu. Dobimo raztopino, ki jo analiziramo.

3. Pridobivanje analitičnih podatkov. Med analizo na pripravljen vzorec deluje snov reagenta ali nekakšna energija. To vodi do pojava analitičnih signalov (sprememba barve, pojav novega sevanja itd.). Pojavljeni signal je lahko: a) registriran; b) upoštevajte trenutek, ko je potrebno izmeriti določen parameter v analiziranem sistemu, na primer prostornino delovne snovi.

4. Obdelava analitičnih podatkov.

A) Pridobljeni primarni analitični podatki se uporabijo za izračun rezultatov analize.

Obstajajo različni načini za pretvorbo analitičnih podatkov v rezultate analize.

1. Metoda izračuna. Ta metoda se zelo pogosto uporablja, na primer pri kvantitativni kemijski analizi. Po končani analizi dobimo količino delovne snovi, porabljene za reakcijo z analitom. Nato se ta volumen nadomesti z ustrezno formulo in izračuna se rezultat analize - masa ali koncentracija analita.

2. Metoda kalibracije (umerjanje) graf.

3. Metoda primerjave.

4. Metoda dodatkov.

5. Diferencialna metoda.

Te metode obdelave analitičnih podatkov se uporabljajo v instrumentalnih metodah analize, med preučevanjem katerih jih bo mogoče podrobneje spoznati.

B) Dobljene rezultate analize je treba obdelati v skladu s pravili matematične statistike, ki so obravnavana v poglavju 1.8.

5. Ugotavljanje družbenoekonomskega pomena rezultata analize. Ta stopnja je končna. Po opravljeni analizi in prejemu rezultata je treba ugotoviti skladnost med kakovostjo izdelka in zahtevami regulativne dokumentacije zanj.

1.7.6. Metoda in tehnika analize

Za prehod od teorije katere koli metode analizne kemije do posebne metode izvajanja analize je pomembno razlikovati med pojmoma "metoda analize" in "metoda analize".

Pri metodi analize to pomeni, da se upoštevajo pravila, po katerih je mogoče pridobiti analitične podatke in jih interpretirati (glej poglavje 1.4).

Analizna metoda- to je podroben opis vseh postopkov za izvedbo analize, vključno z odvzemom in pripravo vzorcev (z navedbo koncentracij vseh preskusnih raztopin).

Pri praktični uporabi vsake metode analize se razvijejo številne metode analize. Razlikujejo se po naravi analiziranih predmetov, načinu odvzema in priprave vzorcev, pogojih za izvedbo posameznih analiznih posegov itd.

Na primer, v laboratorijski delavnici o kvantitativni analizi se med drugim izvaja laboratorijsko delo "Permanganometrično določanje Fe 2+ v raztopini Mohrove soli", "Jodometrično določanje Cu 2+", "Dihromatometrično določanje Fe 2+". Metode za njihovo izvajanje so popolnoma različne, vendar temeljijo na isti metodi analize "Redoksimetrija".

1.7.7. Analitične značilnosti analiznih metod

Da bi metode ali metode analize lahko primerjali ali vrednotili med seboj, kar igra pomembno vlogo pri njihovi izbiri, ima vsaka metoda in metoda svoje analitične in meroslovne značilnosti. Analitične značilnosti vključujejo naslednje: koeficient občutljivosti (meja zaznavnosti), selektivnost, trajanje, učinkovitost.

Meja zaznave(C min., p) je najnižja vsebnost, pri kateri je mogoče s to metodo zaznati prisotnost določene komponente z dano verjetnostjo zaupanja. Verjetnost zaupanja - P je delež primerov, v katerih bo aritmetična sredina rezultata za dano število določitev v določenih mejah.

V analizni kemiji se praviloma uporablja stopnja zaupanja P = 0,95 (95%).

Z drugimi besedami, P je verjetnost, da pride do naključne napake. Prikazuje, koliko poskusov od 100 daje rezultate, ki veljajo za pravilne v okviru določene natančnosti analize. S P \u003d 0,95 - 95 od 100.

Selektivnost analize označuje možnost določanja te komponente v prisotnosti tujih snovi.

Vsestranskost- sposobnost zaznavanja več komponent iz enega vzorca hkrati.

Trajanje analize- čas, porabljen za njegovo izvedbo.

Učinkovitost analize- število vzporednih vzorcev, ki jih je mogoče analizirati na časovno enoto.

1.7.8. Meroslovne značilnosti analiznih metod

Pri vrednotenju analiznih metod oziroma tehnik z vidika znanosti o meritvah - meroslovja - ugotavljamo naslednje značilnosti: interval določenih vsebin, pravilnost (natančnost), ponovljivost, konvergenco.

Interval določenih vsebin- to je območje, ki ga omogoča ta tehnika, v katerem se nahajajo vrednosti določenih količin komponent. Hkrati je tudi običajno opozoriti spodnja meja določenih vsebin(C n) - najmanjša vrednost določene vsebine, ki omejuje obseg določenih vsebin.

Pravilnost (natančnost) analize- je bližina dobljenih rezultatov pravi vrednosti ugotovljene vrednosti.

Ponovljivost in konvergenca rezultatov analize so določene z razpršitvijo ponovljenih rezultatov analize in so določene s prisotnostjo naključnih napak.

Konvergenca označuje razpršitev rezultatov pri fiksnih pogojih poskusa in ponovljivost- pri spreminjajočih se pogojih poskusa.

Vse analitske in meroslovne značilnosti metode ali metode analize so navedene v njihovih navodilih.

Meroslovne karakteristike dobimo z obdelavo rezultatov, dobljenih v seriji ponovljenih analiz. Formule za njihov izračun so podane v poglavju 1.8.2. Podobne so formulam, ki se uporabljajo za statično obdelavo rezultatov analize.

1.8. Napake (napake) pri analizi

Ne glede na to, kako skrbno se izvaja eno ali drugo kvantitativno določanje, se dobljeni rezultat praviloma nekoliko razlikuje od dejanske vsebnosti določene komponente, tj. rezultat analize vedno dobimo z neko netočnostjo – napako.

Merske napake so razvrščene kot sistematične (gotove), naključne (negotove) in velike ali zgrešene.

Sistematske napake- gre za napake, ki so po vrednosti konstantne ali se spreminjajo po določeni zakonitosti. Lahko so metodične, odvisno od posebnosti uporabljene metode analize. Lahko so odvisni od uporabljenih instrumentov in reagentov, od nepravilnega ali premalo skrbnega izvajanja analitičnih operacij, od individualnih značilnosti osebe, ki izvaja analizo. Sistematske napake je težko opaziti, saj so konstantne in se pojavljajo pri ponavljajočih se določitvah. Da bi se izognili tovrstnim napakam, je treba odpraviti njihov vir ali v rezultat meritve vnesti ustrezen popravek.

Naključne napake se imenujejo napake, ki so nedoločene po velikosti in znaku, pri pojavu katerih ni opaziti nobene pravilnosti.

Naključne napake se pojavijo pri kateri koli meritvi, vključno z vsako analitično določitvijo, ne glede na to, kako natančno je izvedena. Njihova prisotnost se kaže v tem, da večkratne določitve ene ali druge komponente v določenem vzorcu, opravljene z isto metodo, običajno dajejo nekoliko drugačne rezultate.

Za razliko od sistematičnih napak naključnih napak ni mogoče upoštevati ali odpraviti z uvedbo popravkov. Vendar jih je mogoče znatno zmanjšati s povečanjem števila vzporednih določitev. Vpliv naključnih napak na rezultat analize je mogoče teoretično upoštevati z obdelavo rezultatov, dobljenih v nizu vzporednih določitev te komponente z metodami matematične statistike.

Razpoložljivost hude napake oz zgreši se kaže v dejstvu, da med razmeroma bližnjimi rezultati opazimo eno ali več vrednosti, ki opazno izstopajo po velikosti iz splošne serije. Če je razlika tako velika, da lahko govorimo o hudi napaki, se ta meritev takoj zavrže. Vendar v večini primerov tistega drugega rezultata ne moremo takoj prepoznati kot napačnega le na podlagi »izskoka« iz splošne serije, zato so potrebne dodatne raziskave.

Obstajajo možnosti, ko ni smiselno izvajati dodatnih študij, hkrati pa je nezaželeno uporabiti napačne podatke za izračun skupnega rezultata analize. V tem primeru se prisotnost večjih napak ali napak ugotavlja po merilih matematične statistike.

Znanih je več takih meril. Najenostavnejši med njimi je Q-test.

1.8.1. Ugotavljanje prisotnosti hudih napak (zgreškov)

Pri kemijski analizi se vsebnost komponente v vzorcu praviloma določi z majhnim številom vzporednih določitev (n ​​£ 3). Za izračun napak definicij v tem primeru uporabljajo metode matematične statistike, razvite za majhno število definicij. Rezultati tega majhnega števila določitev se štejejo za naključno izbrane - vzorčenje- iz vseh možnih rezultatov splošne populacije v danih pogojih.

Za majhne vzorce s številom meritev n<10 определение грубых погрешностей можно оценивать при помощи razpon variacije po Q-merilu. Če želite to narediti, naredite razmerje:

, (13)

kjer je X 1 - sumljivo opazen rezultat analize;

X 2 - rezultat ene same definicije, najbližje vrednosti X 1 ;

R - obseg variacije - razlika med največjo in najmanjšo vrednostjo niza meritev, tj. R = X maks. - X min.

Izračunano vrednost Q primerjamo s tabelarno vrednostjo Q (p, f). Prisotnost velike napake je dokazana, če je Q > Q(p, f).

Rezultat, priznan kot velika napaka, je izključen iz nadaljnje obravnave.

Q-merilo ni edini kazalnik, katerega vrednost je mogoče uporabiti za presojo prisotnosti velike napake, vendar se izračuna hitreje od drugih, ker. vam omogoča, da takoj odpravite velike napake brez izvajanja drugih izračunov.

Druga dva kriterija sta natančnejša, vendar zahtevata popoln izračun napake, tj. prisotnost hude napake je mogoče reči le z izvedbo popolne matematične obdelave rezultatov analize.

Ugotoviti je mogoče tudi velike napake:

A) standardni odklon. Rezultat X i se prizna kot velika napaka in se zavrže, če

. (14)

B) Natančnost neposredne meritve. Rezultat X i se zavrže, če

. (15)

O količinah, označenih z znaki , glejte razdelek 1.8.2.

1.8.2. Statistična obdelava rezultatov analiz

Statistična obdelava rezultatov ima dve glavni nalogi.

Prva naloga je predstaviti rezultat definicij v strnjeni obliki.

Druga naloga je oceniti zanesljivost dobljenih rezultatov, tj. stopnja njihovega ujemanja z resnično vsebnostjo določene komponente v vzorcu. Ta problem je rešen z izračunom ponovljivosti in natančnosti analize z uporabo spodnjih formul.

Kot smo že omenili, obnovljivost označuje razpršenost ponovljenih rezultatov analize in je določena s prisotnostjo naključnih napak. Ponovljivost analize se ocenjuje z vrednostmi standardnega odklona, ​​relativnega standardnega odklona, ​​variance.

Celotna značilnost razpršenosti podatkov je določena z vrednostjo standardnega odklona S.

Včasih se pri ocenjevanju ponovljivosti testa določi relativno standardno odstopanje Sr.

Standardni odklon ima enako enoto kot povprečje ali prava vrednost m količine, ki se določa.

Metoda ali tehnika analize je tem bolje ponovljiva, čim nižji sta absolutni (S) in relativni (Sr) vrednosti odstopanja zanju.

Razpršitev podatkov analize o povprečju se izračuna kot varianca S 2 .

(18)

V predstavljenih formulah: Xi - posamezna vrednost količine, pridobljene med analizo; - aritmetična sredina dobljenih rezultatov vseh meritev; n je število meritev; i = 1…n.

Pravilnost oziroma natančnost analize je označena z intervalom zaupanja povprečne vrednosti p, f. To je območje, znotraj katerega se ob odsotnosti sistematičnih napak najde prava vrednost izmerjene količine z verjetnostjo zaupanja P.

, (19)

kjer je p, f - interval zaupanja, tj. meje zaupanja, znotraj katerih je lahko vrednost določene količine X.

V tej formuli je t p, f Studentov koeficient; f je število prostostnih stopinj; f = n - 1; P je stopnja zaupanja (glej 1.7.7); t p, f - podana tabela.

Standardni odklon aritmetične sredine. (dvajset)

Interval zaupanja se izračuna bodisi kot absolutna napaka v istih enotah, v katerih je izražen rezultat analize, bodisi kot relativna napaka DX o (v %):

Zato lahko rezultat analize predstavimo kot:

. (23)

Obdelava rezultatov analize je močno poenostavljena, če je pri izvajanju analiz znana prava vsebnost (m) določene komponente (kontrolni vzorci ali standardni vzorci). Izračunajte absolutno (DX) in relativno (DX o, %) napako.

DX \u003d X - m (24)

1.8.3. Primerjava dveh povprečnih rezultatov opravljene analize

različne metode

V praksi se pojavljajo situacije, ko je treba predmet analizirati z različnimi metodami, v različnih laboratorijih, pri različnih analitikih. V teh primerih se povprečni rezultati med seboj razlikujejo. Oba rezultata označujeta nekaj približka resnični vrednosti želene vrednosti. Da bi ugotovili, ali gre obema rezultatoma zaupati, se ugotovi, ali je razlika med njima statistično pomembna, tj. "prevelika. Povprečne vrednosti želene vrednosti se štejejo za združljive, če pripadajo isti splošni populaciji. To je mogoče rešiti na primer s Fisherjevim kriterijem (F-kriterij).

kjer so disperzije, izračunane za različne serije analiz.

F ex - je vedno večji od ena, ker enaka je razmerju med večjo in manjšo varianco. Izračunano vrednost F ex primerjamo s tabelno vrednostjo F tabele. (verjetnost zaupanja P in število prostostnih stopinj f za eksperimentalne in tabelarne vrednosti morata biti enaka).

Pri primerjavi F ex in F tabele so možne možnosti.

A) F ex > F tab. Razlika med variancami je velika in obravnavani vzorci se razlikujejo po ponovljivosti.

B) Če je F ex znatno manjši od tabele F, potem je razlika v obnovljivosti naključna in obe varianci sta približni oceni iste splošne populacijske variance za oba vzorca.

Če razlika med variancami ni značilna, lahko ugotovite, ali obstaja statistično pomembna razlika v povprečnih rezultatih analize, pridobljenih z različnimi metodami. Če želite to narediti, uporabite študentov koeficient t p, f. Izračunajte tehtano povprečje standardnega odklona in t ex.

; (27)

kje so povprečni rezultati primerjanih vzorcev;

n 1 , n 2 - število meritev v prvem in drugem vzorcu.

Primerjaj t ex s tabelo t s številom prostostnih stopenj f = n 1 +n 2 -2.

Če je hkrati t ex > t tabela, potem je neskladje med pomembno, vzorci ne pripadajo isti splošni populaciji in prave vrednosti v vsakem vzorcu so različne. Če t ex< t табл, можно все данные рассматривать как единую выборочную совокупность для (n 1 +n 2) результатов.

TESTNA VPRAŠANJA

1. Kaj proučuje analizna kemija?

2. Kakšna je metoda analize?

3. Katere skupine analiznih metod obravnava analizna kemija?

4. Katere metode je mogoče uporabiti za izvedbo kvalitativne analize?

5. Kaj so analitične značilnosti? Kaj so lahko?

6. Kaj je reagent?

7. Kateri reagenti so potrebni za izvedbo sistematične analize?

8. Kaj je frakcijska analiza? Kateri reagenti so potrebni za njegovo izvedbo?

9. Kaj pomenita črki "kemično čist", "ch.d.a."? na kemijski nalepki?

10. Kakšna je naloga kvantitativne analize?

11.Kaj je delovna snov?

12. Na kakšne načine lahko pripravimo raztopino delovne snovi?

13. Kaj je standardna snov?

14. Kaj pomenita izraza "standardna raztopina I", "standardna raztopina II"?

15. Kakšen je titer in titer delovne snovi glede na analit?

16. Kako je na kratko označena molska koncentracija ekvivalentov?

ANALITIČNA KEMIJA, veda o ugotavljanju kemijske sestave snovi in ​​materialov ter do neke mere kemijske zgradbe spojin. Analitska kemija razvija splošne teoretične osnove kemijske analize, razvija metode za določanje sestavin proučevanega vzorca in rešuje probleme analize specifičnih predmetov. Glavni cilj analizne kemije je ustvarjanje metod in orodij, ki glede na nalogo zagotavljajo natančnost, visoko občutljivost, hitrost in selektivnost analize. Razvijajo se tudi metode za analizo mikroobjektov, za izvajanje lokalnih analiz (na točki, na površini itd.), analize brez uničenja vzorca, na oddaljenosti od njega (analiza na daljavo), kontinuirane analize (npr. , v toku), ter tudi ugotoviti, v kakšni kemični spojini in v kakšni fizikalni obliki je določena komponenta v vzorcu (kemična analiza materiala) in v katero fazo je vključena (fazna analiza). Pomembni usmeritvi v razvoju analizne kemije sta avtomatizacija analiz, predvsem pri vodenju tehnoloških procesov, in matematizacija, zlasti široka uporaba računalnikov.

Struktura znanosti. Obstajajo tri glavna področja analizne kemije: splošne teoretične osnove; razvoj analiznih metod; analizna kemija posameznih objektov. Glede na namen analize ločimo kvalitativno kemijsko analizo in kvantitativno kemijsko analizo. Naloga prvega je detekcija in identifikacija sestavin analiziranega vzorca, naloga drugega pa določanje njihovih koncentracij oziroma mas. Glede na to, katere komponente je treba zaznati ali določiti, obstajajo izotopska analiza, analiza elementov, analiza strukturnih skupin (vključno s funkcionalnimi), molekularna analiza, analiza materialov in analiza faz. Glede na naravo analiziranega predmeta ločimo analizo anorganskih in organskih snovi ter bioloških objektov.

V teoretičnih osnovah analizne kemije zavzema pomembno mesto tako imenovana kemometrija, vključno z meroslovjem kemijske analize. Teorija analizne kemije vključuje tudi nauke o izbiri in pripravi analiznih vzorcev, o izdelavi analizne sheme in izbiri metod, o principih in načinih avtomatizacije analiz, uporabi računalnikov, pa tudi o načelih racionalne uporabe rezultati kemijske analize. Značilnost analizne kemije je preučevanje ne splošnih, ampak posameznih, specifičnih lastnosti in značilnosti predmetov, kar zagotavlja selektivnost številnih analitskih metod. Zahvaljujoč tesni povezanosti z dosežki fizike, matematike, biologije in različnih področij tehnike (to velja predvsem za metode analize) se analitična kemija spreminja v disciplino na stičišču ved. Pogosto se uporabljajo tudi druga imena te discipline - analitika, analitična znanost itd.

V analizni kemiji ločimo metode ločevanja, določanja (detekcije) in hibridne metode analize, ki običajno združujejo metode prvih dveh skupin. Metode določanja so priročno razdeljene na kemijske metode analize (gravimetrična analiza, titrimetrična analiza, elektrokemične metode analize, kinetične metode analize), fizikalne metode analize (spektroskopske, jedrske fizike itd.), biokemične metode analize in biološke metoda analize. Kemijske metode temeljijo na kemijskih reakcijah (interakcija snovi s snovjo), fizikalne metode temeljijo na fizikalnih pojavih (interakcija snovi s sevanjem, tokovi energije), biološke metode uporabljajo odziv organizmov ali njihovih delcev na spremembe v okolju. .

Skoraj vse metode določanja temeljijo na odvisnosti kakršnih koli merljivih lastnosti snovi od njihove sestave. Zato je pomembna smer v analizni kemiji iskanje in preučevanje takih odvisnosti, da bi jih uporabili za reševanje analitičnih problemov. V tem primeru je skoraj vedno treba najti enačbo za razmerje med lastnostjo in sestavo, razviti metode za registracijo lastnosti (analitični signal), odpraviti motnje drugih komponent in odpraviti moteče vplive različnih dejavnikov (npr. , temperaturna nihanja). Vrednost analitičnega signala se pretvori v enote, ki označujejo količino ali koncentracijo komponent. Merjene lastnosti so lahko na primer masa, prostornina, absorpcija svetlobe, jakost toka.

Veliko pozornosti posvečamo teoriji analiznih metod. Teorija kemijskih metod temelji na več osnovnih tipih kemijskih reakcij, ki se pogosto uporabljajo v analizi (kislinsko-bazične, redoks, kompleksiranje) in več pomembnih procesih (obarjanje, raztapljanje, ekstrakcija). Pozornost do teh vprašanj je posledica zgodovine razvoja analizne kemije in praktičnega pomena ustreznih metod. Ker pa se delež kemijskih metod zmanjšuje, povečuje pa delež fizikalnih, biokemičnih in bioloških metod, je zelo pomembno izboljšati teorijo metod slednjih skupin in integrirati teoretične vidike posameznih metod. metode v splošno teorijo analizne kemije.

Zgodovina razvoja. Testi materialov so bili opravljeni že v starih časih; na primer, rude so pregledali, da bi ugotovili njihovo primernost za taljenje, različne izdelke - da bi ugotovili vsebnost zlata in srebra v njih. Alkimisti 14.-16. stoletja so izvedli ogromno eksperimentalnega dela pri preučevanju lastnosti snovi in ​​tako postavili temelje kemijskim metodam analize. V 16-17 stoletjih (obdobje iatrokemije) so se pojavile nove kemijske metode za odkrivanje snovi, ki temeljijo na reakcijah v raztopini (na primer odkritje srebrovih ionov s tvorbo oborine s kloridnimi ioni). R. Boyle, ki je uvedel koncept "kemijske analize", velja za utemeljitelja znanstvene analitske kemije.

Do sredine 19. stoletja je bila analitična kemija glavna veja kemije. V tem obdobju je bilo odkritih veliko kemijskih elementov, izolirani so bili sestavni deli nekaterih naravnih snovi, uveljavljeni so bili zakoni nespremenljivosti sestave in večkratnih razmerij ter zakon o ohranitvi mase. Švedski kemik in mineralog T. Bergman je razvil shemo za sistematično kvalitativno analizo, aktivno uporabljal vodikov sulfid kot analitski reagent in predlagal metode plamenske analize za pridobivanje biserov. V 19. stoletju sta sistematično kvalitativno analizo izboljšala nemška kemika G. Rose in K. Fresenius. Isto stoletje so zaznamovali veliki uspehi v razvoju kvantitativne analize. Ustvarjena je bila titrimetrična metoda (francoski kemik F. Decroisille, J. Gay-Lussac), znatno izboljšana gravimetrična analiza in razvite metode za analizo plinov. Velik pomen je imel razvoj metod za elementno analizo organskih spojin (Yu. Liebig). Konec 19. stoletja se je oblikovala teorija analizne kemije, ki je temeljila na teoriji o kemijskem ravnovesju v raztopinah z udeležbo ionov (predvsem W. Ostwald). Do takrat so v analitični kemiji prevladovale metode za analizo ionov v vodnih raztopinah.

V 20. stoletju so se razvile metode za mikroanalizo organskih spojin (F. Pregl). Predlagana je bila polarografska metoda (J. Geyrovsky, 1922). Pojavile so se številne fizikalne metode, na primer masna spektrometrija, rentgenska, jedrska fizika. Zelo pomembno je bilo odkritje kromatografije (M. S. Tsvet, 1903) in ustvarjanje različnih variant te metode, zlasti porazdelitvene kromatografije (A. Martin in R. Sing, 1941).

V Rusiji in ZSSR je bil velik pomen za analizno kemijo učbenik Analitična kemija I. A. Menšutkina (doživel je 16 izdaj). M.A. Ilyinsky in L.A. Chugaev sta v prakso uvedla organske analitske reagente (konec 19. - začetek 20. stoletja), N.A. Tananajev je razvil kapljično metodo kvalitativne analize (hkrati z avstrijskim kemikom F. Feiglom, 1920). Leta 1938 je N.A. Izmailov in M. S. Schreiber sta prva opisala tankoplastno kromatografijo. Ruski znanstveniki so veliko prispevali k študiju nastajanja kompleksov in njihovi analitični uporabi (I. P. Alimarin, A. K. Babko), k teoriji delovanja organskih analitskih reagentov, k razvoju masne spektrometrije, metod fotometrije, atomske absorpcijske spektrometrije ( B. V. Lvov), v analitični kemiji posameznih elementov, zlasti redkih in platine, ter številnih predmetov - snovi visoke čistosti, mineralov, kovin in zlitin.

Zahteve prakse so vedno spodbujale razvoj analizne kemije. Tako so v 40. in 70. letih 20. stoletja zaradi potrebe po analizi jedrskih, polprevodniških in drugih materialov visoke čistosti nastale občutljive metode, kot so radioaktivacijska analiza, iskrična masna spektrometrija, kemijska spektralna analiza in stripping voltametrija, ki omogočajo določanje do 10 - 7 -10 -8% nečistoč v čistih snoveh, to je 1 del nečistoče na 10-1000 milijard delov glavne snovi. Za razvoj črne metalurgije, predvsem v povezavi s prehodom na hitro proizvodnjo jekla BOF, je postala hitra analiza odločilna. Uporaba tako imenovanih kvantometrov - fotoelektričnih naprav za večelementno optično spektralno ali rentgensko analizo - omogoča analizo med taljenjem.

Potreba po analizi kompleksnih zmesi organskih spojin je privedla do intenzivnega razvoja plinske kromatografije, ki omogoča analizo najbolj zapletenih zmesi, ki vsebujejo več deset in celo sto snovi. Analitična kemija je veliko prispevala k obvladovanju energije atomskega jedra, preučevanju vesolja in oceanov, razvoju elektronike in napredku bioloških znanosti.

Predmet študija. Pomembno vlogo ima razvoj teorije vzorčenja analiziranih materialov; Običajno se vprašanja vzorčenja rešujejo skupaj s strokovnjaki za preučevane snovi (na primer z geologi, metalurgi). Analitska kemija razvija metode razgradnje vzorcev - raztapljanje, zlivanje, sintranje ipd., ki naj bi zagotovile popolno "odpiranje" vzorca in preprečile izgubo določenih komponent in kontaminacijo od zunaj. Naloge analizne kemije vključujejo razvoj tehnik za splošne analitične postopke, kot so merjenje volumna, filtracija in kalcinacija. Ena od nalog analizne kemije je določitev smeri razvoja analizne instrumentacije, ustvarjanje novih vezij in zasnov instrumentov (kar najpogosteje služi kot zadnja stopnja v razvoju analizne metode), pa tudi sinteza novih analitskih reagentov.

Za kvantitativno analizo so zelo pomembne meroslovne lastnosti metod in instrumentov. V zvezi s tem analizna kemija preučuje probleme kalibracije, izdelave in uporabe referenčnih vzorcev (vključno s standardnimi vzorci) in drugih načinov za zagotavljanje pravilnosti analize. Pomembno mesto zavzema obdelava rezultatov analiz, predvsem računalniška obdelava. Za optimizacijo pogojev analize se uporabljajo teorija informacij, teorija prepoznavanja vzorcev in druge veje matematike. Računalniki se ne uporabljajo samo za obdelavo rezultatov, ampak tudi za krmiljenje instrumentov, upoštevanje motenj, kalibracijo in načrtovanje poskusov; obstajajo analitične naloge, ki jih je mogoče rešiti le s pomočjo računalnikov, na primer identifikacija molekul organskih spojin z uporabo ekspertnih sistemov.

Analitska kemija določa splošne pristope k izbiri načinov in metod analize. Razvijajo se metode za primerjavo metod, določajo se pogoji za njihovo medsebojno zamenljivost in kombinacije, principi in načini avtomatizacije analize. Za praktično uporabo analize je potrebno razviti ideje o njenem rezultatu kot kazalniku kakovosti izdelka, doktrino hitrega nadzora tehnoloških procesov in ustvarjanje ekonomičnih metod. Za analitike, ki delajo v različnih sektorjih gospodarstva, sta zelo pomembna poenotenje in standardizacija metod. Razvija se teorija za optimizacijo količine informacij, potrebnih za reševanje analitičnih problemov.

Analizne metode. Glede na maso ali prostornino analiziranega vzorca se metode ločevanja in določanja včasih delijo na makro-, mikro- in ultramikro metode.

K ločevanju zmesi se običajno zatečemo v primerih, ko neposredna detekcija ali metode detekcije ne dajejo pravilnega rezultata zaradi motečega vpliva drugih sestavin vzorca. Posebej pomembna je tako imenovana relativna koncentracija, ločevanje majhnih količin komponent analita od bistveno večjih količin glavnih sestavin vzorca. Ločevanje zmesi lahko temelji na razlikah v termodinamičnih ali ravnotežnih značilnostih komponent (konstante ionske izmenjave, konstante stabilnosti kompleksov) ali kinetičnih parametrov. Za ločevanje se uporabljajo predvsem kromatografija, ekstrakcija, obarjanje, destilacija, pa tudi elektrokemijske metode, kot je elektrodepozicija. Metode določanja - glavna skupina metod analizne kemije. Metode kvantitativne analize temeljijo na odvisnosti katere koli merljive lastnosti, najpogosteje fizične, od sestave vzorca. To odvisnost je treba opisati na določen in znan način. Hibridne metode analize se hitro razvijajo, saj združujejo ločevanje in določanje. Plinska kromatografija z različnimi detektorji je na primer najpomembnejša metoda za analizo kompleksnih mešanic organskih spojin. Za analizo zmesi nehlapnih in termično nestabilnih spojin je primernejša tekočinska kromatografija visoke ločljivosti.

Za analizo so potrebne različne metode, saj ima vsaka svoje prednosti in omejitve. Tako izjemno občutljive radioaktivacijske in masne spektralne metode zahtevajo zapleteno in drago opremo. Preproste, dostopne in zelo občutljive kinetične metode ne zagotavljajo vedno želene ponovljivosti rezultatov. Pri vrednotenju in primerjavi metod, pri izbiri le-teh za reševanje konkretnih problemov, se upoštevajo številni dejavniki: meroslovni parametri, obseg možne uporabe, razpoložljivost opreme, usposobljenost analitikov, tradicija itd. Najpomembnejši med temi dejavniki so meroslovni parametri, kot so kot meja zaznavnosti ali koncentracijsko območje (količine), v katerem metoda daje zanesljive rezultate, in natančnost metode, to je pravilnost in ponovljivost rezultatov. V številnih primerih so zelo pomembne "večkomponentne" metode, ki omogočajo določanje velikega števila komponent hkrati, na primer atomska emisijska in rentgenska spektralna analiza ter kromatografija. Vloga tovrstnih metod narašča. Ceteris paribus so prednostne metode neposredne analize, tj. metode, ki niso povezane s kemično pripravo vzorca; vendar je takšna priprava pogosto nujna. Na primer, predkoncentracija preskusne komponente omogoča določitev njenih nižjih koncentracij, odpravo težav, povezanih z nehomogeno porazdelitvijo komponente v vzorcu in odsotnostjo referenčnih vzorcev.

Posebno mesto zavzemajo metode lokalne analize. Med njimi imajo bistveno vlogo rentgenska spektralna mikroanaliza (elektronska sonda), masna spektrometrija sekundarnih ionov, Augerjeva spektroskopija in druge fizikalne metode. Izjemnega pomena so zlasti pri analizi površinskih plasti trdnih materialov ali vključkov v kamninah.

Posebno skupino sestavljajo metode elementarne analize organskih spojin. Organsko snov tako ali drugače razgradimo, njene sestavine v obliki najpreprostejših anorganskih spojin (CO 2 , H 2 O, NH 3 itd.) pa določimo z običajnimi metodami. Uporaba plinske kromatografije je omogočila avtomatizacijo elementarne analize; za to se proizvajajo C-, H-, N-, S-analizatorji in druge avtomatske naprave. Analizo organskih spojin po funkcionalnih skupinah (funkcionalna analiza) izvajamo z različnimi kemijskimi, elektrokemijskimi, spektralnimi (NMR ali IR spektroskopija) ali kromatografskimi metodami.

Pri fazni analizi, tj. določanju kemijskih spojin, ki tvorijo ločene faze, slednje najprej izoliramo, na primer s selektivnim topilom, nato pa nastale raztopine analiziramo z običajnimi metodami; zelo obetavne fizikalne metode fazne analize brez predhodnega ločevanja faz.

Praktična vrednost. Kemijska analiza zagotavlja nadzor nad številnimi tehnološkimi procesi in kakovostjo izdelkov v različnih panogah, igra veliko vlogo pri iskanju in raziskovanju mineralov, v rudarski industriji. S pomočjo kemijske analize se nadzoruje čistost okolja (zemlja, voda in zrak). Dosežki analizne kemije se uporabljajo v različnih vejah znanosti in tehnologije: jedrski energiji, elektroniki, oceanologiji, biologiji, medicini, forenziki, arheologiji in raziskovanju vesolja. Gospodarski pomen kemijske analize je velik. Tako natančno določanje legirnih dodatkov v metalurgiji omogoča prihranek dragocenih kovin. Prehod na kontinuirano avtomatsko analizo v medicinskih in agrokemičnih laboratorijih omogoča dramatično povečanje hitrosti analiz (kri, urina, izvlečkov zemlje itd.) in zmanjšanje števila zaposlenih v laboratoriju.

Lit .: Osnove analizne kemije: V 2 knjigah / Uredil Yu. A. Zolotov. M., 2002; Analitična kemija: V 2 zv., M., 2003-2004.

4.2. KROMATOGRAFSKE METODE

4.3. KEMIJSKE METODE

4.4. ELEKTROKEMIJSKE METODE

4.5. SPEKTROSKOPSKE METODE

4.6. METODE MASNE SPEKTROMETRIJE

4.7. ANALIZNE METODE NA PODLAGI RADIOAKTIVNOSTI

4.8. TERMIČNE METODE

4.9. BIOLOŠKE METODE ANALIZE

5. ZAKLJUČEK

6. SEZNAM UPORABLJENE LITERATURE

UVOD

Kemijska analiza služi kot sredstvo za spremljanje proizvodnje in kakovosti izdelkov v številnih sektorjih nacionalnega gospodarstva. Raziskovanje mineralov v različni meri temelji na rezultatih analiz. Analiza je glavno sredstvo spremljanja onesnaženosti okolja. Ugotavljanje kemične sestave tal, gnojil, krme in kmetijskih proizvodov je pomembno za normalno delovanje kmetijsko-industrijskega kompleksa. Kemijska analiza je nepogrešljiva v medicinski diagnostiki in biotehnologiji. Razvoj številnih ved je odvisen od stopnje kemijske analize, opremljenosti laboratorija z metodami, instrumenti in reagenti.

Znanstvena podlaga kemijske analize je analitična kemija, veda, ki je že stoletja del, včasih pa tudi glavni del kemije.

Analizna kemija je veda o ugotavljanju kemijske sestave snovi in ​​deloma njihove kemijske strukture. Metode analizne kemije omogočajo odgovor na vprašanja o tem, iz česa je snov sestavljena, katere sestavine so vključene v njeno sestavo. Te metode pogosto omogočajo ugotovitev, v kakšni obliki je določena komponenta prisotna v snovi, na primer za določitev oksidacijskega stanja elementa. Včasih je mogoče oceniti prostorsko razporeditev komponent.

Pri razvoju metod si je pogosto treba izposoditi ideje iz sorodnih področij znanosti in jih prilagoditi svojim ciljem. Naloga analizne kemije vključuje razvoj teoretičnih osnov metod, določitev meja njihove uporabnosti, oceno meroslovnih in drugih značilnosti, ustvarjanje metod za analizo različnih objektov.

Metode in sredstva analize se nenehno spreminjajo: uporabljajo se novi pristopi, uporabljajo se novi principi in pojavi, pogosto iz oddaljenih področij znanja.

Analizno metodo razumemo kot dokaj univerzalno in teoretično utemeljeno metodo za določanje sestave, ne glede na komponento, ki jo določamo, in analizirani predmet. Ko govorijo o metodi analize, mislijo na osnovni princip, kvantitativni izraz razmerja med sestavo in katero koli merjeno lastnostjo; izbrane izvedbene tehnike, vključno z odkrivanjem in odpravljanjem motenj; naprave za praktično uporabo in metode obdelave merilnih rezultatov. Metodologija analize je podroben opis analize danega objekta z izbrano metodo.

Obstajajo tri funkcije analitične kemije kot področja znanja:

1. reševanje splošnih vprašanj analize,

2. razvoj analiznih metod,

3. reševanje specifičnih problemov analize.

Lahko se tudi razlikuje kvalitativno in kvantitativno analize. Prvi odloča o tem, katere komponente vključuje analizirani predmet, drugi daje informacije o kvantitativni vsebini vseh ali posameznih komponent.

2. RAZVRSTITEV METOD

Vse obstoječe metode analizne kemije lahko razdelimo na metode vzorčenja, razgradnje vzorcev, ločevanja komponent, detekcije (identifikacije) in določanja. Obstajajo hibridne metode, ki združujejo ločevanje in definicijo. Metode odkrivanja in opredelitve imajo veliko skupnega.

Najpomembnejše so metode določanja. Lahko jih razvrstimo glede na naravo merjene lastnosti ali način registracije ustreznega signala. Metode določanja delimo na kemična , fizično in biološki. Kemijske metode temeljijo na kemijskih (vključno z elektrokemičnimi) reakcijah. To vključuje metode, imenovane fizikalno-kemijske. Fizikalne metode temeljijo na fizikalnih pojavih in procesih, biološke metode temeljijo na fenomenu življenja.

Glavne zahteve za metode analizne kemije so: pravilnost in dobra ponovljivost rezultatov, nizka meja zaznavnosti zahtevanih komponent, selektivnost, hitrost, enostavnost analize in možnost njene avtomatizacije.

Pri izbiri analizne metode je treba jasno poznati namen analize, naloge, ki jih je treba rešiti, ter oceniti prednosti in slabosti razpoložljivih analiznih metod.

3. ANALITIČNI SIGNAL

Po izboru in pripravi vzorca se začne faza kemijske analize, na kateri komponento zaznamo oziroma določimo njeno količino. V ta namen merijo analitični signal. Pri večini metod je analitični signal povprečje meritev fizikalne količine na končni stopnji analize, ki je funkcionalno povezana z vsebnostjo analita.

Če je potrebno zaznati katero koli komponento, se običajno popravi videz analitični signal - pojav oborine, barva, črte v spektru itd. Pojav analitičnega signala mora biti zanesljivo zabeležen. Pri določanju količine komponente se meri velikost analitični signal - masa sedimenta, jakost toka, intenziteta spektralne črte itd.

4. METODE ANALIZNE KEMIJE

4.1. METODE MASKIRANJA, LOČEVANJA IN KONCENTRACIJE

Maskiranje.

Maskiranje je zaviranje ali popolno zatiranje kemične reakcije v prisotnosti snovi, ki lahko spremenijo njeno smer ali hitrost. V tem primeru se ne oblikuje nova faza. Obstajata dve vrsti maskiranja - termodinamično (ravnotežno) in kinetično (neravnotežno). Pri termodinamičnem maskiranju se ustvarijo pogoji, pri katerih se pogojna reakcijska konstanta zmanjša do te mere, da reakcija poteka neznatno. Koncentracija zamaskirane komponente postane nezadostna za zanesljivo fiksiranje analitičnega signala. Kinetično maskiranje temelji na povečanju razlike med hitrostjo reakcije maskiranega in analita z istim reagentom.

Ločevanje in koncentracija.

Potreba po ločevanju in koncentraciji je lahko posledica naslednjih dejavnikov: vzorec vsebuje sestavine, ki motijo ​​določanje; koncentracija analita je pod mejo detekcije metode; komponente, ki jih je treba določiti, so v vzorcu neenakomerno porazdeljene; ni standardnih vzorcev za kalibracijo instrumentov; vzorec je zelo toksičen, radioaktiven in drag.

Ločitev- to je operacija (postopek), zaradi katere se komponente, ki sestavljajo začetno mešanico, ločijo ena od druge.

koncentracija- to je operacija (proces), zaradi katere se poveča razmerje med koncentracijo ali količino mikrokomponente in koncentracijo ali količino makrokomponente.

Padavine in sopadavine.

Obarjanje se običajno uporablja za ločevanje anorganskih snovi. Obarjanje mikrokomponent z organskimi reagenti, predvsem pa njihovo soobarjanje, zagotavlja visok faktor koncentracije. Te metode se uporabljajo v kombinaciji z metodami določanja, ki so zasnovane za pridobivanje analitičnega signala iz trdnih vzorcev.

Ločevanje z obarjanjem temelji na različni topnosti spojin, predvsem v vodnih raztopinah.

Soobarjanje je porazdelitev mikrokomponente med raztopino in oborino.

Ekstrakcija.

Ekstrakcija je fizikalno-kemijski proces porazdelitve snovi med dve fazi, največkrat med dve nemešljivi tekočini. Je tudi proces prenosa mase s kemičnimi reakcijami.

Ekstrakcijske metode so primerne za koncentracijo, ekstrakcijo mikrokomponent ali makrokomponent, individualno in skupinsko izolacijo komponent pri analizi različnih industrijskih in naravnih objektov. Metoda je preprosta in hitra za izvedbo, zagotavlja visoko učinkovitost separacije in koncentracije ter je kompatibilna z različnimi metodami določanja. Ekstrakcija vam omogoča preučevanje stanja snovi v raztopini pod različnimi pogoji, za določitev fizikalno-kemijskih lastnosti.

sorpcija.

Sorpcija se dobro uporablja za ločevanje in koncentracijo snovi. Sorpcijske metode običajno zagotavljajo dobro selektivnost ločevanja in visoke vrednosti faktorjev koncentracije.

sorpcija- proces absorpcije plinov, hlapov in raztopljenih snovi s trdnimi ali tekočimi absorberji na trdnem nosilcu (sorbenti).

Elektrolitska separacija in cementacija.

Najpogostejši način volilnega ločevanja, pri katerem izločeno ali koncentrirano snov izoliramo na trdnih elektrodah v elementarnem stanju ali v obliki neke vrste spojine. Elektrolitska izolacija (elektroliza) temelji na odlaganju snovi z električnim tokom pri kontroliranem potencialu. Najpogostejša različica katodnega nanašanja kovin. Material elektrode je lahko ogljik, platina, srebro, baker, volfram itd.

elektroforeza temelji na razlikah v hitrostih gibanja delcev različnih nabojev, oblik in velikosti v električnem polju. Hitrost gibanja je odvisna od naboja, poljske jakosti in polmera delca. Obstajata dve vrsti elektroforeze: frontalna (enostavna) in conska (na nosilcu). V prvem primeru se majhen volumen raztopine, ki vsebuje komponente, ki jih je treba ločiti, postavi v epruveto z raztopino elektrolita. V drugem primeru pride do gibanja v stabilizacijskem mediju, ki delce obdrži na mestu po izklopu električnega polja.

Metoda fugiranje sestoji iz redukcije komponent (običajno majhnih količin) na kovinah z dovolj negativnimi potenciali ali almagamami elektronegativnih kovin. Pri cementiranju potekata hkrati dva procesa: katodni (ločitev komponente) in anodni (raztapljanje cementne kovine).