Jej przedmiotem jako nauki jest doskonalenie istniejących i opracowywanie nowych metod ich analizy, praktyczne użycie, badanie teoretycznych podstaw metod analitycznych.
W zależności od zadania chemia analityczna dzieli się na analizę jakościową, mającą na celu określenie, czy: Co lub jaki rodzaj substancji, w jakiej postaci znajduje się w próbce oraz analiza ilościowa mająca na celu określenie Ile dana substancja (pierwiastki, jony, formy molekularne itp.) znajduje się w próbce.
Określanie składu pierwiastkowego obiektów materialnych nazywa się Analiza elementarna. Nazywa się ustalenie struktury związków chemicznych i ich mieszanin na poziomie molekularnym analiza molekularna. Jednym z rodzajów analizy molekularnej związków chemicznych jest analiza strukturalna, mające na celu badanie przestrzennej struktury atomowej substancji, ustalenie wzorów empirycznych, mas cząsteczkowych itp. W zadaniach chemia analityczna obejmuje określenie właściwości obiektów organicznych, nieorganicznych i biochemicznych. Nazywa się analiza związków organicznych według grup funkcyjnych analiza funkcjonalna.
Chemia analityczna istnieje odkąd istniała chemia w jej współczesnym znaczeniu, a wiele stosowanych w niej technik należy do jeszcze wcześniejszej epoki, ery alchemii, której jednym z głównych zadań było właśnie określenie składu różnych naturalnych substancje i badanie procesów ich wzajemnych przemian. Ale wraz z rozwojem chemii jako całości, metody pracy w niej stosowane uległy znacznej poprawie, a wraz z jej czysto pomocniczym znaczeniem jako jednego z pomocniczych działów chemii, chemia analityczna ma obecnie znaczenie całkowicie niezależny dział wiedzy chemicznej z bardzo poważnymi i ważnymi pytaniami teoretycznymi. Bardzo istotny wpływ na rozwój chemii analitycznej miała współczesna chemia fizyczna, która wzbogaciła ją o szereg zupełnie nowych metod pracy i podstaw teoretycznych, do których należą doktryna rozwiązań (patrz), teoria dysocjacji elektrolitycznej, prawo działanie masowe (patrz równowaga chemiczna) i cała doktryna powinowactwa chemicznego.
Agregat tradycyjne metody określenie składu substancji przez jej sekwencyjny rozkład chemiczny nazwano „mokrą chemią” („mokra analiza”). Metody te mają stosunkowo niską dokładność, wymagają stosunkowo niskich kwalifikacji analityków, a obecnie zostały prawie całkowicie wyparte przez metody nowoczesne. metody instrumentalne(metody optyczne, spektrometria masowa, elektrochemiczna, chromatograficzna i inne metody fizykochemiczne) oznaczanie składu substancji. Jednak chemia mokra ma swoją przewagę nad metodami spektrometrycznymi - pozwala przy użyciu standaryzowanych procedur (analiza systematyczna) bezpośrednio określić skład i różne stopnie utlenienia pierwiastków takich jak żelazo (Fe+2, Fe+3), tytan itp.
Metody analityczne można podzielić na brutto i lokalne. Metody analizy brutto zazwyczaj wymagają oddzielnej, szczegółowej substancji (próbki reprezentatywnej). Metody lokalne określić skład substancji mała objętość w samej próbce, co umożliwia sporządzenie „map” rozkładu właściwości chemicznych próbki na jej powierzchni i/lub głębokości. Powinno również podkreślić metody bezpośrednia analiza, czyli niezwiązane ze wstępnym przygotowaniem próbki. Często konieczne jest przygotowanie próbki (np. kruszenie, wstępne zagęszczanie lub oddzielanie). Przy przygotowywaniu próbek, interpretacji wyników, szacowaniu ilości analiz stosuje się metody statystyczne.
Aby określić skład jakościowy dowolnej substancji, konieczne jest zbadanie jej właściwości, które z punktu widzenia chemii analitycznej mogą być dwojakiego rodzaju: właściwości substancji jako takiej oraz jej właściwości w przemianach chemicznych.
Do tych pierwszych zaliczamy: stan fizyczny (stały, ciekły, gazowy), jego strukturę w stanie stałym (amorficzny lub substancja krystaliczna), kolor, zapach, smak itp. Jednocześnie często można ustalić charakter danej substancji wyłącznie na podstawie właściwości zewnętrznych, określanych za pomocą ludzkich zmysłów. W większości przypadków konieczne jest przekształcenie danej substancji w jakąś nową z wyraźnie wyrażoną charakterystyczne właściwości, wykorzystując w tym celu specjalnie dobrane związki zwane odczynnikami.
Reakcje stosowane w chemii analitycznej są niezwykle zróżnicowane i zależą od: właściwości fizyczne oraz stopień złożoności składu badanej substancji. W przypadku, gdy analizie chemicznej poddawany jest oczywiście czysty, jednorodny związek chemiczny, prace wykonuje się stosunkowo łatwo i szybko; gdy mamy do czynienia z mieszaniną kilku związków chemicznych, kwestia jej analizy staje się zatem bardziej skomplikowana, a przy produkcji pracy konieczne jest trzymanie się pewnego określonego systemu, aby nie przeoczyć jednego wchodzącego elementu Substancja. W chemii analitycznej istnieją dwa rodzaje reakcji: reakcje mokrej drogi(w roztworach) i suche reakcje..
w jakości Analiza chemiczna stosowane są tylko takie reakcje w roztworach, które są łatwo dostrzegalne ludzkie narządy uczucia, a moment wystąpienia reakcji rozpoznaje jedno z następujących zjawisk:
Opad atmosferyczny w reakcjach analizy chemicznej zależy to od powstania jakiejś substancji nierozpuszczalnej w wodzie; jeśli na przykład kwas siarkowy lub jego rozpuszczalną w wodzie sól dodaje się do roztworu soli baru, powstaje biały osad siarczanu baru w postaci proszku:
BaCl 2 + H 2 SO 4 \u003d 2HCl + BaSO 4 ↓
Mając na uwadze, że niektóre inne metale, na przykład ołów, zdolny do tworzenia nierozpuszczalnej soli siarczanowej PbSO 4, mogą dawać podobną reakcję tworzenia białego osadu pod działaniem kwasu siarkowego, aby mieć całkowitą pewność, że jest to dokładnie jeden lub inny metal, konieczne jest przeprowadzenie większej liczby reakcji weryfikacyjnych, poddając wytrącony w reakcji osad odpowiednim badaniom.
Do odnoszący sukcesy reakcje powstawania wytrąceń, oprócz doboru odpowiedniego odczynnika, należy również obserwować szereg bardzo ważne warunki w odniesieniu do wytrzymałości roztworów badanej soli i odczynnika, proporcji obu, temperatury, czasu trwania oddziaływania itp. Rozpatrując osady powstające w reakcjach analizy chemicznej należy zwrócić uwagę na ich wygląd zewnętrzny, czyli na kolor, strukturę (wytrącenia amorficzne i krystaliczne) itp., a także na ich właściwości w odniesieniu do wpływu ogrzewania, kwasów lub zasad itp. Podczas interakcji ze słabymi roztworami czasami konieczne jest czekać na powstanie osadu do 24-48 godzin, pod warunkiem, że są one utrzymywane w określonej temperaturze.
Reakcja tworzenia osadów, niezależnie od jej jakościowego znaczenia w analizie chemicznej, jest często wykorzystywana do oddzielania od siebie pewnych pierwiastków. W tym celu roztwór zawierający związki dwóch lub więcej pierwiastków traktuje się odpowiednim odczynnikiem zdolnym do przekształcenia niektórych z nich w związki nierozpuszczalne, a następnie utworzony osad oddziela się od roztworu (przesącz) przez filtrację, dalej badając je oddzielnie. Jeśli weźmiemy np. sole chlorku potasu i chlorku baru i dodamy do nich kwas siarkowy, to powstaje nierozpuszczalny osad siarczanu baru BaSO 4 i rozpuszczalny w wodzie siarczan potasu K 2 SO 4, który można odsączyć . Przy oddzielaniu osadu substancji nierozpuszczalnej w wodzie z roztworu należy najpierw zadbać o to, aby uzyskał on odpowiednią strukturę, umożliwiającą bezproblemowe przeprowadzenie prac filtracyjnych, a następnie po zebraniu go na filtrze, konieczne jest dokładne umycie go z obcych zanieczyszczeń. Według badań W. Ostwalda należy pamiętać, że przy użyciu określonej ilości wody do mycia bardziej celowe jest wielokrotne mycie osadu małymi porcjami wody niż odwrotnie - kilkukrotnie dużymi porcjami . Jeśli chodzi o powodzenie samej reakcji wydzielania pierwiastka w postaci nierozpuszczalnego osadu, to na podstawie teorii roztworów W. Ostwald stwierdził, że dla wystarczająco całkowitego oddzielenia pierwiastka w postaci nierozpuszczalnego osadu, zawsze konieczne jest pobranie nadmiaru odczynnika użytego do wytrącenia.
Zmiana koloru roztworu jest jedną z bardzo ważnych cech w reakcjach analizy chemicznej i jest bardzo ważna, zwłaszcza w związku z procesami utleniania i redukcji, a także w pracy ze wskaźnikami chemicznymi (patrz niżej - alkalimetria i kwasymetria).
Przykłady reakcje barwne w jakościowej analizie chemicznej mogą służyć następujące: tiocyjanian potasu KCNS daje charakterystyczne krwistoczerwone zabarwienie z solami tlenku żelaza; z solami tlenku żelaza ten sam odczynnik nic nie daje. Jeżeli do roztworu chlorku żelazowego FeCl 2 o lekko zielonym zabarwieniu doda się jakiś środek utleniający, np. wodę chlorową, roztwór zabarwi się żółty ze względu na powstawanie chlorku żelazowego, który jest najwyższym stopniem utlenienia tego metalu. Jeśli weźmiemy pomarańczowy dwuchromian potasu K 2 Cr 2 O 7 i dodamy do niego trochę kwasu siarkowego i odczynnika redukującego, np. spirytusu winnego, kolor pomarańczowy zmienia się na ciemnozielony, co odpowiada powstawaniu najniższego stopień utlenienia chromu w postaci soli siarczanu chromu Cr 3 (SO 4) 3.
W zależności od przebiegu analizy chemicznej często trzeba w niej przeprowadzić te procesy utleniania i redukcji. Najważniejszymi utleniaczami są: halogeny, kwas azotowy, nadtlenek wodoru, nadmanganian potasu, dichromian potasu; najważniejszymi czynnikami redukującymi są: wodór w momencie izolacji, siarkowodór, kwas siarkowy, chlorek cyny, jodowodór.
Reakcje odgazowania w roztworach do produkcji wysokiej jakości analizy chemicznej najczęściej nie mają one niezależnego znaczenia i są reakcjami pomocniczymi; najczęściej trzeba spotkać się z uwolnieniem dwutlenku węgla CO 2 - pod działaniem kwasów na sole węgla, siarkowodór - podczas rozkładu metali siarkowych kwasami itp.
Reakcje te wykorzystywane są w analizach chemicznych, głównie w tzw. „test wstępny”, podczas badania osadów pod kątem czystości, reakcji weryfikacyjnych oraz badania minerałów. Najważniejsze tego typu reakcje polegają na badaniu substancji w odniesieniu do:
Do wykonania tych testów w większości przypadków stosuje się nieświecący płomień palnika gazowego. Głównymi składnikami gazu oświetleniowego (wodór, tlenek węgla, gaz bagienny i inne węglowodory) są środki redukujące, ale gdy spala się w powietrzu (patrz Spalanie), powstaje płomień, w różne części w którym można znaleźć warunki niezbędne do redukcji lub utlenienia, a także do podgrzania do mniej lub bardziej wysokiej temperatury.
Test topliwości Przeprowadza się ją głównie w badaniach minerałów, dla których bardzo mały ich fragment, wzmocniony cienkim drutem platynowym, wprowadza się do części płomienia, która ma najwyższą temperaturę, a następnie za pomocą szkła powiększającego obserwują jak zaokrąglone są krawędzie próbki.
Test koloru płomienia jest wytwarzany przez wprowadzenie małej próbki sepii małej próbki substancji na drucie platynowym, najpierw do podstawy płomienia, a następnie do jego części o najwyższej temperaturze.
Test lotności Powstaje przez podgrzanie próbki substancji w cylindrze probierczym lub w szklanej rurce zamkniętej z jednej strony, a substancje lotne zamieniają się w pary, które następnie kondensują w zimniejszej części.
Suche utlenianie i redukcja można wytwarzać w kulkach z topionego boraksu ( 2 4 7 + 10 2 ) mała ilość w kulki otrzymane przez stopienie tych soli na drucie platynowym, a następnie są one podgrzewane w części utleniającej lub redukującej płomienia. Renowację można wykonać na wiele innych sposobów, a mianowicie: ogrzewanie na patyku zwęglonym sodą, ogrzewanie w szklanej rurce z metalami - sodem, potasem lub magnezem, ogrzewanie w węglu drzewnym za pomocą dmuchawki, ogrzewanie proste.
Klasyfikacja pierwiastków przyjęta w chemii analitycznej opiera się na tym samym podziale pierwiastków, który jest akceptowany w chemii ogólnej - na metale i niemetale (metaloidy), przy czym te ostatnie są najczęściej rozpatrywane w postaci odpowiednich kwasów. Do produkcji systematycznej analiza jakościowa każda z tych klas elementów jest po kolei podzielona na grupy o pewnych wspólnych cechach grupowych.
Metale w chemii analitycznej są podzielone na dwa działy, które z kolei dzielą się na pięć grup:
Glin i chrom nie tworzą w wodzie związków siarki; pozostałe metale tworzą związki siarki, które podobnie jak ich tlenki są rozpuszczalne w słabych kwasach. Z kwaśnego roztworu siarkowodór nie wytrąca ich, siarczek amonu wytrąca tlenki lub związki siarki. Siarczek amonu jest powszechnym odczynnikiem dla tej grupy, a nadmiar jego związków siarki nie rozpuszcza się. 4. grupa: srebro, ołów, bizmut, miedź, pallad, rod, ruten, osm. Związki siarki są nierozpuszczalne w słabych kwasach i są wytrącane przez siarkowodór w kwaśnym roztworze; są również nierozpuszczalne w siarczku amonu. Siarkowodór jest powszechnym odczynnikiem dla tej grupy. 5. grupa: cyna, arsen, antymon, złoto, platyna. Związki siarki są również nierozpuszczalne w słabych kwasach i są wytrącane przez siarkowodór z kwaśnego roztworu. Ale są rozpuszczalne w siarczku amonu i tworzą z nim rozpuszczalne w wodzie sulfasole.
Niemetale (metaloidy) muszą być odkryte w analizie chemicznej zawsze w postaci utworzonych przez nie kwasów lub ich odpowiednich soli. Podstawą podziału kwasów na grupy są właściwości ich soli baru i srebra w stosunku do ich rozpuszczalności w wodzie i częściowo w kwasach. Chlorek baru jest powszechnym odczynnikiem dla 1 grupy, azotan srebra w roztworze azotanu - dla 2 grupy sole baru i srebra z 3 grupy kwasów są rozpuszczalne w wodzie. 1. grupa: w roztworze obojętnym chlorek baru wytrąca nierozpuszczalne sole; sole srebra są nierozpuszczalne w wodzie, ale rozpuszczalne w kwas azotowy. Należą do nich kwasy: chromowy, siarkawy, siarkawy, wodny, węglowy, krzemowy, siarkowy, fluorokrzemowy (sole baru nierozpuszczalne w kwasach), arsenowy i arsenowy. 2. grupa: w roztworze zakwaszonym kwasem azotowym wytrąca się azotan srebra. Należą do nich kwasy: chlorowodorowy, bromowodorowy i jodowodorowy, cyjanowodorowy, siarkowodór, cyjanek żelaza i żelaza oraz jod. 3. grupa: kwas azotowy i kwas chlorowy, które nie są wytrącane ani azotanem srebra, ani chlorkiem baru.
Należy jednak pamiętać, że odczynniki wskazane dla kwasów nie są ogólnymi odczynnikami, które można wykorzystać do rozdzielenia kwasów na grupy. Odczynniki te mogą jedynie wskazywać na obecność kwasu lub innej grupy, a aby wykryć każdy pojedynczy kwas, należy użyć ich poszczególnych reakcji. Powyższa klasyfikacja metali i niemetali (metaloidów) dla potrzeb chemii analitycznej została przyjęta w rosyjskiej szkole i laboratoriach (wg N. A. Menshutkina), w laboratoriach zachodnioeuropejskich przyjęto inną klasyfikację, opartą jednak zasadniczo na tym samym zasady.
Podstaw teoretycznych reakcji jakościowej analizy chemicznej w roztworach należy szukać, jak już wskazano powyżej, w działach chemii ogólnej i fizycznej o roztworach i powinowactwie chemicznym. Jedną z pierwszych, najważniejszych kwestii jest stan wszystkich minerałów w roztworach wodnych, w którym zgodnie z teorią dysocjacji elektrolitycznej wszystkie substancje należące do klas soli, kwasów i zasad dysocjują na jony. Dlatego wszystkie reakcje analizy chemicznej zachodzą nie między całymi cząsteczkami związków, ale między ich jonami. Na przykład reakcja chlorku sodu NaCl i azotanu srebra AgNO 3 zachodzi zgodnie z równaniem:
Na + + Cl - + Ag + + (NO 3) - = AgCl↓ + Na + + (NO 3) - jon sodu + jon chlorkowy + jon srebra + anion kwasu azotowego = nierozpuszczalna sól + anion kwasu azotowego
W konsekwencji azotan srebra nie jest odczynnikiem dla chlorku sodu lub kwasu solnego, a jedynie dla jonu chloru. Zatem dla każdej soli w roztworze, z punktu widzenia chemii analitycznej, jej kation (jon metalu) i anion (pozostałość kwasowa) należy rozpatrywać oddzielnie. W przypadku wolnego kwasu należy wziąć pod uwagę jony wodorowe i anion; na koniec, dla każdej zasady, kation metalu i anion hydroksylowy. W istocie najważniejszym zadaniem jakościowej analizy chemicznej jest badanie reakcji różnych jonów oraz sposobów ich otwierania i oddzielania od siebie.
Aby osiągnąć ten ostatni cel, pod wpływem odpowiednich odczynników jony są przekształcane w nierozpuszczalne związki, które wytrącają się z roztworu w postaci strącania lub są oddzielane z roztworów w postaci gazów. W tej samej teorii dysocjacji elektrolitycznej należy szukać wyjaśnień działania wskaźników chemicznych, które często znajdują zastosowanie w analizie chemicznej. Zgodnie z teorią W. Ostwalda wszystkie wskaźniki chemiczne należą do stosunkowo słabych kwasów, częściowo zdysocjowanych w roztworach wodnych. Co więcej, niektóre z nich mają bezbarwne całe cząsteczki i kolorowe aniony, inne przeciwnie, mają kolorowe cząsteczki i bezbarwny anion lub anion o innym kolorze; wystawione na działanie wolnych jonów wodorowych kwasów lub jonów hydroksylowych zasad, wskaźniki chemiczne mogą zmieniać stopień ich dysocjacji, a jednocześnie ich barwę. Najważniejsze wskaźniki to:
Wskaźniki chemiczne mają bardzo ważne zastosowanie w analizie chemicznej masy (patrz poniżej). W reakcjach jakościowej analizy chemicznej często spotyka się również zjawisko hydrolizy, czyli rozkładu soli pod wpływem wody, a roztwór wodny ulega mniej lub bardziej silnemu odczynowi zasadowemu lub kwaśnemu.
W jakościowej analizie chemicznej ważne jest określenie nie tylko, jakie pierwiastki lub związki wchodzą w skład danej substancji, ale także w jakich, w przybliżeniu, względnych ilościach są te składniki. W tym celu należy zawsze postępować z pewnymi ilościami analitu (zwykle wystarczy wziąć 0,5-1 grama) i w trakcie analizy porównać ze sobą wielkość poszczególnych opadów. Konieczne jest również stosowanie roztworów odczynników o określonej sile, a mianowicie: normalny, półnormalny, dziesiąty normalny.
Każda jakościowa analiza chemiczna podzielona jest na trzy części:
Ze względu na charakter analitu mogą wystąpić cztery przypadki:
Podczas analizy substancja stała niemetaliczna przede wszystkim przeprowadza się badanie zewnętrzne i badanie mikroskopowe, a także wstępny test powyższymi metodami analizy w postaci suchej. Według wynalazku próbkę substancji rozpuszcza się, w zależności od jej charakteru, w jednym z następujących rozpuszczalników: wodzie, kwasie solnym, kwasie azotowym i wodzie królewskiej (mieszaninie kwasu solnego i azotowego). Substancje, które nie są w stanie rozpuścić się w żadnym ze wskazanych rozpuszczalników, są przenoszone do roztworu specjalnymi metodami, takimi jak: stapianie z sodą lub potasem, gotowanie z roztworem sody, ogrzewanie z niektórymi kwasami itp. Otrzymany roztwór poddaje się działaniu systematyczna analiza ze wstępną izolacją metali i kwasów na grupy i dalszym ich podziałem na poszczególne pierwiastki, z wykorzystaniem ich własnych szczególnych reakcji.
Podczas analizy stop metali pewna jego próbka jest rozpuszczana w kwasie azotowym (w rzadkich przypadkach w wodzie królewskiej), a powstały roztwór odparowuje się do sucha, po czym stałą pozostałość rozpuszcza się w wodzie i poddaje systematycznej analizie.
Jeśli substancja jest płyn Przede wszystkim zwraca uwagę jego kolor, zapach i reakcja na papierek lakmusowy (kwaśny, zasadowy, obojętny). Aby upewnić się, że w roztworze nie ma ciał stałych, niewielka część cieczy jest odparowywana na platynowej płytce lub szkiełku zegarkowym. Po tych wstępnych testach ciecz jest apalizowana konwencjonalnymi metodami.
Analiza gazy produkowane przez niektórych metody specjalne wskazane w analizie ilościowej.
Ilościowa analiza chemiczna ma na celu określenie względnej ilości poszczególnych składników związku chemicznego lub mieszaniny. Stosowane w nim metody zależą od jakości i składu substancji, dlatego ilościowa analiza chemiczna musi być zawsze poprzedzona jakościową analizą chemiczną.
Do wykonania analizy ilościowej można zastosować dwie różne metody: grawimetryczną i wolumetryczną. Metodą wagową oznaczane ciała izoluje się w miarę możliwości w postaci nierozpuszczalnych lub trudnorozpuszczalnych związków o znanym składzie chemicznym i oznacza się ich masę, na podstawie której można określić ilość żądany element przez obliczenie. W analizie wolumetrycznej mierzone są objętości miareczkowanych (zawierających pewną ilość odczynnika) roztworów użytych do analizy. Ponadto różni się szereg specjalnych metod ilościowej analizy chemicznej, a mianowicie:
Bardzo szczególna grupa to medyczna analiza chemiczna przytulanie się różne metody badania krwi, moczu i innych produktów przemiany materii ludzkiego ciała.
Metody wagowej ilościowej analizy chemicznej są dwojakiego rodzaju: metoda analizy bezpośredniej oraz metoda analizy pośredniej (pośredniej). W pierwszym przypadku oznaczany składnik wyodrębnia się w postaci nierozpuszczalnego związku, a następnie określa się wagę tego ostatniego. Analiza pośrednia opiera się na fakcie, że dwie lub więcej substancji poddanych tej samej obróbce chemicznej podlega nierównym zmianom masy. Mając na przykład mieszaninę chlorku potasu i azotanu sodu, pierwszy z nich można określić metodą bezpośredniej analizy, wytrącając chlor w postaci chlorku srebra i ważąc go. Jeśli występuje mieszanina soli potasowych i sodowych, można określić ich stosunek metodą pośrednią, wytrącając cały chlor w postaci chlorku srebra i określając jego wagę, a następnie obliczając.
Chemia analityczna to dział, który pozwala kontrolować produkcję i jakość produktów w różnych sektorach gospodarki. Poszukiwania zasobów naturalnych opierają się na wynikach tych badań. Do kontroli stopnia zanieczyszczenia środowiska wykorzystywane są metody chemii analitycznej.
Analiza jest główną opcją określania składu chemicznego pasz, nawozów, gleb, produktów rolnych, co jest ważne dla normalnego funkcjonowania sektora rolno-przemysłowego.
Jakość i chemia ilościowa niezastąpiony w biotechnologii, diagnostyce medycznej. Wydajność i efektywność wielu dziedzin naukowych zależy od stopnia wyposażenia laboratoriów badawczych.
Chemia analityczna to nauka, która pozwala określić skład i strukturę chemiczną materii. Jej metody pomagają odpowiedzieć na pytania dotyczące nie tylko składników substancji, ale także ich stosunku ilościowego. Z ich pomocą możesz zrozumieć, w jakiej formie dany składnik znajduje się w badanej substancji. W niektórych przypadkach można je wykorzystać do określenia przestrzennego rozmieszczenia elementów kompozytowych.
W myśleniu o metodach informacje często zapożyczane są z pokrewnych dziedzin nauki, są dostosowywane do konkretnego obszaru badań. Jakie pytania rozwiązuje chemia analityczna? Metody analizy umożliwiają opracowanie podstaw teoretycznych, ustalenie granic ich wykorzystania, ocenę cech metrologicznych i innych oraz stworzenie metod analizy różnych obiektów. Są stale aktualizowane, unowocześniane, stają się coraz bardziej wszechstronne i wydajne.
Mówiąc o metodzie analizy, przyjmują zasadę, którą kładzie się na wyrażenie relacji ilościowej między określaną właściwością a składem. Wybrane metody prowadzenia, w tym identyfikacja i eliminacja zakłóceń, urządzenia do działań praktycznych oraz opcje przetwarzania wykonanych pomiarów.
Istnieją trzy główne obszary wiedzy:
Nowoczesna chemia analityczna to połączenie analizy jakościowej i ilościowej. W pierwszym podrozdziale poruszono problematykę komponentów wchodzących w skład analizowanego obiektu. Drugi podaje informacje o ilościowej zawartości jednej lub więcej części substancji.
Podzielono je na następujące grupy: pobieranie próbek, rozkład próbek, rozdzielanie składników, ich identyfikacja i oznaczanie. Istnieją również metody hybrydowe, które łączą separację i definicję.
Największe znaczenie mają metody oznaczania. Dzielą się one ze względu na charakter analizowanej właściwości oraz wariant rejestracji określonego sygnału. Problemy chemii analitycznej często wiążą się z obliczaniem niektórych składników na podstawie reakcje chemiczne. Do przeprowadzenia takich obliczeń potrzebne są solidne podstawy matematyczne.
Wśród głównych wymagań, które dotyczą metod chemii analitycznej, wyróżniamy:
Wybierając metodę analizy, ważne jest, aby jasno poznać cel i cele badania, aby ocenić główne zalety i wady dostępnych metod.
Chemiczna metoda chemii analitycznej opiera się na reakcjach jakościowych charakterystycznych dla niektórych związków.
Po pobraniu i przygotowaniu próbki następuje etap analizy chemicznej. Wiąże się to z detekcją składników w mieszaninie, określeniem jej zawartości ilościowej.
Chemia analityczna to nauka, w której jest wiele metod, jedną z nich jest sygnał. Sygnał analityczny to średnia z kilku pomiarów wielkości fizycznej na ostatni etap analiza, która jest funkcjonalnie powiązana z zawartością pożądanego komponentu. W przypadku konieczności wykrycia określonego pierwiastka wykorzystują sygnał analityczny: osad, kolor, linię w widmie. Określenie ilości składnika jest związane z masą osadu, intensywnością linii widmowych i wielkością prądu.
Maskowanie to zahamowanie lub całkowite stłumienie reakcji chemicznej w obecności tych substancji, które mogą zmienić jej prędkość lub kierunek. Istnieją dwa rodzaje maskowania: równowagowe (termodynamiczne) i nierównowagowe (kinetyczne). W pierwszym przypadku powstają warunki, w których stała reakcji spada tak bardzo, że proces przebiega w sposób nieznaczny. Stężenie maskowanego składnika będzie niewystarczające do niezawodnego utrwalenia sygnału analitycznego. Maskowanie kinetyczne polega na wzroście różnicy prędkości analitu i substancji maskowanej za pomocą odczynnika stałego.
Przeprowadzenie koncentracji i separacji jest spowodowane pewnymi czynnikami:
Separacja to proces, w którym składniki obecne w oryginalnej mieszaninie mogą zostać oddzielone od siebie.
Koncentracja to operacja, dzięki której wzrasta stosunek liczby małych pierwiastków do liczby makroskładników.
Opady nadają się do oddzielenia kilku.Stosuj go w połączeniu z metodami oznaczania przeznaczonymi do uzyskania sygnału analitycznego z próbek stałych. Podział opiera się na różnej rozpuszczalności substancji stosowanych w roztworach wodnych.
Zakład Chemii Analitycznej obejmuje: badania laboratoryjne związane z ekstrakcją. To znaczy proces fizyczny i chemiczny dystrybucja materii między niemieszającymi się cieczami. Ekstrakcja nazywana jest również procesem wymiany masy podczas reakcji chemicznych. Takie metody badawcze nadają się do ekstrakcji, koncentracji makro- i mikrokomponentów, a także do izolacji grupowej i indywidualnej w analizie różnych naturalnych i obiekty przemysłowe. Techniki te są proste i szybkie w wykonaniu, gwarantują doskonałą koncentrację i skuteczność separacji oraz są w pełni kompatybilne z różnymi metodami wykrywania. Dzięki ekstrakcji możliwe jest zbadanie stanu składnika w roztworze w różnych warunkach, a także ujawnienie jego właściwości fizykochemicznych.
Służy do zatężania i rozdzielania substancji. Technologie sorpcyjne zapewniają dobrą selektywność rozdzielania mieszanin. Jest to proces pochłaniania par, cieczy, gazów przez sorbenty (absorbery na bazie ciała stałego).
Co jeszcze robi chemia analityczna? Podręcznik zawiera informacje o metodzie elektrorozładowania, w której skoncentrowana lub odseparowana substancja osadzana jest na elektrodach stałych w postaci prosta substancja lub jako część połączenia.
Elektroliza polega na wytrącaniu określonej substancji za pomocą prąd elektryczny. Najpopularniejszą opcją jest katodowe osadzanie metali o niskiej aktywności. Materiałem na elektrodę może być platyna, węgiel, miedź, srebro, wolfram.
Opiera się na różnicach prędkości ruchu cząstek o różnych ładunkach w polu elektrycznym ze zmianą napięcia, wielkości cząstek. Obecnie w chemii analitycznej wyróżnia się dwie formy elektroforezy: prostą (czołową) i na nośniku (strefę). Pierwsza opcja jest odpowiednia dla małej objętości roztworu, która zawiera rozdzielane składniki. Umieszcza się go w tubie, w której znajdują się roztwory. Chemia analityczna wyjaśnia wszystkie procesy zachodzące na katodzie i anodzie. W elektroforezie strefowej ruch cząstek odbywa się w medium stabilizującym, które utrzymuje je na miejscu po wyłączeniu prądu.
Metoda nawęglania polega na odtworzeniu części składowych na metalach, które mają znaczny potencjał ujemny. W takim przypadku zachodzą jednocześnie dwa procesy: katodowy (z uwolnieniem składnika) i anodowy (rozpuszcza się metal cementujący).
Destylacja opiera się na różnej lotności substancje chemiczne. Następuje przejście od postaci ciekłej do stanu gazowego, następnie skrapla się, ponownie przechodząc w fazę ciekłą.
Przy prostej destylacji przebiega jednoetapowy proces separacji, po którym następuje zatężanie substancji. W przypadku parowania usuwane są substancje obecne w postaci lotnej. Na przykład wśród nich mogą być makro- i mikrokomponenty. Sublimacja (sublimacja) polega na przejściu substancji z fazy stałej do gazu z pominięciem postaci ciekłej. Podobną technikę stosuje się w przypadkach, gdy rozdzielane substancje są słabo rozpuszczalne w wodzie lub słabo się topią.
W chemii analitycznej istnieje wiele sposobów na wyizolowanie jednej substancji z mieszaniny, aby zidentyfikować jej obecność w badanej próbce. Chromatografia jest jedną z najczęściej stosowanych metod analitycznych. Pozwala na identyfikację substancji ciekłych, gazowych, stałych, które mają waga molekularna od 1 do 106 roku. np. Dzięki chromatografii możliwe jest uzyskanie pełnej informacji o właściwościach i strukturze substancji organicznych różnych klas. Metoda opiera się na podziale komponentów pomiędzy fazą ruchomą i stacjonarną. Stacjonarny to substancja stała (sorbent) lub ciekła warstwa, która osadza się na substancji stałej.
Faza ruchoma to gaz lub ciecz, która przepływa przez część stacjonarną. Dzięki tej technologii możliwa jest identyfikacja poszczególnych składników, przeprowadzenie składu ilościowego mieszanki oraz rozdzielenie jej na składniki.
Oprócz chromatografii w analizie jakościowej i ilościowej stosuje się metody grawimetryczne, miareczkowe i kinetyczne. Wszystkie opierają się na fizycznym i właściwości chemiczne substancji, umożliwiają badaczowi wykrycie określonych związków w próbce, obliczenie ich ilościowej zawartości. Chemię analityczną można słusznie uznać za jedną z najważniejszych gałęzi nauki.
Przedmiot i zadania chemii analitycznej.
Chemia analityczna zwana nauką o metodach jakościowego i ilościowego badania składu substancji (lub ich mieszanin). Zadaniem chemii analitycznej jest rozwijanie teorii chemicznych i fizykochemicznych metod analizy i operacji w badaniach naukowych.
Chemia analityczna składa się z dwóch głównych gałęzi: analiza jakościowa polega na „otwarciu”, czyli odkrycie poszczególne elementy(lub jony), które tworzą analit. Analiza ilościowa polega na określeniu ilościowej zawartości poszczególnych składników substancji złożonej.
Wartość praktyczna chemia analityczna jest świetna. Stosując metody chem. analiza, odkryto prawa: stałość składu, wielokrotność stosunków, masy atomowe pierwiastków, równoważniki chemiczne, ustalono formuły wielu związków.
Chemia analityczna przyczynia się do rozwoju nauk przyrodniczych – geochemii, geologii, mineralogii, fizyki, biologii, dyscyplin technologicznych, medycyny. Analiza chemiczna jest podstawą nowoczesnej kontroli chemiczno-technologicznej wszystkich gałęzi przemysłu, w których prowadzona jest analiza surowców, produktów i odpadów produkcyjnych. Na podstawie wyników analizy oceniany jest przebieg procesu technologicznego oraz jakość produktów. Chemiczne i fizykochemiczne metody analizy leżą u podstaw ustanowienia standardów państwowych dla wszystkich wytwarzanych produktów.
Rola chemii analitycznej w organizacji monitoringu środowiska jest ogromna. Jest to monitoring zanieczyszczenia wód powierzchniowych, gleb metalami ciężkimi, pestycydami, produktami naftowymi, radionuklidami. Jednym z celów monitoringu jest stworzenie kryteriów wyznaczających granice możliwych szkód środowiskowych. Na przykład MPC - maksymalne dopuszczalne stężenie- jest to takie stężenie, gdy przy ekspozycji na organizm człowieka, okresowo lub przez całe życie, bezpośrednio lub pośrednio poprzez systemy ekologiczne, nie stwierdza się choroby ani zmiany stanu zdrowia nowoczesne metody natychmiast lub w dłuższej perspektywie. Dla każdego chem. substancje mają swoją własną wartość MPC.
Klasyfikacja metod analizy jakościowej.
Badając nowy związek, przede wszystkim określa się, z jakich pierwiastków (lub jonów) się składa, a następnie zależności ilościowe, w jakich się znajdują. Dlatego analiza jakościowa zwykle poprzedza analizę ilościową.
Wszystkie metody analityczne opierają się na pozyskiwaniu i pomiarze sygnał analityczny, tych. wszelkie przejawy chemicznych lub fizycznych właściwości substancji, które można wykorzystać do ustalenia składu jakościowego analizowanego obiektu lub do ilościowego określenia zawartych w nim składników. Analizowany obiekt może być połączeniem indywidualnym w dowolnym stanie agregacji. mieszanka związków obiekt naturalny(gleba, ruda, minerały, powietrze, woda), produkty produkcja przemysłowa i jedzenie. Przed analizą przeprowadza się pobieranie próbek, mielenie, przesiewanie, uśrednianie itp. Obiekt przygotowany do analizy nosi nazwę próbka lub test.
Wybierz metodę w zależności od wykonywanego zadania. Metody analityczne analizy jakościowej według sposobu wykonania dzielą się na: 1) analizę „suchą” i 2) analizę „mokrą”.
Analiza sucha przeprowadzone z ciała stałe. Dzieli się na metodę pirochemiczną i metodę pocierania.
pirochemiczny (Grecki - ogień) rodzaj analizy przeprowadza się poprzez podgrzanie badanej próbki w płomieniu palnika gazowego lub alkoholowego, wykonuje się ją na dwa sposoby: uzyskanie kolorowych „perełek” lub zabarwienie płomienia palnika.
1. „Perły”(Francuski - perły) powstają przez rozpuszczenie soli NaNH 4 PO 4 4 H 2 O, Na 2 B 4 O 7 ∙ 10 H 2 O w stopie - boraks) lub tlenków metali. Obserwując kolor uzyskanych perełek „okularów”, ustala się obecność pewnych pierwiastków w próbce. Na przykład związki chromu tworzą perłową zieleń, kobalt - niebieski, mangan - fioletowo-ametyst itp.
2. Kolorowanie płomienia- lotne sole wielu metali, gdy zostaną wprowadzone do nieświecącej części płomienia, zabarwić różne kolory np. sód jest intensywnie żółty, potas jest fioletowy, bar jest zielony, wapń jest czerwony itp. Tego typu analizy są wykorzystywane w badaniach wstępnych oraz jako „szybka” metoda.
Analiza tarcia. (1898 Flawicki). Badana próbka jest mielona w porcelanowym moździerzu z równą ilością odczynnika stałego. Obecność oznaczanego jonu ocenia się na podstawie koloru otrzymanego związku. Metodę stosuje się w badaniach wstępnych i przeprowadzaniu analiz „ekspresowych” w terenie do analizy rud i minerałów.
2. Analiza metodą „mokrą” to analiza próbki rozpuszczonej w rozpuszczalniku. Najczęściej stosowanym rozpuszczalnikiem jest woda, kwasy lub zasady.
Zgodnie z metodą przeprowadzania metody analizy jakościowej dzielą się na ułamkowe i systematyczne. Metoda analizy frakcyjnej- to jest definicja jonów wykorzystujących określone reakcje w dowolnej kolejności. Znajduje zastosowanie w laboratoriach agrochemicznych, fabrycznych i spożywczych, gdy znany jest skład badanej próbki i wymagane jest jedynie sprawdzenie braku zanieczyszczeń lub w badaniach wstępnych. Analiza systematyczna - jest to analiza w ściśle określonej kolejności, w której każdy jon jest wykrywany dopiero po wykryciu i usunięciu jonów zakłócających.
W zależności od ilości substancji pobranej do analizy, a także od techniki wykonywania operacji, metody dzielą się na:
- makroanaliza - przeprowadzany w stosunkowo dużych ilościach substancji (1-10 g). Analizę przeprowadza się w roztworach wodnych oraz w probówkach.
- mikroanaliza - bada bardzo małe ilości substancji (0,05 - 0,5 g). Wykonuje się go albo na pasku papieru, szkiełku zegarkowym z kroplą roztworu (analiza kropli) lub na szklanym szkiełku w kropli roztworu, otrzymuje się kryształy, w postaci których oznacza się substancję pod mikroskopem ( mikrokrystaloskopowa).
Podstawowe pojęcia chemii analitycznej.
Reakcje analityczne - są to reakcje, którym towarzyszy wyraźnie zaznaczony efekt zewnętrzny:
1) wytrącanie lub rozpuszczanie osadu;
2) zmiana koloru roztworu;
3) wydzielanie gazu.
Ponadto reakcjom analitycznym stawiane są jeszcze dwa wymagania: nieodwracalność i wystarczająca szybkość reakcji.
Substancje, które powodują reakcje analityczne, nazywane są odczynniki lub odczynniki. Wszystkie chemikalia. odczynniki podzielone są na grupy:
1) przez skład chemiczny(węglany, wodorotlenki, siarczki itp.)
2) zgodnie ze stopniem oczyszczenia głównego składnika.
Warunki wykonywania chem. analiza:
1. Środowisko reakcji
2. Temperatura
3. Stężenie oznaczanego jonu.
Środa. Kwaśny, zasadowy, obojętny.
Temperatura. Większość chemii. reakcje są przeprowadzane o warunki pokojowe„na mrozie”, a czasem trzeba schłodzić się pod kranem. Wiele reakcji zachodzi po podgrzaniu.
Stężenie- jest to ilość substancji zawartej w określonej masie lub objętości roztworu. Nazywa się reakcję i odczynnik zdolny do wywołania zauważalnego efektu zewnętrznego związanego z nią nawet przy znikomym stężeniu analitu wrażliwy.
Czułość reakcji analitycznych charakteryzuje:
1) rozcieńczenie ograniczające;
2) stężenie graniczne;
3) minimalną objętość skrajnie rozcieńczonego roztworu;
4) granica wykrywalności (minimum wykrywalne);
5) wskaźnik wrażliwości.
Ograniczenie rozcieńczenia Vlim - maksymalna objętość roztworu, w której można wykryć jeden gram danej substancji (w ponad 50 eksperymentach na 100 eksperymentów) przy użyciu danej reakcji analitycznej. Ograniczenie rozcieńczenia wyraża się w ml/g.
Na przykład w reakcji jonów miedzi z amoniakiem w roztworze wodnym
Cu 2+ + 4NH 3 = 2+ (jasnoniebieski kompleks)
Ograniczenie rozcieńczenia jonu miedzi wynosi (Vlim = 2,5 · 10 5 mg/l), tj. jony miedzi można wykryć stosując tę reakcję w roztworze zawierającym 1 g miedzi w 250 000 ml wody. W roztworze zawierającym mniej niż 1 g miedzi (II) w 250 000 ml wody, kationy te nie mogą być wykryte w powyższej reakcji.
Stężenie graniczne Сlim (Cmin) – najniższe stężenie, przy którym analit można wykryć w roztworze w danej reakcji analitycznej. Wyrażony w g/ml.
Stężenie graniczne i rozcieńczenie graniczne są powiązane zależnością: Сlim = 1 / V lim
Na przykład jony potasu w roztworze wodnym otwiera się heksanitrokobaltanem sodu (III)
2K + + Na 3 [ Co(NO 2) 6 ] ® NaK 2 [ Co(NO 2) 6 ] ¯ + 2Na +
Stężenie graniczne jonów K+ w tej reakcji analitycznej wynosi Clim = 10-5 g/ml, tj. Jon potasu nie może zostać otwarty w tej reakcji, jeśli jego zawartość jest mniejsza niż 10-5 gw 1 ml analizowanego roztworu.
Minimalna objętość skrajnie rozcieńczonego roztworu Vmin to najmniejsza objętość analizowanego roztworu wymagana do wykrycia substancji, która ma zostać wykryta przez daną reakcję analityczną. Wyrażony w ml.
Granica wykrywalności (minimum otwarcia) m jest najmniejszą masą analitu, którą dany an może jednoznacznie wykryć. reakcja w minimalnej objętości bardzo rozcieńczonego roztworu. Wyrażony w µg (1 µg = 10-6 g).
m = C lim V min × 10 6 = V min × 10 6 / V lim
Wskaźnik wrażliwości reakcja analityczna jest określona
pС lim = - lg C lim = - lg(1/Vlim) = lg V lim
Jakiś. reakcja jest tym bardziej czuła, im mniejsze jest jej minimum otwarcia, minimalna objętość maksymalnie rozcieńczonego roztworu i tym większe maksymalne rozcieńczenie.
Wartość granicy wykrywalności zależy od:
1. Stężenia roztworu testowego i odczynnika.
2. Czas trwania kursu an. reakcje.
3. Sposób obserwacji efektu zewnętrznego (wizualnie lub za pomocą instrumentu)
4. Spełnienie warunków do realizacji an. Reakcje (t, pH, ilość odczynnika, jego czystość)
5. Obecność i usuwanie zanieczyszczeń, obcych jonów
6. Cechy indywidulane chemik analityczny (dokładność, ostrość wzroku, umiejętność rozróżniania kolorów).
Rodzaje reakcji analitycznych (odczynniki):
Konkretny- reakcje pozwalające na oznaczenie danego jonu lub substancji w obecności jakichkolwiek innych jonów lub substancji.
Na przykład: NH4 + + OH - = NH 3 (zapach) + H 2 O
Fe 3+ + OUN - = Fe(OUN) 3 ¯
krwistoczerwony
selektywny- reakcje pozwalają na selektywne otwieranie kilku jonów jednocześnie z tym samym efektem zewnętrznym. Im mniej jonów otwiera dany odczynnik, tym wyższa jest jego selektywność.
Na przykład:
NH 4 + + Na 3 \u003d NH 4 Na
K + + Na 3 \u003d NaK 2
Reakcje grupowe (odczynniki) pozwalają wykryć całą grupę jonów lub niektóre związki.
Na przykład: kationy grupy II - odczynnik grupy (NH4)2CO3
СaCI 2 + (NH 4) 2 CO 3 \u003d CaCO 3 + 2 NH 4 CI
BaCI 2 + (NH 4) 2 CO 3 \u003d BaCO 3 + 2 NH 4 CI
SrCI 2 + (NH 4) 2 CO 3 \u003d SrCO 3 + 2 NH 4 CI
MOSKWA INSTYTUT MOTORYZACYJNO-DROGOWY (PAŃSTWOWA AKADEMIA TECHNICZNA)
Wydział Chemii
Zatwierdzam głowę. profesor wydziału
I.M.Papisow „___” ____________ 2007
AA LITMANOVICH, O.E. LITMANOWYCZ
CHEMIA ANALITYCZNA Część 1: Jakościowa analiza chemiczna
zestaw narzędzi
dla studentów II roku specjalności „Inżynieria ochrony środowiska”
MOSKWA 2007
Litmanovich A.A., Litmanovich O.E. Chemia analityczna: Część 1: Jakościowa analiza chemiczna: Przewodnik metodologiczny / MADI
(GTU) - M., 2007. 32 s.
Uwzględniono podstawowe prawa chemiczne analizy jakościowej związki nieorganiczne oraz ich przydatność do określania składu obiektów środowiskowych. Podręcznik przeznaczony jest dla studentów specjalności „Inżynieria Środowiska”.
© Moskiewski Instytut Samochodowy i Drogowy (Państwowy Uniwersytet Techniczny), 2008
ROZDZIAŁ 1. PRZEDMIOT I CELE CHEMII ANALITYCZNEJ. REAKCJE ANALITYCZNE
1.1. Przedmiot i zadania chemii analitycznej
Chemia analityczna- nauka o metodach badania składu substancji. Za pomocą tych metod ustala się, które pierwiastki chemiczne, w jakiej formie i w jakiej ilości są zawarte w badanym obiekcie. W chemii analitycznej wyróżnia się dwie duże sekcje - analizę jakościową i ilościową. Zadania postawione przez chemię analityczną rozwiązuje się za pomocą metod chemicznych i instrumentalnych (fizycznych, fizykochemicznych).
W chemicznych metodach analizy oznaczany pierwiastek jest przekształcany w związek o takich właściwościach, za pomocą którego można stwierdzić obecność tego pierwiastka lub zmierzyć jego ilość. Jednym z głównych sposobów pomiaru ilości powstałego związku jest wyznaczenie masy substancji poprzez ważenie na wadze analitycznej – grawimetryczna metoda analizy. Metody ilościowej analizy chemicznej oraz instrumentalne metody analizy zostaną omówione w części 2 podręcznik metodologiczny w chemii analitycznej.
Pilnym kierunkiem w rozwoju nowoczesnej chemii analitycznej jest rozwój metod analizy obiektów środowiskowych, ścieków i ścieków, emisji gazów z przedsiębiorstw przemysłowych i transportu drogowego. Kontrola analityczna umożliwia wykrycie nadmiernej zawartości szczególnie szkodliwych składników w zrzutach i emisjach oraz pomaga zidentyfikować źródła zanieczyszczenia środowiska.
Analiza chemiczna opiera się na podstawowych prawach chemii ogólnej i nieorganicznej, które już znasz. Podstawy teoretyczne analiza chemiczna obejmuje: znajomość właściwości roztworów wodnych; równowaga kwasowo-zasadowa w wodzie
rozwiązania; równowagi redoks i właściwości substancji; wzory reakcji kompleksowania; warunki powstawania i rozpuszczania fazy stałej (osadów).
1.2. reakcje analityczne. Warunki i metody ich realizacji
Jakościowa analiza chemiczna przeprowadzana jest za pomocą reakcje analityczne, którym towarzyszą zauważalne zmiany zewnętrzne: na przykład wydzielanie się gazu, odbarwienie, tworzenie lub rozpuszczanie osadu, w niektórych przypadkach pojawienie się specyficznego zapachu.
Podstawowe wymagania dla reakcji analitycznych:
1) Wysoka czułość, charakteryzujący się wartością granicy wykrywalności (Cmin) - najniższym stężeniem składnika w próbce roztworu, przy którym ta technika analizy pozwala pewnie wykryć ten składnik. Absolutna minimalna wartość masy substancji, którą można wykryć w reakcjach analitycznych, wynosi od 50 do 0,001 μg (1 μg = 10–6 g).
2) Selektywność- charakteryzuje się zdolnością odczynnika do reagowania z jak najmniejszą liczbą składników (pierwiastków). W praktyce starają się wykryć jony w warunkach, w których reakcja selektywna staje się specyficzna, tj. pozwala wykryć ten jon w obecności innych jonów. Jak przykłady konkretnych reakcji(których jest kilka) są następujące.
a) Oddziaływanie soli amonowych z nadmiarem alkaliów po podgrzaniu:
NH4Cl + NaOH → NH3 + NaCl + H2O. (jeden)
Uwolniony amoniak można łatwo rozpoznać po charakterystycznym zapachu („amoniak”) lub po zmianie koloru mokrego papierka wskaźnikowego nałożonego na szyjkę probówki. Reakcja
pozwala wykryć obecność jonów amonowych NH4+ w analizowanym roztworze.
b) Oddziaływanie soli żelaza z heksacyjanożelazianem (III) K3 potasu z utworzeniem osadu koloru niebieskiego(Turnbull niebieski lub pruski niebieski). Reakcja (dobrze Ci znana na temat „Korozja metali” na kursie)
Reakcje te umożliwiają wykrycie jonów Fe2+ i Fe3+ w analizowanym roztworze.
Specyficzne reakcje są wygodne, ponieważ obecność nieznanych jonów można określić metodą frakcyjną - w oddzielnych próbkach analizowanego roztworu zawierających inne jony.
3) Szybkość reakcji ( wysoka prędkość) i łatwość wdrożenia.
Wysoka szybkość reakcji zapewnia osiągnięcie równowagi termodynamicznej w układzie w krótkim czasie (praktycznie z szybkością mieszania składników w reakcjach w roztworze).
Wykonując reakcje analityczne należy pamiętać, co decyduje o przesunięciu równowagi reakcji we właściwym kierunku i jej przepływie na dużą głębokość transformacji. W przypadku reakcji zachodzących w wodnych roztworach elektrolitów na przesunięcie równowagi termodynamicznej ma wpływ stężenie jonów o tej samej nazwie, pH środowiska oraz temperatura. W szczególności zależy od temperatury wartość stałych równowagi - stałe
dysocjacja słabych elektrolitów i produktów rozpuszczalności (PR) słabo rozpuszczalnych soli, zasad
Czynniki te determinują głębokość reakcji, wydajność produktu oraz dokładność oznaczenia analitu (lub samą możliwość wykrycia określonego jonu w niewielkiej ilości i stężeniu analitu).
Czułość niektórych reakcji wzrasta w wodnym roztworze organicznym, na przykład po dodaniu acetonu lub etanolu do roztworu wodnego. Np. w wodnym roztworze etanolu rozpuszczalność CaSO4 jest znacznie niższa niż w roztworze wodnym (wartość SP jest niższa), co umożliwia jednoznaczne wykrycie obecności jonów Ca2+ w analizowanym roztworze w znacznie niższych stężeniach niż w roztworze wodnym, a także jak najzupełniej uwolnić roztwór od tych jonów (wytrącanie za pomocą H2SO4), aby kontynuować analizę roztworu.
W jakościowej analizie chemicznej opracowywana jest racjonalna sekwencja w oddzielaniu i wykrywaniu jonów - systematyczny przebieg (schemat) analizy. W tym przypadku jony są izolowane z mieszaniny grupami, w oparciu o ich równy stosunek do działania pewnych odczynniki grupowe.
Wykorzystywana jest jedna porcja analizowanego roztworu, z której sekwencyjnie izoluje się grupy jonów w postaci wytrąceń oraz roztworów, w których następnie wykrywane są poszczególne jony . Zastosowanie odczynników grupowych umożliwia rozkład trudne zadanie analizę jakościową na kilka prostszych. Stosunek jonów do działania pewnych
odczynniki grupowe to podstawa klasyfikacja analityczna jonów.
1.3. Analiza wstępna roztworu wodnego zawierającego mieszaninę soli według koloru, zapachu, wartości pH
Obecność barwy w klarownym roztworze proponowanym do analizy może wskazywać na obecność jednego lub kilku jonów jednocześnie (tab. 1). Intensywność koloru zależy od stężenia jonu w próbce, a sam kolor może się zmienić, jeśli
kationy metali tworzą bardziej stabilne jony złożone niż kationy złożone z cząsteczkami H2O jako ligandami, dla których kolor roztworu podano w tabeli. jeden .
Tabela 1 |
||
Kolor zaprawy | Możliwe kationy | Możliwy |
Turkus | Cu2+ | |
Cr3+ | ||
Ni2+ | MnO4 2- |
|
Fe3+ (z powodu hydrolizy) | CrO4 2- , Cr2 O7 2- |
|
CO2+ | MnO4- |
pomiar pH proponowanego roztworu ( jeśli roztwór jest przygotowany w wodzie, a nie w roztworze zasady lub kwasu) również
daje dodatkowe | Informacja o | możliwy skład | |||||
Tabela 2 |
|||||||
Własny- | Możliwy | Możliwy |
|||||
ny pH wody- | |||||||
rozwiązanie | |||||||
Hydroliza | Na+ , K+ , Ba2+ , | SO3 2- , S2- , CO3 2- , |
|||||
wykształcony | Ca2+ | CH3COO- | |||||
metale | (odpowiedni |
||||||
podstawa | elektroniczny | kwasy są słabe |
|||||
słaby kwas | rodziny) | elektrolity) |
|||||
Hydroliza | NH4+ | Cl-, SO4 2- , NO3 - , Br- |
|||||
wykształcony | (odpowiedni |
||||||
praktycznie | |||||||
kwas | |||||||
metale | elektrolity) |
||||||
podstawa | |||||||
Hydroliza | Al3+ , Fe3+ | ||||||
fusy | |||||||
Wodne roztwory niektórych soli mogą mieć specyficzne zapachy w zależności od pH roztworu ze względu na tworzenie się niestabilnych (rozkładających się) lub lotnych związków. Dodając roztwory NaOH do roztworu próbki lub
silny kwas (HCl, H2 SO4), roztwór można delikatnie powąchać (Tabela 3).
Tabela 3
pH roztworu | Odpowiadający jon |
||
po dodaniu | |||
w rozwiązaniu |
|||
Amoniak | NH4+ |
||
(zapach amoniaku) | |||
nieprzyjemny | SO3 2- |
||
zapach (SO2) | |||
"Ocet winny" | (octowy | CH3COO- |
|
kwas CH3COOH) | |||
(siarkowodór H2S) | |||
Przyczyną zapachu (patrz tabela 3) jest dobrze znana właściwość reakcji w roztworach elektrolitów - wypieranie słabych kwasów lub zasad (często wodnych roztworów substancji gazowych) z ich soli odpowiednio przez mocne kwasy i zasady.
ROZDZIAŁ 2. JAKOŚCIOWA ANALIZA CHEMICZNA Kationów
2.1. Metoda kwasowo-zasadowa klasyfikacji kationów według grup analitycznych
Najprostsza i najmniej „szkodliwa” kwasowo-zasadowa (podstawowa) metoda analizy jakościowej opiera się na stosunku kationów do kwasów i zasad. Klasyfikacji kationów dokonuje się według następujących kryteriów:
a) rozpuszczalność chlorków, siarczanów i wodorotlenków; b) zasadowy lub amfoteryczny charakter wodorotlenków;
c) zdolność do tworzenia trwałych związków kompleksowych z amoniakiem (NH3) - amoniakami (tzw. kompleksami aminowymi).
Wszystkie kationy są podzielone na sześć grup analitycznych przy użyciu 4 odczynników: 2M roztworu HCl, 1M roztworu H2SO4, 2M roztworu NaOH i stężonego wodnego roztworu amoniaku
NH4OH (15-17%) (Tabela 4).
Tabela 4 Klasyfikacja kationów według grup analitycznych
Grupa | Wynik |
||
akcja grupowa |
|||
odczynnik |
|||
Ag+ , Pb2+ | Osad: AgCl, PbCl2 |
||
1M H2SO4 | (Pb2+ ), Ca2+ , | Osad (biały): BaSO4, |
|
Ba2+ | (PbSO4), CaSO4 |
||
Al3+ , Cr3+ , Zn2+ | Rozwiązanie: [Аl(OH)4]–, |
||
(nadmiar) | – , 2– |
||
NH4OH (stęż.) | Fe2+ , Fe3+ , Mg2+ , | Osad: Fe(OH)2, |
|
Mn2+ | Fe(OH)3 , Mg(OH)2 , |
||
Mn(OH)2 |
|||
NH4OH (stęż.) | Cu2+ , Ni2+ , Co2+ | Zaprawa (malowana): |
|
2+ , niebieski |
|||
2+ , niebieski |
|||
2+ , żółty (wł. |
|||
powietrze zmienia kolor na niebieski z powodu |
|||
utlenianie do Co3+ ) |
|||
Zaginiony | NH4+ , Na+ , K+ |
Oczywiście powyższa lista kationów nie jest kompletna i obejmuje kationy najczęściej spotykane w praktyce w analizowanych próbach. Ponadto istnieją inne zasady klasyfikacji według grup analitycznych.
2.2. Wewnątrzgrupowa analiza kationów i reakcje analityczne do ich wykrywania
2.2.1. Pierwsza grupa (Ag+ , Pb2+ )
Roztwór testowy zawierający kationy Ag+, Pb2+
↓ + 2M roztwór HCl + C 2 H5 OH (w celu zmniejszenia rozpuszczalności PbCl2)
Jeśli PC > PR, są tworzone białe osady mieszaniny chlorków,
które są oddzielone od roztworu (roztwór nie jest analizowany):
Ag+ + Cl– ↔ AgCl↓ i Pb2+ + 2Cl– ↔ PbCl2 ↓ (3)
Oczywiście przy niskich stężeniach wytrąconych kationów stężenie anionów Cl– powinno być stosunkowo wysokie
↓ Sedymentacja części + H2 O (destylowana) + gotowanie
Częściowo idzie do rozwiązania | W osadzie - wszystkie AgCl i |
||
Jony Pb 2+ (przesunięcie równowagi | częściowo PbCl2 | ||
(3) w lewo, ponieważ PC< ПР для PbCl2 ) | |||
↓ + NH4OH (stęż.) | |||
Wykrywanie w roztworze, | |||
1. Rozpuszczenie AgCl z powodu |
|||
oddzielone od osadu: | kompleksacja: | ||
1. Z odczynnikiem KI (po | AgCl↓+ 2NH4OH(e) → | ||
chłodzenie): | →+ +Cl– +2H2O |
||
Pb2+ + 2I– → PbI2 ↓ (złoty | |||
kryształy) (4) | |||
↓+ 2M roztwór HNO3 | |||
↓ do pH<3 | |||
2. Wytrącanie AgCl z powodu |
|||
rozpad jonu złożonego: |
|||
Cl– + 2HNO3 | |||
→AgCl↓+ 2NH4 + + 2NO3 | |||
↓ Do 2. części osadu mieszanina chlorków + 30%
