4.2. HROMATOGRAFSKE METODE

4.3. HEMIJSKE METODE

4.4. ELEKTROHEMIJSKE METODE

4.5. SPEKTROSKOPSKE METODE

4.6. MASE SPEKTROMETRIJSKE METODE

4.7. METODE ANALIZE NA BAZI RADIOAKTIVNOSTI

4.8. TERMIČKE METODE

4.9. BIOLOŠKE METODE ANALIZE

5. ZAKLJUČAK

6. SPISAK KORIŠĆENE LITERATURE

UVOD

Hemijska analiza služi kao sredstvo za praćenje proizvodnje i kvaliteta proizvoda u nizu sektora nacionalne privrede. Istraživanje minerala se u različitom stepenu zasniva na rezultatima analize. Analiza je glavno sredstvo kontrole kontaminacije okruženje. Pronalaženje hemijski sastav zemljište, đubriva, stočnu hranu i poljoprivredni proizvodi važan je za normalno funkcionisanje agroindustrijskog kompleksa. Hemijska analiza je neophodna u medicinska dijagnostika, biotehnologija. Razvoj mnogih nauka zavisi od nivoa hemijske analize, opremljenosti laboratorije metodama, instrumentima i reagensima.

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

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

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

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

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

Postoje tri funkcije analitičke hemije kao polja znanja:

1. rješavanje općih pitanja analize,

2. razvoj analitičke metode,

3. rješavanje specifičnih problema analize.

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

2. KLASIFIKACIJA METODA

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

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

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

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

3. ANALITIČKI SIGNAL

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

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

4. METODE ANALITIČKE HEMIJE

4.1. METODE MASKIRANJA, ODVAJANJA I KONCENTRACIJE

Maskiranje.

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

Odvajanje i koncentracija.

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

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

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

Padavine i ko-padavine.

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

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

Koprecipitacija je raspodjela mikrokomponente između otopine i taloga.

Ekstrakcija.

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

Metode ekstrakcije su pogodne za koncentriranje, ekstrakciju mikrokomponenti ili makrokomponenti, individualno i grupno izolovanje komponenti u analizi različitih industrijskih i prirodnih objekata. Metoda je jednostavna i brza za izvođenje, pruža visoka efikasnost separacije i koncentracije i kompatibilan je s različitim metodama određivanja. Ekstrakcija vam omogućava da proučavate stanje tvari u otopini na raznim uslovima, za određivanje fizičko-hemijskih karakteristika.

Sorpcija.

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

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

Elektrolitičko odvajanje i cementiranje.

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

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

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

Inženjeri zaštite životne sredine moraju poznavati hemijski sastav sirovina, proizvoda i proizvodnog otpada i životne sredine – vazduha, vode i zemljišta; važno je identificirati štetne tvari i odrediti njihovu koncentraciju. Ovaj problem je riješen analitička hemija - nauka o određivanju hemijskog sastava supstanci.

Problemi analitičke hemije rješavaju se uglavnom fizičko-hemijskim metodama analize, koje se nazivaju i instrumentalnimi. Oni koriste mjerenje nekih fizičkih ili fizičko-hemijskih svojstava supstance da bi odredili njen sastav. Takođe uključuje odeljke o metodama odvajanja i prečišćavanja supstanci.

Svrha ovog kursa predavanja je upoznavanje sa principima instrumentalnih metoda analize kako bi se snašli u njihovim mogućnostima i na osnovu toga postavili specifične zadatke specijalistima - hemičarima i razumjeli značenje rezultata analize.

Književnost

Aleskovsky V.B. itd. Fizičko-hemijske metode analize. L-d, "Hemija", 1988

Yu.S. Lyalikov. Fizičke i hemijske metode analize. M., izdavačka kuća "Hemija", 1974

Vasiliev V.P. Teorijske osnove fizičko-hemijskih metoda analize, M., Viša škola, 1979

A.D. Zimon, N.F. Leshchenko. koloidna hemija. M., "Agar", 2001

A.I. Mišustin, K.F. Belousova. koloidna hemija ( Toolkit). Izdavačka kuća MIHM, 1990

Prve dvije knjige su udžbenici za studente hemije i stoga su vam dovoljno teške. Ovo čini ova predavanja veoma korisnima. Međutim, možete čitati pojedina poglavlja.

Nažalost, uprava još nije izdvojila poseban kredit za ovaj predmet, pa je gradivo uključeno u opšti ispit, uz predmet fizičke hemije.

2. Klasifikacija metoda analize

Razlikovati kvalitativne i kvantitativne analize. Prvi određuje prisustvo određenih komponenti, drugi - njihov kvantitativni sadržaj. Metode analize se dijele na hemijske i fizičko-hemijske. U ovom predavanju ćemo razmatrati samo hemijske metode koje se zasnivaju na transformaciji analita u jedinjenja sa određenim svojstvima.

U kvalitativnoj analizi neorganskih jedinjenja, ispitivani uzorak se prebacuje u tečno stanje otapanjem u vodi ili kiselom ili alkalnom rastvoru, što omogućava detekciju elemenata u obliku kationa i anjona. Na primjer, Cu 2+ ioni se mogu identificirati formiranjem jarko plavog 2+ kompleksnog jona.

Kvalitativna analiza je podijeljena na frakcionu i sistematsku. Frakciona analiza - detekcija nekoliko jona u smeši približno poznatog sastava.

Sistematska analiza je potpuna analiza prema određenoj metodi sekvencijalne detekcije pojedinih jona. Odvojene grupe jona sličnih svojstava izoluju se pomoću grupnih reagenasa, zatim se grupe jona dele u podgrupe, a one pak u zasebne jone, koji se detektuju pomoću tzv. analitičke reakcije. To su reakcije s vanjskim djelovanjem - taloženje, evolucija plina, promjena boje otopine.

Svojstva analitičkih reakcija - specifičnost, selektivnost i osjetljivost.

Specifičnost omogućava vam da detektujete dati ion u prisustvu drugih jona po karakterističnoj osobini (boja, miris, itd.). Takvih reakcija je relativno malo (na primjer, reakcija detekcije jona NH 4 + djelovanjem lužine na supstancu kada se zagrije). Kvantitativno, specifičnost reakcije se procjenjuje vrijednošću graničnog omjera, jednak omjeru koncentracije određenog iona i interferirajućih jona. Na primjer, reakcija kap na Ni 2+ ion djelovanjem dimetilglioksima u prisustvu jona Co 2+ uspijeva pri graničnom omjeru Ni 2+ prema Co 2+ jednakom 1:5000.

Selektivnost(ili selektivnost) reakcije određena je činjenicom da samo nekoliko jona daje sličan vanjski učinak. Selektivnost je veća što je manji broj jona koji daju sličan efekat.

Osjetljivost reakcije karakterizira granica detekcije ili granica razrjeđenja. Na primjer, granica detekcije u mikrokristaloskopskoj reakciji na ion Ca 2+ djelovanjem sumporne kiseline je 0,04 μg Ca 2+ u kapi otopine.

Teži zadatak je analiza organskih jedinjenja. Ugljik i vodonik se određuju nakon sagorijevanja uzorka, bilježeći oslobođeni ugljični dioksid i vodu. Postoji niz tehnika za otkrivanje drugih elemenata.

Klasifikacija metoda analize prema količini.

Komponente se dijele na osnovne (1 - 100% težinski), minorne (0,01 - 1% masene) i nečistoće ili tragove (manje od 0,01% mase).

U zavisnosti od mase i zapremine analiziranog uzorka, razlikuje se makroanaliza (0,5 - 1 g ili 20 - 50 ml),

polumikroanaliza (0,1 - 0,01 g ili 1,0 - 0,1 ml),

mikroanaliza (10 -3 - 10 -6 g ili 10 -1 - 10 -4 ml),

ultramikroanaliza (10 -6 - 10 -9 g, ili 10 -4 - 10 -6 ml),

submikroanaliza (10 -9 - 10 -12 g ili 10 -7 - 10 -10 ml).

Klasifikacija prema prirodi utvrđenih čestica:

1.izotop (fizički) - određuju se izotopi

2. elementarni ili atomski - određuje se skup hemijskih elemenata

3. molekularni - određuje se skup molekula koji čine uzorak

4. strukturna grupa (srednja između atomske i molekularne) - funkcionalne grupe se određuju u molekulima organskih jedinjenja.

5. faza - analiziraju se komponente heterogenih objekata (npr. minerali).

Druge vrste klasifikacije analiza:

Bruto i lokalno.

Destruktivno i nedestruktivno.

Kontakt i daljinski.

diskretno i kontinuirano.

Važne karakteristike analitičkog postupka su brzina metode (brzina analize), cijena analize i mogućnost njene automatizacije.

Njen predmet kao nauke je unapređenje postojećih i razvoj novih metoda analize, njihova praktična primena, proučavanje teorijskih osnova analitičkih metoda.

U zavisnosti od zadatka, analitička hemija se deli na kvalitativnu analizu koja ima za cilj da utvrdi da li šta ili koja vrsta supstance, u kom se obliku nalazi u uzorku, i kvantitativnom analizom u cilju utvrđivanja koliko određena supstanca (elementi, joni, molekularni oblici, itd.) se nalazi u uzorku.

Određivanje elementarnog sastava materijalnih objekata naziva se elementarna analiza. Uspostavljanje strukture hemijskih jedinjenja i njihovih smeša na molekularnom nivou naziva se molekularne analize. Jedna od vrsta molekularne analize hemijskih jedinjenja je strukturna analiza koja ima za cilj proučavanje prostorne atomske strukture supstanci, utvrđivanje empirijskih formula, molekulskih težina itd. Zadaci analitičke hemije obuhvataju određivanje karakteristika organskih, neorganskih i biohemijskih objekata. Analiza organskih jedinjenja po funkcionalnim grupama naziva se funkcionalna analiza.

istorija

Analitička hemija postoji otkad postoji hemija u njenom modernom smislu, a mnoge tehnike koje se u njoj koriste datiraju iz još ranijeg doba, ere alhemije, čiji je jedan od glavnih zadataka bio upravo određivanje sastava raznih prirodne supstance i proučavanje procesa njihovih međusobnih transformacija. No, razvojem hemije u cjelini, značajno su poboljšane i metode rada koje se u njoj koriste, a uz svoj čisto pomoćni značaj kao jednog od pomoćnih odjela hemije, analitička hemija trenutno ima značaj potpunog nezavisno odeljenje. hemijsko znanje sa veoma ozbiljnim i važnim problemima teorijske prirode. Veoma važan uticaj na razvoj analitičke hemije imala je savremena fizička hemija, koja ju je obogatila nizom potpuno novih metoda rada i teorijskih osnova, koje uključuju doktrinu rješenja (vidi), teoriju elektrolitičke disocijacije, zakon o djelovanje mase (vidi Hemijska ravnoteža) i čitava doktrina kemijskog afiniteta.

Metode analitičke hemije

Poređenje metoda analitičke hemije

Agregat tradicionalne metode određivanje sastava supstance njenom sekvencijalnom hemijskom razgradnjom nazvano je "vlažna hemija" ("mokra analiza"). Ove metode imaju relativno nisku tačnost, zahtijevaju relativno niske kvalifikacije analitičara i sada su skoro potpuno zamijenjene modernim metodama. instrumentalne metode(optičke, masene spektrometrijske, elektrohemijske, hromatografske i druge fizičko-hemijske metode) određivanje sastava supstance. Međutim, mokra hemija ima svoju prednost u odnosu na spektrometrijske metode- omogućava da se provođenjem standardizovanih postupaka (sistematska analiza) direktno odredi sastav i različita oksidaciona stanja elemenata kao što su gvožđe (Fe + 2 , Fe + 3), titan, itd.

Analitičke metode se mogu podijeliti na bruto i lokalne. Bruto metode analize obično zahtijevaju odvojenu, detaljnu supstancu (reprezentativni uzorak). Lokalne metode odrediti sastav tvari u malom volumenu u samom uzorku, što vam omogućava da napravite "mape" distribucije hemijska svojstva uzorak duž njegove površine i/ili dubine. Takođe treba istaći metode direktnu analizu, odnosno nije povezana sa preliminarnom pripremom uzorka. Priprema uzorka je često neophodna (npr. drobljenje, pretkoncentracija ili odvajanje). Prilikom pripreme uzoraka, interpretacije rezultata, procjene broja analiza koriste se statističke metode.

Metode kvalitativne hemijske analize

Da bi se odredio kvalitativni sastav bilo koje supstance, potrebno je proučiti njena svojstva, koja sa stanovišta analitičke hemije mogu biti dve vrste: svojstva supstance kao takve i njena svojstva u hemijskim transformacijama.

Prvi uključuju: fizičko stanje (čvrsto, tečno, gasovito), njegovu strukturu u čvrstom stanju (amorfna ili kristalna supstanca), boju, miris, ukus itd. osećanja osobe, moguće je utvrditi prirodu ovog supstance. U većini slučajeva, međutim, potrebno je transformirati datu supstancu u neku novu sa jasno izraženim karakterističnim svojstvima, koristeći u tu svrhu neke posebno odabrane spojeve zvane reagensi.

Reakcije koje se koriste u analitičkoj hemiji su izuzetno raznolike i zavise od fizičkih svojstava i stepena složenosti sastava supstance koja se proučava. U slučaju kada je očigledno čisto, homogeno hemijsko jedinjenje predmet hemijske analize, rad se obavlja relativno lako i brzo; kada se radi o mešavini više hemijskih jedinjenja, pitanje njene analize, dakle, postaje komplikovanije, a u proizvodnji rada potrebno je pridržavati se određenog sistema kako se ne bi prevideo ni jedan element koji ulazi supstancu. U analitičkoj hemiji postoje dvije vrste reakcija: reakcije na mokri način(u rješenjima) i suhe reakcije..

Reakcije u rastvorima

U kvalitativnoj hemijskoj analizi koriste se samo one reakcije u rastvorima koje se lako percipiraju ljudskim čulima, a trenutak nastanka reakcije prepoznaje se po jednoj od sledećih pojava:

1. stvaranje taloga nerastvorljivog u vodi,
2. promena boje rastvora
3. oslobađanje gasa.

Padavine u reakcijama hemijske analize zavisi od stvaranja neke supstance nerastvorljive u vodi; ako se, na primjer, sumporna kiselina ili njena sol topiva u vodi dodaju otopini barijeve soli, nastaje bijeli praškasti talog barijevog sulfata:

BaCl 2 + H 2 SO 4 \u003d 2HCl + BaSO 4 ↓

Imajući na umu da i neki drugi metali, na primjer olovo, sposobni da tvore nerastvornu sulfatnu sol PbSO 4, mogu dati sličnu reakciju stvaranja bijelog taloga pod djelovanjem sumporne kiseline, da bismo bili potpuno sigurni da je to ili tog metala, potrebno je proizvesti više verifikacionih reakcija, podvrgavajući talog koji nastaje u reakciji odgovarajućoj studiji.

Da bi se reakcija formiranja precipitacije uspješno izvela, pored odabira odgovarajućeg reagensa, potrebno je pridržavati se i niza vrlo važnih uslova u odnosu na jačinu rastvora ispitivane soli i reagensa, udeo oba, temperaturu, trajanje interakcije itd. kristalno taloženje) itd., kao i njihova svojstva u odnosu na uticaj zagrevanja, kiselina ili alkalije itd. Prilikom interakcije sa slabim rastvorima ponekad je potrebno sačekati stvaranje taloga do 24-48 sati, pod uslovom da se čuvaju na određenoj specifičnoj temperaturi.

Reakcija stvaranja precipitata, bez obzira na njen kvalitativni značaj u hemijskoj analizi, često se koristi za razdvajanje pojedinih elemenata jedan od drugog. U tu svrhu, otopina koja sadrži spojeve dva ili više elemenata tretira se odgovarajućim reagensom koji može neke od njih pretvoriti u nerastvorljiva jedinjenja, a zatim se formirani talog odvaja od otopine (filtrata) filtracijom i dalje ih ispituje zasebno. Ako uzmemo, na primjer, soli kalijum hlorida i barijum hlorida i dodamo im sumpornu kiselinu, onda nastaje nerastvorljivi talog barijum sulfata BaSO 4, a kalijum sulfata K 2 SO 4 rastvorljivog u vodi, koji se može izdvojiti filtracijom. . Prilikom odvajanja taloga tvari netopive u vodi iz otopine, prvo se mora voditi računa o tome da dobije odgovarajuću strukturu koja omogućava da se rad filtracije obavlja bez poteškoća, a zatim, nakon što se prikupi na filter, potrebno ga je dobro oprati od stranih nečistoća. Prema studijama W. Ostwalda, mora se imati na umu da je kada se koristi određena količina vode za pranje, svrsishodnije je isprati sediment više puta malim porcijama vode nego obrnuto - nekoliko puta velikim porcijama . Što se tiče uspješnosti reakcije odvajanja elementa u obliku nerastvorljivog precipitata, onda je, na osnovu teorije rješenja, W. Ostwald utvrdio da je za dovoljno potpuno odvajanje elementa u obliku nerastvorljivog taloga potrebno uvijek je potrebno uzeti višak reagensa koji se koristi za taloženje.

Promjena boje otopine je jedan od veoma važne karakteristike u reakcijama hemijske analize i veoma je važan, posebno u vezi sa procesima oksidacije i redukcije, kao i u radu sa hemijskim indikatorima (vidi dole - alkalometrija i acidimetrija).

Primjeri reakcije u boji u kvalitativnoj hemijskoj analizi može poslužiti: kalijum tiocijanat KCNS daje karakterističnu krvavo crvenu boju sa solima gvožđe oksida; sa solima željeznog oksida, isti reagens ne daje ništa. Ako se u otopinu željeznog klorida FeCl 2, blago zelene boje, doda bilo koje oksidacijsko sredstvo, na primjer, klorna voda, otopina postaje žuta zbog stvaranja željeznog klorida, koji je najviše oksidacijsko stanje ovog metala. Ako uzmemo kalijum dihromat K 2 Cr 2 O 7 narandžasta boja i dodajte mu u otopinu malo sumporne kiseline i nekog redukcijskog sredstva, na primjer, vinski alkohol, narančasta boja mijenja se u tamnozelenu, što odgovara stvaranju najnižeg oksidacijskog stanja hroma u obliku soli krom sulfata Cr 3 (SO 4) 3.

Ovisno o toku hemijske analize, ovi procesi oksidacije i redukcije često se moraju provoditi u njoj. Najvažniji oksidanti su: halogeni, azotna kiselina, vodikov peroksid, kalijum permanganat, kalijum dihromat; najvažniji redukcioni agensi su: vodonik u trenutku izolacije, vodonik sulfid, sumporna kiselina, kalaj hlorid, jodid vodonik.

Reakcije ispuštanja gasova u rastvorima u proizvodnji visokokvalitetnih hemijskih analiza najčešće nemaju samostalan značaj i predstavljaju pomoćne reakcije; najčešće se morate susresti s oslobađanjem ugljičnog dioksida CO 2 - pod djelovanjem kiselina na ugljične soli, sumporovodika - tijekom razlaganja sulfidnih metala kiselinama itd.

Reakcije suvim putem

Ove reakcije se koriste u hemijskim analizama, uglavnom u tzv. "preliminarni test", pri ispitivanju taloga na čistoću, za verifikaciju reakcija i u proučavanju minerala. Najvažnije reakcije ove vrste sastoje se u ispitivanju supstance u odnosu na:

1. njegova topljivost pri zagrijavanju,
2. sposobnost bojenja nesvjetlećeg plamena plinskog plamenika,
3. isparljivost pri zagrijavanju,
4. sposobnost oksidacije i redukcije.

Za proizvodnju ovih testova, u većini slučajeva, koristi se nesvjetleći plamen plinskog plamenika. Glavne komponente rasvjetnog plina (vodonik, ugljični monoksid, močvarni plin i drugi ugljovodonici) su redukcioni agensi, ali kada se sagori na zraku (vidi Sagorijevanje), nastaje plamen u čijim se dijelovima mogu naći uslovi. neophodan za redukciju ili oksidaciju, a jednak je zagrijavanju do više ili manje visoke temperature.

Test topljivosti Provodi se uglavnom u proučavanju minerala, pri čemu se njihov vrlo mali fragment, ojačan tankom platinskom žicom, unosi u dio plamena koji ima najvišu temperaturu, a zatim pomoću lupe promatraju koliko su zaobljene ivice uzorka.

Test boje plamena proizvodi se unošenjem malog uzorka sepije malog uzorka supstance na platinastoj žici, prvo u podnožje plamena, a zatim u njegov dio s najvišom temperaturom.

Test volatilnosti Proizvodi se zagrijavanjem uzorka tvari u cilindru za ispitivanje ili u staklenoj cijevi zatvorenoj na jednom kraju, a isparljive tvari se pretvaraju u pare, koje se zatim kondenziraju u hladnijem dijelu.

Suva oksidacija i redukcija može se proizvesti u kuglicama od taljenog boraksa ( 2 4 7 + 10 2 ) Ispitna tvar se u maloj količini unosi u kuglice dobivene topljenjem ovih soli na platinskoj žici, a zatim se zagrijavaju u oksidirajućem ili redukcijskom dijelu plamena . Restauracija se može obaviti na niz drugih načina, a to su: grijanje na štapu ugljenisanom sodom, zagrijavanje u staklenoj cijevi sa metalima - natrijumom, kalijem ili magnezijumom, grijanje na ugljen sa puhaljkom, jednostavno zagrijavanje.

Klasifikacija elemenata

Klasifikacija elemenata usvojena u analitičkoj hemiji zasniva se na istoj njihovoj podeli kao što je uobičajeno u opštoj hemiji - na metale i nemetale (metaloide), pri čemu se potonji najčešće razmatraju u obliku odgovarajućih kiselina. Da bi se proizvela sistematska kvalitativna analiza, svaka od ovih klasa elemenata je podijeljena na grupe s nekim zajedničkim grupnim karakteristikama.

Metali u analitičkoj hemiji su podijeljeni u dva odjela, koji su pak podijeljeni u pet grupa:

1. Metali čija su jedinjenja sumpora rastvorljiva u vodi- raspodela metala ovog odeljenja u grupe zasniva se na svojstvima njihovih ugljenih soli. 1. grupa: kalijum, natrijum, rubidijum, cezijum, litijum. Jedinjenja sumpora i njihove ugljične soli su rastvorljivi u vodi. Ne postoji zajednički reagens za taloženje svih metala ove grupe u obliku nerastvorljivih jedinjenja. 2. grupa: barijum, stroncijum, kalcijum, magnezijum. Jedinjenja sumpora su rastvorljiva u vodi, ugljične soli su nerastvorljive. Uobičajeni reagens koji precipitira sve metale ove grupe u obliku nerastvorljivih jedinjenja je amonijum karbonat.
2. Metali čija su jedinjenja sumpora nerastvorljiva u vodi- za podjelu ovog odjela u tri grupe koriste omjer svojih jedinjenja sumpora prema slabim kiselinama i amonijum sulfidu. 3. grupa: aluminijum, hrom, gvožđe, mangan, cink, nikl, kobalt.

Aluminij i hrom ne stvaraju jedinjenja sumpora u vodi; preostali metali formiraju spojeve sumpora, koji su, kao i njihovi oksidi, rastvorljivi u slabim kiselinama. Iz kiselog rastvora, sumporovodik ih ne taloži, amonijev sulfid taloži okside ili jedinjenja sumpora. Amonijum sulfid je uobičajen reagens za ovu grupu, a višak njegovih sumpornih jedinjenja se ne otapa. 4. grupa: srebro, olovo, bizmut, bakar, paladijum, rodijum, rutenijum, osmijum. Jedinjenja sumpora su netopiva u slabim kiselinama i taložena su sumporovodikom u kiseloj otopini; takođe su nerastvorljivi u amonijum sulfidu. Vodonik sulfid je uobičajen reagens za ovu grupu. 5. grupa: kalaj, arsen, antimon, zlato, platina. Jedinjenja sumpora su također nerastvorljiva u slabim kiselinama i precipitiraju se sumporovodikom iz kiselog rastvora. Ali oni su rastvorljivi u amonijum sulfidu i sa njim formiraju sulfasoli rastvorljive u vodi.

Nemetali (metaloidi) moraju biti otkriveni u hemijskoj analizi uvijek u obliku kiselina koje formiraju ili njihovih odgovarajućih soli. Osnova za podjelu kiselina u grupe su svojstva njihovih soli barija i srebra u odnosu na njihovu topljivost u vodi i dijelom u kiselinama. Barijum hlorid je uobičajen reagens za 1. grupu, srebrni nitrat u rastvoru nitrata - za 2. grupu, barijum i srebrove soli 3. grupe kiselina su rastvorljivi u vodi. 1. grupa: u neutralnom rastvoru, barijum hlorid taloži nerastvorljive soli; soli srebra su nerastvorljive u vodi, ali su rastvorljive u azotnoj kiselini. To uključuje kiseline: hromne, sumporne, sumporne, vodene, ugljične, silicijumske, sumporne, fluorosilicijte (barijumove soli netopive u kiselinama), arsen i arsen. 2. grupa: u rastvoru zakiseljenom azotnom kiselinom dolazi do taloženja srebrovog nitrata. Tu spadaju kiseline: hlorovodonična, bromovodična i jodovodonična, cijanovodična, sumporovodik, gvožđe i gvožđe cijanid i jod. 3. grupa: azotna kiselina i hlorna kiselina, koje se ne talože ni srebrovim nitratom ni barijum hloridom.

Međutim, mora se imati na umu da reagensi naznačeni za kiseline nisu opći reagensi koji bi se mogli koristiti za razdvajanje kiselina u grupe. Ovi reagensi mogu samo dati indikaciju prisutnosti kisele ili druge grupe, a da bi se otkrila svaka pojedinačna kiselina, potrebno je koristiti njihove posebne reakcije. Navedena klasifikacija metala i nemetala (metaloida) za potrebe analitičke hemije usvojena je u ruskoj školi i laboratorijama (prema N. A. Menshutkinu), u zapadnoevropskim laboratorijama usvojena je druga klasifikacija, međutim, u suštini na istoj principi.

Teorijske osnove reakcija

Teorijske osnove reakcija kvalitativne hemijske analize u rastvorima moraju se tražiti, kao što je već navedeno, u odeljenjima opšte i fizičke hemije o rastvorima i hemijskom afinitetu. Jedan od prvih kritična pitanja je stanje svih minerala u vodenim rastvorima, u kojem se, prema teoriji elektrolitičke disocijacije, sve supstance koje pripadaju klasama soli, kiselina i alkalija disociraju na jone. Stoga se sve reakcije kemijske analize ne odvijaju između cijelih molekula spojeva, već između njihovih jona. Na primjer, reakcija natrijum klorida NaCl i srebrovog nitrata AgNO 3 odvija se prema jednadžbi:

Na + + Cl - + Ag + + (NO 3) - = AgCl↓ + Na + + (NO 3) - jon natrijuma + jon klorida + jon srebra + anjon azotne kiseline = nerastvorljiva so + anion azotne kiseline

Shodno tome, srebrni nitrat nije reagens za natrijum hlorid ili hlorovodoničnu kiselinu, već samo za jon hlora. Dakle, za svaku sol u rastvoru, sa stanovišta analitičke hemije, njen kation (jon metala) i anjon (kiselinski ostatak) moraju se razmatrati odvojeno. Za slobodnu kiselinu moraju se uzeti u obzir vodikovi joni i anion; konačno, za svaku alkaliju, metalni kation i hidroksil anion. A u suštini, najvažniji zadatak kvalitativne hemijske analize je proučavanje reakcija različitih jona i načina njihovog otvaranja i odvajanja jednih od drugih.

Da bi se postigao potonji cilj, djelovanjem odgovarajućih reagenasa, joni se pretvaraju u nerastvorljiva jedinjenja koja se talože iz rastvora u obliku precipitacije, ili se odvajaju od rastvora u obliku gasova. U istoj teoriji elektrolitičke disocijacije mora se tražiti objašnjenja djelovanja kemijskih indikatora, koji često nalaze primjenu u kemijskoj analizi. Prema teoriji W. Ostwalda, svi kemijski indikatori spadaju u relativno slabe kiseline, djelimično disocirane u vodenim rastvorima. Štoviše, neki od njih imaju bezbojne cijele molekule i obojene anione, drugi, naprotiv, imaju obojene molekule i bezbojni anion ili anion druge boje; izloženi uticaju slobodnih vodoničnih jona kiselina ili hidroksilnih jona alkalija, hemijski indikatori mogu promeniti stepen njihove disocijacije, a istovremeno i boju. Najvažniji pokazatelji su:

1. Metilnarandžasta, koja u prisustvu slobodnih vodikovih jona (kisela reakcija) daje ružičastu boju, a u prisustvu neutralnih soli ili alkalija daje žutu boju;
2. Fenolftalein - u prisustvu hidroksilnih jona (alkalna reakcija) daje karakterističnu crvenu boju, a u prisustvu neutralnih soli ili kiselina je bezbojan;
3. Lakmus - crveni pod uticajem kiselina, a plavi pod uticajem lužina, i, konačno,
4. Kurkumin - pod uticajem lužine postaje smeđi, a u prisustvu kiselina ponovo poprima žutu boju.

Hemijski indikatori imaju veoma važnu primenu u masovnoj hemijskoj analizi (vidi dole). U reakcijama kvalitativne hemijske analize često se susreće i sa fenomenom hidrolize, odnosno razgradnje soli pod uticajem vode, i vodeni rastvor dobija više ili manje jaku alkalnu ili kiselu reakciju.

Napredak kvalitativne hemijske analize

U kvalitativnoj hemijskoj analizi važno je utvrditi ne samo koji su elementi ili jedinjenja uključeni u sastav date supstance, već i u kojim, približno, relativnim količinama su ti sastojci. U tu svrhu uvijek je potrebno poći od određenih količina analita (obično je dovoljno uzeti 0,5-1 gram) i u toku analize međusobno uporediti veličinu pojedinačnih padavina. Takođe je potrebno koristiti rastvore reagensa određene jačine, i to: normalne, polunormalne, jedne desetine normale.

Svaka kvalitativna hemijska analiza podijeljena je u tri dijela:

1. preliminarni test,
2. otkrivanje metala (katjona),
3. otkriće nemetala (metaloida) ili kiselina (aniona).

S obzirom na prirodu analita, mogu se pojaviti četiri slučaja:

1. čvrsta nemetalna supstanca,
2. čvrsta tvar u obliku metala ili legure metala,
3. tečnost (rastvor)

Prilikom analize čvrsta nemetalna supstanca primarno proizveden vizuelni pregled i mikroskopski pregled, kao i preliminarno ispitivanje gore navedenim metodama analize u suvom obliku. Uzorak supstance se rastvara, u zavisnosti od njene prirode, u jednom od sledećih rastvarača: vodi, hlorovodoničkoj kiselini, azotnoj kiselini i carskoj vodici (mešavina hlorovodonične i azotne kiseline). Supstance koje se ne mogu rastvoriti ni u jednom od navedenih rastvarača prelaze u rastvor nekim posebnim metodama, kao što su: spajanje sa sodom ili potašom, ključanje sa rastvorom sode, zagrevanje sa određenim kiselinama itd. Dobijeni rastvor se podvrgava sistematska analiza sa preliminarnim izolovanjem metala i kiselina po grupama i njihovom daljem podelom u zasebne elemente, koristeći njihove specifične reakcije.

Prilikom analize metalna legura određeni njegov uzorak se rastvara u azotnoj kiselini (u rijetkim slučajevima u aqua regia), a dobiveni rastvor se isparava do suha, nakon čega se čvrsti ostatak rastvara u vodi i podvrgava sistematskoj analizi.

Ako je supstanca tečnost Prije svega, pažnju skreće njegova boja, miris i reakcija na lakmus (kiseli, alkalni, neutralni). Za provjeru prisutnosti u otopini bilo kojeg čvrste materije, mali dio tečnosti se isparava na platinastoj ploči ili satnom staklu. Nakon ovih preliminarnih testova, tečnost se apalizira konvencionalnim metodama.

Analiza gasovi proizvedeno nekim posebnim metodama naznačenim u kvantitativnoj analizi.

Metode kvantitativne hemijske analize

Kvantitativna hemijska analiza ima za cilj da odredi relativnu količinu pojedinačnih sastojaka hemijskog jedinjenja ili smeše. Metode koje se u njemu koriste zavise od kvaliteta i sastava supstance, pa stoga kvantitativnoj hemijskoj analizi uvek mora prethoditi kvalitativna hemijska analiza.

Za izradu kvantitativne analize mogu se koristiti dvije različite metode: gravimetrijska i volumetrijska. Metodom težine tijela koja se određuju izoluju se u obliku, ako je moguće, nerastvorljivih ili teško rastvorljivih jedinjenja poznatog hemijskog sastava i određuje se njihova težina, na osnovu čega se može naći količina željeni element proračunom. U volumetrijskoj analizi mjere se zapremine titriranih (koji sadrže određenu količinu reagensa) rastvora koji se koriste za analizu. Osim toga, razlikuje se niz posebnih metoda kvantitativne hemijske analize, i to:

1. elektrolitički, zasnovan na izolaciji pojedinačnih metala elektrolizom,
2. kolorimetrijski, proizveden poređenjem intenziteta boje date otopine sa bojom otopine određene jačine,
3. organske analize, koji se sastoji u sagorijevanju organske tvari u ugljični dioksid CO 2 i vodu H 2 0 i u određivanju količine njihovog relativnog sadržaja u tvari ugljika i vodika,
4. analiza gasa, koji se sastoji u određivanju nekim posebnim metodama kvalitativnog i kvantitativnog sastava gasova ili njihovih smeša.

Apsolutno posebna grupa je medicinske hemijske analize, koji obuhvata niz različitih metoda za ispitivanje krvi, urina i drugih otpadnih produkata ljudskog tijela.

Ponderisana kvantitativna hemijska analiza

Metode težinske kvantitativne hemijske analize su dvije vrste: metoda direktne analize i metoda indirektne (indirektne) analize. U prvom slučaju, komponenta koju treba odrediti se izoluje u obliku nekog nerastvorljivog jedinjenja i određuje se težina potonjeg. Indirektna analiza zasniva se na činjenici da dvije ili više tvari koje su podvrgnute istom kemijskom tretmanu prolaze kroz nejednake promjene u svojoj težini. Imajući, na primjer, mješavinu kalijevog hlorida i natrijum nitrata, može se odrediti prvi od njih direktnom analizom, taloženjem hlora u obliku srebrnog hlorida i vaganjem. Ako postoji mješavina kloridnih soli kalija i natrijuma, možete odrediti njihov omjer indirektna metoda tako što se sav hlor taloži u obliku srebrnog hlorida i odredi njegova težina, a zatim se izračuna.

Volumetrijska hemijska analiza

Analiza elektrolize

Kolorimetrijske metode

Elementarna organska analiza

Analiza gasa

Klasifikacija metoda analitičke hemije

• Metode elementarne analize
  • rendgenska spektralna analiza (rentgenska fluorescencija)
  • Analiza neutronske aktivacije ( engleski) (vidi radioaktivnu analizu)
  • Auger elektronska spektrometrija (EOS) ( engleski); vidi Auger efekat
  • Analitička atomska spektrometrija je skup metoda zasnovanih na transformaciji analiziranih uzoraka u stanje pojedinačnih slobodnih atoma, čije se koncentracije zatim spektroskopski mjere (ponekad je ovdje uključena i rendgenska fluorescentna analiza, iako se ne temelji na atomizaciji uzorka i nije povezan sa spektroskopijom atomske pare).
    • MS - masena spektrometrija sa registracijom masa atomskih jona
      • ICP-MS - masena spektrometrija induktivno spregnute plazme (pogledajte induktivno spregnutu plazmu u masenoj spektrometriji)
      • LA-ICP-MS - masena spektrometrija sa induktivno spregnutom plazmom i laserskom ablacijom
      • LIMS - masena spektrometrija laserskih iskri; pogledajte lasersku ablaciju (primjer komercijalne implementacije: LAMAS-10M)
      • SIMS - sekundarna ionska masena spektrometrija (SIMS)
      • TIMS - Termalno jonizacijska masena spektrometrija (TIMS)
      • Masena spektrometrija visoke energije akceleratorom čestica (AMS)
    • AAS - atomska apsorpciona spektrometrija
      • ETA-AAS - atomska apsorpciona spektrometrija sa elektrotermalnom atomizacijom (vidi atomske apsorpcione spektrometrije)
      • CVR - Spektroskopija vremena raspada rezonatora (CRDS)
      • VRLS - laserska spektroskopija unutar šupljine
    • AES - atomska emisiona spektrometrija
      • iskra i luk kao izvori zračenja (vidi iskristanje; električni luk)
      • ICP-AES - atomska emisiona spektrometrija induktivno spregnute plazme
      • LIES - laserska emisiona spektrometrija iskri (LIBS ili LIPS); vidi lasersku ablaciju
    • APS - atomska fluorescentna spektrometrija (vidi fluorescencija)
      • ICP-AFS - atomska fluorescentna spektrometrija induktivno spregnute plazme (uređaji kompanije Baird)
      • LAFS - laserska atomska fluorescentna spektrometrija
      • APS sa šupljom katodom (komercijalni primjer: AI3300)
    • AIS - Atomska jonizaciona spektrometrija
      • LAIS (LIIS) - laserska atomska jonizacija ili lasersko pojačana jonizaciona spektroskopija (eng. Laserska poboljšana jonizacija, LEI )
      • RIMS - laserska rezonantna jonizaciona spektrometrija mase
      • OG - optogalvanski (LOGS - laserska optogalvanska spektroskopija)

• Druge metode analize
  • titrimetrija, volumetrijska analiza
  • analiza težine - gravimetrija, elektrogravimetrija
  • spektrofotometrija (obično apsorpcija) molekularnih gasova i kondenzovane materije
    • elektronska spektrometrija (vidljivi spektar i UV spektrometrija); vidi elektronsku spektroskopiju
    • vibraciona spektrometrija (IR spektrometrija); vidi vibracionu spektroskopiju
  • Ramanova spektroskopija; vidi Ramanov efekat
  • luminescentna analiza
  • masena spektrometrija sa registracijom masa molekularnih i klaster jona, radikala
  • spektrometrija pokretljivosti jona (

I. Hemija i medicina

1. Predmet, ciljevi i zadaci analitičke hemije. Kratak istorijski pregled razvoja analitičke hemije. Mjesto analitičke hemije među prirodnim naukama iu sistemu medicinskog obrazovanja.

Analitička hemija - nauka o metodama za određivanje sastava supstanci. Stavka njena - odluka uobičajeni problemi teorija hemijske analize, unapređenje postojećih i razvoj novih, bržih i preciznijih metoda analize (tj. teorija i praksa hemijske analize). Zadatak - razvoj teorije hemijskih i fizičko-hemijskih metoda analize, procesa i operacija u naučnim istraživanjima, unapređenje starih metoda analize, razvoj ekspresnih i daljinskih MA, razvoj ultra- i mikroanaliznih metoda.

U zavisnosti od predmeta proučavanja, analitička hemija podijeljena na neorgansku i organsku analizu. Analitička hemija se odnosi na primenjene nauke. Njegov praktični značaj je veoma raznolik. Uz pomoć metoda hemijske analize otkriveni su neki zakoni - zakon konstantnosti sastava, zakon višestrukih odnosa, određene atomske mase elemenata,

hemijski ekvivalenti, utvrđene su hemijske formule mnogih jedinjenja, itd.

Analitička hemija daje veliki doprinos razvoju prirodnih nauka: geohemije, geologije, mineralogije, fizike, biologije, agrohemije, metalurgije, hemijske tehnologije, medicine itd.

Predmet kvalitativne analize- razvoj teorijskih osnova, unapređenje postojećih i razvoj novih, naprednijih metoda za određivanje elementarnog sastava supstanci. Zadatak kvalitativne analize- određivanje "kvaliteta" supstanci ili detekcija pojedinačnih elemenata ili jona koji čine sastav ispitivanog spoja.

Kvalitativne analitičke reakcije prema načinu sprovođenja dijele se na reakcije "mokri" i "suvi" način. Najvažnije reakcije su "mokri" način. Za njihovo izvođenje, ispitivana tvar mora biti prethodno otopljena.

U kvalitativnoj analizi koriste se samo one reakcije koje su praćene nekim vanjskim efektima koji su jasno vidljivi promatraču: promjena boje otopine; taloženje ili otapanje taloga; oslobađanje gasova sa karakterističnim mirisom ili bojom.

Posebno se često koriste reakcije praćene stvaranjem precipitata i promjenom boje otopine. Takve reakcije se nazivaju reakcije „otkrića“, jer otkrivaju jone prisutne u otopini.

Reakcije se također široko koriste. identifikaciju, uz pomoć kojih se provjerava ispravnost „otkrića“ jednog ili drugog jona. Konačno, koriste se reakcije precipitacije, koje obično odvajaju jednu grupu jona od druge, ili jedan jon od drugih jona.

U zavisnosti od količine analita, zapremine rastvora i tehnike izvođenja pojedinih operacija, hemijske metode kvalitativne analize dele se na za makro-, mikro-, polu-mikro- i ultra-mikroanalizu i sl.

II. Kvalitativna analiza

2. Osnovni pojmovi analitičke hemije. Vrste analitičkih reakcija i reagensa. Zahtjevi za analizu, osjetljivost, selektivnost za određivanje sastava supstanci.

Analitička reakcija - chem. reakcija koja se koristi za odvajanje, detekciju i kvantifikaciju elemenata, jona, molekula. Mora biti praćeno analitičkim efektom (padavine, izdvajanje gasa, promjena boje, miris).

Po vrsti hemijske reakcije:

Generale– analitički signali su isti za mnoge jone. Reagens je opšti. Primjer: taloženje hidroksida, karbonata, sulfida itd.

Grupa– analitički signali su tipični za određenu grupu jona sličnih svojstava. Reagens - grupa. Primjer: precipitacija jona Ag+, Pb 2+ reagensom - hlorovodoničnom kiselinom sa stvaranjem bijelih taloga AgCl, PbCl 2

Opće i grupne reakcije se koriste za izolaciju i odvajanje jona složene smjese.

selektivno– analitički signali su isti za ograničen broj jona. Reagens je selektivan. Primjer: pod djelovanjem NH 4 SCN reagensa na smjesu kationa, samo dva kationa formiraju obojena kompleksna jedinjenja: krvavo crvena 3-

i plava 2-

Specifično– analitički signal je karakterističan za samo jedan ion. Reagens je specifičan. Vrlo je malo takvih reakcija.

Po vrsti analitičkog signala:

u boji

Padavine

Ispuštanje gasa

mikrokristalna

Po funkciji:

Reakcije detekcije (identifikacije)

Reakcije razdvajanja (odvajanje) za uklanjanje interferirajućih jona taloženjem, ekstrakcijom ili sublimacijom.

Prema tehnici izvođenja:

epruvete– izvodi se u epruvetama.

drip izveo:

Na filter papiru

Na satu ili toboganu.

U tom slučaju, 1-2 kapi analiziranog rastvora i 1-2 kapi reagensa se nanose na ploču ili papir, dajući karakterističnu boju ili formiranje kristala. Prilikom izvođenja reakcija na filter papiru koriste se adsorpcijska svojstva papira. Kap tečnosti taložena na papiru brzo se apsorbuje kroz kapilare, a obojeno jedinjenje se adsorbuje na maloj površini lista. Ako se u otopini nalazi više tvari, njihova brzina kretanja može biti različita, što daje raspodjelu iona u obliku koncentričnih zona. Ovisno o produktu rastvorljivosti taloga - ili ovisno o konstanti stabilnosti kompleksnih spojeva: što je njihova vrijednost veća, to je bliže centru ili u centru određena zona.

Metodu kapanja razvio je sovjetski hemičar N.A. Tananaev.

Mikrokristalne reakcije zasnivaju se na formiranju hemijskih spojeva koji imaju karakterističan oblik, boju i moć prelamanja kristala. Izvode se na stakalcima. Da biste to učinili, 1-2 kapi analizirane otopine i 1-2 kapi reagensa se kapilarnom pipetom nanose na čisto staklo, pažljivo ih sjedinite staklenom šipkom bez miješanja. Staklo se zatim stavlja na mikroskopsko podnožje i ispituje se precipitat koji je nastao in situ.

kontakt sa kapljicama.

Za pravilnu upotrebu u analitici reakcija, razmotrite osetljivost reakcije . Određuje se najmanjom količinom željene supstance koju ovaj reagens može detektovati u kapi rastvora (0,01-0,03 ml). Osetljivost se izražava brojnim veličinama:

Minimum otvaranja- najmanje količina supstance sadržane u ispitnom rastvoru i otvorene ovim reagensom pod određenim reakcionim uslovima.

Minimalna (ograničavajuća) koncentracija pokazuje pri kojoj najnižoj koncentraciji otopine ova reakcija omogućava nedvosmisleno otkrivanje tvari koja se otkriva u malom dijelu otopine.

Ograničite razrjeđivanje- maksimalnu količinu razblaživača na kojoj je supstanca još uvek određena.

Izlaz: analitička reakcija je osjetljivija, što je manji minimum otvaranja, niža je minimalna koncentracija, ali je granično razrjeđenje veće.

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

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

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

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

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

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

Istorija razvoja. Ispitivanja materijala su obavljena u davna vremena; na primjer, ispitivane su rude da bi se utvrdila njihova pogodnost za topljenje, razni proizvodi - da bi se utvrdio sadržaj zlata i srebra u njima. Alhemičari 14.-16. stoljeća izveli su ogromnu količinu eksperimentalnog rada na proučavanju svojstava supstanci, postavljajući temelje za hemijske metode analize. U 16-17 veku (period jatrohemije), novo hemijske metode detekcija supstanci na osnovu reakcija u rastvoru (na primer, otkrivanje iona srebra stvaranjem precipitata sa jonima klorida). R. Boyle, koji je uveo koncept "hemijske analize", smatra se osnivačem naučne analitičke hemije.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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