4.2. KROMATOGRAFSKE METODE

4.3. KEMIJSKE METODE

4.4. ELEKTROKEMIJSKE METODE

4.5. SPEKTROSKOPSKE METODE

4.6. METODE SPEKTROMETRIJE MASE

4.7. METODE ANALIZE TEMELJENE NA RADIOAKTIVNOSTI

4.8. TOPLINSKE METODE

4.9. BIOLOŠKE METODE ANALIZE

5. ZAKLJUČAK

6. POPIS KORIŠTENE LITERATURE

UVOD

Kemijska analiza služi kao sredstvo praćenja proizvodnje i kvalitete proizvoda u nizu sektora nacionalnog gospodarstva. Istraživanje minerala u različitim se stupnjevima temelji na rezultatima analize. Analiza je glavno sredstvo kontrole kontaminacije okoliš. Saznavši kemijski sastav tla, gnojiva, stočne hrane i poljoprivrednih proizvoda važna je za normalno funkcioniranje agroindustrijskog kompleksa. Kemijska analiza je neizostavna u medicinska dijagnostika, biotehnologija. O stupnju kemijske analize, opremljenosti laboratorija metodama, instrumentima i reagensima ovisi razvoj mnogih znanosti.

Znanstvena osnova kemijske analize je analitička kemija, znanost koja je stoljećima dio, a ponekad i glavni dio kemije.

Analitička kemija- Ovo je znanost o određivanju kemijskog sastava tvari i dijelom njihove kemijske strukture. Metode analitičke kemije omogućuju odgovaranje na pitanja o tome od čega se tvar sastoji, koje su komponente uključene u njen sastav. Ove metode često omogućuju otkrivanje u kojem je obliku određena komponenta prisutna u tvari, na primjer, određivanje oksidacijskog stanja elementa. Ponekad je moguće procijeniti prostorni raspored komponenti.

Pri razvijanju metoda često morate posuđivati ​​ideje iz srodnih područja znanosti i prilagođavati ih svojim ciljevima. Zadaća analitičke kemije uključuje razvoj teorijskih temelja metoda, određivanje granica njihove primjenjivosti, ocjenu mjeriteljskih i drugih karakteristika, stvaranje metoda za analizu različitih objekata.

Metode i sredstva analize neprestano se mijenjaju: uključuju se novi pristupi, koriste se novi principi i pojave, često iz dalekih područja znanja.

Metoda analize shvaća se kao prilično univerzalna i teorijski opravdana metoda za određivanje sastava, neovisno o komponenti koja se određuje i objektu koji se analizira. Kada govore o metodi analize, misle na temeljni princip, kvantitativni izraz odnosa između sastava i bilo kojeg mjerenog svojstva; odabrane tehnike implementacije, uključujući otkrivanje i uklanjanje smetnji; uređaji za praktičnu primjenu i metode obrade rezultata mjerenja. Metodologija analize je detaljan opis analize zadanog objekta odabranom metodom.

Tri su funkcije analitičke kemije kao polja znanja:

1. rješavanje općih pitanja analize,

2. razvoj analitičke metode,

3. rješavanje specifičnih problema analize.

Također se može razlikovati kvaliteta i kvantitativni analize. Prvi odlučuje o tome koje komponente uključuje analizirani objekt, drugi daje informacije o kvantitativnom sadržaju svih ili pojedinih komponenti.

2. KLASIFIKACIJA METODA

Sve postojeće metode analitičke kemije mogu se podijeliti na metode uzorkovanja, razgradnje uzoraka, odvajanja komponenti, detekcije (identifikacije) i determinacije. Postoje hibridne metode koje kombiniraju razdvajanje i definiranje. Metode detekcije i definicije imaju mnogo toga zajedničkog.

Metode određivanja su od najveće važnosti. Mogu se klasificirati prema prirodi mjerenog svojstva ili prema načinu na koji je odgovarajući signal registriran. Metode određivanja dijele se na kemijski , fizički i biološki. Kemijske metode temelje se na kemijskim (uključujući elektrokemijske) reakcije. To uključuje metode koje se nazivaju fizikalno-kemijske. Fizikalne metode temelje se na fizičke pojave i procesi, biološki – na fenomen života.

Glavni zahtjevi za metode analitičke kemije su: ispravnost i dobra obnovljivost rezultata, niska granica detekcije potrebnih komponenti, selektivnost, brzina, jednostavnost analize i mogućnost njezine automatizacije.

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

3. ANALITIČKI SIGNAL

Nakon odabira i pripreme uzorka započinje faza kemijske analize u kojoj se detektira komponenta ili se utvrđuje njezina 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, obično se popravi izgled analitički signal - pojava taloga, boja, linija u spektru itd. Pojava analitičkog signala mora se pouzdano zabilježiti. Pri određivanju količine komponente mjeri se veličina analitički signal - masa sedimenta, jakost struje, intenzitet spektralne linije itd.

4. METODE ANALITIČKE KEMIJE

4.1. METODE MASKIRANJA, ODVAJANJA I KONCENTRACIJE

Maskiranje.

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

Razdvajanje i koncentracija.

Potreba za odvajanjem i koncentracijom može biti uzrokovana sljedećim čimbenicima: uzorak sadrži komponente koje ometaju određivanje; koncentracija analita je ispod granice detekcije metode; komponente koje treba odrediti su neravnomjerno raspoređene u uzorku; nema standardnih uzoraka za umjeravanje instrumenata; uzorak je vrlo toksičan, radioaktivan i skup.

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

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

Oborine i suprecipitacije.

Taloženje se općenito koristi za odvajanje anorganskih tvari. Taloženje mikrokomponenata organskim reagensima, a posebno njihovo ko-taloženje, osigurava visok faktor koncentracije. Ove se metode koriste u kombinaciji s metodama određivanja koje su osmišljene za dobivanje analitičkog signala iz krutih uzoraka.

Razdvajanje taloženjem temelji se na različitoj topljivosti spojeva, uglavnom u vodenim otopinama.

Koprecipitacija je raspodjela mikrokomponente između otopine i taloga.

Izvlačenje.

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

Ekstrakcijske metode prikladne su za koncentraciju, ekstrakciju mikrokomponenata ili makrokomponenata, pojedinačno i grupno izdvajanje komponenata u analizi raznih industrijskih i prirodnih objekata. Metoda je jednostavna i brza za izvođenje, pruža visoka efikasnost odvajanje i koncentraciju te je kompatibilan s različitim metodama određivanja. Ekstrakcija vam omogućuje proučavanje stanja tvari u otopini raznim uvjetima, za određivanje fizikalno-kemijskih karakteristika.

sorpcija.

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

sorpcija- proces apsorpcije plinova, para i otopljenih tvari krutim ili tekućim apsorberima na čvrstom nosaču (sorbenti).

Elektrolitička separacija i cementacija.

Najčešća metoda izborne separacije, kod koje se izdvojena ili koncentrirana tvar izolira na čvrstim elektrodama u elementarnom stanju ili u obliku neke vrste spoja. Elektrolitička izolacija (elektroliza) temelji se na taloženju tvari pomoću električne struje pri kontroliranom potencijalu. Najčešća varijanta katodnog taloženja metala. Materijal elektrode može biti ugljik, platina, srebro, bakar, volfram itd.

elektroforeza na temelju razlika u brzinama čestica različiti naboj, oblik i veličina u električnom polju. Brzina kretanja ovisi o naboju, jakosti polja i radijusu čestice. Postoje dvije vrste elektroforeze: frontalna (jednostavna) i zona (na nosaču). U prvom slučaju, mali volumen otopine koja sadrži komponente koje treba odvojiti stavlja se u epruvetu s otopinom elektrolita. U drugom slučaju, kretanje se događa u stabilizirajućem mediju koji drži čestice na mjestu nakon što se električno polje isključi.

metoda injektiranje sastoji se u redukciji komponenata (obično malih količina) na metalima s dovoljno negativnim potencijalima ili almagamama elektronegativnih metala. Tijekom cementacije istovremeno se odvijaju dva procesa: katodni (odvajanje komponente) i anodni (otapanje cementnog metala).

Inženjeri zaštite okoliša moraju poznavati kemijski sastav sirovina, proizvoda i proizvodnih otpadaka te okoliša – zraka, vode i tla; važno je identificirati štetne tvari i odrediti njihovu koncentraciju. Ovaj problem je riješen analitička kemija - znanost o određivanju kemijskog sastava tvari.

Problemi analitičke kemije rješavaju se uglavnom fizikalno-kemijskim metodama analize, koje se nazivaju i instrumentalnima. Oni koriste mjerenje nekog fizikalnog ili fizikalno-kemijskog svojstva tvari kako bi odredili njezin sastav. Također uključuje odjeljke o metodama odvajanja i pročišćavanja tvari.

Svrha ovog tečaja predavanja je upoznavanje s principima instrumentalnih metoda analize kako bi se snašli u njihovim mogućnostima i na temelju toga postavili konkretne zadatke specijalistima – kemičarima i razumjeli značenje rezultata analize.

Književnost

Aleskovsky V.B. itd. Fizikalno-kemijske metode analize. L-d, "Kemija", 1988

Yu.S. Lyalikov. Fizikalne i kemijske metode analize. M., izdavačka kuća "Kemija", 1974

Vasiljev V.P. Teorijske osnove fizikalnih i kemijskih metoda analize. M., Viša škola, 1979

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

A.I. Mišustin, K.F. Belousova. koloidna kemija ( Alati). Izdavačka kuća MIHM, 1990

Prve dvije knjige su udžbenici za studente kemije i stoga su dovoljno teške za vas. To čini ova predavanja vrlo korisnima. Međutim, možete čitati pojedinačna poglavlja.

Nažalost, uprava još nije izdvojila poseban kredit za ovaj kolegij, tako da je gradivo uključeno u opći ispit, uz kolegij fizikalne kemije.

2. Klasifikacija metoda analize

Razlikovati kvalitativnu i kvantitativnu analizu. Prvi određuje prisutnost određenih komponenti, drugi - njihov kvantitativni sadržaj. Metode analize dijele se na kemijske i fizikalno-kemijske. U ovom predavanju razmatrat ćemo samo kemijske metode koje se temelje na transformaciji analita u spojeve s određenim svojstvima.

U kvalitativnoj analizi anorganskih spojeva ispitni se uzorak dovodi u tekuće stanje otapanjem u vodi ili otopini kiseline ili lužine, što omogućuje detekciju elemenata u obliku kationa i aniona. Na primjer, ioni Cu 2+ mogu se identificirati stvaranjem svijetloplavog kompleksnog iona 2+.

Kvalitativnu analizu dijelimo na frakcijsku i sustavnu. Frakcijska analiza - detekcija nekoliko iona u smjesi približno poznatog sastava.

Sustavna analiza je cjelovita analiza prema određenoj metodi sekvencijalnog dokazivanja pojedinih iona. Grupnim reagensima izoliraju se zasebne skupine iona sličnih svojstava, potom se skupine iona dijele u podskupine, a one pak u zasebne ione, koji se detektiraju pomoću tzv. analitičke reakcije. To su reakcije s vanjskim učinkom - taloženje, razvijanje plina, promjena boje otopine.

Svojstva analitičkih reakcija - specifičnost, selektivnost i osjetljivost.

Specifičnost omogućuje otkrivanje određenog iona u prisutnosti drugih iona pomoću karakteristične značajke (boja, miris itd.). Takvih je reakcija relativno malo (npr. reakcija otkrivanja iona NH 4 + djelovanjem lužine na tvar pri zagrijavanju). Kvantitativno se specifičnost reakcije procjenjuje vrijednošću graničnog omjera, tj. jednaka omjeru koncentracije određenog iona i interferirajućih iona. Na primjer, reakcija kapanja na Ni 2+ ion djelovanjem dimetilglioksima u prisutnosti Co 2+ iona uspijeva pri graničnom omjeru Ni 2+ prema Co 2+ jednakom 1:5000.

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

Osjetljivost reakcije su karakterizirane granicom detekcije ili granicom razrjeđivanja. 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 spojeva. Ugljik i vodik određuju se nakon sagorijevanja uzorka, bilježeći oslobođeni ugljikov dioksid i vodu. Postoji niz tehnika za otkrivanje drugih elemenata.

Klasifikacija metoda analize prema količini.

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

Ovisno o masi i volumenu analiziranog uzorka, razlikuju se makroanalize (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.izotopski (fizikalni) – određuju se izotopi

2. elementarni ili atomski – određuje se skup kemijskih elemenata

3. molekularni – određuje se skup molekula koje čine uzorak

4. strukturna skupina (srednja između atomske i molekulske) – u molekulama organskih spojeva određene su funkcionalne skupine.

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

Ostale vrste klasifikacije analize:

Grubo i lokalno.

Destruktivni i nedestruktivni.

Kontakt i daljinski.

diskretan i kontinuiran.

Bitne karakteristike analitičkog postupka su brzina metode (brzina analize), cijena analize i mogućnost njezine automatizacije.

Predmet joj je kao znanosti usavršavanje postojećih i razvoj novih metoda analize, njihova praktična primjena, proučavanje teorijskih temelja analitičkih metoda.

Ovisno o zadatku, analitička kemija se dijeli na kvalitativnu analizu, čiji je cilj utvrditi je li što ili Koja vrsta tvar, u kojem se obliku nalazi u uzorku te kvantitativna analiza kojom se utvrđuje koliko određena tvar (elementi, ioni, molekularni oblici itd.) nalazi se u uzorku.

Određivanje elementarnog sastava materijalnih objekata naziva se elementarna analiza. Uspostavljanje strukture kemijskih spojeva i njihovih smjesa na molekularnoj razini naziva se molekularna analiza. Jedna od vrsta molekularne analize kemijskih spojeva je strukturna analiza usmjerena na proučavanje prostorne atomske strukture tvari, utvrđivanje empirijskih formula, molekulskih težina itd. Zadaće analitičke kemije uključuju određivanje karakteristika organskih, anorganskih i biokemijskih objekata. Analiza organskih spojeva po funkcionalnim skupinama naziva se funkcionalna analiza.

Povijest

Analitička kemija postoji otkako postoji kemija u njezinu modernom smislu, a mnoge tehnike koje se u njoj koriste potječu iz još ranijeg doba, doba alkemije, čiji je jedan od glavnih zadataka bio upravo određivanje sastava raznih prirodnih tvari i proučavanje procesa njihovih međusobnih pretvorbi. No, razvojem kemije u cjelini znatno su se usavršile i metode rada koje se u njoj koriste, te uz čisto pomoćno značenje kao jednog od pomoćnih odjela kemije, analitička kemija trenutno ima značenje potpunog samostalni odjel. kemijsko znanje s vrlo ozbiljnim i važnim problemima teorijske prirode. Vrlo važan utjecaj na razvoj analitičke kemije imala je suvremena fizikalna kemija koja ju je obogatila nizom potpuno novih metoda rada i teoretskih osnova, koje uključuju nauk o otopinama (vidi), teoriju elektrolitičke disocijacije, zakon djelovanje mase (vidi Kemijska ravnoteža) i cijela doktrina kemijskog afiniteta.

Metode analitičke kemije

Usporedba metoda analitičke kemije

Agregat tradicionalne metode određivanje sastava tvari njezinim sekvencijalnim kemijskim razlaganjem nazvano je "mokra kemija" ("mokra analiza"). Ove metode imaju relativno nisku točnost, zahtijevaju relativno niske kvalifikacije analitičara i sada su ih gotovo potpuno potisnule moderne metode. instrumentalne metode(optičke, spektrometrijske mase, elektrokemijske, kromatografske i druge fizikalne i kemijske metode) određivanje sastava tvari. Međutim, mokra kemija ima svoju prednost spektrometrijske metode- omogućuje provođenjem standardiziranih postupaka (sustavna analiza) izravno određivanje sastava i različitih oksidacijskih stanja elemenata kao što su željezo (Fe + 2 , Fe + 3), titan, itd.

Analitičke metode možemo podijeliti na grube i lokalne. Bruto metode analize obično zahtijevaju odvojenu, detaljnu tvar (reprezentativni uzorak). Lokalne metode odrediti sastav tvari u malom volumenu u samom uzorku, što vam omogućuje izradu "karti" distribucije kemijska svojstva uzorak po površini i/ili dubini. Također treba istaknuti metode izravna analiza, odnosno nije povezano s preliminarnom pripremom uzorka. Često je potrebna priprema uzorka (npr. drobljenje, pretkoncentracija ili odvajanje). Pri pripremi uzoraka, interpretaciji rezultata, procjeni broja analiza koriste se statističke metode.

Metode kvalitativne kemijske analize

Da bi se odredio kvalitativni sastav bilo koje tvari, potrebno je proučiti njezina svojstva, koja, sa stajališta analitičke kemije, mogu biti dvije vrste: svojstva tvari kao takve i njezina svojstva u kemijskim transformacijama.

Prvi uključuju: fizičko stanje (krutina, tekućina, plin), njegovu strukturu u čvrstom stanju (amorfna ili kristalna tvar), boju, miris, okus itd. osjećaje osobe, moguće je utvrditi prirodu ovog tvar. U većini slučajeva, međutim, potrebno je određenu tvar pretvoriti u neku novu s jasno izraženim karakterističnim svojstvima, koristeći za to posebno odabrane spojeve koji se nazivaju reagensima.

Reakcije koje se koriste u analitičkoj kemiji iznimno su raznolike i ovise o fizičkim svojstvima i stupnju složenosti sastava tvari koja se proučava. U slučaju kada se kemijskoj analizi podvrgava očigledno čist, homogen kemijski spoj, posao se izvodi relativno lako i brzo; kada se ima posla s mješavinom nekoliko kemijskih spojeva, pitanje njezine analize postaje stoga kompliciranije, au proizvodnji rada potrebno je pridržavati se određenog sustava kako se ne bi previdio niti jedan element koji ulazi tvar. U analitičkoj kemiji postoje dvije vrste reakcija: reakcije na mokri način(u otopinama) i suhe reakcije..

Reakcije u otopinama

U kvalitativnoj kemijskoj analizi koriste se samo takve reakcije u otopinama koje su lako uočljive ljudskim osjetilima, a trenutak nastanka reakcije prepoznaje se po jednoj od sljedećih pojava:

1. stvaranje taloga netopljivog u vodi,
2. mijenjanje boje otopine
3. oslobađanje plina.

Taloženje u reakcijama kemijske analize ovisi o stvaranju neke tvari netopljive u vodi; ako se, na primjer, otopini barijeve soli doda sumporna kiselina ili njezina sol topljiva u vodi, nastaje bijeli praškasti talog barijevog sulfata:

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

Imajući na umu da neki drugi metali, na primjer, olovo, koji mogu tvoriti netopljivu sulfatnu sol PbSO 4, mogu dati sličnu reakciju stvaranja bijelog taloga pod djelovanjem sumporne kiseline, biti potpuno sigurni da je to ili tog metala, potrebno je provesti više verifikacijskih reakcija, podvrgavajući talog nastao u reakciji odgovarajućem istraživanju.

Za uspješno izvođenje reakcije stvaranja taloženja, osim odabira odgovarajućeg reagensa, potrebno je poštivati ​​i niz vrlo važni uvjeti u odnosu na jakost otopina ispitivane soli i reagensa, udio oba, temperaturu, trajanje interakcije itd. kristalne precipitacije), itd., kao i njihova svojstva u odnosu na utjecaj zagrijavanja, kiselina ili lužine, itd. Kod interakcije sa slabim otopinama ponekad je potrebno čekati na stvaranje taloga do 24-48 sati, pod uvjetom da su pohranjeni na određenoj specifičnoj temperaturi.

Reakcija stvaranja taloga, bez obzira na njezino kvalitativno značenje u kemijskoj analizi, često se koristi za međusobno odvajanje pojedinih elemenata. U tu svrhu, otopina koja sadrži spojeve dvaju ili više elemenata tretira se odgovarajućim reagensom koji može neke od njih pretvoriti u netopljive spojeve, a zatim se formirani talog odvoji od otopine (filtrata) filtracijom, uz njihovo dalje odvojeno ispitivanje. Ako uzmemo, na primjer, soli kalijevog klorida i barijevog klorida i dodamo im sumpornu kiselinu, tada nastaje netopljivi talog barijevog sulfata BaSO 4 i kalijevog sulfata K 2 SO 4 topljivog u vodi, koji se može odvojiti filtracijom. . Pri odvajanju taloga tvari netopive u vodi iz otopine prvo treba paziti da dobije odgovarajuću strukturu koja omogućuje nesmetano provođenje filtracije, a zatim, nakon što se sakupi na filteru, potrebno ga je temeljito oprati od stranih nečistoća. Prema istraživanjima W. Ostwalda, mora se imati na umu da je pri korištenju određene količine vode za pranje svrhovitije isprati sediment više puta malim obrocima vode nego obrnuto - nekoliko puta velikim obrocima. . Što se tiče uspješnosti reakcije odvajanja elementa u obliku netopljivog taloga, onda je W. Ostwald na temelju teorije otopina utvrdio da je za dovoljno potpuno odvajanje elementa u obliku netopljivog taloga potrebno uvijek je potrebno uzeti višak reagensa koji se koristi za taloženje.

Promjena boje otopine jedan je od vrlo važne karakteristike u reakcijama kemijske analize i vrlo je važan, posebno u vezi s procesima oksidacije i redukcije, kao iu radu s kemijskim indikatorima (vidi dolje - alkalimetrija i acidimetrija).

Primjeri reakcije boja u kvalitativnoj kemijskoj analizi može poslužiti: kalijev tiocijanat KCNS daje karakteristično krvavocrveno obojenje sa solima željeznog oksida; sa solima željeznog oksida isti reagens ne daje ništa. Ako se otopini željeznog klorida FeCl 2, blago zelene boje, doda bilo koji oksidans, na primjer klorna voda, otopina postaje žuta zbog stvaranja željeznog klorida, što je najviše oksidacijsko stanje ovog metala. Ako uzmemo kalijev dikromat K 2 Cr 2 O 7 narančasta boja i dodajte mu u otopinu malo sumporne kiseline i neki redukcijski agens, na primjer, vinski alkohol, narančasta boja se mijenja u tamnozelenu, što odgovara stvaranju najnižeg oksidacijskog stanja kroma u obliku soli kromovog sulfata Cr 3 (SO 4) 3.

Ovisno o tijeku kemijske analize, ovi procesi oksidacije i redukcije često se moraju provoditi u njemu. Najvažniji oksidansi su: halogeni, dušična kiselina, vodikov peroksid, kalijev permanganat, kalijev dikromat; najvažniji redukcijski agensi su: vodik u trenutku izolacije, sumporovodik, sumporna kiselina, kositar klorid, jodovodik.

Reakcije oslobađanja plinova u otopinama u proizvodnji visokokvalitetnih kemijskih analiza, najčešće nemaju samostalan značaj i pomoćne su reakcije; najčešće se morate susresti s oslobađanjem ugljičnog dioksida CO 2 - pod djelovanjem kiselina na ugljične soli, sumporovodika - tijekom razgradnje sulfidnih metala s kiselinama itd.

Reakcije suhim putem

Te se reakcije koriste u kemijskoj analizi, uglavnom u tzv. "preliminarni test", pri ispitivanju čistoće taloga, za reakcije provjere i proučavanje minerala. Najvažnije reakcije ove vrste sastoje se u ispitivanju tvari u odnosu na:

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

Za izradu ovih ispitivanja, u većini slučajeva, koristi se nesvjetleći plamen plinskog plamenika. Glavne komponente plina za rasvjetu (vodik, ugljični monoksid, močvarni plin i drugi ugljikovodici) su redukcijski agensi, ali kada se izgara na zraku (vidi Izgaranje), stvara se plamen u čijim se različitim dijelovima mogu naći uvjeti nužan za redukciju ili oksidaciju, a jednak je zagrijavanju na više ili manje visoku temperaturu.

Ispitivanje topljivosti Provodi se uglavnom u proučavanju minerala, za koje se njihov vrlo mali fragment, ojačan u tankoj platinastoj žici, uvodi u dio plamena koji ima najvišu temperaturu, a zatim pomoću povećala promatraju koliko su rubovi uzorka zaobljeni.

Test boje plamena se proizvodi uvođenjem malog uzorka sepije malog uzorka tvari na platinastoj žici, prvo u bazu 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 hlapljive tvari pretvaraju se u pare koje se zatim kondenziraju u hladnijem dijelu.

Suha oksidacija i redukcija može se proizvesti u kuglicama od rastaljenog boraksa ( 2 4 7 + 10 2 ) Ispitivana tvar se uvodi u maloj količini u kuglice dobivene taljenjem tih soli na platinastoj žici, a zatim se zagrijavaju u oksidacijskom ili redukcijskom dijelu plamena. . Restauracija se može vršiti i na brojne druge načine, a to su: zagrijavanje na štapiću pougljeniziranom sodom, zagrijavanje u staklenoj cijevi s metalima - natrijem, kalijem ili magnezijem, zagrijavanje u drvenom ugljenu s puhaljkom, jednostavno zagrijavanje.

Klasifikacija elemenata

Klasifikacija elemenata usvojena u analitičkoj kemiji temelji se na istoj njihovoj podjeli kakva je uobičajena u općoj kemiji - na metale i nemetale (metaloide), pri čemu se potonji najčešće razmatraju u obliku odgovarajućih kiselina. Kako bi se proizvela sustavna kvalitativna analiza, svaka od ovih klasa elemenata podijeljena je u skupine s nekim zajedničkim značajkama grupe.

Metali u analitičkoj kemiji dijele se na dva odjela, koji se pak dijele na pet skupina:

1. Metali čiji su sumporni spojevi topljivi u vodi- raspodjela metala ovog odjela u skupine temelji se na svojstvima njihovih ugljikovih soli. 1. skupina: kalij, natrij, rubidij, cezij, litij. Sumporni spojevi i njihove karbonske soli topljivi su u vodi. Ne postoji zajednički reagens za taloženje svih metala ove skupine u obliku netopljivih spojeva. 2. skupina: barij, stroncij, kalcij, magnezij. Sumporni spojevi su topljivi u vodi, ugljične soli su netopljive. Uobičajeni reagens koji taloži sve metale ove skupine u obliku netopljivih spojeva je amonijev karbonat.
2. Metali čiji su sumporni spojevi netopljivi u vodi- kako bi podijelili ovaj odjel u tri skupine, koriste se omjerom svojih sumpornih spojeva prema slabim kiselinama i prema amonijevom sulfidu. 3. skupina: aluminij , krom , željezo , mangan , cink , nikal , kobalt .

Aluminij i krom ne tvore spojeve sumpora u vodi; preostali metali tvore spojeve sumpora, koji su, kao i njihovi oksidi, topljivi u slabim kiselinama. Iz kisele otopine, vodikov sulfid ih ne taloži, amonijev sulfid taloži okside ili sumporne spojeve. Amonijev sulfid je uobičajeni reagens za ovu skupinu, a višak njegovih sumpornih spojeva se ne otapa. 4. skupina: srebro, olovo, bizmut, bakar, paladij, rodij, rutenij, osmij. Sumporni spojevi su netopljivi u slabim kiselinama i talože se sumporovodikom u kiseloj otopini; također su netopljivi u amonijevom sulfidu. Sumporovodik je uobičajeni reagens za ovu skupinu. 5. skupina: kositar, arsen, antimon, zlato, platina. Sumporni spojevi također su netopljivi u slabim kiselinama i talože ih sumporovodik iz kisele otopine. Ali oni su topljivi u amonijevom sulfidu i s njim tvore u vodi topive sulfa soli.

Nemetali (metaloidi) moraju se otkriti u kemijskoj analizi uvijek u obliku kiselina koje tvore ili njihovih odgovarajućih soli. Osnova za podjelu kiselina u skupine su svojstva njihovih soli barija i srebra u odnosu na njihovu topljivost u vodi i dijelom u kiselinama. Barijev klorid je uobičajeni reagens za 1. skupinu, srebrov nitrat u otopini nitrata - za 2. skupinu, soli barija i srebra 3. skupine kiselina topive su u vodi. 1. skupina: u neutralnoj otopini barijev klorid taloži netopljive soli; soli srebra su netopljive u vodi, ali topljive u dušičnoj kiselini. Tu spadaju kiseline: kromna, sumporna, sumporna, vodena, ugljična, silicijeva, sumporna, fluorosilikatna (barijeve soli netopljive u kiselinama), arsen i arsen. 2. skupina: u otopini zakiseljenoj dušičnom kiselinom taloži se srebrov nitrat. To uključuje kiseline: klorovodičnu, bromovodičnu i jodovodičnu, cijanovodičnu, sumporovodičnu, željezo i željezo-cijanid te jod. 3. skupina: dušična kiselina i kloridna kiselina, koje se ne talože ni srebrnim nitratom ni barijevim kloridom.

Međutim, mora se imati na umu da reagensi navedeni za kiseline nisu opći reagensi koji bi se mogli koristiti za razdvajanje kiselina u skupine. Ovi reagensi mogu dati samo naznaku prisutnosti kisele ili druge skupine, a da bi se otkrila svaka pojedinačna kiselina, potrebno je koristiti njihove posebne reakcije. Gornja klasifikacija metala i nemetala (metaloida) za potrebe analitičke kemije usvojena je u ruskoj školi i laboratorijima (prema N. A. Menšutkinu), u zapadnoeuropskim laboratorijima usvojena je druga klasifikacija, koja se, međutim, u biti temelji na istoj principi.

Teorijske osnove reakcija

Teoretski temelji reakcija kvalitativne kemijske analize u otopinama moraju se tražiti, kao što je već gore navedeno, u katedrama za opću i fizikalnu kemiju o otopinama i kemijskom afinitetu. Jedan od prvih kritična pitanja je stanje svih minerala u vodenim otopinama, u kojem, prema teoriji elektrolitičke disocijacije, sve tvari koje pripadaju klasama soli, kiselina i lužina disociraju na ione. Stoga se sve reakcije kemijske analize ne odvijaju između cijelih molekula spojeva, već između njihovih iona. Na primjer, reakcija natrijevog klorida NaCl i srebrnog nitrata AgNO 3 odvija se prema jednadžbi:

Na + + Cl - + Ag + + (NO 3) - = AgCl↓ + Na + + (NO 3) - natrijev ion + kloridni ion + srebrni ion + anion dušične kiseline = netopljiva sol + anion dušične kiseline

Prema tome, srebrov nitrat nije reagens za natrijev klorid ili solnu kiselinu, već samo za ion klora. Dakle, za svaku sol u otopini, sa stajališta analitičke kemije, njen kation (metalni ion) i anion (kiselinski ostatak) moraju se razmatrati odvojeno. Za slobodnu kiselinu moraju se uzeti u obzir vodikovi ioni i anion; konačno, za svaku lužinu, metalni kation i hidroksilni anion. A u biti, najvažniji zadatak kvalitativne kemijske analize je proučavanje reakcija raznih iona i načina njihovog otvaranja i međusobnog odvajanja.

Da bi se postigao potonji cilj, djelovanjem odgovarajućih reagensa ioni se prevode u netopljive spojeve koji se talože iz otopine u obliku taloga ili se iz otopina izdvajaju u obliku plinova. U istoj teoriji elektrolitičke disocijacije valja tražiti objašnjenja djelovanja kemijskih indikatora, koji često nalaze primjenu u kemijskoj analizi. Prema teoriji W. Ostwalda, svi kemijski indikatori spadaju među relativno slabe kiseline, djelomično disocirane u vodenim otopinama. Štoviše, neki od njih imaju bezbojne cijele molekule i obojene anione, drugi, naprotiv, imaju obojene molekule i bezbojni anion ili anion druge boje; izloženi utjecaju slobodnih vodikovih iona kiselina ili hidroksilnih iona lužina, kemijski indikatori mogu promijeniti stupanj svoje disocijacije, a ujedno i boju. Najvažniji pokazatelji su:

1. Metil-oranž, koji u prisutnosti slobodnih vodikovih iona (kisela reakcija) daje ružičastu boju, a u prisutnosti neutralnih soli ili lužina daje žutu boju;
2. Fenolftalein – u prisutnosti hidroksilnih iona (alkalna reakcija) daje karakterističnu crvenu boju, a u prisutnosti neutralnih soli ili kiselina je bezbojan;
3. Lakmus - crveni pod utjecajem kiselina, a postaje plav pod utjecajem lužina, i, na kraju,
4. Kurkumin - pod utjecajem lužina postaje smeđi, a u prisutnosti kiselina ponovno poprima žutu boju.

Kemijski indikatori imaju vrlo važnu primjenu u masovnoj kemijskoj analizi (vidi dolje). U reakcijama kvalitativne kemijske analize često se susreće i pojava hidrolize, odnosno razgradnje soli pod utjecajem vode, te vodena otopina poprima više ili manje jaku alkalnu ili kiselu reakciju.

Napredak kvalitativne kemijske analize

U kvalitativnoj kemijskoj analizi važno je utvrditi ne samo koji elementi ili spojevi ulaze u sastav dane tvari, već i u kojim su, približno, relativnim količinama ti sastojci. U tu svrhu uvijek je potrebno polaziti od određenih količina analita (najčešće je dovoljno uzeti 0,5-1 gram) i tijekom analize međusobno uspoređivati ​​veličinu pojedinačnih oborina. Također je potrebno koristiti otopine reagensa određene jakosti i to: normalne, polunormalne, jedne desetine normalne.

Svaka kvalitativna kemijska analiza podijeljena je u tri dijela:

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

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

1. čvrsta nemetalna tvar,
2. kruta tvar u obliku metala ili legure metala,
3. tekućina (otopina)

Prilikom analiziranja čvrsta nemetalna tvar prvenstveno proizvedeno vizualni pregled i mikroskopski pregled, kao i preliminarno ispitivanje gore navedenim metodama analize u suhom obliku. Uzorak tvari otapa se, ovisno o svojoj prirodi, u jednom od sljedećih otapala: voda, klorovodična kiselina, dušična kiselina i aqua regia (mješavina klorovodične i dušične kiseline). Tvari koje se ne mogu otopiti ni u jednom od navedenih otapala prevode se u otopinu nekim posebnim metodama, kao što su: taljenje sa sodom ili potašom, kuhanje s otopinom sode, zagrijavanje s određenim kiselinama itd. Dobivena otopina se podvrgava sustavna analiza s preliminarnom izolacijom metala i kiselina po skupinama i daljnjom podjelom na zasebne elemente, koristeći njihove posebne reakcije.

Prilikom analiziranja metalna legura određeni uzorak se otopi u dušičnoj kiselini (u rijetkim slučajevima u carskoj vodici), a dobivena otopina se upari do suhog, nakon čega se kruti ostatak otopi u vodi i podvrgne sustavnoj analizi.

Ako je tvar tekućina Prije svega, pozornost privlači njegova boja, miris i reakcija na lakmus (kisela, alkalna, neutralna). Za provjeru prisutnosti bilo kojeg u otopini čvrste tvari, mali dio tekućine ispari na platinastoj ploči ili satnom staklu. Nakon ovih preliminarnih testova, tekućina se apalizira konvencionalnim metodama.

Analiza plinovi proizvedene nekim posebnim metodama naznačenim u kvantitativnoj analizi.

Metode kvantitativne kemijske analize

Kvantitativna kemijska analiza ima za cilj odrediti relativnu količinu pojedinih sastojaka kemijskog spoja ili smjese. Metode koje se u njoj koriste ovise o kvaliteti i sastavu tvari, pa kvantitativnoj kemijskoj analizi uvijek mora prethoditi kvalitativna kemijska analiza.

Za izradu kvantitativne analize mogu se koristiti dvije različite metode: gravimetrijska i volumetrijska. Metodom težine tijela koja se određuju izdvajaju se u obliku, ako je moguće, netopivih ili teško topljivih spojeva poznatog kemijskog sastava, te se određuje njihova težina, na temelju koje se može odrediti količina željeni element proračunom. Kod volumetrijske analize mjere se volumeni titriranih (koje sadrže određenu količinu reagensa) otopina koje se koriste za analizu. Osim toga, razlikuje se niz posebnih metoda kvantitativne kemijske analize, i to:

1. elektrolitički, koji se temelji na izolaciji pojedinačnih metala elektrolizom,
2. kolorimetrijski, proizvedena usporedbom intenziteta boje dane otopine s bojom otopine određene jačine,
3. organska analiza, koji se sastoji u izgaranju organske tvari u ugljikov dioksid CO 2 i vodu H 2 0 i u određivanju količine njihovog relativnog sadržaja u tvari ugljika i vodika,
4. plinska analiza, koji se sastoji u određivanju nekim posebnim metodama kvalitativnog i kvantitativnog sastava plinova ili njihovih smjesa.

Apsolutno posebna skupina je medicinsko kemijska analiza, koji obuhvaća niz različitih metoda za ispitivanje krvi, urina i drugih otpadnih produkata ljudskog tijela.

Ponderirana kvantitativna kemijska analiza

Postoje dvije vrste metoda kvantitativne kemijske analize težine: metoda izravne analize i metoda posredne (neizravne) analize. U prvom slučaju, komponenta koju treba odrediti se izolira u obliku nekog netopljivog spoja, te se odredi težina potonjeg. Neizravna analiza temelji se na činjenici da dvije ili više tvari podvrgnute istom kemijskom tretmanu podliježu nejednakim promjenama težine. Imajući, na primjer, mješavinu kalijevog klorida i natrijevog nitrata, može se odrediti prvi od njih izravnom analizom, taloženjem klora u obliku srebrovog klorida i njegovim vaganjem. Ako postoji mješavina kloridnih soli kalija i natrija, možete odrediti njihov omjer neizravna metoda taloženjem cijelog klora, u obliku srebrovog klorida, i određivanjem njegove težine, a zatim izračunavanjem.

Volumetrijska kemijska analiza

Analiza elektrolizom

Kolorimetrijske metode

Elementarna organska analiza

Analiza plina

Klasifikacija metoda analitičke kemije

• Metode elementarne analize
  • Rentgenska spektralna analiza (rendgenska fluorescencija)
  • Analiza neutronske aktivacije ( Engleski) (vidi radioaktivnu analizu)
  • Augerova elektronska spektrometrija (EOS) ( Engleski); vidi Auger efekt
  • Analitička atomska spektrometrija skup je metoda koje se temelje na transformaciji analiziranih uzoraka u stanje pojedinačnih slobodnih atoma, čije se koncentracije zatim mjere spektroskopski (ponekad je ovdje uključena i rendgenska fluorescentna analiza, iako se ne temelji na atomizaciji uzorka a nije povezan sa spektroskopijom atomske pare).
    • MS - masena spektrometrija s registracijom masa atomskih iona
      • ICP-MS - masena spektrometrija induktivno spregnute plazme (vidi induktivno spregnuta plazma u spektrometriji masa)
      • LA-ICP-MS - masena spektrometrija s induktivno spregnutom plazmom i laserskom ablacijom
      • LIMS - masena spektrometrija laserske iskre; vidi lasersku ablaciju (primjer komercijalne primjene: LAMAS-10M)
      • SIMS - sekundarna ionska spektrometrija mase (SIMS)
      • TIMS - termička ionizacijska spektrometrija mase (TIMS)
      • Masena spektrometrija visoke energije akceleratora čestica (AMS)
    • AAS - atomska apsorpcijska spektrometrija
      • ETA-AAS - atomska apsorpcijska spektrometrija s elektrotermalnom atomizacijom (vidi atomski apsorpcijski spektrometri)
      • CVR - Spektroskopija vremena raspada rezonatora (CRDS)
      • VRLS - intrakavitetna laserska spektroskopija
    • AES - atomska emisijska spektrometrija
      • iskra i luk kao izvori zračenja (v. iskričasto pražnjenje; električni luk)
      • ICP-AES - atomska emisijska spektrometrija s induktivno spregnutom plazmom
      • LIES - spektrometrija emisije laserske iskre (LIBS ili LIPS); vidi laserska ablacija
    • APS - atomska fluorescentna spektrometrija (vidi fluorescencija)
      • ICP-AFS - atomska fluorescentna spektrometrija induktivno spregnute plazme (uređaji tvrtke Baird)
      • LAFS - laserska atomska fluorescentna spektrometrija
      • APS sa šupljom katodom (komercijalni primjer: AI3300)
    • AIS - atomska ionizacijska spektrometrija
      • LAIS (LIIS) - laserska atomska ionizacija ili laserski pojačana ionizacijska spektroskopija (eng. Laserski poboljšana ionizacija, LEI )
      • RIMS - laserska rezonantna ionizacijska masena spektrometrija
      • OG - optogalvanska (LOGS - laserska optogalvanska spektroskopija)

• Ostale metode analize
  • titrimetrija, volumetrijska analiza
  • analiza težine - gravimetrija, elektrogravimetrija
  • spektrofotometrija (obično apsorpcija) molekularnih plinova i kondenzirane tvari
    • elektronska spektrometrija (spektometrija vidljivog spektra i UV spektrometrija); vidi elektronska spektroskopija
    • vibracijska spektrometrija (IR spektrometrija); vidi vibracijska spektroskopija
  • Ramanova spektroskopija; vidi Ramanov učinak
  • luminiscentna analiza
  • masena spektrometrija s registracijom masa molekulskih i klaster iona, radikala
  • spektrometrija pokretljivosti iona (

I. Kemija i medicina

1. Predmet, ciljevi i zadaci analitičke kemije. Kratki povijesni pregled razvoja analitičke kemije. Mjesto analitičke kemije među prirodnim znanostima iu sustavu medicinskog obrazovanja.

Analitička kemija - znanost o metodama za određivanje sastava tvari. Artikal njezina - odluka uobičajeni problemi teorija kemijske analize, usavršavanje postojećih i razvoj novih, bržih i točnijih metoda analize (tj. teorija i praksa kemijske analize). Zadatak - razvoj teorije kemijskih i fizikalno-kemijskih metoda analize, procesa i operacija u znanstvenim istraživanjima, usavršavanje starih metoda analize, razvoj brzih i daljinskih MA, razvoj metoda ultra- i mikroanalize.

Ovisno o predmetu proučavanja, analitička kemija dijele se na anorgansku i organsku analizu. Analitička kemija se odnosi primijenjenim znanostima. Njegovo praktično značenje je vrlo raznoliko. Uz pomoć metoda kemijske analize otkrivene su neke zakonitosti - zakon postojanosti sastava, zakon višestrukih omjera, određene su atomske mase elemenata,

kemijski ekvivalenti, utvrđene su kemijske formule mnogih spojeva itd.

Analitička kemija daje veliki doprinos razvoju prirodnih znanosti: geokemije, geologije, mineralogije, fizike, biologije, agrokemije, metalurgije, kemijske tehnologije, medicine itd.

Predmet kvalitativne analize- razvoj teorijskih osnova, usavršavanje postojećih i razvoj novih, naprednijih metoda za određivanje elementarnog sastava tvari. Zadatak kvalitativne analize- određivanje "kvalitete" tvari ili otkrivanje pojedinačnih elemenata ili iona koji čine sastav ispitivanog spoja.

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

U kvalitativnoj analizi koriste se samo one reakcije koje prate neki vanjski učinci koji su jasno vidljivi promatraču: promjena boje otopine; taloženje ili otapanje taloga; ispuštanje plinova karakterističnog mirisa ili boje.

Osobito se često koriste reakcije praćene stvaranjem taloga i promjenom boje otopine. Takve reakcije nazivamo reakcijama "otkrića“, budući da otkrivaju ione prisutne u otopini.

Reakcije se također široko koriste. identifikacija, uz pomoć kojih se provjerava ispravnost "otkrića" jednog ili drugog iona. Konačno, koriste se reakcije taloženja, koje obično odvajaju jednu skupinu iona od druge ili jedan ion od drugih iona.

Ovisno o količini analita, volumenu otopine i tehnici izvođenja pojedinih operacija, kemijske metode kvalitativne analize dijele se na za makro-, mikro-, polu-mikro- i ultra-mikroanalizu i tako dalje.

II. Kvalitativna analiza

2. Osnovni pojmovi analitičke kemije. Vrste analitičkih reakcija i reagensi. Zahtjevi za analizu, osjetljivost, selektivnost za određivanje sastava tvari.

Analitička reakcija - kem. reakcija koja se koristi za odvajanje, otkrivanje i kvantificiranje elemenata, iona, molekula. Mora biti popraćen analitičkim učinkom (taloženje, razvijanje plina, promjena boje, miris).

Prema vrsti kemijske reakcije:

Su česti– analitički signali su isti za mnoge ione. Reagens je opći. Primjer: taloženje hidroksida, karbonata, sulfida itd.

Skupina– analitički signali su tipični za određenu skupinu iona sličnih svojstava. Reagens - skupina. Primjer: taloženje iona Ag +, Pb 2+ s reagensom - klorovodičnom kiselinom uz stvaranje bijelih taloga AgCl, PbCl 2

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

selektivno– analitički signali su isti za ograničeni broj iona. Reagens je selektivan. Primjer: pod djelovanjem reagensa NH 4 SCN na smjesu kationa, samo dva kationa tvore obojene kompleksne spojeve: krvavo crveno 3-

i plava 2-

Specifično– analitički signal je karakterističan samo za jedan ion. Reagens je specifičan. Takvih reakcija je jako malo.

Prema vrsti analitičkog signala:

obojen

Taloženje

Ispuštanje plinova

mikrokristalni

Po funkciji:

Reakcije detekcije (identifikacije)

Reakcije odvajanja (odvajanje) za uklanjanje interferirajućih iona taloženjem, ekstrakcijom ili sublimacijom.

Prema tehnici izvedbe:

epruvete– izvodi se u epruvetama.

kapati izvedena:

Na filter papiru

Na satu ili predmetnom staklu.

U tom slučaju, 1-2 kapi analizirane otopine i 1-2 kapi reagensa se nanose na ploču ili papir, dajući karakterističnu boju ili stvaranje kristala. Pri izvođenju reakcija na filter papiru koriste se adsorpcijska svojstva papira. Kap tekućine koja se nataloži na papiru brzo se apsorbira kroz kapilare, a obojeni spoj se adsorbira 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 umnošku topljivosti taloga - ili ovisno o konstanti stabilnosti kompleksnih spojeva: što je njihova vrijednost veća, to je bliže središtu ili u središtu određena zona.

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

Mikrokristalne reakcije temelje se na stvaranju kemijskih spojeva koji imaju karakterističan oblik, boju i moć loma kristala. Izvode se na stakalcima. Da biste to učinili, 1-2 kapi analizirane otopine i 1-2 kapi reagensa nanesite na čisto staklo kapilarnom pipetom, pažljivo ih pomiješajte staklenom šipkom bez miješanja. Staklo se zatim stavlja na postolje mikroskopa i ispituje se talog nastao in situ.

kapljični kontakt.

Za pravilnu upotrebu u analitici reakcija, razmotrite reakcijska osjetljivost . Određuje se najmanjom količinom željene tvari koju ovaj reagens može detektirati u kapi otopine (0,01-0,03 ml). Osjetljivost se izražava nizom veličina:

Minimalno otvaranje- najmanje količina tvari sadržane u ispitnoj otopini i otvorene ovim reagensom pod određenim reakcijskim uvjetima.

Minimalna (granična) koncentracija pokazuje pri kojoj najnižoj koncentraciji otopine ova reakcija omogućuje nedvosmisleno otkrivanje tvari koju treba detektirati u malom dijelu otopine.

Ograničite razrjeđivanje– najveća količina razrjeđivača pri kojoj se tvar još određuje.

Zaključak: analitička reakcija je osjetljivija, što je manji otvor minimuma, što je niža minimalna koncentracija, ali je veće granično razrjeđenje.

ANALITIČKA KEMIJA, znanost o određivanju kemijskog sastava tvari i materijala te, donekle, kemijske strukture spojeva. Analitička kemija razvija opće teorijske temelje kemijske analize, razvija metode za određivanje komponenti ispitivanog uzorka i rješava probleme analize specifičnih objekata. Glavni cilj analitičke kemije je stvaranje metoda i alata koji, ovisno o zadatku, osiguravaju točnost, visoku osjetljivost, brzinu i selektivnost analize. Također se razvijaju metode za analizu mikroobjekata, za provođenje lokalne analize (na točki, na površini i sl.), analize bez uništavanja uzorka, na udaljenosti od njega (daljinska analiza), kontinuirane analize (npr. , u struji), te utvrditi u kakvom se kemijskom spoju iu kakvom fizičkom obliku određena komponenta nalazi u uzorku (kemijska analiza materijala) te u kojoj se fazi nalazi (fazna analiza). Važni trendovi u razvoju analitičke kemije su automatizacija analiza, posebice u kontroli tehnološki procesi, i matematizacija, posebice raširena uporaba računala.

Struktura znanosti. Tri su glavna područja analitičke kemije: opći teorijski temelji; razvoj metoda analize; analitička kemija pojedinih objekata. Ovisno o namjeni analize, razlikuju se kvalitativna kemijska analiza i kvantitativna kemijska analiza. Zadatak prvog je detektirati i identificirati komponente analiziranog uzorka, zadatak drugog je odrediti njihove koncentracije ili mase. Ovisno o tome koje komponente treba detektirati ili odrediti, postoji izotopska analiza, elementarna analiza, analiza strukturnih skupina (uključujući funkcionalne), molekularna analiza, analiza materijala i analiza faza. Po prirodi analiziranog objekta razlikujemo analizu anorganskih i organskih tvari, te bioloških objekata.

U teorijskim osnovama analitičke kemije važno mjesto zauzima tzv. kemometrija, uključujući i mjeriteljstvo kemijske analize. Teorija analitičke kemije također uključuje učenje o izboru i pripremi analitičkih uzoraka, o izradi sheme analize i izboru metoda, o principima i načinima automatizacije analize, primjeni računala, kao i načelima racionalnog korištenja rezultati kemijske analize. Značajka analitičke kemije je proučavanje ne općih, već pojedinačnih, specifičnih svojstava i karakteristika objekata, što osigurava selektivnost mnogih analitičkih metoda. Zahvaljujući bliskim vezama s dostignućima fizike, matematike, biologije i razna područja tehnologije (to se posebno odnosi na metode analize), analitička kemija postaje disciplina na sjecištu znanosti. Često se koriste i drugi nazivi ove discipline - analitika, analitička znanost itd.

U analitičkoj kemiji razlikuju se metode odvajanja, određivanja (detekcije) i hibridne metode analize, koje obično kombiniraju metode prve dvije skupine. Metode određivanja zgodno se dijele na kemijske metode analize (gravimetrijska analiza, titrimetrijska analiza, elektrokemijske metode analize, kinetičke metode analize), fizikalne metode analize (spektroskopske, nuklearno-fizičke i dr.), biokemijske metode analize i biološke metode analize. Kemijske metode temelje se na kemijskim reakcijama (interakcija tvari s materijom), fizikalne metode temelje se na fizikalnim pojavama (interakcija tvari sa zračenjem, tokovi energije), biološke metode koriste odgovor organizama ili njihovih fragmenata na promjene u okolišu .

Gotovo sve metode određivanja temelje se na ovisnosti bilo kojeg mjerljivog svojstva tvari o njihovom sastavu. Stoga je važan smjer u analitičkoj kemiji traženje i proučavanje takvih ovisnosti kako bi se pomoću njih riješili analitički problemi. U ovom slučaju gotovo uvijek je potrebno pronaći jednadžbu za odnos između svojstva i sastava, razviti metode za registraciju svojstva (analitičkog signala), eliminirati smetnje od drugih komponenti i eliminirati ometajući utjecaj različitih čimbenika (npr. , temperaturne fluktuacije). Vrijednost analitičkog signala pretvara se u jedinice koje karakteriziraju količinu ili koncentraciju komponenata. Mjerena svojstva mogu biti npr. masa, volumen, apsorpcija svjetlosti, jakost struje.

Velika pažnja posvećena je teoriji metoda analize. Teorija kemijskih metoda temelji se na nekoliko osnovnih vrsta kemijskih reakcija koje se naširoko koriste u analizi (kiselo-bazne, redoks, kompleksiranje) i nekoliko važnih procesa (taloženje, otapanje, ekstrakcija). Pozornost prema ovim pitanjima proizlazi iz povijesti razvoja analitičke kemije i praktičnog značaja odgovarajućih metoda. Kako se, međutim, udio kemijskih metoda smanjuje, a raste udio fizikalnih, biokemijskih i bioloških metoda, od velike je važnosti unaprijediti teoriju metoda potonjih skupina i integrirati teorijske aspekte pojedinih metoda. metode u opću teoriju analitičke kemije.

Povijest razvoja. Ispitivanja materijala provedena su u drevna vremena; na primjer, rude su ispitivane kako bi se utvrdila njihova prikladnost za taljenje, razni proizvodi - kako bi se odredio sadržaj zlata i srebra u njima. Alkemičari 14.-16. stoljeća izvršili su ogroman eksperimentalni rad na proučavanju svojstava tvari, postavljajući temelje kemijskim metodama analize. U 16-17 st. (razdoblje jatrokemije), nov kemijske metode otkrivanje tvari na temelju reakcija u otopini (primjerice, otkrivanje iona srebra stvaranjem taloga s kloridnim ionima). Utemeljiteljem znanstvene analitičke kemije smatra se R. Boyle, koji je uveo pojam "kemijske analize".

Sve do sredine 19. stoljeća analitička kemija bila je glavna grana kemije. U tom razdoblju mnogi kemijski elementi, razlikuju se sastavni dijelovi nekih prirodnih tvari, utvrđuju se zakoni stalnosti sastava i višestrukih omjera, zakon održanja mase. Švedski kemičar i mineralog T. Bergman razvio je shemu sustavne kvalitativne analize, aktivno koristio sumporovodik kao analitički reagens i predložio metode analize plamena za dobivanje bisera. U 19. stoljeću sustavnu kvalitativnu analizu unaprijedili su njemački kemičari G. Rose i K. Fresenius. Isto stoljeće obilježeno je velikim uspjesima u razvoju kvantitativne analize. Stvorena je titrimetrijska metoda (francuski kemičar F. Decroisille, J. Gay-Lussac), značajno je unaprijeđena gravimetrijska analiza i razvijene su metode za analizu plinova. Od velike je važnosti bio razvoj metoda za elementarnu analizu organskih spojeva (Yu. Liebig). Krajem 19. st. oblikovala se teorija analitičke kemije koja se temeljila na teoriji kemijske ravnoteže u otopinama uz sudjelovanje iona (uglavnom W. Ostwald). Do tada su metode analize iona u vodenim otopinama zauzele prevladavajuće mjesto u analitičkoj kemiji.

U 20. stoljeću razvijaju se metode mikroanalize organskih spojeva (F. Pregl). Predložena je polarografska metoda (J. Geyrovsky, 1922). Pojavile su se mnoge fizičke metode, na primjer, spektrometrija mase, X-zrake, nuklearna fizika. Od velike je važnosti otkriće kromatografije (M. S. Tsvet, 1903.) i stvaranje raznih varijanti te metode, posebice razdjelne kromatografije (A. Martin i R. Sing, 1941.).

U Rusiji i SSSR-u veliki značaj za analitičku kemiju imao je udžbenik I. A. Menšutkina "Analitička kemija" (izdržao 16 izdanja). M.A. Ilyinsky i L.A. Chugaev uveli su organske analitičke reagense u praksu (kraj 19. - početak 20. stoljeća), N.A. Tananajev je razvio kapljičnu metodu kvalitativne analize (istodobno s austrijskim kemičarom F. Feiglom, 1920-ih). Godine 1938. N.A. Izmailov i M. S. Schreiber prvi su opisali tankoslojnu kromatografiju. Ruski znanstvenici dali su veliki doprinos proučavanju formiranja kompleksa i njegovoj analitičkoj uporabi (I. P. Alimarin, A. K. Babko), teoriji djelovanja organskih analitičkih reagensa, razvoju masene spektrometrije, metoda fotometrije, atomske apsorpcijske spektrometrije ( B. V. Lvov), u analitičkoj kemiji pojedinih elemenata, posebno rijetkih i platine, te niza predmeta - tvari visoke čistoće, minerala, metala i legura.

Zahtjevi prakse uvijek su poticali razvoj analitičke kemije. Tako su u 1940-1970-ima, u vezi s potrebom analize nuklearnih, poluvodičkih i drugih materijala visoke čistoće, stvorene osjetljive metode kao što su radioaktivacijska analiza, spektrometrija mase iskre i kemijska analiza. spektralna analiza, stripping voltametrija, koja omogućuje određivanje do 10 -7 -10 -8% nečistoća u čistim tvarima, tj. 1 dio nečistoće na 10-1000 milijardi dijelova glavne tvari. Za razvoj crne metalurgije, posebice u vezi s prelaskom na brzoreznu proizvodnju BOF čelika, brza analiza postala je odlučujuća. Korištenje tzv. kvantometara - fotoelektričnih uređaja za višeelementnu optičku spektralnu ili rendgensku analizu - omogućuje analizu tijekom taljenja.

Potreba za analizom složenih smjesa organskih spojeva dovela je do intenzivnog razvoja plinske kromatografije, koja omogućuje analizu najsloženijih smjesa koje sadrže nekoliko desetaka, pa čak i stotina tvari. Analitička kemija uvelike je pridonijela ovladavanju energijom atomske jezgre, proučavanju svemira i oceana, razvoju elektronike i napretku bioloških znanosti.

Predmet proučavanja. Važnu ulogu ima razvoj teorije uzorkovanja analiziranih materijala; Obično se pitanja uzorkovanja rješavaju zajedno sa stručnjacima za tvari koje se proučavaju (na primjer, s geolozima, metalurzima). Analitička kemija razvija metode razgradnje uzorka - otapanje, stapanje, sinteriranje i dr., koje bi trebale osigurati potpuno "otvaranje" uzorka i spriječiti gubitak determiniranih komponenti i onečišćenje izvana. Zadaci analitičke kemije uključuju razvoj tehnika za takve opće operacije analizu, kao što je mjerenje volumena, filtriranje, kalciniranje. Jedan od zadataka analitičke kemije je određivanje smjerova razvoja analitičke instrumentacije, stvaranje novih sklopova i dizajna instrumenata (što najčešće služi kao završna faza u razvoju analitičke metode), kao i sinteza novih analitičkih reagensa.

Za kvantitativnu analizu vrlo su važne mjeriteljske karakteristike metoda i instrumenata. S tim u vezi, analitička kemija proučava probleme kalibracije, proizvodnje i uporabe referentnih uzoraka (uključujući standardne uzorke) i drugih načina osiguranja točnosti analize. Važno mjesto zauzima obrada rezultata analize, posebice računalna obrada. Za optimizaciju uvjeta analize koriste se teorija informacija, teorija prepoznavanja uzoraka i druge grane matematike. Računala se koriste ne samo za obradu rezultata, već i za kontrolu instrumenata, računanje smetnji, kalibraciju i planiranje eksperimenata; postoje analitički zadaci koji se mogu riješiti samo uz pomoć računala, na primjer, identifikacija molekula organskih spojeva pomoću ekspertnih sustava.

Analitička kemija definira opće pristupe izboru načina i metoda analize. Razvijaju se metode za usporedbu metoda, utvrđuju uvjeti njihove zamjenjivosti i kombinacija, principi i načini automatizacije analize. Za praktičnu upotrebu analize, potrebno je razviti ideje o njezinom rezultatu kao pokazatelju kvalitete proizvoda, doktrinu ekspresne kontrole tehnoloških procesa, te stvaranje ekonomičnih metoda. Za analitičare koji rade u različitim sektorima gospodarstva od velike je važnosti unifikacija i standardizacija metoda. Teorija se razvija kako bi se optimizirala količina informacija potrebnih za rješavanje analitičkih problema.

Metode analize. Ovisno o masi ili volumenu analiziranog uzorka, metode odvajanja i određivanja ponekad se dijele na makro-, mikro- i ultramikro metode.

Odvajanju smjesa obično se pribjegava kada metode izravna definicija ili detekcije ne dopuštaju primanje točan rezultat zbog ometajućeg utjecaja drugih komponenti uzorka. Osobito je važna takozvana relativna koncentracija, odvajanje malih količina analita od značajnih velike količine glavne komponente uzorka. Razdvajanje smjesa može se temeljiti na razlikama u termodinamičkim ili ravnotežnim karakteristikama komponenata (konstante ionske izmjene, konstante stabilnosti kompleksa) ili kinetičkim parametrima. Za odvajanje se uglavnom koriste kromatografija, ekstrakcija, taloženje, destilacija, kao i elektrokemijske metode, poput elektrotaloženja. Metode određivanja - glavna skupina metoda analitičke kemije. Metode kvantitativne analize temelje se na ovisnosti bilo kojeg mjerljivog svojstva, najčešće fizikalnog, o sastavu uzorka. Ta se ovisnost mora opisati na određen i poznat način. Brzo se razvijaju hibridne metode analize koje kombiniraju razdvajanje i određivanje. Primjerice, plinska kromatografija s različitim detektorima najvažnija je metoda za analizu složenih smjesa organskih spojeva. Za analizu smjesa nehlapljivih i toplinski nestabilnih spojeva prikladnija je tekućinska kromatografija visoke učinkovitosti.

Za analizu su potrebne različite metode, jer svaka od njih ima svoje prednosti i ograničenja. Stoga iznimno osjetljive metode radioaktivacije i spektralne mase zahtijevaju složenu i skupu opremu. Jednostavne, pristupačne i vrlo osjetljive kinetičke metode ne daju uvijek željenu ponovljivost rezultata. Pri ocjenjivanju i usporedbi metoda, pri odabiru za rješavanje konkretnih problema, uzimaju se u obzir mnogi čimbenici: mjeriteljski parametri, opseg moguća upotreba, dostupnost opreme, kvalifikacije analitičara, tradicija, itd. Najvažniji među tim čimbenicima su mjeriteljski parametri kao što su granica detekcije ili raspon koncentracija (količina) u kojima metoda daje pouzdane rezultate i točnost metode , tj. ispravnost i ponovljivost rezultata. U nizu slučajeva od velike su važnosti "višekomponentne" metode koje omogućuju određivanje velikog broja komponenti odjednom, na primjer atomska emisijska i rendgenska spektralna analiza, kromatografija. Uloga takvih metoda raste. Ceteris paribus, metode izravne analize su poželjne, tj. nisu povezane s kemijskom pripremom uzorka; no takva je priprema često nužna. Na primjer, predkoncentracija ispitivane komponente omogućuje određivanje njezinih nižih koncentracija, eliminira poteškoće povezane s nehomogenom raspodjelom komponente u uzorku i nedostatkom referentnih uzoraka.

Posebno mjesto zauzimaju metode lokalne analize. Bitnu ulogu među njima ima rendgenska spektralna mikroanaliza (elektronska sonda), masena spektrometrija sekundarnih iona, Augerova spektroskopija i druge fizikalne metode. Posebno su od velike važnosti u analizi površinskih slojeva čvrstih materijala ili uključaka u stijenama.

Posebnu skupinu čine metode elementarne analize organskih spojeva. Organska tvar se na ovaj ili onaj način razgrađuje, a njeni sastojci u obliku najjednostavnijih anorganskih spojeva (CO 2 , H 2 O, NH 3 i dr.) određuju se konvencionalnim metodama. Upotreba plinske kromatografije omogućila je automatizaciju elementarne analize; za to se proizvode C-, H-, N-, S-analizatori i drugi automatski uređaji. Analiza organskih spojeva po funkcionalnim skupinama (funkcionalna analiza) provodi se različitim kemijskim, elektrokemijskim, spektralnim (NMR ili IR spektroskopija) ili kromatografskim metodama.

U faznoj analizi, tj. određivanju kemijskih spojeva koji tvore odvojene faze, potonje se prvo izoliraju, na primjer, pomoću selektivnog otapala, a zatim se dobivene otopine analiziraju uobičajenim metodama; vrlo obećavajuće fizikalne metode fazne analize bez prethodnog odvajanja faza.

Praktična vrijednost. Kemijska analiza omogućuje kontrolu mnogih tehnoloških procesa i kvalitete proizvoda u raznim industrijama, ima veliku ulogu u traženju i istraživanju minerala, u rudarstvu. Uz pomoć kemijske analize kontrolira se čistoća okoliša (tla, vode i zraka). Dostignuća analitičke kemije koriste se u raznim granama znanosti i tehnologije: nuklearnoj energiji, elektronici, oceanologiji, biologiji, medicini, forenzici, arheologiji i istraživanju svemira. Gospodarski značaj kemijske analize je velik. Tako, precizna definicija aditivi za legiranje u metalurgiji omogućuju uštedu vrijednih metala. Prijelaz na kontinuiranu automatsku analizu u medicinskim i agrokemijskim laboratorijima omogućuje dramatično povećanje brzine analiza (krvi, urina, ekstrakta tla i tako dalje) i smanjenje broja zaposlenika u laboratoriju.

Lit .: Osnove analitičke kemije: U 2 knjige / Uredio Yu. A. Zolotov. M., 2002.; Analitička kemija: U 2 sveska M., 2003-2004.