Kvalitatiivse analüüsi meetodid analüütilises keemias. Analüütilise keemia meetodite klassifikatsioon

Tema kui teaduse teema on olemasolevate analüüsimeetodite täiustamine ja uute arendamine, nende praktiline rakendamine ning analüüsimeetodite teoreetiliste aluste uurimine.

Sõltuvalt ülesandest jaotatakse analüütiline keemia kvalitatiivseks analüüsiks, mille eesmärk on kindlaks teha, kas Mida või mis aine, millisel kujul see valimis on, ja kvantitatiivne analüüs, mille eesmärk on kindlaks teha Kui palju antud ainet (elemendid, ioonid, molekulaarsed vormid jne) on proovis.

Materiaalsete objektide elementaarse koostise määramist nimetatakse elementaaranalüüs. Keemiliste ühendite ja nende segude struktuuri kindlakstegemist molekulaarsel tasemel nimetatakse molekulaarne analüüs. Üks keemiliste ühendite molekulaaranalüüsi liike on struktuurianalüüs, mille eesmärk on uurida ainete ruumilist aatomstruktuuri, määrata empiirilisi valemeid, molekulmassi jne. Analüütilise keemia ülesannete hulka kuulub orgaaniliste, anorgaaniliste ja biokeemiliste objektide omaduste määramine. Orgaaniliste ühendite analüüsi funktsionaalrühmade järgi nimetatakse funktsionaalne analüüs.

Lugu

Analüütiline keemia on eksisteerinud nii kaua, kui on eksisteerinud keemia selle tänapäevases tähenduses ja paljud selles kasutatud tehnikad pärinevad veelgi varasemast ajast, alkeemia ajastust, mille üheks põhiülesandeks oli erinevate ainete koostise täpne määramine. looduslikud ained ja nende vastastikuse muutumise protsesside uurimine. Kuid koos keemia kui terviku arenguga paranesid oluliselt ka selles kasutatavad töömeetodid ning lisaks oma puhtalt abistavale tähtsusele ühe keemia abiosakonnana on analüütilisel keemial nüüd ka täiesti iseseisva osakonna tähendus. keemiateadmisi koos väga tõsiste ja oluliste teoreetiliste ülesannetega. Kaasaegne füüsikaline keemia avaldas väga olulist mõju analüütilise keemia arengule, mis rikastas seda mitmete täiesti uute töömeetodite ja teoreetiliste alustega, mis hõlmavad lahenduste õpetust (vt.), elektrolüütilise dissotsiatsiooni teooriat, massitegevus (vt Keemiline tasakaal) ja kogu keemilise afiinsuse õpetus.

Analüütilise keemia meetodid

Analüütilise keemia meetodite võrdlus

Totaalsus traditsioonilised meetodid Aine koostise määramist selle järjestikuse keemilise lagunemise teel nimetatakse "märgkeemiaks" ("märganalüüsiks"). Need meetodid on suhteliselt madala täpsusega, nõuavad suhteliselt madalat analüütikute kvalifikatsiooni ja on nüüdseks peaaegu täielikult asendatud kaasaegsetega. instrumentaalsed meetodid(optilised, massispektromeetrilised, elektrokeemilised, kromatograafilised ja muud füüsikalis-keemilised meetodid), mis määravad aine koostise. Märgkeemial on aga spektromeetriliste meetodite ees oma eelis – see võimaldab standardiseeritud protseduuride (süstemaatilise analüüsi) abil vahetult määrata elementide nagu raud (Fe +2, Fe +3), titaan jne koostist ja erinevaid oksüdatiivseid olekuid.

Analüütilised meetodid võib jagada bruto- ja lokaalseteks. Analüüsi hulgimeetodid nõuavad tavaliselt eraldatud, osadeks jaotatud ainet (esinduslik valim). Kohalikud meetodid määrata proovis endas väikeses mahus aine koostist, mis võimaldab koostada proovi keemiliste omaduste jaotumise “kaarte” selle pinnal ja/või sügavuses. Samuti tuleks esile tuua meetodid otsene analüüs, see tähendab, et ei ole seotud proovi esialgse ettevalmistamisega. Proovide ettevalmistamine on sageli vajalik (nt purustamine, eelkontsentreerimine või eraldamine). Statistilisi meetodeid kasutatakse proovide ettevalmistamisel, tulemuste tõlgendamisel ja analüüside arvu hindamisel.

Kvalitatiivse keemilise analüüsi meetodid

Aine kvalitatiivse koostise määramiseks on vaja uurida selle omadusi, mis analüütilise keemia seisukohast võivad olla kahte tüüpi: aine kui sellise omadused ja omadused keemilistes muundumistes.

Esimeste hulka kuuluvad: füüsikaline olek (tahke, vedelik, gaas), selle struktuur tahkes olekus (amorfne või kristalne aine), värvus, lõhn, maitse jne. Sellisel juhul põhineb see sageli juba ainult välistel omadustel, mis on kindlaks määratud. inimtunnete elundite abil näib olevat võimalik kindlaks teha antud aine olemus. Enamasti on vaja antud aine muuta mõneks uueks, millel on selgelt määratletud iseloomulikud omadused, kasutades selleks spetsiaalselt valitud ühendeid, mida nimetatakse reaktiivideks.

Analüütilises keemias kasutatavad reaktsioonid on äärmiselt mitmekesised ja sõltuvad uuritava aine füüsikalistest omadustest ja koostise keerukusastmest. Kui ilmselgelt puhas homogeenne keemiline ühend läheb keemilisele analüüsile, toimub töö suhteliselt lihtsalt ja kiiresti; kui tegemist on mitme keemilise ühendi seguga, muutub selle analüüsi küsimus keerulisemaks ja tööd tehes tuleb kinni pidada mingist kindlast süsteemist, et mitte jätta tähelepanuta ühtki aines sisalduvat elementi. Analüütilises keemias on kahte tüüpi reaktsioone: märjad reaktsioonid(lahustes) ja kuivad reaktsioonid.

Reaktsioonid lahustes

Kvalitatiivses keemilises analüüsis kasutatakse ainult inimmeelega kergesti tajutavaid reaktsioone lahustes ja reaktsiooni toimumise hetke tunneb ära üks järgmistest nähtustest:

1. vees lahustumatu sademe moodustumine,
2. lahuse värvi muutus
3. gaasi vabastamine.

Setete teke keemilise analüüsi reaktsioonides sõltub mõne vees lahustumatu aine moodustumine; kui näiteks väävelhapet või veeslahustuvat soola lisatakse mis tahes baariumisoola lahusele, moodustub baariumsulfaadi valge pulbriline sade:

BaCl 2 + H 2 SO 4 = 2HCl + BaSO 4 ↓

Pidades meeles, et mõned teised metallid võivad väävelhappe mõjul anda sarnase reaktsiooni valge sademe tekkele, näiteks plii, mis võib moodustada lahustumatu sulfaatsoola PbSO 4, et olla täiesti kindel, et see on täpselt üks. või mõni muu metall, on vaja toota rohkem kalibreerimisreaktsioone, allutades reaktsiooni käigus tekkinud sade vastavatele uuringutele.

Sademete moodustumise reaktsiooni edukaks läbiviimiseks tuleb lisaks sobiva reagendi valikule järgida ka mitmeid väga olulisi tingimusi, mis puudutavad uuritava soola ja reaktiivi lahuste tugevust, mõlema osakaalu, temperatuuri, interaktsiooni kestus jne. Arvestades keemiliste reaktsioonide analüüsis tekkivat sadet, tuleb pöörata tähelepanu nende välimusele, st värvile, struktuurile (amorfsed ja kristalsed sademed) jne, samuti nende omadustele seoses sademetega. kuumuse, hapete või leeliste jne mõju. Nõrkade lahuste koostoimel Mõnikord tuleb setete teket oodata kuni 24-48 tundi, eeldusel, et neid hoitakse teatud temperatuuril.

Sademete moodustumise reaktsiooni, olenemata selle kvalitatiivsest tähtsusest keemilises analüüsis, kasutatakse sageli teatud elementide eraldamiseks üksteisest. Sel eesmärgil töödeldakse kahe või enama elemendi ühendeid sisaldavat lahust sobiva reagendiga, mis suudab osa neist lahustumatuteks ühenditeks muuta, ja seejärel eraldatakse tekkinud sade lahusest (filtraadist) filtreerimise teel, uurides neid eraldi. Kui võtame näiteks kaaliumkloriidi ja baariumkloriidi soolad ning lisame neile väävelhapet, moodustub baariumsulfaadi BaSO 4 lahustumatu sade ja vees lahustuv kaaliumsulfaat K 2 SO 4, mida saab filtreerimisega eraldada. Vees lahustumatu aine sademe lahusest eraldamisel tuleb esmalt jälgida, et see saaks sobiva struktuuri, mis võimaldab filtreerimistöid raskusteta läbi viia, ning seejärel, olles see filtrile kogunud, on vaja seda põhjalikult pesta võõrlisanditest. V. Ostwaldi uuringute kohaselt tuleb silmas pidada, et teatud koguse vee kasutamisel pesemiseks on soovitav loputada setet mitu korda väikeste portsjonitena, kui vastupidi mitu korda. suured portsjonid. Mis puutub mistahes elemendi eraldusreaktsiooni õnnestumisse lahustumatu sademe kujul, siis lahendusteooriale tuginedes tegi W. Ostwald kindlaks, et mis tahes elemendi piisavalt täielikuks eraldamiseks lahustumatu sademe kujul alati on vaja võtta sadestamiseks kasutatud reaktiivi liig.

Lahuse värvi muutus on üks väga olulisi märke keemilise analüüsi reaktsioonides ja on väga oluline, eriti seoses oksüdatsiooni- ja redutseerimisprotsessidega, samuti töös keemiliste näitajatega (vt allpool - alkalimeetria ja acidimeetria).

Näited värvireaktsioonid kvalitatiivses keemilises analüüsis saab kasutada: kaaliumtiotsüanaat KCNS annab raudoksiidi sooladega iseloomuliku veripunase värvuse; raudoksiidi sooladega ei anna sama reagent midagi. Kui lisate kergelt rohelise raudkloriidi FeCl 2 lahusele oksüdeerivat ainet, näiteks kloorivett, muutub lahus raudkloriidi moodustumise tõttu kollaseks, mis on selle metalli kõrgeim oksüdatsiooniaste. Kui võtta oranži värvi kaaliumdikromaat K 2 Cr 2 O 7 ja lisada sellele lahuses veidi väävelhapet ja mõnda redutseerijat, näiteks veinialkoholi, muutub oranž värvus tumeroheliseks, mis vastab madalama kroomi oksüdatsiooniaste soola kujul kroomsulfaat Cr 3 (SO 4) 3.

Sõltuvalt keemilise analüüsi edenemisest on sageli vaja neid oksüdatsiooni- ja redutseerimisprotsesse läbi viia. Olulisemad oksüdeerivad ained on: halogeenid, lämmastikhape, vesinikperoksiid, kaaliumpermanganaat, kaaliumdihüdroksiid; olulisemad redutseerivad ained on: vesinik vabanemise hetkel, vesiniksulfiid, väävelhape, tinakloriid, vesinikjodiid.

Gaaside eraldumise reaktsioonid lahustes ei ole kvalitatiivse keemilise analüüsi tegemisel enamasti iseseisvat tähtsust ja need on abireaktsioonid; kõige sagedamini kohtame süsinikdioksiidi eraldumist CO 2 - hapete toimel süsihappegaasi sooladele, vesiniksulfiidile - väävelmetallide lagundamisel hapetega jne.

Kuivad reaktsioonid

Neid reaktsioone kasutatakse keemilises analüüsis, peamiselt nn. "eelkatsetamine" setete puhtuse, kontrollimisreaktsioonide ja mineraalide uurimisel. Kõige olulisemad sedalaadi reaktsioonid seisnevad aine testimises seoses:

1. selle sulavus kuumutamisel,
2. võime värvida gaasipõleti mittehelendav leek,
3. volatiilsus kuumutamisel,
4. oksüdatsiooni- ja redutseerimisvõime.

Nende katsete läbiviimiseks kasutatakse enamikul juhtudel gaasipõleti mittevalgustavat leeki. Valgusgaasi (vesinik, vingugaas, rabagaas ja muud süsivesinikud) põhikomponendid on redutseerijad, kuid selle põlemisel õhus (vt Põlemine) tekib leek, mille erinevates osades tekivad redutseerimiseks või oksüdatsiooniks vajalikud tingimused. võib leida ja võrdub kuumutamisel enam-vähem kõrgele temperatuurile.

Sulamiskatse Seda tehakse peamiselt mineraalide uurimisel, mille puhul viiakse nende väga väike fragment õhukese plaatinatraadiga kinnitatud leegi kõrgeima temperatuuriga ossa ja seejärel jälgitakse luubi abil, kuidas proovi servad on ümardatud.

Leegi värvi test tehakse nii, et plaatinatraadil asetatakse väike seepiaproov väikesest aineproovist esmalt leegi põhja ja seejärel selle kõrgeima temperatuuriga ossa.

Lenduvuse test toodetakse aine proovi kuumutamisel katsesilindris või ühest otsast suletud klaastorus ning lenduvad ained muutuvad aurudeks, mis seejärel kondenseeruvad külmemas osas.

Oksüdeerimine ja redutseerimine kuival kujul saab toota sulatatud booraksi kuulidena ( 2 4 7 + 10 2 ) Uuritav aine sisestatakse väikestes kogustes pallidesse, mis on saadud nende soolade sulatamisel plaatinatraadil, ja seejärel kuumutatakse neid leegi oksüdeerivas või redutseerivas osas. . Taastamist saab teha mitmel muul viisil, nimelt: kuumutades soodaga söestunud pulga peal, kuumutades klaastorus metallidega - naatriumi, kaaliumi või magneesiumiga, kuumutades söes puhumistoru abil või lihtsalt kuumutades.

Elementide klassifikatsioon

Analüütilises keemias omaks võetud elementide klassifikatsioon põhineb samal jaotusel, mis on aktsepteeritud üldkeemias - metallideks ja mittemetallideks (metalloidideks), kusjuures viimaseid vaadeldakse kõige sagedamini vastavate hapete kujul. Süstemaatilise kvalitatiivse analüüsi läbiviimiseks jagatakse kõik need elementide klassid omakorda rühmadeks, millel on mõned ühised rühmatunnused.

Metallid analüütilises keemias jagunevad need kahte osakonda, mis omakorda jagunevad viide rühma:

1. Metallid, mille väävliühendid on vees lahustuvad- metallide jaotus selles osakonnas rühmadesse põhineb nende süsinikdioksiidi soolade omadustel. 1. rühm: kaalium, naatrium, rubiidium, tseesium, liitium. Väävliühendid ja nende süsinikdioksiidi soolad lahustuvad vees. Kõigi selle rühma metallide lahustumatute ühendite kujul sadestamiseks ei ole üldist reaktiivi. 2. rühm: baarium, strontsium, kaltsium, magneesium. Väävliühendid lahustuvad vees, süsihappegaasi soolad on lahustumatud. Tavaline reagent, mis sadestab kõik selle rühma metallid lahustumatute ühendite kujul, on ammooniumkarbonaat.
2. Metallid, mille väävliühendid on vees lahustumatud- selle osakonna jagamiseks kolme rühma kasutavad nad oma väävliühendite ja nõrkade hapete ja ammooniumsulfiidi suhet. 3. rühm: alumiinium, kroom, raud, mangaan, tsink, nikkel, koobalt.

Alumiinium ja kroom ei moodusta vee toimel väävliühendeid; teised metallid moodustavad väävliühendeid, mis, nagu nende oksiidid, lahustuvad nõrkades hapetes. Vesiniksulfiid ei sadesta neid happelisest lahusest, ammooniumsulfiid sadestab oksiide või väävliühendeid. Ammooniumsulfiid on selle rühma jaoks tavaline reagent ja selle väävliühendite liig ei lahustu. 4. rühm: hõbe, plii, vismut, vask, pallaadium, roodium, ruteenium, osmium. Väävliühendid ei lahustu nõrkades hapetes ja sadestatakse vesiniksulfiidiga happelises lahuses; nad ei lahustu ka ammooniumsulfiidis. Vesiniksulfiid on selle rühma jaoks tavaline reagent. 5. rühm: tina, arseen, antimon, kuld, plaatina. Väävliühendid ei lahustu ka nõrkades hapetes ja sadestatakse vesiniksulfiidi toimel happelisest lahusest. Kuid need lahustuvad ammooniumsulfiidis ja moodustavad sellega vees lahustuvaid sulfasooli.

Mittemetallid (metalloidid) tuleb keemilises analüüsis alati avastada nende moodustatud hapete või nende vastavate soolade kujul. Hapete rühmadeks jagamise aluseks on nende baariumi- ja hõbedasoolade omadused seoses nende lahustuvusega vees ja osaliselt hapetes. Baariumkloriid on 1. rühma üldreagent, 2. rühma jaoks on hõbenitraat nitraadilahuses, 3. rühma hapete baariumi- ja hõbedasoolad on vees lahustuvad. 1. rühm: neutraalses lahuses sadestab baariumkloriid lahustumatud soolad; Hõbedasoolad on vees lahustumatud, kuid lahustuvad lämmastikhappes. Nende hulka kuuluvad happed: kroom-, seroos-, väävel-, vesi-, süsi-, räni-, väävel-, hüdrofluorosilikhape (baariumsoolad, hapetes lahustumatud), arseen ja arseen. 2. rühm: lämmastikhappega hapendatud lahuses annab hõbenitraat sademe. Nende hulka kuuluvad happed: vesinikkloriid, vesinikbromiid ja vesinikjodiid, vesiniktsüaniid, vesiniksulfiid, raud- ja raudvesiniktsüaniid ning jood. 3. rühm: lämmastikhape ja perkloorhape, mida ei sadesta ei hõbenitraat ega baariumkloriid.

Siiski tuleb meeles pidada, et hapete jaoks näidatud reaktiivid ei ole üldised reaktiivid, mida saaks kasutada hapete rühmadesse eraldamiseks. Need reaktiivid võivad anda ainult märku happelise või muu rühma olemasolust ja iga üksiku happe avastamiseks tuleb kasutada neile kuuluvaid privaatseid reaktsioone. Ülaltoodud metallide ja mittemetallide (metalloidide) klassifikatsioon analüütilise keemia otstarbel võeti kasutusele Venemaa koolides ja laborites (N. A. Menshutkini järgi), Lääne-Euroopa laborites võeti kasutusele teine ​​klassifikatsioon, mis põhines siiski sisuliselt samadel põhimõtetel.

Reaktsioonide teoreetiline alus

Kvalitatiivse keemilise analüüsi reaktsioonide teoreetilisi aluseid lahustes tuleb otsida, nagu juba eespool märgitud, lahuste ja keemilise afiinsuse üld- ja füüsikalise keemia osakondadest. Üks esimesi, olulisemaid küsimusi on kõigi mineraalide olek vesilahustes, milles elektrolüütilise dissotsiatsiooni teooria kohaselt dissotsieeruvad ioonideks kõik soolade, hapete ja leeliste klassidesse kuuluvad ained. Seetõttu ei toimu kõik keemilise analüüsi reaktsioonid mitte tervete ühendite molekulide, vaid nende ioonide vahel. Näiteks naatriumkloriidi NaCl ja hõbenitraadi AgNO 3 reaktsioon toimub vastavalt võrrandile:

Na + + Cl - + Ag + + (NO 3) - = AgCl↓ + Na + + (NO 3) - naatriumioon + klooriioon + hõbeioon + lämmastikhappe anioon = lahustumatu sool + lämmastikhappe anioon

Järelikult ei ole hõbenitraat naatriumkloriidi ega vesinikkloriidhappe reaktiiv, vaid ainult klooriioonide jaoks. Seega tuleb iga lahuses oleva soola puhul analüütilise keemia seisukohalt eraldi käsitleda selle katiooni (metalliiooni) ja aniooni (happejääki). Vaba happe puhul tuleb arvesse võtta vesinikioone ja aniooni; lõpuks iga leelise jaoks - metalli katioon ja hüdroksüülanioon. Ja kvalitatiivse keemilise analüüsi sisuliselt kõige olulisem ülesanne on uurida erinevate ioonide reaktsioone ning nende avastamise ja üksteisest eraldamise võimalusi.

Viimase eesmärgi saavutamiseks muudetakse ioonid sobivate reagentide toimel lahustumatuteks ühenditeks, mis sadestuvad lahusest sademete kujul või eraldatakse lahustest gaaside kujul. Samas elektrolüütilise dissotsiatsiooni teoorias tuleb otsida seletust keemiliste indikaatorite toimele, mis leiavad sageli rakendust keemilises analüüsis. W. Ostwaldi teooria kohaselt on kõik keemilised näitajad suhteliselt nõrgad happed, mis on vesilahustes osaliselt dissotsieerunud. Veelgi enam, mõnel neist on värvitud terved molekulid ja värvilised anioonid, teistel, vastupidi, värvilised molekulid ja värvitu anioon või erinevat värvi anioon; Hapete vabade vesinikioonide või leeliste hüdroksüülioonide mõjul võivad keemilised indikaatorid muuta nende dissotsiatsiooniastet ja samal ajal ka nende värvi. Kõige olulisemad näitajad on:

1. Metüüloranž, mis vabade vesinikioonide juuresolekul (happeline reaktsioon) annab roosa värvuse ja neutraalsete soolade või leeliste juuresolekul kollase värvuse;
2. Fenoolftaleiin - hüdroksüülioonide juuresolekul (leeliseline reaktsioon) annab iseloomuliku punase värvuse ja neutraalsete soolade või hapete juuresolekul on värvitu;
3. Lakmus muutub hapete mõjul punaseks, leeliste mõjul siniseks ja lõpuks
4. Kurkumiin muutub leeliste mõjul pruuniks ja hapete juuresolekul omandab taas kollase värvuse.

Keemilistel indikaatoritel on mahulises keemilises analüüsis väga olulised rakendused (vt allpool). Kvalitatiivse keemilise analüüsi reaktsioonides kohtab sageli hüdrolüüsi nähtust, st soolade lagunemist vee mõjul ja vesilahus omandab enam-vähem tugeva leeliselise või happelise reaktsiooni.

Kvalitatiivse keemilise analüüsi edenemine

Kvalitatiivses keemilises analüüsis on oluline mitte ainult kindlaks teha, millised elemendid või ühendid sisalduvad antud aine koostises, vaid ka seda, millises, ligikaudu suhtelises koguses neid komponente leidub. Selleks tuleb alati lähtuda teatud analüüsitava aine kogustest (tavaliselt piisab 0,5-1 grammi võtmisest) ja analüüsi tegemisel võrrelda üksikute sademete kogust omavahel. Samuti on vaja kasutada teatud tugevusega reaktiivide lahuseid, nimelt: normaalne, poolnormaalne, kümnendik normaalsest.

Iga kvalitatiivne keemiline analüüs jaguneb kolmeks osaks:

1. eelkatse,
2. metallide (katioonide) avastamine,
3. mittemetallide (metalloidide) või hapete (anioonide) avastamine.

Seoses analüüdi olemusega võib esineda neli juhtumit:

1. tahke mittemetalliline aine,
2. tahke aine metalli või metallisulami kujul,
3. vedelik (lahus),

Analüüsimisel tahke mittemetalliline aine Kõigepealt viiakse läbi välisuuring ja mikroskoopiline uuring, samuti eelkatse, kasutades ülaltoodud analüüsimeetodeid kuival kujul. Esialgu lahustatakse aine proov olenevalt selle olemusest ühes järgmistest lahustitest: vesi, vesinikkloriidhape, lämmastikhape ja aqua regia (vesinikkloriid- ja lämmastikhappe segu). Ained, mis ei suuda lahustuda üheski ülaltoodud lahustitest, viiakse lahusesse, kasutades spetsiaalseid tehnikaid, näiteks: sulatamine sooda või kaaliumkloriidiga, keetmine soodalahusega, kuumutamine teatud hapetega jne. Saadud lahust analüüsitakse süstemaatiliselt metallide ja hapete esialgse eraldamisega rühmadesse ja nende edasise eraldamisega üksikuteks elementideks, kasutades neile iseloomulikke privaatseid reaktsioone.

Analüüsimisel metallisulam teatud proov sellest lahustatakse lämmastikhappes (harvadel juhtudel vees) ja saadud lahus aurutatakse kuivaks, misjärel tahke jääk lahustatakse vees ja analüüsitakse süstemaatiliselt.

Kui aine on vedel, ennekõike pööratakse tähelepanu selle värvile, lõhnale ja reaktsioonile lakmusele (happeline, aluseline, neutraalne). Et kontrollida tahkete ainete olemasolu lahuses, aurustatakse väike osa vedelikust plaatinaplaadil või kellaklaasil. Pärast neid eelkatseid apaliseeritakse vedelik tavapäraste meetoditega.

Analüüs gaasid toodetud mõne kvantitatiivses analüüsis näidatud erimeetodiga.

Kvantitatiivse keemilise analüüsi meetodid

Kvantitatiivse keemilise analüüsi eesmärk on määrata mis tahes keemilise ühendi või segu üksikute koostisosade suhtelised kogused. Selles kasutatavad meetodid sõltuvad aine omadustest ja koostisest ning seetõttu peab kvantitatiivsele keemilisele analüüsile alati eelnema kvalitatiivne keemiline analüüs

Kvantitatiivse analüüsi tegemiseks saab kasutada kahte erinevat meetodit: gravimeetrilist ja mahulist. Kaalumeetodiga eraldatakse määratavad kehad võimalusel teadaoleva keemilise koostisega lahustumatute või halvasti lahustuvate ühenditena ning määratakse nende mass, mille põhjal saab leida soovitud elemendi koguse arvutus. Mahuanalüüsis mõõdetakse analüüsiks kasutatud tiitritud (teatud koguses reaktiivi sisaldavate) lahuste mahtusid. Lisaks erinevad mitmed kvantitatiivse keemilise analüüsi erimeetodid, nimelt:

1. elektrolüütiline põhineb üksikute metallide eraldamisel elektrolüüsi teel,
2. kolorimeetriline, mis saadakse antud lahuse värvi intensiivsuse võrdlemisel teatud tugevusega lahuse värviga,
3. orgaaniline analüüs, mis koosneb orgaanilise aine põletamisest süsinikdioksiidiks C0 2 ja veeks H 2 0 ning määrates nende suhtelise süsiniku ja vesiniku sisalduse järgi aines,
4. gaasianalüüs, mis seisneb gaaside või nende segude kvalitatiivse ja kvantitatiivse koostise määramises mõne erimeetodi abil.

Esindab väga erilist rühma meditsiiniline keemiline analüüs, mis hõlmab mitmeid erinevaid meetodeid vere, uriini ja muude inimkeha jääkainete uurimiseks.

Gravitatsiooniline kvantitatiivne keemiline analüüs

Gravimeetrilise kvantitatiivse keemilise analüüsi meetodeid on kahte tüüpi: otsene analüüsimeetod Ja kaudse (kaudse) analüüsi meetod. Esimesel juhul eraldatakse määratav komponent mõne lahustumatu ühendi kujul ja määratakse viimase kaal. Kaudne analüüs põhineb asjaolul, et kahe või enama sama keemilise töötlusega aine massi muutused toimuvad ebavõrdselt. Kui teil on näiteks kaaliumkloriidi ja naatriumnitraadi segu, saate neist esimese määrata otsese analüüsiga, sadestades kloori hõbekloriidina ja kaaludes. Kui on kaalium- ja naatriumkloriidi soolade segu, saate nende vahekorra määrata kaudselt, sadestades kogu kloori hõbekloriidina ja määrates selle massi, millele järgneb arvutus.

Mahuline keemiline analüüs

Elektrolüüsi analüüs

Kolorimeetrilised meetodid

Elementaarorgaaniline analüüs

Gaasianalüüs

Analüütilise keemia meetodite klassifikatsioon

• Elementanalüüsi meetodid
  • Röntgenikiirguse spektraalanalüüs (röntgenikiirguse fluorestsents)
  • Neutronite aktiveerimise analüüs ( Inglise) (vt radioaktivatsiooni analüüsi)
  • Auger-elektronspektromeetria (EOS) ( Inglise); vaata Augeri efekti
  • Analüütiline aatomspektromeetria on meetodite kogum, mis põhineb analüüsitud proovide muundamisel üksikute vabade aatomite olekusse, mille kontsentratsioonid mõõdetakse seejärel spektroskoopiliselt (mõnikord on siia lisatud ka röntgenfluorestsentsanalüüs, kuigi see ei põhine proovil pihustamine ja seda ei seostata aatomiaurude spektroskoopiaga).
    • MS - massispektromeetria aatomiioonide masside registreerimisega
      • ICP-MS – induktiivselt seotud plasma massispektromeetria (vt induktiivselt seotud plasma massispektromeetriast)
      • LA-ICP-MS - massispektromeetria induktiivsidestatud plasma ja laserablatsiooniga
      • LIMS – lasersädememassispektromeetria; vt laserablatsioon (kaubanduslik näide: LAMAS-10M)
      • MSVI – sekundaarne ioonide massispektromeetria (SIMS)
      • TIMS – termilise ionisatsiooni massispektromeetria (TIMS)
      • Kõrge energiaga osakeste kiirendi massispektromeetria (AMS)
    • AAS – aatomabsorptsioonspektromeetria
      • ETA-AAS – aatomabsorptsioonspektromeetria elektrotermilise pihustusega (vt aatomabsorptsioonspektromeetrid)
      • SVZR – õõnsuse lagunemisaja spektroskoopia (CRDS)
      • VRLS - intracavity laser spectroscopy
    • AES – aatomiemissioonispektromeetria
      • säde ja kaar kui kiirgusallikad (vt sädelahendus; elektrikaar)
      • ICP-AES – induktiivselt sidestatud plasma aatomiemissioonispektromeetria
      • LIES – lasersädemete emissioonispektromeetria (LIBS või LIPS); vaata laserablatsiooni
    • AFS – aatomi fluorestsentsspektromeetria (vt fluorestsents)
      • ICP-AFS – induktiivselt seotud plasmaga (Bairdi seadmed)
      • LAFS – laseria
      • APS õõneskatoodlampidel (kaubanduslik näide: AI3300)
    • AIS – a
      • LAIS (LIIS) - laseri aatomionisatsioon ehk laserintensiivsusega ionisatsioonispektroskoopia (ingl. Laser Enhanced Ionisation, LEI )
      • RIMS – laserresonantsionisatsiooni massispektromeetria
      • OG – optogalvaanika (LOGS – laser optogalvaaniline spektroskoopia)

• Muud analüüsimeetodid
  • titrimeetria, mahuanalüüs
  • gravimeetriline analüüs - gravimeetria, elektrogravimeetria
  • molekulaarsete gaaside ja kondenseerunud aine spektrofotomeetria (tavaliselt neeldumine).
    • elektronspektromeetria (nähtav spekter ja UV-spektromeetria); vaata elektronspektroskoopiat
    • vibratsioonispektromeetria (IR spektromeetria); vaata vibratsioonispektroskoopiat
  • Ramani spektroskoopia; vaata Ramani efekti
  • luminestsentsanalüüs
  • massispektromeetria molekulaarsete ja kobarioonide, radikaalide masside registreerimisega
  • ioonide liikuvuse spektromeetria (

ANALÜÜTILINE KEEMIA, ainete ja materjalide keemilise koostise ning teatud määral ka ühendite keemilise struktuuri määramise teadus. Analüütiline keemia arendab keemilise analüüsi üldteoreetilisi aluseid, töötab välja meetodid uuritava proovi komponentide määramiseks ning lahendab konkreetsete objektide analüüsimise ülesandeid. Analüütilise keemia põhieesmärk on selliste meetodite ja vahendite loomine, mis olenevalt ülesandest tagavad analüüsi täpsuse, kõrge tundlikkuse, kiiruse ja selektiivsuse. Arendatakse ka meetodeid, mis võimaldavad analüüsida mikroobjekte, teha lokaalset analüüsi (punktis, pinnal jne), analüüsida proovi hävitamata, sellest eemal (kauganalüüs), pidevat analüüsi. analüüsida (näiteks voolus) ja ka paigaldada, millises keemilises ühendis ja millises füüsikalises vormis määratav komponent proovis esineb (materjali keemiline analüüs) ning millisesse faasi see kuulub (faasianalüüs). Olulised suundumused analüütilise keemia arengus on analüüside automatiseerimine, eriti tehnoloogiliste protsesside juhtimisel, ja matematiseerimine, eelkõige arvutite laialdane kasutamine.

Teaduse struktuur. Eristada saab kolme peamist analüütilise keemia valdkonda: üldised teoreetilised alused; analüüsimeetodite arendamine; üksikute objektide analüütiline keemia. Sõltuvalt analüüsi eesmärgist eristatakse kvalitatiivset keemilist analüüsi ja kvantitatiivset keemilist analüüsi. Esimese ülesandeks on tuvastada ja tuvastada analüüsitava proovi komponendid, teise ülesandeks on määrata nende kontsentratsioonid või massid. Sõltuvalt sellest, milliseid komponente on vaja tuvastada või määrata, on olemas isotoopanalüüs, elemendianalüüs, struktuurirühma (sh funktsionaalne) analüüs, molekulaaranalüüs, materjalianalüüs ja faasianalüüs. Vastavalt analüüsitava objekti olemusele eristatakse anorgaaniliste ja orgaaniliste ainete, samuti bioloogiliste objektide analüüsi.

Analüütilise keemia teoreetilistes alustes on olulisel kohal nn kemomeetria, sealhulgas keemilise analüüsi metroloogia. Analüütilise keemia teooria sisaldab ka õpetusi analüütiliste proovide valimisest ja ettevalmistamisest, analüüsiskeemi koostamisest ja meetodite valikust, analüüsi automatiseerimise põhimõtetest ja viisidest, arvutite kasutamisest, aga ka analüüside ratsionaalse kasutamise põhimõtetest. keemilise analüüsi tulemused. Analüütilise keemia tunnuseks on objektide mitte üldiste, vaid individuaalsete spetsiifiliste omaduste ja omaduste uurimine, mis tagab paljude analüüsimeetodite selektiivsuse. Tänu tihedatele seostele füüsika, matemaatika, bioloogia ja erinevate tehnikavaldkondade saavutustega (see puudutab eelkõige analüüsimeetodeid) muutub analüütiline keemia teaduste ristumiskohas distsipliiniks. Selle distsipliini kohta kasutatakse sageli ka teisi nimetusi - analüütika, analüütiline teadus jne.

Analüütilises keemias on eraldus-, määramis- (tuvastus-) ja hübriidanalüüsimeetodid, milles tavaliselt kombineeritakse kahe esimese rühma meetodeid. Määramismeetodid jagunevad mugavalt keemilisteks analüüsimeetoditeks (gravimeetriline analüüs, titrimeetriline analüüs, elektrokeemilised analüüsimeetodid, kineetilised analüüsimeetodid), füüsikalisteks analüüsimeetoditeks (spektroskoopilised, tuumafüüsikalised jne), biokeemilisteks analüüsimeetoditeks ja bioloogilisteks analüüsimeetoditeks. analüüs. Keemilised meetodid põhinevad keemilistel reaktsioonidel (aine vastastikmõju ainega), füüsikalised meetodid põhinevad füüsikalistel nähtustel (aine vastastikmõju kiirgusega, energiavood), bioloogilised meetodid kasutavad organismide või nende fragmentide reaktsiooni keskkonnas toimuvatele muutustele.

Peaaegu kõik määramismeetodid põhinevad ainete mõõdetavate omaduste sõltuvusel nende koostisest. Seetõttu on analüütilise keemia oluliseks suunaks selliste sõltuvuste otsimine ja uurimine, et kasutada neid analüütiliste probleemide lahendamisel. Sel juhul on peaaegu alati vaja leida omaduse ja koostise vahelise seose võrrand, töötada välja meetodid omaduse (analüütilise signaali) registreerimiseks, kõrvaldada teiste komponentide häired ja kõrvaldada erinevate tegurite (nt. temperatuuri kõikumised). Analüütilise signaali suurus teisendatakse komponentide hulka või kontsentratsiooni iseloomustavateks ühikuteks. Mõõdetavad omadused võivad olla näiteks mass, maht, valguse neeldumine, voolutugevus.

Suurt tähelepanu pööratakse analüüsimeetodite teooriale. Keemiliste meetodite teooria põhineb mitmete analüüsis laialdaselt kasutatavate keemiliste reaktsioonide põhitüüpide (happe-aluse, redoks-, kompleksi) ja mitmete oluliste protsesside (sadestamine, lahustamine, ekstraheerimine) kontseptsioonidel. Tähelepanu nendele küsimustele on tinginud analüütilise keemia arengulugu ja vastavate meetodite praktiline tähendus. Kuna aga keemiliste meetodite osakaal väheneb ning füüsikaliste, biokeemiliste ja bioloogiliste osakaal kasvab, muutub viimaste rühmade meetoditeooria täiustamine ja üksikute meetodite teoreetiliste aspektide integreerimine analüütilise keemia üldteooriasse. suur tähtsus.

Arengu ajalugu. Materjalide testimine viidi läbi iidsetel aegadel; näiteks uuriti maake, et teha kindlaks nende sobivus sulatamiseks ning erinevate toodete kulla- ja hõbedasisalduse määramiseks. 14.–16. sajandi alkeemikud tegid ainete omaduste uurimiseks tohutult eksperimentaalset tööd, pannes aluse keemilistele analüüsimeetoditele. 16.–17. sajandil (iatrokeemia periood) ilmusid uued keemilised meetodid ainete tuvastamiseks, mis põhinesid reaktsioonidel lahuses (näiteks hõbeioonide avastamine kloriidioonidega sademe moodustamise teel). R. Boyle’i, kes võttis kasutusele mõiste “keemiline analüüs”, peetakse teadusliku analüütilise keemia rajajaks.

Kuni 19. sajandi keskpaigani oli analüütiline keemia keemia põhiharu. Sel perioodil avastati palju keemilisi elemente, eraldati mõnede looduslike ainete komponendid, kehtestati koostise püsivuse ja mitmekordse suhte seadused ning massi jäävuse seadus. Rootsi keemik ja mineraloog T. Bergman töötas välja süstemaatilise kvalitatiivse analüüsi skeemi, kasutas aktiivselt analüütilise reaktiivina vesiniksulfiidi ja pakkus välja leegianalüüsi meetodid pärlite saamiseks. 19. sajandil täiustasid süstemaatilist kvalitatiivset analüüsi saksa keemikud G. Rose ja K. Fresenius. Sama sajandit iseloomustasid kvantitatiivse analüüsi arengus tohutud edusammud. Loodi titrimeetriline meetod (prantsuse keemik F. Decroisille, J. Gay-Lussac), oluliselt täiustati gravimeetrilist analüüsi, töötati välja gaasianalüüsi meetodid. Suur tähtsus oli orgaaniliste ühendite elementanalüüsi meetodite väljatöötamisel (J. Liebig). 19. sajandi lõpul töötati välja analüütilise keemia teooria, mis põhines ioonide (peamiselt W. Ostwaldi) osalusel lahuste keemilise tasakaalu doktriinil. Selleks ajaks olid vesilahustes ioonide analüüsimeetodid analüütilises keemias ülekaalus.

20. sajandil töötati välja orgaaniliste ühendite mikroanalüüsi meetodid (F. Pregl). Pakuti välja polarograafiline meetod (Ya. Heyrovsky, 1922). Ilmunud on palju füüsikalisi meetodeid, näiteks massispektromeetria, röntgenikiirgus, tuumafüüsika. Kromatograafia avastamine (M. S. Tsvet, 1903) ja selle meetodi erinevate variantide, eriti jaotuskromatograafia (A. Martin ja R. Singh, 1941) loomine oli väga olulised.

Venemaal ja NSV Liidus oli analüütilise keemia jaoks suur tähtsus I. A. Menshutkini õpikul “Analüütiline keemia” (see läbis 16 trükki). M.A. Iljinski ja L.A. Chugaev võtsid praktikas kasutusele orgaanilised analüütilised reaktiivid (19. sajandi lõpp - 20. sajandi algus), N.A. Tananajev töötas välja kvalitatiivse analüüsi tilgameetodi (samaaegselt Austria keemiku F. Feigliga, 1920. aastad). 1938. aastal N.A. Izmailov ja M. S. Schreiber kirjeldasid esimestena õhukese kihi kromatograafiat. Vene teadlased andsid suure panuse kompleksi moodustumise ja selle analüütilise kasutamise uurimisse (I.P. Alimarin, A.K. Babko), orgaaniliste analüütiliste reaktiivide toimeteooriasse, massispektromeetria, fotomeetriliste meetodite, (B.V. . Lviv) üksikute elementide, eriti haruldaste ja plaatina elementide analüütilisse keemiasse ning paljude objektide - kõrge puhtusastmega ainete, mineraalsete toorainete, metallide ja sulamid - analüütilisse keemiasse.

Praktika nõuded on alati stimuleerinud analüütilise keemia arengut. Nii loodi 1940.-1970. aastatel seoses tuuma-, pooljuht- ja muude kõrge puhtusastmega materjalide analüüsimise vajadusega sellised tundlikud meetodid nagu radioaktivatsioonianalüüs, sädememassispektromeetria, keemiline spektraalanalüüs, strippvoltameetria, mis võimaldavad määrata kuni 10 - 7 -10 -8% lisanditeni puhastes ainetes, s.o 1 osa lisandit 10-1000 miljardi osa põhiaine kohta. Mustmetallurgia arendamiseks, eriti seoses üleminekuga kiirkonverterterase tootmisele, on muutunud ülioluliseks kiire analüüs. Niinimetatud kvantomeetrite – fotoelektriliste seadmete kasutamine mitmeelemendilise optilise spektraal- või röntgenanalüüsi jaoks – võimaldab analüüsi läbi viia sulatamise ajal.

Orgaaniliste ühendite komplekssegude analüüsimise vajadus on kaasa toonud gaasikromatograafia intensiivse arengu, mis võimaldab analüüsida mitukümmend ja isegi sadu aineid sisaldavaid komplekssegusid. Analüütiline keemia on oluliselt kaasa aidanud aatomituuma energia valdamisele, kosmose ja ookeani uurimisele, elektroonika arengule ning bioloogiateaduste edenemisele.

Õppeaine. Olulist rolli mängib analüüsitud materjalide proovide võtmise teooria väljatöötamine; Tavaliselt lahendatakse proovivõtuküsimused uuritavate ainete spetsialistidega (näiteks geoloogid, metallurgid) ühiselt. Analüütiline keemia töötab välja meetodid proovide lagundamiseks – lahustamiseks, sulatamiseks, paagutamiseks jne, mis peaksid tagama proovi täieliku “avamise” ning vältima määratud komponentide kadumist ja saastumist väljastpoolt. Analüütilise keemia ülesannete hulka kuulub selliste üldiste analüütiliste operatsioonide nagu mahu mõõtmine, filtreerimine ja kaltsineerimine tehnikate väljatöötamine. Analüütilise keemia üks ülesandeid on määrata kindlaks analüütilise aparatuuri arendamise suunad, uute vooluahelate ja seadmete konstruktsioonide loomine (mis on enamasti analüüsimeetodi väljatöötamise viimane etapp), samuti uute analüütiliste reaktiivide süntees.

Kvantitatiivse analüüsi jaoks on meetodite ja vahendite metroloogilised omadused väga olulised. Sellega seoses uurib analüütiline keemia võrdlusproovide (sh standardproovide) kalibreerimise, valmistamise ja kasutamise probleeme ning muid analüüsi täpsust tagavaid vahendeid. Märkimisväärsel kohal on analüüsitulemuste töötlemine, eriti arvutitöötlus. Analüüsitingimuste optimeerimiseks kasutatakse infoteooriat, mustrituvastuse teooriat ja teisi matemaatika harusid. Arvuteid ei kasutata mitte ainult tulemuste töötlemiseks, vaid ka instrumentide juhtimiseks, võttes arvesse häireid, kalibreerimist ja katsete planeerimist; On analüütilisi probleeme, mida saab lahendada ainult arvutite abil, näiteks orgaaniliste ühendite molekulide tuvastamine ekspertsüsteemide abil.

Analüütiline keemia määratleb üldised lähenemisviisid analüütiliste radade ja meetodite valikule. Töötatakse välja meetodid meetodite võrdlemiseks, määratakse nende vahetatavuse ja kombineerimise tingimused, analüüsi automatiseerimise põhimõtted ja viisid. Analüüsi praktiliseks kasutamiseks on vaja välja töötada ideid selle tulemuse kui toote kvaliteedi näitaja, tehnoloogiliste protsesside ekspresskontrolli doktriini ja kulutõhusate meetodite loomise kohta. Erinevates majandussektorites töötavate analüütikute jaoks on väga oluline meetodite ühtlustamine ja standardimine. Töötatakse välja teooria analüütiliste probleemide lahendamiseks vajaliku infohulga optimeerimiseks.

Analüüsimeetodid. Sõltuvalt analüüsitava proovi massist või mahust jagatakse eraldamis- ja määramismeetodid mõnikord makro-, mikro- ja ultramikromeetoditeks.

Segude eraldamist kasutatakse tavaliselt juhtudel, kui otsesed määramis- või tuvastamismeetodid ei anna proovi teiste komponentide segava mõju tõttu õiget tulemust. Eriti oluline on nn suhteline kontsentratsioon, analüüdi komponentide väikeste koguste eraldamine oluliselt suurematest proovi põhikomponentide kogustest. Segude eraldamine võib põhineda komponentide termodünaamiliste ehk tasakaaluliste omaduste (ioonivahetuskonstandid, komplekside stabiilsuskonstandid) või kineetiliste parameetrite erinevustel. Eraldusmeetoditena kasutatakse peamiselt kromatograafiat, ekstraheerimist, sadestamist, destilleerimist, aga ka elektrokeemilisi meetodeid nagu elektrosadestamine. Määramismeetodid on analüütilise keemia meetodite põhirühm. Kvantitatiivsed analüüsimeetodid põhinevad mis tahes mõõdetava omaduse, enamasti füüsikalise, sõltuvusel proovi koostisest. Seda sõltuvust tuleb teatud ja teadaolevalt kirjeldada. Hübriidsed analüüsimeetodid, mis ühendavad eraldamise ja määramise, arenevad kiiresti. Näiteks erinevate detektoritega gaasikromatograafia on kõige olulisem meetod orgaaniliste ühendite keeruliste segude analüüsimiseks. Halvasti lenduvate ja termiliselt ebastabiilsete ühendite segude analüüsimiseks on mugavam kõrgsurvevedelikkromatograafia.

Analüüsiks on vaja erinevaid meetodeid, kuna igal neist on oma eelised ja piirangud. Seega nõuavad ülitundlikud radioaktiveerimis- ja massispektrimeetodid keerukaid ja kalleid seadmeid. Lihtsad, juurdepääsetavad ja väga tundlikud kineetilised meetodid ei taga alati tulemuste nõutavat reprodutseeritavust. Meetodite hindamisel ja võrdlemisel ning konkreetsete probleemide lahendamiseks nende valimisel võetakse arvesse paljusid tegureid: metroloogilised parameetrid, võimalik kasutusala, seadmete olemasolu, analüütiku kvalifikatsioon, traditsioonid jne. Nendest teguritest on kõige olulisemad metroloogilised parameetrid, näiteks avastamispiirina või kontsentratsioonivahemikuna (kogustena), milles meetod annab usaldusväärseid tulemusi, ning meetodi täpsust, st tulemuste õigsust ja reprodutseeritavust. Mõnel juhul on suure tähtsusega “mitmekomponentsed” meetodid, mis võimaldavad korraga määrata suure hulga komponente, näiteks aatomiemissioon ja röntgenspektraalanalüüs, kromatograafia. Selliste meetodite roll suureneb. Kui kõik muud asjaolud on võrdsed, eelistatakse otsese analüüsi meetodeid, st neid ei seostata keemilise proovi ettevalmistamisega; selline ettevalmistus on aga sageli vajalik. Näiteks võimaldab uuritava komponendi esialgne kontsentratsioon määrata selle madalamaid kontsentratsioone, välistades raskused, mis on seotud komponendi ebahomogeense jaotumisega proovis ja võrdlusproovide puudumisega.

Kohalikud analüüsimeetodid on erilisel kohal. Olulist rolli nende hulgas mängivad röntgenikiirte mikroanalüüs (elektronsond), sekundaarne ioonide massispektromeetria, Augeri spektroskoopia ja muud füüsikalised meetodid. Neil on suur tähtsus, eriti tahkete materjalide pinnakihtide või kivimite lisandite analüüsimisel.

Spetsiifilise rühma moodustavad orgaaniliste ühendite elementanalüüsi meetodid. Orgaaniline aine laguneb ühel või teisel viisil ja selle komponendid kõige lihtsamate anorgaaniliste ühendite kujul (CO 2, H 2 O, NH 3 jne) määratakse tavapäraste meetoditega. Gaaskromatograafia kasutamine on võimaldanud automatiseerida elementaaranalüüsi; Selleks toodetakse C-, H-, N-, S-analüsaatoreid ja muid automaatseid seadmeid. Orgaaniliste ühendite analüüs funktsionaalrühmade kaupa (funktsionaalne analüüs) toimub erinevate keemiliste, elektrokeemiliste, spektraalsete (NMR või IR spektroskoopia) või kromatograafiliste meetoditega.

Faasanalüüsis ehk eraldi faase moodustavate keemiliste ühendite määramisel eraldatakse esmalt viimased näiteks selektiivse lahusti abil ning seejärel analüüsitakse saadud lahuseid tavapäraste meetoditega; Füüsikalised faasianalüüsi meetodid ilma faaside eelneva eraldamiseta on väga paljutõotavad.

Praktiline tähtsus. Keemiline analüüs võimaldab kontrollida paljusid tehnoloogilisi protsesse ja toodete kvaliteeti erinevates tööstusharudes, mängib tohutut rolli mineraalide otsimisel ja uurimisel ning mäetööstuses. Keemilise analüüsi abil jälgitakse keskkonna (pinnase, vee ja õhu) puhtust. Analüütilise keemia saavutusi kasutatakse erinevates teadus- ja tehnikaharudes: tuumaenergeetikas, elektroonikas, okeanoloogias, bioloogias, meditsiinis, kohtuekspertiisis, arheoloogias ja kosmoseuuringutes. Keemilise analüüsi majanduslik tähtsus on suur. Seega võimaldab legeerivate lisandite täpne määramine metallurgias säästa väärtuslikke metalle. Üleminek pidevale automaatsele analüüsile meditsiini- ja agrokeemialaborites võimaldab hüppeliselt tõsta analüüside (veri, uriin, mullaekstraktid jne) kiirust ning vähendada laboritöötajate arvu.

Lit.: Analüütilise keemia alused: 2 raamatus / Toimetanud Yu. A. Zolotov. M., 2002; Analüütiline keemia: 2 köites M., 2003-2004.

Kvantitatiivset analüüsi väljendatakse katsemeetodite jadaga, mis määravad uuritava materjali proovis üksikute komponentide ja lisandite sisalduse (kontsentratsiooni). Selle ülesandeks on määrata uuritavate ainete proovid moodustavate keemiliste ühendite, ioonide ja elementide kvantitatiivne suhe.

Ülesanded

Kvalitatiivne ja kvantitatiivne analüüs on analüütilise keemia harud. Eelkõige lahendab viimane kaasaegse teaduse ja tootmise erinevaid küsimusi. See meetod määrab optimaalsed tingimused keemiliste tehnoloogiliste protsesside läbiviimiseks, kontrollib tooraine kvaliteeti, valmistoodete, sealhulgas ravimite puhtusastet, määrab koostisainete sisalduse segudes ja ainete omaduste vahelise seose.

Klassifikatsioon

Kvantitatiivsed analüüsimeetodid jagunevad:

• füüsiline;
• keemiline (klassikaline);
• füüsikalis-keemiline.

Keemiline meetod

See põhineb erinevat tüüpi reaktsioonide kasutamisel, mis toimuvad kvantitatiivselt lahustes, gaasides, kehades jne. Kvantitatiivne keemiline analüüs jaguneb järgmisteks osadeks:

• Gravimeetriline (kaal). See koosneb uuritava aine analüüsitava komponendi massi täpsest (rangest) määramisest.
• Titrimeetriline (mahuline). Uuritava proovi kvantitatiivne koostis määratakse kindlaks määratud kontsentratsiooniga reaktiivi (tiitri) mahu range mõõtmisega, mis reageerib samaväärsetes kogustes määratava ainega.
• Gaasi analüüs. Põhineb keemilise reaktsiooni tulemusena tekkiva või neelduva gaasi mahu mõõtmisel.

Ainete keemilist kvantitatiivset analüüsi peetakse klassikaliseks. See on kõige enam arenenud analüüsimeetod ja see areneb jätkuvalt. See on täpne, hõlpsasti teostatav ega vaja erivarustust. Kuid selle kasutamine on mõnikord seotud teatud raskustega keerukate segude uurimisel ja suhteliselt väikese tundlikkuse tasemega.

Füüsiline meetod

See on kvantitatiivne analüüs, mis põhineb uuritavate ainete või lahuste füüsikaliste parameetrite mõõtmisel, mis sõltuvad nende kvantitatiivsest koostisest. Jaotatud:

• Refraktomeetria (murdumisnäitaja väärtuste mõõtmine).
• Polarimeetria (optilise pöörde väärtuste mõõtmine).
• Fluorimeetria (fluorestsentsi intensiivsuse määramine) ja teised

Füüsikalisi meetodeid iseloomustab kiirus, madal määramispiir, tulemuste objektiivsus ja võime protsessi automatiseerida. Kuid need ei ole alati spetsiifilised, kuna füüsikalist väärtust ei mõjuta mitte ainult uuritava aine kontsentratsioon, vaid ka muude ainete ja lisandite olemasolu. Nende rakendamine nõuab sageli keerukate seadmete kasutamist.

Füüsikalis-keemilised meetodid

Kvantitatiivse analüüsi eesmärk on mõõta uuritava süsteemi füüsikaliste parameetrite väärtusi, mis ilmnevad või muutuvad keemiliste reaktsioonide tulemusena. Neid meetodeid iseloomustab madal avastamispiir ja täitmise kiirus ning need nõuavad teatud vahendite kasutamist.

Gravimeetriline meetod

See on vanim ja enim arenenud kvantitatiivse analüüsi tehnoloogia. Tegelikult sai analüütiline keemia alguse gravimeetriast. Toimingute komplekt võimaldab täpselt mõõta kindlaksmääratava komponendi massi, eraldatuna teistest testitava süsteemi komponentidest keemilise elemendi konstantsel kujul.

Gravimeetria on farmakopöa meetod, mida iseloomustab tulemuste kõrge täpsus ja reprodutseeritavus, teostamise lihtsus, kuid töömahukas. Sisaldab tehnikaid:

• ladestumine;
• destilleerimine;
• tühjenemine;
• elektrogravimeetria;
• termogravimeetrilised meetodid.

Sadestamise meetod

Kvantitatiivne sadestamise analüüs põhineb analüüdi keemilisel reaktsioonil sadestava reagendiga, mille tulemusena moodustub vähelahustuv ühend, mis eraldatakse, seejärel pestakse ja kaltsineeritakse (kuivatatakse). Lõpusirgel isoleeritud komponent kaalutakse.

Näiteks Ba 2+ ioonide gravimeetrilisel määramisel soolalahustes kasutatakse sadestajana väävelhapet. Reaktsiooni tulemusena moodustub valge kristalne BaSO 4 sade (sadestatud vorm). Pärast selle sette praadimist moodustub nn gravimeetriline vorm, mis langeb täielikult kokku sadestunud vormiga.

Ca 2+ ioonide määramisel võib sadestavaks aineks olla oksaalhape. Pärast sette analüütilist töötlemist muudetakse sadestunud vorm (CaC 2 O 4) gravimeetriliseks vormiks (CaO). Seega võib sadestunud vorm olla keemilise valemi gravimeetrilisest vormist sama või erinev.

Kaalud

Analüütiline keemia nõuab väga täpseid mõõtmisi. Gravimeetrilise analüüsimeetodi puhul kasutatakse põhiinstrumendina eriti täpseid kaalusid.

• Kaalumised nõutava täpsusega ±0,01 g viiakse läbi farmatseutilistel (käsitsi) või tehnokeemilistel kaaludel.
• Nõutava täpsusega ±0,0001 g kaalutakse analüütilistel kaaludel.
• Täpsusega ±0,00001 g - mikro-tereesidel.

Kaalumise tehnika

Kvantitatiivse analüüsi tegemisel tehakse aine massi määramine tehnokeemilisel või tehnilisel skaalal järgmiselt: uuritav objekt asetatakse kaalu vasakpoolsele alusele ja tasakaalustavad kaalud paremale. Kaalumisprotsess on lõppenud, kui kaalu nool on keskmises asendis.

Apteegi kaalul kaalumisel hoitakse keskrõngast vasaku käega, küünarnukk toetub laborilauale. Nookuri sumbumist kaalumise ajal saab kiirendada, puudutades kergelt kaalualuse põhja vastu laua pinda.

Analüütilised kaalud paigaldatakse eraldi selleks ettenähtud laboriruumidesse (kaaluruumid) spetsiaalsetele monoliitstele riiulitele ja alustele. Et vältida õhukõikumiste, tolmu ja niiskuse mõju, on kaalud kaitstud spetsiaalsete klaasvitriinidega. Analüütiliste kaaludega töötamisel tuleb järgida järgmisi nõudeid ja reegleid:

• enne iga kaalumist kontrollige kaalude seisukorda ja seadke nullpunkt;
• kaalutud ained asetatakse anumasse (kann, kellaklaas, tiigel, katseklaas);
• kaalutavate ainete temperatuur viiakse 20 minuti jooksul kaalumisruumis oleva kaalu temperatuurini;
• Kaalud ei tohi olla koormatud üle ettenähtud koormuse piiri.

Gravimeetria etapid settimismeetodil

Gravimeetriline kvalitatiivne ja kvantitatiivne analüüs sisaldab järgmisi samme:

• analüüsitava proovi massi ja sadestava aine mahu arvutamine;
• proovi kaalumine ja lahustamine;
• sadestamine (määratava komponendi sadestunud vormi saamine);
• setete eemaldamine emalahusest;
• setete pesemine;
• setete kuivatamine või kaltsineerimine konstantse massini;
• kaalumine gravimeetriline vorm;
• analüüsitulemuste arvutamine.

Sadeaine valik

Sadeaine valikul - kvantitatiivse analüüsi aluseks - võetakse arvesse analüüsitava komponendi võimalikku sisaldust proovis. Setete eemaldamise täielikkuse suurendamiseks kasutatakse mõõdukat üleliigset sadet. Kasutataval sadestusainel peab olema:

• spetsiifilisus, selektiivsus määratava iooni suhtes;
• lenduv, kergesti eemaldatav gravimeetrilise vormi kuivatamisel või kaltsineerimisel.

Levinumad lahused anorgaaniliste sadestajate hulgas on: HCL; H2S04; H3PO4; NaOH; AgNO3; BaCL 2 ja teised. Orgaanilistest sadestusainetest eelistatakse diatsetüüldioksiimi, 8-hüdroksükinoliini, oksalaathappe ja teiste lahuseid, mis moodustavad metalliioonidega komplekssesiseseid stabiilseid ühendeid, millel on järgmised eelised:

• Metallidega komplekssetel ühenditel on reeglina vees ebaoluline lahustuvus, mis tagab metalliioonide täieliku sadestumise.
• Komplekssete setete (molekulaarkristallvõre) adsorptsioonivõime on väiksem kui ioonse struktuuriga anorgaaniliste setete adsorptsioonivõime, mis võimaldab saada puhast setet.
• Metalliioonide selektiivse või spetsiifilise sadestamise võimalus teiste katioonide juuresolekul.
• Tänu gravimeetriliste vormide suhteliselt suurele molekulmassile väheneb suhteline määramisviga (erinevalt väikese molaarmassiga anorgaaniliste sadestajate kasutamisest).

Sadestamise protsess

See on kvantitatiivse analüüsi iseloomustamise kõige olulisem etapp. Sadestunud vormi saamisel on vaja minimeerida kulusid, mis on tingitud sademe lahustuvusest emalahuses, vähendada adsorptsiooni, oklusiooni ja koossadestamise protsesse. On vaja saada piisavalt suuri setteosakesi, mis ei läbi filtreerimispoore.

Piiratud vormi nõuded:

• Määratav komponent peab kvantitatiivselt sadestuma ja vastama väärtusele Ks≥10 -8.
• Sete ei tohi sisaldada võõrlisandeid ja olla väliskeskkonna suhtes stabiilne.
• Sadestunud vorm tuleks uuritava aine kuivatamisel või kaltsineerimisel võimalikult täielikult muuta gravimeetriliseks vormiks.
• Sette olek peab vastama selle filtreerimise ja pesemise tingimustele.
• Eelistatakse kristalset setet, mis sisaldab suuri osakesi ja millel on väiksem neeldumisvõime. Neid on lihtsam filtreerida ilma filtripoore ummistamata.

Kristallilise sademe saamine

Tingimused optimaalse kristalse sademe saamiseks:

• Sadestamine viiakse läbi uuritava aine lahjendatud lahuses koos sademe lahjendatud lahusega.
• Lisage sadelahus aeglaselt, tilkhaaval, õrnalt segades.
• Sadestamine viiakse läbi uuritava aine kuumas lahuses, kasutades kuuma lahustit.
• Mõnikord viiakse sadestamine läbi ühendite (näiteks väikese koguse happe) juuresolekul, mis suurendavad veidi sademe lahustuvust, kuid ei moodusta sellega lahustuvaid kompleksühendeid.
• Sade jäetakse mõneks ajaks esialgsesse lahusesse, mille jooksul “sade küpseb”.
• Juhtudel, kui sadestunud vorm moodustub amorfse sadena, püütakse seda filtreerimise lihtsustamiseks paksemaks muuta.

Amorfse sademe saamine

Tingimused optimaalse amorfse sette saamiseks:

• Uuritava aine kuumale kontsentreeritud lahusele lisatakse sadeaine kontsentreeritud kuum lahus, mis soodustab osakeste koagulatsiooni. Sete muutub paksemaks.
• Lisa sadeaine kiiresti.
• Vajadusel lisatakse uuritavasse lahusesse koagulant - elektrolüüt.

Filtreerimine

Kvantitatiivsed analüüsimeetodid hõlmavad sellist olulist etappi nagu filtreerimine. Setete filtreerimisel ja pesemisel kasutatakse kas klaasfiltreid või paberfiltreid, mis ei sisalda tuhka. Paberfiltrid on erineva tiheduse ja pooride suuruse poolest. Tihedad filtrid on tähistatud sinise, vähem tihedad musta ja punase lindiga. Paberfiltrite, mis ei sisalda tuhka, läbimõõt on 6-11 cm Enne filtreerimist kurnatakse sademe kohal paiknev selge lahus.

Elektrogravimeetria

Kvantitatiivset analüüsi saab läbi viia elektrogravimeetria abil. Uuritav ravim eemaldatakse (kõige sagedamini lahustest) elektrolüüsi ajal ühel elektroodil. Pärast reaktsiooni lõppemist elektrood pestakse, kuivatatakse ja kaalutakse. Suurendades elektroodi massi, määratakse elektroodil moodustunud aine mass. Nii analüüsitakse kulla ja vase sulamit. Pärast kulla eraldamist määratakse lahuses elektroodile kogunenud vase ioonid.

Termogravimeetriline meetod

Seda tehakse aine massi mõõtmisel selle pideva kuumutamise ajal teatud temperatuurivahemikus. Muudatused registreeritakse spetsiaalse seadmega - derivatograafiga. See on varustatud pidevkaaluliste termomeetrite, elektriahjuga uuritava proovi soojendamiseks, termopaari temperatuuride mõõtmiseks, standard- ja pidevsalvestiga. Proovi massi muutus registreeritakse automaatselt termogravigrammi (derivatogrammi) kujul - massimuutuste kõver, mis on kantud koordinaatidesse:

• aeg (või temperatuur);
• kaalukaotus.

Järeldus

Kvantitatiivse analüüsi tulemused peavad olema täpsed, õiged ja reprodutseeritavad. Selleks kasutatakse sobivaid analüütilisi reaktsioone või aine füüsikalisi omadusi, kõik analüütilised toimingud tehakse korrektselt ning analüüsitulemuste mõõtmiseks kasutatakse usaldusväärseid meetodeid. Mis tahes kvantitatiivse määramise tegemisel tuleb hinnata tulemuste usaldusväärsust.

Analüüsi meetod nimetada aine analüüsi aluseks olevad põhimõtted ehk aine keemiliste osakeste häireid põhjustava energia liik ja olemus.

Analüüs põhineb tuvastatud analüütilise signaali ja analüüdi olemasolu või kontsentratsiooni vahelisel suhtel.

Analüütiline signaal on objekti fikseeritud ja mõõdetav omadus.

Analüütilises keemias klassifitseeritakse analüüsimeetodid kindlaksmääratava omaduse olemuse ja analüütilise signaali salvestusmeetodi järgi:

1.keemiline

2.füüsiline

3.füüsikaline ja keemiline

Füüsikalis-keemilisi meetodeid nimetatakse instrumentaalseteks või mõõtmismeetoditeks, kuna need nõuavad instrumentide ja mõõteriistade kasutamist.

Vaatleme keemiliste analüüsimeetodite täielikku klassifikatsiooni.

Keemilised analüüsimeetodid- põhinevad keemilise reaktsiooni energia mõõtmisel.

Reaktsiooni käigus muutuvad lähteainete kulu või reaktsioonisaaduste tekkega seotud parameetrid. Neid muutusi saab jälgida otse (sade, gaas, värvus) või mõõta selliste koguste järgi nagu reaktiivi tarbimine, moodustunud toote mass, reaktsiooniaeg jne.

Kõrval eesmärgid keemilise analüüsi meetodid jagunevad kahte rühma:

I.Kvalitatiivne analüüs– koosneb analüüdi moodustavate üksikute elementide (või ioonide) tuvastamisest.

Kvalitatiivsed analüüsimeetodid on klassifitseeritud:

1. katioonianalüüs

2. Anioonianalüüs

3. komplekssete segude analüüs.

II.Kvantitatiivne analüüs– seisneb kompleksaine üksikute komponentide kvantitatiivse sisalduse määramises.

Kvantitatiivsed keemilised meetodid klassifitseerivad:

1. Gravimeetriline(massi) analüüsimeetod põhineb analüüdi eraldamisel puhtal kujul ja selle kaalumisel.

Gravimeetrilised meetodid jagunevad vastavalt reaktsioonisaaduse saamise meetodile:

a) kemoravimeetrilised meetodid põhinevad keemilise reaktsiooni produkti massi mõõtmisel;

b) elektrogravimeetrilised meetodid põhinevad elektrokeemilise reaktsiooni produkti massi mõõtmisel;

c) termogravimeetrilised meetodid põhinevad termilise kokkupuute käigus tekkinud aine massi mõõtmisel.

2. Volumetriline analüüsimeetodid põhinevad ainega koostoimele kulunud reaktiivi mahu mõõtmisel.

Mahulised meetodid jagunevad sõltuvalt reaktiivi agregatsiooni olekust järgmisteks osadeks:

a) gaasimahu mõõtmise meetodid, mis põhinevad gaasisegu määratud komponendi selektiivsel neeldumisel ning segu mahu mõõtmisel enne ja pärast neeldumist;

b) vedelik-mahumeetrilised (titrimeetrilised või volumetrilised) meetodid põhinevad määratava ainega koostoimeks kulunud vedela reaktiivi mahu mõõtmisel.

Sõltuvalt keemilise reaktsiooni tüübist eristatakse mahuanalüüsi meetodeid:

· protolitomeetria – neutraliseerimisreaktsiooni toimumisel põhinev meetod;

· redoksomeetria – redoksreaktsioonide toimumisel põhinev meetod;

· kompleksomeetria – kompleksi moodustumise reaktsiooni toimumisel põhinev meetod;

· sadestamismeetodid – meetodid, mis põhinevad sademete moodustumise reaktsioonide toimumisel.

3. kineetiline analüüsimeetodid põhinevad keemilise reaktsiooni kiiruse sõltuvuse määramisel reagentide kontsentratsioonist.

Loeng nr 2. Analüütilise protsessi etapid

Analüütilise probleemi lahendamine toimub aine analüüsi tegemisega. IUPACi terminoloogia järgi analüüs [‡] nimetatakse protseduuriks aine keemilise koostise kohta eksperimentaalsete andmete saamiseks.

Olenemata valitud meetodist koosneb iga analüüs järgmistest etappidest:

1) proovide võtmine (proovi võtmine);

2) proovi ettevalmistamine (proovi ettevalmistamine);

3) mõõtmine (definitsioon);

4) mõõtmistulemuste töötlemine ja hindamine.

Joonis 1. Analüütilise protsessi skemaatiline esitus.

Näidisvalik

Keemiline analüüs algab proovi valimise ja analüüsiks ettevalmistamisega. Tuleb märkida, et analüüsi kõik etapid on omavahel seotud. Seega ei anna hoolikalt mõõdetud analüütiline signaal õiget teavet määratava komponendi sisalduse kohta, kui proov on valesti valitud või analüüsiks ette valmistatud. Proovivõtu viga määrab sageli komponentide määramise üldise täpsuse ja muudab ülitäpsete meetodite kasutamise mõttetuks. Proovi valimine ja ettevalmistamine ei sõltu omakorda mitte ainult analüüsitava objekti olemusest, vaid ka analüütilise signaali mõõtmise meetodist. Proovide võtmise ja selle ettevalmistamise meetodid ja kord on keemilise analüüsi läbiviimisel nii olulised, et need on tavaliselt ette nähtud riikliku standardiga (GOST).

Vaatleme proovide võtmise põhireegleid:

· Tulemus saab olla õige ainult siis, kui proovi on piisavalt esindaja, see tähendab, et see kajastab täpselt selle materjali koostist, millest see valiti. Mida rohkem materjali valimisse valitakse, seda esinduslikum see on. Väga suuri proove on aga raske käsitseda ning need suurendavad analüüsi aega ja kulusid. Seega tuleb proov võtta nii, et see oleks esinduslik ja mitte väga suur.

· Optimaalse proovi massi määrab analüüsitava objekti heterogeensus, osakeste suurus, millest heterogeensus algab, ja analüüsi täpsuse nõuded.

· Proovi esinduslikkuse tagamiseks tuleb tagada partii homogeensus. Kui homogeenset partii ei ole võimalik moodustada, tuleb partii jagada homogeenseteks osadeks.

· Proovide võtmisel võetakse arvesse objekti koondseisundit.

· Täidetud peab olema proovivõtumeetodite ühtsuse tingimus: juhuvalim, perioodiline, male, mitmeastmeline valim, “pime” valim, süstemaatiline valim.

· Üheks teguriks, mida tuleb proovivõtumeetodi valikul arvesse võtta, on objekti koostise ja komponendi sisalduse muutumise võimalus ajas. Näiteks vee muutuv koostis jões, komponentide kontsentratsiooni muutused toiduainetes jne.

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

ANALÜÜTILINE KEEMIA

Kvantitatiivne keemiline analüüs

Õpetus

Ülikooli üliõpilastele

2. trükk, muudetud ja täiendatud

kõrgharidus ülikoolidevaheliseks kasutamiseks

analüütilise keemia õpikuna koolitusvaldkondades õppivatele üliõpilastele 552400 “Toidutehnoloogia”, 655600 “Toiduainete tootmine taimsest toorainest”,

655900 “Toorainete, loomsete saaduste tehnoloogia”

ja 655700 „Toidukaupade tehnoloogia

eriotstarbeline ja avalik toitlustus"

Kemerovo 2005

UDC 543.062 (07)

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

Toimetanud V.F. Yustratova

Arvustajad:

V.A. Nevostrujev, juhataja Analüütilise keemia osakond

Kemerovo Riiklik Ülikool, keemiadoktor. teadused, professor;

A.I. Gerasimova, keemia ja tehnoloogia osakonna dotsent

anorgaanilised ained Kuzbass Riik Tehniline

Ülikool, Ph.D. chem. teadused

Kemerovo Tehnoloogiainstituut

Toidutööstus

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

Yu90 Analüütiline keemia. Kvantitatiivne keemiline analüüs: õpik. toetust. - 2. väljaanne, muudetud. ja täiendav - / V.F. Yustratova, G.N. Mikileva, I.A. Mochalova; Ed. V.F. Yustratova; Kemerovo Toiduainetööstuse Tehnoloogiline Instituut - Kemerovo, 2005. - 160 lk.

ISBN 5-89289-312-Х

Välja on toodud analüütilise keemia põhimõisted ja osad. Üksikasjalikult käsitletakse kõiki kvantitatiivse keemilise analüüsi etappe alates proovide kogumisest kuni tulemuste saamiseni ja nende töötlemise meetodeid. Käsiraamat sisaldab instrumentaalsetele analüüsimeetoditele pühendatud peatükki kui kõige lootustandvamat. Näidatud on iga kirjeldatud meetodi kasutamine toiduainetööstuse tehnilises ja keemilises kontrollis.

Õpik on koostatud vastavalt riiklikele haridusstandarditele valdkondades “Toidutehnoloogia”, “Toiduainete tootmine taimsest toorainest ja loomsest toorainest”, “Eriotstarbeliste toiduainete tehnoloogia ja avalik toitlustus”. Sisaldab metoodilisi soovitusi üliõpilastele loengukonspektide tegemiseks ja õpikuga töötamiseks.

Mõeldud kõigi õppevormide õpilastele.

UDC 543.062 (07)

BBK 24,4 ja 7

ISBN 5-89289-312-Х

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

© V.F. Yustratova, G.N. Mikileva, I.A. Mochalova, 2005, lisa

© KemTIPP, 1994

EESSÕNA

Õpik on mõeldud toiduteaduse kõrgkoolide tehnoloogiaerialade üliõpilastele. Teine trükk, muudetud ja täiendatud. Materjali töötlemisel võeti arvesse Voroneži Riikliku Tehnoloogiaakadeemia analüütilise keemia osakonna juhataja, Vene Föderatsiooni teaduse ja tehnoloogia austatud töötaja, keemiateaduste doktori, professor Ya.I. Korenman. Autorid avaldavad talle sügavat tänu.

Viimase kümne aasta jooksul pärast esimese väljaande ilmumist on ilmunud uusi analüütilise keemia õpikuid, kuid ükski neist ei vasta täielikult riiklikele haridusstandarditele valdkondades "Toidutehnoloogia", "Toiduainete tootmine taimsest toorainest". ”, “Loomse päritoluga tooraine ja toodete tehnoloogia”, “Eriotstarbeliste toiduainete ja ühiskondliku toitlustuse tehnoloogia”.

Käsiraamatus on materjal esitatud nii, et õpilane näeb “analüütilise keemia ülesannet” tervikuna: alates proovide valikust kuni analüüsitulemuste saamiseni, nende töötlemise meetodid ja analüütiline metroloogia. Antakse lühidalt analüütilise keemia arengulugu ja roll toiduainete tootmises; antakse kvalitatiivsete ja kvantitatiivsete keemiliste analüüside põhimõisted, lahuste koostise väljendamise ja lahuste valmistamise meetodid, analüüsitulemuste arvutamise valemid; titrimeetriliste analüüsimeetodite teooria: neutraliseerimine (happe-aluse tiitrimine), redoksimeetria (redokstiitrimine), kompleksomeetria, sadestamine ja gravimeetria. Näidatud on nende igaühe kasutamine toiduainetööstuses. Titrimeetriliste analüüsimeetodite kaalumisel pakutakse nende uurimise lihtsustamiseks välja struktuurne ja loogiline diagramm.

Materjali esitamisel arvestati tänapäevast keemiliste ühendite nomenklatuuri, kaasaegseid üldtunnustatud mõisteid ja ideid ning järelduste põhjendamiseks kasutati uusi teaduslikke andmeid.

Käsiraamat sisaldab lisaks peatükki, mis on pühendatud instrumentaalsetele analüüsimeetoditele, kui kõige lootustandvamatele, ja näitab analüütilise keemia arengu praeguseid suundumusi.

Esitluse poolest on käsiraamatu tekst kohandatud esimese ja teise kursuse üliõpilastele, kellel ei ole veel piisavaid oskusi iseseisvaks õppekirjandusega töötamiseks.

Jaotised 1, 2, 5 on kirjutanud V.F. Yustratova, jaotised 3, 6, 8, 9 – G.N. Mikileva, 7. jagu – I.A. Mochalova, 4. jagu – G.N. Mikileva ja I.A. Mochalova.

ANALÜÜTILINE KEEMIA KUI TEADUS

Analüütiline keemia on üks keemia harusid. Kui anname analüütilise keemia kui teaduse kõige täielikuma määratluse, saame kasutada akadeemik I.P. Alimarin.

"Analüütiline keemia on teadus, mis arendab ainete keemilise koostise analüüsi teoreetilisi aluseid, töötab välja meetodeid keemiliste elementide, nende ühendite tuvastamiseks ja tuvastamiseks, määramiseks ja eraldamiseks, samuti meetodid ühendite keemilise struktuuri määramiseks."

See määratlus on üsna pikk ja seda on raske meeles pidada. Ülikooliõpikud annavad kokkuvõtlikumad definitsioonid, mille tähendus on järgmine.

Analüütiline keemiaon teadus ainete (süsteemide) keemilise koostise ja struktuuri määramise meetoditest.

1.1. Analüütilise keemia arenguloost

Analüütiline keemia on väga iidne teadus.

Niipea kui ühiskonda ilmusid kaubad ja materjalid, millest olulisemad olid kuld ja hõbe, tekkis vajadus kontrollida nende kvaliteeti. Esimene laialt levinud meetod nende metallide analüüsimiseks oli kupellatsioon – tulekatse. See kvantitatiivne meetod hõlmab analüüdi kaalumist enne ja pärast kuumutamist. Seda operatsiooni on mainitud Babülonist pärit tahvelarvutites, mis on dateeritud 1375–1350. eKr.

Kaalud on inimkonnale tuntud juba iidse tsivilisatsiooni aegadest. Kaalude jaoks leitud raskused pärinevad aastast 2600 eKr.

Üldtunnustatud seisukoha järgi võib renessansi pidada algstaadiumiks, mil teaduslikes meetodites kujunesid välja individuaalsed analüüsitehnikad.

Kuid mõiste "analüüs" selle sõna tänapäevases tähenduses võttis kasutusele inglise keemik Robert Boyle (1627-1691). Ta kasutas seda terminit esmakordselt 1654. aastal.

Analüütilise keemia kiire areng algas 17. sajandi lõpus. seoses manufaktuuride tekkega, nende arvu kiire kasvuga. See tõi kaasa mitmesuguseid probleeme, mida sai lahendada ainult analüütiliste meetodite abil. Nõudlus metallide, eriti raua järele on oluliselt suurenenud, mis aitas kaasa mineraalide analüütilise keemia arengule.

Keemilise analüüsi tõstis omaette teadusharu – analüütilise keemia – staatusesse Rootsi teadlane Thornburn Bergman (1735-1784). Bergmani tööd võib pidada esimeseks analüütilise keemia õpikuks, mis annab süstemaatilise ülevaate analüütilises keemias kasutatavatest protsessidest, mis on kombineeritud vastavalt analüüsitavate ainete olemusele.

Esimene teadaolev raamat, mis on täielikult pühendatud analüütilisele keemiale, on The Complete Chemical Assay Office, mille kirjutas Johann Göttling (1753-1809) ja avaldati 1790. aastal Jenas.

Suure hulga kvalitatiivseks analüüsiks kasutatud reaktiive süstematiseeris Heinrich Rose (1795-1864) oma raamatus “Analüütilise keemia käsiraamat”. Selle raamatu eraldi peatükid on pühendatud teatud elementidele ja nende elementide teadaolevatele reaktsioonidele. Nii kirjeldas Rose 1824. aastal esimesena üksikute elementide reaktsioone ja andis süstemaatiliseks analüüsiks skeemi, mis on oma põhijoontes säilinud tänapäevani (süstemaatilise analüüsi kohta vt punkt 1.6.3).

1862. aastal ilmus ajakirja Journal of Analytical Chemistry esimene number, mis on pühendatud ainult analüütilisele keemiale ja mida avaldatakse tänapäevani. Ajakirja asutas Fresenius ja see ilmus Saksamaal.

Gravimeetrilise (gravimeetrilise) analüüsi – vanima ja loogiliseima kvantitatiivse analüüsi meetodi – alused pani paika T. Bergman.

Mahuanalüüsi meetodid hakkasid analüütilisse praktikasse jõudma alles 1860. aastal. Nende meetodite kirjeldused ilmusid õpikutes. Selleks ajaks olid välja töötatud seadmed (seadmed) tiitrimiseks ja antud meetodite teoreetiline põhjendus.

Peamised avastused, mis võimaldasid mahuliste analüüsimeetodite teoreetilise põhjenduse teha, hõlmavad aine massi jäävuse seadust, mille avastas M.V. Lomonosov (1711-1765), perioodiline seadus, mille avastas D.I. Mendelejev (1834-1907), S. Arrheniuse (1859-1927) välja töötatud elektrolüütilise dissotsiatsiooni teooria.

Mahuliste analüüsimeetodite alused pandi paika ligi kahe sajandi jooksul ning nende arendamine on tihedalt seotud praktika vajadustega, eelkõige kangaste pleegitamise ja kaaliumkloriidi tootmise probleemidega.

Palju aastaid kulus mugavate ja täpsete instrumentide väljatöötamisele, klaasnõude mõõtmise kalibreerimisoperatsioonide väljatöötamisele, täppisklaasist nõudega töötamisel tehtud manipulatsioonidele ja tiitrimise lõpu registreerimismeetoditele.

Pole üllatav, et isegi 1829. aastal uskus Berzelius (1779–1848), et mahulisi analüüsimeetodeid saab kasutada vaid ligikaudsete hinnangute andmiseks.

Esimest korda on nüüd keemias üldiselt aktsepteeritud terminid "pipetti"(Joon. 1) (prantsuse torust - toru, pipetist - torud) ja "büret"(joon. 2) (prantsuse büretist - pudel) on leitud J.L. Gay-Lussac (1778-1850), avaldatud 1824. Siin kirjeldas ta tiitrimisoperatsiooni nii, nagu seda praegu tehakse.

Riis. 1. Pipetid Joon. 2. Büretid

1859. aasta osutus analüütilise keemia jaoks tähendusrikkaks. Just sel aastal töötasid G. Kirchhoff (1824-1887) ja R. Bunsen (1811-1899) välja spektraalanalüüsi ja muutsid selle praktiliseks analüütilise keemia meetodiks. Spektraalanalüüs oli instrumentaalsetest analüüsimeetoditest esimene, mis tähistas nende kiire arengu algust. Nende analüüsimeetodite kohta lisateabe saamiseks vaadake jaotist 8.

19. sajandi lõpus, 1894. aastal asus Saksa füüsikakeemik W.F. Ostwald avaldas raamatu analüütilise keemia teoreetilistest alustest, mille fundamentaalseks teooriaks oli elektrolüütilise dissotsiatsiooni teooria, millel põhinevad siiani keemilised analüüsimeetodid.

20. sajandi algus. (1903) tähistas vene botaaniku ja biokeemiku M.S. Kromatograafia fenomeni värvid, mis olid aluseks kromatograafilise meetodi erinevate variantide väljatöötamisele, mille väljatöötamine on veel pooleli.

20. sajandil Analüütiline keemia arenes üsna edukalt. Toimus nii keemiliste kui instrumentaalsete analüüsimeetodite väljatöötamine. Instrumentaalmeetodite väljatöötamine toimus ainulaadsete seadmete loomise kaudu, mis võimaldasid salvestada analüüsitavate komponentide individuaalseid omadusi.

Vene teadlased andsid suure panuse analüütilise keemia arendamisse. Kõigepealt on vaja nimetada N.A. Tananaeva, I.P. Alimarina, A.K. Babko, Yu.A. Zolotov ja paljud teised.

Analüütilise keemia areng on alati toimunud kahte tegurit arvesse võttes: arenev tööstus lõi ühelt poolt probleemi, mis nõudis lahendust; teisest küljest kohandati teaduse avastusi analüütilise keemia probleemide lahendamiseks.

See trend jätkub tänapäevani. Analüüsis kasutatakse laialdaselt arvuteid ja lasereid, tekivad uued analüüsimeetodid, juurutatakse automatiseerimist ja matematiseerimist, luuakse lokaalse mittepurustava, kaug-, pideva analüüsi meetodeid ja vahendeid.

1.2. Analüütilise keemia üldprobleemid

Analüütilise keemia üldülesanded:

1. Keemiliste ja füüsikalis-keemiliste analüüsimeetodite teooria arendamine, teaduslik põhjendus, uurimistehnikate ja -meetodite arendamine ja täiustamine.

2. Ainete eraldamise meetodite ja mikrolisandite kontsentreerimise meetodite väljatöötamine.

3. Looduslike ainete, keskkonna, tehniliste materjalide jms analüüsimeetodite täiustamine ja arendamine.

4. Keemilis-analüütilise kontrolli tagamine erinevate keemia- ja sellega seotud teaduse, tööstuse ja tehnoloogia valdkondade uurimisprojektide läbiviimise protsessis.

5. Keemilis-tehnoloogiliste ja füüsikalis-keemiliste tootmisprotsesside hoidmine etteantud optimaalsel tasemel, mis põhineb tööstusliku tootmise kõikide tasandite süstemaatilisel keemilis-analüütilisel kontrollil.

6. Meetodite loomine tehnoloogiliste protsesside automaatseks juhtimiseks kombineerituna juhtimissüsteemidega, mis põhinevad elektrooniliste andmetöötlus-, salvestus-, signaalimis-, blokeerimis- ja juhtimismasinate, -instrumentide ja -aparaatide kasutamisel.

Eelnevast nähtub, et analüütilise keemia võimalused on laiad. See võimaldab seda kasutada väga erinevate praktiliste probleemide lahendamiseks, sealhulgas toiduainetööstuses.

1.3. Analüütilise keemia roll toiduainetööstuses

Analüütilise keemia meetodid võimaldavad toiduainetööstuses lahendada järgmisi probleeme:

1. Määrake tooraine kvaliteet.

2. Kontrollige toiduainete tootmisprotsessi selle kõigis etappides.

3. Kontrolli toodete kvaliteeti.

4. Analüüsida tootmisjäätmeid nende kõrvaldamise (edaspidi kasutamise) eesmärgil.

5. Tuvastada tooraines ja toiduainetes inimorganismile mürgised (kahjulikud) ained.

1.4. Analüüsi meetod

Analüütiline keemia uurib analüüsimeetodeid ning nende arendamise ja rakendamise erinevaid aspekte. Vastavalt autoriteetse rahvusvahelise keemiaorganisatsiooni IUPAC* soovitustele viitab analüüsimeetod aine analüüsi aluseks olevatele põhimõtetele, s.o. energia liik ja iseloom, mis põhjustab aine keemiliste osakeste häireid. Analüüsi põhimõtte määravad omakorda loodusnähtused, millel põhinevad keemilised või füüsikalised protsessid.

Keemiaalases õppekirjanduses analüüsimeetodi määratlust reeglina ei anta. Aga kuna see on üsna oluline, tuleb see sõnastada. Meie arvates on kõige vastuvõetavam määratlus järgmine:

Analüüsimeetod on analüüsi läbiviimise reeglite ja tehnikate kogum, mis võimaldab määrata ainete (süsteemide) keemilist koostist ja struktuuri.

1.5. Analüüsimeetodite klassifikatsioon

Analüütilises keemias on mitut tüüpi analüütiliste meetodite klassifikatsiooni.

1.5.1. Klassifikatsioon analüüsitavate ainete (süsteemide) keemiliste ja füüsikaliste omaduste alusel

Selle klassifikatsiooni raames käsitletakse järgmisi analüüsimeetodite rühmi:

1. Keemilised analüüsimeetodid.

Sellesse analüüsimeetodite rühma kuuluvad meetodid, mille puhul analüüsitulemused põhinevad ainete vahel toimuval keemilisel reaktsioonil. Reaktsiooni lõpus registreeritakse ühe reaktsioonis osaleja ruumala või ühe reaktsiooniprodukti mass. Seejärel arvutatakse analüüsi tulemused.

2. Füüsikalised analüüsimeetodid.

Füüsikalised analüüsimeetodid põhinevad analüütide füüsikaliste omaduste mõõtmisel. Need meetodid registreerivad kõige laialdasemalt optilisi, magnetilisi, elektrilisi ja soojuslikke omadusi.

3. Füüsikalis-keemilised analüüsimeetodid.

Need põhinevad analüüsitava süsteemi mis tahes füüsikalise omaduse (parameetri) mõõtmisel, mis muutub selles toimuva keemilise reaktsiooni mõjul.

* IUPAC – Rahvusvaheline Puhta ja Rakenduskeemia Liit. Selle organisatsiooni liikmed on paljude riikide teadusasutused. Venemaa Teaduste Akadeemia (NSVL Teaduste Akadeemia järglasena) on selle liige alates 1930. aastast.

Kaasaegses keemias nimetatakse füüsikalisi ja füüsikalis-keemilisi analüüsimeetodeid instrumentaalne analüüsimeetodid. "Instrumendiline" tähendab, et seda analüüsimeetodit saab läbi viia ainult "instrumendi" abil – seadmega, mis suudab salvestada ja hinnata füüsikalisi omadusi (üksikasju vt jaotisest 8).

4. Eraldamise meetodid.

Komplekssete segude (ja see on enamik loodusobjekte ja toiduaineid) analüüsimisel võib osutuda vajalikuks määratav komponent eraldada segavatest komponentidest.

Mõnikord sisaldab analüüsitav lahus määratavat komponenti palju vähem, kui on võimalik valitud analüüsimeetodiga määrata. Sel juhul tuleb enne selliste komponentide määramist need kontsentreerida.

Keskendumine- see on toiming, mille järel võib määratava komponendi kontsentratsioon tõusta n-lt 10 n-kordseks.

Sageli kombineeritakse eraldamis- ja koondamisoperatsioone. Kontsentreerimisetapis võib analüüsitavas süsteemis selgelt ilmneda mingi omadus, mille registreerimine võimaldab lahendada segus oleva analüüdi koguse küsimuse. Analüütiline meetod võib alata eraldusoperatsiooniga, mõnikord hõlmab see ka kontsentreerimist.

1.5.2. Klassifikatsioon aine massi või mahu järgi

analüüsiks võetud lahendus

Klassifikatsioon, mis näitab kaasaegsete analüüsimeetodite võimalusi, on esitatud tabelis. 1. See põhineb analüüsimiseks võetud ainete massil või lahuse mahul.

Tabel 1

Analüüsimeetodite klassifikatsioon sõltuvalt aine massist

või analüüsiks võetud lahuse maht

1.6. Kvalitatiivne analüüs

Aine analüüsi võib teha selle kvalitatiivse või kvantitatiivse koostise kindlakstegemiseks. Vastavalt sellele eristatakse kvalitatiivset ja kvantitatiivset analüüsi.

Kvalitatiivse analüüsi ülesanne on tuvastada analüüsitava objekti keemiline koostis.

Analüüsitud objekt võib olla üksikaine (lihtne või väga keeruline, näiteks leib) või ainete segu. Objekti sees võivad huvi pakkuda erinevad komponendid. Saate määrata, millistest ioonidest, elementidest, molekulidest, faasidest, aatomirühmadest analüüsitav objekt koosneb. Toidukaupades on ioonid kõige sagedamini määratud, lihtsad või komplekssed ained, mis on inimorganismile kas kasulikud (Ca 2+, NaCl, rasv, valk jne) või kahjulikud (Cu 2+, Pb 2+, pestitsiidid jne). .).). Seda saab teha kahel viisil: tuvastamine Ja märkamine.

Identifitseerimine- uuritava keemilise ühendi identsuse (identsuse) kindlakstegemine tuntud ainega (standardiga), võrreldes nende füüsikalisi ja keemilisi omadusi .

Selleks uuritakse esmalt kindlaksmääratud võrdlusühendite teatud omadusi, mille olemasolu analüüsitavas objektis eeldatakse. Näiteks viivad nad anorgaaniliste ainete uurimisel läbi keemilisi reaktsioone katioonide või anioonidega (need ioonid on standardid) või mõõdavad standardsete orgaaniliste ainete füüsikalisi konstante. Seejärel tehke samad testid uuritava ühendiga ja võrrelge saadud tulemusi.

Märkamine- teatud põhikomponentide, lisandite jms olemasolu kontrollimine analüüsitavas objektis .

Kvalitatiivne keemiline analüüs põhineb enamasti analüüsitava aine muutmisel mingiks uueks ühendiks, millel on iseloomulikud omadused: värvus, teatud füüsikaline olek, kristalne või amorfne struktuur, spetsiifiline lõhn jne. Neid iseloomulikke omadusi nimetatakse analüütilised märgid.

Keemilist reaktsiooni, mille käigus ilmnevad analüütilised märgid, nimetatakse kvalitatiivne analüütiline vastus.

Analüütiliste reaktsioonide läbiviimiseks kasutatavaid aineid nimetatakse reaktiivid või reaktiivid.

Kvalitatiivsed analüütilised reaktsioonid ja vastavalt nendes kasutatavad reagendid jagunevad olenevalt kasutusvaldkonnast rühmadeks (üldisteks), iseloomulikeks ja spetsiifilisteks.

Grupi reaktsioonid võimaldavad eraldada komplekssest ainete segust rühmareagendi mõjul terveid ioonirühmi, millel on samad analüütilised omadused. Näiteks ammooniumkarbonaat (NH 4) 2 CO 3 kuulub reaktiivide rühma, kuna ioonidega Ca 2+, Sr 2+, Ba 2+ moodustab see vees lahustumatud valged karbonaadid.

Iseloomulik Need on reaktsioonid, mis hõlmavad reagente, mis interakteeruvad ühe või väikese arvu ioonidega. Nende reaktsioonide analüütiline märk väljendub kõige sagedamini iseloomuliku värviga. Näiteks dimetüülglüoksiim on iseloomulik reagent Ni 2+ ioonile (roosa sade) ja Fe 2+ ioonile (vees lahustuv ühend punane).

Kvalitatiivses analüüsis on kõige olulisemad spetsiifilised reaktsioonid. Konkreetne reaktsioon antud ioonile on reaktsioon, mis võimaldab seda katsetingimustes tuvastada segus teiste ioonidega. Selline reaktsioon on näiteks ioonide tuvastamise reaktsioon, mis toimub kuumutamisel leelise mõjul:

Vabanenud ammoniaaki saab tuvastada selle spetsiifilise, kergesti äratuntava lõhna ja muude omaduste järgi.

1.6.1. Reaktiivide kaubamärgid

Sõltuvalt reaktiivide konkreetsest kasutusalast esitatakse neile mitmeid nõudeid. Üks neist on lisandite koguse nõue.

Lisandite kogust keemilistes reaktiivides reguleerib spetsiaalne tehniline dokumentatsioon: riiklikud standardid (GOST), tehnilised kirjeldused (TU) jne Lisandite koostis võib olla erinev ja see on tavaliselt märgitud reaktiivi tehasesildile.

Keemilised reaktiivid klassifitseeritakse nende puhtusastme järgi. Sõltuvalt lisandite massiosast määratakse reagendile klass. Mõned reaktiivide kaubamärgid on esitatud tabelis. 2.

tabel 2

Reaktiivide kaubamärgid

Tavaliselt kasutatakse keemilise analüüsi praktikas reaktiive, mis vastavad "analüütilise puhtuse" ja "reaktiivi puhtuse" nõuetele. Reaktiivide puhtus on märgitud reaktiivi originaalpakendi etiketile. Mõned tööstusharud kehtestavad reaktiivide jaoks oma täiendavad puhtuse kvalifikatsioonid.

1.6.2. Analüütiliste reaktsioonide läbiviimise meetodid

Võib läbi viia analüütilisi reaktsioone "märg" Ja "kuiv" viise. Reaktsiooni läbiviimisel "märg" analüüdi ja vastavate reaktiivide koostoimel tekib lahuses. Selle teostamiseks tuleb uuritav aine esmalt lahustada. Lahustiks on tavaliselt vesi või kui aine on vees lahustumatu, siis mõni muu lahusti. Märgreaktsioonid toimuvad lihtsate või keeruliste ioonide vahel, nii et nende kasutamisel tuvastatakse need ioonid.

"Kuiv" reaktsioonide läbiviimise meetod tähendab, et uuritav aine ja reaktiivid võetakse tahkes olekus ning nendevaheline reaktsioon viiakse läbi kuumutades neid kõrgel temperatuuril.

Kuivalt läbiviidud reaktsioonide näideteks on leekvärvimise reaktsioonid teatud metallide sooladega, naatriumtetraboraadi (booraks) värviliste pärlite (klaaside) moodustumine. või naatrium- ja ammooniumvesinikfosfaat, kui need sulatatakse teatud metallide sooladega, samuti uuritava tahke aine sulatamisel räbustitega, näiteks: tahke Na 2 CO 3 ja K 2 CO 3 või Na 2 CO 3 segud ja KNO 3.

Kuivmeetodil läbiviidud reaktsioonid hõlmavad ka reaktsiooni, mis tekib uuritava tahke aine jahvatamisel mõne tahke reagendiga, mille tulemusena segu omandab värvi.

1.6.3. Süstemaatiline analüüs

Objekti kvalitatiivset analüüsi saab läbi viia kahe erineva meetodi abil.

Süstemaatiline analüüs - See on meetod kvalitatiivse analüüsi läbiviimiseks vastavalt skeemile, kui reaktiivide lisamise toimingute jada on rangelt määratletud.

1.6.4. Fraktsiooniline analüüs

Analüüsimeetod, mis põhineb reaktsioonide kasutamisel, mida saab kasutada soovitud ioonide tuvastamiseks mis tahes järjestuses alglahuse üksikutes osades, st. ilma konkreetset ioonituvastusskeemi kasutamata nimetatakse murdosa analüüs.

1.7. Kvantitatiivne analüüs

Kvantitatiivse analüüsi ülesanne on määrata kindlaks konkreetse komponendi sisaldus (mass või kontsentratsioon) analüüsitavas objektis.

Kvantitatiivse analüüsi olulised mõisted on mõisted "määratud aine" ja "töötav aine".

1.7.1. Määratud aine. Töötav aine

Keemilist elementi, iooni, liht- või kompleksainet, mille sisaldus määratakse analüüsitava toote antud proovis, nimetatakse tavaliselt nn. "identifitseeritav aine" (O.V.).

Aine, millega see määramine tehakse, nimetatakse tööaine (R.V.).

1.7.2. Analüütilises keemias kasutatavad lahuse koostise väljendamise meetodid

1. Lahuse koostise väljendamiseks on kõige mugavam kontsentratsioon . Kontsentratsioon on füüsikaline suurus (mõõtmeteta või mõõtmeteta), mis määrab lahuse, segu või sulatise kvantitatiivse koostise. Lahuse kvantitatiivse koostise kaalumisel mõeldakse enamasti lahustunud aine koguse ja lahuse mahu suhet.

Kõige tavalisem on ekvivalentide molaarne kontsentratsioon. Selle tähis, mis on kirjutatud näiteks väävelhappe kohta, on C ekv (H 2 SO 4), mõõtühikuks on mol/dm 3.

Kirjanduses on sellele kontsentratsioonile ka teisi nimetusi. Näiteks C(1/2H2SO4). Fraktsioon enne väävelhappe valemit näitab, milline molekuli (või iooni) osa on samaväärne. Seda nimetatakse ekvivalentsusteguriks, mida tähistatakse f eq. H 2 SO 4 puhul f ekv = 1/2. Ekvivalentsustegur arvutatakse reaktsiooni stöhhiomeetria põhjal. Arvu, mis näitab, mitu ekvivalenti molekulis sisaldub, nimetatakse ekvivalentnumbriks ja tähistatakse Z*. f eq = 1/Z*, seetõttu tähistatakse ekvivalentide molaarset kontsentratsiooni ka järgmiselt: C(1/Z*H 2 SO 4).

2. Analüütilistes laborites, kui ühe arvutusvalemi abil on vaja teha pikka aega üksikute analüüside seeriat, kasutatakse sageli parandustegurit ehk parandust K.

Enamasti on muudatus seotud tööainega. Koefitsient näitab, mitu korda erineb tööaine valmistatud lahuse kontsentratsioon ümardatud arvudes (0,1; 0,2; 0,5; 0,01; 0,02; 0,05) väljendatud kontsentratsioonist, millest üks võib olla arvutusvalemis:

K kirjutatakse numbritena nelja kümnendkohaga. Kirjest: K = 1,2100 k C eq (HCl) = 0,0200 mol/dm 3 järeldub, et C eq (HCl) = 0,0200 mol/dm 3 on HCl ekvivalentide standardne molaarne kontsentratsioon, siis arvutatakse tegelik valemiga :

3. Tiiter- see on 1 cm 3 lahuse mahus sisalduva aine mass.

Tiiter viitab kõige sagedamini tööaine lahusele.

Tiitriühik on g/cm 3, tiiter arvutatakse kuuenda kümnendkoha täpsusega. Teades tööaine tiitrit, on võimalik arvutada selle lahuse ekvivalentide molaarkontsentratsioon.

(4)

4. Tööaine tiiter vastavalt määratavale ainele- see on määratava aine mass, mis on võrdne 1 cm 3 lahuses sisalduva tööaine massiga.

5. Lahustunud aine massiosa võrdub lahustunud aine A massi ja lahuse massi suhtega:

6. Mahuosa lahustunud aine maht on võrdne lahustunud aine A mahu suhtega lahuse kogumahusse:

Massi- ja ruumalaosad on mõõtmeteta suurused. Kuid enamasti kirjutatakse massi- ja ruumalafraktsioonide arvutamise avaldised järgmisel kujul:

; (9)

. (10)

Sel juhul on w ja j ühik protsent.

Tuleb märkida järgmisi asjaolusid:

1. Analüüsi tegemisel peab tööaine kontsentratsioon olema täpne ja väljendatud nelja kümnendkohaga arvuna, kui kontsentratsioon on molaarekvivalendid; või kuue kümnendkohaga arv, kui see on pealkiri.

2. Kõigis analüütilises keemias kasutatavates arvutusvalemites on ruumalaühikuks cm 3. Kuna analüüsis ruumalade mõõtmiseks kasutatavad klaasnõud võimaldavad mõõta mahtu 0,01 cm 3 täpsusega, tuleks just sellise täpsusega mõõta analüüsis osalevate analüütide ja tööainete lahuste mahtusid väljendavaid numbreid. kirja pandud.

1.7.3. Lahuste valmistamise meetodid

Enne lahenduse ettevalmistamist peaksite vastama järgmistele küsimustele.

1. Mis eesmärgil lahus valmistatakse (kasutamiseks r.v.-na, keskkonna teatud pH väärtuse tekitamiseks vms)?

2. Millisel kujul on kõige sobivam väljendada lahuse kontsentratsiooni (ekvivalendi molaarkontsentratsiooni, massiosa, tiitri jne kujul)?

3. Millise täpsusega, s.o. Millise kümnendkoha täpsusega tuleks määrata valitud kontsentratsiooni väljendav arv?

4. Millise mahuga lahust tuleb valmistada?

5. Millist lahuse valmistamise meetodit tuleks kasutada, lähtudes aine olemusest (vedel või tahke, standardne või mittestandardne)?

Lahuse saab valmistada järgmistel viisidel:

1. Täpse kaalumise teel.

Kui aine, millest peate valmistama lahenduse, on standardne, st. vastab teatud (allpool loetletud) nõuetele, siis saab lahuse valmistada täpse kaalumise järgi. See tähendab, et proovi mass arvutatakse ja mõõdetakse analüütilisel kaalul neljanda kümnendkoha täpsusega.

Standardainetele esitatavad nõuded on järgmised:

a) ainel peab olema kristalne struktuur ja see peab vastama teatud keemilisele valemile;

c) aine peab tahkel kujul ja lahuses säilitamisel olema stabiilne;

d) soovitav on samaväärse aine suur molaarmass.

2. Paranduskanalist.

Täpset kaalumist kasutava lahuse valmistamise meetodi variatsioon on fixanaalist lahuse valmistamise meetod. Täpse kaalumise rolli täidab klaasampullis sisalduv aine täpne kogus. Tuleb meeles pidada, et ampullis olev aine võib olla standardne (vt punkt 1) või mittestandardne. See asjaolu mõjutab fikseerimisvahenditest valmistatud mittestandardsete ainete lahuste säilitamise meetodeid ja kestust.

FIXANAL(standardtiiter, normdoos) on suletud ampull, mis sisaldab 0,1000, 0,0500 või muu arvu mooli samaväärseid aineid kuivas või lahuse kujul.

Vajaliku lahuse valmistamiseks purustatakse ampull üle spetsiaalse stantsimisseadmega (löök) varustatud lehtri. Selle sisu kantakse kvantitatiivselt nõutava mahuga mõõtekolbi ja maht reguleeritakse destilleeritud veega rõngamärgini.

Täpse kaalumise teel või fixanaalist valmistatud lahust nimetatakse tiitritud, standardne või standardlahendus I, sest Selle kontsentratsioon pärast valmistamist on täpne. Kirjutage see nelja kümnendkohaga arvuna, kui see on ekvivalentide molaarne kontsentratsioon, ja kuue kümnendkohaga, kui see on tiiter.

3. Ligikaudse kaalu põhjal.

Kui aine, millest lahus valmistatakse, ei vasta standardainetele esitatavatele nõuetele ja puudub sobiv kinnitusvahend, valmistatakse lahus ligikaudse proovi abil.

Arvutage lahuse valmistamiseks kasutatava aine mass, võttes arvesse selle kontsentratsiooni ja mahtu. See mass kaalutakse tehnilistel kaaludel teise kümnendkoha täpsusega ja lahustatakse mõõtekolvis. Saadakse ligikaudse kontsentratsiooniga lahus.

4. Lahjendades rohkem kontsentreeritud lahust.

Kui tööstuses toodetakse ainet kontsentreeritud lahuse kujul (selge, et see on mittestandardne), siis saab selle madalama kontsentratsiooniga lahust valmistada ainult kontsentreeritud lahuse lahjendamisel. Sellisel viisil lahuse valmistamisel tuleb meeles pidada, et lahustunud aine mass peab olema sama nii valmistatud lahuse mahus kui ka lahjendamiseks võetud kontsentreeritud lahuse osas. Teades valmistatava lahuse kontsentratsiooni ja mahtu, arvutatakse kontsentreeritud lahuse maht, mida on vaja mõõta, võttes arvesse selle massiosa ja tihedust. Mõõtke mõõtesilindriga maht, valage mõõtekolbi, reguleerige destilleeritud veega märgini ja segage. Sel viisil valmistatud lahusel on ligikaudne kontsentratsioon.

Ligikaudse kaalumise ja kontsentreeritud lahuse lahjendamise teel valmistatud lahuste täpne kontsentratsioon määratakse gravimeetrilise või titrimeetrilise analüüsiga, seetõttu nimetatakse nendel meetoditel valmistatud lahused pärast nende täpsete kontsentratsioonide määramist nn. kindlaksmääratud tiitritega lahused, standardsed lahendused või standardlahendused II.

1.7.4. Valemid, mida kasutatakse lahuse valmistamiseks vajaliku aine massi arvutamiseks

Kui kuivainest A valmistatakse antud ekvivalentide või tiitri molaarse kontsentratsiooniga lahus, arvutatakse lahuse valmistamiseks võetava aine mass järgmiste valemite abil:

; (11)

. (12)

Märge. Mahuühikuks on cm3.

Aine mass arvutatakse sellise täpsusega, mis on määratud lahuse valmistamise meetodiga.

Lahjendamise teel lahuste valmistamisel kasutatavad arvutusvalemid määratakse saadava kontsentratsiooni tüübi ja lahjendatava kontsentratsiooni tüübi järgi.

1.7.5. Analüüsi skeem

Analüüsi põhinõue on, et saadud tulemused vastaksid komponentide tegelikule sisule. Analüüsitulemused vastavad sellele nõudele ainult siis, kui kõik analüüsitoimingud sooritatakse õigesti, kindlas järjestuses.

1. Mis tahes analüütilise määramise esimene samm on proovi valimine analüüsiks. Reeglina võetakse keskmine proov.

Keskmine valim- see on kogu selle massiga võrreldes väike osa analüüsitavast objektist, mille keskmine koostis ja omadused on igas mõttes identsed (sama) keskmise koostisega.

Erinevat tüüpi toodete (tooraine, pooltooted, valmistooted erinevatest tööstusharudest) proovivõtumeetodid erinevad üksteisest suuresti. Proovide võtmisel juhinduvad nad reeglitest, mida on üksikasjalikult kirjeldatud tehnilistes juhendites, GOST-ides ja seda tüüpi toodete analüüsimiseks pühendatud erijuhistes.

Sõltuvalt toote tüübist ja analüüsi tüübist võib proovi võtta teatud mahu või massina.

Proovide võtmine- see on väga vastutustundlik ja oluline analüüsi ettevalmistav toiming. Valesti valitud proov võib tulemusi täielikult moonutada, sellisel juhul on üldiselt mõttetu edasisi analüüsioperatsioone teha.

2. Proovi ettevalmistamine analüüsiks. Analüüsiks võetud proovi ei valmistata alati spetsiaalselt ette. Näiteks jahu-, leiva- ja pagaritoodete niiskusesisalduse määramisel arbitraažimeetodil kaalutakse iga toote kindel proov ja asetatakse see kuivatuskappi. Kõige sagedamini analüüsitakse sobiva proovitöötluse teel saadud lahuseid. Sel juhul taandub proovi analüüsiks ettevalmistamise ülesanne järgmiselt. Proov töödeldakse selliselt, et analüüsitava komponendi kogus säilib ja see täielikult lahustub. Sel juhul võib osutuda vajalikuks koos määratava komponendiga analüüsitavas proovis esineda võõrained.

Proovi ettevalmistamine analüüsiks, samuti proovide võtmine on kirjeldatud regulatiivses ja tehnilises dokumentatsioonis, mille kohaselt viiakse läbi tooraine, pooltoodete ja valmistoodete analüüsid. Analüüsiks proovi ettevalmistamise protseduuris sisalduvatest keemilistest toimingutest võib nimetada ühe, mida kasutatakse sageli toiduainetööstuses tooraine, pooltoodete ja valmistoodete proovide ettevalmistamisel - see on tuhastamise operatsioon.

Tuhastamine on mis tahes toote (materjali) tuhaks muutmise protsess. Tuhastamise teel valmistatakse proov ette näiteks metalliioonide määramisel. Proov põletatakse teatud tingimustel. Ülejäänud tuhk lahustatakse sobivas lahustis. Saadakse lahendus, mida analüüsitakse.

3. Analüütiliste andmete saamine. Analüüsi ajal puutub ettevalmistatud proov kokku reaktiivse aine või teatud tüüpi energiaga. See toob kaasa analüütiliste signaalide ilmnemise (värvimuutus, uue kiirguse ilmumine jne). Saadud signaal võib olla: a) registreeritud; b) arvestas hetke, mil analüüsitavas süsteemis on vaja mõõta teatud parameetrit, näiteks tööaine mahtu.

4. Analüütiliste andmete töötlemine.

A) Saadud esmaseid analüütilisi andmeid kasutatakse analüüsitulemuste arvutamiseks.

Analüütiliste andmete analüüsitulemusteks teisendamise viisid võivad olla erinevad.

1. Arvutusmeetod. Seda meetodit kasutatakse väga sageli näiteks kvantitatiivses keemilises analüüsis. Pärast analüüsi lõpetamist saadakse määratud ainega reageerimiseks kulunud tööaine maht. Seejärel asendatakse see maht sobivasse valemisse ja arvutatakse analüüsi tulemus - määratava aine mass või kontsentratsioon.

2. Kalibreerimisgraafiku meetod.

3. Võrdlusmeetod.

4. Lisameetod.

5. Diferentsiaalmeetod.

Neid analüütiliste andmete töötlemise meetodeid kasutatakse instrumentaalsetes analüüsimeetodites, mille uurimisel on võimalik nendega üksikasjalikult tutvuda.

B) Saadud analüüsitulemusi tuleb töödelda vastavalt matemaatilise statistika reeglitele, millest on juttu punktis 1.8.

5. Analüüsitulemuse sotsiaal-majandusliku tähtsuse määramine. See etapp on lõplik. Pärast analüüsi läbiviimist ja tulemuse saamist on vaja kindlaks teha vastavus toote kvaliteedi ja selle regulatiivse dokumentatsiooni nõuetele.

1.7.6. Analüüsi meetod ja tehnika

Et liikuda mis tahes analüütilise keemia meetodi teooriast konkreetse analüüsi teostamise meetodi juurde, on oluline eristada mõisteid “analüüsimeetod” ja “analüüsimeetod”.

Kui räägime analüüsimeetodist, siis see tähendab, et arvestatakse reeglitega, mida järgides on võimalik hankida analüütilisi andmeid ja neid tõlgendada (vt punkt 1.4).

Analüüsi meetod- see on kõigi analüüsitoimingute, sealhulgas proovide võtmise ja ettevalmistamise üksikasjalik kirjeldus (näidates kõigi uuritavate lahuste kontsentratsioonid).

Iga analüüsimeetodi praktilise rakendamisega töötatakse välja palju analüüsitehnikaid. Need erinevad analüüsitavate objektide olemuse, proovide võtmise ja ettevalmistamise meetodi, üksikute analüüsioperatsioonide läbiviimise tingimuste jms poolest.

Näiteks kvantitatiivse analüüsi laboratoorses töötoas tehakse muuhulgas laboratoorseid töid “Fe 2+ permanganatomeetriline määramine Mohri soolalahuses”, “Cu 2+ jodomeetriline määramine”, “Fe 2+ dikromatomeetriline määramine”. Nende teostamise meetodid on täiesti erinevad, kuid põhinevad samal analüüsimeetodil “Redoksimeetria”.

1.7.7. Analüüsimeetodite analüütilised omadused

Et analüüsimeetodeid või tehnikaid saaks omavahel võrrelda või hinnata, mis mängib nende valikul olulist rolli, on igal meetodil ja tehnikal oma analüütilised ja metroloogilised omadused. Analüütilised omadused hõlmavad järgmist: tundlikkuse koefitsient (tuvastuspiir), selektiivsus, kestus, tootlikkus.

Tuvastamispiir(C min., p) on madalaim sisaldus, mille juures saab seda meetodit kasutades kindlaks määrata analüüdi komponendi olemasolu antud usalduse tõenäosusega. Usalduse tõenäosus - P on nende juhtude osakaal, mille korral teatud arvu määramiste tulemuse aritmeetiline keskmine jääb teatud piiridesse.

Analüütilises keemias kasutatakse reeglina usaldusnivoo P = 0,95 (95%).

Teisisõnu, P on juhusliku vea esinemise tõenäosus. See näitab, mitu katset 100-st annab antud analüüsi täpsuse piires õigeks peetavaid tulemusi. P = 0,95–95 100-st.

Analüüsi selektiivsus iseloomustab antud komponendi määramise võimalust võõrainete juuresolekul.

Mitmekülgsus- võimalus tuvastada ühest proovist korraga palju komponente.

Analüüsi kestus- selle rakendamiseks kulunud aeg.

Analüüsi jõudlus– paralleelproovide arv, mida saab analüüsida ajaühikus.

1.7.8. Analüüsimeetodite metroloogilised omadused

Analüüsimeetodite või -tehnikate hindamisel mõõtmisteaduse - metroloogia - seisukohast märgitakse järgmisi tunnuseid: määratud sisu vahemik, õigsus (täpsus), reprodutseeritavus, konvergents.

Määratud sisu intervall- see on selle tehnikaga ette nähtud ala, kus asuvad komponentide kindlaksmääratud koguste väärtused. Samuti on tavaks märkida määratud sisalduse alumine piir(C n) - määratud sisalduse väikseim väärtus, mis piirab määratud sisalduse vahemikku.

Analüüsi õigsus (täpsus). on saadud tulemuste lähedus määratava koguse tegelikule väärtusele.

Tulemuste reprodutseeritavus ja järjepidevus analüüs määratakse korduvate analüüsitulemuste hajuvuse järgi ja on põhjustatud juhuslikest vigadest.

Lähenemine iseloomustab tulemuste hajumist fikseeritud katsetingimustes ja reprodutseeritavus- muutuvates katsetingimustes.

Kõik meetodi või analüüsiprotseduuri analüütilised ja metroloogilised omadused on esitatud nende juhistes.

Metroloogilised omadused saadakse korduvate analüüside seeriate tulemuste töötlemisel. Nende arvutamise valemid on toodud punktis 1.8.2. Need on sarnased analüüsitulemuste staatiliseks töötlemiseks kasutatavate valemitega.

1.8. Vead (vead) analüüsis

Ükskõik kui hoolikalt üht või teist kvantitatiivset määramist läbi ei viida, erineb saadud tulemus reeglina mõnevõrra määratava komponendi tegelikust sisaldusest, s.t. analüüsi tulemus saadakse alati mingi ebatäpsusega – veaga.

Mõõtmisvead liigitatakse süstemaatiliseks (kindlaks), juhuslikuks (ebakindlaks) ja jämedaks või puudulikuks.

Süstemaatilised vead- need on vead, mis on konstantse väärtusega või varieeruvad vastavalt teatud seadusele. Need võivad olla metoodilised, olenevalt kasutatava analüüsimeetodi spetsiifikast. Need võivad sõltuda kasutatud instrumentidest ja reaktiividest, analüütiliste toimingute ebaõigest või ebapiisavalt põhjalikust sooritamisest, analüüsi teostava isiku individuaalsetest omadustest. Süstemaatilisi vigu on raske märgata, kuna need on püsivad ja ilmnevad korduvate määramiste tegemisel. Seda tüüpi vigade vältimiseks on vaja kõrvaldada nende allikas või teha mõõtmistulemusse asjakohane parandus.

Juhuslikud vead nimetatakse ebakindla suuruse ja märgiga vigadeks, mille ilmnemisel mustrit ei täheldata.

Juhuslikud vead esinevad mis tahes mõõtmisel, sealhulgas analüütilise määramise korral, olenemata sellest, kui hoolikalt see on tehtud. Nende olemasolu tähendab, et ühe või teise komponendi korduvad määramised antud proovis sama meetodiga annavad tavaliselt veidi erinevaid tulemusi.

Erinevalt süstemaatilistest vigadest ei saa juhuslikke parandusi arvesse võtta ega kõrvaldada. Paralleelsete määramiste arvu suurendamisega saab neid aga oluliselt vähendada. Juhuslike vigade mõju analüüsi tulemusele saab teoreetiliselt arvesse võtta, töödeldes matemaatilise statistika meetodeid kasutades antud komponendi paralleelse määramise seerias saadud tulemusi.

Kättesaadavus jämedad vead või igatseb väljendub selles, et suhteliselt sarnaste tulemuste hulgas on üks või mitu väärtust, mis eristuvad üldseeriast märkimisväärselt. Kui vahe on nii suur, et võib rääkida jämedast veast, siis see mõõtmine jäetakse kohe kõrvale. Enamasti ei saa aga ainult üldseeriast “väljahüppamise” põhjal kohe ära tunda, et mõni muu tulemus on vale ja seetõttu on vaja teha lisauuringuid.

On juhtumeid, kui täiendavaid uuringuid pole mõtet teha ja samal ajal ei ole soovitav kasutada analüüsi üldtulemuse arvutamiseks ebaõigeid andmeid. Sel juhul tehakse jämedate vigade või möödalaskmiste olemasolu kindlaks vastavalt matemaatilise statistika kriteeriumidele.

Selliseid kriteeriume on teada mitu. Lihtsaim neist on Q-test.

1.8.1. Raskete vigade (vtted) olemasolu kindlaksmääramine

Keemilises analüüsis määratakse komponendi sisaldus proovis reeglina väikese arvu paralleelsete määramiste abil (n £ 3). Määramisvigade arvutamiseks kasutatakse sel juhul matemaatilisi statistikameetodeid, mis on välja töötatud väikese arvu määramiste jaoks. Selle väikese arvu määramiste tulemused loetakse juhuslikult valitud - näidis- kõigist üldpopulatsiooni mõeldavatest tulemustest antud tingimustel.

Väikeste proovide jaoks, millel on mitu mõõtmist, n<10 определение грубых погрешностей можно оценивать при помощи variatsioonivahemik vastavalt Q-kriteeriumile. Selleks arvutage suhe:

, (13)

kus X 1 on kahtlaselt silmapaistev analüüsitulemus;

X 2 - ühekordse määramise tulemus, väärtuselt lähim X 1-le;

R - variatsioonivahemik - erinevus mõõtmiste arvu suurima ja väikseima väärtuse vahel, s.o. R = X max. - X min.

Arvutatud Q väärtust võrreldakse Q tabeli väärtusega (p, f). Jämevea olemasolu on tõestatud, kui Q > Q (p, f).

Jäme veana tunnistatud tulemus jäetakse edasisest kaalumisest välja.

Q-kriteerium ei ole ainus näitaja, mille väärtuse järgi saab otsustada jämevea olemasolu, kuid see arvutatakse kiiremini kui teised, sest võimaldab teil kohe kõrvaldada jämedad vead ilma muid arvutusi tegemata.

Ülejäänud kaks kriteeriumi on täpsemad, kuid nõuavad vea täielikku arvutamist, s.t. jämevea olemasolu saab kindlaks teha ainult analüüsitulemuste täieliku matemaatilise töötlemisega.

Samuti saab tuvastada jämedaid vigu:

A) Standardhälbe järgi. Tulemust X i peetakse jämedaks veaks ja jäetakse kõrvale, kui

. (14)

B) Otsene mõõtmise täpsus. Tulemus X i jäetakse kõrvale, kui

. (15)

Märkidega näidatud koguste kohta , mida käsitletakse jaotises 1.8.2.

1.8.2. Analüüsitulemuste statistiline töötlemine

Tulemuste statistilisel töötlemisel on kaks peamist eesmärki.

Esimene ülesanne on esitada definitsioonide tulemus kompaktsel kujul.

Teine ülesanne on hinnata saadud tulemuste usaldusväärsust, s.o. nende vastavuse määr proovis määratava komponendi tegelikule sisaldusele. See probleem lahendatakse analüüsi reprodutseeritavuse ja täpsuse arvutamisega allpool toodud valemite abil.

Nagu juba märgitud, iseloomustab reprodutseeritavus korduvate analüüsitulemuste hajumist ja selle määrab juhuslike vigade olemasolu. Analüüsi reprodutseeritavust hinnatakse standardhälbe, suhtelise standardhälbe ja dispersiooni väärtustega.

Andmete hajumise üldkarakteristiku määrab standardhälbe S väärtus.

Mõnikord määratakse analüüsi reprodutseeritavuse hindamisel suhteline standardhälve Sr.

Standardhälbe mõõtühik on sama, mis määratava suuruse keskmine ehk tegelik väärtus m.

Mida väiksemad on absoluutse (S) ja suhtelise (Sr) hälbe väärtused, seda parem on meetodi või analüüsitehnika reprodutseeritavus.

Analüüsiandmete dispersioon keskmise ümber arvutatakse dispersioonina S 2 .

(18)

Esitatud valemites: Xi on analüüsi käigus saadud eraldiseisev väärtus; - kõigi mõõtmiste tulemuste aritmeetiline keskmine; n - mõõtmiste arv; i = 1…n.

Analüüsi täpsust või täpsust iseloomustab keskmise väärtuse p, f usaldusvahemik. See on ala, mille sees süstemaatiliste vigade puudumisel paikneb mõõdetud väärtuse tegelik väärtus usaldustõenäosusega P.

, (19)

kus p, f - usaldusvahemik, st. usalduspiirid, mille piires võib olla määratud suuruse X väärtus.

Selles valemis on t p, f Studenti koefitsient; f on vabadusastmete arv; f = n-1; P - usaldustõenäosus (vt 1.7.7); t p, f - antud tabel.

Aritmeetilise keskmise standardhälve. (20)

Usaldusvahemik arvutatakse kas absoluutse veana samades ühikutes, milles analüüsitulemus on väljendatud, või suhtelise veana DХ o (%):

Seetõttu võib analüüsi tulemuse esitada järgmiselt:

. (23)

Analüüsitulemuste töötlemine on oluliselt lihtsustatud, kui analüüside (kontrollproovide või standardproovide) tegemisel on teada määratava komponendi tegelik sisaldus (m). Arvutatakse absoluutsed (DX) ja suhtelised (DX o, %) vead.

DX = X - m (24)

1.8.3. Tehtud analüüsi kahe keskmise tulemuse võrdlus

erinevaid meetodeid

Praktikas tuleb ette olukordi, kus objekti on vaja analüüsida erinevate meetoditega, erinevates laborites, erinevate analüütikute poolt. Nendel juhtudel saadakse keskmised tulemused, mis erinevad üksteisest. Mõlemad tulemused iseloomustavad soovitud koguse tegeliku väärtuse mõningast lähendamist. Selgitamaks, kas mõlemat tulemust saab usaldada, tehakse kindlaks, kas nende erinevus on statistiliselt oluline, s.t. "liiga suur. Soovitud koguse keskmisi väärtusi peetakse ühilduvateks, kui need kuuluvad samasse populatsiooni. Seda saab lahendada näiteks Fisheri kriteeriumi (F-kriteerium) abil.

kus on erinevate analüüsiseeriate jaoks arvutatud dispersioonid.

F ex on alati suurem kui üks, sest see on võrdne suurema ja väiksema dispersiooni suhtega. F ex arvutatud väärtust võrreldakse F tabeli tabeliväärtusega. (usaldustõenäosus P ja vabadusastmete arv f eksperimentaalsete ja tabeliväärtuste jaoks peaksid olema samad).

F ex ja F tabelite võrdlemisel on valikud võimalikud.

A) F ex >F sakk. Lahknevus dispersioonide vahel on märkimisväärne ja vaadeldavad valimid erinevad reprodutseeritavuse poolest.

B) Kui F ex on oluliselt väiksem kui F tabel, siis on reprodutseeritavuse erinevus juhuslik ja mõlemad dispersioonid on mõlema valimi sama üldpopulatsiooni dispersiooni ligikaudsed hinnangud.

Kui dispersioonide lahknevus on väike, saab määrata, kas erinevate meetoditega saadud analüüsi keskmistes tulemustes on statistiliselt oluline erinevus. Selleks kasutage Studenti koefitsienti t p, f. Arvutage kaalutud keskmine standardhälve ja t ex.

; (27)

kus on võrreldud proovide keskmised tulemused;

n 1, n 2 - mõõtmiste arv esimeses ja teises proovis.

Võrrelge t ex tabeliga t vabadusastmete arvul f = n 1 + n 2 -2.

Kui t ex > t tabel, siis on lahknevus oluline, valimid ei kuulu samasse üldkogumisse ja iga proovi tegelikud väärtused on erinevad. Kui t ex< t табл, можно все данные рассматривать как единую выборочную совокупность для (n 1 +n 2) результатов.

KONTROLLKÜSIMUSED

1. Mida analüütiline keemia uurib?

2. Mis on analüüsimeetod?

3. Milliseid analüüsimeetodite rühmi analüütiline keemia käsitleb?

4. Milliseid meetodeid saab kasutada kvalitatiivse analüüsi läbiviimiseks?

5. Mis on analüütilised omadused? Mis need võiksid olla?

6. Mis on reaktiiv?

7. Milliseid reaktiive on vaja süstemaatilise analüüsi tegemiseks?

8. Mis on murdosaanalüüs? Milliseid reaktiive on selle teostamiseks vaja?

9. Mida tähendavad tähed “kh.ch.”, “ch.d.a.”? keemilise reaktiivi etiketil?

10.Mis on kvantitatiivse analüüsi ülesanne?

11.Mis on tööaine?

12. Millistel viisidel saate valmistada tööaine lahust?

13.Mis on standardaine?

14. Mida tähendavad mõisted I standardlahus ja II standardlahus?

15.Milline on tööaine tiiter ja tiiter?

16.Kuidas tähistatakse lühidalt ekvivalentide molaarset kontsentratsiooni?