Modern analitikai kémia. Reakciók oldatokban
A környezetmérnöki képzésben jelentős szerepet játszik a fizikai és kolloidkémia tanfolyam, beleértve a fizikai és kémiai elemzési módszereket, valamint az elválasztási és tisztítási módszereket. A fizikai kémia fő ágai - kémiai kinetikaés kémiai termodinamika - elméleti alapjául szolgálnak a kémia más ágai, valamint a kémiai technológia és az anyagok elválasztásának és tisztításának módszerei. Az anyagok fizikai-kémiai tulajdonságainak mérése számos modern műszeres (fizikokémiai) elemzési és állapotellenőrzési módszer alapját képezi. környezet. Mivel a többség természeti tárgyak kolloid rendszerek, szükséges a kolloidkémia alapjainak tanulmányozása.
A káros anyagokat tartalmazó termékek környezetszennyezésének veszélyei a termékek gondos tisztításával jelentősen csökkenthetők. A kémiai tisztítási módszerek közé tartozik a káros összetevőket semlegesítő reagensekkel történő kezelés. Ismerni kell a reakciók sebességét és teljességét, a külső körülményektől való függést, és tudni kell kiszámítani a szükséges tisztítási fokot biztosító reagensek koncentrációját. A fizikai-kémiai tisztítási módszereket is széles körben alkalmazzák, beleértve a rektifikációt, extrakciót, szorpciót, ioncsere, kromatográfia.
A környezetvédelmi szakos hallgatók (№№) fizikai és kolloidkémia kurzusának elsajátítása magában foglalja az elméleti (előadás) kurzus elsajátítását, szemináriumokat analitikai kémia, beleértve a fizikai-kémiai elemzési módszereket, az elválasztási és tisztítási módszereket, a kromatográfiát és a kolloidkémiai metszeteket, a laboratóriumi munkákat és a gyakorlati feladatokat, valamint az önálló munkát, amely három házi feladatot tartalmaz. A laboratóriumi és gyakorlati munka során a hallgatók elsajátítják a fizikai és kémiai kísérletek végzésében, a grafikonok ábrázolásában, a mérési eredmények matematikai feldolgozásában és a hibaelemzésben. A laboratóriumi, gyakorlati és házi feladatok elvégzése során a hallgatók elsajátítják a referencia irodalommal való munkavégzés készségeit.
Szemináriumok analitikai és kolloidkémiáról
Szeminárium 1. Analitikai kémia tantárgy. Az elemzési módszerek osztályozása. Metrológia. A kvantitatív elemzés klasszikus módszerei.
A környezetmérnöki területen dolgozó szakembereknek meglehetősen teljes körű információra van szükségük a nyersanyagok, a termelési termékek, a termelési hulladékok és a környezet - levegő, víz és talaj - kémiai összetételéről; azonosítására különös figyelmet kell fordítani káros anyagokatés mennyiségük meghatározása. Ez a probléma megoldódott analitikai kémia - az anyagok kémiai összetételének meghatározásának tudománya. A kémiai elemzés a környezetszennyezés elleni védekezés fő és szükséges eszköze.
A kémia ezen szakaszának rendkívül rövid tanulmányozása nem képes analitikus kémikusra, annak célja, hogy megismerkedjen egy minimális tudásanyaggal, amely elegendő a kémikusok számára meghatározott feladatok meghatározásához, összpontosítva bizonyos analitikai módszerek képességeire, és megértse az elemzés jelentését; a kapott elemzési eredményeket.
Az elemzési módszerek osztályozása
Vannak minőségi és mennyiségi elemzés. Az első meghatározza bizonyos összetevők jelenlétét, a második - mennyiségi tartalmát. Egy anyag összetételének vizsgálatakor a kvalitatív elemzés mindig megelőzi a kvantitatív elemzést, mivel a kvantitatív elemzési módszer kiválasztása a vizsgált tárgy minőségi összetételétől függ. Az elemzési módszerek kémiai és fizikai-kémiai módszerekre oszthatók. A kémiai elemzési módszerek az analitnak bizonyos tulajdonságokkal rendelkező új vegyületekké történő átalakulásán alapulnak. Egy anyag összetételét az elemek jellegzetes vegyületeinek képződése határozza meg.
Kvalitatív elemzés szervetlen vegyületek ionos reakciókon alapul, és lehetővé teszi az elemek kationok és anionok formájában történő kimutatását. Például a Cu 2+ ionok egy fényes komplex ion 2+ képződésével azonosíthatók kék. A szerves vegyületek elemzésekor általában meghatározzák a C, H, N, S, P, Cl és egyéb elemeket. A szén és a hidrogén meghatározása a minta elégetése után történik, rögzítve a felszabaduló szén-dioxidot és vizet. Számos technika létezik más elemek észlelésére.
A kvalitatív elemzés töredékes és szisztematikus elemzésre oszlik.
A frakcionált analízis specifikus és szelektív reakciók alkalmazásán alapul, amelyek segítségével a kívánt ionok tetszőleges sorrendben kimutathatók a tesztoldat egyes részeiben. A frakcionált analízis lehetővé teszi a hozzávetőlegesen ismert összetételű keverékben található korlátozott számú (1-5) ion gyors meghatározását.
A szisztematikus analízis az egyes ionok kimutatásának specifikus sorozata, miután az összes többi zavaró iont megtalálták és eltávolították az oldatból.
Külön ioncsoportokat izolálnak az ionok tulajdonságaiban mutatkozó hasonlóságok és különbségek alapján, úgynevezett csoportreagensekkel - olyan anyagokkal, amelyek azonos reakcióba lépnek egész csoport ionok. Az ionok csoportjait alcsoportokra osztják, azokat pedig egyedi ionokra, amelyeket az ún. ezekre az ionokra jellemző analitikai reakciók. Az ilyen reakciókat szükségszerűen analitikai jel kíséri, azaz külső hatás - csapadék képződése, gáz felszabadulása, az oldat színének megváltozása.
Az analitikai reakciónak specifitása, szelektivitása és érzékenysége van.
A specifitás lehetővé teszi egy adott ion kimutatását bizonyos körülmények között más ionok jelenlétében egy vagy másik jellemző tulajdonság (szín, szag stb.) alapján. Viszonylag kevés ilyen reakció van (például az NH 4 + ion kimutatásának reakciója egy lúg hatására egy anyagon hevítés közben). A reakció specifitását mennyiségileg a határarány értéke határozza meg, egyenlő az aránnyal a detektált ion és a zavaró ionok koncentrációja. Például, csepegtető reakció A Ni 2+ ionon a dimetil-glioxim hatására Co 2+ ionok jelenlétében lehetséges 1:5000 Ni 2+ és Co 2+ határérték mellett.
Egy reakció szelektivitását (vagy szelektivitását) az határozza meg, hogy hasonló külső hatás csak azzal lehetséges korlátozott számban ionok, amelyekkel a reakció pozitív hatást fejt ki. A szelektivitás (szelektivitás) mértéke annál nagyobb, minél kisebb az ionok száma, amellyel a reakció pozitív hatást fejt ki.
A reakció érzékenységét számos, egymással összefüggő mennyiség jellemzi: a kimutatási határ és a hígítási határ. Például a kénsav hatására a Ca 2+ ionra adott mikrokristályos reakcióban a kimutatási határ 0,04 μg Ca 2+ egy csepp oldatban. A maximális hígítást (V pre, ml) a következő képlet alapján számítjuk ki: V pre = V · 10 2 / C min, ahol V az oldat térfogata (ml). A határhígítás az 1 g meghatározandó iont tartalmazó oldat térfogatát (ml-ben) mutatja. Például a K + ion és a nátrium-hexanitrozo-kobaltát - Na 3 reakciója során sárga kristályos K 2 Na csapadék képződik. Ennek a reakciónak az érzékenységét az 1:50000 hígítási határ jellemzi. Ez azt jelenti, hogy ezzel a reakcióval 50 000 ml vízben legalább 1 g káliumot tartalmazó oldatban káliumion nyitható.
Kémiai módszerek kvalitatív elemzés gyakorlati jelentősége csak kis számú elem esetében van. Többelemes, molekuláris és funkcionális (a természet meghatározása funkcionális csoportok) fizikai-kémiai módszerekkel végzett elemzés.
A komponensek fő (1-100 tömeg%), kisebb (0,01-1 tömeg%) és szennyeződések vagy nyomelemek (kevesebb, mint 0,01 tömeg%) vannak felosztva.
A vizsgált minta tömegétől és térfogatától függően makroanalízist különböztetünk meg (0,5-1 g vagy 20-50 ml),
félmikroanalízis (0,1-0,01 g vagy 1,0-0,1 ml),
mikroanalízis (10 -3 - 10 -6 g vagy 10 -1 - 10 -4 ml),
ultramikroanalízis (10-6-10-9 g vagy 10-4-10-6 ml),
szubmikroanalízis (10 -9 - 10 -12 g vagy 10 -7 - 10 -10 ml).
A vizsgált komponensek lehetnek atomok és ionok, elemek izotópjai, molekulák, funkciós csoportok és gyökök, fázisok.
Osztályozás a meghatározandó részecskék természete szerint:
1. izotóp (fizikai)
2. elemi vagy atomi
3. molekuláris
4. szerkezeti csoport (köztes az atomi és molekuláris között) - az egyes funkciós csoportok meghatározása szerves vegyületek molekuláiban.
5. fázis - heterogén objektumok, például ásványok zárványainak elemzése.
Az osztályozási elemzés egyéb típusai:
Bruttó és helyi.
Pusztító és nem roncsoló.
Kapcsolattartó és távirányító.
Diszkrét és folyamatos.
Az analitikai eljárás fontos jellemzői a módszer gyorsasága (az elemzés gyorsasága), az elemzés költsége és automatizálásának lehetősége.
A kvantitatív elemzést a szekvencia fejezi ki kísérleti módszerek, amelyek meghatározzák az egyes komponensek és szennyeződések tartalmát (koncentrációját) a vizsgált anyag egy mintájában. Feladata annak meghatározása mennyiségi arány kémiai vegyületek, ionok, elemek, amelyek a vizsgált anyagok mintáit alkotják.
Feladatok
A kvalitatív és kvantitatív elemzés az analitikai kémia ágai. Különösen az utóbbi dönt különféle kérdéseket modern tudományés a termelés. Ez a technika határozza meg optimális feltételeket vegyi és technológiai folyamatok végrehajtása, az alapanyagok minőségének ellenőrzése, a késztermékek tisztasági foka, beleértve gyógyszerek, megállapítja a keverékek összetevő-tartalmát, az anyagok tulajdonságai közötti összefüggést.
Osztályozás
A kvantitatív elemzési módszerek a következőkre oszthatók:
- fizikai;
- vegyi (klasszikus);
- fizikai-kémiai.
Kémiai módszer
Pályázat alapján különféle típusok oldatokban, gázokban, testekben stb. kvantitatívan lejátszódó reakciók. A kvantitatív kémiai elemzés a következőkre oszlik:
- Gravimetriás (súly). Ez a vizsgált anyagban lévő elemzett komponens tömegének pontos (szigorú) meghatározásából áll.
- Titrimetrikus (térfogat). A vizsgálati minta mennyiségi összetételét egy ismert koncentrációjú reagens (titráló) térfogatának szigorú mérésével határozzák meg, amely egyenértékű mennyiségben reagál a vizsgálandó anyaggal.
- Gázelemzés. A keletkező vagy elnyelt gáz térfogatának mérése alapján kémiai reakció.
Az anyagok kémiai kvantitatív elemzése klasszikusnak számít. Ez a legfejlettebb elemzési módszer, amely folyamatosan fejlődik. Pontos, könnyen kivitelezhető, és nem igényel speciális felszerelést. Használata azonban néha bizonyos nehézségekkel jár a komplex keverékek tanulmányozása során, és viszonylag kis érzékenységi szinttel jár.
Fizikai módszer
Ez egy mennyiségi mérésen alapuló kvantitatív elemzés fizikai paraméterek vizsgálati anyagok vagy oldatok, amelyek ezek függvényei mennyiségi összetétel. Felosztva:
- Refraktometria (törésmutató értékek mérése).
- Polarimetria (optikai forgásértékek mérése).
- Fluorimetria (fluoreszcencia intenzitás meghatározása) és mások
A fizikai módszereket a gyorsaság, a meghatározhatóság alacsony határa, az eredmények objektivitása és a folyamat automatizálásának képessége jellemzi. De nem mindig specifikusak, mivel a fizikai értéket nemcsak a vizsgált anyag koncentrációja befolyásolja, hanem más anyagok és szennyeződések jelenléte is. Alkalmazásuk gyakran összetett berendezések használatát igényli.
Fiziko-kémiai módszerek
A kvantitatív elemzés célja a vizsgált rendszer fizikai paramétereinek azon értékeinek mérése, amelyek kémiai reakciók eredményeként jelennek meg vagy változnak. Ezeket a módszereket alacsony észlelési határ és végrehajtási sebesség jellemzi, és bizonyos műszerek használatát igénylik.
Gravimetriás módszer
Ez a legrégebbi és legfejlettebb kvantitatív elemzési technológia. Valójában az analitikai kémia a gravimetriával kezdődött. A műveletek sorozata lehetővé teszi a meghatározandó alkatrész tömegének pontos mérését, elkülönítve a vizsgált rendszer többi alkatrészétől. állandó forma kémiai elem.
A gravimetria egy gyógyszerkönyvi módszer, amelyet az eredmények nagy pontossága és reprodukálhatósága, egyszerű kivitelezés jellemez, de munkaigényes. Tartalmazza a következő technikákat:
- lerakódás;
- lepárlás;
- kisülés;
- elektrogravimetria;
- termogravimetriás módszerek.
Lerakási módszer
A kvantitatív precipitációs analízis az analitnak egy kicsapó reagenssel való kémiai reakcióján alapul, és így enyhén oldódó vegyület keletkezik, amelyet elválasztanak, majd mosnak és kalcinálnak (szárítanak). A célegyenesben az izolált alkatrészt lemérjük.
Például a Ba 2+ -ionok gravimetriás meghatározása sóoldatokban, kénsav. A reakció eredményeként fehér kristályos BaSO 4 csapadék (kicsapódott forma) képződik. Ennek az üledéknek a sütése után egy úgynevezett gravimetrikus forma képződik, amely teljesen egybeesik a kicsapódott formával.
A Ca 2+ -ionok meghatározásakor a kicsapó anyag lehet oxálsav. Az üledék analitikai feldolgozása után a kicsapódott forma (CaC 2 O 4) gravimetriás formává (CaO) alakul. Így a kicsapott forma lehet azonos vagy eltérő a kémiai képletben szereplő gravimetrikus formától.
Mérleg
Az analitikai kémia rendkívül pontos méréseket igényel. A gravimetriás elemzési módszerben különösen precíz skálákat használnak fő műszerként.
- A szükséges ±0,01 g pontosságú méréseket gyógyszerészeti (kézi) vagy technológiai kémiai mérlegeken végezzük.
- A szükséges ±0,0001 g pontosságú méréseket analitikai mérlegen kell elvégezni.
- ±0,00001 g pontossággal - mikroterézeken.
Mérési technika
Kvantitatív elemzés során meg kell határozni az anyag tömegét műszaki-kémiai vagy műszaki mérlegen. alábbiak szerint: a vizsgált tárgy a mérleg bal oldali serpenyőjére, a kiegyenlítő súlyok pedig a jobb oldalra kerülnek. A mérlegelési folyamat akkor fejeződik be, ha a mérleg nyíl középső pozícióban van.
Gyógyszertári mérlegen történő mérés során központi gyűrű tartsa a bal kezével, könyökét a laboratóriumi asztalra támasztva. A mérleg csillapítása a mérés során felgyorsítható, ha a mérleg serpenyőjének alját enyhén hozzáérinti az asztal felületéhez.
Az analitikai mérlegek külön erre a célra kialakított laboratóriumi helyiségekben (mérleghelyiségek) vannak felszerelve speciális monolit polcokra és állványokra. A légingadozás, a por és a nedvesség hatásának megelőzése érdekében a mérlegeket speciális üvegtokokkal védjük. Az analitikai mérlegekkel végzett munka során be kell tartania a következő követelményeket és szabályokat:
- minden mérés előtt ellenőrizze a mérleg állapotát és állítsa be a nullapontot;
- a kimért anyagokat edénybe (kancsó, óraüveg, tégely, kémcső) helyezzük;
- a mérendő anyagok hőmérsékletét 20 percen belül a mérőhelyiségben lévő mérleg hőmérsékletére hozzák;
- A mérleget nem szabad a megadott terhelési határokon túl terhelni.
A gravimetria szakaszai ülepítési módszerrel
A gravimetrikus kvalitatív és kvantitatív elemzés a következő lépéseket tartalmazza:
- a vizsgált minta tömegének és a kicsapószer térfogatának kiszámítása;
- a minta lemérése és feloldása;
- kicsapás (a meghatározandó komponens kicsapott formájának elérése);
- üledék eltávolítása az anyalúgból;
- az üledék mosása;
- az üledék szárítása vagy kalcinálása tömegállandóságig;
- súlymérő gravimetrikus forma;
- elemzési eredmények kiszámítása.
A kicsapószer kiválasztása
A mennyiségi elemzés alapját képező precipitálószer kiválasztásakor figyelembe veszik az elemzett komponens lehetséges mennyiségét a mintában. Az üledékeltávolítás teljességének növelésére mérsékelt feleslegben alkalmazzuk a kicsapószert. A használt kicsapószernek rendelkeznie kell:
- specificitás, szelektivitás a meghatározandó ionhoz képest;
- illékonyság, könnyen eltávolítható a gravimetrikus forma szárításakor vagy kalcinálásakor.
A szervetlen kicsapószerek közül a legelterjedtebb megoldások: HCL; H2S04; H3PO4; NaOH; AgNO3; BaCL 2 és mások. A szerves kicsapószerek közül előnyben részesítjük a diacetil-dioxim, 8-hidroxi-kinolin, oxalátsav és más olyan oldatokat, amelyek fémionokkal komplexen belül stabil vegyületeket képeznek, amelyek a következő előnyökkel rendelkeznek:
- A fémekkel alkotott összetett vegyületek általában elhanyagolható mértékben oldódnak vízben, biztosítva a fémionok teljes kicsapódását.
- Az intrakomplex üledékek (molekuláris kristályrács) adszorpciós képessége kisebb, mint az ionos szerkezetű szervetlen üledékek adszorpciós képessége, ami lehetővé teszi a tiszta üledék előállítását.
- Fémionok szelektív vagy specifikus kicsapásának lehetősége más kationok jelenlétében.
- A gravimetriás formák viszonylag nagy molekulatömege miatt a meghatározás relatív hibája csökken (szemben a kis móltömegű szervetlen kicsapószerek használatával).
Lerakódási folyamat
Ez a kvantitatív elemzés jellemzésének legfontosabb szakasza. A kicsapott forma előállítása során minimalizálni kell a költségeket a csapadék anyaoldatban való oldhatósága miatt, csökkenteni kell az adszorpciós, elzáródási és koprecipitációs folyamatokat. Megfelelően nagy üledékrészecskéket kell előállítani, amelyek nem jutnak át a szűrési pórusokon.
Az ostromlott formával szemben támasztott követelmények:
- A meghatározott komponensnek mennyiségileg ki kell csapódnia, és meg kell felelnie a Ks≥10 -8 értéknek.
- Az üledék nem tartalmazhat idegen szennyeződéseket, és a külső környezethez képest stabilnak kell lennie.
- A kicsapódott formát a vizsgált anyag szárítása vagy kalcinálása után a lehető legteljesebben gravimetrikus formává kell alakítani.
- Az üledék fizikai állapotának meg kell felelnie a szűrés és a mosás körülményeinek.
- Előnyben részesítjük a nagy részecskéket tartalmazó, kisebb abszorpciós kapacitású kristályos üledéket. Könnyebben szűrhetők anélkül, hogy eltömítenék a szűrő pórusait.
Kristályos csapadék kinyerése
Az optimális kristályos csapadék előállításának feltételei:
- A kicsapást a vizsgált anyag hígított oldatában végezzük a kicsapószer híg oldatával.
- A kicsapó oldatot lassan, cseppenként, enyhe keverés mellett adjuk hozzá.
- A kicsapást a vizsgált anyag forró oldószerrel készült forró oldatában végezzük.
- Néha a kicsapást vegyületek jelenlétében (pl. kis mennyiségben savak), amelyek kismértékben növelik a csapadék oldhatóságát, de nem képeznek vele oldható komplex vegyületeket.
- A csapadékot egy ideig az eredeti oldatban hagyjuk, ezalatt a „csapadék érlelődik”.
- Azokban az esetekben, amikor a kicsapódott forma a formában képződik amorf üledék, próbálják vastagabbá tenni a szűrés egyszerűsítése érdekében.
Amorf csapadék kinyerése
Az optimális amorf üledék előállításának feltételei:
- A vizsgált anyag forró tömény oldatához töményített oldatot adunk forró megoldás kicsapószer, amely elősegíti a részecskék koagulációját. Az üledék vastagabbá válik.
- Gyorsan hozzáadjuk a csapadékot.
- Szükség esetén koagulánst - elektrolitot - vezetünk be a vizsgálati oldatba.
Szűrés
A kvantitatív elemzési módszerek a következők: fontos szakasz, mint a szűrés. Az üledékek szűrése és mosása üvegszűrőkkel vagy hamut nem tartalmazó papírszűrőkkel történik. A papírszűrők sűrűsége és pórusmérete változó. A sűrű szűrőket kék szalaggal, a kevésbé sűrűeket fekete és vörös szalaggal jelöljük. A hamut nem tartalmazó papírszűrők átmérője 6-11 cm Szűrés előtt a csapadék felett található tiszta oldatot lecsepegtetjük.
Elektrogravimetria
A kvantitatív elemzés elektrogravimetriával végezhető. A vizsgált gyógyszert eltávolítják (leggyakrabban az oldatokból) az elektrolízis során az egyik elektródán. A reakció befejeződése után az elektródát mossuk, szárítjuk és lemérjük. Az elektróda tömegének növelésével meghatározzuk az elektródán képződött anyag tömegét. Így elemezzük az arany és a réz ötvözetét. Az arany elválasztása után az elektródán felhalmozódott rézionok meghatározásra kerülnek az oldatban.
Termogravimetriás módszer
Ezt úgy hajtják végre, hogy megmérik az anyag tömegét folyamatos melegítés közben egy bizonyos hőmérsékleti tartományban. A változásokat egy speciális eszköz – egy derivatográf – rögzíti. Fel van szerelve folyamatos mérésű hőmérőkkel, elektromos kemencével a vizsgálati minta melegítésére, hőelemmel a hőmérséklet mérésére, szabványos és folyamatos rögzítővel. A minta tömegének változását automatikusan rögzítik termogravigram (derivatogram) formájában - a koordinátákban ábrázolt tömegváltozási görbe:
- idő (vagy hőmérséklet);
- fogyás.
Következtetés
A kvantitatív elemzés eredményeinek pontosnak, helyesnek és reprodukálhatónak kell lenniük. Erre a célra megfelelő analitikai reakciókat, ill fizikai tulajdonságok minden analitikai műveletet helyesen hajt végre, és megbízható módszereket használ az analitikai eredmények mérésére. Bármelyik végrehajtása közben számszerűsítése Fel kell mérni az eredmények megbízhatóságát.
4.2. KROMATOGRÁFIAI MÓDSZEREK
4.3. KÉMIAI MÓDSZEREK
4.4. ELEKTROKÉMIAI MÓDSZEREK
4.5. SPEKTROSZKÓPOS MÓDSZEREK
4.6. TÖMEGSPEKTROMETRIUS MÓDSZEREK
4.7. RADIOAKTIVITÁS ALAPJÁN ALAPULÓ ELEMZÉSI MÓDSZEREK
4.8. TERMÁLIS MÓDSZEREK
4.9. BIOLÓGIAI ANALÍZIS MÓDSZEREK
5. KÖVETKEZTETÉS
6. A HASZNÁLT HIVATKOZÁSOK JEGYZÉKE
BEVEZETÉS
A kémiai elemzés számos iparágban a termelés és a termékminőség ellenőrzésének eszközeként szolgál nemzetgazdaság. évi elemzés eredményei alapján változó mértékbenásványkutatás alapja. Az elemzés a környezetszennyezés monitorozásának fő eszköze. Kideríteni kémiai összetétel a talaj, a műtrágyák, a takarmányok és a mezőgazdasági termékek fontosak az agráripari komplexum normális működéséhez. A kémiai elemzés nélkülözhetetlen az orvosi diagnosztikában és a biotechnológiában. Számos tudomány fejlődése függ a kémiai elemzés színvonalától és a laboratórium módszerekkel, műszerekkel és reagensekkel felszerelt felszereltségétől.
A kémiai elemzés tudományos alapja az analitikus kémia, egy olyan tudomány, amely évszázadok óta a kémia része, néha pedig fő része.
Az analitikai kémia az anyagok és részben azok kémiai összetételének meghatározásával foglalkozó tudomány kémiai szerkezete. Az analitikai kémiai módszerek lehetővé teszik olyan kérdések megválaszolását, hogy egy anyag miből áll, és milyen összetevőket tartalmaz az összetétele. Ezek a módszerek gyakran lehetővé teszik annak kiderítését, hogy egy adott komponens milyen formában van jelen egy anyagban, például egy elem oxidációs állapotának meghatározásához. Néha meg lehet becsülni térbeli elrendezés alkatrészek.
A módszerek kidolgozásakor gyakran kell ötleteket kölcsönöznie a kapcsolódó tudományterületekről, és azokat a céljaihoz igazítania. Az analitikus kémia feladatai közé tartozik a módszerek elméleti alapjainak kialakítása, alkalmazhatóságuk határainak megállapítása, a metrológiai és egyéb jellemzők felmérése, valamint a különböző objektumok elemzésére szolgáló módszerek megalkotása.
Az elemzés módszerei és eszközei folyamatosan változnak: új megközelítések jelennek meg, új elvek és jelenségek kerülnek alkalmazásra, gyakran távoli ismeretterületekről.
Az elemzési módszer egy meglehetősen univerzális és elméletileg indokolt módszer az összetétel meghatározására, függetlenül a meghatározandó komponenstől és az elemzett objektumtól. Amikor elemzési módszerről beszélnek, akkor a mögöttes elvet értik, az összetétel és bármely mért tulajdonság közötti kapcsolat mennyiségi kifejeződését; kiválasztott megvalósítási technikák, beleértve az interferencia azonosítását és kiküszöbölését; készülékek gyakorlati megvalósításés a mérési eredmények feldolgozásának módszerei. Az elemzési technika az részletes leírás adott objektum elemzése a kiválasztott módszerrel.
Az analitikus kémiának, mint tudásterületnek három funkciója különböztethető meg:
1. megoldás általános kérdéseket elemzés,
2. analitikai módszerek fejlesztése,
3. megoldás konkrét feladatokat elemzés.
Ki is emelheti minőségiÉs mennyiségi tesztek. Az első azt a kérdést oldja meg, hogy az elemzett objektum mely komponenseket tartalmazza, a második az összes vagy egyes komponensek mennyiségi tartalmáról ad információt.
2. A MÓDSZEREK OSZTÁLYOZÁSA
Minden meglévő módszereket Az analitikai kémia mintavételi, mintaemésztési, komponensek szétválasztási, detektálási (azonosítási) és meghatározási módszerekre osztható. Vannak hibrid módszerek, az osztás és a meghatározás ötvözésével. Az észlelési és meghatározási módszereknek sok közös vonása van.
A meghatározási módszerek a legfontosabbak. Osztályozhatók a mért tulajdonság jellege vagy a megfelelő jel rögzítésének módja szerint. A meghatározási módszerek a kémiai , fizikaiÉs biológiai. A kémiai módszerek kémiai (beleértve az elektrokémiai) reakciókon alapulnak. Ez magában foglalja a fizikai-kémiai módszereket is. Fizikai módszerek alapján fizikai jelenségekés folyamatok, biológiai - az élet jelenségéről.
Az analitikai kémiai módszerekkel szemben támasztott főbb követelmények a következők: az eredmények pontossága és jó reprodukálhatósága, a szükséges komponensek alacsony kimutatási határa, szelektivitás, gyorsaság, az analízis egyszerűsége, automatizálásának lehetősége.
Az elemzési módszer kiválasztásakor egyértelműen ismernie kell az elemzés célját, a megoldandó feladatokat, valamint értékelnie kell az előnyöket és hátrányokat elérhető módszerek elemzés.
3. ELEMZŐ JEL
A mintavétel és a minta előkészítése után kezdődik a kémiai analízis szakasza, amelynél a komponens kimutatása vagy mennyiségének meghatározása történik. Ebből a célból mérik elemző jel. A legtöbb módszernél az analitikai jel a mérések átlaga fizikai mennyiség az elemzés végső szakaszában, funkcionálisan kapcsolódik a meghatározandó komponens tartalmához.
Ha valamilyen alkatrész észlelésére van szükség, azt általában rögzítik megjelenés analitikai jel - csapadék, szín, vonal megjelenése a spektrumban stb. Az analitikai jel megjelenését megbízhatóan rögzíteni kell. Egy komponens mennyiségének meghatározásakor megmérjük nagyságrendű analitikai jel - üledéktömeg, áramerősség, spektrumvonal intenzitása stb.
4. ANALITIKAI KÉMIA MÓDSZEREI
4.1. MASZKOLÁS, ELVÁLASZTÁS ÉS TÖRÍTÉS MÓDSZEREI
Maszkolás.
A maszkolás egy kémiai reakció gátlása vagy teljes elnyomása olyan anyagok jelenlétében, amelyek megváltoztathatják annak irányát vagy sebességét. Ebben az esetben nem képződik új fázis. Kétféle maszkolás létezik: termodinamikai (egyensúlyi) és kinetikus (nem egyensúlyi). A termodinamikai maszkolásnál olyan körülmények jönnek létre, amelyek mellett a feltételes reakcióállandó olyan mértékben csökken, hogy a reakció elenyésző mértékben megy végbe. A maszkolt komponens koncentrációja nem lesz elegendő az analitikai jel megbízható rögzítéséhez. A kinetikus maszkolás a maszkolt és a vizsgálandó anyagok azonos reagenssel való reakciósebessége közötti különbség növelésén alapul.
Elkülönülés és koncentráció.
Az elválasztás és a koncentrálás szükségessége oka lehet a következő tényezők: a minta a meghatározást zavaró komponenseket tartalmaz; a meghatározandó komponens koncentrációja a módszer kimutatási határa alatt van; a meghatározandó komponensek egyenetlenül oszlanak el a mintában; nincsenek szabványos minták a műszerek kalibrálásához; a minta erősen mérgező, radioaktív és drága.
Elválasztás olyan művelet (folyamat), amelynek eredményeként a kiindulási keveréket alkotó komponensek elválik egymástól.
Koncentráció olyan művelet (folyamat), amely a mikrokomponensek koncentrációjának vagy mennyiségének a makrokomponensek koncentrációjához vagy mennyiségéhez viszonyított arányának növekedését eredményezi.
Csapadék és társcsapadék.
Az ülepítést jellemzően az elválasztásra használják szervetlen anyagok. A mikrokomponensek szerves reagensekkel történő kicsapása, és különösen ezek együttes kicsapása magas koncentrációs együtthatót biztosít. Ezeket a módszereket olyan meghatározási módszerekkel kombinálva alkalmazzák, amelyek célja analitikai jel kinyerése szilárd mintákból.
A kicsapással történő szétválasztás a vegyületek eltérő oldhatóságán alapul, főleg vizes oldatokban.
A koprecipitáció egy mikrokomponens eloszlása az oldat és az üledék között.
Kitermelés.
Az extrakció egy fizikai-kémiai folyamat, amelynek során egy anyagot két fázis, leggyakrabban két egymással nem elegyedő folyadék között osztanak el. Ez is egy kémiai reakciókkal járó tömegátadási folyamat.
Az extrakciós módszerek alkalmasak töményítésre, mikro- vagy makrokomponensek extrakciójára, komponensek egyedi és csoportos elkülönítésére különféle ipari és természeti objektumok elemzésénél. A módszer egyszerű és gyorsan megvalósítható, biztosítja magas hatásfok elválasztás és koncentrálás, és kompatibilis különböző módszerek meghatározások. Az extrakció lehetővé teszi az oldatban lévő anyagok állapotának tanulmányozását különböző feltételek, meghatározza a fizikai és kémiai jellemzőket.
Szorpció.
A szorpció jól használható anyagok elválasztására és koncentrálására. A szorpciós módszerek általában jó elválasztási szelektivitást biztosítanak, magas értékek koncentrációs együtthatók.
Szorpció– gázok, gőzök és oldott anyagok szilárd vagy folyékony abszorberek általi abszorpciója szilárd hordozón (szorbensek).
Elektrolitikus elválasztásés cementálás.
Az elektrolízis legelterjedtebb módja, melyben az elválasztott ill koncentrált anyag szilárd elektródákon elemi állapotban vagy valamilyen vegyület formájában izolálva. Elektrolitikus elválasztás (elektrolízis) anyag lerakódása alapján áramütés szabályozott potenciálon. A leggyakoribb lehetőség a fémek katódos leválasztása. Az elektróda anyaga lehet szén, platina, ezüst, réz, volfrám stb.
Elektroforézis részecskesebesség-különbségek alapján különböző töltés, alakja és mérete elektromos térben. A mozgás sebessége a részecskék töltésétől, térerősségétől és sugarától függ. Két lehetőség van az elektroforézisre: frontális (egyszerű) és zóna (hordozón). Az első esetben az elválasztandó komponenseket tartalmazó kis térfogatú oldatot elektrolitoldattal ellátott csőbe helyezzük. A második esetben a mozgás stabilizáló környezetben történik, amely a részecskéket a helyén tartja az elektromos tér kikapcsolása után.
Módszer cementálás a kellően negatív potenciállal rendelkező fémeken lévő komponensek (általában kis mennyiségben) redukciója vagy elektronegatív fémek almagámjai. A cementálás során egyidejűleg két folyamat megy végbe: katódos (egy komponens felszabadulása) és anódos (a cementáló fém feloldódása).
MOSZKVA AUTÓ- ÉS KÖZÚTI INTÉZET (ÁLLAMI MŰSZAKI EGYETEM)
Kémiai Tanszék
Jóváhagyom a fejet. professzor a tanszéken
I. M. Papisov "___" ____________ 2007
A.A. LITMANOVICH, O.E. LITMANOVICS
ANALITIKAI KÉMIA 1. rész. Kvalitatív kémiai elemzés
Módszertani kézikönyv
„Mérnöki Környezetvédelem” szak másodéves hallgatói számára
MOSZKVA 2007
Litmanovich A.A., Litmanovich O.E. Analitikai kémia: 1. rész: Kvalitatív kémiai elemzés: Módszertani kézikönyv / MADI
(GTU) - M., 2007. 32 p.
A fő kémiai törvények szervetlen vegyületek kvalitatív elemzése és alkalmazhatósága környezeti objektumok összetételének meghatározására. A kézikönyv a „Műszaki környezetvédelem” szakos hallgatók számára készült.
© Moszkvai Autó- és Autópálya Intézet (állam műszaki egyetem), 2008
FEJEZET 1. AZ ELEMZŐ KÉMIA TÁRGYA ÉS FELADATAI. ELEMZŐ REAKCIÓK
1.1. Az analitikus kémia tárgya és feladatai
Analitikai kémia– az anyagok összetételének vizsgálatára szolgáló módszerek tudománya. Ezekkel a módszerekkel meghatározzák, hogy melyik kémiai elemek, milyen formában és mennyiségben tartalmazzák őket a vizsgált tárgy. Az analitikai kémiában két nagy rész van - a kvalitatív és a kvantitatív elemzés. Az analitikai kémia kémiai és műszeres (fizikai, fizikokémiai) módszerekkel oldja meg a hozzárendelt feladatokat.
IN kémiai módszerek elemzés a meghatározandó elem olyan vegyületté alakul, amelynek olyan tulajdonságai vannak, amelyek segítségével megállapítható az elem jelenléte vagy mérhető a mennyisége. A képződött vegyület mennyiségének mérésének egyik fő módja az anyag tömegének meghatározása analitikai mérlegen - ez a gravimetriás elemzési módszer. A kvantitatív kémiai elemzés módszereiről és a műszeres elemzési módszerekről a 2. részben lesz szó módszertani kézikönyv az analitikai kémiában.
A modern analitikai kémia fejlődésének aktuális iránya a környezeti objektumok, a szennyvíz és a szennyvizek elemzésére szolgáló módszerek fejlesztése, gázkibocsátás ipari vállalkozások és közúti szállítás. Az analitikai ellenőrzés lehetővé teszi a különösen káros komponensek túlzott tartalmának kimutatását a kibocsátásokban és a kibocsátásokban, valamint segít azonosítani a környezetszennyező forrásokat.
A kémiai elemzés alapja alaptörvényekáltalános és szervetlen kémia, amelyet már ismer. Elméleti alapok A kémiai elemzés magában foglalja: a vizes oldatok tulajdonságainak ismerete; sav-bázis egyensúly vízben
megoldások; redox egyensúlyok és anyagok tulajdonságai; komplex képződési reakciók mintái; a szilárd fázis (csapadék) képződésének és oldódásának feltételei.
1.2. Analitikai reakciók. Megvalósításuk feltételei és módjai
A kvalitatív kémiai elemzést a analitikai reakciók, kíséretében észrevehető külső változások: például gáz felszabadulása, színváltozás, csapadék képződése vagy feloldódása, bizonyos esetekben - meghatározott szag megjelenése.
Az analitikai reakciók alapvető követelményei:
1) Magas érzékenység , amelyet a kimutatási határérték (Cmin) jellemez - az oldatmintában lévő komponens legalacsonyabb koncentrációja, amelynél ezt a technikát az elemzés lehetővé teszi ennek a komponensnek a magabiztos észlelését. Abszolút minimális érték az analitikai reakciókkal kimutatható anyag tömege 50-0,001 μg (1 μg = 10-6 g) között mozog.
2) Szelektivitás– azzal jellemezve, hogy a reagens a lehető legkevesebb komponenssel (elemmel) reagál. A gyakorlatban olyan körülmények között próbálják kimutatni az ionokat, amelyek mellett a szelektív reakció specifikussá válik, pl. lehetővé teszi egy adott ion kimutatását más ionok jelenlétében. Mint példák konkrét reakciókra(amiből kevés van) a következőket lehet idézni.
a) Ammóniumsók kölcsönhatása feleslegben lévő lúggal hevítés közben:
NH4 Cl + NaOH → NH3 + NaCl + H2 O. (1)
A felszabaduló ammónia könnyen felismerhető jellegzetes szagáról („ammónia”), vagy a kémcső nyakára vitt nedves indikátorpapír színváltozásáról. Reakció
lehetővé teszi az NH4 + ammóniumionok jelenlétének kimutatását az elemzett oldatban.
b) A vasvassók kölcsönhatása kálium-hexaciano-ferrát (III) K3-mal, kék csapadék (Turnbull blue, vagy poroszkék) képződésével. Reakció (jól ismeri a „Fémek korróziója” témakört a tanfolyamon
Ezek a reakciók lehetővé teszik a Fe2+ és Fe3+ ionok kimutatását a vizsgált oldatban.
A specifikus reakciók kényelmesek, mivel az ismeretlen ionok jelenléte meghatározható tört módszer– a vizsgált oldat más ionokat tartalmazó külön mintáiban.
3) A reakció sebessége ( nagy sebesség) és a végrehajtás egyszerűsége.
A nagy reakciósebesség biztosítja a termodinamikai egyensúly elérését a rendszerben rövid idő(majdnem a komponensek keveredésének sebességével az oldatban zajló reakciók során).
Az analitikai reakciók végrehajtásakor emlékezni kell arra, hogy a reakcióegyensúly mekkora eltolódása a helyes iránybaés menete addig nagy mélységátalakulások Az elektrolitok vizes oldatában végbemenő reakciók esetében a termodinamikai egyensúly eltolódását az azonos nevű ionok koncentrációja, a közeg pH-ja és hőmérséklete befolyásolja. Különösen a hőmérséklettől függ az egyensúlyi állandók – állandók – értéke
disszociáció miatt gyenge elektrolitokés oldhatósági termékek (SP) a gyengén oldódó sók, bázisok esetében
Ezek a tényezők határozzák meg a reakció mélységét, a termék hozamát és az analit meghatározásának pontosságát (vagy éppen azt a lehetőséget, hogy egy adott iont kis mennyiségű és koncentrációjú analit mellett is kimutathassunk).
Egyes reakciók érzékenysége megnő például vizes szerves oldatban, ha hozzáadjuk vizes oldat aceton vagy etanol. Például egy vizes-etanolos oldatban a CaSO4 oldhatósága lényegesen kisebb, mint a vizesben (a PR-érték kisebb), ami lehetővé teszi a Ca2+-ionok jelenlétének egyértelmű kimutatását a vizsgált oldatban sokkal alacsonyabb koncentrációknál. mint egy vizes oldatban, és az oldatot ezektől az ionoktól a lehető legteljesebb mértékben megszabadítani (kicsapás H2SO4-tal), hogy folytassuk az oldat elemzését.
Kiváló minőségben kémiai elemzés Az ionok elválasztásának és kimutatásának racionális sorrendjét dolgozzák ki - az elemzés szisztematikus áramlását (sémáját). Ebben az esetben az ionokat csoportosan izolálják a keverékből, bizonyos hatáshoz való azonos viszonyuk alapján csoportos reagensek.
Az elemzett oldat egy részét felhasználjuk, amelyből ioncsoportokat szekvenciálisan izolálunk csapadékok és oldatok formájában, amelyekben az egyes ionokat detektáljuk. . A csoportos reagensek használata lehetővé teszi a lebontást nehéz feladat a kvalitatív elemzést számos egyszerűbbre. Az ionok aránya bizonyos
csoportreagensek képezik az alapot analitikus osztályozás ionok.
1.3. Sók keverékét tartalmazó vizes oldat előzetes elemzése szín, szag, pH érték alapján
Az elemzésre javasolt átlátszó oldatban a szín jelenléte egy vagy több ion egyidejű jelenlétét jelezheti (1. táblázat). A szín intenzitása a mintában lévő ion koncentrációjától függ, és maga a szín is változhat, ha
A fémkationok stabilabb komplex ionokat képeznek, mint a H2O molekulákat ligandumként tartalmazó komplex kationok, amelyeknél az oldat színét a táblázat tartalmazza. 1.
1. táblázat |
||
Megoldás színe | Lehetséges kationok | Lehetséges |
Türkiz | Cu2+ | |
Cr3+ | ||
Ni2+ | MnO4 2- |
|
Fe3+ (hidrolízis miatt) | CrO4 2- , Cr2 O7 2- |
|
Co2+ | MnO4 - |
A javasolt oldat pH-jának mérése ( ha az oldatot vízben készítik,és nem lúg vagy sav oldatában) is
további ad | információkról | lehetséges összetétel | |||||
2. táblázat |
|||||||
Saját | Lehetséges | Lehetséges |
|||||
víz pH-ja | |||||||
nogo sol- | |||||||
Hidrolízis | Na+ , K+ , Ba2+ , | SO3 2-, S2-, CO3 2-, |
|||||
művelt | Ca2+ | CH3 COO- | |||||
fémek s- | (megfelelő |
||||||
alapján | elektronikus | savak – gyenge |
|||||
gyenge sav | családok) | elektrolitok) |
|||||
Hidrolízis | NH4+ | Cl-, SO4 2-, NO3 -, Br- |
|||||
művelt | (megfelelő |
||||||
gyakorlatilag | |||||||
sav | |||||||
fémek | elektrolitok) |
||||||
alapján | |||||||
Hidrolízis | Al3+, Fe3+ | ||||||
okokból | |||||||
Egyes sók vizes oldatai az oldat pH-értékétől függően sajátos szagúak lehetnek az instabil (bomló) vagy illékony vegyületek képződése miatt. NaOH oldatok hozzáadásával ill
erős sav (HCl, H2 SO4), finoman megszagolhatja az oldatot (3. táblázat).
3. táblázat
a mintaoldat pH-ja | Megfelelő ion |
||
hozzáadása után | |||
oldatban |
|||
Ammónia | NH4+ |
||
(amónia szag) | |||
kellemetlen | SO3 2- |
||
szag (SO2) | |||
"Ecet" | (ecetsav | CH3 COO- |
|
sav CH3COOH) | |||
(hidrogén-szulfid H2S) | |||
A szag oka (lásd 3. táblázat) jó ismert ingatlan reakciók elektrolit oldatokban - elmozdulás gyenge savak vagy bázisok (gyakran ezek vizes oldatok gáznemű anyagok) sóikból erős savakés ennek megfelelően indokolja.
2. FEJEZET. KATIONOK MINŐSÉGI KÉMIAI ELEMZÉSE
2.1. Sav-bázis módszer a kationok analitikai csoportokba sorolására
A kvalitatív elemzés legegyszerűbb és legkevésbé „ártalmas” sav-bázis (bázis) módszere a kationok savakhoz és bázisokhoz viszonyított arányán alapul. A kationokat a következő kritériumok szerint osztályozzák:
a) kloridok, szulfátok és hidroxidok oldhatósága; b) a hidroxidok bázikus vagy amfoter jellege;
c) ammóniával (NH3) - ammóniával stabil komplex vegyületek (azaz amin komplexek) képzésének képessége.
Az összes kationt hat analitikai csoportra osztjuk 4 reagens felhasználásával: 2M HCl oldat, 1 M H2SO4 oldat, 2 M NaOH oldat és tömény vizes ammónia oldat
NH4OH (15-17%) (4. táblázat).
4. táblázat A kationok osztályozása analitikai csoportok szerint
Csoport | Eredmény |
||
csoportos akciók |
|||
reagens |
|||
Ag+, Pb2+ | Csapadék: AgCl, PbCl2 |
||
1 M H2SO4 | (Pb2+), Ca2+, | Csapadék (fehér): BaSO4, |
|
Ba2+ | (PbSO4), CaSO4 |
||
Al3+, Cr3+, Zn2+ | Megoldás: [Аl(OH)4 ]– , |
||
(felesleg) | – , 2– |
||
NH4OH (tömény) | Fe2+, Fe3+, Mg2+, | Csapadék: Fe(OH)2, |
|
Mn2+ | Fe(OH)3, Mg(OH)2, |
||
Mn(OH)2 |
|||
NH4OH (tömény) | Cu2+, Ni2+, Co2+ | oldat (színes): |
|
2+, kék |
|||
2+, kék |
|||
2+, sárga (be |
|||
miatt kékül a levegő |
|||
oxidáció Co3+-ra) |
|||
Hiányzó | NH4+, Na+, K+ |
Nyilvánvaló, hogy a megadott kationlista korántsem teljes, és a gyakorlatban leggyakrabban előforduló kationokat tartalmazza a vizsgált mintákban. Ezenkívül az analitikai csoportok szerinti osztályozásnak más elvei is vannak.
2.2. Kationok csoporton belüli elemzése és analitikai reakciók kimutatására
2.2.1. Első csoport (Ag+, Pb2+)
Ag+, Pb2+ kationokat tartalmazó tesztoldat
↓ + 2 M HCl + C 2 H5 OH oldat (a PbCl2 oldhatóságának csökkentése érdekében)
Ha PC > PR, kloridok keverékének fehér csapadéka,
amelyek el vannak választva az oldattól (az oldatot nem elemzik):
Ag+ + Cl– ↔ AgCl↓ és Pb2+ + 2Cl– ↔ PbCl2 ↓ (3)
Nyilvánvaló, hogy a kicsapódott kationok alacsony koncentrációja esetén a klór-anionok koncentrációjának viszonylag magasnak kell lennie.
↓ Az üledék egy részére + H2O (desztillált) + forrás
Részben megoldásba kerül | Az üledék minden AgCl-t és |
||
Pb 2+ ionok (egyensúlyi eltolódás | részben PbCl2 | ||
(3) balra, mert PC< ПР для PbCl2 ) | |||
↓ + NH4OH (tömény) | |||
Kimutatás oldatban, | |||
1. Az AgCl feloldódása miatt |
|||
leválasztva az üledéktől: | komplexitás: | ||
1. KI reagenssel (után | AgCl↓+ 2NH4 OH(g) → | ||
hűtés): | →+ +Cl– +2H2O |
||
Pb2+ + 2I– → PbI2 ↓ (arany | |||
kristályok) (4) | |||
↓+ 2M HNO3 oldat | |||
↓ pH-ra<3 | |||
2. AgCl kicsapódása miatt |
|||
komplex ion bomlása: |
|||
Cl– + 2HNO3 | |||
→AgCl↓+ 2NH4 + + 2NO3 | |||
↓ A klorid + 30% keverék üledékének 2. részéhez
A kvalitatív elemzés módszereinek osztályozása.
Az analitikus kémia tárgya és feladatai.
Analitikai kémia az anyagok (vagy keverékeik) összetételének kvalitatív és kvantitatív kutatási módszereinek tudománya. Az analitikus kémia feladata a kémiai és fizikai-kémiai elemzési és műveleti módszerek elméletének fejlesztése a tudományos kutatásban.
Az analitikai kémia két fő részből áll: kvalitatív elemzés „nyitásból” áll, azaz. az analitot alkotó egyes elemek (vagy ionok) kimutatása. Kvantitatív elemzés egy összetett anyag egyes összetevőinek mennyiségi tartalmának meghatározásából áll.
Az analitikus kémia gyakorlati jelentősége nagy. Kémiai módszerek alkalmazása. az elemzés törvényszerűségeket fedezett fel: az összetétel állandóságát, többszörös arányait, az elemek atomtömegét, kémiai ekvivalenseit határozták meg, számos vegyület képletét állapították meg.
Az analitikus kémia hozzájárul a természettudományok - geokémia, geológia, ásványtan, fizika, biológia, technológiai tudományok, orvostudomány - fejlődéséhez. A kémiai elemzés az alapja a modern kémiai-technológiai ellenőrzésnek minden olyan iparágban, ahol a nyersanyagokat, termékeket és gyártási hulladékokat elemzik. Az elemzés eredményei alapján megítélik a technológiai folyamat lefolyását és a termék minőségét. A kémiai és fizikai-kémiai elemzési módszerek képezik az alapját az összes gyártott termékre vonatkozó állami szabványok megállapításának.
Az analitikus kémia szerepe nagy a környezeti monitoring megszervezésében. Ez a felszíni vizek, a talaj nehézfémekkel, peszticidekkel, kőolajtermékekkel és radionuklidokkal való szennyezettségének monitorozása. A monitoring egyik feladata olyan kritériumok kialakítása, amelyek meghatározzák az esetleges környezeti károk határait. Például MPC - maximálisan megengedett koncentráció- olyan koncentrációról van szó, amely időszakosan vagy egész életen át, a környezeti rendszereken keresztül közvetlenül vagy közvetve az emberi szervezetnek kitéve nem fordul elő betegség, egészségi állapot változás, amely korszerű módszerekkel azonnal vagy hosszabb életszakaszban kimutatható. Minden egyes chem. az anyagoknak saját MPC-értékük van.
A kvalitatív elemzés módszereinek osztályozása.
Egy új vegyület tanulmányozásakor először azt határozzák meg, hogy milyen elemekből (vagy ionokból) áll, majd azt, hogy milyen mennyiségi arányban találhatók meg. Ezért a kvalitatív elemzés általában megelőzi a kvantitatív elemzést.
Minden analitikai módszer a megszerzésen és a mérésen alapul analitikus jel, azok. egy anyag kémiai vagy fizikai tulajdonságainak bármilyen megnyilvánulása, amely felhasználható az elemzett tárgy minőségi összetételének megállapítására vagy a benne lévő összetevők számszerűsítésére. Az elemzett objektum bármilyen aggregált állapotú egyedi kapcsolat lehet. vegyületek keveréke, természeti objektum (talaj, érc, ásvány, levegő, víz), ipari termékek és élelmiszerek. Az elemzés előtt mintavételt, őrlést, szitálást, átlagolást stb. Az elemzésre előkészített objektumot ún minta vagy minta.
Az adott feladattól függően választanak ki egy módszert. A kvalitatív elemzés analitikai módszerei a következőkre oszlanak: 1) „száraz” analízis és 2) „nedves” elemzés.
Száraz elemzés szilárd anyagokkal végezzük. Pirokémiai és őrlési módszerekre oszlik.
Pirokémiai (görögül - tűz) típusú elemzést a vizsgálati minta gáz- vagy alkoholégő lángjában történő hevítésével hajtanak végre, amelyet kétféleképpen hajtanak végre: színes „gyöngyök” előállítása vagy az égő lángjának színezése.
1. „Gyöngyök”(francia - gyöngyszemek) akkor keletkeznek, amikor olvadékban NaNH 4 PO 4 ∙ 4 H 2 O, Na 2 B 4 O 7 ∙ 10 H 2 O - borax sókat vagy fém-oxidokat oldanak fel. A kapott üveggyöngy színének megfigyelésével megállapítható bizonyos elemek jelenléte a mintában. Így például a krómvegyületek gyöngyzöld, kobalt kék, mangán ibolya-ametiszt stb.
2. Lángszínezés- sok fém illékony sói, ha a láng nem világító részébe kerülnek, színezzék különböző színekre, például nátrium - intenzív sárga, kálium - ibolya, bárium - zöld, kalcium - vörös stb. Az ilyen típusú elemzéseket előzetes tesztekben és „expressz” módszerként használják.
Elemzés dörzsölési módszerrel. (1898 Flavitsky). A vizsgálati mintát porcelán mozsárban őröljük azonos mennyiségű szilárd reagenssel. A kapott vegyület színét használjuk a meghatározandó ion jelenlétének meghatározására. A módszert előzetes vizsgálatokban és „expressz” analízisben használják a terepen, ércek és ásványok elemzésére.
2. Nedves elemzés - Ez valamilyen oldószerben oldott minta elemzése. A leggyakrabban használt oldószer víz, savak vagy lúgok.
A lefolytatási módszer szerint a kvalitatív elemzés módszereit töredékes és szisztematikusra osztják. Törtelemzési módszer- ez az ionok meghatározása specifikus reakciók segítségével bármilyen sorrendben. Agrokémiai, gyári és élelmiszer-laboratóriumokban használják, amikor a vizsgált minta összetétele ismert, és csak a szennyeződésmentesség ellenőrzése szükséges, vagy az előzetes vizsgálatok során. Szisztematikus elemzés - Ez egy szigorúan meghatározott sorrendben végzett elemzés, amelyben minden ion csak a zavaró ionok kimutatása és eltávolítása után kerül kimutatásra.
Az elemzéshez használt anyag mennyiségétől, valamint a műveletek végrehajtásának technikájától függően a módszerek a következőkre oszthatók:
- makroanalízis - viszonylag nagy mennyiségű anyaggal (1-10 g) végezték. Az elemzést vizes oldatokban és kémcsövekben végezzük.
- mikroanalízis - nagyon kis mennyiségű anyagot vizsgál (0,05 - 0,5 g). Ezt vagy papírcsíkon, óraüvegen egy csepp oldattal (cseppelemzés) vagy egy csepp oldatban lévő üveglemezen végezzük, kristályokat kapunk, amelyek alakja szerint az anyagot mikroszkóp alatt meghatározzuk. (mikrokristályos).
Az analitikus kémia alapfogalmai.
Analitikai reakciók - Ezek olyan reakciók, amelyeket jól látható külső hatás kísér:
1) üledék kicsapódása vagy feloldása;
2) az oldat színének megváltozása;
3) gázkibocsátás.
Ezen túlmenően az analitikai reakciókkal szemben még két követelményt támasztanak: az irreverzibilitást és a megfelelő reakciósebességet.
Azokat az anyagokat, amelyek hatására analitikai reakciók mennek végbe, nevezzük reagensek vagy reagensek. Minden chem. A reagenseket csoportokra osztják:
1) kémiai összetétel szerint (karbonátok, hidroxidok, szulfidok stb.)
2) a fő komponens tisztasági foka szerint.
A chem. elvégzésének feltételei. elemzés:
1. Reakcióközeg
2. Hőmérséklet
3. A meghatározandó ion koncentrációja.
Szerda. Savas, lúgos, semleges.
Hőmérséklet. A legtöbb chem. a reakciókat szobakörülmények között „hidegben” hajtják végre, vagy néha csap alatt kell lehűteni. Sok reakció megy végbe melegítéskor.
Koncentráció- ez egy bizonyos tömegű vagy térfogatú oldatban lévő anyag mennyisége. Az olyan reakciót és reagenst, amely a vizsgált anyag elhanyagolható koncentrációja mellett is képes rá jellemző külső hatást kiváltani, ún. érzékeny.
Az analitikai reakciók érzékenységét a következők jellemzik:
1) extrém hígítás;
2) maximális koncentráció;
3) rendkívül híg oldat minimális térfogata;
4) észlelési határ (nyitási minimum);
5) érzékenységjelző.
Limit hígítás Vlim – az a maximális oldattérfogat, amelyben egy adott analitikai reakcióval egy gramm adott anyag kimutatható (100 kísérletből több mint 50 kísérletben). A hígítási határértéket ml/g-ban fejezzük ki.
Például amikor rézionok reagálnak ammóniával vizes oldatban
Cu 2+ + 4NH 3 = 2+ ¯világoskék komplex
A rézion határhígítása (Vlim = 2,5 10 5 mg/l), i.e. Ezzel a reakcióval a rézionok felnyithatók 1 g rezet 250 000 ml vízben tartalmazó oldatban. Egy olyan oldatban, amely 250 000 ml vízben kevesebb, mint 1 g rezet (II) tartalmaz, ezek a kationok a fenti reakcióval nem mutathatók ki.
Határkoncentráció Сlim (Cmin) – az a legalacsonyabb koncentráció, amelynél az analit oldatban egy adott analitikai reakcióval kimutatható. g/ml-ben kifejezve.
A maximális koncentrációt és a maximális hígítást a következő összefüggés köti össze: Clim = 1 / V lim
Például a vizes oldatban lévő káliumionokat nátrium-hexanitrokobaltát (III) segítségével nyitjuk meg.
2K + + Na 3 [ Co(NO 2) 6 ] ® NaK 2 [ Co(NO 2) 6 ] ¯ + 2Na +
A K+-ionok határkoncentrációja ennél az analitikai reakciónál Clim = 10-5 g/ml, azaz. A káliumion nem nyitható fel ezzel a reakcióval, ha tartalma kevesebb, mint 10-5 g a vizsgált oldat 1 ml-ében.
A rendkívül hígított oldat minimális térfogata Vmin– a vizsgált oldat legkisebb térfogata, amely a felfedezett anyag adott analitikai reakcióval történő kimutatásához szükséges. ml-ben kifejezve.
Érzékelési határ (nyitási minimum) m– az analit legkisebb tömege, amely egy adott an által egyértelműen felfedezhető. reakciója minimális térfogatú rendkívül híg oldatban. µg-ban kifejezve (1 µg = 10-6 g).
m = C lim V min × 10 6 = V min × 10 6 / V lim
Érzékenységi index meghatározzuk az analitikai reakciót
pС lim = - log C lim = - log(1/Vlim) = log V lim
An. a reakció érzékenyebb, minél kisebb a nyitási minimuma, minél kisebb a szélsőségesen hígított oldat térfogata és minél nagyobb a maximális hígítás.
Az észlelési határ a következőktől függ:
1. A vizsgálati oldat és a reagens koncentrációi.
2. A tanfolyam időtartama an. reakciók.
3. A külső hatás megfigyelésének módja (vizuálisan vagy eszközzel)
4. A teljesítési feltételeknek való megfelelés az an. Reakciók (t, pH, reagens mennyisége, tisztasága)
5. Szennyeződések, idegen ionok jelenléte és eltávolítása
6. Az analitikus kémikus egyéni jellemzői (pontosság, látásélesség, színek megkülönböztetésének képessége).
Az analitikai reakciók típusai (reagensek):
Különleges- olyan reakciók, amelyek lehetővé teszik egy adott ion vagy anyag meghatározását bármely más ion vagy anyag jelenlétében.
Például: NH4 + + OH - = NH 3 (szag) + H 2 O
Fe 3+ + CNS - = Fe(CNS) 3¯
vérvörös
Szelektív- a reakciók lehetővé teszik több ion szelektív megnyitását egyszerre, azonos külső hatással. Minél kevesebb ion nyit egy adott reagenst, annál nagyobb a szelektivitása.
Például:
NH 4 + + Na 3 = NH 4 Na
K + + Na 3 = NaK 2
Csoportreakciók (reagensek) lehetővé teszi az ionok egész csoportjának vagy néhány vegyület kimutatását.
Például: II. csoport kationok - csoportreagens (NH4)2CO3
CaCI 2 + (NH 4) 2 CO 3 = CaCO 3 + 2 NH 4 CI
BaCI 2 + (NH 4) 2 CO 3 = BaCO 3 + 2 NH 4 CI
SrCI 2 + (NH 4) 2 CO 3 = SrCO 3 + 2 NH 4 CI
Előző cikk: Mekkora a fénysebesség Következő cikk: Harmonikus rezgések Az oszcillációs frekvencia fizikai képlete