Кількісний аналіз. Хімічні методи аналізу. Аналітична хімія

Кількісний аналіз. Хімічні методи аналізу. Аналітична хімія

Кількісний аналіз виражається послідовністю експериментальних методів, що визначають у зразку досліджуваного матеріалу зміст (концентрації) окремих складових і домішок. Його завдання - визначити кількісне співвідношення хімз 'єднань, іонів, елементів, що складають зразки досліджуваних речовин.

Завдання

Якісний і кількісний аналіз є розділами аналітичної хімії. Зокрема, останній вирішує різні питання сучасної науки і виробництва. Цією методикою визначають оптимальні умови проведення хіміко-технологічних процесів, контролюють якість сировини, ступінь чистоти готової продукції, в тому числі і лікарських препаратів, встановлюють вміст компонентів у сумішах, зв 'язок між властивостями речовин.

Класифікація

Методи кількісного аналізу підрозділюють на:

  • фізичні;
  • хімічні (класичні);
  • фізико-хімічні.

Хімічний метод

Базується на застосуванні різних видів реакцій, що кількісно відбуваються в розчинах, газах, тілах тощо. Кількісний хімічний аналіз підрозділюють на:

  • Гравіметричний (ваговий). Полягає в точному (суворому) визначенні маси аналізованого компонента в досліджуваній речовині.
  • Титриметричний (об 'ємний). Кількісний склад досліджуваної проби визначають шляхом суворих вимірювань обсягу реагента відомої концентрації (титранта), який взаємодіє в еквівалентних кількостях з визначеною речовиною.
  • Газовий аналіз. Базується на вимірюванні обсягу газу, який утворюється або поглинається в результаті хімічної реакції.

Хімічний кількісний аналіз речовин вважається класичним. Це найбільш розроблений метод аналізу, який продовжує розвиватися. Він точний, простий у виконанні, не вимагає спецапаратури. Але застосування його іноді пов 'язане з деякими труднощами при дослідженні складних сумішей і порівняно невеликою рисою чутливості.

Фізичний метод

Це кількісний аналіз, що базується на вимірюванні величин фізичних параметрів досліджуваних речовин або розчинів, які є функцією їх кількісного складу. Підрозділяється на:

  • Рефрактометрію (вимірювання величин показника заломлення).
  • Поляриметрію (вимірювання величин оптичного обертання).
  • Флуоріметрію (визначення інтенсивності флуоресценції) та інші

Фізичним методам притаманні експресність, низька межа визначення, об 'єктивність результатів, можливість автоматизації процесу. Але вони не завжди специфічні, оскільки на фізичну величину впливає не тільки концентрація досліджуваної речовини, а й присутність інших речовин і домішок. Їх застосування часто вимагає використання складної апаратури.

Фізико-хімічні методи

Завдання кількісного аналізу - вимірювання величин фізичних параметрів досліджуваної системи, які з 'являються або змінюються в результаті проведення хімічних реакцій. Ці методи характеризуються низькою межею виявлення і швидкістю виконання, вимагають застосування певних приладів.


Гравіметричний метод

Це найстаріша і найбільш розроблена технологія кількісного аналізу. По суті, аналітична хімія почалася з гравіметрії. Комплекс дій дозволяє точно вимірювати масу визначеного компонента, відокремленого від інших компонентів системи, що перевіряється в постійній формі хімічного елемента.

Гравіметрія є фармакопейним методом, який відрізняється високою точністю і відтворюваністю результатів, простотою виконання, проте трудомісток. Включає прийоми:

  • осадження;
  • відгонки;
  • виділення;
  • електрогравіметрію;
  • термогравіметричні методи.

Метод облоги

Кількісний аналіз облоги заснований на хімічній реакції визначеного компонента з реагентом-осадником з утворенням малорозчинної сполуки, яку відокремлюють, потім промивають і проколюють (висушують). На фініші виділений компонент зважують.

Наприклад, при гравіметричному визначенні іонів Ва2 + в розчинах солей як осадник використовують сірчану кислоту. У результаті реакції утворюється білий кристалічний осад BaSO4 (обложена форма). Після прожарювання цього осаду формується так звана гравіметрична форма, що повністю збігається з обложеною формою.

При визначенні іонів Са2 + осадником може бути оксалатна кислота. Після аналітичної обробки осідання обложена форма (СаС2О4) перетворюється на гравіметричну форму (СаО). Таким чином, обложена форма може як збігатися, так і відрізнятися від гравіметричної форми за хімічною формулою.

Ваги

Аналітична хімія вимагає високоточних вимірювань. У гравіметричному методі аналізу використовують особливо точні ваги як основний прилад.

  • Зважування при необхідній точності ^ 0,01 г проводять на аптечних (ручних) або технохімічних вагах.
  • Зважування при необхідній точності ^ 0,0001 р здійснюють на аналітичних вагах.
  • При точності ^ 0,00001 г - на мікротерезах.

Техніка зважування

Здійснюючи кількісний аналіз, визначення маси речовини на технохімічних або технічних вагах проводять наступним чином: досліджуваний предмет поміщають на ліву чашу терезів, а врівноважуючі грузики - на праву. Процес зважування закінчують при встановленні стрілки терезів в середньому положенні.


У процесі зважування на аптечних вагах центральне кільце утримують лівою рукою, ліктем спираючись на лабораторний стіл. Загасання коромислу під час зважування може бути прискорено легким дотиком дна чаші терезів до поверхні столу.

Аналітичні ваги монтують в окремих відведених лабораторних приміщеннях (вагових кімнатах) на спеціальних монолітних полицях-підставках. Для запобігання впливу коливань повітря, пилу і вологи ваги захищають спеціальними скляними футлярами. Під час роботи з аналітичними вагами слід дотримуватися таких вимог і правил:

  • перед кожним зважуванням перевіряють стан терезів і встановлюють нульову точку;
  • зважувані речовини поміщають у тару (бюкс, годинникове скло, тигель, пробірку);
  • температуру речовин, що підлягають зважуванню, доводять до температури терезів у ваговій кімнаті протягом 20 хвилин;
  • ваги не слід навантажувати понад встановлені граничні навантаження.

Етапи гравіметрії за методом облоги

Гравіметричний якісний і кількісний аналіз включають такі етапи:

  • розрахунку мас навіски аналізованої проби та обсягу осадника;
  • зважування та розчинення навіски;
  • осадження (отримання обложеної форми визначеного компонента);
  • видалення опадів з маточного розчину;
  • промивання осаду;
  • висушування або проколювання осаду до постійної маси;
  • зважування гравіметричної форми;
  • обчислення результатів аналізу.

Вибір осадника

При виборі осадника - основи кількісного аналізу - враховують можливий зміст аналізованого компонента в пробі. Для збільшення повноти видалення осаду використовують помірний надлишок опадника. Використовуваний осадник повинен володіти:

  • специфічністю, селективністю щодо визначеного іона;
  • летючістю, легко видалятися при висушуванні або проколюванні гравіметричної форми.

Серед неорганічних осадників найбільш поширені розчини: HCL; Н2SO4; H3PO4; NaOH; AgNO3; BaCL2 та інші. Серед органічних осадників перевага надається розчинам діацетилдіоксиму, 8-гідроксихіноліну, оксалатній кислоті та іншим, що утворюють з іонами металів внутрішньокомплексні стійкі сполуки, що володіють перевагами:


  • Комплексні сполуки з металами, як правило, мають незначну розчинність у воді, забезпечуючи повноту облоги іонів металу.
  • Адсорбційна здатність внутрішньокомплексних опадів (молекулярна кристалічна решітка) нижче адсорбційної здатності неорганічних опадів з іонною будовою, що дає можливість отримати чистий осад.
  • Можливість селективного або специфічного осадження іонів металу в присутності інших катіонів.
  • Завдяки відносно великій молекулярній масі гравіметричних форм зменшується відносна помилка визначення (на противагу використанню неорганічних осадників з невеликою молярною масою).

Процес облоги

Це найважливіший етап характеристики кількісного аналізу. При отриманні обложеної форми необхідно мінімізувати витрати за рахунок розчинності осаду в маточному розчині, зменшити процеси адсорбції, окклюзії, співосадження. Потрібно отримати досить великі частинки осаду, що не проходять через фільтраційні пори.

Вимоги до обложеної форми:

  • Компонент, який визначають, повинен кількісно переходити в осад і відповідати значенню Ks 10-8.
  • Осад не повинен містити сторонніх домішок і бути стійким щодо зовнішнього середовища.
  • Обложена форма повинна якомога повніше перетворюватися на гравіметричну при висушуванні або проколюванні досліджуваної речовини.
  • Агрегатний стан осаду має відповідати умовам його фільтрації і промивання.
  • Перевагу віддають кристалічним осадом, що містить великі частинки, що мають меншу абсорбційну здатність. Вони легше фільтруються, не забиваючи пори фільтра.

Отримання кристалічного осаду

Умови отримання оптимального кристалічного осаду:

  • Осадження проводять у розбавленому розчині досліджуваної речовини розведеним розчином осадника.
  • Додають розчин осадника повільно, краплями, при обережному перемішуванні.
  • Осадження проводять у гарячому розчині досліджуваної речовини гарячим розчинником.
  • Іноді осадження проводять при наявності сполук (наприклад, невеликої кількості кислоти), які незначно підвищують розчинність осаду, але не утворюють з ним розчинних комплексних сполук.
  • Осад залишають у вихідному розчині на деякий час, протягом якого відбувається "визрівання осаду".
  • У випадках, коли обложена форма утворюється у вигляді аморфного осаду, його намагаються отримати гущі для спрощення фільтрації.

Отримання аморфного осаду

Умови отримання оптимального аморфного осаду:

  • До гарячого концентрованого розчину досліджуваної речовини додають концентрований гарячий розчин осадника, що сприяє коагуляції частинок. Осад стає гущем.
  • Додають осадник швидко.
  • При необхідності в досліджуваний розчин вводять коагулянт - електроліт.

Фільтрування

Методи кількісного аналізу включають такий важливий етап, як фільтрація. Фільтрування та промивання опадів проводять, використовуючи або скляні фільтри, або паперові, що не містять золи. Паперові фільтри різними за щільністю і розмірами пір. Щільні фільтри маркуються блакитною стрічкою, менш щільні - чорною і червоною. Діаметр паперових фільтрів, які не містять золи, 6-11 см. Перед фільтрацією зливають прозорий розчин над осадом.


Електрогравіметрія

Кількісний аналіз може здійснюватися методом електрогравіметрії. Досліджуваний препарат видаляють (найчастіше з розчинів) у процесі електролізу на одному з електродів. Після закінчення реакції електрод промивають, висушують і зважують. За збільшенням маси електрода визначають масу речовини, що утворилася на електроді. Так аналізують сплав золота і міді. Після відділення золота в розчині визначають іони міді, що накопичуються на електроді.

Термогравіметричний метод

Здійснюється вимірюванням маси речовини під час її безперервного нагріву в певному інтервалі температур. Зміни фіксуються спеціальним пристроєм - дериватографом. Воно обладнане термотерезами безперервного зважування, електричною піччю для нагріву досліджуваного зразка, термопарою для вимірювання температур, еталоном і самописцем безперервної дії. Зміна маси зразка автоматично фіксується у вигляді термогравіграми (дериватограми) - кривої зміни маси, побудованої в координатах:

  • час (або температура);
  • втрата маси.

Вивід

Результати кількісного аналізу повинні бути точними, правильними і відтворюваними. З цією метою використовують відповідні аналітичні реакції або фізичні властивості речовини, правильно виконують всі аналітичні операції і застосовують надійні способи вимірювання результатів аналізу. Під час виконання будь-якого кількісного визначення обов 'язково повинна проводитися оцінка достовірності результатів.