Méthodes d'analyse qualitative en chimie analytique. Introduction

Selon la tâche à accomplir, il existe 3 groupes de méthodes de chimie analytique :

• 1) les méthodes de détection permettent de déterminer quels éléments ou substances (analytes) sont présents dans l'échantillon. Ils sont utilisés pour réaliser analyse qualitative;
• 2) les méthodes de détermination permettent d'établir la teneur quantitative en analytes d'un échantillon et sont utilisées pour réaliser des analyses quantitatives ;
• 3) les méthodes de séparation vous permettent d'isoler l'analyte et de séparer les composants interférents. Ils sont utilisés dans les analyses qualitatives et quantitatives. Il existe différentes méthodes d'analyse quantitative : chimique, physico-chimique, physique, etc.

Les méthodes chimiques reposent sur l'utilisation de réactions chimiques (neutralisation, oxydo-réduction, complexation et précipitation) dans lesquelles entre l'analyte. Un signal analytique qualitatif dans ce cas est l'effet externe visuel de la réaction - un changement de couleur de la solution, la formation ou la dissolution d'un précipité, la libération d'un produit gazeux. À définitions quantitatives, le volume du produit gazeux libéré, la masse du précipité formé et le volume d'une solution réactive avec une concentration précisément connue dépensée pour l'interaction avec l'analyte sont utilisés comme signal analytique.

Les méthodes physiques n'utilisent pas de réactions chimiques, mais mesurent les propriétés physiques (optiques, électriques, magnétiques, thermiques, etc.) de la substance analysée, qui sont fonction de sa composition.

Les méthodes physicochimiques utilisent le changement propriétés physiques le système analysé à la suite de réactions chimiques. Les méthodes physico-chimiques comprennent également les méthodes d'analyse chromatographiques basées sur les processus de sorption-désorption d'une substance sur un sorbant solide ou liquide dans des conditions dynamiques, et méthodes électrochimiques(potentiométrie, voltammétrie, conductométrie).

Les méthodes physiques et physico-chimiques sont souvent combinées sous nom commun méthodes instrumentales d'analyse, puisque pour effectuer l'analyse, des instruments et des dispositifs analytiques qui enregistrent les propriétés physiques ou leurs modifications sont utilisés. Lors d'une analyse quantitative, le signal analytique est mesuré - grandeur physique associés à la composition quantitative de l’échantillon. Si l'analyse quantitative est effectuée à l'aide de méthodes chimiques, la base de la détermination est toujours une réaction chimique.

Il existe 3 groupes de méthodes d'analyse quantitative :

• - Analyse de gaz
• - Analyse titrimétrique
• - Analyse gravimétrique

Les méthodes chimiques d'analyse quantitative les plus importantes sont les méthodes gravimétriques et titrimétriques, appelées méthodes classiques analyse. Ces méthodes sont standard pour évaluer l’exactitude d’une détermination. Leur principal domaine d'application est la détermination précise de quantités grandes et moyennes de substances.

Les méthodes d'analyse classiques sont largement utilisées dans les entreprises industrie chimique contrôler l'avancement du processus technologique, la qualité des matières premières et des produits finis, ainsi que les déchets industriels. Sur la base de ces méthodes, une analyse pharmaceutique est effectuée - déterminant la qualité des médicaments et médicaments, qui sont produits par des entreprises chimiques et pharmaceutiques.

CHIMIE ANALYTIQUE, la science de la détermination composition chimique substances et matériaux et, dans une certaine mesure, structure chimique relations. La chimie analytique développe les fondements théoriques généraux de l'analyse chimique, développe des méthodes pour déterminer les composants de l'échantillon étudié et résout les problèmes d'analyse d'objets spécifiques. L'objectif principal de la chimie analytique est la création de méthodes et de moyens qui, en fonction de la tâche à accomplir, assurent précision, haute sensibilité, rapidité et sélectivité de l'analyse. Des méthodes se développent également permettant d'analyser des micro-objets, de réaliser des analyses locales (en un point, sur une surface, etc.), des analyses sans détruire l'échantillon, à distance (analyse à distance), des analyses en continu. analyse (par exemple, dans un flux), et également installer, dans quel type de composé chimique et en quoi forme physique si le composant à déterminer existe dans l'échantillon (analyse chimique de la substance) et dans quelle phase il est inclus (analyse de phase). Les tendances importantes dans le développement de la chimie analytique sont l'automatisation des analyses, notamment en matière de contrôle processus technologiques, et la mathématisation, en particulier l'utilisation généralisée des ordinateurs.

Structure de la science. Trois grands domaines de la chimie analytique peuvent être distingués : les fondements théoriques généraux ; développement de méthodes d'analyse; chimie analytique d'objets individuels. Selon le but de l'analyse, on distingue l'analyse chimique qualitative et l'analyse chimique quantitative. La tâche du premier est de détecter et d'identifier les composants de l'échantillon analysé, la tâche du second est de déterminer leurs concentrations ou masses. Selon les composants qui doivent être détectés ou déterminés, il existe l'analyse isotopique, l'analyse élémentaire, l'analyse des groupes structurels (y compris fonctionnels), l'analyse moléculaire, l'analyse des matériaux et l'analyse des phases. Selon la nature de l'objet analysé, on distingue l'analyse des substances inorganiques et organiques, ainsi que des objets biologiques.

Dans les fondements théoriques de la chimie analytique, la chimiométrie, y compris la métrologie de l'analyse chimique, occupe une place importante. La théorie de la chimie analytique comprend également des enseignements sur la sélection et la préparation d'échantillons analytiques, sur l'élaboration d'un schéma d'analyse et le choix des méthodes, sur les principes et modalités d'automatisation de l'analyse, l'utilisation des ordinateurs, ainsi que les principes d'utilisation rationnelle des les résultats de l’analyse chimique. La particularité de la chimie analytique est l'étude des propriétés et caractéristiques spécifiques des objets non pas générales, mais individuelles, ce qui garantit la sélectivité de nombreux méthodes analytiques. Grâce à des liens étroits avec les réalisations de la physique, des mathématiques, de la biologie et de divers domaines technologiques (cela concerne notamment les méthodes d'analyse), la chimie analytique devient une discipline à la croisée des sciences. D'autres noms pour cette discipline sont souvent utilisés - analytique, science analytique, etc.

En chimie analytique, il existe des méthodes de séparation, de détermination (détection) et des méthodes d'analyse hybrides, combinant généralement les méthodes des deux premiers groupes. Les méthodes de détermination sont commodément divisées en méthodes d'analyse chimique (analyse gravimétrique, analyse titrimétrique, méthodes d'analyse électrochimiques, méthodes d'analyse cinétiques), méthodes physiques analyses (spectroscopiques, physiques nucléaires, etc.), méthodes d'analyse biochimiques et méthode biologique analyse. Les méthodes chimiques sont basées sur des réactions chimiques (l'interaction d'une substance avec une substance), les méthodes physiques sont basées sur phénomènes physiques(interaction de la matière avec les rayonnements, flux d'énergie), la biologie utilise la réponse des organismes ou de leurs fragments aux changements de l'environnement.

Presque toutes les méthodes de détermination reposent sur la dépendance de toute propriété mesurable des substances à leur composition. C'est pourquoi direction importante chimie analytique - trouver et étudier de telles dépendances afin de les utiliser pour résoudre des problèmes analytiques. Dans ce cas, il est presque toujours nécessaire de trouver une équation pour la relation entre la propriété et la composition, de développer des méthodes d'enregistrement de la propriété (signal analytique), d'éliminer les interférences provenant d'autres composants et d'éliminer l'influence perturbatrice de divers facteurs (par exemple, fluctuations de température). L'ampleur du signal analytique est convertie en unités caractérisant la quantité ou la concentration des composants. Les propriétés mesurées peuvent être, par exemple, la masse, le volume, l'absorption de la lumière, l'intensité du courant.

Une grande attention est accordée à la théorie des méthodes d'analyse. La théorie des méthodes chimiques repose sur les concepts de plusieurs types fondamentaux de réactions chimiques largement utilisés en analyse (acide-base, redox, complexation), et plusieurs processus importants(précipitation, dissolution, extraction). L'attention portée à ces questions est due à l'histoire du développement de la chimie analytique et à l'importance pratique des méthodes correspondantes. Cependant, étant donné que la part des méthodes chimiques diminue et que la part des méthodes physiques, biochimiques et biologiques augmente, il est nécessaire d'améliorer la théorie des méthodes de ces derniers groupes et d'intégrer aspects théoriques méthodes individuelles dans la théorie générale de la chimie analytique.

Histoire du développement. Des tests de matériaux étaient effectués dans les temps anciens ; par exemple, les minerais ont été examinés pour déterminer leur aptitude à la fusion, et divers produits ont été examinés pour déterminer leur teneur en or et en argent. Les alchimistes des XIVe et XVIe siècles ont réalisé un grand nombre de travail expérimentalétudier les propriétés des substances, jetant les bases des méthodes d'analyse chimiques. Aux XVIe-XVIIe siècles (période de la iatrochimie), de nouveaux méthodes chimiques détection de substances basée sur des réactions en solution (par exemple, découverte d'ions argent par formation d'un précipité avec des ions chlorure). R. Boyle, qui a introduit le concept d'« analyse chimique », est considéré comme le fondateur de la chimie analytique scientifique.

Jusqu’au milieu du XIXe siècle, la chimie analytique était la branche principale de la chimie. Durant cette période, beaucoup ont été découverts éléments chimiques, les éléments constitutifs de certaines substances naturelles ont été identifiés, les lois de constance de composition et de rapports multiples, ainsi que la loi de conservation de masse ont été établies. Le chimiste et minéralogiste suédois T. Bergman a développé un système d'analyse qualitative systématique, a utilisé activement le sulfure d'hydrogène comme réactif analytique et a proposé des méthodes d'analyse à la flamme pour obtenir des perles. Au XIXe siècle, l'analyse qualitative systématique a été améliorée par les chimistes allemands G. Rose et K. Fresenius. Le même siècle a été marqué par d’énormes progrès dans le développement de l’analyse quantitative. Une méthode titrimétrique a été créée ( chimiste français F. Decroisille, J. Gay-Lussac), l'analyse gravimétrique a été considérablement améliorée, des méthodes d'analyse des gaz ont été développées. Le développement de méthodes d'analyse élémentaire des composés organiques (J. Liebig) était d'une grande importance. À la fin du XIXe siècle, la théorie de la chimie analytique s'est développée, basée sur la doctrine de l'équilibre chimique dans les solutions avec la participation d'ions (principalement W. Ostwald). À cette époque, les méthodes d'analyse des ions dans les solutions aqueuses occupaient une place prédominante en chimie analytique.

Au XXe siècle, des méthodes de microanalyse de composés organiques ont été développées (F. Pregl). La méthode polarographique a été proposée (Ya. Heyrovsky, 1922). De nombreuses méthodes physiques sont apparues, par exemple la spectrométrie de masse, les rayons X, la physique nucléaire. La découverte de la chromatographie (M. S. Tsvet, 1903) et la création de diverses variantes de cette méthode, notamment la chromatographie de partage (A. Martin et R. Singh, 1941), furent d'une grande importance.

En Russie et en URSS grande valeur pour la chimie analytique, j'avais le manuel de I. A. Menshutkin « Analytical Chemistry » (il a connu 16 éditions). M.A. Ilyinsky et L.A. Chugaev ont introduit dans la pratique les réactifs analytiques organiques (fin du XIXe - début du XXe siècle), N.A. Tananaev a développé la méthode des gouttes d'analyse qualitative (simultanément avec le chimiste autrichien F. Feigl, années 1920). En 1938, N.A. Izmailov et M.S. Schreiber ont été les premiers à décrire la chromatographie sur couche mince. Les scientifiques russes ont apporté une grande contribution à l'étude de la formation complexe et de son utilisation analytique (I.P. Alimarin, A.K. Babko), à la théorie de l'action des réactifs analytiques organiques, au développement de la spectrométrie de masse, des méthodes photométriques, de la spectrométrie d'absorption atomique (B.V. . Lvov), dans la chimie analytique d'éléments individuels, en particulier ceux rares et platine, et d'un certain nombre d'objets - substances. haute pureté, matières premières minérales, métaux et alliages.

Les exigences de la pratique ont toujours stimulé le développement de la chimie analytique. Ainsi, dans les années 1940-1970, en lien avec la nécessité d'analyser des matériaux nucléaires, semi-conducteurs et autres matériaux de haute pureté, des méthodes sensibles telles que l'analyse de radioactivation, la spectrométrie de masse par étincelle, l'analyse spectrale chimique, la voltammétrie à décapage ont été créées, permettant la détermination de jusqu'à à 10 - 7 -10 -8 % d'impuretés dans les substances pures, soit 1 partie d'impureté pour 10 à 1 000 milliards de parties de la substance principale. Pour le développement de la métallurgie des métaux ferreux, notamment dans le cadre de la transition vers la production d’aciers à convertisseurs à grande vitesse, une analyse rapide est devenue cruciale. L'utilisation de ce que l'on appelle des quantomètres - des dispositifs photoélectriques pour l'analyse optique spectrale ou aux rayons X multi-éléments - permet d'effectuer une analyse pendant la fusion.

La nécessité d'analyser des mélanges complexes de composés organiques a conduit au développement intensif de la chromatographie en phase gazeuse, qui permet d'analyser des mélanges complexes contenant plusieurs dizaines, voire centaines de substances. La chimie analytique a contribué de manière significative à la maîtrise de l’énergie du noyau atomique, à l’étude de l’espace et de l’océan, au développement de l’électronique et aux progrès des sciences biologiques.

Sujet de recherche. Rôle important joue un rôle dans le développement de la théorie de l'échantillonnage des matériaux analysés ; Généralement, les problèmes d'échantillonnage sont résolus conjointement avec des spécialistes des substances étudiées (par exemple, des géologues, des métallurgistes). La chimie analytique développe des méthodes de décomposition des échantillons - dissolution, fusion, frittage, etc., qui doivent garantir une « ouverture » complète de l'échantillon et éviter la perte des composants déterminés et la contamination de l'extérieur. Les tâches de la chimie analytique comprennent le développement de technologies pour de tels opérations générales analyses, telles que mesure de volume, filtrage, calcination. L'une des tâches de la chimie analytique est de déterminer les orientations pour le développement de l'instrumentation analytique, la création de nouveaux circuits et conceptions de dispositifs (qui servent le plus souvent d'étape finale dans le développement d'une méthode d'analyse), ainsi que la synthèse de nouveaux réactifs analytiques.

Pour l'analyse quantitative, les caractéristiques métrologiques des méthodes et des instruments sont très importantes. À cet égard, la chimie analytique étudie les problèmes d'étalonnage, de production et d'utilisation d'échantillons de référence (y compris les échantillons standards) et d'autres moyens permettant d'assurer l'exactitude de l'analyse. Une place importante est occupée par le traitement des résultats d'analyse, notamment le traitement informatique. Pour optimiser les conditions d'analyse, la théorie de l'information, la théorie de la reconnaissance de formes et d'autres branches des mathématiques sont utilisées. Les ordinateurs sont utilisés non seulement pour traiter les résultats, mais aussi pour contrôler les instruments, en tenant compte des interférences, de l'étalonnage et de la planification des expériences ; Il existe des problèmes analytiques qui ne peuvent être résolus qu'à l'aide d'ordinateurs, par exemple l'identification de molécules de composés organiques à l'aide de systèmes experts.

La chimie analytique définit des approches générales pour la sélection des voies et méthodes analytiques. Des méthodes de comparaison des méthodes sont en cours de développement, les conditions de leur interchangeabilité et de leur combinaison, les principes et les modalités d'automatisation de l'analyse sont en cours de détermination. Pour l'utilisation pratique de l'analyse, il est nécessaire de développer des idées sur son résultat en tant qu'indicateur de la qualité du produit, la doctrine du contrôle express des processus technologiques et la création de méthodes rentables. D'une grande importance pour les analystes travaillant dans diverses industries l'économie a l'unification et la standardisation des méthodes. Une théorie est en cours d'élaboration pour optimiser la quantité d'informations nécessaires à la résolution de problèmes analytiques.

Méthodes d'analyse. En fonction de la masse ou du volume de l'échantillon analysé, les méthodes de séparation et de détermination sont parfois divisées en méthodes macro, micro et ultra micro.

La séparation des mélanges est généralement utilisée dans les cas où les méthodes définition directe ou la détection ne permet pas d'obtenir un résultat correct en raison de l'influence perturbatrice d'autres composants de l'échantillon. Ce que l'on appelle la concentration relative, la séparation de petites quantités de composants d'analytes d'une quantité significative grandes quantités principaux composants de l’échantillon. La séparation des mélanges peut être basée sur des différences dans les caractéristiques thermodynamiques ou d'équilibre des composants (constantes d'échange d'ions, constantes de stabilité des complexes) ou des paramètres cinétiques. Les méthodes de séparation utilisées sont principalement la chromatographie, l'extraction, la précipitation, la distillation, ainsi que les méthodes électrochimiques comme l'électrodéposition. Les méthodes de détermination constituent le groupe principal des méthodes de chimie analytique. Les méthodes d'analyse quantitative reposent sur la dépendance de toute propriété mesurable, le plus souvent physique, à la composition de l'échantillon. Cette dépendance doit être décrite d'une manière certaine et connue. Les méthodes analytiques hybrides combinant séparation et détermination se développent rapidement. Par exemple, chromatographie en phase gazeuse avec divers détecteurs - la méthode la plus importante analyse de mélanges complexes de composés organiques. Pour l’analyse de mélanges de composés peu volatils et thermiquement instables, la chromatographie liquide haute performance est plus pratique.

Diverses méthodes sont nécessaires pour l’analyse, chacune ayant ses propres avantages et limites. Ainsi, les méthodes extrêmement sensibles de radioactivation et de spectre de masse nécessitent des équipements complexes et coûteux. Les méthodes cinétiques simples, accessibles et très sensibles n'offrent pas toujours la reproductibilité requise des résultats. Lors de l'évaluation et de la comparaison des méthodes, lors de leur choix pour la solution tâches spécifiques de nombreux facteurs sont pris en compte : paramètres métrologiques, périmètre utilisation possible, disponibilité des équipements, qualifications des analystes, traditions, etc. Les plus importants parmi ces facteurs sont les paramètres métrologiques tels que la limite de détection ou la plage de concentrations (quantités) dans laquelle la méthode donne des résultats fiables, et la précision de la méthode, c'est-à-dire , l'exactitude et la reproductibilité des résultats. Dans certains cas, les méthodes « multicomposantes » sont d'une grande importance, permettant de déterminer immédiatement grand nombre composants, par exemple émission atomique et analyse spectrale des rayons X, chromatographie. Le rôle de ces méthodes augmente. A part ça conditions égales privilégier les méthodes d’analyse directe, c’est-à-dire non associées à la préparation chimique des échantillons ; cependant, une telle préparation est souvent nécessaire. Par exemple, la concentration préliminaire du composant étudié permet de déterminer ses concentrations les plus faibles, éliminant ainsi les difficultés liées à la répartition inhomogène du composant dans l'échantillon et au manque d'échantillons de référence.

Les méthodes d’analyses locales occupent une place particulière. Un rôle important parmi eux est joué par la microanalyse à rayons X (sonde électronique), la spectrométrie de masse des ions secondaires, la spectroscopie Auger et d'autres méthodes physiques. Ils sont d'une grande importance, notamment lors de l'analyse des couches superficielles. matériaux durs ou des inclusions dans les roches.

Un groupe spécifique comprend les méthodes d'analyse élémentaire des composés organiques. La matière organique est décomposée d'une manière ou d'une autre, et ses composants sous forme de simples composés inorganiques(CO 2, H 2 O, NH 3, etc.) sont dosés par des méthodes conventionnelles. L'utilisation de la chromatographie en phase gazeuse a permis d'automatiser l'analyse élémentaire ; À cette fin, des analyseurs C-, H-, N-, S et d'autres appareils automatiques sont produits. Analyse des composés organiques par groupes fonctionnels(analyse fonctionnelle) est réalisée par diverses méthodes chimiques, électrochimiques, spectrales (spectroscopie RMN ou IR) ou chromatographiques.

Dans l'analyse de phases, c'est-à-dire la détermination des composés chimiques qui forment des phases individuelles, ces dernières sont d'abord isolées, par exemple à l'aide d'un solvant sélectif, puis les solutions résultantes sont analysées par des méthodes conventionnelles ; Les méthodes physiques d'analyse de phase sans séparation de phase préalable sont très prometteuses.

Importance pratique. L'analyse chimique permet de contrôler de nombreux processus technologiques et la qualité des produits dans diverses industries, joue un rôle important dans la recherche et l'exploration des minéraux ainsi que dans l'industrie minière. La pureté est contrôlée par analyse chimique environnement(sol, eau et air). Les acquis de la chimie analytique sont utilisés dans diverses branches de la science et de la technologie : énergie nucléaire, électronique, océanologie, biologie, médecine, médecine légale, archéologie, recherche spatiale. L'importance économique de l'analyse chimique est grande. Donc, définition précise les additifs d'alliage en métallurgie permettent d'économiser des métaux précieux. Le passage à l'analyse automatique en continu dans les laboratoires médicaux et agrochimiques permet d'augmenter considérablement la rapidité des analyses (sang, urines, extraits de sol, etc.) et de réduire les effectifs des laboratoires.

Lit. : Fondements de la chimie analytique : En 2 livres / Edité par Yu. Zolotov. M., 2002 ; Chimie analytique : En 2 vol. M., 2003-2004.

Son sujet en tant que science est l'amélioration des méthodes d'analyse existantes et le développement de nouvelles méthodes d'analyse, leur application pratique et l'étude des fondements théoriques des méthodes analytiques.

Selon la tâche, la chimie analytique est subdivisée en analyse qualitative, visant à déterminer si Quoi ou lequel substance, sous quelle forme elle se trouve dans l'échantillon, et analyse quantitative visant à déterminer Combien d'une substance donnée (éléments, ions, formes moléculaires, etc.) se trouve dans l'échantillon.

La détermination de la composition élémentaire des objets matériels est appelée analyse élémentaire. Etablissement de la structure des composés chimiques et de leurs mélanges sur niveau moléculaire appelé analyse moléculaire. L'un des types d'analyse moléculaire des composés chimiques est l'analyse structurale, visant à étudier l'espace structure atomique substances, établissement de formules empiriques, poids moléculaires etc. Les tâches de la chimie analytique comprennent la détermination des caractéristiques des objets organiques, inorganiques et biochimiques. L'analyse des composés organiques par groupes fonctionnels est appelée analyse fonctionnelle.

Histoire

La chimie analytique existe depuis aussi longtemps que la chimie au sens moderne du terme, et bon nombre des techniques utilisées se rapportent à des domaines encore plus vastes. première époque, l'ère de l'alchimie, dont l'une des tâches principales était précisément de déterminer la composition de diverses substances naturelles et d'étudier les processus de leurs transformations mutuelles. Mais, avec le développement de la chimie dans son ensemble, les méthodes de travail utilisées ont été considérablement améliorées et, outre sa signification purement auxiliaire en tant que département auxiliaire de la chimie, la chimie analytique a désormais l'importance d'un département complètement indépendant. de connaissances chimiques avec des tâches théoriques très sérieuses et importantes. La chimie physique moderne a eu une influence très importante sur le développement de la chimie analytique, l'enrichissant d'un certain nombre de méthodes de travail et fondements théoriques, qui incluent la doctrine des solutions (voir), la théorie dissociation électrolytique, la loi de l'action de masse (voir Equilibre chimique) et toute la doctrine de l'affinité chimique.

Méthodes de chimie analytique

Comparaison des méthodes de chimie analytique

Totalité méthodes traditionnelles déterminer la composition d'une substance de manière séquentielle décomposition chimique appelé « chimie humide » (« analyse humide"). Ces méthodes ont une précision relativement faible, nécessitent des qualifications relativement faibles de la part des analystes et sont désormais presque entièrement remplacées par des méthodes modernes. méthodes instrumentales(méthodes optiques, spectrométriques de masse, électrochimiques, chromatographiques et autres méthodes physicochimiques) déterminant la composition d'une substance. Cependant, la chimie humide présente des avantages par rapport méthodes spectrométriques- il permet, grâce à des procédures standardisées (analyse systématique), de déterminer directement la composition et les différents états oxydatifs d'éléments, comme le fer (Fe +2, Fe +3), le titane, etc.

Les méthodes analytiques peuvent être divisées en méthodes brutes et locales. Les méthodes d'analyse en masse nécessitent généralement une substance séparée et subdivisée (un échantillon représentatif). Méthodes locales déterminer la composition d'une substance dans un petit volume dans l'échantillon lui-même, ce qui permet de dresser des « cartes » de la répartition des propriétés chimiques de l'échantillon sur sa surface et/ou sa profondeur. Les méthodes doivent également être soulignées analyse directe, c'est-à-dire sans rapport avec préparation préliminaire des échantillons. Une préparation des échantillons est souvent nécessaire (par exemple concassage, préconcentration ou séparation). Les méthodes statistiques sont utilisées lors de la préparation des échantillons, de l’interprétation des résultats et de l’estimation du nombre d’analyses.

Méthodes d'analyse chimique qualitative

Pour déterminer la composition qualitative d'une substance, il est nécessaire d'étudier ses propriétés qui, du point de vue de la chimie analytique, peuvent être de deux types : les propriétés de la substance en tant que telle, et ses propriétés de transformations chimiques.

Les premiers comprennent : l'état physique (solide, liquide, gaz), sa structure à l'état solide (amorphe ou substance cristalline), couleur, odeur, goût, etc. De plus, souvent un seul propriétés externes, déterminé à l'aide des sens humains, il semble possible d'établir la nature d'une substance donnée. Dans la plupart des cas, il est nécessaire de transformer cette substance en une nouvelle substance avec une propriétés caractéristiques, en utilisant à cet effet des composés spécialement sélectionnés appelés réactifs.

Les réactions utilisées en chimie analytique sont extrêmement diverses et dépendent des propriétés physiques et du degré de complexité de la composition de la substance étudiée. Dans le cas où un composé chimique manifestement pur et homogène est soumis à une analyse chimique, le travail est effectué relativement facilement et rapidement ; lorsqu'il s'agit d'un mélange de plusieurs composés chimiques, la question de son analyse devient plus compliquée et, lors du travail, il faut respecter un système spécifique afin de ne négliger aucun élément inclus dans la substance. Il existe deux types de réactions en chimie analytique : réactions humides(en solutions) et réactions sèches.

Réactions dans les solutions

Dans l'analyse chimique qualitative, seules sont utilisées les réactions dans les solutions qui sont facilement perçues par les sens humains, et le moment de l'apparition de la réaction est reconnu par l'un des phénomènes suivants :

1. la formation d'un précipité insoluble dans l'eau,
2. changement de couleur de la solution,
3. dégagement de gaz.

Formation de sédiments dans les réactions d'analyse chimique, cela dépend de la formation d'une substance insoluble dans l'eau ; si, par exemple, de l'acide sulfurique ou un sel soluble dans l'eau est ajouté à une solution de n'importe quel sel de baryum, un précipité poudreux blanc de sulfate de baryum se forme :

BaCl 2 + H 2 SO 4 = 2HCl + BaSO 4 ↓

En gardant à l'esprit que certains autres métaux peuvent donner une réaction similaire à la formation d'un précipité blanc sous l'influence de l'acide sulfurique, par exemple le plomb, qui peut former le sel de sulfate insoluble PbSO 4, pour être complètement sûr qu'il s'agit exactement d'un ou un autre métal, il est nécessaire de produire davantage de réactions d'étalonnage, en soumettant le précipité formé lors de la réaction à des recherches appropriées.

Pour mener à bien la réaction de formation de précipitation, en plus de sélectionner le réactif approprié, il est également nécessaire d'observer un certain nombre de très conditions importantes en relation avec la force des solutions du sel et du réactif étudiés, la proportion des deux, la température, la durée de l'interaction, etc. Lorsque l'on considère les précipités formés lors de réactions d'analyse chimique, il est nécessaire de prêter attention à leur apparence, c'est-à-dire sur la couleur, la structure (précipités amorphes et cristallins), etc., ainsi que sur leurs propriétés par rapport à l'influence de la chaleur, des acides ou des alcalis, etc. Lors de l'interaction de solutions faibles, il est parfois nécessaire d'attendre la formation d'un précipité jusqu'à 24-48 heures, à condition qu'ils soient maintenus à une certaine température.

La réaction de formation de précipité, quelle que soit son importance qualitative en analyse chimique, est souvent utilisée pour séparer certains éléments les uns des autres. À cette fin, une solution contenant des composés de deux éléments ou plus est traitée avec un réactif approprié capable de convertir certains d'entre eux en composés insolubles, puis le précipité résultant est séparé de la solution (filtrat) par filtration, en les étudiant ensuite séparément. Si nous prenons, par exemple, les sels de chlorure de potassium et de chlorure de baryum et y ajoutons de l'acide sulfurique, il se forme un précipité insoluble de sulfate de baryum BaSO 4 et de sulfate de potassium soluble dans l'eau K 2 SO 4, qui peut être séparé par filtration. Lors de la séparation d'un précipité d'une substance insoluble dans l'eau d'une solution, il faut d'abord veiller à ce qu'il reçoive une structure appropriée permettant d'effectuer le travail de filtration sans difficulté, puis, après l'avoir collecté sur le filtre, il est nécessaire de le laver soigneusement des impuretés étrangères. D'après les recherches de V. Ostwald, il faut garder à l'esprit que lors de l'utilisation d'une certaine quantité d'eau pour le lavage, il est plus conseillé de rincer les sédiments plusieurs fois dans de petites portions d'eau que, au contraire, plusieurs fois dans grandes portions. Quant au succès de la réaction de séparation de tout élément sous forme de précipité insoluble, alors, sur la base de la théorie des solutions, W. Ostwald a établi que pour une séparation suffisamment complète de tout élément sous forme de précipité insoluble, il Il est toujours nécessaire de prélever un excès du réactif utilisé pour la précipitation.

Changement de couleur de la solution est l'un des très signes importants dans les réactions d'analyse chimique et est très important, notamment en relation avec les processus d'oxydation et de réduction, ainsi que dans le travail avec des indicateurs chimiques (voir ci-dessous - alcalimétrie et acidimétrie).

Exemples réactions de couleur dans une analyse chimique qualitative, on peut utiliser : le thiocyanate de potassium KCNS donne une couleur rouge sang caractéristique avec des sels d'oxyde de fer ; avec les sels d'oxyde ferreux, le même réactif ne produit rien. Si vous ajoutez un agent oxydant, par exemple de l'eau chlorée, à une solution de chlorure ferrique FeCl 2, de couleur verte faible, la solution se colore jaune en raison de la formation de chlorure ferrique, qui est l'état d'oxydation le plus élevé de ce métal. Si vous prenez du bichromate de potassium K 2 Cr 2 O 7 de couleur orange et que vous y ajoutez en solution un peu d'acide sulfurique et un agent réducteur, par exemple de l'alcool de vin, la couleur orange vire au vert foncé, correspondant à la formation d'un état d'oxydation du chrome sous forme de sel sulfate de chrome Cr 3 (SO 4) 3.

En fonction de l'avancement de l'analyse chimique, il est souvent nécessaire de procéder à ces procédés d'oxydation et de réduction. Les agents oxydants les plus importants sont : les halogènes, l'acide nitrique, le peroxyde d'hydrogène, le permanganate de potassium, le dihydroxyde de potassium ; les agents réducteurs les plus importants sont : l'hydrogène au moment du rejet, le sulfure d'hydrogène, l'acide sulfureux, le chlorure d'étain, l'iodure d'hydrogène.

Réactions de dégagement de gaz dans les solutions lors de la réalisation d'une analyse chimique qualitative, n'ont le plus souvent aucune signification indépendante et sont des réactions auxiliaires ; le plus souvent on rencontre le dégagement de dioxyde de carbone CO 2 - lors de l'action des acides sur les sels de dioxyde de carbone, le sulfure d'hydrogène - lors de la décomposition des métaux soufrés avec les acides, etc.

Réactions sèches

Ces réactions sont utilisées en analyse chimique, principalement dans ce qu'on appelle. « essais préliminaires », lors du test de pureté des sédiments, pour les réactions de vérification et lors de l'étude des minéraux. Les réactions les plus importantes de ce type consistent à tester une substance par rapport à :

1. sa fusibilité à la chaleur,
2. capacité à colorer la flamme non lumineuse d'un brûleur à gaz,
3. volatilité lorsqu'il est chauffé,
4. capacités d’oxydation et de réduction.

Pour réaliser ces tests, on utilise dans la plupart des cas une flamme non lumineuse d'un brûleur à gaz. Les principaux composants du gaz éclairant (hydrogène, monoxyde de carbone, gaz des marais et autres hydrocarbures) sont des agents réducteurs, mais lorsqu'il brûle dans l'air (voir Combustion), une flamme se forme, dans diverses parties de laquelle on peut trouver les conditions nécessaires pour réduction ou oxydation, et équivaut à un chauffage à une température plus ou moins élevée.

Test de fusibilité réalisée principalement dans l'étude des minéraux, pour laquelle un très petit fragment d'entre eux, fixé dans un mince fil de platine, est introduit dans la partie de la flamme qui a le plus haute température, puis utilisez une loupe pour observer à quel point les bords de l'échantillon sont arrondis.

Test de couleur de flamme est réalisé en introduisant un petit échantillon sépia d'un petit échantillon de la substance sur un fil de platine, d'abord dans la base de la flamme, puis dans la partie de celle-ci ayant la température la plus élevée.

Test de volatilité est produit en chauffant un échantillon d'une substance dans un cylindre d'analyse ou dans un tube de verre scellé à une extrémité, et les substances volatiles se transforment en vapeurs, qui se condensent ensuite dans la partie la plus froide.

Oxydation et réduction sous forme sèche peut être produit dans des billes de borax fondu ( 2 4 7 + 10 2 ) La substance d'essai est introduite dans petite quantité en boules obtenues en faisant fondre ces sels sur un fil de platine, puis on les chauffe dans la partie oxydante ou réductrice de la flamme. La restauration peut se faire de plusieurs autres manières, à savoir : chauffage sur un bâton carbonisé à la soude, chauffage dans un tube de verre avec des métaux - sodium, potassium ou magnésium, chauffage au charbon de bois à l'aide d'un chalumeau ou simple chauffage.

Classification des éléments

La classification des éléments adoptée en chimie analytique repose sur la même division que celle acceptée en chimie générale - en métaux et non-métaux (métalloïdes), ces derniers étant le plus souvent considérés sous la forme des acides correspondants. Pour effectuer une analyse qualitative systématique, chacune de ces classes d'éléments est divisée à son tour en groupes présentant certaines caractéristiques de groupe communes.

Métaux en chimie analytique sont divisés en deux départements, eux-mêmes divisés en cinq groupes :

1. Métaux dont les composés soufrés sont solubles dans l'eau- la répartition des métaux de ce département en groupes est basée sur les propriétés de leurs sels de dioxyde de carbone. 1er groupe: potassium, sodium, rubidium, césium, lithium. Les composés soufrés et leurs sels de dioxyde de carbone sont solubles dans l'eau. Il n'existe pas de réactif général pour la précipitation de tous les métaux de ce groupe sous forme de composés insolubles. 2ème groupe: baryum, strontium, calcium, magnésium. Les composés soufrés sont solubles dans l'eau, les sels de dioxyde de carbone sont insolubles. Un réactif commun qui précipite tous les métaux de ce groupe sous forme de composés insolubles est le carbonate d'ammonium.
2. Métaux dont les composés soufrés sont insolubles dans l'eau- pour diviser ce département en trois groupes, ils utilisent le rapport de leurs composés soufrés aux acides faibles et au sulfure d'ammonium. 3ème groupe: aluminium, chrome, fer, manganèse, zinc, nickel, cobalt.

L'aluminium et le chrome ne forment pas de composés soufrés avec l'eau ; d'autres métaux forment des composés soufrés qui, comme leurs oxydes, sont solubles dans acides faibles Oh. Le sulfure d'hydrogène ne les précipite pas à partir d'une solution acide ; le sulfure d'ammonium précipite les oxydes ou les composés soufrés. Le sulfure d'ammonium est un réactif courant pour ce groupe et un excès de ses composés soufrés ne se dissout pas. 4ème groupe: argent, plomb, bismuth, cuivre, palladium, rhodium, ruthénium, osmium. Les composés soufrés sont insolubles dans les acides faibles et sont précipités par le sulfure d'hydrogène dans une solution acide ; ils sont également insolubles dans le sulfure d'ammonium. Le sulfure d'hydrogène est un réactif courant pour ce groupe. 5ème groupe : étain, arsenic, antimoine, or, platine. Les composés soufrés sont également insolubles dans les acides faibles et sont précipités par le sulfure d'hydrogène d'une solution acide. Mais ils sont solubles dans le sulfure d'ammonium et forment avec lui des sulfasels solubles dans l'eau.

Non-métaux (métalloïdes) doivent toujours être découverts en analyse chimique sous la forme des acides qu'ils forment ou de leurs sels correspondants. La base pour diviser les acides en groupes réside dans les propriétés de leurs sels de baryum et d'argent par rapport à leur solubilité dans l'eau et en partie dans les acides. Le chlorure de baryum est un réactif général pour le groupe 1, le nitrate d'argent en solution de nitrate est pour le groupe 2, les sels de baryum et d'argent des acides du groupe 3 sont solubles dans l'eau. 1er groupe: dans une solution neutre, le chlorure de baryum précipite les sels insolubles ; les sels d'argent sont insolubles dans l'eau, mais solubles dans acide nitrique. Ceux-ci comprennent les acides : chromique, séreux, sulfureux, aqueux, carbonique, silicique, sulfurique, hydrofluorosilicique (sels de baryum, insolubles dans les acides), l'arsenic et l'arsenic. 2ème groupe: dans une solution acidifiée par l'acide nitrique, le nitrate d'argent donne un précipité. Ceux-ci comprennent les acides : chlorhydrique, bromhydrique et iodhydrique, cyanhydrique, sulfure d'hydrogène, cyanure d'hydrogène ferrique et ferrique et l'iode. 3ème groupe: acide nitrique et acide perchlorique, qui ne sont précipités ni par le nitrate d'argent ni par le chlorure de baryum.

Cependant, il faut garder à l'esprit que les réactifs indiqués pour les acides ne sont pas des réactifs généraux qui pourraient être utilisés pour séparer les acides en groupes. Ces réactifs ne peuvent donner qu'une indication sur la présence d'un groupe acide ou autre, et pour découvrir chaque acide individuellement, il faut utiliser les réactions privées qui leur appartiennent. La classification ci-dessus des métaux et des non-métaux (métalloïdes) aux fins de la chimie analytique a été adoptée dans les écoles et laboratoires russes (selon N.A. Menshutkin, une autre classification a été adoptée, basée cependant essentiellement sur les mêmes principes) ;

Base théorique des réactions

Les fondements théoriques des réactions d'analyse chimique qualitative dans les solutions doivent être recherchés, comme déjà indiqué ci-dessus, dans les départements de chimie générale et physique sur les solutions et l'affinité chimique. L'un des premiers questions critiques est l'état de tous les minéraux dans des solutions aqueuses dans lequel, selon la théorie de la dissociation électrolytique, toutes les substances appartenant aux classes de sels, d'acides et d'alcalis se dissocient en ions. Par conséquent, toutes les réactions d’analyse chimique ne se produisent pas entre des molécules entières de composés, mais entre leurs ions. Par exemple, la réaction du chlorure NaCl de sodium et le nitrate d'argent AgNO 3 se produit selon l'équation :

Na + + Cl - + Ag + + (NO 3) - = AgCl↓ + Na + + (NO 3) - ion sodium + ion chlore + ion argent + anion acide nitrique = sel insoluble+ anion acide nitrique

Par conséquent, le nitrate d’argent n’est pas un réactif pour le chlorure de sodium ou l’acide chlorhydrique, mais uniquement pour l’ion chlore. Ainsi, pour chaque sel en solution, du point de vue de la chimie analytique, son cation (ion métallique) et son anion (résidu acide) doivent être considérés séparément. Pour un acide libre, il faut considérer les ions hydrogène et un anion ; enfin, pour chaque alcali - un cation métallique et un anion hydroxyle. Et essentiellement la tâche la plus importante L'analyse chimique qualitative est l'étude des réactions de divers ions et de la manière de les ouvrir et de les séparer les uns des autres.

Pour atteindre ce dernier objectif, par l'action de réactifs appropriés, les ions sont convertis en composés insolubles qui précipitent de la solution sous forme de précipitation, ou sont isolés des solutions sous forme de gaz. Dans la même théorie de la dissociation électrolytique, il faut chercher une explication de l'action des indicateurs chimiques, qui trouvent souvent une application en analyse chimique. Selon la théorie de W. Ostwald, tous les indicateurs chimiques sont des acides relativement faibles, partiellement dissociés dans les solutions aqueuses. De plus, certains d'entre eux ont des molécules entières incolores et des anions colorés, d'autres, au contraire, ont des molécules colorées et un anion incolore ou un anion de couleur différente ; Lorsqu'ils sont exposés à l'influence des ions hydrogène libres d'acides ou des ions hydroxyles d'alcalis, les indicateurs chimiques peuvent modifier leur degré de dissociation et en même temps leur couleur. Les indicateurs les plus importants sont :

1. Méthylorange, qui en présence d'ions hydrogène libres ( réaction acide) donne une couleur rose, et en présence de sels neutres ou d'alcalis donne une couleur jaune ;
2. Phénolphtaléine - en présence d'ions hydroxyle ( réaction alcaline) donne une couleur rouge caractéristique et est incolore en présence de sels ou d'acides neutres ;
3. Le tournesol devient rouge sous l'influence des acides, et devient bleu sous l'influence des alcalis, et enfin
4. La curcumine brunit sous l'influence des alcalis et, en présence d'acides, reprend une couleur jaune.

Les indicateurs chimiques ont des applications très importantes dans l'analyse chimique volumétrique (voir ci-dessous). Dans les réactions d'analyse chimique qualitative, on rencontre souvent le phénomène d'hydrolyse, c'est-à-dire la décomposition des sels sous l'influence de l'eau, et solution aqueuse acquiert une réaction alcaline ou acide plus ou moins forte.

Progrès de l’analyse chimique qualitative

Dans une analyse chimique qualitative, il est important de déterminer non seulement quels éléments ou composés entrent dans la composition d'une substance donnée, mais également dans quelles quantités relatives approximatives ces composants se trouvent. À cette fin, il est toujours nécessaire de partir de certaines quantités de la substance analysée (il suffit généralement de prendre 0,5 à 1 gramme) et, lors de l'analyse, de comparer la quantité de précipitations individuelles entre elles. Il faut également utiliser des solutions de réactifs d'une certaine force, à savoir : normal, demi-normal, un dixième de la normale.

Chaque analyse chimique qualitative est divisée en trois parties :

1. essai préliminaire,
2. découverte de métaux (cations),
3. découverte de non-métaux (métalloïdes) ou d'acides (anions).

Concernant la nature de l’analyte, quatre cas peuvent se présenter :

1. substance solide non métallique,
2. substance solide sous forme de métal ou d'alliage métallique,
3. liquide (solution),

Lors de l'analyse substance solide non métallique Tout d'abord, un examen externe et un examen microscopique sont effectués, ainsi qu'un test préliminaire utilisant les méthodes d'analyse ci-dessus sous forme sèche. Initialement, un échantillon d'une substance est dissous, selon sa nature, dans l'un des solvants suivants : eau, acide chlorhydrique, acide nitrique et eau régale (un mélange d'acides chlorhydrique et nitrique). Les substances qui ne peuvent se dissoudre dans aucun des solvants ci-dessus sont transférées en solution à l'aide de techniques spéciales, telles que : la fusion avec de la soude ou de la potasse, l'ébullition avec une solution de soude, le chauffage avec certains acides, etc. La solution résultante est soumise à une analyse systématique. avec isolement préalable des métaux et des acides en groupes et les diviser ensuite en éléments individuels, en utilisant leurs réactions privées caractéristiques.

Lors de l'analyse alliage métallique un certain échantillon de celui-ci est dissous dans de l'acide nitrique (dans de rares cas dans l'eau régale) et la solution résultante est évaporée à sec, après quoi le résidu solide est dissous dans l'eau et soumis à une analyse systématique.

Si la substance est liquide, tout d'abord, on fait attention à sa couleur, son odeur et sa réaction au tournesol (acide, alcalin, neutre). Pour vérifier la présence de substances dans la solution solides, une petite partie du liquide est évaporée sur une plaque de platine ou un verre de montre. Après ces tests préliminaires, le liquide est apalisé selon les méthodes classiques.

Analyse gaz produit par certains méthodes spéciales indiqué dans l’analyse quantitative.

Méthodes d'analyse chimique quantitative

L'analyse chimique quantitative vise à déterminer les quantités relatives des constituants individuels de tout composé ou mélange chimique. Les méthodes utilisées dépendent des qualités et de la composition de la substance, et donc l'analyse chimique quantitative doit toujours être précédée d'une analyse chimique qualitative.

Pour effectuer une analyse quantitative, deux méthodes différentes peuvent être utilisées : gravimétrique et volumétrique. Avec la méthode du poids, les corps à déterminer sont isolés sous forme, si possible, de composés insolubles ou peu solubles de composition chimique connue, et leur poids est déterminé, sur la base duquel la quantité de l'élément souhaité peut être trouvée par calcul. En analyse volumétrique, les volumes de solutions titrées (contenant une certaine quantité de réactif) utilisés pour l'analyse sont mesurés. De plus, un certain nombre de méthodes spéciales d'analyse chimique quantitative diffèrent, à savoir :

1. électrolytique basé sur la séparation des métaux individuels par électrolyse,
2. colorimétrique, produit en comparant l'intensité de la couleur d'une solution donnée avec la couleur d'une solution d'une certaine force,
3. analyse organique, consistant en la combustion de matière organique dans dioxyde de carbone C0 2 et eau H 2 0 et en détermination par la quantité de leur teneur relative en carbone et en hydrogène dans la substance,
4. analyse de gaz, consistant à déterminer par des méthodes particulières les qualités et composition quantitative des gaz ou des mélanges de ceux-ci.

Représente un groupe très spécial analyse chimique médicale, couvrant un certain nombre de méthodes différentes pour étudier le sang, l'urine et d'autres déchets du corps humain.

Analyse chimique quantitative par gravité

Les méthodes d’analyse chimique quantitative gravimétrique sont de deux types : méthode d'analyse directe Et méthode d'analyse indirecte (indirecte). Dans le premier cas, le composant à déterminer est isolé sous la forme d'un composé insoluble et le poids de ce dernier est déterminé. L'analyse indirecte est basée sur le fait que deux ou plusieurs substances soumises au même traitement chimique subissent des modifications inégales de leur poids. Disposant par exemple d'un mélange de chlorure de potassium et de nitrate de sodium, vous pouvez déterminer le premier d'entre eux par analyse directe, en précipitant le chlore sous forme de chlorure d'argent et en le pesant. S'il existe un mélange de sels de potassium et de chlorure de sodium, vous pouvez déterminer indirectement leur rapport en précipitant tout le chlore sous forme de chlorure d'argent et en déterminant son poids, suivi d'un calcul.

Analyse chimique volumétrique

Analyse d'électrolyse

Méthodes colorimétriques

Analyse organique élémentaire

Analyse de gaz

Classification des méthodes de chimie analytique

• Méthodes d'analyse élémentaire
  • Analyse spectrale des rayons X (fluorescence des rayons X)
  • Analyse d'activation neutronique ( Anglais) (voir analyse de radioactivation)
  • Spectrométrie électronique Auger (EOS) ( Anglais); voir effet Auger
  • La spectrométrie atomique analytique est un ensemble de méthodes basées sur la transformation d'échantillons analysés à l'état d'atomes libres individuels, dont les concentrations sont ensuite mesurées spectroscopiquement (parfois, l'analyse par fluorescence X est également incluse ici, bien qu'elle ne soit pas basée sur l'échantillon). atomisation et n’est pas associé à la spectroscopie de vapeur atomique).
    • MS - spectrométrie de masse avec enregistrement des masses d'ions atomiques
      • ICP-MS - spectrométrie de masse à plasma inductif (voir plasma inductif en spectrométrie de masse)
      • LA-ICP-MS - spectrométrie de masse avec ablation plasma et laser à couplage inductif
      • LIMS - spectrométrie de masse à étincelle laser ; voir ablation laser (exemple commercial : LAMAS-10M)
      • MSVI - Spectrométrie de masse des ions secondaires (SIMS)
      • TIMS - spectrométrie de masse à ionisation thermique (TIMS)
      • Spectrométrie de masse par accélérateur de particules à haute énergie (AMS)
    • AAS - spectrométrie d'absorption atomique
      • ETA-AAS - spectrométrie d'absorption atomique avec atomisation électrothermique (voir spectromètres d'absorption atomique)
      • SVZR - spectroscopie du temps de décroissance des cavités (CRDS)
      • VRLS - spectroscopie laser intracavité
    • AES - spectrométrie d'émission atomique
      • étincelle et arc comme sources de rayonnement (voir décharge par étincelle ; arc électrique)
      • ICP-AES - spectrométrie d'émission atomique à plasma à couplage inductif
      • LIES - spectrométrie d'émission d'étincelles laser (LIBS ou LIPS) ; voir ablation au laser
    • AFS - spectrométrie de fluorescence atomique (voir fluorescence)
      • ICP-AFS - spectrométrie de fluorescence atomique avec plasma à couplage inductif (appareils Baird)
      • LAFS - spectrométrie de fluorescence atomique laser
      • APS sur lampes à cathode creuse (exemple commercial : AI3300)
    • AIS - spectrométrie d'ionisation atomique
      • LAIS (LIIS) - ionisation atomique laser ou spectroscopie d'ionisation intensifiée par laser (eng. Ionisation améliorée par laser, LEI )
      • RIMS - spectrométrie de masse à ionisation par résonance laser
      • OG - optogalvanique (LOGS - spectroscopie optogalvanique laser)

• Autres méthodes d'analyse
  • titrimétrie, analyse volumétrique
  • analyse gravimétrique - gravimétrie, électrogravimétrie
  • spectrophotométrie (généralement absorption) gaz moléculaires et matière condensée
    • spectrométrie électronique (spectre visible et spectrométrie UV) ; voir spectroscopie électronique
    • spectrométrie vibrationnelle (spectrométrie IR) ; voir spectroscopie vibrationnelle
  • spectroscopie Raman ; voir effet Raman
  • analyse de luminescence
  • spectrométrie de masse avec enregistrement des masses d'ions moléculaires et amas, radicaux
  • spectrométrie de mobilité ionique (

INSTITUT AUTOMOBILE ET ROUTIER DE MOSCOU (UNIVERSITÉ TECHNIQUE D'ÉTAT)

Département de chimie

J'approuve le chef. professeur au département

I.M. Papisov "___" ____________ 2007

Les AA LITMANOVITCH, O.E. LITMANOVITCH

CHIMIE ANALYTIQUE Partie 1. Analyse chimique qualitative

Manuel méthodique

pour les étudiants de deuxième année de la spécialité « Ingénierie Protection de l’Environnement »

MOSCOU 2007

Litmanovitch A.A., Litmanovitch O.E. Chimie analytique : Partie 1 : Analyse chimique qualitative : Manuel méthodologique / MADI

(GTU) - M., 2007. 32 p.

Le principal lois chimiques analyse qualitative des composés inorganiques et leur applicabilité pour déterminer la composition des objets environnementaux. Le manuel est destiné aux étudiants de la spécialité « Ingénierie Protection de l'Environnement ».

© Institut automobile et routier de Moscou (Université technique d'État), 2008

CHAPITRE 1. SUJET ET TÂCHES DE CHIMIE ANALYTIQUE. RÉACTIONS ANALYTIQUES

1.1. Sujet et tâches de la chimie analytique

Chimie analytique– la science des méthodes d'étude de la composition des substances. Grâce à ces méthodes, il est établi quels éléments chimiques, sous quelle forme et en quelles quantités sont contenus dans l'objet étudié. En chimie analytique, il existe deux grandes sections : l’analyse qualitative et quantitative. La chimie analytique résout les problèmes assignés à l'aide de méthodes chimiques et instrumentales (physiques, physico-chimiques).

Dans les méthodes chimiques d'analyse l'élément à déterminer est converti en un composé possédant des propriétés permettant d'établir la présence de cet élément ou d'en mesurer la quantité. L'un des principaux moyens de mesurer la quantité d'un composé formé est de déterminer la masse de la substance en pesant sur une balance analytique - la méthode d'analyse gravimétrique. Les méthodes d'analyse chimique quantitative et les méthodes instrumentales d'analyse seront abordées dans la partie 2. manuel méthodologique en chimie analytique.

Une direction actuelle dans le développement de la chimie analytique moderne est le développement de méthodes d'analyse des objets environnementaux, des déchets et des eaux usées, des émissions de gaz des entreprises industrielles et du transport routier. Le contrôle analytique permet de détecter la teneur excessive en composants particulièrement nocifs dans les rejets et les émissions, et contribue à identifier les sources de pollution de l'environnement.

L'analyse chimique repose sur les lois fondamentales de la chimie générale et inorganique, que vous connaissez déjà. Fondements théoriques l'analyse chimique comprend : la connaissance des propriétés des solutions aqueuses ; équilibre acido-basique dans l'eau

des solutions ; équilibres rédox et propriétés des substances ; modèles de réactions de formation complexes ; conditions de formation et de dissolution de la phase solide (précipités).

1.2. Réactions analytiques. Conditions et modalités de leur mise en œuvre

L'analyse chimique qualitative est réalisée à l'aide de réactions analytiques, accompagné de notables changements externes: par exemple, le dégagement de gaz, un changement de couleur, la formation ou la dissolution d'un précipité, dans certains cas - l'apparition d'une odeur spécifique.

Exigences de base pour les réactions analytiques :

1) Haute sensibilité, caractérisé par la valeur de la limite de détection (Cmin) - la concentration la plus faible d'un composant dans un échantillon de solution à laquelle cette technique d'analyse permet de détecter de manière fiable ce composant. Absolu valeur minimale la masse d'une substance détectable par des réactions analytiques varie de 50 à 0,001 μg (1 μg = 10–6 g).

2) Sélectivité– caractérisé par la capacité d’un réactif à réagir autant que possible avec moins composants (éléments). En pratique, ils tentent de détecter les ions dans des conditions dans lesquelles la réaction sélective devient spécifique, c'est-à-dire permet de détecter un ion donné en présence d'autres ions. Comme exemples de réactions spécifiques(dont il y en a peu) on peut citer les suivants.

a) Interaction des sels d'ammonium avec l'excès d'alcali lorsqu'ils sont chauffés :

NH4Cl + NaOH → NH3 + NaCl + H2O. (1)

L’ammoniac dégagé est facilement reconnaissable à son odeur caractéristique (« ammoniac") soit par un changement de couleur du papier indicateur humide apporté au col de l'éprouvette. Réaction

permet de détecter la présence d'ions ammonium NH4+ dans la solution analysée.

b) L'interaction des sels de fer ferreux avec l'hexacyanoferrate de potassium (III) K3 avec formation d'un précipité bleu (bleu Turnbull, ou bleu de Prusse). Réaction (vous êtes bien familier sur le thème « Corrosion des métaux » dans le cours

Ces réactions permettent de détecter les ions Fe2+ et Fe3+ dans la solution analysée.

Les réactions spécifiques sont pratiques car la présence d'ions inconnus peut être déterminée par une méthode fractionnaire - dans des échantillons séparés de la solution analysée contenant d'autres ions.

3) La vitesse de la réaction ( grande vitesse ) et facilité de mise en œuvre.

La vitesse de réaction élevée garantit que l'équilibre thermodynamique est atteint dans le système au sein de peu de temps(presque au rythme du mélange des composants lors des réactions en solution).

Lors de la réalisation de réactions analytiques, il est nécessaire de se rappeler ce qui détermine le déplacement de l'équilibre de la réaction dans la direction souhaitée et sa progression vers grande profondeur transformations Pour les réactions se produisant dans des solutions aqueuses d'électrolytes, le changement d'équilibre thermodynamique est influencé par la concentration des ions du même nom, le pH du milieu et la température. Cela dépend notamment de la température la valeur des constantes d’équilibre – constantes

dissociation pour électrolytes faibles et produits de solubilité (SP) pour les sels légèrement solubles, les bases

Ces facteurs déterminent la profondeur de la réaction, le rendement du produit et la précision de la détermination de l'analyte (ou la possibilité même de détecter un ion spécifique à une petite quantité et concentration de l'analyte).

La sensibilité de certaines réactions augmente dans une solution organique aqueuse, par exemple lorsque de l'acétone ou de l'éthanol est ajouté à une solution aqueuse. Par exemple, dans une solution aqueuse-éthanol, la solubilité de CaSO4 est nettement inférieure à celle d'une solution aqueuse (la valeur PR est plus petite), ce qui permet de détecter sans ambiguïté la présence d'ions Ca2+ dans la solution analysée à des concentrations beaucoup plus faibles. que dans une solution aqueuse, et aussi pour libérer la solution la plus complètement possible de ces ions (précipitation avec H2 SO4) pour poursuivre l'analyse de la solution.

Dans l'analyse chimique qualitative, une séquence rationnelle de séparation et de détection des ions est développée - un flux (schéma) d'analyse systématique. Dans ce cas, les ions sont isolés du mélange en groupes, sur la base de leur relation identique avec l'action de certains réactifs de groupe.

Une partie de la solution analysée est utilisée, à partir de laquelle des groupes d'ions sont séquentiellement isolés sous forme de précipités et de solutions, dans lesquels des ions individuels sont ensuite détectés. . L'utilisation de réactifs de groupe permet de décomposer tâche difficile analyse qualitative en un certain nombre d’analyses plus simples. Le rapport des ions à l'action de certains

les réactifs de groupe sont la base classification analytique ions.

1.3. Analyse préliminaire d'une solution aqueuse contenant un mélange de sels par couleur, odeur, valeur du pH

La présence de couleur dans une solution transparente proposée à l'analyse peut indiquer la présence d'un ou plusieurs ions à la fois (tableau 1). L'intensité de la couleur dépend de la concentration de l'ion dans l'échantillon et la couleur elle-même peut changer si

Les cations métalliques forment des ions complexes plus stables que les cations complexes avec des molécules H2 O comme ligands, pour lesquels la couleur de la solution est indiquée dans le tableau. 1.

Mesurer le pH de la solution proposée ( si la solution est préparée dans l'eau, et pas dans une solution alcaline ou acide) également

Les solutions aqueuses de certains sels peuvent avoir des odeurs spécifiques en fonction du pH de la solution en raison de la formation de composés instables (en décomposition) ou volatils. En ajoutant des solutions NaOH ou

acide fort (HCl, H2 SO4), vous pouvez renifler doucement la solution (tableau 3).

Tableau 3

La raison de l'apparition de l'odeur (voir tableau 3) est la propriété bien connue des réactions dans les solutions électrolytiques - le déplacement des acides ou des bases faibles (souvent des solutions aqueuses de substances gazeuses) de leurs sels. acides forts et les motifs en conséquence.

CHAPITRE 2. ANALYSE CHIMIQUE QUALITATIVE DES CATIONS

2.1. Méthode acide-base pour classer les cations en groupes analytiques

La méthode d'analyse qualitative acido-basique (basique) la plus simple et la moins « nocive » est basée sur le rapport cations/acides et bases. Les cations sont classés selon les critères suivants :

a) solubilité des chlorures, sulfates et hydroxydes ; b) caractère basique ou amphotère des hydroxydes ;

c) la capacité de former des composés complexes stables avec l'ammoniac (NH3) - ammoniac (c'est-à-dire des complexes d'ammine).

Tous les cations sont divisés en six groupes analytiques à l'aide de 4 réactifs : solution de HCl 2M, solution de H2SO4 1M, solution de NaOH 2M et solution d'ammoniaque concentrée.

NH4OH (15-17%) (Tableau 4).

Tableau 4 Classification des cations par groupes analytiques

Bien entendu, la liste des cations donnée est loin d'être complète et comprend les cations les plus fréquemment rencontrés en pratique dans les échantillons analysés. De plus, il existe d'autres principes de classification par groupes analytiques.

2.2. Analyse intragroupe des cations et réactions analytiques leur détection

2.2.1. Premier groupe (Ag+, Pb2+)

Solution test contenant les cations Ag+, Pb2+

↓ + Solution 2M de HCl + C 2 H5 OH (pour réduire la solubilité de PbCl2)

Si PC > PR, précipités blancs d'un mélange de chlorures,

qui sont séparés de la solution (la solution n'est pas analysée) :

Ag+ + Cl– ↔ AgCl↓ et Pb2+ + 2Cl– ↔ PbCl2 ↓ (3)

Il est évident qu’à de faibles concentrations de cations précipités, la concentration d’anions Cl– devrait être relativement élevée.

↓ À une partie du sédiment + H2 O (distillé) + ébullition

↓ À la 2ème partie du sédiment d'un mélange de chlorures + 30%

I. Chimie et médecine

1. Sujet, buts et objectifs de la chimie analytique. Un bref aperçu historique du développement de la chimie analytique. La place de la chimie analytique parmi les sciences naturelles et dans le système d'enseignement médical.

Chimie analytique – la science des méthodes permettant de déterminer la composition des substances. Article son - résoudre les problèmes généraux de la théorie de l'analyse chimique, améliorer les méthodes d'analyse existantes et développer de nouvelles méthodes d'analyse plus rapides et plus précises (c'est-à-dire la théorie et la pratique de l'analyse chimique). Tâche - développement de la théorie des méthodes d'analyse chimiques et physicochimiques, des procédés et opérations dans la recherche scientifique, amélioration des anciennes méthodes d'analyse, développement des MA express et à distance, développement des méthodes d'ultra- et microanalyse.

Selon l'objet d'étude, la chimie analytique divisé en analyse inorganique et organique. La chimie analytique fait référence aux sciences appliquées. Sa signification pratique est très diversifiée. À l'aide de méthodes d'analyse chimique, certaines lois ont été découvertes - la loi de constance de la composition, la loi des rapports multiples, les masses atomiques des éléments ont été déterminées,

des équivalents chimiques, des formules chimiques de nombreux composés ont été établies, etc.

La chimie analytique contribue grandement au développement des sciences naturelles : géochimie, géologie, minéralogie, physique, biologie, agrochimie, métallurgie, technologie chimique, médecine, etc.

Objet de l'analyse qualitative- développement des fondements théoriques, amélioration de ceux existants et développement de nouvelles méthodes plus avancées pour déterminer la composition élémentaire des substances. Le défi de l’analyse qualitative- détermination de la « qualité » des substances ou détection d'éléments ou d'ions individuels qui composent le composé étudié.

Les réactions analytiques qualitatives selon la méthode de leur mise en œuvre sont divisées en réactions voie « humide » et « sèche ». Les réactions par voie « humide » sont de la plus haute importance. Pour les réaliser, la substance d'essai doit d'abord être dissoute.

Dans l'analyse qualitative, seules sont utilisées les réactions accompagnées d'effets externes clairement visibles pour l'observateur : un changement de couleur de la solution ; précipitation ou dissolution des sédiments; dégagement de gaz avec une odeur ou une couleur caractéristique.

Les réactions accompagnées de la formation de précipitations et d'un changement de couleur de la solution sont particulièrement souvent utilisées. De telles réactions sont appelées réactions « découvertes», puisqu'avec leur aide les ions présents dans la solution sont détectés.

Les réactions sont également largement utilisées identification, à l'aide duquel l'exactitude de la "découverte" d'un ion particulier est vérifiée. Enfin, des réactions de précipitation sont utilisées, qui séparent généralement un groupe d'ions d'un autre ou un ion d'autres ions.

En fonction de la quantité de substance analysée, du volume de la solution et de la technique permettant d'effectuer des opérations individuelles, les méthodes chimiques d'analyse qualitative sont divisées pour macro, micro, semi-micro et ultra-microanalyse etc.

II. Analyse qualitative

2. Concepts de base de la chimie analytique. Types de réactions analytiques et réactifs. Exigences d'analyse, de sensibilité, de sélectivité dans la détermination de la composition des substances.

Réaction analytique - chimie. une réaction utilisée pour séparer, détecter et quantifier des éléments, des ions, des molécules. Elle doit s'accompagner d'un effet analytique (précipitation, dégagement de gaz, changement de couleur, changement d'odeur).

Par type de réactions chimiques :

Général– les signaux analytiques sont les mêmes pour de nombreux ions. Le réactif est général. Exemple : précipitation d'hydroxydes, carbonates, sulfures, etc.

Groupe– les signaux analytiques sont caractéristiques d'un certain groupe d'ions ayant des propriétés similaires. Le réactif est un réactif de groupe. Exemple : précipitation des ions Ag+, Pb 2+ avec le réactif - acide chlorhydrique avec formation de précipités blancs AgCl, PbCl 2

Les réactions générales et de groupe sont utilisées pour isoler et séparer les ions d'un mélange complexe.

Sélectif– les signaux analytiques sont les mêmes pour un nombre limité d’ions. Le réactif est sélectif. Exemple : lorsque le réactif NH 4 SCN agit sur un mélange de cations, seuls deux cations forment des composés complexes colorés : rouge sang 3-

et bleu 2-

Spécifique– le signal analytique est caractéristique d'un seul ion. Le réactif est spécifique. Il y a très peu de telles réactions.

Par type de signal analytique :

Coloré

Précipitatif

Émettant du gaz

Microcristallin

Par fonction :

Réactions de détection (identification)

Réactions de séparation (séparation) pour éliminer les ions interférents par précipitation, extraction ou sublimation.

Par techniques :

Éprouvette– sera réalisé en éprouvettes.

Goutte sont exécutés :

Sur papier filtre

Sur un verre de montre ou une diapositive.

Dans ce cas, 1 à 2 gouttes de la solution analysée et 1 à 2 gouttes d'un réactif donnant une couleur caractéristique ou la formation de cristaux sont appliquées sur une plaque ou du papier. Lors de la réalisation de réactions sur du papier filtre, les propriétés d'adsorption du papier sont utilisées. Une goutte de liquide appliquée sur le papier se dissout rapidement par les capillaires et le composé coloré est adsorbé sur une petite zone de la feuille. S'il y a plusieurs substances dans une solution, leur vitesse de déplacement peut être différente, ce qui donne la répartition des ions sous forme de zones concentriques. En fonction du produit de solubilité du précipité - ou en fonction de la constante de stabilité des composés complexes : plus leurs valeurs sont élevées, plus une certaine zone est proche du centre ou au centre.

La méthode des gouttes a été développée par le chimiste soviétique N.A. Tananaev.

Réactions microcristallines sont basés sur la formation de composés chimiques qui ont une forme, une couleur et une capacité de réfraction de la lumière caractéristiques des cristaux. Elles sont réalisées sur lames de verre. Pour ce faire, appliquez 1 à 2 gouttes de solution de test et 1 à 2 gouttes de réactif à côté d'un verre propre avec une pipette capillaire, mélangez-les soigneusement avec une tige de verre sans remuer. Ensuite, le verre est placé sur une platine de microscope et le sédiment formé sur place est examiné.

contact des gouttes.

Pour une utilisation appropriée dans l'analyse des réactions, il convient de prendre en compte sensibilité à la réaction . Elle est déterminée par la plus petite quantité de la substance souhaitée pouvant être détectée par un réactif donné dans une goutte de solution (0,01-0,03 ml). La sensibilité s'exprime par un certain nombre de grandeurs :

Ouverture minimale- la plus petite quantité de substance contenue dans la solution d'essai et ouverte par un réactif donné dans certaines conditions de réaction.

Concentration minimale (limite) montre à quelle concentration la plus basse de solution cette réaction permet de découvrir sans ambiguïté la substance détectée dans une petite partie de la solution.

Limiter la dilution- la quantité maximale de diluant à laquelle la substance peut encore être déterminée.

Conclusion: La réaction analytique est plus sensible, plus le minimum d'ouverture est faible, plus la concentration minimale est faible, mais plus la dilution maximale est élevée.