4.2. MÉTHODES CHROMATOGRAPHIQUES

4.3. MÉTHODES CHIMIQUES

4.4. MÉTHODES ÉLECTROCHIMIQUES

4.5. MÉTHODES SPECTROSCOPIQUES

4.6. MÉTHODES SPECTROMÉTRIQUES DE MASSE

4.7. MÉTHODES D'ANALYSE BASÉES SUR LA RADIOACTIVITÉ

4.8. MÉTHODES THERMIQUES

4.9. MÉTHODES D'ANALYSE BIOLOGIQUE

5. CONCLUSION

6. LISTE DES RÉFÉRENCES UTILISÉES

INTRODUCTION

L'analyse chimique sert de moyen de surveillance de la production et de la qualité des produits dans un certain nombre de secteurs de l'économie nationale. L'exploration minérale s'appuie, à des degrés divers, sur les résultats d'analyses. L'analyse est le principal moyen de surveillance de la pollution de l'environnement. La détermination de la composition chimique des sols, des engrais, des aliments pour animaux et des produits agricoles est importante pour le fonctionnement normal du complexe agro-industriel. L'analyse chimique est indispensable dans le diagnostic médical et la biotechnologie. Le développement de nombreuses sciences dépend du niveau d’analyse chimique et de l’équipement du laboratoire en méthodes, instruments et réactifs.

La base scientifique de l’analyse chimique est la chimie analytique, une science qui fait partie, et parfois la partie principale, de la chimie depuis des siècles.

La chimie analytique est la science qui consiste à déterminer la composition chimique des substances et, en partie, leur structure chimique. Les méthodes de chimie analytique permettent de répondre aux questions sur la composition d'une substance et les composants qui la composent. Ces méthodes permettent souvent de savoir sous quelle forme un composant donné est présent dans une substance, par exemple pour déterminer l'état d'oxydation d'un élément. Il est parfois possible d'estimer la disposition spatiale des composants.

Lors du développement de méthodes, vous devez souvent emprunter des idées à des domaines scientifiques connexes et les adapter à vos objectifs. La tâche de la chimie analytique consiste à développer les fondements théoriques des méthodes, à établir les limites de leur applicabilité, à évaluer les caractéristiques métrologiques et autres et à créer des méthodes d'analyse de divers objets.

Les méthodes et moyens d'analyse sont en constante évolution : de nouvelles approches sont impliquées, de nouveaux principes et phénomènes sont utilisés, souvent issus de domaines de connaissance lointains.

La méthode d'analyse s'entend comme une méthode assez universelle et théoriquement justifiée pour déterminer la composition, quel que soit le composant à déterminer et l'objet à analyser. Lorsqu’ils parlent d’une méthode d’analyse, ils entendent le principe sous-jacent, une expression quantitative de la relation entre la composition et toute propriété mesurée ; techniques de mise en œuvre sélectionnées, y compris l'identification et l'élimination des interférences ; dispositifs de mise en œuvre pratique et méthodes de traitement des résultats de mesure. Une technique d'analyse est une description détaillée de l'analyse d'un objet donné à l'aide de la méthode sélectionnée.

Trois fonctions de la chimie analytique en tant que domaine de connaissance peuvent être distinguées :

1. résoudre des questions générales d'analyse,

2. développement de méthodes analytiques,

3. résoudre des problèmes d'analyse spécifiques.

Vous pouvez également mettre en évidence qualitatif Et quantitatif essais. Le premier résout la question de savoir quels composants comprend l'objet analysé, le second fournit des informations sur le contenu quantitatif de tous les composants ou de certains composants.

2. CLASSIFICATION DES MÉTHODES

Toutes les méthodes existantes de chimie analytique peuvent être divisées en méthodes d'échantillonnage, de décomposition des échantillons, de séparation des composants, de détection (identification) et de détermination. Il existe des méthodes hybrides combinant séparation et détermination. Les méthodes de détection et de définition ont de nombreux points communs.

Les méthodes de détermination sont de la plus haute importance. Ils peuvent être classés selon la nature de la propriété mesurée ou la méthode d'enregistrement du signal correspondant. Les méthodes de détermination sont divisées en chimique , physique Et biologique. Les méthodes chimiques sont basées sur des réactions chimiques (y compris électrochimiques). Cela inclut également les méthodes dites physico-chimiques. Les méthodes physiques sont basées sur des phénomènes et des processus physiques, les méthodes biologiques sont basées sur le phénomène de la vie.

Les principales exigences des méthodes de chimie analytique sont : la précision et la bonne reproductibilité des résultats, la faible limite de détection des composants requis, la sélectivité, la rapidité, la facilité d'analyse et la possibilité de son automatisation.

Lors du choix d'une méthode d'analyse, vous devez connaître clairement le but de l'analyse, les tâches à résoudre et évaluer les avantages et les inconvénients des méthodes d'analyse disponibles.

3. SIGNAL ANALYTIQUE

Après le prélèvement et la préparation de l'échantillon, commence l'étape de l'analyse chimique, au cours de laquelle le composant est détecté ou sa quantité est déterminée. A cet effet, ils mesurent signal analytique. Dans la plupart des méthodes, le signal analytique est la moyenne des mesures d'une grandeur physique au stade final de l'analyse, fonctionnellement liée au contenu du composant déterminé.

S'il est nécessaire de détecter un composant, il est généralement corrigé apparence signal analytique - apparition d'un précipité, couleur, raie dans le spectre, etc. L'apparition d'un signal analytique doit être enregistrée de manière fiable. Lors de la détermination de la quantité d'un composant, celle-ci est mesurée ordre de grandeur signal analytique - masse de sédiments, intensité du courant, intensité des raies spectrales, etc.

4. MÉTHODES DE CHIMIE ANALYTIQUE

4.1. MÉTHODES DE MASQUAGE, SÉPARATION ET CONCENTRATION

Masquage.

Le masquage est l'inhibition ou la suppression complète d'une réaction chimique en présence de substances susceptibles de modifier sa direction ou sa vitesse. Dans ce cas, aucune nouvelle phase n’est formée. Il existe deux types de masquage : thermodynamique (équilibre) et cinétique (hors équilibre). Avec le masquage thermodynamique, des conditions sont créées dans lesquelles la constante de réaction conditionnelle est réduite à un point tel que la réaction se déroule de manière insignifiante. La concentration du composant masqué devient insuffisante pour enregistrer de manière fiable le signal analytique. Le masquage cinétique est basé sur l'augmentation de la différence entre les vitesses de réaction des substances masquées et analytes avec le même réactif.

Séparation et concentration.

La nécessité d'une séparation et d'une concentration peut être due aux facteurs suivants : l'échantillon contient des composants qui interfèrent avec la détermination ; la concentration du composant à déterminer est inférieure à la limite de détection de la méthode ; les composants à déterminer sont inégalement répartis dans l'échantillon ; il n'existe pas d'échantillons standards pour l'étalonnage des instruments ; l'échantillon est hautement toxique, radioactif et coûteux.

Séparation est une opération (processus) à la suite de laquelle les composants qui composent le mélange initial sont séparés les uns des autres.

Concentration est une opération (processus) qui entraîne une augmentation du rapport entre la concentration ou la quantité de microcomposants et la concentration ou la quantité de macrocomposants.

Précipitation et coprécipitation.

La précipitation est généralement utilisée pour séparer les substances inorganiques. La précipitation des microcomposants avec des réactifs organiques, et notamment leur coprécipitation, permet d'obtenir un coefficient de concentration élevé. Ces méthodes sont utilisées en combinaison avec des méthodes de détermination conçues pour obtenir un signal analytique à partir d'échantillons solides.

La séparation par précipitation repose sur les différentes solubilités des composés, principalement dans les solutions aqueuses.

La co-précipitation est la répartition d'un microcomposant entre une solution et un sédiment.

Extraction.

L'extraction est un processus physico-chimique de répartition d'une substance entre deux phases, le plus souvent entre deux liquides non miscibles. C'est aussi un processus de transfert de masse avec des réactions chimiques.

Les méthodes d'extraction conviennent à la concentration, à l'extraction de microcomposants ou de macrocomposants, à l'isolement individuel et groupé de composants dans l'analyse d'une variété d'objets industriels et naturels. La méthode est simple et rapide à mettre en œuvre, offre une efficacité de séparation et de concentration élevée et est compatible avec diverses méthodes de détermination. L'extraction permet d'étudier l'état des substances en solution dans diverses conditions et de déterminer les caractéristiques physico-chimiques.

Absorption.

La sorption est bien utilisée pour séparer et concentrer des substances. Les méthodes de sorption offrent généralement une bonne sélectivité de séparation et des coefficients de concentration élevés.

Absorption– le processus d'absorption des gaz, vapeurs et substances dissoutes par des absorbeurs solides ou liquides sur un support solide (absorbants).

Séparation électrolytique et cémentation.

La méthode la plus courante est l'électrolyse, dans laquelle la substance séparée ou concentrée est isolée sur des électrodes solides à l'état élémentaire ou sous la forme d'une sorte de composé. Séparation électrolytique (électrolyse) basé sur le dépôt d'une substance par courant électrique à un potentiel contrôlé. L’option la plus courante est le dépôt cathodique de métaux. Le matériau de l'électrode peut être du carbone, du platine, de l'argent, du cuivre, du tungstène, etc.

Électrophorèse est basé sur les différences dans les vitesses de déplacement de particules de différentes charges, formes et tailles dans un champ électrique. La vitesse de déplacement dépend de la charge, de l'intensité du champ et du rayon des particules. Il existe deux options pour l'électrophorèse : frontale (simple) et zonale (sur support). Dans le premier cas, un petit volume de solution contenant les composants à séparer est placé dans un tube contenant une solution électrolytique. Dans le second cas, le mouvement se produit dans un environnement stabilisant, qui maintient les particules en place une fois le champ électrique désactivé.

Méthode cimentation consiste en la réduction de composants (généralement en petites quantités) sur des métaux aux potentiels suffisamment négatifs ou des almagames de métaux électronégatifs. Lors de la cémentation, deux processus se produisent simultanément : cathodique (libération d'un composant) et anodique (dissolution du métal de cimentation).

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. L'établissement de la structure des composés chimiques et de leurs mélanges au niveau moléculaire est appelé analyse moléculaire. L'un des types d'analyse moléculaire des composés chimiques est l'analyse structurale, visant à étudier la structure atomique spatiale des substances, à établir des formules empiriques, des masses 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 aussi longtemps que la chimie au sens moderne du terme, et bon nombre des techniques utilisées remontent à une époque encore plus ancienne, l'ère de l'alchimie, dont l'une des tâches principales était de déterminer avec précision la composition de divers substances naturelles et 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, qui l'a enrichie d'un certain nombre de méthodes de travail et de fondements théoriques complètement nouveaux, parmi lesquels la doctrine des solutions (voir), la théorie de la 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 La détermination de la composition d'une substance par sa décomposition chimique séquentielle est appelée « 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 a son avantage sur les méthodes spectrométriques : elle 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 la préparation préliminaire de l'échantillon. 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 (substance amorphe ou cristalline), la couleur, l'odeur, le goût, etc. Dans ce cas, il est souvent déjà basé sur les seules propriétés externes, déterminées à l'aide des organes des sentiments humains, il semble possible d'établir la nature d'une substance donnée. Dans la plupart des cas, il est nécessaire de transformer une substance donnée en une nouvelle substance dotée de propriétés caractéristiques clairement définies, 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 ↓

Sachant 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 de respecter un certain nombre de conditions très importantes concernant la force des solutions du sel et du réactif étudié, la proportion des deux, la température, durée de l'interaction, etc. Lorsqu'on considère les précipitations formées lors de l'analyse des réactions chimiques, il est nécessaire de prêter attention à leur aspect, c'est-à-dire leur couleur, leur structure (précipités amorphes et cristallins), etc., ainsi qu'à leurs propriétés par rapport à la influence de la chaleur, d'acides ou d'alcalis, etc. Lors de l'interaction de solutions faibles, il est parfois nécessaire d'attendre la formation de sédiments jusqu'à 24 à 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 signes très 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 légèrement vert FeCl 2, la solution jaunit 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 les conditions nécessaires à la réduction ou à l'oxydation sont réunies. peut être trouvée, et équivaut à un chauffage à une température plus ou moins élevée.

Test de fusibilité Elle est réalisée principalement lors de l'étude des minéraux, dont un très petit fragment, fixé dans un mince fil de platine, est introduit dans la partie de la flamme qui a la température la plus élevée, puis, à l'aide d'une loupe, on observe comment 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 en billes de borax fondu ( 2 4 7 + 10 2 ) La substance testée est introduite en petite quantité dans des billes obtenues par fusion de ces sels sur un fil de platine, puis elles sont chauffées 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'une sarbacane 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 communes.

Les 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 les acides faibles. 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 de la division des 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 l'acide nitrique. Il s'agit notamment des acides : chromique, séreux, sulfureux, aqueux, carbonique, silicique, sulfurique, hydrofluorosilicique (sels de baryum, insolubles dans les acides), arsenic et arseneux. 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 les 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'une des premières questions les plus importantes est l'état de tous les minéraux dans les solutions aqueuses, dans lesquelles, 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 de sodium NaCl et du 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 la tâche la plus importante de l’analyse chimique qualitative est d’étudier les réactions de divers ions et de savoir comment les découvrir et 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 des applications 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. Le 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 en présence de sels ou d'acides neutres, elle est incolore ;
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 la 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 sont inclus 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 est également nécessaire d'utiliser des solutions de réactifs d'une certaine force, à savoir : normal, demi-normal, un dixième de normal.

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 certaines 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 obtenue est soumise à une analyse systématique. avec isolement préalable des métaux et des acides en groupes et leur séparation ultérieure 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 solides dans la solution, 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 des gaz produit par certaines méthodes spéciales indiquées 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 concentration,
3. analyse organique, qui consiste à brûler de la matière organique en dioxyde de carbone C0 2 et en eau H 2 0 et à déterminer par la quantité leur teneur relative en carbone et en hydrogène dans la substance,
4. analyse de gaz, qui consiste à déterminer par des méthodes particulières la composition qualitative et quantitative des gaz ou de leurs mélanges.

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 d'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) de gaz moléculaires et de 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

Boîte à outils

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.

Les lois chimiques fondamentales de l'analyse qualitative des composés inorganiques et leur applicabilité pour déterminer la composition d'objets environnementaux sont prises en compte. 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 du manuel méthodologique de 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. Les fondements théoriques de l'analyse chimique comprennent : la connaissance des propriétés des solutions aqueuses ; équilibre acido-basique dans l'eau

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, accompagnés de changements externes notables : par exemple, dégagement de gaz, changement de couleur, formation ou dissolution d'un précipité, dans certains cas, 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 en toute confiance ce composant. La valeur minimale absolue de la masse d'une substance pouvant être détectée par des réactions analytiques est de 50 à 0,001 μg (1 μg = 10–6 g).

2) Sélectivité– caractérisé par la capacité d’un réactif à réagir avec le moins de composants (éléments) possible. 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 libéré est facilement reconnaissable à son odeur caractéristique (« ammoniac ») ou au changement de couleur du papier indicateur humide amené sur le 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 en peu de temps (presque au taux de 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 son apparition à une grande profondeur de transformation. 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 les électrolytes faibles et produit de solubilité (SP) pour les sels et bases peu solubles

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 de 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 la tâche complexe de l'analyse qualitative en plusieurs tâches plus simples. Le rapport des ions à l'action de certains

les réactifs de groupe sont la base classification analytique des 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 par des acides et des bases forts, respectivement. .

CHAPITRE 2. ANALYSE CHIMIQUE QUALITATIVE DES CATIONS

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

La méthode acido-basique (basique) d'analyse qualitative 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 pour 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%

L'analyse quantitative s'exprime par une séquence de méthodes expérimentales qui déterminent la teneur (concentration) de composants individuels et d'impuretés dans un échantillon du matériau étudié. Sa tâche est de déterminer le rapport quantitatif des composés chimiques, des ions et des éléments qui composent les échantillons des substances étudiées.

Tâches

L'analyse qualitative et quantitative sont des branches de la chimie analytique. Ce dernier résout notamment diverses questions de la science et de la production modernes. Cette technique détermine les conditions optimales pour la mise en œuvre des processus technologiques chimiques, contrôle la qualité des matières premières, le degré de pureté des produits finis, y compris les médicaments, établit la teneur en composants des mélanges et la relation entre les propriétés des substances.

Classification

Les méthodes d'analyse quantitative sont divisées en :

• physique;
• chimique (classique);
• physico-chimique.

Méthode chimique

Elle est basée sur l'utilisation de divers types de réactions qui se produisent quantitativement dans des solutions, des gaz, des corps, etc. L'analyse chimique quantitative est divisée en :

• Gravimétrique (poids). Il s'agit d'une détermination précise (stricte) de la masse du composant analysé dans la substance étudiée.
• Titrimétrique (volumétrique). La composition quantitative de l'échantillon testé est déterminée par des mesures strictes du volume d'un réactif de concentration connue (titrant), qui réagit en quantités équivalentes avec la substance à déterminer.
• Analyse de gaz. Basé sur la mesure du volume de gaz formé ou absorbé à la suite d’une réaction chimique.

L'analyse chimique quantitative des substances est considérée comme classique. Il s’agit de la méthode d’analyse la plus développée et continue d’évoluer. Elle est précise, facile à réaliser et ne nécessite aucun équipement particulier. Mais son utilisation est parfois associée à quelques difficultés dans l'étude de mélanges complexes et à un niveau de sensibilité relativement faible.

Méthode physique

Il s'agit d'une analyse quantitative basée sur la mesure des paramètres physiques des substances ou solutions étudiées, qui sont fonction de leur composition quantitative. Divisée en:

• Réfractométrie (mesure des valeurs de l'indice de réfraction).
• Polarimétrie (mesure des valeurs de rotation optique).
• Fluorimétrie (détermination de l'intensité de fluorescence) et autres

Les méthodes physiques se caractérisent par la rapidité, une limite de détermination basse, l'objectivité des résultats et la capacité d'automatiser le processus. Mais ils ne sont pas toujours spécifiques, puisque la valeur physique est affectée non seulement par la concentration de la substance étudiée, mais également par la présence d'autres substances et impuretés. Leur application nécessite souvent l’utilisation d’équipements complexes.

Méthodes physico-chimiques

Les objectifs de l'analyse quantitative sont de mesurer les valeurs des paramètres physiques du système étudié, qui apparaissent ou changent à la suite de réactions chimiques. Ces méthodes se caractérisent par une limite de détection et une rapidité d'exécution faibles et nécessitent l'utilisation de certains instruments.

Méthode gravimétrique

Il s’agit de la technologie d’analyse quantitative la plus ancienne et la plus développée. En fait, la chimie analytique a commencé avec la gravimétrie. Un ensemble d'actions vous permet de mesurer avec précision la masse du composant déterminé, séparé des autres composants du système testé sous la forme constante d'un élément chimique.

La gravimétrie est une méthode pharmacopée qui se caractérise par une grande précision et reproductibilité des résultats, une facilité d'exécution, mais qui demande beaucoup de main-d'œuvre. Comprend des techniques :

• déposition;
• distillation;
• décharge;
• électrogravimétrie;
• méthodes thermogravimétriques.

Méthode de dépôt

L'analyse quantitative de précipitation est basée sur la réaction chimique de l'analyte avec un réactif précipitant pour former un composé légèrement soluble, qui est séparé, puis lavé et calciné (séché). A l'arrivée, le composant isolé est pesé.

Par exemple, dans la détermination gravimétrique des ions Ba 2+ dans des solutions salines, l'acide sulfurique est utilisé comme précipitant. À la suite de la réaction, un précipité cristallin blanc de BaSO 4 (forme précipitée) se forme. Après friture de ce sédiment, il se forme une forme dite gravimétrique, coïncidant complètement avec la forme précipitée.

Lors de la détermination des ions Ca 2+, le précipitant peut être de l'acide oxalique. Après traitement analytique du sédiment, la forme précipitée (CaC 2 O 4) est transformée en forme gravimétrique (CaO). Ainsi, la forme précipitée peut être identique ou différente de la forme gravimétrique dans la formule chimique.

Balance

La chimie analytique nécessite des mesures très précises. Dans la méthode d'analyse gravimétrique, des échelles particulièrement précises sont utilisées comme instrument principal.

• Les pesées avec la précision requise de ±0,01 g sont effectuées sur des balances pharmaceutiques (manuelles) ou technochimiques.
• Des pesées avec la précision requise de ±0,0001 g sont effectuées sur une balance analytique.
• Avec une précision de ±0,00001 g - sur micro-térèses.

Technique de pesée

Lors d'une analyse quantitative, la détermination de la masse d'une substance sur une échelle technochimique ou technique s'effectue comme suit : l'objet étudié est placé sur le plateau gauche de la balance et les poids d'équilibrage sont placés à droite. Le processus de pesée est terminé lorsque la flèche de la balance est en position médiane.

Lors d'une pesée sur une balance de pharmacie, l'anneau central est tenu avec la main gauche, le coude reposant sur la table du laboratoire. L'amortissement de la bascule pendant la pesée peut être accéléré en touchant légèrement le fond du plateau de la balance avec la surface de la table.

Les balances analytiques sont montées dans des salles de laboratoire séparées (salles de pesée) sur des étagères et des supports monolithiques spéciaux. Pour éviter l'influence des fluctuations de l'air, de la poussière et de l'humidité, la balance est protégée par des vitrines en verre spéciales. Lorsque vous travaillez avec des balances analytiques, vous devez respecter les exigences et règles suivantes :

• avant chaque pesée, vérifier l'état de la balance et régler le point zéro ;
• les substances pesées sont placées dans un récipient (cruche, verre de montre, creuset, éprouvette) ;
• la température des substances à peser est portée à la température des balances de la salle de pesée dans un délai de 20 minutes ;
• La balance ne doit pas être chargée au-delà des limites de charge spécifiées.

Étapes de gravimétrie par méthode de sédimentation

L'analyse gravimétrique qualitative et quantitative comprend les étapes suivantes :

• calculer la masse de l'échantillon analysé et le volume du précipitant ;
• peser et dissoudre l'échantillon ;
• précipitation (obtention d'une forme précipitée du composant à déterminer) ;
• éliminer les sédiments de la liqueur mère ;
• laver les sédiments ;
• sécher ou calciner le sédiment jusqu'à poids constant ;
• pesée sous forme gravimétrique;
• calcul des résultats d'analyse.

Sélection du précipitant

Lors du choix d'un précipitant - base de l'analyse quantitative - la teneur possible du composant analysé dans l'échantillon est prise en compte. Pour augmenter l'exhaustivité de l'élimination des sédiments, un excès modéré de précipitant est utilisé. Le précipitant utilisé doit avoir :

• spécificité, sélectivité par rapport à l'ion étant déterminée ;
• volatilité, facile à éliminer lors du séchage ou de la calcination du moule gravimétrique.

Les solutions les plus courantes parmi les précipitants inorganiques sont : HCL ; H 2 SO 4; H3PO4; NaOH; AgNO3; BaCL 2 et autres. Parmi les précipitants organiques, la préférence est donnée aux solutions de diacétyldioxime, de 8-hydroxyquinoléine, d'acide oxalate et autres qui forment des composés stables intra-complexes avec des ions métalliques qui présentent les avantages suivants :

• En règle générale, les composés complexes contenant des métaux ont une solubilité insignifiante dans l'eau, garantissant une précipitation complète des ions métalliques.
• La capacité d'adsorption des sédiments intracomplexes (réseau cristallin moléculaire) est inférieure à la capacité d'adsorption des sédiments inorganiques à structure ionique, ce qui permet d'obtenir un sédiment pur.
• Possibilité de précipitation sélective ou spécifique d'ions métalliques en présence d'autres cations.
• En raison du poids moléculaire relativement élevé des formes gravimétriques, l'erreur relative de détermination est réduite (contrairement à l'utilisation de précipitants inorganiques de faible masse molaire).

Processus de dépôt

Il s'agit de l'étape la plus importante dans la caractérisation de l'analyse quantitative. Lors de l'obtention d'une forme précipitée, il est nécessaire de minimiser les coûts dus à la solubilité du précipité dans la solution mère, afin de réduire les processus d'adsorption, d'occlusion et de coprécipitation. Il est nécessaire d'obtenir des particules de sédiments suffisamment grosses pour ne pas traverser les pores de filtration.

Conditions requises pour la forme assiégée :

• Le composant déterminé doit précipiter quantitativement et correspondre à la valeur Ks≥10 -8.
• Le sédiment ne doit pas contenir d'impuretés étrangères et être stable par rapport au milieu extérieur.
• La forme précipitée doit être convertie aussi complètement que possible en forme gravimétrique lors du séchage ou de la calcination de la substance étudiée.
• L'état physique du sédiment doit correspondre aux conditions de sa filtration et de son lavage.
• La préférence est donnée aux sédiments cristallins contenant de grosses particules et ayant une moindre capacité d'absorption. Ils sont plus faciles à filtrer sans obstruer les pores du filtre.

Obtention d'un précipité cristallin

Conditions d'obtention d'un précipité cristallin optimal :

• La précipitation est effectuée dans une solution diluée de la substance d'essai avec une solution diluée du précipitant.
• Ajouter lentement la solution précipitante, goutte à goutte, en remuant doucement.
• La précipitation est effectuée dans une solution chaude de la substance d'essai avec un solvant chaud.
• Parfois, la précipitation est effectuée en présence de composés (par exemple, une petite quantité d'acide) qui augmentent légèrement la solubilité du précipité, mais ne forment pas avec lui des composés complexes solubles.
• Le précipité est laissé dans la solution originale pendant un certain temps, pendant lequel le « précipité mûrit ».
• Dans les cas où la forme précipitée se forme sous la forme d'un précipité amorphe, on tente de la rendre plus épaisse pour faciliter la filtration.

Obtention d'un précipité amorphe

Conditions d'obtention d'un sédiment amorphe optimal :

• Une solution chaude concentrée d'un précipitant est ajoutée à une solution chaude concentrée de la substance d'essai, ce qui favorise la coagulation des particules. Le sédiment devient plus épais.
• Ajoutez rapidement le précipitant.
• Si nécessaire, un coagulant - un électrolyte - est introduit dans la solution à tester.

Filtration

Les méthodes d'analyse quantitative incluent une étape aussi importante que la filtration. La filtration et le lavage des sédiments sont effectués soit à l'aide de filtres en verre, soit de filtres en papier ne contenant pas de cendres. Les filtres en papier varient en densité et en taille de pores. Les filtres denses sont marqués avec du ruban bleu, les moins denses avec du ruban noir et rouge. Le diamètre des filtres en papier ne contenant pas de cendres est de 6 à 11 cm. Avant filtration, la solution claire située au dessus du précipité est égouttée.

Électrogravimétrie

L'analyse quantitative peut être réalisée par électrogravimétrie. Le médicament à tester est retiré (le plus souvent des solutions) lors de l'électrolyse sur l'une des électrodes. Une fois la réaction terminée, l'électrode est lavée, séchée et pesée. En augmentant la masse de l'électrode, la masse de la substance formée sur l'électrode est déterminée. C’est ainsi qu’on analyse un alliage d’or et de cuivre. Après séparation de l'or, les ions cuivre accumulés sur l'électrode sont dosés dans la solution.

Méthode thermogravimétrique

Elle est réalisée en mesurant la masse d'une substance lors de son chauffage continu dans une certaine plage de température. Les modifications sont enregistrées par un appareil spécial - un dérivatographe. Il est équipé de thermomètres de pesée continue, d'un four électrique pour chauffer l'échantillon à tester, d'un thermocouple pour mesurer les températures, d'un étalon et d'un enregistreur continu. Le changement de masse de l'échantillon est automatiquement enregistré sous la forme d'un thermogravigramme (dérivatogramme) - une courbe de changement de masse tracée dans les coordonnées :

• temps (ou température);
• perte de poids.

Conclusion

Les résultats de l'analyse quantitative doivent être précis, corrects et reproductibles. À cette fin, des réactions analytiques ou des propriétés physiques appropriées de la substance sont utilisées, toutes les opérations analytiques sont effectuées correctement et des méthodes fiables sont utilisées pour mesurer les résultats de l'analyse. Lors de toute détermination quantitative, la fiabilité des résultats doit être évaluée.

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 effectuer une 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. Dans les déterminations 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 la substance déterminée 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 des modifications des propriétés physiques du système analysé résultant de réactions chimiques. Les méthodes physicochimiques 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 les méthodes électrochimiques (potentiométrie, voltamétrie, conductométrie).

Les méthodes physiques et physicochimiques sont souvent combinées sous le nom général de méthodes instrumentales d'analyse, car 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 - une quantité physique associée 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 d'analyse classiques. 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 de l'industrie chimique pour surveiller 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 produits par les entreprises chimiques et pharmaceutiques.