Pagrindiniai analizės objektai yra analitinė chemija. Analitinė chemija

ANALITINĖ CHEMIJA, ryžto mokslas cheminė sudėtis medžiagų ir medžiagų ir tam tikru mastu junginių cheminė struktūra. Analitinė chemija vystosi bendrai teoriniai pagrindai cheminė analizė, kuria tiriamos imties komponentų nustatymo metodus, sprendžia konkrečių objektų analizės uždavinius. Pagrindinis analitinės chemijos tikslas – sukurti metodus ir priemones, kurios, priklausomai nuo atliekamos užduoties, užtikrintų analizės tikslumą, didelį jautrumą, greitumą ir selektyvumą. Taip pat kuriami metodai, leidžiantys analizuoti mikroobjektus, atlikti lokalią analizę (taške, paviršiuje ir pan.), analizę nesunaikinant mėginio, per atstumą nuo jo (nuotolinė analizė), nepertraukiamą. analizę (pavyzdžiui, sraute), taip pat įdiegti, kokioje cheminis junginys ir kokiame fizinis pasirengimas ar mėginyje yra nustatomas komponentas (medžiagos cheminė analizė) ir į kokią fazę jis įtrauktas (fazinė analizė). Svarbios analitinės chemijos raidos tendencijos yra analizių automatizavimas, ypač technologinių procesų valdymo srityje, ir matematizavimas, ypač platus kompiuterių naudojimas.

Mokslo struktūra. Galima išskirti tris pagrindines analitinės chemijos sritis: bendrieji teoriniai pagrindai; analizės metodų kūrimas; atskirų objektų analitinė chemija. Atsižvelgiant į analizės tikslą, išskiriama kokybinė cheminė analizė ir kiekybinė cheminė analizė. Pirmojo uždavinys – aptikti ir identifikuoti analizuojamo mėginio komponentus, antrojo – nustatyti jų koncentracijas arba mases. Priklausomai nuo to, kuriuos komponentus reikia aptikti ar nustatyti, yra izotopinė analizė, elementų analizė, struktūrinės grupės (įskaitant funkcinę) analizė, molekulinė analizė, medžiagų analizė ir fazinė analizė. Pagal analizuojamo objekto pobūdį išskiriama neorganinių ir organinių medžiagų bei biologinių objektų analizė.

Teoriniuose analitinės chemijos pagrinduose didelę vietą užima vadinamoji chemometrija, įskaitant cheminės analizės metrologiją. Analitinės chemijos teorija taip pat apima mokymus apie analizinių mėginių atranką ir paruošimą, analizės schemos sudarymą ir metodų pasirinkimą, analizės automatizavimo principus ir būdus, kompiuterių naudojimą, taip pat racionalaus naudojimo principus. cheminės analizės rezultatai. Analitinės chemijos ypatumas – ne bendrųjų, o individualių, specifinių objektų savybių ir savybių tyrimas, užtikrinantis daugelio analizės metodų selektyvumą. Dėl glaudžių ryšių su fizikos, matematikos, biologijos ir mokslo pasiekimais įvairiose srityse technologijos (tai ypač liečia analizės metodus), analitinė chemija virsta disciplina mokslų sankirtoje. Dažnai vartojami ir kiti šios disciplinos pavadinimai – analitika, analitinis mokslas ir kt.

Analitinėje chemijoje naudojami atskyrimo, nustatymo (detekcijos) ir hibridiniai analizės metodai, dažniausiai derinant pirmųjų dviejų grupių metodus. Nustatymo metodai patogiai skirstomi į cheminius analizės metodus (gravimetrinė analizė, titrimetrinė analizė, elektrocheminiai metodai analizė, kinetiniai analizės metodai), fiziniai metodai analizė (spektroskopinė, branduolinė fizika ir kt.), biocheminiai analizės metodai ir biologinis analizės metodas. Cheminiai metodai remiasi cheminėmis reakcijomis (medžiagos sąveika su medžiaga), fizikiniais – fizikiniais reiškiniais (medžiagos sąveika su spinduliuote, energijos srautais), biologiniais metodais naudojamas organizmų ar jų fragmentų atsakas į aplinkos pokyčius.

Beveik visi nustatymo metodai yra pagrįsti bet kokių išmatuojamų medžiagų savybių priklausomybe nuo jų sudėties. Todėl svarbi analitinės chemijos kryptis yra tokių priklausomybių paieška ir tyrimas, siekiant jas panaudoti sprendžiant analitines problemas. Šiuo atveju beveik visada reikia rasti lygtį, skirtą santykio tarp savybės ir sudėties, sukurti savybės (analitinio signalo) fiksavimo metodus, pašalinti kitų komponentų trukdžius ir pašalinti trukdančius poveikius. įvairių veiksnių(pvz., temperatūros svyravimai). Analitinio signalo dydis paverčiamas vienetais, apibūdinančiais komponentų kiekį arba koncentraciją. Išmatuotos savybės gali būti, pavyzdžiui, masė, tūris, šviesos sugertis, srovės stipris.

Daug dėmesio skiriama analizės metodų teorijai. Teorija cheminiai metodai yra pagrįstas idėjomis apie keletą pagrindinių tipų cheminės reakcijos plačiai naudojamas analizėje (rūgščių-šarmų, redokso, kompleksavimo) ir keliose svarbius procesus(nusodinimas, tirpinimas, ekstrahavimas). Dėmesys šiems klausimams kyla dėl analitinės chemijos raidos istorijos ir atitinkamų metodų praktinės reikšmės. Tačiau kadangi cheminių metodų dalis mažėja, o fizikinių, biocheminių ir biologinių – didėja, tobulinant pastarųjų grupių metodų teoriją ir integruojant atskirų metodų teorinius aspektus bendroji teorija analitinė chemija.

Vystymosi istorija. Medžiagų bandymai buvo atliekami senovėje; pavyzdžiui, buvo tiriamos rūdos, siekiant nustatyti jų tinkamumą lydyti, o įvairūs gaminiai – siekiant nustatyti aukso ir sidabro kiekį. XIV–XVI amžių alchemikai atliko didžiulį eksperimentinį darbą tirdami medžiagų savybes, padėdami pagrindą cheminiams analizės metodams. XVI–XVII amžiuje (jatrochemijos laikotarpiu) atsirado naujų cheminių medžiagų nustatymo metodų, pagrįstų reakcijomis tirpale (pavyzdžiui, sidabro jonų atradimu susidarant nuosėdoms su chloro jonais). R. Boyle'as, įvedęs „cheminės analizės“ sąvoką, laikomas mokslinės analitinės chemijos pradininku.

Iki XIX amžiaus vidurio analitinė chemija buvo pagrindinė chemijos šaka. Per šį laikotarpį buvo atrasta daug cheminių elementų, kai kurių komponentai buvo išskirti natūralių medžiagų, nustatyti sudėties pastovumo ir daugybinių santykių dėsniai, masės tvermės dėsnis. Švedų chemikas ir mineralogas T. Bergmanas sukūrė sisteminę schemą kokybinė analizė, aktyviai naudojo vandenilio sulfidą kaip analitinį reagentą, pasiūlė liepsnos analizės metodus perlams gauti. XIX amžiuje sisteminę kokybinę analizę patobulino vokiečių chemikai G. Rose ir K. Fresenius. Tas pats šimtmetis pasižymėjo didžiuliais kiekybinės analizės raidos žingsniais. Sukurtas titrimetrinis metodas (prancūzų chemikas F. Decroisille, J. Gay-Lussac), žymiai patobulinta gravimetrinė analizė, sukurti dujų analizės metodai. Didelę reikšmę turėjo elementinės analizės metodų kūrimas organiniai junginiai(Yu. Liebig). pabaigoje buvo sukurta analitinės chemijos teorija, kuri rėmėsi doktrina apie cheminę pusiausvyrą tirpaluose, kuriuose dalyvauja jonai (daugiausia W. Ostwald). Iki to laiko jonų analizės vandeniniuose tirpaluose metodai užėmė vyraujančią vietą analitinėje chemijoje.

20 amžiuje buvo sukurti organinių junginių mikroanalizės metodai (F. Pregl). Buvo pasiūlytas poliarografinis metodas (Ya. Heyrovsky, 1922). Atsirado daug fizinių metodų, pavyzdžiui, masės spektrometrija, rentgeno spinduliai, branduolinė fizika. Didelę reikšmę turėjo chromatografijos atradimas (M. S. Tsvet, 1903) ir įvairių šio metodo variantų, ypač pasiskirstymo chromatografijos (A. Martin ir R. Singh, 1941), sukūrimas.

Rusijoje ir SSRS puiki vertė analitikai chemijai turėjau I. A. Menshutkino vadovėlį „Analitinė chemija“ (jis išėjo 16 leidimų). M.A. Iljinskis ir L. A. Chugajevas organinius analitinius reagentus įvedė į praktiką (XIX a. pabaiga – XX a. pradžia), N.A. Tananajevas sukūrė kokybinės analizės lašų metodą (kartu su austrų chemiku F. Feiglu, 1920 m.). 1938 metais N.A. Izmailovas ir M. S. Schreiberis pirmieji aprašė plonasluoksnę chromatografiją. Rusijos mokslininkai labai prisidėjo tiriant kompleksų susidarymą ir jo analitinį panaudojimą (I.P. Alimarinas, A.K. Babko), kuriant organinių analitinių reagentų veikimo teoriją, kuriant masių spektrometriją, fotometrinius metodus, atominės absorbcijos spektrometriją (B.V. . Lvovas), į atskirų elementų, ypač retų ir platininių, ir daugybės objektų analitinę chemiją - didelio grynumo medžiagas, mineralines žaliavas, metalus ir lydinius.

Praktikos reikalavimai visada skatino analitinės chemijos raidą. Taigi 1940–1970 m., atsižvelgiant į poreikį analizuoti branduolines, puslaidininkines ir kitas didelio grynumo medžiagas, tokie jautrūs metodai kaip radioaktyvacijos analizė, kibirkščių masės spektrometrija, cheminė spektrinė analizė, strippingo voltamperometrija, leidžianti nustatyti iki 10 -7 -10 -8% priemaišų grynose medžiagose, t.y. 1 dalis priemaišų 10-1000 milijardų pagrindinės medžiagos dalių. Juodosios metalurgijos plėtrai, ypač perėjus prie greitaeigių konverterių plieno gamybos, lemiamasĮgyta greita analizė. Vadinamųjų kvantometrų – fotoelektrinių prietaisų, skirtų daugiaelementinei optinei spektrinei arba rentgeno spindulių analizei, naudojimas leidžia atlikti analizę lydymosi metu.

Poreikis analizuoti sudėtingus organinių junginių mišinius paskatino intensyviai plėtoti dujų chromatografiją, kuri leidžia analizuoti sudėtingus mišinius, kuriuose yra kelios dešimtys ir net šimtai medžiagų. Analitinė chemija labai prisidėjo prie energijos įsisavinimo atomo branduolys, kosmoso ir vandenyno tyrimas, elektronikos raida, biologijos mokslų pažanga.

Tyrimo objektas. Svarbus vaidmuo vaidina svarbų vaidmenį plėtojant analizuojamų medžiagų mėginių ėmimo teoriją; Paprastai mėginių ėmimo klausimai sprendžiami kartu su tiriamų medžiagų specialistais (pavyzdžiui, geologais, metalurgais). Analitinė chemija kuria mėginio skaidymo – tirpinimo, suliejimo, sukepinimo ir kt. metodus, kurie turėtų užtikrinti visišką mėginio „atidarymą“ ir užkirsti kelią analitės komponentų praradimui bei išoriniam užteršimui. Analitinės chemijos uždaviniai apima tokių technologijų kūrimą bendrosios operacijos analizė, pvz., tūrio matavimas, filtravimas, kalcinavimas. Vienas iš analitinės chemijos uždavinių – nustatyti analitinės įrangos kūrimo kryptis, naujų grandinių ir prietaisų konstrukcijų kūrimą (kas dažniausiai tarnauja kaip paskutinis analizės metodo kūrimo etapas), taip pat sintezę. naujų analitinių reagentų.

Kiekybinei analizei labai svarbios metodų ir prietaisų metrologinės charakteristikos. Šiuo atžvilgiu analitinė chemija tiria etaloninių mėginių (įskaitant standartinius mėginius) kalibravimo, gamybos ir naudojimo bei kitas analizės tikslumą užtikrinančias priemones. Didelę vietą užima analizės rezultatų apdorojimas, ypač kompiuterinis. Analizės sąlygoms optimizuoti naudojama informacijos teorija, modelių atpažinimo teorija ir kitos matematikos šakos. Kompiuteriai naudojami ne tik rezultatams apdoroti, bet ir instrumentams valdyti, atsižvelgiant į trukdžius, kalibruoti, planuoti eksperimentus; Yra analitinių problemų, kurias galima išspręsti tik kompiuterių pagalba, pavyzdžiui, organinių junginių molekulių identifikavimas naudojant ekspertines sistemas.

Analitinė chemija apibrėžia bendruosius analizės būdų ir metodų pasirinkimo būdus. Kuriami metodų palyginimo metodai, nustatomos jų pakeičiamumo ir derinimo sąlygos, analizės automatizavimo principai ir būdai. Už praktinis naudojimas Analizei reikia plėtoti idėjas apie jos rezultatą, kaip produkto kokybės rodiklį, aiškios technologinių procesų kontrolės doktriną ir sukurti ekonomiškus metodus. Metodų suvienodinimas ir standartizavimas turi didelę reikšmę įvairiuose ūkio sektoriuose dirbantiems analitikams. Kuriama teorija, leidžianti optimizuoti analitinėms problemoms spręsti reikalingos informacijos kiekį.

Analizės metodai. Atsižvelgiant į tiriamo mėginio masę ar tūrį, atskyrimo ir nustatymo metodai kartais skirstomi į makro, mikro ir ultramikro metodus.

Mišinių atskyrimo dažniausiai imamasi tais atvejais, kai metodai tiesioginis apibrėžimas arba aptikimas neleidžia gauti teisingo rezultato dėl trukdančios kitų mėginio komponentų įtakos. Ypač svarbi yra vadinamoji santykinė koncentracija, mažų kiekių analitės komponentų atskyrimas nuo reikšmingo dideli kiekiai pagrindiniai mėginio komponentai. Mišinių atskyrimas gali būti pagrįstas komponentų termodinaminių, arba pusiausvyros, charakteristikų (jonų mainų konstantų, kompleksų stabilumo konstantų) arba kinetinių parametrų skirtumais. Naudojami atskyrimo metodai daugiausia yra chromatografija, ekstrahavimas, nusodinimas, distiliavimas, taip pat elektrocheminiai metodai, tokie kaip elektrodinis nusodinimas. Nustatymo metodai yra pagrindinė analitinės chemijos metodų grupė. Kiekybinės analizės metodai yra pagrįsti bet kokios išmatuojamos savybės, dažniausiai fizinės, priklausomybe nuo mėginio sudėties. Ši priklausomybė turi būti apibūdinta tam tikru ir žinomu būdu. Sparčiai vystosi hibridiniai analizės metodai, kuriuose derinamas atskyrimas ir nustatymas. Pavyzdžiui, dujų chromatografija su įvairiais detektoriais - svarbiausias metodas sudėtingų organinių junginių mišinių analizė. Mažai lakių ir termiškai nestabilių junginių mišinių analizei patogesnė efektyvi skysčių chromatografija.

Analizei reikalingi įvairūs metodai, nes kiekvienas turi savų privalumų ir trūkumų. Taigi itin jautriems radioaktyvavimo ir masių spektro metodams reikia sudėtingos ir brangios įrangos. Paprasti, prieinami ir labai jautrūs kinetikos metodai ne visada užtikrina reikiamą rezultatų atkartojamumą. Vertinant ir lyginant metodus, renkantis juos konkrečioms problemoms spręsti, atsižvelgiama į daugelį faktorių: metrologinius parametrus, apimtį. galimas naudojimas, įrangos prieinamumas, analitiko kvalifikacija, tradicijos ir kt. Svarbiausi iš šių veiksnių yra metrologiniai parametrai, tokie kaip aptikimo riba arba koncentracijų (kiekių) diapazonas, kuriame metodas duoda patikimus rezultatus, ir metodo tikslumas. , t. y. rezultatų teisingumą ir atkuriamumą. Kai kuriais atvejais „daugiakomponentiniai“ metodai yra labai svarbūs, todėl galima nedelsiant nustatyti didelis skaičius komponentai, pavyzdžiui, atominė emisija ir rentgeno spindulių spektrinė analizė, chromatografija. Tokių metodų vaidmuo didėja. Išskyrus tai vienodos sąlygos pirmenybę teikia tiesioginės analizės metodams, t. y. nesusijusiems su cheminių mėginių paruošimu; tačiau dažnai toks pasiruošimas yra būtinas. Pavyzdžiui, preliminari tiriamo komponento koncentracija leidžia nustatyti mažesnes jo koncentracijas, pašalinant sunkumus, susijusius su nehomogenišku komponento pasiskirstymu mėginyje ir etaloninių mėginių trūkumu.

Ypatingą vietą užima lokalinės analizės metodai. Tarp jų reikšmingą vaidmenį atlieka rentgeno mikroanalizė (elektroninis zondas), antrinė jonų masės spektrometrija, Augerio spektroskopija ir kiti fizikiniai metodai. Jie yra labai svarbūs, ypač analizuojant paviršinius kietųjų medžiagų sluoksnius arba uolienų inkliuzus.

Konkrečią grupę sudaro organinių junginių elementinės analizės metodai. Organinės medžiagos yra vienaip ar kitaip skaidomos, o jos komponentai – paprastų neorganiniai junginiai(CO 2, H 2 O, NH 3 ir kt.) nustatyti įprastiniais metodais. Dujų chromatografijos naudojimas leido automatizuoti elementų analizę; Tam gaminami C-, H-, N-, S-analizatoriai ir kiti automatiniai prietaisai. Organinių junginių analizė pagal funkcines grupes(funkcinė analizė) atliekama įvairiais cheminiais, elektrocheminiais, spektriniais (BMR arba IR spektroskopija) arba chromatografiniais metodais.

Atliekant fazių analizę, t.y. nustatant cheminius junginius, kurie sudaro atskiras fazes, pastarosios pirmiausia išskiriamos, pavyzdžiui, naudojant selektyvų tirpiklį, o vėliau susidarę tirpalai analizuojami įprastiniais metodais; Fizikiniai fazių analizės metodai be išankstinio fazių atskyrimo yra labai perspektyvūs.

Praktinė reikšmė. Cheminė analizė užtikrina daugelio technologinių procesų ir produktų kokybės kontrolę įvairiose pramonės šakose, atlieka didžiulį vaidmenį ieškant ir žvalgant naudingąsias iškasenas bei kasybos pramonėje. Grynumas kontroliuojamas naudojant cheminę analizę aplinką(dirvožemis, vanduo ir oras). Analitinės chemijos pasiekimai naudojami įvairiose mokslo ir technologijų srityse: branduolinėje energetikoje, elektronikoje, okeanologijoje, biologijoje, medicinoje, kriminalistikoje, archeologijoje, kosmoso tyrimai. Puiku ekonominės svarbos cheminė analizė. Taigi tikslus legiruojamųjų priedų nustatymas metalurgijoje leidžia sutaupyti vertingų metalų. Perėjimas prie nuolatinės automatinės analizės medicinos ir agrochemijos laboratorijose leidžia smarkiai padidinti analizių (kraujo, šlapimo, dirvožemio ekstraktų ir kt.) greitį ir sumažinti laboratorijos darbuotojų skaičių.

Lit.: Analitinės chemijos pagrindai: 2 knygose / Redagavo A. Zolotovas. M., 2002; Analitinė chemija: 2 t. M., 2003-2004.

Jos, kaip mokslo, dalykas – esamų analizės metodų tobulinimas ir naujų kūrimas, praktinis jų taikymas, analitinių metodų teorinių pagrindų tyrimas.

Atsižvelgiant į užduotį, analitinė chemija skirstoma į kokybinę analizę, kuria siekiama nustatyti, ar Ką arba kurios medžiaga, kokia ji yra imtyje, ir kiekybinė analizė, kuria siekiama nustatyti Kiek tam tikros medžiagos (elementų, jonų, molekulinės formos ir tt) yra pavyzdyje.

Medžiagų objektų elementinės sudėties nustatymas vadinamas elementinė analizė. Cheminių junginių ir jų mišinių struktūros nustatymas molekuliniame lygmenyje vadinamas molekulinė analizė. Viena iš cheminių junginių molekulinės analizės rūšių yra struktūrinė analizė, skirta erdviniam tyrimui atominė struktūra medžiagos, nustatant empirines formules, molekulines mases ir kt. Analitinės chemijos uždaviniai apima organinių, neorganinių ir biocheminių objektų charakteristikų nustatymą. Organinių junginių analizė pagal funkcines grupes vadinama funkcinė analizė.

Istorija

Analitinė chemija egzistavo tol, kol egzistavo chemija jos šiuolaikine prasme, o daugelis joje naudotų technikų siekia dar ankstesnę epochą – alchemijos epochą, kurios vienas pagrindinių uždavinių buvo tiksliai nustatyti įvairių natūralių medžiagų ir jų tarpusavio virsmo procesų tyrimas. Tačiau vystantis visai chemijai, joje naudojami darbo metodai taip pat žymiai pagerėjo, o kartu su grynumu oficialią reikšmę Viena iš pagalbinių chemijos katedrų, analitinė chemija, šiuo metu turi visiškai savarankiškos chemijos žinių katedros reikšmę su labai rimtomis ir svarbiomis teorinio pobūdžio problemomis. Šiuolaikinė fizikinė chemija turėjo labai didelę įtaką analitinės chemijos raidai, praturtindama ją daugybe visiškai naujų darbo metodų ir teorinių pagrindų, tarp kurių yra sprendimų doktrina (žr.), teorija. elektrolitinė disociacija, įstatymas aktyvios masės(žr. Cheminė pusiausvyra) ir visa cheminio giminingumo doktrina.

Analitinės chemijos metodai

Analitinės chemijos metodų palyginimas

Visumą tradiciniais metodais Medžiagos sudėties nustatymas pagal nuoseklų jos cheminį skaidymą vadinamas „šlapia chemija“ („šlapia analize“). Šie metodai yra gana mažo tikslumo, reikalauja palyginti žemos analitikų kvalifikacijos ir dabar beveik visiškai pakeisti šiuolaikiniais. instrumentiniai metodai(optiniai, masių spektrometriniai, elektrocheminiai, chromatografiniai ir kiti fizikiniai ir cheminiai metodai), nustatantys medžiagos sudėtį. Tačiau šlapioji chemija turi savo pranašumą prieš spektrometrinius metodus – leidžia taikant standartizuotas procedūras (sisteminę analizę) tiesiogiai nustatyti tokių elementų kaip geležies (Fe +2, Fe +3), titano ir kt. sudėtį ir skirtingas oksidacines būsenas.

Analizės metodai gali būti skirstomi į bendruosius ir vietinius. Masiniams analizės metodams paprastai reikia atskirtos, suskirstytos medžiagos (reprezentatyvaus mėginio). Vietiniai metodai nustatyti medžiagos sudėtį nedideliame tūryje pačiame mėginyje, o tai leidžia sudaryti mėginio cheminių savybių pasiskirstymo jo paviršiuje ir (arba) gylyje „žemėlapius“. Taip pat reikėtų pabrėžti metodus tiesioginė analizė, tai yra nesusijęs su preliminarus pasiruošimas pavyzdžių. Dažnai mėginį reikia paruošti (pvz., smulkinti, išankstinis koncentravimas arba atskyrimas). Statistiniai metodai naudojami ruošiant mėginius, interpretuojant rezultatus, įvertinant analizių skaičių.

Kokybinės cheminės analizės metodai

Norint nustatyti kokybiška kompozicija bet kokios medžiagos, būtina ištirti jos savybes, kurios analitinės chemijos požiūriu gali būti dviejų rūšių: pačios medžiagos savybės ir jos savybės cheminiuose virsmuose.

Pirmieji apima: fizinę būklę(kieta, skysta, dujinė), jo struktūra kietoje būsenoje (amorfinė arba kristalinė medžiaga), spalva, kvapas, skonis ir tt Be to, dažnai tik vienas išorinės savybės nustatoma naudojant žmogaus pojūčius, atrodo, kad įmanoma nustatyti tam tikros medžiagos prigimtį. Daugeliu atvejų šią medžiagą reikia paversti nauja, aiškiai apibrėžta būdingos savybės, naudojant tam tikslui kai kuriuos specialiai atrinktus junginius, vadinamus reagentais.

Analitinėje chemijoje naudojamos reakcijos yra labai įvairios ir priklauso nuo tiriamos medžiagos fizinių savybių ir sudėties sudėtingumo laipsnio. Tuo atveju, kai akivaizdžiai grynas, vienalytis cheminis junginys yra chemiškai analizuojamas, darbas atliekamas gana lengvai ir greitai; kai tenka susidurti su kelių cheminių junginių mišiniu, jo analizės klausimas tampa sudėtingesnis, o dirbant reikia laikytis kokios nors konkrečios sistemos, kad nepastebėtum nė vieno į medžiagą įtraukto elemento. Analitinėje chemijoje yra dviejų tipų reakcijos: šlapios reakcijos(sprendiniuose) ir sausos reakcijos.

Reakcijos tirpaluose

Kokybinėje cheminėje analizėje naudojamos tik tokios reakcijos tirpaluose, kurios lengvai suvokiamos žmogaus pojūčiais, o reakcijos momentas atpažįstamas pagal vieną iš šių reiškinių:

1. vandenyje netirpių nuosėdų susidarymas,
2. tirpalo spalvos pasikeitimas
3. dujų išleidimas.

Nuosėdų susidarymas cheminės analizės reakcijose priklauso nuo kokios nors vandenyje netirpios medžiagos susidarymo; jei, pavyzdžiui, į bet kurios bario druskos tirpalą įpilama sieros rūgšties arba vandenyje tirpios druskos, susidaro baltos miltelių pavidalo bario sulfato nuosėdos:

BaCl 2 + H 2 SO 4 = 2HCl + BaSO 4 ↓

Turint omenyje, kad kai kurie kiti metalai gali sukelti panašią reakciją į baltų nuosėdų susidarymą, veikiant sieros rūgščiai, pavyzdžiui, švinas, kuris gali sudaryti netirpią sulfato druską PbSO 4, kad būtų visiškai tikri, kad tai yra būtent viena. ar kitu metalu, reikia atlikti daugiau kalibravimo reakcijų, atitinkamai tiriant reakcijos metu susidariusias nuosėdas.

Norint sėkmingai atlikti nuosėdų susidarymo reakciją, be tinkamo reagento parinkimo, taip pat būtina stebėti daugybę svarbios sąlygos atsižvelgiant į tiriamos druskos ir reagento tirpalų stiprumą, abiejų proporcijas, temperatūrą, sąveikos trukmę ir kt. Atsižvelgiant į cheminės analizės reakcijose susidariusias nuosėdas, būtina atkreipti dėmesį į jų kiekį. išvaizda, tai yra dėl spalvos, struktūros (amorfinės ir kristalinės nuosėdos) ir kt., taip pat dėl ​​jų savybių, susijusių su šilumos, rūgščių ar šarmų įtaka ir kt. Sąveikaujant silpniems tirpalams kartais reikia palaukti, kol nuosėdų susidarymas iki 24–48 val., jei jos laikomos tam tikroje temperatūroje.

Nuosėdų susidarymo reakcija, nepaisant jos kokybinės reikšmės cheminėje analizėje, dažnai naudojama tam tikriems elementams atskirti vieną nuo kito. Šiuo tikslu tirpalas, kuriame yra dviejų ar daugiau elementų junginių, apdorojamas atitinkamu reagentu, galinčiu kai kuriuos iš jų paversti netirpiais junginiais, o tada susidariusios nuosėdos atskiriamos nuo tirpalo (filtrato) filtruojant, toliau tiriant jas atskirai. Jei paimtume, pavyzdžiui, kalio chlorido ir bario chlorido druskas ir į jas įpiltume sieros rūgšties, susidaro netirpios bario sulfato BaSO 4 ir vandenyje tirpaus kalio sulfato K 2 SO 4 nuosėdos, kurias galima atskirti filtruojant. Atskiriant vandenyje netirpios medžiagos nuosėdas nuo tirpalo, pirmiausia reikia pasirūpinti, kad jos gautų tinkamą struktūrą, leidžiančią nesunkiai atlikti filtravimo darbus, o tada, surinkus jas ant filtro, būtina kruopščiai nuplauti nuo pašalinių priemaišų. Remiantis V. Ostvaldo atliktais tyrimais, reikia turėti omenyje, kad skalavimui naudojant tam tikrą vandens kiekį, nuosėdas patartina daug kartų perplauti mažomis vandens porcijomis, nei priešingai kelis kartus didelės porcijos. Kalbant apie bet kurio elemento atskyrimo reakcijos sėkmę netirpių nuosėdų pavidalu, tai, remdamasis tirpalų teorija, W. Ostwaldas nustatė, kad norint pakankamai visiškai atskirti bet kurį elementą netirpių nuosėdų pavidalu, visada būtina paimti nusodinimui naudojamo reagento perteklių.

Tirpalo spalvos pasikeitimas yra vienas iš labai svarbių požymių cheminės analizės reakcijose ir turi labai svarbu, ypač susijęs su oksidacijos ir redukcijos procesais, taip pat dirbant su cheminiais indikatoriais (žr. toliau - alkalimetrija ir acidimetrija).

Pavyzdžiai spalvų reakcijos kokybinėje cheminėje analizėje gali būti naudojami: kalio tiocianatas KCNS suteikia būdingą kraujo raudonumo spalvą su geležies oksido druskomis; su geležies oksido druskomis tas pats reagentas nieko negamina. Jei į geležies chlorido FeCl 2 tirpalą, silpnai žalios spalvos, įpilama oksiduojančios medžiagos, pavyzdžiui, chloro vandens, tirpalas pagelsta dėl geležies chlorido susidarymo, kuris aukščiausias laipsnisšio metalo oksidacija. Jei imtume kalio dichromatą K 2 Cr 2 O 7 oranžinės spalvos ir į tirpalą įpilkite šiek tiek sieros rūgšties ir šiek tiek reduktoriaus, pavyzdžiui, vyno alkoholio, oranžinė spalva pasikeičia į tamsiai žalią, atitinkančią žemiausią chromo oksidacijos būseną chromo sulfato druskos Cr 3 pavidalu. SO 4) 3.

Atsižvelgiant į cheminės analizės eigą, dažnai reikia atlikti šiuos oksidacijos ir redukcijos procesus. Svarbiausios oksiduojančios medžiagos yra: halogenai, azoto rūgštis, vandenilio peroksidas, kalio permanganatas, kalio dichromatas; svarbiausios redukuojančios medžiagos yra: vandenilis išsiskyrimo metu, vandenilio sulfidas, sieros rūgštis, alavo chloridas, vandenilio jodidas.

Dujų išsiskyrimo reakcijos tirpaluose kokybinės cheminės analizės metu dažniausiai neturi savarankiškos reikšmės ir yra pagalbinės reakcijos; dažniausiai susiduriame su anglies dioksido išsiskyrimu CO 2 - rūgštims veikiant anglies dioksido druskas, sieros vandenilio - skaidant sieros metalus rūgštimis ir kt.

Sausos reakcijos

Šios reakcijos naudojamos cheminėje analizėje, daugiausia vadinamojoje. „preliminarus bandymas“, kai tikrinamas nuosėdų grynumas, tikrinamos reakcijos ir tiriami mineralai. Svarbiausios tokio pobūdžio reakcijos yra medžiagos bandymas, susijęs su:

1. jo tirpumas kaitinant,
2. galimybė nuspalvinti nešviečią dujų degiklio liepsną,
3. nepastovumas kaitinant,
4. oksidacijos ir redukcijos gebėjimai.

Šiems bandymams atlikti dažniausiai naudojama nešviečianti dujų degiklio liepsna. Pagrindiniai šviečiančių dujų komponentai (vandenilis, anglies monoksidas, pelkių dujos ir kiti angliavandeniliai) yra reduktoriai, tačiau joms degant ore (žr. Degimas) susidaro liepsna, įvairios dalys kurioje galite rasti sąlygas, reikalingas redukcijai ar oksidacijai, taip pat kaitinimui iki daugiau ar mažiau aukštos temperatūros.

Lydymosi testas pirmiausia atliekami tiriant mineralus, kuriems labai mažas jų fragmentas, pritvirtintas plona platinos viela, įvedamas į tą liepsnos dalį, kuri turi daugiausiai. aukšta temperatūra, o tada padidinamuoju stiklu stebėkite, kaip suapvalinti mėginio kraštai.

Liepsnos spalvos testas gaminamas ant platinos vielos įvedant nedidelį mažo medžiagos mėginio sepijos pavyzdį, pirmiausia į liepsnos pagrindą, o paskui į aukščiausią temperatūrą.

Nepastovumo testas gaminamas kaitinant medžiagos mėginį tyrimo cilindre arba stikliniame vamzdelyje, uždarytame viename gale, ir lakiųjų medžiagų virsta garais, kurie vėliau kondensuojasi šaltesnėje dalyje.

Oksidacija ir redukcija sausoje formoje gali būti gaminami lydytuose borakso rutuliuose ( 2 4 7 + 10 2 ) Bandomoji medžiaga įvedama į mažas kiekisį rutuliukus, gautus išlydžius šias druskas ant platininės vielos, o po to jie kaitinami oksiduojančioje arba redukuojančioje liepsnos dalyje. Restauravimas gali būti atliekamas įvairiais kitais būdais, būtent: kaitinant ant pagaliuko, apanglėjusio soda, kaitinant stikliniame vamzdyje su metalais – natriu, kaliu ar magniu, kaitinant anglimis naudojant pūtimo vamzdį arba paprastai kaitinant.

Elementų klasifikacija

Analitinėje chemijoje priimtas elementų klasifikavimas grindžiamas tuo pačiu skirstymu, kuris priimtas ir bendrojoje chemijoje – į metalus ir nemetalus (metaloidus), pastarieji dažniausiai laikomi atitinkamų rūgščių pavidalu. Norint atlikti sisteminę kokybinę analizę, kiekviena iš šių elementų klasių paeiliui skirstoma į grupes su tam tikromis bendromis grupės charakteristikomis.

Metalai analitinės chemijos padaliniai yra suskirstyti į du skyrius, kurie savo ruožtu yra suskirstyti į penkias grupes:

1. Metalai, kurių sieros junginiai tirpsta vandenyje- metalų pasiskirstymas šiame skyriuje į grupes pagrįstas jų anglies dioksido druskų savybėmis. 1-oji grupė: kalis, natris, rubidis, cezis, litis. Sieros junginiai ir jų anglies dioksido druskos tirpsta vandenyje. Nėra bendro reagento, skirto visiems šios grupės metalams nusodinti netirpių junginių pavidalu. 2-oji grupė: baris, stroncis, kalcis, magnis. Sieros junginiai tirpsta vandenyje, anglies dioksido druskos netirpsta. Dažnas reagentas, nusodinantis visus šios grupės metalus netirpių junginių pavidalu, yra amonio karbonatas.
2. Metalai, kurių sieros junginiai netirpsta vandenyje- norėdami suskirstyti šį skyrių į tris grupes, jie naudoja savo sieros junginių santykį su silpnomis rūgštimis ir amonio sulfidu. 3-ioji grupė: aliuminis, chromas, geležis, manganas, cinkas, nikelis, kobaltas.

Aliuminis ir chromas vandeniu nesudaro sieros junginių; kiti metalai sudaro sieros junginius, kurie, kaip ir jų oksidai, tirpsta silpnos rūgštys Oi. Vandenilio sulfidas jų nenusodina iš rūgštinio tirpalo, nusodina oksidus ar sieros junginius. Amonio sulfidas yra įprastas šios grupės reagentas, o jo sieros junginių perteklius netirpsta. 4-oji grupė: sidabras, švinas, bismutas, varis, paladis, rodis, rutenis, osmis. Sieros junginiai netirpūs silpnose rūgštyse ir nusodinami vandenilio sulfidu rūgštiniame tirpale; jie taip pat netirpūs amonio sulfide. Vandenilio sulfidas yra įprastas šios grupės reagentas. 5 grupė: alavas, arsenas, stibis, auksas, platina. Sieros junginiai taip pat netirpūs silpnose rūgštyse ir nusodinami vandenilio sulfidu iš rūgštinio tirpalo. Bet jie tirpsta amonio sulfide ir su juo sudaro vandenyje tirpius sulfatus.

Nemetalai (metaloidai) cheminės analizės metu jie visada turi būti aptikti jų susidarančių rūgščių arba atitinkamų jų druskų pavidalu. Rūgščių skirstymo į grupes pagrindas yra jų bario ir sidabro druskų savybės, susijusios su jų tirpumu vandenyje ir iš dalies rūgštyse. Bario chloridas yra bendras 1 grupės reagentas, sidabro nitratas nitrato tirpale – 2 grupei, 3 grupės rūgščių bario ir sidabro druskos tirpsta vandenyje. 1-oji grupė: neutraliame tirpale bario chloridas nusodina netirpias druskas; Sidabro druskos netirpsta vandenyje, bet tirpsta azoto rūgštyje. Tai rūgštys: chromo, serozinės, sieros, vandeninės, anglies, silicio, sieros, hidrofluoro silicio rūgštys (bario druskos, netirpios rūgštyse), arsenas ir arsenas. 2-oji grupė: tirpale, parūgštintame azoto rūgštimi, sidabro nitratas išskiria nuosėdas. Tai rūgštys: vandenilio chlorido, vandenilio bromido ir vandenilio jodo, vandenilio cianido, vandenilio sulfido, geležies ir geležies hidrocianidas ir jodas. 3-ioji grupė: azoto rūgštis ir perchloro rūgštis, kurių nenusodina nei sidabro nitratas, nei bario chloridas.

Tačiau reikia turėti omenyje, kad rūgštims nurodyti reagentai nėra bendrieji reagentai, kuriuos būtų galima naudoti rūgštims atskirti į grupes. Šie reagentai gali parodyti tik rūgštinės ar kitos grupės buvimą, o norint atrasti kiekvieną atskirą rūgštį, reikia naudoti jiems priklausančias privačias reakcijas. Aukščiau pateikta metalų ir nemetalų (metaloidų) klasifikacija analitinės chemijos tikslais buvo priimta Rusijos mokyklose ir laboratorijose (pagal N. A. Menšutkiną Vakarų Europos laboratorijose buvo priimta kita klasifikacija, tačiau iš esmės remiantis tais pačiais principais).

Teorinis reakcijų pagrindas

Kokybinės cheminės analizės reakcijų tirpaluose teorinių pagrindų, kaip jau minėta, reikia ieškoti bendrosios ir fizikinės chemijos apie tirpalus ir cheminį giminingumą skyriuose. Vienas iš pirmųjų, svarbiausių klausimų – visų mineralų būklė vandeniniuose tirpaluose, kuriuose, remiantis elektrolitinės disociacijos teorija, visos druskų, rūgščių ir šarmų klasėms priklausančios medžiagos disocijuoja į jonus. Todėl visos cheminės analizės reakcijos vyksta ne tarp ištisų junginių molekulių, o tarp jų jonų. Pavyzdžiui, natrio chlorido NaCl ir sidabro nitrato AgNO 3 reakcija vyksta pagal lygtį:

Na + + Cl - + Ag + + (NO 3) - = AgCl↓ + Na + + (NO 3) - natrio jonas + chloro jonas + sidabro jonas + azoto rūgšties anijonas = netirpi druska+ azoto rūgšties anijonas

Vadinasi, sidabro nitratas nėra natrio chlorido ar druskos rūgšties reagentas, o tik chloro jonams. Taigi, kiekvienai tirpalei druskai, analitinės chemijos požiūriu, jos katijonas (metalo jonas) ir anijonas (rūgšties liekana) turi būti nagrinėjami atskirai. Kalbant apie laisvą rūgštį, reikia atsižvelgti į vandenilio jonus ir anijoną; galiausiai kiekvienam šarmui – metalo katijonas ir hidroksilo anijonas. Ir iš esmės svarbiausia užduotis Kokybinė cheminė analizė – tai įvairių jonų reakcijų tyrimas, kaip juos atidaryti ir atskirti vienas nuo kito.

Pastarajam tikslui pasiekti, veikiant atitinkamiems reagentams, jonai paverčiami netirpiais junginiais, kurie iš tirpalo nusėda nuosėdų pavidalu arba iš tirpalų išskiriami dujų pavidalu. Toje pačioje elektrolitinės disociacijos teorijoje reikia ieškoti paaiškinimo dėl cheminių rodiklių veikimo, kurie dažnai randa pritaikymą cheminėje analizėje. Pagal W. Ostwaldo teoriją visi cheminiai rodikliai yra santykinai silpnos rūgštys, vandeniniuose tirpaluose dalinai disocijuotos. Be to, kai kurie iš jų turi bespalves ištisas molekules ir spalvotus anijonus, kiti, priešingai, turi spalvotas molekules ir bespalvį anijoną arba kitos spalvos anijoną; Veikiami laisvųjų rūgščių vandenilio jonų arba šarmų hidroksilo jonų, cheminiai rodikliai gali pakeisti jų disociacijos laipsnį, o kartu ir spalvą. Svarbiausi rodikliai yra šie:

1. Metilo oranžinė spalva, kuri esant laisviesiems vandenilio jonams (rūgštinė reakcija) suteikia rausvą spalvą, o esant neutralioms druskoms ar šarmams – geltoną;
2. Fenolftaleinas – esant hidroksilo jonams ( šarminė reakcija) suteikia būdingą raudoną spalvą ir yra bespalvis, kai yra neutralių druskų ar rūgščių;
3. Lakmusas pasidaro raudonas veikiamas rūgščių, mėlynuoja, kai veikia šarmai, ir galiausiai
4. Kurkuminas, veikiamas šarmų, paruduoja, o esant rūgštims vėl įgauna geltoną spalvą.

Cheminiai rodikliai yra labai svarbūs tūrinėje cheminėje analizėje (žr. toliau). Kokybinės cheminės analizės reakcijose dažnai susiduriama su hidrolizės reiškiniu, tai yra, druskų irimas veikiant vandeniui, o vandeninis tirpalas įgauna daugiau ar mažiau stiprią šarminę ar rūgštinę reakciją.

Kokybinės cheminės analizės pažanga

Atliekant kokybinę cheminę analizę, svarbu ne tik nustatyti, kokie elementai ar junginiai yra tam tikros medžiagos sudėtyje, bet ir kokiais, apytiksliai, santykiniais kiekiais šie komponentai randami. Tam visada reikia remtis tam tikrais tiriamos medžiagos kiekiais (dažniausiai pakanka paimti 0,5-1 gramo) ir atliekant analizę lyginti atskirų kritulių kiekį tarpusavyje. Taip pat būtina naudoti tam tikro stiprumo reagentų tirpalus, būtent: normalų, pusiau normalų, dešimtadalį normalų.

Kiekviena kokybinė cheminė analizė yra padalinta į tris dalis:

1. preliminarus testas,
2. metalų (katijonų) atradimas,
3. nemetalų (metaloidų) arba rūgščių (anijonų) atradimas.

Atsižvelgiant į analitės pobūdį, gali būti keturi atvejai:

1. kieta nemetalinė medžiaga,
2. kieta medžiaga metalo arba metalo lydinio pavidalu,
3. skystis (tirpalas),

Analizuojant kieta nemetalinė medžiaga Visų pirma, atliekamas išorinis tyrimas ir mikroskopinis tyrimas, taip pat preliminarus tyrimas naudojant aukščiau nurodytus sausos formos analizės metodus. Iš pradžių medžiagos mėginys, priklausomai nuo jo pobūdžio, ištirpinamas viename iš šių tirpiklių: vandenyje, vandenilio chlorido rūgštyje, azoto rūgštyje ir aqua regia (vandenilio chlorido ir azoto rūgščių mišinys). Medžiagos, kurios negali ištirpti jokiame iš aukščiau išvardytų tirpiklių, perkeliamos į tirpalą naudojant tam tikrus specialius metodus, tokius kaip: suliejimas su soda arba kaliu, virinimas su sodos tirpalu, kaitinimas tam tikromis rūgštimis ir tt Gautas tirpalas sistemingai analizuojamas. su išankstiniu metalų ir rūgščių išskyrimu į grupes ir tolesniu jų atskyrimu į atskirus elementus, naudojant jiems būdingas privačias reakcijas.

Analizuojant metalo lydinys tam tikras jo mėginys ištirpinamas azoto rūgštyje (retais atvejais – vandeniniame vandenyje), o gautas tirpalas išgarinamas iki sausumo, po to kietos liekanos ištirpinamos vandenyje ir atliekama sisteminė analizė.

Jei medžiaga yra skystis, pirmiausia atkreipiamas dėmesys į jo spalvą, kvapą ir reakciją į lakmusą (rūgštinį, šarminį, neutralų). Norint patikrinti, ar tirpale nėra kietųjų dalelių, nedidelė skysčio dalis išgarinama ant platinos plokštės arba laikrodžio stiklo. Po šių preliminarių bandymų skystis apalizuojamas įprastais metodais.

Analizė dujų gamina kai kurie specialius metodus nurodyta kiekybinėje analizėje.

Kiekybinės cheminės analizės metodai

Kiekybine chemine analize siekiama nustatyti santykinius individo kiekius komponentai bet koks cheminis junginys ar mišinys. Jame naudojami metodai priklauso nuo medžiagos savybių ir sudėties, todėl prieš kiekybinę cheminę analizę visada turi būti atlikta kokybinė cheminė analizė.

Norint atlikti kiekybinę analizę, gali būti naudojami du skirtingi metodai: gravimetrinis ir tūrinis. Svorio metodu nustatomi kūnai, esant galimybei, išskiriami netirpių arba blogai tirpių, žinomos cheminės sudėties junginių pavidalu, ir nustatoma jų masė, pagal kurią galima nustatyti norimo elemento kiekį. skaičiavimas. Atliekant tūrinę analizę, matuojami analizei naudojamų titruotų (turinčių tam tikrą kiekį reagento) tirpalų tūriai. Be to, skiriasi keletas specialių kiekybinės cheminės analizės metodų, būtent:

1. elektrolitinis pagrįsta atskirų metalų atskyrimu elektrolizės būdu,
2. kolorimetrinis, gaunamas lyginant tam tikro tirpalo spalvos intensyvumą su tam tikro stiprumo tirpalo spalva,
3. organinė analizė, susidedantis iš organinių medžiagų deginimo anglies dvideginio C0 2 ir vandens H 2 0 ir nustatant pagal jų santykinį anglies ir vandenilio kiekį medžiagoje,
4. dujų analizė, kuris susideda iš kokybinės ir kiekybinės dujų ar jų mišinių sudėties nustatymo tam tikrais specialiais metodais.

absoliučiai speciali grupė atstovauja medicininė cheminė analizė, apimantis daugybę skirtingų kraujo, šlapimo ir kitų žmogaus kūno atliekų produktų tyrimo metodų.

Gravitacinė kiekybinė cheminė analizė

Gravimetrinės kiekybinės cheminės analizės metodai yra dviejų tipų: tiesioginės analizės metodas Ir netiesioginės (netiesioginės) analizės metodas. Pirmuoju atveju nustatomas komponentas išskiriamas kokio nors netirpaus junginio pavidalu ir nustatoma pastarojo masė. Netiesioginė analizė grindžiama tuo, kad dviejų ar daugiau medžiagų, kurios buvo apdorotos tuo pačiu cheminiu būdu, jų svoris nevienodai keičiasi. Turėdami, pavyzdžiui, kalio chlorido ir natrio nitrato mišinį, pirmąjį iš jų galite nustatyti tiesiogine analize, nusodindami chlorą sidabro chlorido pavidalu ir pasverdami. Jei yra kalio ir natrio chlorido druskų mišinys, jų santykį galite nustatyti netiesiogiai, nusodindami visą chlorą sidabro chlorido pavidalu ir nustatydami jo svorį, o po to apskaičiuodami.

Tūrinė cheminė analizė

Elektrolizės analizė

Kolorimetriniai metodai

Elementų organinė analizė

Dujų analizė

Analitinės chemijos metodų klasifikacija

• Elementų analizės metodai
  • Rentgeno spindulių spektrinė analizė (rentgeno fluorescencija)
  • Neutronų aktyvacijos analizė ( anglų kalba) (žr. radioaktyvacijos analizę)
  • Augerio elektronų spektrometrija (EOS) ( anglų kalba); žr. Augerio efektą
  • Analitinė atomų spektrometrija – tai metodų rinkinys, pagrįstas analizuojamų mėginių pavertimu atskirų laisvųjų atomų būsenoje, kurių koncentracijos vėliau matuojamos spektroskopiškai (kartais čia įtraukiama ir rentgeno fluorescencinė analizė, nors ji nėra pagrįsta mėginiu atomizacija ir nesusijusi su atomų garų spektroskopija).
    • MS – masių spektrometrija su atominių jonų masių registravimu
      • ICP-MS – induktyviai susietos plazmos masės spektrometrija (žr. induktyviai susietą plazmą masės spektrometrijoje)
      • LA-ICP-MS – masių spektrometrija su induktyviai susietos plazmos ir lazerio abliacija
      • LIMS – lazerinė kibirkšties masės spektrometrija; žr. lazerio abliaciją (komercinis pavyzdys: LAMAS-10M)
      • MSVI – antrinė jonų masės spektrometrija (SIMS)
      • TIMS – terminės jonizacijos masės spektrometrija (TIMS)
      • Didelės energijos dalelių greitintuvo masės spektrometrija (AMS)
    • AAS – atominės sugerties spektrometrija
      • ETA-AAS – atominės sugerties spektrometrija su elektroterminiu purškimu (žr. atominės absorbcijos spektrometrus)
      • SVZR – ertmės skilimo laiko spektroskopija (CRDS)
      • VRLS – intracavity lazerinė spektroskopija
    • AES – atominės emisijos spektrometrija
      • kibirkštis ir lankas kaip spinduliuotės šaltiniai (žr. kibirkšties išlydį; elektros lankas)
      • ICP-AES – induktyviai susietos plazmos atominės emisijos spektrometrija
      • LIES – lazerinė kibirkščių emisijos spektrometrija (LIBS arba LIPS); žr. lazerio abliaciją
    • AFS – atominės fluorescencijos spektrometrija (žr. fluorescenciją)
      • ICP-AFS – atominė fluorescencinė spektrometrija su indukciniu būdu sujungta plazma (Baird įrenginiai)
      • LAFS – lazerinė atominė fluorescencinė spektrometrija
      • APS tuščiavidurio katodo lempose (komercinis pavyzdys: AI3300)
    • AIS – atominės jonizacijos spektrometrija
      • LAIS (LIIS) - lazerinė atominė jonizacija arba lazeriu sustiprinta jonizacijos spektroskopija (angl. Lazeriu sustiprinta jonizacija, LEI )
      • RIMS – lazerinė rezonansinė jonizacinė masės spektrometrija
      • OG – optogalvanika (LOGS – lazerinė optogalvaninė spektroskopija)

• Kiti analizės metodai
  • titrimetrija, tūrinė analizė
  • gravimetrinė analizė - gravimetrija, elektrogravimetrija
  • spektrofotometrija (dažniausiai absorbcija) molekulinės dujos ir kondensuotos medžiagos
    • elektronų spektrometrija (matomasis spektras ir UV spektrometrija); Žiūrėkite elektronų spektroskopiją
    • virpesių spektrometrija (IR spektrometrija); žr. virpesių spektroskopiją
  • Ramano spektroskopija; Žiūrėkite Ramano efektą
  • liuminescencijos analizė
  • masių spektrometrija su molekulinių ir klasterinių jonų, radikalų masės registravimu
  • jonų judrumo spektrometrija (

Aplinkos inžinieriai turi žinoti žaliavų, produktų ir atliekų cheminę sudėtį bei aplinką – orą, vandenį ir dirvožemį; svarbu nustatyti kenksmingų medžiagų ir nustatyti jų koncentraciją. Ši problema išspręsta analitinė chemija – mokslas apie medžiagų cheminės sudėties nustatymą.

Analitinės chemijos problemos daugiausia sprendžiamos fizikiniais ir cheminiais analizės metodais, kurie dar vadinami instrumentiniais. Jie naudoja tam tikrų fizikinių ar fizikinių ir cheminių medžiagos savybių matavimus, kad nustatytų jos sudėtį. Jame taip pat yra skirsnių, skirtų medžiagų atskyrimo ir gryninimo būdams.

Šio paskaitų kurso tikslas – susipažinti su instrumentinių analizės metodų principais, siekiant orientuotis jų galimybėse ir tuo remiantis iškelti konkrečias užduotis chemikams specialistams bei suprasti gautų analizės rezultatų reikšmę.

Literatūra

Aleskovskis V.B.

ir kiti fizikiniai-cheminiai analizės metodai.

L-d, „Chemija“, 1988 m

Yu.S. Lialikovas.

Fizikiniai-cheminiai analizės metodai. M., leidykla „Chemija“, 1974 m Vasiljevas V.P.

Fizinių ir cheminių analizės metodų teoriniai pagrindai M., Aukštoji mokykla, 1979 m.

A. D. Zimonas, N. F. Leščenka. Koloidinė chemija. M., „Agar“, 2001 m

A.I. Mishustin, K.F. Belousova. Koloidinė chemija (

Metodinis vadovas

Atliekant kokybinę neorganinių junginių analizę, tiriamas mėginys perkeliamas į skystą būseną, ištirpinant jį vandenyje arba rūgšties ar šarmo tirpale, o tai leidžia aptikti elementus katijonų ir anijonų pavidalu. Pavyzdžiui, Cu 2+ jonus galima atpažinti pagal sudėtingą 2+ joną, kuris yra ryškiai mėlynas.

Kokybinė analizė skirstoma į trupmeninę ir sisteminę. Frakcinė analizė – kelių jonų aptikimas mišinyje, kurio sudėtis apytiksliai žinoma.

Sisteminė analizė yra pilna analizė naudojant specifinį metodą nuosekliam atskirų jonų aptikimui. Atskiros panašių savybių jonų grupės išskiriamos naudojant grupinius reagentus, po to jonų grupės skirstomos į pogrupius, o tos, savo ruožtu, į atskirus jonus, kurie aptinkami naudojant vadinamuosius. analitinės reakcijos. Tai reakcijos su išoriniu poveikiu – nuosėdų susidarymu, dujų išsiskyrimu, tirpalo spalvos pasikeitimu.

Analitinių reakcijų savybės - specifiškumas, selektyvumas ir jautrumas.

Specifiškumas leidžia aptikti tam tikrą joną esant kitiems jonams pagal būdingą požymį (spalvą, kvapą ir kt.). Tokių reakcijų yra palyginti nedaug (pavyzdžiui, NH 4 + jono aptikimo reakcija, kai kaitinama medžiaga veikia šarmą). Kiekybiškai reakcijos specifiškumas vertinamas pagal ribinio santykio reikšmę, lygią nustatyto jono ir trukdančių jonų koncentracijų santykiui. Pavyzdžiui, lašelių reakcija į Ni 2+ joną, veikiant dimetilglioksimui, esant Co 2+ jonams, yra įmanoma, kai ribinis Ni 2+ ir Co 2+ santykis yra lygus 1:5000.

Selektyvumas(arba selektyvumą) lemia tai, kad panaši išorinis poveikis gamina tik keletą jonų. Kuo didesnis selektyvumas mažesnis skaičius jonų, kurie suteikia panašų poveikį.

Jautrumas reakcijos apibūdinamos aptikimo arba praskiedimo riba. Pavyzdžiui, aptikimo riba mikrokristaloskopinėje reakcijoje į Ca 2+ joną veikiant sieros rūgščiai yra 0,04 μg Ca 2+ tirpalo laše.

Sunkesnė užduotis – organinių junginių analizė. Anglis ir vandenilis nustatomi sudeginus mėginį, registruojant išsiskyrusį anglies dioksidą ir vandenį. Yra keletas kitų elementų aptikimo būdų.

Analizės metodų klasifikavimas pagal kiekį.

Komponentai skirstomi į pagrindinius (1–100 % masės), smulkius (0,01–1 % masės) ir priemaišas arba pėdsakus (mažiau nei 0,01 % masės).

Priklausomai nuo tiriamo mėginio masės ir tūrio, išskiriama makroanalizė (0,5–1 g arba 20–50 ml),

pusiau mikroanalizė (0,1–0,01 g arba 1,0–0,1 ml),

mikroanalizė (10 -3 - 10 -6 g arba 10 -1 - 10 -4 ml),

ultramikroanalizė (10 -6 - 10 -9 g arba 10 -4 - 10 -6 ml),

submikroanalizė (10 -9 - 10 -12 g arba 10 -7 - 10 -10 ml).

Klasifikacija pagal nustatomų dalelių pobūdį:

1.izotopinis (fizinis) – nustatomi izotopai

2. elementinis arba atominis – nustatoma cheminių elementų visuma

3. molekulinis – nustatomas mėginį sudarančių molekulių rinkinys

4. struktūrinė-grupė (tarpinė tarp atominės ir molekulinės) – nustatomos funkcinės grupės organinių junginių molekulėse.

5. fazė - analizuojami nevienalyčių objektų komponentai (pavyzdžiui, mineralai).

Kiti klasifikavimo analizės tipai:

Bendras ir vietinis.

Destruktyvus ir nedestruktyvus.

Kontaktinis ir nuotolinis.

Diskretus ir tęstinis.

Svarbios analitinės procedūros charakteristikos yra metodo greitis (analizės greitis), analizės kaina ir galimybė ją automatizuoti.

Analitinė chemija – tai skyrius, leidžiantis kontroliuoti įvairių ūkio sektorių produktų gamybą ir kokybę. Gamtos išteklių tyrinėjimas grindžiamas šių tyrimų rezultatais. Aplinkos užterštumo laipsniui kontroliuoti naudojami analitinės chemijos metodai.

Praktinė reikšmė

Analizė yra pagrindinė pašarų, trąšų, dirvožemio ir žemės ūkio produktų cheminės sudėties nustatymo galimybė, kuri yra svarbi normaliam agropramonės pramonės funkcionavimui.

Aukštos kokybės ir kiekybinė chemija nepakeičiamas biotechnologijoje ir medicininėje diagnostikoje. Nuo įrangos laipsnio tyrimų laboratorijos priklauso nuo daugelio mokslo sričių efektyvumo ir efektyvumo.

Teoriniai pagrindai

Analitinė chemija yra mokslas, leidžiantis nustatyti sudėtį ir cheminė struktūra medžiagų. Jos metodai padeda atsakyti į klausimus, susijusius ne tik su medžiagos sudedamosiomis dalimis, bet ir su jų kiekybiniu ryšiu. Su jų pagalba galite suprasti, kokia forma konkretus komponentas yra tiriamoje medžiagoje. Kai kuriais atvejais jie gali būti naudojami sudedamųjų dalių erdviniam išdėstymui nustatyti.

Mąstant metodus, informacija dažnai pasiskolinama iš susijusių mokslo sričių ir pritaikoma konkrečiai tyrimų sričiai. Kokius klausimus sprendžia analitinė chemija? Analizės metodai leidžia sukurti teorinius pagrindus, nustatyti jų panaudojimo ribas, įvertinti metrologines ir kitas charakteristikas, sukurti įvairių objektų analizės metodus. Jie nuolat atnaujinami, modernizuojami, tampa universalesni ir efektyvesni.

Kalbant apie analizės metodą, daroma prielaida, kad išreiškiamas kiekybinis santykis tarp nustatomos savybės ir kompozicijos. Pasirinkti metodai, įskaitant trikdžių nustatymą ir pašalinimą, praktinės veiklos prietaisus ir atliktų matavimų apdorojimo galimybes.

Analitinės chemijos funkcijos

Yra trys pagrindinės žinių sritys:

• sprendimas bendrus klausimus analizė;
• analitinių metodų kūrimas;
• konkrečių užduočių rengimas.

Šiuolaikinė analitinė chemija yra kokybinės ir kiekybinės analizės derinys. Pirmajame skyriuje aptariamas komponentų, įtrauktų į analizuojamą objektą, problema. Antrajame pateikiama informacija apie vienos ar kelių medžiagos dalių kiekybinį turinį.

Metodų klasifikacija

Jie skirstomi į tokias grupes: mėginių ėmimas, mėginių skaidymas, komponentų atskyrimas, identifikavimas ir nustatymas. Taip pat yra hibridinių metodų, kurie derina atskyrimą ir apibrėžimą.

Nustatymo metodai turi didžiausią reikšmę. Jie skirstomi pagal analizuojamos savybės pobūdį ir tam tikro signalo įrašymo galimybę. Analitinės chemijos problemos dažnai apima tam tikrų komponentų apskaičiavimą remiantis cheminėmis reakcijomis. Norint atlikti tokius skaičiavimus, reikalingas tvirtas matematinis pagrindas.

Tarp pagrindinių analitinės chemijos metodų reikalavimų išskiriame:

• tikslumas ir puikus gautų rezultatų atkuriamumas;
• žema konkrečių komponentų nustatymo riba;
• išraiškingumas;
• selektyvumas;
• paprastumas;
• eksperimento automatizavimas.

Renkantis analizės metodą svarbu aiškiai žinoti tyrimo tikslą ir uždavinius bei įvertinti pagrindinius turimų metodų privalumus ir trūkumus.

Cheminis analitinės chemijos metodas yra pagrįstas kokybines reakcijas, būdingas tam tikriems junginiams.

Analitinis signalas

Paėmus ir paruošus mėginius, atliekamas cheminės analizės etapas. Jis siejamas su mišinio komponentų aptikimu ir kiekybinio jo kiekio nustatymu.

Analitinė chemija yra mokslas, kuriame yra daug metodų, vienas iš jų yra signalas. Analitiniu signalu laikomas keleto fizinio dydžio matavimų paskutiniame analizės etape vidurkis, kuris funkciškai susijęs su pageidaujamo komponento turiniu. Jei reikia aptikti tam tikrą elementą, naudojamas analitinis signalas: nuosėdos, spalva, linija spektre. Komponento kiekio nustatymas siejamas su nuosėdų mase, intensyvumu spektrines linijas, srovės stiprumas.

Maskavimo, koncentravimo, atskyrimo būdai

Maskavimas – tai cheminės reakcijos slopinimas arba visiškas slopinimas esant medžiagoms, kurios gali pakeisti jos greitį ar kryptį. Yra dvi maskavimo parinktys: pusiausvyra (termodinaminė) ir nepusiausvyra (kinetinė). Pirmuoju atveju susidaro sąlygos, kurioms esant reakcijos konstanta sumažėja tiek, kad procesas vyksta nežymiai. Užmaskuoto komponento koncentracija bus nepakankama, kad būtų galima patikimai aptikti analitinį signalą. Kinetinis maskavimas pagrįstas aptiktos ir užmaskuotos medžiagos greičių skirtumo padidėjimu naudojant pastovų reagentą.

Koncentraciją ir atskyrimą lemia tam tikri veiksniai:

• mėginyje yra komponentų, trukdančių nustatyti;
• analitės koncentracija neviršija apatinės aptikimo ribos;
• aptikti komponentai mėginyje pasiskirstę netolygiai;
• mėginys yra radioaktyvus arba toksiškas.

Atskyrimas yra procesas, kurio metu pradiniame mišinyje esantys komponentai gali būti atskirti vienas nuo kito.

Koncentracija – tai operacija, dėl kurios mažųjų elementų skaičiaus ir makrokomponentų skaičiaus santykis didėja.

Sedimentacija tinka kelių atskyrimui. Jis naudojamas kartu su nustatymo metodais, skirtais analitiniam signalui gauti iš kietų mėginių. Skirstymas pagrįstas skirtingu vandeniniuose tirpaluose naudojamų medžiagų tirpumu.

Ištraukimas

Analitinės chemijos katedroje atliekami laboratoriniai tyrimai, susiję su ekstrahavimu. Tai reiškia fizinį ir cheminį medžiagos paskirstymo tarp nesimaišančių skysčių procesą. Ekstrahavimas taip pat vadinamas masės perdavimo procesu cheminių reakcijų metu. Tokie tyrimo metodai tinka makro- ir mikrokomponentų išgavimui ir koncentracijai, taip pat grupiniam ir individualiam išskyrimui analizuojant įvairius gamtos ir pramonės objektus. Tokie metodai yra paprasti ir greitai atliekami, garantuoja puikų koncentravimo ir atskyrimo efektyvumą ir yra visiškai suderinami su įvairiais nustatymo metodais. Dėl ekstrahavimo galima atsižvelgti į komponento būseną tirpale skirtingos sąlygos, taip pat nustatyti jo fizines ir chemines savybes.

Sorbcija

Jis naudojamas medžiagoms koncentruoti ir atskirti. Sorbcijos technologijos užtikrina gerą mišinio atskyrimo selektyvumą. Tai garų, skysčių, dujų absorbcijos procesas, naudojant sorbentus (kietojo pagrindo absorberius).

Cementavimas ir elektrolitinis atskyrimas

Ką dar daro analitinė chemija? Vadovėlyje pateikiama informacija apie elektrošalinimo techniką, kai koncentruota arba atskirta medžiaga nusodinama ant kietų elektrodų. paprasta medžiaga arba kaip junginio dalis.

Elektrolizė pagrįsta tam tikros medžiagos nusodinimu elektros srovė. Labiausiai paplitęs variantas yra katodinis mažai aktyvių metalų nusodinimas. Medžiaga elektrodui gali būti platina, anglis, varis, sidabras, volframas.

Elektroforezė

Jis pagrįstas dalelių greičių skirtumais skirtingas mokestis elektriniame lauke, keičiantis įtempimui ir dalelių dydžiui. Šiuo metu analitinėje chemijoje yra dvi elektroforezės formos: paprasta (priekinė) ir ant nešiklio (zona). Pirmasis variantas tinka nedideliam tirpalo kiekiui, kuriame yra atskiriami komponentai. Jis dedamas į mėgintuvėlį su tirpalais. Analitinė chemija paaiškina visus procesus, vykstančius katode ir anode. Atliekant zoninę elektroforezę, dalelės juda stabilizuojančioje terpėje, kuri jas išlaiko išjungus srovę.

Cementavimo metodas susideda iš komponentų atstatymo ant metalų, kurie turi didelį neigiamą potencialą. IN toks atvejis iš karto vyksta du procesai: katodinis (atsileidžiant komponentui) ir anodinis (tirpsta cementuojantis metalas).

Garavimas

Distiliavimas pagrįstas skirtingu nepastovumu cheminių medžiagų. Vyksta perėjimas iš skystos formos į dujinė būsena, tada kondensuojasi ir vėl pereina į skystąją fazę.

Atliekant paprastą distiliavimą, vyksta vienpakopis medžiagos atskyrimo ir koncentravimo procesas. Garavimo atveju pašalinamos tos medžiagos, kurios yra lakios formos. Pavyzdžiui, jie gali apimti makro ir mikro komponentus. Sublimacija (sublimacija) apima medžiagos perkėlimą iš kietos fazės į dujas, apeinant skystąją formą. Panaši technika taikoma tais atvejais, kai atskiriamos medžiagos blogai tirpsta vandenyje arba blogai tirpsta.

Išvada

Analitinėje chemijoje yra daug būdų, kaip atskirti vieną medžiagą iš mišinio ir nustatyti jos buvimą tiriamame mėginyje. Vienas iš dažniausiai naudojamų analizės metodų yra chromatografija. Tai leidžia aptikti skystas, dujines ir kietas medžiagas, kurių molekulinė masė yra nuo 1 iki 106 a. e.m Chromatografijos dėka galima gauti išsamią informaciją apie organinių medžiagų savybes ir struktūrą įvairios klasės. Metodas pagrįstas komponentų paskirstymu tarp mobiliosios ir stacionarios fazės. Stacionarioji yra kieta medžiaga (sorbentas) arba skysčio plėvelė, kuri nusėda ant kietos medžiagos.

Judanti fazė yra dujos arba skystis, tekantis per stacionarią dalį. Šios technologijos dėka galima identifikuoti atskirus komponentus, kiekybiškai įvertinti mišinio sudėtį ir suskirstyti į komponentus.

Be chromatografijos, kokybinei ir kiekybinei analizei naudojami gravimetriniai, titrimetriniai ir kinetiniai metodai. Visi jie yra pagrįsti medžiagų fizinėmis ir cheminėmis savybėmis, leidžiančiomis tyrėjui aptikti tam tikrus junginius mėginyje ir apskaičiuoti jų kiekybinį kiekį. Analitinė chemija pagrįstai gali būti laikoma viena iš svarbiausių mokslo šakų.

Atsižvelgiant į atliekamą užduotį, yra 3 analitinės chemijos metodų grupės:

• 1) aptikimo metodai leidžia nustatyti, kokių elementų ar medžiagų (analičių) yra mėginyje. Jie naudojami kokybinei analizei atlikti;
• 2) nustatymo metodai leidžia nustatyti kiekybinį analičių kiekį mėginyje ir yra naudojami kiekybinei analizei atlikti;
• 3) atskyrimo metodai leidžia išskirti analitę ir atskirti trukdančius komponentus. Jie naudojami atliekant kokybinę ir kiekybinę analizę. Yra įvairių metodų kiekybinė analizė: cheminė, fizikinė-cheminė, fizikinė ir kt.

Cheminiai metodai yra pagrįsti cheminių reakcijų (neutralizavimo, oksidacijos-redukcijos, komplekso formavimo ir nusodinimo), į kurias patenka analitė, naudojimu. Kokybinis analitinis signalas šiuo atveju yra vizualinis išorinis reakcijos poveikis – tirpalo spalvos pasikeitimas, nuosėdų susidarymas ar ištirpimas, dujinio produkto išsiskyrimas. Kiekybiniuose nustatymuose kaip analitinis signalas naudojamas išsiskyrusio dujinio produkto tūris, susidariusių nuosėdų masė ir tiksliai žinomos koncentracijos reagento tirpalo tūris, sunaudojamas sąveikai su nustatoma medžiaga.

Fizikiniais metodais nenaudojamos cheminės reakcijos, o matuojamos bet kokios tiriamos medžiagos fizinės savybės (optinės, elektrinės, magnetinės, šiluminės ir kt.), kurios priklauso nuo jos sudėties.

Fizikiniais ir cheminiais metodais naudojami analizuojamos sistemos fizikinių savybių pokyčiai, atsirandantys dėl cheminių reakcijų. Fizikiniai ir cheminiai metodai taip pat apima chromatografinius analizės metodus, pagrįstus medžiagos sorbcijos-desorbcijos procesais ant kieto arba skysto sorbento dinaminėmis sąlygomis, ir elektrocheminius metodus (potenciometrija, voltamperometrija, konduktometrija).

Fiziniai ir fizikiniai bei cheminiai metodai dažnai derinami pagal bendras vardas instrumentiniai analizės metodai, nes analizei atlikti naudojami analitinės priemonės ir prietaisai, fiksuojantys fizines savybes ar jų pokyčius. Atliekant kiekybinę analizę, išmatuojamas analitinis signalas - fizinis kiekis susiję su kiekybine mėginio sudėtimi. Jei kiekybinė analizė atliekama naudojant cheminius metodus, tada nustatymo pagrindas visada yra cheminė reakcija.

Yra 3 kiekybinės analizės metodų grupės:

• - Dujų analizė
• - Titrimetrinė analizė
• - Gravimetrinė analizė

Tarp cheminių kiekybinės analizės metodų svarbiausi yra gravimetriniai ir titrimetriniai metodai, vadinami klasikiniais analizės metodais. Šie metodai yra standartiniai nustatymo tikslumui įvertinti. Pagrindinė jų taikymo sritis yra tikslus didelių ir vidutinių medžiagų kiekių nustatymas.

Klasikiniai analizės metodai plačiai naudojami įmonėse chemijos pramonė progreso kontrolei technologinis procesas, žaliavų kokybė ir gatavų gaminių, pramonines atliekas. Šių metodų pagrindu atliekama farmacinė analizė – nustatoma vaistų kokybė ir vaistai, kuriuos gamina chemijos ir farmacijos įmonės.