1. INVOERING

2. CLASSIFICATIE VAN METHODEN

3. ANALYTISCH SIGNAAL

4.3. CHEMISCHE METHODEN

4.8. THERMISCHE METHODEN

5. CONCLUSIE

6. LIJST VAN GEBRUIKTE REFERENTIES

INVOERING

Chemische analyse dient als middel om de productie en productkwaliteit in een aantal sectoren van de nationale economie te monitoren. De exploratie van mineralen is in verschillende mate gebaseerd op de analyseresultaten. Analyse is het belangrijkste middel om besmetting te beheersen omgeving. Het bepalen van de chemische samenstelling van bodems, meststoffen, veevoer en landbouwproducten is belangrijk voor het normaal functioneren van het agro-industriële complex. Chemische analyse is onmisbaar in de medische diagnostiek en biotechnologie. Van niveau chemische analyse De ontwikkeling van veel wetenschappen is afhankelijk van de uitrusting van het laboratorium met methoden, instrumenten en reagentia.

De wetenschappelijke basis van chemische analyse is analytische chemie, een wetenschap die al eeuwenlang een onderdeel, en soms zelfs het grootste deel, van de chemie is.

Analytische chemie is de wetenschap van het bepalen van de chemische samenstelling van stoffen en, gedeeltelijk, hun chemische structuur. Analytische chemische methoden maken het mogelijk om vragen te beantwoorden over waaruit een stof bestaat en welke componenten in de samenstelling zijn opgenomen. Deze methoden maken het vaak mogelijk om erachter te komen in welke vorm een ​​bepaalde component in een stof aanwezig is, om bijvoorbeeld de oxidatietoestand van een element te bepalen. Soms is het mogelijk om de ruimtelijke ordening van componenten in te schatten.

Bij het ontwikkelen van methoden moet je vaak ideeën uit verwante wetenschapsgebieden lenen en deze aanpassen aan je doelen. De taak van de analytische chemie omvat het ontwikkelen van de theoretische grondslagen van methoden, het vaststellen van de grenzen van hun toepasbaarheid, het beoordelen van metrologische en andere kenmerken, en het creëren van methoden voor het analyseren van verschillende objecten.

Methoden en analysemiddelen veranderen voortdurend: er komen nieuwe benaderingen bij kijken, er worden nieuwe principes en verschijnselen gebruikt, vaak uit verre kennisgebieden.

De analysemethode wordt opgevat als een vrij universele en theoretisch verantwoorde methode voor het bepalen van de compositie, ongeacht de component die wordt bepaald en het object dat wordt geanalyseerd. Als ze het hebben over een analysemethode, bedoelen ze het onderliggende principe, een kwantitatieve uitdrukking van de relatie tussen de samenstelling en een gemeten eigenschap; geselecteerde implementatietechnieken, inclusief identificatie en eliminatie van interferentie; apparaten voor praktische implementatie en methoden voor het verwerken van meetresultaten. De analysetechniek is gedetailleerde beschrijving analyse van een bepaald object met behulp van de geselecteerde methode.

Er kunnen drie functies van de analytische chemie als kennisgebied worden onderscheiden:

1. oplossing algemene problemen analyse,

2. ontwikkeling van analytische methoden,

3. het oplossen van specifieke analyseproblemen.

Je kunt ook benadrukken kwalitatief En kwantitatief testen. De eerste lost de vraag op welke componenten het geanalyseerde object bevat, de tweede geeft informatie over de kwantitatieve inhoud van alle of individuele componenten.

2. CLASSIFICATIE VAN METHODEN

Alle bestaande methoden van analytische chemie kunnen worden onderverdeeld in methoden voor bemonstering, monsterontleding, scheiding van componenten, detectie (identificatie) en bepaling. Er zijn hybride methoden die scheiding en bepaling combineren. Detectie- en definitiemethoden hebben veel gemeen.

Hoogste waarde beschikken over determinatiemethoden. Ze kunnen worden geclassificeerd op basis van de aard van de eigenschap die wordt gemeten of de methode voor het registreren van het overeenkomstige signaal. Bepalingsmethoden zijn onderverdeeld in chemisch , fysiek En biologisch. Chemische methoden zijn gebaseerd op chemische (inclusief elektrochemische) reacties. Dit omvat ook methoden die fysisch-chemisch worden genoemd. Fysieke methoden zijn gebaseerd op fysieke verschijnselen en processen, biologisch - over het fenomeen leven.

De belangrijkste vereisten voor analytische chemische methoden zijn: nauwkeurigheid en goede reproduceerbaarheid van de resultaten, lage detectielimiet van de vereiste componenten, selectiviteit, snelheid, analysegemak en de mogelijkheid van automatisering.

Wanneer u een analysemethode kiest, moet u duidelijk het doel van de analyse kennen, de taken die moeten worden opgelost en de voor- en nadelen van de beschikbare analysemethoden evalueren.

3. ANALYTISCH SIGNAAL

Na de bemonstering en voorbereiding van het monster begint de fase van de chemische analyse, waarin de component wordt gedetecteerd of de hoeveelheid ervan wordt bepaald. Voor dit doel meten ze analytisch signaal. Bij de meeste methoden is het analytische signaal het gemiddelde van metingen van een fysieke grootheid in de laatste analysefase, functioneel gerelateerd aan de inhoud van de component die wordt bepaald.

Als het nodig is om een ​​onderdeel te detecteren, wordt dit meestal opgelost verschijning analytisch signaal - het verschijnen van een neerslag, kleur, lijn in het spectrum, enz. Het verschijnen van een analytisch signaal moet op betrouwbare wijze worden geregistreerd. Bij het bepalen van de hoeveelheid van een component wordt deze gemeten grootte analytisch signaal - sedimentmassa, stroomsterkte, spectrumlijnintensiteit, enz.

4. METHODEN VAN ANALYTISCHE CHEMIE

4.1. METHODEN VOOR MASKERING, SCHEIDING EN CONCENTRATIE

Maskeren.

Maskeren is het remmen of volledig onderdrukken van een chemische reactie in de aanwezigheid van stoffen die de richting of snelheid ervan kunnen veranderen. In dit geval wordt er geen nieuwe fase gevormd. Er zijn twee soorten maskering: thermodynamisch (evenwicht) en kinetisch (geen evenwicht). Bij thermodynamische maskering worden omstandigheden gecreëerd waarbij de voorwaardelijke reactieconstante zodanig wordt verlaagd dat de reactie onbeduidend verloopt. De concentratie van de gemaskeerde component wordt onvoldoende om het analytische signaal betrouwbaar te registreren. Kinetische maskering is gebaseerd op het vergroten van het verschil tussen de reactiesnelheid van de gemaskeerde en analytstoffen met hetzelfde reagens.

Afscheiding en concentratie.

De noodzaak voor scheiding en concentratie kan te wijten zijn aan de volgende factoren: het monster bevat componenten die de bepaling verstoren; de concentratie van de te bepalen component ligt onder de detectiegrens van de methode; de te bepalen componenten zijn ongelijk verdeeld in de steekproef; er zijn geen standaardmonsters voor het kalibreren van instrumenten; het monster is zeer giftig, radioactief en duur.

Scheiding is een handeling (proces) waardoor de componenten waaruit het oorspronkelijke mengsel bestaat, van elkaar worden gescheiden.

Concentratie is een handeling (proces) die resulteert in een toename van de verhouding tussen de concentratie of hoeveelheid microcomponenten en de concentratie of hoeveelheid macrocomponenten.

Neerslag en coprecipitatie.

Neerslag wordt doorgaans gebruikt om anorganische stoffen te scheiden. Neerslag van microcomponenten met organische reagentia, en vooral hun coprecipitatie, zorgt voor een hoge concentratiecoëfficiënt. Deze methoden worden gebruikt in combinatie met bepalingsmethoden die zijn ontworpen om een ​​analytisch signaal uit vaste monsters te verkrijgen.

Scheiding door precipitatie is gebaseerd op de verschillende oplosbaarheden van verbindingen, voornamelijk in waterige oplossingen.

Co-precipitatie is de verdeling van een microcomponent tussen een oplossing en een sediment.

Extractie.

Extractie is een fysisch-chemisch proces waarbij een stof over twee fasen wordt verdeeld, meestal tussen twee niet-mengbare vloeistoffen. Het is ook een proces van massaoverdracht met chemische reacties.

Extractiemethoden zijn geschikt voor concentratie, extractie van microcomponenten of macrocomponenten, individuele en groepsisolatie van componenten bij de analyse van een verscheidenheid aan industriële en natuurlijke objecten. De methode is eenvoudig en snel te implementeren, biedt hoge efficiëntie scheiding en concentratie en is compatibel met verschillende bepalingsmethoden. Met extractie kunt u de toestand van stoffen in oplossing bestuderen verschillende omstandigheden, fysische en chemische kenmerken bepalen.

Sorptie.

Sorptie wordt goed gebruikt voor het scheiden en concentreren van stoffen. Sorptiemethoden bieden gewoonlijk een goede scheidingsselectiviteit en hoge concentratiecoëfficiënten.

Sorptie– het proces van absorptie van gassen, dampen en opgeloste stoffen door vaste of vloeibare absorbeerders op een vaste drager (sorbentia).

Elektrolytische scheiding en cementering.

De meest gebruikelijke methode is elektrolyse, waarbij de afgescheiden of geconcentreerde substantie wordt geïsoleerd op vaste elektroden in een elementaire toestand of in de vorm van een soort verbinding. Elektrolytische scheiding (elektrolyse) gebaseerd op de afzetting van materie elektrische schok op gecontroleerd potentieel. De meest gebruikelijke optie is kathodische metaalafzetting. Het elektrodemateriaal kan koolstof, platina, zilver, koper, wolfraam, enz. zijn.

Elektroforese gebaseerd op verschillen in de bewegingssnelheid van deeltjes met verschillende ladingen, vormen en afmetingen elektrisch veld. De bewegingssnelheid hangt af van de lading, veldsterkte en straal van de deeltjes. Er zijn twee mogelijkheden voor elektroforese: frontaal (eenvoudig) en zone (op drager). In het eerste geval wordt een klein volume oplossing met daarin de te scheiden componenten in een buisje met een elektrolytoplossing geplaatst. In het tweede geval vindt beweging plaats in een stabiliserende omgeving, die de deeltjes op hun plaats houdt nadat het elektrische veld is uitgeschakeld.

Methode cementeren bestaat uit de reductie van componenten (meestal kleine hoeveelheden) op metalen met voldoende negatieve potentiëlen of almagamen van elektronegatieve metalen. Tijdens het cementeren vinden twee processen tegelijkertijd plaats: kathodisch (loskomen van componenten) en anodisch (oplossen van het cementerende metaal).

Verdampingsmethoden.

Methoden distillatie gebaseerd op verschillende vluchtigheid van stoffen. Een stof verandert van een vloeibare naar een gasvormige toestand en condenseert vervolgens om weer een vloeibare of soms een vaste fase te vormen.

Eenvoudige destillatie (verdamping)– eenstaps scheidings- en concentratieproces. Door verdamping worden stoffen verwijderd die de vorm hebben van kant-en-klare vluchtige verbindingen. Dit kunnen macrocomponenten zijn, waarbij microcomponenten minder vaak worden gebruikt;

Sublimatie (sublimatie)- overdracht van stof van vaste staat omgezet in gasvormig en vervolgens neerslaan in vaste vorm (waarbij de vloeibare fase wordt omzeild). Scheiding door sublimatie wordt in de regel toegepast als de te scheiden componenten moeilijk te smelten of moeilijk op te lossen zijn.

Gecontroleerde kristallisatie.

Wanneer een oplossing, smelt of gas wordt afgekoeld, vindt de vorming van kernen van de vaste fase plaats - kristallisatie, die ongecontroleerd (volumetrisch) en gecontroleerd kan zijn. Bij ongecontroleerde kristallisatie ontstaan ​​er spontaan kristallen door het gehele volume. Bij gecontroleerde kristallisatie wordt het proces ingesteld externe omstandigheden(temperatuur, richting van fasebeweging, enz.).

Er zijn twee soorten gecontroleerde kristallisatie: gerichte kristallisatie(in een bepaalde richting) en zones smelten(beweging van een vloeistofzone in een vaste stof in een bepaalde richting).

Tijdens directionele kristallisatie verschijnt er één grensvlak tussen stevig lichaam en vloeistof – kristallisatiefront. Bij zone-smelten zijn er twee grenzen: het kristallisatiefront en het smeltfront.

4.2. CHROMATOGRAFISCHE METHODEN

Chromatografie is de meest gebruikte analysemethode. Met de nieuwste chromatografische methoden kunnen gasvormige, vloeibare en vaste stoffen worden bepaald met een molecuulgewicht van eenheden tot 10 6. Dit kunnen waterstofisotopen, metaalionen, synthetische polymeren, eiwitten etc. zijn. Met behulp van chromatografie wordt uitgebreide informatie verkregen over de structuur en eigenschappen van organische bestanddelen veel klassen.

Chromatografie is een fysisch-chemische methode voor de scheiding van stoffen, gebaseerd op de verdeling van componenten over twee fasen: stationair en mobiel. De stationaire fase is gewoonlijk een vaste stof (vaak sorptiemiddel genoemd) of een vloeistoffilm die op een vaste stof is afgezet. De mobiele fase is een vloeistof of gas dat door de stationaire fase stroomt.

Met deze methode kunt u een mengsel van meerdere componenten scheiden, componenten identificeren en de kwantitatieve samenstelling ervan bepalen.

Chromatografische methoden worden geclassificeerd volgens de volgende criteria:

a) volgens de aggregatietoestand van het mengsel, waarin het is verdeeld in componenten: gas, vloeistof en gas vloeistofchromatografie;

b) volgens het scheidingsmechanisme - adsorptie, distributie, ionenuitwisseling, sedimentatie, redox, adsorptie - complexerende chromatografie;

c) volgens de vorm van het chromatografische proces - kolom, capillair, vlak (papier, dunne laag en membraan).

4.3. CHEMISCHE METHODEN

In de kern chemische methoden detectie en bepaling zijn gebaseerd op drie soorten chemische reacties: zuur-base, redox en complexering. Soms gaan ze gepaard met een verandering in de aggregatietoestand van de componenten. De belangrijkste chemische methoden zijn gravimetrisch en titrimetrisch. Deze analytische methoden worden klassiek genoemd. Criteria voor de geschiktheid van een chemische reactie als basis analytische methode in de meeste gevallen zijn ze volledige stroom en hoge snelheid.

Gravimetrische methoden.

Gravimetrische analyse bestaat uit het isoleren van een stof in Zuivere vorm en het wegen. Meestal wordt een dergelijke isolatie uitgevoerd door neerslag. Minder vaak wordt de te bepalen component geïsoleerd in de vorm van een vluchtige verbinding (destillatiemethoden). In sommige gevallen kan gravimetrie - De beste manier het oplossen van een analytisch probleem. Dit is de absolute (referentie)methode.

Het nadeel van gravimetrische methoden is de duur van de bepaling, vooral bij seriële analyses van een groot aantal monsters, evenals de niet-selectiviteit - precipiterende reagentia zijn, op enkele uitzonderingen na, zelden specifiek. Daarom zijn voorafgaande scheidingen vaak noodzakelijk.

Het analytische signaal bij gravimetrie is massa.

Titrimetrische methoden.

De titrimetrische methode voor kwantitatieve chemische analyse is een methode die gebaseerd is op het meten van de hoeveelheid reagens B die wordt besteed aan de reactie met de bepaalde component A. In de praktijk is het het gemakkelijkst om het reagens toe te voegen in de vorm van een oplossing met een nauwkeurig bekende concentratie. . In deze uitvoeringsvorm is titratie het proces waarbij continu een gecontroleerde hoeveelheid van een reagensoplossing met een nauwkeurig bekende concentratie (titran) wordt toegevoegd aan een oplossing van de component die wordt bepaald.

Bij titrimetrie worden drie titratiemethoden gebruikt: directe, omgekeerde en substituent-titratie.

Directe titratie- dit is de titratie van een oplossing van analyt A rechtstreeks met een titranoplossing B. Het wordt gebruikt als de reactie tussen A en B snel verloopt.

Titratie terug bestaat uit het toevoegen aan analyt A van een overmaat van een nauwkeurig bekende hoeveelheid standaardoplossing B en, na voltooiing van de reactie daartussen, het titreren van de resterende hoeveelheid B met titranoplossing B’. Deze methode wordt gebruikt in gevallen waarin de reactie tussen A en B niet snel genoeg verloopt, of er geen geschikte indicator is om het equivalentiepunt van de reactie vast te stellen.

Titratie per substituent bestaat uit het titreren met titrant B, niet van een bepaalde hoeveelheid van stof A, maar van een equivalente hoeveelheid van substituent A’, resulterend uit een eerder uitgevoerde reactie tussen de bepaalde stof A en een of ander reagens. Deze titratiemethode wordt meestal gebruikt in gevallen waarin directe titratie niet mogelijk is.

Kinetische methoden.

Kinetische methoden zijn gebaseerd op het gebruik van de afhankelijkheid van de snelheid van een chemische reactie van de concentratie van reactanten, en in het geval van katalytische reacties van de concentratie van de katalysator. Het analytische signaal bij kinetische methoden is de snelheid van het proces of een waarde die daarmee evenredig is.

De reactie die ten grondslag ligt aan de kinetische methode wordt indicator genoemd. Een stof is, aan de verandering in concentratie waarvan de snelheid van het indicatorproces wordt beoordeeld, een indicator.

Biochemische methoden.

Te midden van moderne methoden chemische analyse belangrijke plek worden bezet door biochemische methoden. Biochemische methoden omvatten methoden die zijn gebaseerd op het gebruik van processen die plaatsvinden met de deelname van biologische componenten (enzymen, antilichamen, enz.). In dit geval is het analytische signaal meestal de beginsnelheid van het proces of de eindconcentratie van een van de reactieproducten, bepaald door een instrumentele methode.

Enzymatische methoden zijn gebaseerd op het gebruik van reacties die worden gekatalyseerd door enzymen - biologische katalysatoren die worden gekenmerkt door hoge activiteit en selectiviteit van actie.

Immunochemische methoden analyses zijn gebaseerd op de specifieke binding van de gedetecteerde verbinding – antigeen – door de overeenkomstige antilichamen. De immunochemische reactie in oplossing tussen antilichamen en antigenen is een complex proces dat in verschillende fasen plaatsvindt.

4.4. ELEKTROCHEMISCHE METHODEN

Elektrochemische analyse- en onderzoeksmethoden zijn gebaseerd op de studie en het gebruik van processen die plaatsvinden op het oppervlak van de elektrode of in de ruimte dichtbij de elektrode. Elk elektrische parameter(potentiaal, stroom, weerstand, enz.), functioneel gerelateerd aan de concentratie van de geanalyseerde oplossing en vatbaar voor correcte metingen, kan dienen als een analytisch signaal.

Er zijn directe en indirecte elektrochemische methoden. Directe methoden maken gebruik van de afhankelijkheid van de stroomsterkte (potentieel, enz.) van de concentratie van de te bepalen component. Bij indirecte methoden wordt de stroomsterkte (potentieel, enz.) gemeten om het eindpunt van de titratie van de analyt met een geschikte titrant te vinden, d.w.z. Er wordt gebruik gemaakt van de afhankelijkheid van de gemeten parameter van het titrantvolume.

Voor elke vorm van elektrochemische metingen is een elektrochemisch circuit of een elektrochemische cel vereist. integraal deel wat de geanalyseerde oplossing is.

Bestaan verschillende manieren classificatie van elektrochemische methoden - van zeer eenvoudig tot zeer complex, inclusief aandacht voor de details van elektrodeprocessen.

4.5. SPECTROSCOPISCHE METHODEN

Spectroscopische analysemethoden omvatten fysieke methoden gebaseerd op de interactie electromagnetische straling met inhoud. Deze interactie leidt tot verschillende energietransities, die experimenteel worden vastgelegd in de vorm van absorptie van straling, reflectie en verstrooiing van elektromagnetische straling.

4.6. MASSASPECTROMETRISCHE METHODEN

De massaspectrometrische analysemethode is gebaseerd op de ionisatie van atomen en moleculen van de uitgezonden stof en de daaropvolgende scheiding van de resulterende ionen in ruimte of tijd.

De belangrijkste toepassing van massaspectrometrie is het identificeren en bepalen van de structuur van organische verbindingen. Het is raadzaam om moleculaire analyses uit te voeren van complexe mengsels van organische verbindingen na hun chromatografische scheiding.

4.7. ANALYSEMETHODEN GEBASEERD OP RADIOACTIVITEIT

Analysemethoden gebaseerd op radioactiviteit ontstonden tijdens het tijdperk van de ontwikkeling van de kernfysica, radiochemie en nucleaire technologie en worden tegenwoordig met succes gebruikt bij het uitvoeren van verschillende analyses, ook in de industrie en de geologische dienst. Deze methoden zijn zeer talrijk en gevarieerd. Er kunnen vier hoofdgroepen worden onderscheiden: radioactieve analyse; isotopenverdunning en andere radiotraceringsmethoden; methoden gebaseerd op absorptie en verstrooiing van straling; puur radiometrische methoden. De meest voorkomende radioactivatie methode. Deze methode verscheen na de ontdekking van kunstmatige radioactiviteit en is gebaseerd op de vorming van radioactieve isotopen van het element, die wordt bepaald door een monster te bestralen met nucleaire of g-deeltjes en de tijdens de activering verkregen kunstmatige radioactiviteit te registreren.

4.8. THERMISCHE METHODEN

Thermische analysemethoden zijn gebaseerd op de interactie van een stof met thermische energie. De grootste toepassing in de analytische chemie zijn thermische effecten, die de oorzaak of het gevolg zijn chemische reacties. In mindere mate worden methoden gebruikt die gebaseerd zijn op het vrijkomen of absorberen van warmte als gevolg van fysische processen. Dit zijn processen die verband houden met de overgang van een stof van de ene modificatie naar de andere, waarbij een verandering in de aggregatietoestand en andere veranderingen in de intermoleculaire interactie optreden, bijvoorbeeld tijdens het oplossen of verdunnen. De tabel toont de meest voorkomende thermische analysemethoden.

Thermische methoden worden met succes gebruikt voor de analyse van metallurgische materialen, mineralen, silicaten en polymeren, voor faseanalyse van bodems en voor het bepalen van het vochtgehalte in monsters.

4.9. BIOLOGISCHE ANALYSEMETHODEN

Biologische analysemethoden zijn gebaseerd op het feit dat voor levensactiviteit - groei, voortplanting en in het algemeen het normale functioneren van levende wezens, een omgeving met een strikt gedefinieerde chemische samenstelling noodzakelijk is. Wanneer deze samenstelling verandert, bijvoorbeeld wanneer een component uit de omgeving wordt uitgesloten of een extra (detecteerbare) verbinding wordt geïntroduceerd, stuurt het lichaam na enige tijd, soms vrijwel onmiddellijk, een passend reactiesignaal. Het leggen van een verband tussen de aard of intensiteit van het reactiesignaal van het lichaam en de hoeveelheid van een component die in de omgeving wordt geïntroduceerd of uit de omgeving wordt uitgesloten, dient om dit te detecteren en te bepalen.

Analytische indicatoren in biologische methoden zijn verschillende levende organismen, hun organen en weefsels, fysiologische functies, enz. Micro-organismen, ongewervelde dieren, gewervelde dieren en planten kunnen als indicatororganismen fungeren.

5. CONCLUSIE

Het belang van analytische chemie wordt bepaald door de behoefte van de samenleving aan analytische resultaten, om de kwalitatieve en kwantitatieve samenstelling van stoffen vast te stellen, het ontwikkelingsniveau van de samenleving, de sociale behoefte aan de resultaten van analyse, evenals het ontwikkelingsniveau van analytische chemie zelf.

Citaat uit het leerboek over analytische chemie van N.A. Menshutkin, gepubliceerd in 1897: “Nadat we de hele cursus analytische chemie hebben gepresenteerd in de vorm van problemen, waarvan de oplossing aan de student wordt gegeven, moeten we erop wijzen dat voor zo’n oplossing van problemen zal de analytische chemie een strikt gedefinieerd pad bieden. Deze zekerheid (systematische oplossing van analytisch-chemische problemen) is van groot pedagogisch belang. De student leert de eigenschappen van verbindingen toe te passen om problemen op te lossen, reactieomstandigheden af ​​te leiden en deze te combineren. Deze hele reeks mentale processen kan op deze manier worden uitgedrukt: analytische chemie leert je chemisch denken. Het bereiken van dat laatste lijkt het allerbelangrijkste voor praktijkstudies in de analytische chemie.”

LIJST VAN GEBRUIKTE REFERENTIES

1. K.M. Olshanova, S.K. Piskareva, K.M. Barashkov “Analytische chemie”, Moskou, “Chemie”, 1980

2. "Analytische scheikunde. Chemische analysemethoden", Moskou, "Chemistry", 1993.

3. “Grondbeginselen van analytische chemie. Boek 1", Moskou, "Hogere school", 1999.

4. “Grondbeginselen van analytische chemie. Boek 2", Moskou, "Hogere school", 1999.

Elke analysemethode maakt gebruik van een specifiek analytisch signaal, dat onder bepaalde omstandigheden wordt gegeven door specifieke elementaire objecten (atomen, moleculen, ionen) waaruit de onderzochte stoffen bestaan.

Het analytische signaal levert informatie van zowel kwalitatieve als kwantitatieve aard. Als er bijvoorbeeld neerslagreacties worden gebruikt voor analyse, wordt kwalitatieve informatie verkregen uit het al dan niet optreden van neerslag. Kwantitatieve informatie wordt verkregen uit de sedimentmassa. Wanneer een stof onder bepaalde omstandigheden licht uitzendt, wordt kwalitatieve informatie verkregen uit het verschijnen van een signaal (emissie van licht) op een golflengte die overeenkomt met een karakteristieke kleur, en wordt kwantitatieve informatie verkregen uit de intensiteit van de lichtstraling.

Op basis van de oorsprong van het analytische signaal kunnen analytische chemische methoden worden ingedeeld in chemisch, fysisch en fysisch-chemisch.

IN chemische methoden voer een chemische reactie uit en meet de massa van het resulterende product - gravimetrische (gewicht) methoden, of het volume van het reagens dat wordt besteed aan interactie met de stof - titrimetrische, gasvolumetrische (volumetrische) methoden.

Gasvolumekunde (gasvolumetrische analyse) is gebaseerd op de selectieve absorptie van bestanddelen gasmengsel in vaten gevuld met een of andere absorber, gevolgd door het meten van de afname van het gasvolume met behulp van een buret. Kooldioxide wordt dus geabsorbeerd met een oplossing van kaliumhydroxide, zuurstof met een oplossing van pyrogallol en koolmonoxide met een ammoniakoplossing van koperchloride. Gasvolumemetrie verwijst naar snelle analysemethoden. Het wordt veel gebruikt voor de bepaling van carbonaten in mineralen en mineralen.

Chemische analysemethoden worden veel gebruikt voor de analyse van ertsen, gesteenten, mineralen en andere materialen om componenten daarin te bepalen met gehalten van tienden tot enkele tientallen procenten. Chemische analysemethoden worden gekarakteriseerd hoge nauwkeurigheid(de analysefout bedraagt ​​doorgaans tienden van een procent). Deze methoden worden echter geleidelijk vervangen door snellere fysisch-chemische en fysische analysemethoden.

Fysieke methoden analyses zijn gebaseerd op het meten van elke fysieke eigenschap van stoffen, die een functie is van de samenstelling. Refrometrie is bijvoorbeeld gebaseerd op het meten van de relatieve brekingsindices van licht. Bij activeringsanalyse wordt de activiteit van isotopen enz. gemeten. Vaak omvat de analyse eerst een chemische reactie en wordt de concentratie van het resulterende product bepaald door fysische eigenschappen, bijvoorbeeld de intensiteit van de absorptie van lichtstraling door de gekleurde stof. reactieproduct. Dergelijke analysemethoden worden fysisch-chemisch genoemd.

Fysieke analysemethoden worden gekenmerkt door hoge productiviteit, lage detectielimieten van elementen, objectiviteit van analyseresultaten en een hoge mate van automatisering. Fysische analysemethoden worden gebruikt bij de analyse van gesteenten en mineralen. De atomaire emissiemethode wordt bijvoorbeeld gebruikt om wolfraam in graniet en schalie, antimoon, tin en lood in gesteenten en fosfaten te bepalen; atomaire absorptiemethode - magnesium en silicium in silicaten; Röntgenfluorescentie - vanadium in ilmeniet, magnesiet, aluminiumoxide; massaspectrometrisch - mangaan in maanregoliet; neutronenactivering - ijzer, zink, antimoon, zilver, kobalt, selenium en scandium in olie; door isotopenverdunningsmethode - kobalt in silicaatgesteenten.

Fysische en fysisch-chemische methoden worden soms instrumenteel genoemd, omdat deze methoden het gebruik vereisen van instrumenten (apparatuur) die speciaal zijn aangepast voor het uitvoeren van de belangrijkste fasen van de analyse en het vastleggen van de resultaten ervan.

Fysisch-chemische methoden analyse kan chemische transformaties van de analyt, oplossing van het monster, concentratie van de geanalyseerde component, maskering van interfererende stoffen en andere omvatten. In tegenstelling tot ‘klassieke’ chemische analysemethoden, waarbij het analytische signaal de massa van een stof of het volume ervan is, gebruiken fysisch-chemische analysemethoden stralingsintensiteit, stroomsterkte, elektrische geleidbaarheid en potentiaalverschil als analytisch signaal.

Van groot praktisch belang zijn methoden die gebaseerd zijn op de studie van de emissie en absorptie van elektromagnetische straling in verschillende delen van het spectrum. Deze omvatten spectroscopie (bijv. luminescentieanalyse, spectrale analyse, nefelometrie en turbidimetrie en andere). Belangrijke fysisch-chemische analysemethoden zijn onder meer elektrochemische methoden die gebruikmaken van het meten van de elektrische eigenschappen van een stof (coulometrie, potentiometrie, enz.), evenals chromatografie (bijvoorbeeld gaschromatografie, vloeistofchromatografie,, dunnelaagchromatografie) . Methoden gebaseerd op het meten van de snelheden van chemische reacties (kinetische analysemethoden), de thermische effecten van reacties (thermometrische titratie), evenals de scheiding van ionen in een magnetisch veld (massaspectrometrie) worden met succes ontwikkeld.

Het onderwerp ervan als wetenschap is de verbetering van bestaande en de ontwikkeling van nieuwe analysemethoden praktisch gebruik, studie van de theoretische grondslagen van analytische methoden.

Afhankelijk van de taak wordt de analytische chemie onderverdeeld in kwalitatieve analyse, gericht op het bepalen of Wat of welke stof, in welke vorm deze zich in het monster bevindt, en kwantitatieve analyse gericht op het bepalen Hoeveel van een bepaalde stof (elementen, ionen, moleculaire vormen, enz.) in het monster zit.

Het bepalen van de elementaire samenstelling van materiële objecten wordt genoemd elementaire analyse. Het vaststellen van de structuur van chemische verbindingen en hun mengsels op moleculair niveau wordt genoemd moleculaire analyse. Een van de soorten moleculaire analyse van chemische verbindingen is structurele analyse, gericht op het bestuderen van de ruimte atoom structuur stoffen, het vaststellen van empirische formules, molecuulmassa's, enz. De taken van de analytische chemie omvatten het bepalen van de kenmerken van organische, anorganische en biochemische objecten. De analyse van organische verbindingen door functionele groepen wordt genoemd functionele analyse.

Verhaal

Analytische scheikunde bestaat al zo lang als scheikunde in haar moderne betekenis bestaat, en veel van de daarin gebruikte technieken dateren uit een nog eerder tijdperk, het tijdperk van de alchemie, waarvan een van de belangrijkste taken het precies bepalen van de samenstelling van verschillende soorten scheikunde was. natuurlijke stoffen en het bestuderen van de processen van hun wederzijdse transformaties. Maar met de ontwikkeling van de chemie als geheel zijn de daarin gebruikte werkmethoden aanzienlijk verbeterd, en naast haar puur ondersteunende betekenis als een van de hulpafdelingen van de chemie, heeft de analytische chemie nu de betekenis van een volledig onafhankelijke afdeling. van chemische kennis met zeer serieuze en belangrijke theoretische taken. De moderne fysische chemie had een zeer belangrijke invloed op de ontwikkeling van de analytische chemie, waardoor deze werd verrijkt met een aantal geheel nieuwe werkmethoden en theoretische grondslagen, waaronder de leer van oplossingen (zie), de theorie van elektrolytische dissociatie, de wet van massa-actie (zie Chemisch evenwicht) en de hele doctrine van chemische affiniteit.

Methoden van analytische chemie

Vergelijking van analytische chemische methoden

Totaliteit traditionele methoden Het bepalen van de samenstelling van een stof aan de hand van de opeenvolgende chemische ontleding ervan wordt ‘natte chemie’ (‘natte analyse’) genoemd. Deze methoden hebben een relatief lage nauwkeurigheid, vereisen relatief lage kwalificaties van analisten en worden nu bijna volledig vervangen door moderne methoden. instrumentele methoden(optische, massaspectrometrische, elektrochemische, chromatografische en andere fysisch-chemische methoden) om de samenstelling van een stof te bepalen. Natte chemie heeft echter zijn voordeel ten opzichte van spectrometrische methoden: het maakt het mogelijk om via gestandaardiseerde procedures (systematische analyse) rechtstreeks de samenstelling en verschillende oxidatieve toestanden van elementen zoals ijzer (Fe +2, Fe +3), titanium, enz. te bepalen.

Analytische methoden kunnen worden onderverdeeld in bruto en lokaal. Bulkanalysemethoden vereisen doorgaans een gescheiden, onderverdeelde stof (een representatief monster). Lokale methoden bepaal de samenstelling van een stof in een klein volume in het monster zelf, wat het mogelijk maakt om “kaarten” van distributie samen te stellen chemische eigenschappen bemonster langs het oppervlak en/of de diepte. Methoden moeten ook worden benadrukt directe analyse, dat wil zeggen, niet gerelateerd aan voorbereidende voorbereiding monsters. Vaak is monstervoorbereiding noodzakelijk (bijvoorbeeld vermalen, voorconcentratie of scheiding). Statistische methoden worden gebruikt bij het voorbereiden van monsters, het interpreteren van resultaten en het schatten van het aantal analyses.

Methoden voor kwalitatieve chemische analyse

Voor het bepalen kwaliteit compositie van elke stof is het noodzakelijk om de eigenschappen ervan te bestuderen, die, vanuit het oogpunt van analytische chemie, van twee soorten kunnen zijn: de eigenschappen van de stof als zodanig, en zijn eigenschappen in chemische transformaties.

De eerste omvatten: fysieke toestand (vast, vloeibaar, gas), de structuur in de vaste toestand (amorf of kristallijne substantie), kleur, geur, smaak, enz. Tegelijkertijd is het vaak mogelijk om de aard van een bepaalde stof alleen op basis van externe eigenschappen vast te stellen, bepaald met behulp van de menselijke zintuigen. In de meeste gevallen is het nodig om een ​​bepaalde stof om te zetten in een nieuwe stof met duidelijk gedefinieerde karakteristieke eigenschappen, met behulp van een aantal speciaal geselecteerde verbindingen die reagentia worden genoemd.

De reacties die in de analytische chemie worden gebruikt, zijn zeer divers en zijn afhankelijk van de fysische eigenschappen en de mate van complexiteit van de samenstelling van de stof die wordt bestudeerd. In het geval dat een duidelijk zuivere, homogene chemische verbinding aan chemische analyse wordt onderworpen, wordt het werk relatief eenvoudig en snel gedaan; als je te maken hebt met een mengsel van verschillende chemische verbindingen, wordt de kwestie van de analyse ervan ingewikkelder, en als je aan het werk bent, moet je je aan een specifiek systeem houden om geen enkel element in de stof over het hoofd te zien. Er zijn twee soorten reacties in de analytische chemie: natte reacties(in oplossingen) en droge reacties.

Reacties in oplossingen

Bij kwalitatieve chemische analyse worden alleen reacties in oplossingen gebruikt die gemakkelijk door menselijke zintuigen kunnen worden waargenomen, en het moment van optreden van de reactie wordt herkend door een van de volgende verschijnselen:

1. de vorming van een in water onoplosbaar neerslag,
2. verandering in kleur van de oplossing,
3. gas vrijkomen.

Vorming van sediment bij reacties van chemische analyse hangt de vorming van een in water onoplosbare substantie af; als bijvoorbeeld zwavelzuur of een in water oplosbaar zout wordt toegevoegd aan een oplossing van een bariumzout, wordt een wit poederachtig neerslag van bariumsulfaat gevormd:

BaCl 2 + H 2 SO 4 = 2HCl + BaSO 4 ↓

Houd er rekening mee dat sommige andere metalen een vergelijkbare reactie kunnen geven op de vorming van een wit neerslag onder invloed van zwavelzuur, bijvoorbeeld lood, dat het onoplosbare sulfaatzout PbSO 4 kan vormen, om er volledig zeker van te zijn dat dit precies één is of een ander metaal, is het noodzakelijk om meer kalibratiereacties uit te voeren, waarbij het bij de reactie gevormde neerslag aan passend onderzoek moet worden onderworpen.

Om de reactie van neerslagvorming met succes uit te voeren, is het naast het selecteren van het juiste reagens ook noodzakelijk om een ​​aantal zeer belangrijke zaken in acht te nemen: belangrijke voorwaarden met betrekking tot de sterkte van de oplossingen van het zout en het reagens dat wordt bestudeerd, de verhouding van beide, de temperatuur, de duur van de interactie, enz. Bij het beschouwen van neerslagen die worden gevormd in reacties van chemische analyse, is het noodzakelijk om aandacht te besteden aan hun verschijning, dat wil zeggen op kleur, structuur (amorfe en kristallijne neerslagen), enz., evenals op hun eigenschappen in relatie tot de invloed van hitte, zuren of alkaliën, enz. Bij interactie met zwakke oplossingen is het soms nodig om te wachten de vorming van een neerslag tot 24-48 uur, op voorwaarde dat ze op een bepaalde temperatuur worden gehouden.

De reactie van neerslagvorming wordt, ongeacht de kwalitatieve betekenis ervan in de chemische analyse, vaak gebruikt om bepaalde elementen van elkaar te scheiden. Voor dit doel wordt een oplossing die verbindingen van twee of meer elementen bevat, behandeld met een geschikt reagens dat enkele daarvan in onoplosbare verbindingen kan omzetten, en vervolgens wordt het resulterende neerslag door filtratie van de oplossing (filtraat) gescheiden, waarbij ze afzonderlijk verder worden bestudeerd. Als we bijvoorbeeld de zouten van kaliumchloride en bariumchloride nemen en daaraan zwavelzuur toevoegen, wordt een onoplosbaar neerslag van bariumsulfaat BaSO 4 en in water oplosbaar kaliumsulfaat K 2 SO 4 gevormd, dat door filtratie kan worden gescheiden. Bij het scheiden van een neerslag van een in water onoplosbare stof uit een oplossing moet er eerst voor worden gezorgd dat het een geschikte structuur krijgt waardoor het filterwerk zonder problemen kan worden uitgevoerd, en vervolgens, nadat het op het filter is verzameld, het is noodzakelijk om het grondig te wassen van vreemde onzuiverheden. Volgens het onderzoek van V. Ostwald moet er rekening mee worden gehouden dat het bij gebruik van een bepaalde hoeveelheid water voor het wassen beter is om het sediment vele malen in kleine porties water te spoelen dan, integendeel, meerdere keren in grote porties. Wat het succes van de scheidingsreactie van elk element in de vorm van een onoplosbaar neerslag betreft, heeft W. Ostwald op basis van de oplossingstheorie vastgesteld dat voor een voldoende volledige scheiding van elk element in de vorm van een onoplosbaar neerslag het Het is altijd nodig om een ​​overmaat van het voor de precipitatie gebruikte reagens te gebruiken.

Verandering in kleur van de oplossing is een van de zeer belangrijke signalen in de reacties van chemische analyse en is erg belangrijk, vooral in verband met de processen van oxidatie en reductie, maar ook bij het werken met chemische indicatoren (zie hieronder - alkalimetrie en acidimetrie).

Voorbeelden kleur reacties bij kwalitatieve chemische analyse kan het volgende worden gebruikt: kaliumthiocyanaat KCNS geeft een karakteristieke bloedrode kleur met ijzeroxidezouten; bij ijzeroxidezouten produceert hetzelfde reagens niets. Als u een oxidatiemiddel, bijvoorbeeld chloorwater, toevoegt aan een oplossing van ijzerchloride FeCl 2, een zwak groene kleur, wordt de oplossing geel vanwege de vorming van ijzerchloride, dat is hoogste graad oxidatie van dit metaal. Als we kaliumdichromaat K 2 Cr 2 O 7 nemen Oranje kleur en voeg er een beetje zwavelzuur en wat reductiemiddel aan toe in oplossing, bijvoorbeeld wijnalcohol, de oranje kleur verandert in donkergroen, wat overeenkomt met de vorming van de laagste oxidatietoestand van chroom in de vorm van chroomsulfaatzout Cr 3 ( DUS 4) 3.

Afhankelijk van de voortgang van de chemische analyse is het vaak nodig om deze processen van oxidatie en reductie uit te voeren. De belangrijkste oxidatiemiddelen zijn: halogenen, salpeterzuur, waterstofperoxide, kaliumpermanganaat, kaliumdihydroxide; de belangrijkste reductiemiddelen zijn: waterstof op het moment van vrijkomen, waterstofsulfide, zwaveligzuur, tinchloride, waterstofjodide.

Gasontwikkelingsreacties in oplossingen tijdens de productie van kwalitatieve chemische analyses hebben ze meestal geen onafhankelijke betekenis en zijn het hulpreacties; meestal komen we de uitstoot van kooldioxide CO 2 tegen - tijdens de werking van zuren op kooldioxidezouten, waterstofsulfide - tijdens de ontleding van zwavelmetalen met zuren, enz.

Droge reacties

Deze reacties worden gebruikt bij chemische analyse, voornamelijk in de zogenaamde. “vooronderzoek”, bij het testen van sedimenten op zuiverheid, bij verificatiereacties en bij het bestuderen van mineralen. De belangrijkste reacties van dit type bestaan ​​uit het testen van een stof op:

1. de smeltbaarheid ervan bij verhitting,
2. vermogen om niet-lichtgevende vlammen te kleuren gasbrander,
3. vluchtigheid bij verhitting,
4. oxidatie- en reductievermogen.

Voor het uitvoeren van deze tests wordt in de meeste gevallen een niet-lichtgevende vlam van een gasbrander gebruikt. De belangrijkste componenten van verlichtingsgas (waterstof, koolmonoxide, moerasgas en andere koolwaterstoffen) zijn reductiemiddelen, maar wanneer het in lucht brandt (zie Verbranding), wordt er een vlam gevormd. verschillende delen waarin men de omstandigheden kan vinden die nodig zijn voor reductie of oxidatie, evenals voor verwarming tot een min of meer hoge temperatuur.

Smeltbaarheidstest voornamelijk uitgevoerd bij de studie van mineralen, waarbij een heel klein fragment ervan, vastgezet in een dunne platinadraad, wordt ingebracht in het deel van de vlam dat de meeste invloed heeft. hoge temperatuur en gebruik vervolgens een vergrootglas om te zien hoe afgerond de randen van het monster zijn.

Vlamkleurtest wordt gemaakt door een klein sepiamonster van een klein monster van de stof op een platinadraad te brengen, eerst in de basis van de vlam en vervolgens in het deel ervan met de hoogste temperatuur.

Volatiliteitstest wordt geproduceerd door een monster van een stof te verwarmen in een testcilinder of in een glazen buis die aan één uiteinde is afgedicht, en vluchtige stoffen veranderen in dampen, die vervolgens in het koudere deel condenseren.

Oxidatie en reductie in droge vorm kan worden geproduceerd in ballen van gesmolten borax ( 2 4 7 + 10 2 ) De geteste stof wordt in kleine hoeveelheden in ballen gebracht die worden verkregen door deze zouten op een platinadraad te smelten, en ze worden vervolgens verwarmd in het oxiderende of reducerende deel van de vlam . Restauratie kan op een aantal andere manieren plaatsvinden, namelijk: verwarmen op een met soda verkoolde stok, ingloeien glazen buis met metalen - natrium, kalium of magnesium, verwarming op houtskool met behulp van een blaaspijp, eenvoudige verwarming.

Classificatie van elementen

De classificatie van elementen in de analytische chemie is gebaseerd op dezelfde indeling die in de algemene chemie wordt geaccepteerd: in metalen en niet-metalen (metalloïden), waarbij de laatste meestal worden beschouwd in de vorm van de overeenkomstige zuren. Voor de productie van systematisch kwalitatieve analyse elk van deze klassen van elementen is op zijn beurt verdeeld in groepen met enkele gemeenschappelijke groepskenmerken.

Metalen in analytische chemie zijn verdeeld in twee afdelingen, die op hun beurt zijn onderverdeeld in vijf groepen:

1. Metalen waarvan de zwavelverbindingen oplosbaar zijn in water- de verdeling van metalen op deze afdeling in groepen is gebaseerd op de eigenschappen van hun kooldioxidezouten. 1e groep: kalium, natrium, rubidium, cesium, lithium. Zwavelverbindingen en kooldioxidezouten zijn oplosbaar in water. Er bestaat geen algemeen reagens voor de precipitatie van alle metalen van deze groep in de vorm van onoplosbare verbindingen. 2e groep: barium, strontium, calcium, magnesium. Zwavelverbindingen zijn oplosbaar in water, kooldioxidezouten zijn onoplosbaar. Een gebruikelijk reagens dat alle metalen van deze groep neerslaat in de vorm van onoplosbare verbindingen is ammoniumcarbonaat.
2. Metalen waarvan de zwavelverbindingen onoplosbaar zijn in water- om deze afdeling in drie groepen te verdelen, gebruiken ze de verhouding van hun zwavelverbindingen tot zwakke zuren en ammoniumsulfide. 3e groep: aluminium, chroom, ijzer, mangaan, zink, nikkel, kobalt.

Aluminium en chroom vormen geen zwavelverbindingen door water; andere metalen vormen zwavelverbindingen, die, net als hun oxiden, oplosbaar zijn in zwakke zuren. Waterstofsulfide slaat ze niet neer uit een zure oplossing; ammoniumsulfide slaat oxiden of zwavelverbindingen neer. Ammoniumsulfide is een veelgebruikt reagens voor deze groep en een overmaat aan zwavelverbindingen lost niet op. 4e groep: zilver, lood, bismut, koper, palladium, rhodium, ruthenium, osmium. Zwavelverbindingen zijn onoplosbaar in zwakke zuren en worden neergeslagen door waterstofsulfide in een zure oplossing; ze zijn ook onoplosbaar in ammoniumsulfide. Waterstofsulfide is een veel voorkomende reactant voor deze groep. 5e groep: tin, arseen, antimoon, goud, platina. Zwavelverbindingen zijn ook onoplosbaar in zwakke zuren en worden door waterstofsulfide uit een zure oplossing neergeslagen. Maar ze zijn oplosbaar in ammoniumsulfide en vormen daarmee in water oplosbare sulfazouten.

Niet-metalen (metalloïden) moeten bij chemische analyse altijd ontdekt worden in de vorm van de zuren die ze vormen of de overeenkomstige zouten ervan. De basis voor het indelen van zuren in groepen zijn de eigenschappen van hun barium- en zilverzouten in relatie tot hun oplosbaarheid in water en gedeeltelijk in zuren. Bariumchloride is een algemeen reagens voor groep 1, zilvernitraat in nitraatoplossing is voor groep 2, barium- en zilverzouten van groep 3-zuren zijn oplosbaar in water. 1e groep: in een neutrale oplossing slaat bariumchloride onoplosbare zouten neer; Zilverzouten zijn onoplosbaar in water, maar oplosbaar in salpeterzuur. Deze omvatten zuren: chroomzuur, sereus, zwavelachtig, waterig, koolzuur, silicium, zwavelzuur, hydrofluorkiezelzuur (bariumzouten, onoplosbaar in zuren), arseen en arseen. 2e groep: in een oplossing aangezuurd met salpeterzuur geeft zilvernitraat een neerslag. Deze omvatten zuren: zoutzuur, broomwaterstof en joodwaterstof, blauwzuur, waterstofsulfide, ijzer(III) en ijzerhydrocyanide en jodium. 3e groep: salpeterzuur en perchloorzuur, die niet worden neergeslagen door zilvernitraat of bariumchloride.

Houd er echter rekening mee dat de voor zuren aangegeven reagentia geen algemene reagentia zijn die kunnen worden gebruikt om zuren in groepen te scheiden. Deze reagentia kunnen alleen een indicatie geven van de aanwezigheid van een zure of andere groep, en om elk afzonderlijk zuur te ontdekken moet men de privéreacties gebruiken die daarbij horen. De bovenstaande classificatie van metalen en niet-metalen (metalloïden) werd voor analytische chemie aangenomen in Russische scholen en laboratoria (volgens N.A. Menshutkin werd een andere classificatie aangenomen, die echter in wezen op dezelfde principes was gebaseerd).

Theoretische basis van reacties

De theoretische grondslagen van reacties van kwalitatieve chemische analyse in oplossingen moeten, zoals hierboven reeds aangegeven, worden gezocht in de afdelingen algemene en fysische chemie over oplossingen en chemische affiniteit. Een van de eerste kritieke problemen is de toestand van alle mineralen in waterige oplossingen waarin, volgens de theorie van elektrolytische dissociatie, alle stoffen die tot de klassen van zouten, zuren en alkaliën behoren, dissociëren in ionen. Daarom vinden alle reacties van chemische analyse niet plaats tussen hele moleculen van verbindingen, maar tussen hun ionen. De reactie van natriumchloride NaCl en zilvernitraat AgNO 3 vindt bijvoorbeeld plaats volgens de vergelijking:

Na + + Cl - + Ag + + (NO 3) - = AgCl↓ + Na + + (NO 3) - natriumion + chloorion + zilverion + salpeterzuuranion = onoplosbaar zout + salpeterzuuranion

Zilvernitraat is dus geen reagens voor natriumchloride of zoutzuur, maar alleen voor chloorionen. Voor elk zout in oplossing moeten dus vanuit het oogpunt van analytische chemie het kation (metaalion) en anion (zuurresidu) afzonderlijk worden beschouwd. Voor een vrij zuur moet rekening worden gehouden met waterstofionen en een anion; ten slotte, voor elke alkali - een metaalkation en een hydroxylanion. En in wezen is de belangrijkste taak van kwalitatieve chemische analyse het bestuderen van de reacties van verschillende ionen en hoe ze te ontdekken en van elkaar te scheiden.

Om dit laatste doel te bereiken, worden door de werking van geschikte reagentia ionen omgezet in onoplosbare verbindingen die uit de oplossing neerslaan in de vorm van neerslag, of worden geïsoleerd uit oplossingen in de vorm van gassen. In dezelfde theorie van elektrolytische dissociatie moet men zoeken naar een verklaring voor de werking van chemische indicatoren, die vaak toepassing vinden in chemische analyses. Volgens de theorie van W. Ostwald zijn alle chemische indicatoren relatief zwakke zuren, gedeeltelijk gedissocieerd in waterige oplossingen. Bovendien hebben sommigen van hen kleurloze hele moleculen en gekleurde anionen, andere hebben daarentegen gekleurde moleculen en een kleurloos anion of een anion met een andere kleur; Wanneer ze worden blootgesteld aan de invloed van vrije waterstofionen van zuren of hydroxylionen van alkali, kunnen chemische indicatoren de mate van hun dissociatie en tegelijkertijd hun kleur veranderen. De belangrijkste indicatoren zijn:

1. Methyloranje, dat in aanwezigheid van vrije waterstofionen (zure reactie) een roze kleur geeft, en in aanwezigheid van neutrale zouten of alkaliën een gele kleur geeft;
2. Fenolftaleïne - geeft in aanwezigheid van hydroxylionen (alkalische reactie) een karakteristieke rode kleur, en in aanwezigheid van neutrale zouten of zuren is het kleurloos;
3. Lakmoes wordt rood onder invloed van zuren, en blauw onder invloed van alkaliën, en ten slotte
4. Curcumine wordt bruin onder invloed van alkaliën en krijgt in aanwezigheid van zuren opnieuw een gele kleur.

Chemische indicatoren hebben zeer belangrijke toepassingen in volumetrische chemische analyse (zie hieronder). Bij reacties van kwalitatieve chemische analyse kom je vaak het fenomeen hydrolyse tegen, dat wil zeggen de ontleding van zouten onder invloed van water, en de waterige oplossing krijgt een min of meer sterke alkalische of zure reactie.

Vooruitgang van kwalitatieve chemische analyse

Bij een kwalitatieve chemische analyse is het belangrijk om niet alleen te bepalen welke elementen of verbindingen deel uitmaken van de samenstelling van een bepaalde stof, maar ook in welke relatieve hoeveelheden deze componenten bij benadering worden aangetroffen. Voor dit doel is het altijd nodig om uit te gaan van bepaalde hoeveelheden van de geanalyseerde stof (meestal is het voldoende om 0,5-1 gram te nemen) en bij het uitvoeren van de analyse de hoeveelheid individuele neerslag met elkaar te vergelijken. Het is ook noodzakelijk om oplossingen van reagentia met een bepaalde sterkte te gebruiken, namelijk: normaal, halfnormaal, een tiende van normaal.

Elke kwalitatieve chemische analyse is verdeeld in drie delen:

1. voorlopige test,
2. ontdekking van metalen (kationen),
3. ontdekking van niet-metalen (metalloïden) of zuren (anionen).

Met betrekking tot de aard van de analyt kunnen zich vier gevallen voordoen:

1. vaste niet-metaalachtige substantie,
2. vaste stof in de vorm van een metaal of metaallegering,
3. vloeistof (oplossing),

Bij het analyseren vaste niet-metaalachtige substantie voornamelijk geproduceerd visuele inspectie en microscopisch onderzoek, evenals voorbereidende tests met de bovengenoemde analysemethoden in droge vorm. In eerste instantie wordt een monster van een stof, afhankelijk van de aard ervan, opgelost in een van de volgende oplosmiddelen: water, zoutzuur, salpeterzuur en koningswater (een mengsel van zoutzuur en salpeterzuur). Stoffen die niet in een van de bovengenoemde oplosmiddelen kunnen oplossen, worden in oplossing gebracht met behulp van een aantal speciale technieken, zoals: smelten met soda of potas, koken met soda-oplossing, verwarmen met bepaalde zuren, enz. De resulterende oplossing wordt onderworpen aan systematische analyse met voorlopige isolatie van metalen en zuren in groepen en verdere verdeling ervan individuele elementen, gebruikmakend van hun karakteristieke privéreacties.

Bij het analyseren metalen legering een bepaald monster ervan lost op in salpeterzuur (in zeldzame gevallen in koningswater), en de resulterende oplossing wordt drooggedampt, waarna het vaste residu wordt opgelost in water en onderworpen aan systematische analyse.

Als de stof dat is vloeistof Allereerst wordt aandacht besteed aan de kleur, geur en reactie op lakmoes (zuur, alkalisch, neutraal). Om de aanwezigheid van vaste stoffen in de oplossing te verifiëren, wordt een klein deel van de vloeistof verdampt op een platinaplaat of horlogeglas. Na deze voorafgaande tests wordt de vloeistof met behulp van conventionele methoden geapaliseerd.

Analyse gassen geproduceerd volgens een aantal speciale methoden die zijn aangegeven in de kwantitatieve analyse.

Methoden voor kwantitatieve chemische analyse

Kwantitatieve chemische analyse heeft tot doel de relatieve hoeveelheden van de individuele bestanddelen van een bepaald bestanddeel te bepalen chemische verbinding of mengsels. De gebruikte methoden zijn afhankelijk van de eigenschappen en samenstelling van de stof, en daarom moet kwantitatieve chemische analyse altijd worden voorafgegaan door kwalitatieve chemische analyse.

Om kwantitatieve analyses uit te voeren kunnen twee verschillende methoden worden gebruikt: gravimetrisch en volumetrisch. Bij de gewichtsmethode worden de te bepalen lichamen geïsoleerd in de vorm van, indien mogelijk, onoplosbare of slecht oplosbare verbindingen met een bekende chemische samenstelling, en wordt hun gewicht bepaald, op basis waarvan de hoeveelheid van het gewenste element kan worden gevonden door berekening. Bij volumetrische analyse worden de volumes van getitreerde (die een bepaalde hoeveelheid reagens bevatten) oplossingen die voor analyse worden gebruikt, gemeten. Bovendien verschillen een aantal speciale methoden voor kwantitatieve chemische analyse, namelijk:

1. elektrolytisch gebaseerd op de scheiding van individuele metalen door elektrolyse,
2. colorimetrisch, geproduceerd door de kleurintensiteit van een bepaalde oplossing te vergelijken met de kleur van een oplossing met een bepaalde sterkte,
3. organische analyse, bestaande uit de verbranding van organisch materiaal in kooldioxide C0 2 en water H 2 0 en bij bepaling door de hoeveelheid van hun relatieve gehalte aan koolstof en waterstof in de stof,
4. gasanalyse, die bestaat uit het bepalen door middel van een aantal speciale methoden van de kwalitatieve en kwantitatieve samenstelling van gassen of hun mengsels.

Vertegenwoordigt een heel bijzondere groep medisch-chemische analyse, waarin een aantal verschillende methoden voor het bestuderen van bloed, urine en andere afvalproducten van het menselijk lichaam worden behandeld.

Zwaartekracht kwantitatieve chemische analyse

Er zijn twee soorten methoden voor gravimetrische kwantitatieve chemische analyse: directe analysemethode En methode van indirecte (indirecte) analyse. In het eerste geval nader te bepalen bestanddeel wordt geïsoleerd in de vorm van een onoplosbare verbinding, en het gewicht van deze laatste wordt bepaald. Indirecte analyse is gebaseerd op het feit dat twee of meer stoffen die aan dezelfde chemische behandeling worden onderworpen, ongelijke gewichtsveranderingen ondergaan. Als u bijvoorbeeld een mengsel van kaliumchloride en natriumnitraat heeft, kunt u de eerste ervan bepalen door directe analyse, waarbij u het chloor neerslaat in de vorm van zilverchloride en het weegt. Als er een mengsel van kalium- en natriumchloridezouten is, kun je de verhouding ervan indirect bepalen door al het chloor in de vorm van zilverchloride neer te slaan en het gewicht ervan te bepalen, gevolgd door berekening.

Volumetrische chemische analyse

Elektrolyse analyse

Colorimetrische methoden

Elementaire organische analyse

Gasanalyse

Classificatie van analytische chemische methoden

• Elementaire analysemethoden
  • Röntgenspectrale analyse (röntgenfluorescentie)
  • Analyse van neutronenactivatie ( Engels) (zie radioactivatieanalyse)
  • Auger-elektronenspectrometrie (EOS) ( Engels); zie Auger-effect
  • Analytische atomaire spectrometrie is een reeks methoden gebaseerd op de transformatie van geanalyseerde monsters in de toestand van individuele vrije atomen, waarvan de concentraties vervolgens spectroscopisch worden gemeten (soms wordt hier ook röntgenfluorescentieanalyse opgenomen, hoewel deze niet is gebaseerd op monstername). verneveling en is niet geassocieerd met atoomdampspectroscopie).
    • MS - massaspectrometrie met registratie van massa's atoomionen
      • ICP-MS - inductief gekoppelde plasmamassaspectrometrie (zie inductief gekoppeld plasma in massaspectrometrie)
      • LA-ICP-MS - massaspectrometrie met inductief gekoppelde plasma- en laserablatie
      • LIMS - laservonkmassaspectrometrie; zie laserablatie (commercieel voorbeeld: LAMAS-10M)
      • MSVI - Secundaire ionenmassaspectrometrie (SIMS)
      • TIMS - thermische ionisatie massaspectrometrie (TIMS)
      • Massaspectrometrie met hoge energiedeeltjesversneller (AMS)
    • AAS - atomaire absorptiespectrometrie
      • ETA-AAS - atoomabsorptiespectrometrie met elektrothermische verneveling (zie atoomabsorptiespectrometers)
      • SVZR - holtevervaltijdspectroscopie (CRDS)
      • VRLS - intracavitaire laserspectroscopie
    • AES - atomaire emissiespectrometrie
      • vonk en boog als stralingsbronnen (zie vonkontlading; elektrische boog)
      • ICP-AES - Inductief gekoppelde plasma-atoomemissiespectrometrie
      • LIES - laservonkemissiespectrometrie (LIBS of LIPS); zie laserablatie
    • AFS - atomaire fluorescentiespectrometrie (zie fluorescentie)
      • ICP-AFS - atomaire fluorescentiespectrometrie met inductief gekoppeld plasma (Baird-apparaten)
      • LAFS - laser atomaire fluorescentiespectrometrie
      • APS op holle kathodelampen (commercieel voorbeeld: AI3300)
    • AIS - atomaire ionisatiespectrometrie
      • LAIS (LIIS) - laser atomaire ionisatie of laser-geïntensiveerde ionisatiespectroscopie (eng. Laserverbeterde ionisatie, LEI )
      • RIMS - laserresonantie-ionisatie-massaspectrometrie
      • OG - optogalvanische spectroscopie (LOGS - laser optogalvanische spectroscopie)

• Andere analysemethoden
  • titrimetrie, volumetrische analyse
  • gravimetrische analyse - gravimetrie, elektrogravimetrie
  • spectrofotometrie (meestal absorptie) van moleculaire gassen en gecondenseerde materie
    • elektronenspectrometrie (zichtbaar spectrum en UV-spectrometrie); zie elektronenspectroscopie
    • vibratiespectrometrie (IR-spectrometrie); zie vibratiespectroscopie
  • Raman-spectroscopie; zie Raman-effect
  • luminescentie analyse
  • massaspectrometrie met registratie van massa's van moleculaire en clusterionen, radicalen
  • ionenmobiliteitsspectrometrie (

Milieu-ingenieurs moeten het weten chemische samenstelling grondstoffen, producten en afval uit de productie en het milieu – lucht, water en bodem; het is belangrijk om te identificeren schadelijke stoffen en bepaal hun concentratie. Dit probleem is opgelost analytische scheikunde - de wetenschap van het bepalen van de chemische samenstelling van stoffen.

Problemen van de analytische chemie worden voornamelijk opgelost door fysische en chemische analysemethoden, die ook instrumenteel worden genoemd. Ze gebruiken het meten van een of andere fysieke of fysisch-chemische eigenschap van een stof om de samenstelling ervan te bepalen. Het bevat ook secties gewijd aan methoden voor het scheiden en zuiveren van stoffen.

Het doel van deze lezingencursus is om vertrouwd te raken met de principes van instrumentele analysemethoden om hun mogelijkheden te verkennen en, op basis hiervan, specifieke taken voor gespecialiseerde scheikundigen op te stellen en de betekenis van de verkregen analyseresultaten te begrijpen.

Literatuur

Aleskovski V.B. en andere. Ld, "Chemie", 1988

Yu.S.Ljalikov. Fysisch-chemische analysemethoden. M., uitgeverij "Chemie", 1974

Vasiliev V.P. Theoretische basis fysische en chemische analysemethoden. M., Hogere School, 1979.

AD Zimon, NF Leshchenko. Colloïdale chemie. M., "Agar", 2001

A.I. Misjoestin, K.F. Belousova. Colloïdale chemie ( Gereedschapskist). Uitgeverij MIHM, 1990

De eerste twee boeken zijn leerboeken voor scheikundestudenten en dus behoorlijk uitdagend voor jou. Dit maakt deze lezingen zeer nuttig. U kunt echter afzonderlijke hoofdstukken lezen.

Helaas heeft de administratie nog geen aparte toets voor dit vak toegewezen, dus de stof is er wel in opgenomen algemeen examen, samen met een cursus fysische chemie.

2. Classificatie van analysemethoden

Er wordt onderscheid gemaakt tussen kwalitatieve en kwantitatieve analyse. De eerste bepaalt de aanwezigheid van bepaalde componenten, de tweede - hun kwantitatieve inhoud. Analysemethoden zijn onderverdeeld in chemisch en fysisch-chemisch. In deze lezing zullen we alleen chemische methoden beschouwen die gebaseerd zijn op de transformatie van de analyt in verbindingen die bepaalde eigenschappen hebben.

Bij de kwalitatieve analyse van anorganische verbindingen wordt het onderzochte monster in vloeibare toestand gebracht door het op te lossen in water of een oplossing van zuur of alkali, waardoor het mogelijk wordt elementen in de vorm van kationen en anionen te detecteren. Cu 2+-ionen kunnen bijvoorbeeld worden geïdentificeerd door de vorming van een complex 2+-ion dat helderblauw is.

Kwalitatieve analyse is onderverdeeld in fractioneel en systematisch. Fractionele analyse - detectie van verschillende ionen in een mengsel met een ongeveer bekende samenstelling.

Systematische analyse wel volledige analyse met behulp van een specifieke methode voor de sequentiële detectie van individuele ionen. Afzonderlijke groepen ionen met vergelijkbare eigenschappen worden geïsoleerd met behulp van groepsreagentia, vervolgens worden de groepen ionen verdeeld in subgroepen, en die op hun beurt in individuele ionen, die worden gedetecteerd met behulp van de zogenaamde. analytische reacties. Dit zijn reacties met een extern effect: de vorming van een neerslag, het vrijkomen van gas en een verandering in de kleur van de oplossing.

Eigenschappen van analytische reacties - specificiteit, selectiviteit en gevoeligheid.

Specificiteit stelt u in staat een bepaald ion te detecteren in de aanwezigheid van andere ionen aan de hand van een karakteristiek kenmerk (kleur, geur, enz.). Er zijn relatief weinig van dergelijke reacties (bijvoorbeeld de reactie waarbij het NH 4 + -ion wordt gedetecteerd door de werking van een alkali op een stof bij verhitting). De specificiteit van de reactie wordt kwantitatief beoordeeld aan de hand van de waarde van de beperkende verhouding, gelijk aan de verhouding concentraties van het gedetecteerde ion en interfererende ionen. De druppelreactie met het Ni 2+-ion door de werking van dimethylglyoxim in aanwezigheid van Co 2+-ionen is bijvoorbeeld mogelijk bij een beperkende verhouding van Ni 2+ tot Co 2+ gelijk aan 1:5000.

Selectiviteit(of selectiviteit) van een reactie wordt bepaald door het feit dat slechts een paar ionen een soortgelijk extern effect produceren. De selectiviteit is groter naarmate het aantal ionen kleiner is, wat een soortgelijk effect geeft.

Gevoeligheid reacties worden gekenmerkt door de detectielimiet of verdunningslimiet. De detectielimiet bij de microkristalloscopische reactie op het Ca 2+-ion onder invloed van zwavelzuur is bijvoorbeeld 0,04 μg Ca 2+ in een druppel oplossing.

Een moeilijkere taak is de analyse van organische verbindingen. Koolstof en waterstof worden bepaald na verbranding van het monster, waarbij de vrijkomende kooldioxide en water worden geregistreerd. Er zijn een aantal technieken om andere elementen te detecteren.

Classificatie van analysemethoden naar hoeveelheid.

Componenten zijn onderverdeeld in hoofdbestanddelen (1 - 100% op gewichtsbasis), minder belangrijk (0,01 - 1% op gewichtsbasis) en onzuiverheden of sporen (minder dan 0,01% op gewichtsbasis).

Afhankelijk van de massa en het volume van het geanalyseerde monster wordt macroanalyse onderscheiden (0,5 - 1 g of 20 - 50 ml),

semi-microanalyse (0,1 - 0,01 g of 1,0 - 0,1 ml),

microanalyse (10 -3 - 10 -6 g of 10 -1 - 10 -4 ml),

ultramicroanalyse (10 -6 - 10 -9 g, of 10 -4 - 10 -6 ml),

submicroanalyse (10 -9 - 10 -12 g of 10 -7 - 10 -10 ml).

Classificatie volgens de aard van de deeltjes die worden bepaald:

1.isotopisch (fysisch) - isotopen worden bepaald

2. elementair of atomair - een reeks chemische elementen wordt bepaald

3. moleculair - de reeks moleculen waaruit het monster bestaat, wordt bepaald

4. structurele groep (tussenproduct tussen atomair en moleculair) - functionele groepen in moleculen van organische verbindingen worden bepaald.

5. fase - de componenten van heterogene objecten (bijvoorbeeld mineralen) worden geanalyseerd.

Andere soorten classificatieanalyse:

Bruto en lokaal.

Destructief en niet-destructief.

Contact en op afstand.

Discreet en continu.

Belangrijke kenmerken van de analytische procedure zijn de snelheid van de methode (analysesnelheid), de analysekosten en de mogelijkheid van automatisering ervan.

Afhankelijk van de taak die voorhanden is, zijn er 3 groepen analytische chemische methoden:

• 1) Met detectiemethoden kunt u bepalen welke elementen of stoffen (analyten) in het monster aanwezig zijn. Ze worden gebruikt om kwalitatieve analyses uit te voeren;
• 2) bepalingsmethoden maken het mogelijk om het kwantitatieve gehalte aan analyten in een monster vast te stellen en worden gebruikt om kwantitatieve analyses uit te voeren;
• 3) Met scheidingsmethoden kunt u de analyt isoleren en storende componenten scheiden. Ze worden gebruikt bij kwalitatieve en kwantitatieve analyses. Bestaan verschillende methoden kwantitatieve analyse: chemisch, fysisch-chemisch, fysisch, enz.

Chemische methoden zijn gebaseerd op het gebruik van chemische reacties (neutralisatie, oxidatie-reductie, complexering en precipitatie) waarin de analyt terechtkomt. Een kwalitatief analytisch signaal is in dit geval het visuele externe effect van de reactie: een verandering in de kleur van de oplossing, de vorming of oplossing van een neerslag, het vrijkomen van een gasvormig product. Bij kwantitatieve bepalingen worden het volume van het vrijgekomen gasvormige product, de massa van het gevormde neerslag en het volume van een reagensoplossing met een nauwkeurig bekende concentratie, besteed aan interactie met de te bepalen stof, gebruikt als analytisch signaal.

Fysische methoden maken geen gebruik van chemische reacties, maar meten er enkele fysieke eigenschappen(optisch, elektrisch, magnetisch, thermisch, enz.) van de geanalyseerde stof, die afhankelijk zijn van de samenstelling ervan.

Fysisch-chemische methoden maken gebruik van veranderingen in de fysische eigenschappen van het geanalyseerde systeem als gevolg van chemische reacties. Fysisch-chemische methoden omvatten ook chromatografische analysemethoden, gebaseerd op de processen van sorptie-desorptie van een stof op een vast of vloeibaar sorptiemiddel onder dynamische omstandigheden, en elektrochemische methoden (potentiometrie, voltammetrie, conductometrie).

Fysische en fysisch-chemische methoden worden vaak gecombineerd gemeenschappelijke naam instrumentele analysemethoden, aangezien analytische instrumenten en apparaten die fysieke eigenschappen of hun veranderingen registreren, worden gebruikt om analyses uit te voeren. Bij het uitvoeren van een kwantitatieve analyse wordt het analytische signaal gemeten: een fysieke grootheid die verband houdt met de kwantitatieve samenstelling van het monster. Als kwantitatieve analyse wordt uitgevoerd met behulp van chemische methoden, is de basis van de bepaling altijd een chemische reactie.

Er zijn 3 groepen kwantitatieve analysemethoden:

• - Gasanalyse
• - Titrimetrische analyse
• - Gravimetrische analyse

De belangrijkste chemische methoden voor kwantitatieve analyse zijn gravimetrische en titrimetrische methoden, die worden genoemd klassieke methoden analyse. Deze methoden zijn standaard voor het beoordelen van de nauwkeurigheid van een bepaling. Hun belangrijkste toepassingsgebied is de precisiebepaling van grote en middelgrote hoeveelheden stoffen.

Klassieke analysemethoden worden veel gebruikt in ondernemingen chemische industrie voor voortgangscontrole technologisch proces, kwaliteit van grondstoffen en Afgemaakte producten, industrieel afval. Op basis van deze methoden wordt farmaceutische analyse uitgevoerd - het bepalen van de kwaliteit van medicijnen en geneesmiddelen, die worden geproduceerd door chemische en farmaceutische bedrijven.