Кількісний аналіз. Хімічні методи аналізу. Аналітична хімія

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

завдання

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

Класифікація

Методи кількісного аналізу поділяють на:

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

хімічний метод

Базується на застосуванні різних видів реакцій, кількісно що відбуваються в розчинах, газах, тілах і т. Д. Кількісний хімічний аналіз поділяють на:

• Гравіметричний (ваговий). Полягає в точній (строгому) визначенні маси аналізованого компонента в досліджуваній речовині.
• Титриметричний (об`ємний). Кількісний склад досліджуваної проби визначають шляхом суворих вимірювань об`єму реагенту відомої концентрації (титранту), який взаємодіє в еквівалентних кількостях з обумовленою речовиною.
• Газовий аналіз. Базується на вимірюванні об`єму газу, який утворюється або поглинається в результаті хімічної реакції.

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

фізичний метод

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

• Рефрактометрію (вимір величин показника заломлення).
• Поляриметрії (вимір величин оптичного обертання).
• Флуориметрі (визначення інтенсивності флуоресценції) та інші

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

Фізико-хімічні методи

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

Гравіметричний метод

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

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

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

метод осадження

Кількісний аналіз осадження заснований на хімічній реакції визначається компонента з реагентом-осадителем з утворенням малорастворимого з`єднання, яке відділяють, потім промивають і прожарюють (висушують). На фініші виділений компонент зважують.

Наприклад, при гравіметричного визначення іонів Ва²⁺ в розчинах солей як осадитель використовують сірчану кислоту. В результаті реакції утворюється білий кристалічний осад BaSO₄ (Обложена форма). Після прожарювання цього осаду формується так звана гравіметрична форма, повністю збігається з обложеної формою.

При визначенні іонів Са²⁺ осадителем може бути оксалатного кислота. Після аналітичної обробки осаду обложена форма (Сас₂Про₄) Перетворюється в гравіметричну форму (СаО). Таким чином, обложена форма може як збігатися, так і відрізнятися від гравіметричної форми за хімічною формулою.

ваги

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

• Зважування при необхідної точності ± 0,01 г проводять на аптечних (ручних) або технохіміческіх вагах.
• Зважування при необхідної точності ± 0,0001 г здійснюють на аналітичних вагах.
• При точності ± 0,00001 г - на мікротерезах.

техніка зважування

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

В процесі зважування на аптечних вагах центральне кільце утримують лівою рукою, ліктем спираючись на лабораторний стіл. Загасання коромисла під час зважування може бути прискорене легким дотиком дна чаші ваг до поверхні столу.

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

• перед кожним зважуванням перевіряють стан ваг та встановлюють нульову точку;
• зважувати речовини поміщають в тару (бюкс, годинне скло, тигель, пробірку);
• температуру речовин, які підлягають зважуванню, доводять до температури ваг у ваговій кімнаті протягом 20 хвилин;
• ваги не слід навантажувати понад встановлені граничних навантажень.

Етапи гравіметрії за методом осадження

Гравіметричний якісний і кількісний аналіз включають наступні етапи:

• розрахунку мас навішування аналізованої проби і обсягу осадителя;
• зважування та розчинення наважки;
• осадження (отримання обложеної форми визначається компонента);
• видалення опадів з маточного розчину;
• промивання осаду;
• висушування або прожарювання осаду до постійної маси;
• зважування гравіметричної форми;
• обчислення результатів аналізу.

вибір осадителя

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

• специфічністю, селективність щодо визначається іона;
• летючість, легко віддалятися при висушуванні або прожаренні гравіметричної форми.

Серед неорганічних осадителей найбільш поширені розчини: HCL- Н₂SO₄- H₃PO₄- NaOH- AgNO₃- BaCL₂ та інші. Серед органічних осадителей перевага віддається розчинів діацетілдіоксіма, 8-гідроксихінолін, оксалатній кислоти та інших, що створює з іонами металів внутрішньокомплексні стійкі сполуки, які мають перевагами:

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

процес осадження

Це найважливіший етап характеристики кількісного аналізу. При отриманні обложеної форми необхідно мінімізувати витрати за рахунок розчинності осаду в матковій розчині, зменшити процеси адсорбції, оклюзії, соосаждения. Потрібно забрати досить великі частки осаду, що не проходять через фільтраційні пори.

Вимоги до обложеної формі:

• Компонент, який визначають, повинен кількісно переходити в осад і відповідати значенням Ksge-10^-8.
• Осад не повинен містити сторонніх домішок і бути стійким щодо зовнішнього середовища.
• Обложена форма повинна якомога повніше перетворюватися в гравіметричну при висушуванні або прожаренні досліджуваного речовини.
• Агрегатний стан осаду повинно відповідати умовам його фільтрації і промивки.
• Перевагу віддають кристалічним осадом, що містить великі частки, які мають меншу абсорбційну здатність. Вони легше фільтруються, не забиваючи пори фільтра.

Отримання кристалічного осаду

Умови отримання оптимального кристалічного осаду:

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

Отримання аморфного осаду

Умови отримання оптимального аморфного осаду:

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

фільтрація

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

Електрогравіметрія

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

термогравіметричний метод

Здійснюється виміром маси речовини під час його безперервного нагрівання в певному інтервалі температур. Зміни фіксуються спеціальним пристроєм - дериватографія. Воно обладнане термотерезамі безперервного зважування, електричної піччю для нагріву досліджуваного зразка, термопарою для вимірювання температур, еталоном і самописцем безперервної дії. Зміна маси зразка автоматично фіксується у вигляді термогравіграми (деріватограми) - кривій зміни маси, побудованої в координатах:

• час (або температура);
• втрата маси.

висновок

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