Лекции по аналитической химии

Лекция 1.  

         Аналитическая химия – не просто дисциплина, накапливающая и систематизирующая знания; эта наука имеет огромное практическое значение в жизни общества, она создает средства для химического анализа и обеспечивает его осуществление – в этом ее главное предназначение. Без эффективного химического анализа невозможно функционирование ведущих отраслей народного хозяйства, систем охраны природы и здоровья населения, оборонного комплекса, невозможно развитие многих смежных областей знания.    

                               Ошибки при количественном анализе.

         По своему характеру  ошибки анализа подразделяются на систематические, случайные и промахи.

1. Систематические – погрешности, одинаковые по знаку и влияющие на результат в сторону его увеличения, либо в сторону уменьшения.

    а) Методические – это ошибки, которые  зависят от особенности применяемого метода (неполное протекание реакции, частичное растворение осадка, свойство индикатора).

    б)  Оперативные – недостаточное  промывание осадка на фильтре, ошибки

    приборные или реактивов, неравноплечность весов.

    в)  Индивидуальные – ошибки лаборантов (способность точно определять

      окраску при титровании, психологические  ошибки).

    г) Приборные или реактивные (эти ошибки связаны с недостаточной точностью используемых приборов, ошибки лаборанта).

2. Случайные - они неизбежны при любом определении. Они могут быть значительно уменьшены при увеличении числа параллельных определений.
3. Промахи - грубые ошибки, которые обусловлены от неправильного подсчета разновесок, поливания части раствора, просыпания осадка.

                   

Чувствительность, правильность и точность анализа.

         Чувствительность  – минимальная определяемая концентрация вещества.

         Правильность – близость полученного результата к истинному.

         Точность  -  характеристика воспроизводимости определения от опыта к опыту. Анализ считается выполненным более точным, чем меньше различаются результаты параллельных определений между собой.

         

Абсолютная  ошибка – разность между полученным результатом и истинным или наиболее достоверным значением.

                                        

Относительная ошибка – отношение абсолютной ошибки к истинному значению.

                                      

                                 

                                       Группы методов  анализа.

Принято делить методы анализа на три большие  группы:

1. химические методы анализа - когда данные получаются в результате выделения осадка, выделения газа, изменения цвета окраски;
2. физико-химические методы анализа - может быть зафиксировано какое-нибудь физическое или химическое изменение величин;
3. физические методы анализа

 

К химическим методам относят:

• гравиметрический (весовой) анализ
• титриметрический (объемный) анализ
• газоволюмометрический анализ

К физико–химическим  методам относят все способы  инструментального анализа:

• фотоколориметрический
• спектрофотометрический
• нефелометрический
• потенциометрический
• кондуктометрический
• полярографический

К физическим относятся:

• спектральный эмиссионный
• радиометрический  (метод меченых атомов)
• рентгеноспектральный
• люминесцентный
• нейтронно-активизационный
• эмиссионный (пламенная фотометрия)
• атомно-абсорбционный
• ядерно-магнитный резонанс

           

           Лекция 2.  Гравиметрический метод анализа.

         Гравиметрический  анализ основан на точном измерении  массы определяемого вещества в  виде соединения  или простого вещества определенного состава. Основным инструментом являются весы.

         Гравиметрические  методы подразделяются на две подгруппы:

         I. методы осаждения  

         II. методы отгонки.

         В методах осаждения навеску анализируемого вещества переводят в раствор, после этого определяемый элемент осаждают в виде малорастворимого соединения. Выпавший осадок отделяют фильтрованием, тщательно промывают или высушивают, и точно взвешивают. По массе осадка и его формуле рассчитывают содержание определенного элемента в % по массе.

         В методах отгонки определяемый компонент удаляют в виде летучих продуктов, и по убыли в весе судят о содержании элемента.

         Требования к осадкам:

         Осаждаемой формой – называют то соединение, которое  образуется при взаимодействии с  реагентом – осадителем, а весовой формой – соединение, которое взвешивают для получения окончательного результата анализа.

         Например, при определении  кремния в чугунах формой осаждения является кремниевая кислота H₂SiO₃·nH₂O, а весовой формой является безводная двуокись кремния, получающаяся в результате прокаливания при температуре около 1000^оС. иногда осаждаемая и весовая форма могут представлять собой одно и тоже соединение. Например, при определении серы весовым методом ее осаждают из раствора, и взвешивают в виде сульфата бария, который при прокаливании химически не изменяется.

         Требования  к осаждаемой форме:

         1) Малая растворимость  осаждаемой формы соединения, содержащего определенное вещество и как более низкое содержание в ней определяющего вещества.

          

                                  осаждаемая форма                  весовая форма

         

         Требование к осаждению  – малая растворимость.

         Произведение растворимости  

         К ним относятся: AgCl, BaSO₄, Fe(OH)₃, Sb₂S₃ 

         2) Структура осадка  должна отвечать условиям фильтрования  и позволять отмывку осадков  с достаточной скоростью.

         Мелкокристаллические  осадки, могут пройти через поры фильтра. Наиболее удобны крупнокристаллические осадки, т.к. они не забивают поры фильтра, имеют слабо развитую поверхность, мало адсорбируют посторонние ионы и легко отмываются от них. Фильтруются через фильтр средней плотности, маркируемый Белой лентой. Аморфные осадки, например, многие гидроксиды имеют сильно развитую поверхность, адсорбируют посторонние вещества из раствора и трудно от них отмываются. Фильтрование таких осадков проводят через неплотный фильтр, маркируемый Красной лентой. Самые мелкокристаллические осадки  (например, BaSO₄), фильтруются через фильтр с Синей лентой.

          Окклюзия – внедрение посторонних ионов в структуру кристаллической решетки. 

         BaSO₄      

 
 

         K⁺ - 1, 37 A

         Na⁺ - 0, 95 A

         Ba⁺² -1,35 A 

         3) Важно, чтобы осаждаемая форма легко переходила в весовую.

Осаждаемая  и весовая формы должны быть химически  инертными, чтобы не приводить к  количественным ошибкам.

         Пример:

         1)

            

         2)

                                             

         CaO - высокореакционное вещество, это означает, что оно может «захватить»       пары воды или углекислый газ

                                          

          белая лента 

         красная лента           фильтры

         синяя лента

         Требования  к весовой форме:

1. Точное соответствие ее состава химической формуле. Если такого соответствия нет, вычисление результатов невозможно.
2. Химическая устойчивость весовой формы.
3. Содержание определяемого в весовой форме должно быть как можно меньшим, тогда погрешности определения меньше скажутся на окончательном результате анализа.

 

         Искомое процентное содержание ( Р ) рассчитывают по формуле:

                                                  ,

       где       b – количество весовой формы

                            a – навеска исследуемого вещества

      F – фактор пересчета 

         Фактор пересчета  показывает, скольким граммам определяемого  элемента соответствует 1 г весовой  формы.

                                           

         Из двух возможных гравиметрических методов определения элемента при прочих равных условиях будет более точным тот, для которого фактор пересчета будет меньше.

                   ;   ;  
 

         Анализ может быть:

         а) частным – определяется один или несколько веществ, а другие не интересуют

                                       

         б) полным – на содержание всех входящих составных частей (Σ = 100%).

         Полный анализ проводится для того, чтобы узнать все составные части данного вещества.

         Цемент – CaO, MgO, Fe₂O₃, Al₂O₃, SiO₂, CaSO₄, SO₃.

                      FeCl₃ + NH₄OH → Fe₂(OH)₃. 
 

Лекция 3.  Титриметрический метод анализа.