Лекции по аналитической химии

Характеристика  чувствительности.

        Важно знать предел чувствительности – предел обнаружения  вещества в граммах.

        С помощью вышеперечисленных  методов анализа можно обнаружить количество вещества:

- при  фотометрии 1·10^-6 г

- при  флюрометрии 1·10^-10г

- при  полярографии 1·10^-8 г

- при  эмиссионном спектральном анализе  1·10^-10г.

Спектр.

        Спектр – (от лат. spectrum – представление) – совокупность различных значений, которые может принимать данная физическая величина. Спектр может быть непрерывным и дискретным.

        Спектры используют как для качественного (идентификация  веществ), так и для количественного (определения содержания вещества) анализа.

 
 
 

        
 
 
 

        Важнейшей характеристикой  является количество поглощённой энергии, которая зависит от концентрации вещества. Интенсивность поглощения света веществом зависит от числа молекул в растворе.

             

                   Закон Бугера (1729), Ламберта (1760) и Бера (1852) гласит:

         Растворы одного и того же окрашенного вещества при одинаковой концентрации вещества и толщине слоя раствора поглощают равное количество световой энергии (светопоглощение таких растворов одинаковое).

                                                     

                           I – интенсивность света

                           I₀ – интенсивность исходного источника

                           ε – коэффициент поглощения

                           l – толщина слоя раствора

                           c – концентрация вещества 

                                                

         D – оптическая плотность раствора 

                 Спектральные приборы предназначены для качественного и количественного анализа веществ на основании измерения и исследования их спектров в оптическом диапазоне длин волн (10^-3 – 10³ мкм) (рис. 1).

         

                   Рис. 1. Схема электрофотокалориметра. 

         Для получения эмиссионных спектров используют установки: ИСП 28-30-51, ДСФ 8-452, спектрометр СФ-46, одноканальные спектральные приборы и многоканальные (рис. 2). 

           

                                                          Рис. 2.

         После проявки получается снимок с изображением спектра разной интенсивности, т.к. исходное вещество состояло и различных элементов. 
 

Лекция 5.  Комплексометрия.

         Комплексометрия основана на реакциях образования комплексов. В самом общем смысле под комплексом (комплексным соединением) в химии понимают сложную частицу, состоящую из составных частей, способных к автономному существованию. Можно отметить основные признаки, позволяющие выделить комплексные соединения в особый класс химических соединений:

         - способность отдельных составных частей к самостоятельному существованию;

         - сложность состава;

         - частичная диссоциация  на составные части в растворе  по гетеролитическому механизму;

         - наличие положительно  заряженной центральной частицы  – комплексообразователя (обычно это ион металла), связанной с лигандами;

         - наличие определенной устойчивой пространственной геометрии расположения лигандов вокруг комплексообразователя. Примеры:

            Комплекс                            Составные части

         Ni(NH₃)₆²⁺                                     Ni²⁺ , NH₃

         [Co(NH₃)₆]SO₄                              [Co(NH₃)₆]²⁺ , SO₄^2- , Co²⁺ , NH₃ 

         Основой комплексного соединения является донорно-акцепторная  связь.

          KAl(SO₄)₂

          MgCa(CO₃)₂

          MgCO₃ּCaCO₃

           KCN – цианистый калий

          Fe(CN)₃ – цианид железа

          3KCN+Fe(CN)₃ → K₃[Fе(CN)₆] – гексоцианоферрат калия 

         K – C ≡ N 

                  C ≡ N

          Fe – C ≡ N

                 C ≡ N

                                     

            K⁺                                             K⁺

                NC                          CN

                 NC            Fe⁺³       CN

                 NC                          CN

           K⁺                                             K⁺ 

         Лиганды («зубчатые  структуры») могут быть бидентатными, монодентатными, полидентатнами. Дентатностью называется число донорных атомов лиганда, образующих координационные связи с центральным атомом.

         Известно много монодентатных неорганических и органических лигандов, однако их применению в комплексометрии препятствует то, что ступенчатые константы устойчивости соответствующих комплексов мало различаются между собой. Поэтому при увеличении количества добавленного лиганда концентрация  ионов металла изменяется постепенно и кривая титрования не имеет скачка.

         Хелаты (хело-«клешня») – соединения, которые охватывают центральный ион. Важнейшая особенность  хелатов – их повышенная устойчивость по сравнению с аналогично построенными нециклическими комплексами. Именно поэтому полидентатные лиганды и хелатные комплексы нашли широкое применение в аналитической химии.

         Скорость комплексообразования имеет большое значение в аналитической  химии. Например, при прямом комплексонометрическом титровании реакция определяемого иона с титрантом должна протекать практически мгновенно, иначе индикация конечной точки титрования существенно затрудняется.

         Устойчивость комплекса  определяется как фундаментальными факторами (природой комплексообразователя и лигандов), так и внешними условиями (температурой, природой растворителя, ионной силой, составом раствора).

         Трилон Б в комплексометрии  используют для определения металлов в водных растворах. Прямым титрованием  можно обнаружить: Ba,Ca,K,In,Mg,St,Zn,Cd. Методом обратного титрования: Al‚Bi‚Со,Cr‚Fe‚Mn‚Pt, Sc.

         Трилон Б используется для аналитических определений жесткости воды.

         Mg(HCO₃)₂ MgCO₃↓ +CO₂↑ +H₂O

         Ca(HCO₃)₂ CaCO₃↓ +CO₂↑ +H₂O

         Комплексометрия, как метод анализа, используется в абсолютном большинстве предприятий, где нужно анализировать состав шлака, сплавов, различных добавок.