ОБЩИЕ ВОПРОСЫ

МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ АНАЛИТИЧЕСКОЙ ХИМИИ

Конечная цель любого химического анализа заключается в получении достоверных и надежных результатов, правильно отражающих качественный и количественный состав анализируемой пробы. Для достижения этой цели необходимо знать:

  • — основные понятия аналитической химии и ее задачи;
  • — количественные законы химии;
  • — способы расчетов молярных масс эквивалентов различных соединений, концентрации растворов, содержания определяемого компонента в анализируемом веществе по аналитическому сигналу;
  • — математические методы обработки результатов аналитических измерений.

Понятия и термины аналитической химии

Аналитическая химия — химическая наука, изучающая методы и средства химического анализа.

Химический анализ — совокупность методов и приемов исследования химического состава, строения и состояния анализируемых веществ и их смесей.

Различают качественный и количественный анализы.

Задача качественного анализа — обнаружение отдельных химических элементов, ионов, молекул веществ с применением аналитических (качественных) реакций.

Аналитическая реакция — реакция между исследуемым веществом и специально подобранным реактивом, сопровождающаяся внешним эффектом (появлением, исчезновением или изменением окраски, выделением осадка или газа).

Задачей количественного анализа является определение количественного содержания отдельных элементов в их соединениях, отдельных веществ в смесях (ионов в водных растворах). Основные объекты качественного и количественного анализа в сельском хозяйстве — почвы, растения, удобрения, корма, сельскохозяйственные яды и др.

Средствами химического анализа являются приборы, реактивы, стандартные образцы, программы для компьютеров.

Метод анализа — теоретически обоснованный принцип, положенный в основу анализа (независимо от определяемого компонента). При различии в принципах все методы основаны на зависимости между составом вещества и его свойствами. Следует отличать метод от методики анализа.

Методика анализа — подробное описание всех условий и операций анализа исследуемого вещества. В методиках обязательно указываются объекты анализа, определяемые компоненты и применяемый метод.

В настоящее время аналитическая химия пользуется многочисленными и разнообразными методами. Источником аналитической информации служит реальный объект, исследуемая проба. Как правило, объект анализа представляет собой многокомпонентную систему.

Для получения аналитической информации используются различные свойства, характерные для данной системы. Свойства вещества, не зависящие от их количества, называют интенсивными, зависящиеэкстенсивными. Например, температура, давление, частота линии в спектре — интенсивные свойства; масса, объем, сила тока, интенсивность спектральных линий — экстенсивные свойства. Качественный анализ основан на интенсивных свойствах вещества, количественный — на экстенсивных.

Проявление или изменение химических или физических свойств вещества фиксируется в виде аналитического сигнала, который может быть измерен. Все методы анализа основаны на получении и измерении аналитического сигнала.

Аналитический сигнал проявляется в результате некоторого целенаправленного воздействия на пробу в ходе анализа. Как правило, название метода соответствует регистрируемому аналитическому сигналу, что показано в табл. 1.1, где приведены важнейшие методы анализа. Аналитический сигнал по своей природе специфичен, т. е. относится только к вполне определенным атомам, молекулам или другим частицам. Однако на практике аналитические сигналы разных веществ часто бывают очень близки и регистрирующие приборы не в состоянии их различить. Кроме того, на аналитический сигнал определяемого вещества могут накладываться сигналы растворителя, реагентов, примесей.

Таблица 1.1

Важнейшие методы химического анализа

Измеряемая физическая величина (регистрируемый аналитический сигнал)

Название метода

Физическая

величина

Символ

Единица

измерения

Масса

т

кг

Гравиметрия, масс- спектрометрия

Объем

V

м3

Титриметрия, газово- люметрия

Измеряемая физическая величина (регистрируемый аналитический сигнал)

Название метода

Физическая

величина

Символ

Единица

измерения

Плотность

Р

кг/м3

Денситометрия

Электродный потенциал

Ф

В

Потенциометрия

Количество электричества для электродной реакции

Я.

Кл (кулон)

Кулонометрия

Сила диффузного тока при восстановлении или окислении на электроде

h

А

Полярография (вольтамперометрия)

Удельная электрическая проводимость раствора

X

См-м-1

Кондуктометрия

Поглощение электромагнитного излучения в оптическом диапазоне спектра

Т — пропускание; D (или А) — оптическая плотность

%

Молекулярно-абсорбционная спектроскопия, атомно-абсорбционная спектрометрия

Рассеяние света

Т — пропускание;

%

мкА

Нефелометрия, турби- диметрия

Поглощение или испускание инфракрасных лучей

Т — пропускание; и — волновое число

%

СМ-1

Инфракрасная спектроскопия (ИКС)

Электромагнитное излучение в УФ и видимой областях спектра

I

мкА

Атомно-эмиссионная

спектрометрия

Рентгеновское излучение

мкА

Рентгено-эмиссионный

у-Излучение

X

нм

Нейтронно-активационный

Поглощение электромагнитного излучения в радиочастотном диапазоне

1х — интегральная интенсивность сигнала

мкм

Радиоспектроскопия, ядерно-магнитный резонанс, электронный парамагнитный резонанс

Радиоактивность (у-, а-, (3-излучение)

А — абсолютная активность

Бк

(беккерель)

Метод радиоактивных индикаторов, радио- активационный

Показатель преломления

Пя

Рефрактометрия

Измеряемая физическая величина (регистрируемый аналитический сигнал)

Название метода

Физическая

величина

Символ

Единица

измерения

Вращение плоскости поляризации

а

° (градус)

Поляриметр ия

Скорость реакции

V

моль/(л-с)

Кинетический

Тепловой эффект реакции (изменение температуры)

Т

К

Термический

Динамическая вязкость

Л

Па-с

Вискозиметрия

Поверхностное

натяжение

а

Н/м

Тензиметрия

Понижение температуры замерзания

дг3

К

Криоскопия

Повышение температуры кипения

Д^кип

К

Эбуллиоскопия

Примечание. В — вольт; А — ампер; См — сименс; мкА — микроампер; К — кельвин; нм — 10~9 м.

Для получения сигнала, наиболее близкого к истинному, проводят предварительное разделение, при котором определяемый компонент отделяют от мешающих его определению веществ. Для учета посторонних мешающих сигналов применяют холостую пробу ('холостой опыт). Холостая проба, содержащая все компоненты, кроме определяемого, должна быть проведена через все стадии анализа; сигнал от этой пробы вычитают из общего сигнала.

По происхождению аналитического сигнала методы количественного анализа можно разделить на химические, физические и физикохимические.

Химические методы основаны на применении различных типов химических реакций, в том числе кислотно-основных, окислительновосстановительных, комплексообразования, осаждения. К химическим методам относят гравиметрические и титриметрические методы анализа. Для регистрации аналитического сигнала в гравиметрии служат аналитические весы, в титриметрии — измерительная посуда (бюретки, мерные пипетки). Иногда аналитический сигнал фиксируют визуально (выделение газа, изменение окраски индикатора).

Физические методы основаны на измерении показателей каких- либо физических свойств (плотность, электропроводность, разность потенциалов и др.).

Физико-химические методы основаны на изменении физических свойств анализируемой системы, происходящих в результате определенных химических реакций.

Четких границ между химическими, физико-химическими и физическими методами нет. Физико-химические и физические методы анализа часто называют инструментальными, подчеркивая этим, что регистрация аналитического сигнала в них осуществляется с помощью измерительных устройств (инструментов). В настоящее время при определении загрязняющих веществ все большее применение получают биологические методы, основанные на использовании живых организмов в качестве аналитических индикаторов.

Основные требования, предъявляемые к методам анализа: точность и хорошая воспроизводимость результатов, низкий предел обнаружения определяемых компонентов, избирательность, простота выполнения, экспрессность, возможность автоматизации.

Химические методы (гравиметрия, титриметрия), несмотря на большую точность определения, трудоемки и малочувствительны. К экспрессным относятся физические, физико-химические и биологические методы.

Современная аналитическая химия включает три раздела: качественный химический анализ, количественный химический анализ и инструментальные (физические и физико-химические) методы анализа (ФХМА). Выделение ФХМА в самостоятельный раздел условно, так как этими методами решаются задачи и качественного, и количественного анализа.

С позиций метрологии (науки об измерениях) химический анализ — это анализ химического состава вещества, в котором измеряемой величиной является количество одного или нескольких видов химических частиц (атомов, ионов, молекул) в исследуемых образцах. Метрология составляет важнейший раздел аналитической химии, метрологический контроль и обработка результатов анализа являются необходимым этапом при решении любой задачи количественного анализа.

К метрологическим показателям относятся: количество вещества, масса, концентрация, степень чистоты вещества, характеристики методов анализа, способы обработки результатов анализа.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >