Лекция 2. Обзор физико-химических методов анализа. Атомная спектроскопия. Масс-спектрометрия

Химические (классические) методы количественного анализа

Это весовой (гравиметрический) и объёмный (волюмометрический, или титриметрический) методы. Они постепенно уступают место инструментальным методам, но остаются непревзойденными по точности: их относительная ошибка меньше 0,2 %, тогда как инструментальных - 2-5 %. Они остаются стандартными для оценки правильности результатов других методов. Основное применение: прецизионное определение больших и средних количеств веществ.

В есовой метод заключается в выделении вещества в чистом виде и его взвешивании. Чаще всего выделение проводят осаждением. Осадок должен быть практически нерастворимым. Определяемый компонент должен выделяться в осадок практически полностью, так чтобы концентрация компонента в растворе не превышала 10^-6 М. Осадок должен быть стехиометрическим соединением определенного состава. Желательно, чтобы осадок был крупнокристаллическим, тогда его легко промыть. Промывание необходимо потому, что при осаждении происходит захват примесей (соосаждение). Затем осадок высушивается и взвешивается.

Гравиметрическим методом можно определить большинство неорганических катионов, анионов, нейтральных соединений. Для осаждения применяют неорганические и органические реагенты; последние более селективны. Примеры:

AgNO₃+HCl=AgCl+HNO₃

(определение серебра или хлорид-ионов),

BaCl₂+H₂SO₄=BaSO₄+2HCl

(определение бария или сульфат-ионов).

Катионы никеля осаждаются диметилглиоксимом.

Объёмные методы (титрование) используют реакции в растворах. Называются также волюмометрическими, так как основаны на измерении объема раствора. Заключаются в постепенном прибавлении к раствору определяемого вещества с неизвестной концентрацией раствора реагирующего с ним вещества (с известной концентрацией), который называется титрантом. Вещества реагируют между собой в эквивалентных количествах: n₁=n₂.

Так как n=CV, где С - молярная концентрация эквивалента, V- объем, в котором растворено вещество, то для реагирующих веществ справедливо равенство:

C₁V₁=C₂V₂

Cледовательно, можно найти неизвестную концентрацию одного из веществ (например, C₂), если известны объем его раствора и объем и концентрация прореагировавшего с ним вещества. Зная молекулярную массу эквивалента М, можно рассчитать массу вещества: m₂=C₂M.

Для того, чтобы определить конец реакции (который называется точкой эквивалентности), используют изменение цвета раствора или измеряют какое-либо физико-химическое свойство раствора. Используют реакции всех типов: нейтрализации кислот и оснований, окисления и восстановления, комплексообразования, осаждения. Классификация титриметрических методов дана в таблице 1:

Метод титрования, тип реакции	Подгруппы методов	Вещества титрантов
Кислотно-основное	Ацидиметрия	HCl
	Алкалиметрия	NaOH, Na2CO3
Окислительно-восстановительное	Перманганатометрия	KmnO4
	Иодометрия	I2
	Дихроматометрия	K2Cr2O7
	Броматометрия	KBrO3
	Иодатометрия	KIO3
Комплексометрическое	Комплексонометрия	ЭДТА
Осадительное	Аргентометрия	AgNO3

Титрование бывает прямое и обратное. Если скорость реакции мала, добавляют заведомый избыток титранта, чтобы довести реакцию до конца, а затем количество непрореагированного титранта определяют титрованием другим реагентом.

В основе кислотно-основного титрования лежит реакция нейтрализации, в ходе реакции изменяется рН раствора.Для определения точки эквивалентности используют индикаторы, изменяющие цвет при определенном значении рН (лакмус, фенолфталеин) либо физикохимические методы (рН-метрию и др.).

Комплексонометрия основана на реакции образования комплексов. Наиболее часто применяют этилендиаминтетрауксусную кислоту (ЭДТА)

(HOOC)(OOC-H2C)NH-CH2CH2-NH(CH2COO)(CH2COOH)

либо ее) динатриевую соль. Эти вещества часто называют комплексонами. Они образуют прочные комплексы с катионами многих металлов, поэтому применяются, например, для определения общей жёсткости воды.

Окислительно-восстановительное титрование сопровождается изменением электрического потенциала электрода, погруженного в исследуемый раствор. Ход титрования контролируется обычно потенциометрическим методом.

Осадительное титрование - чаще всего применяют аргентометрию как способ определения галогенид-ионов. Последние образуют с катионами серебра практически нерастворимый осадок.

Методы титриметрического анализа обладают высокой точностью (относительная погрешность определения - 0,1 - 0,3%), малой трудоемкостью, простотой аппаратурного оформления. Титриметрию применяют для экспрессного определения высоких и средних концентраций веществ в растворах, в том числе неводных. Титрование с применением физико-химических методов определения точки эквивалентности может быть автоматизировано.

Химические тест-методы анализа

Быстро развиваются ХТМ. Тест-системы - индикаторные бумаги, трубки, порошки - простые, дешёвые, не требующие квалификации способы обнаружения определённого вещества и грубой оценки его концентрации на месте. Знакомые примеры - индикаторные бумажки для определения рН, трубка для определения спирта в выдыхаемом воздухе. Такие тест-системы выпускаются промышленностью для большого набора веществ и весьма полезны для экологов. Для каждого анализируемого вещества подбирается свой реагент, раствор которого пропитывает бумагу или частички силикагеля-наполнителя трубки. Общий принцип ХТМ- изменение цвета бумажки или наполнителя трубки. При прокачивании определённого объёма воздуха через трубку изменяется окраска некоторой доли наполнителя трубки, что даёт полуколичественную оценку концентрации искомого вещества в воздухе.

Применения ХТМ:

1) обнаружение метана в угольных шахтах

2) обнаружение утечки газа из газопровода

3) определение СО в выхдопных газах

4) анализ питьевой воды

5) контроль пищевых продуктов на рынке

6) анализ воздуха и т.д.

Инструментальные методы можно разделить на три группы:

Дата добавления: 2014-01-07