Кинетические методы анализа

Избирательность (селективность) анализа. Именно поэтому так важна избирательность (селективность) метода - т.е. возможность обнаружить или определить только один компонент без помех со стороны других присутствующих компонентов. Высокой избирательностью отличаются методы ионометрии, атомно-абсорбционного и ферментативного анализа.

Современные требования к методам и методикам анализа

Выбирая метод или методику анализа, необходимо учесть их соответствие целому ряду требований, важнейшими из которых являются следующие:

1. Высокая чувствительность метода. Сопоставляя чувствительность (предел обнаружения) различных методов и оценивая примерное содержание компонента в образце, выбирают лучший метод анализа.

Предел обнаружения – минимальное содержание компонента в пробе, которое можно достоверно обнаружить с помощью данной методики.

Для инструментальных методов предел обнаружения – это минимальное содержание компонента Х, которое достоверно повышает аналитический сигнал по сравнению с фоновым уровнем.

Результат измерения аналитического сигнала в отсутствие компонента Х называют фоновым сигналом (или просто – фоном).

Высокая точность результатов анализа. Точность - это собирательная характеристика метода или методики, включающая их правильность и воспроизводимость. Высокая точность предполагает, что результаты правильные и разброс данных анализа незначителен.

3. Универсальность анализа - это возможность обнаруживать или определять многие компоненты. Особенно ценно иметь возможность обнаруживать или определять многие компоненты одновременно из одной пробы, т.е. проводить анализ многокомпонентных систем. К таким методам относятся хроматография, некоторые виды вольтамперометрии, атомно-эмиссионная спектроскопия. Так, методом атомно-эмиссионной спектроскопии можно определять из одной пробы (без разделения) 25-30 различных элементов.

4. Экспрессность анализа. Экспрессность - быстрота проведения анализа - часто выдвигается как одно из основных требований при выборе метода и методики анализа. К методам, которые позволяют проводить анализ очень быстро, прежде всего, следует отнести:

- атомно-эмиссионную спектроскопию (при использовании квантометров возможно определить 15-20 элементов за несколько секунд);

- ионометрию (время определения 0,5-1 мин).

5. Простота анализа - возможность использования несложного в эксплуатации оборудования, доступных реактивов, малостадийных схем анализа (особенно стадий подготовки пробы для анализа).

6. Стоимость анализа. Она включает стоимость используемой аппаратуры, реактивов и рабочего времени аналитика. По стоимости оборудования наиболее дешевые методы титриметрические, гравиметрические, потенциометрические. Аппаратура большей стоимости используется, например, в вольтамперометрии, спектрофотометрии, люминесцентном анализе, атомно-абсорбционной спектроскопии. Наиболее высока стоимость аппаратуры, используемой в нейтронно-активационном анализе, масс-спектральном анализе, в спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой.

7. Автоматизация анализа - возможность замены ручных, трудоемких операций автоматическими. Это облегчает труд аналитика, снижает погрешности выполнения аналитических процедур, увеличивает скорость проведения анализа, снижает его стоимость.

Любой инструментальный метод количественного анализа предполагает выполнение ряда операций:

1. Определение градуировочной функции (градуировка)

2. Измерение аналитического сигнала

3. Расчет содержания компонента Х

Первые работы, в которых содержание какого-либо вещества в растворе находили по скорости реакции, протекающей с участием этого вещества, появились в 1930-е гг. В 1950— 1960-е гг. была развита теория нового метода, разработа опубликованы сотни методик. Решающую роль в создании кинетических методов анализа сыграл советский ученый К. Б.Яцимирский. В настоящее время кинетические методы используют довольно часто, преимущественно при опредении микрограммовых количеств тяжелых металлов и биологически активных органических веществ.

В отличие от классических методов химического анализа (гравиметрии, титриметрии и др.) в кинетических методах аналитический сигнал измеряют в диначеских условиях, т.е. используют системы, движущиеся к равновесию. Кинетиче­ские методы основаны на зависимости скорости реакции , протекающей в растворе, от концентрации одного из реагентов. В случае если в реакции участвует катализатор, скорость реакции υ зависит и от концентрации катализатора:

где к — константа скорости реакции; С_А, С_в, С_кат — текущие концентрации реа­гирующих веществ А, В и катализатора соответственно; т, п — коэффициенты (в простейшем случае — стехиометрические коэффициенты т, п).

Реакцию, скорость которой зависит от концентрации определяемого ве­щества, называют индикаторной. Скорость этой реакции в кинетических методах является аналитическим сигналом.

Скорость индикаторной реакции v рассчитывают по изменению концентра­ции одного из реагентов в единицу времени. Обычно начальные концентрации всех реагентов известны, поэтому для нахождения скорости достаточно опреде­лять текущую (меняющуюся во времени) концентрацию одного из них. Можно следить за уменьшением концентрации какого-либо из исходных веществ или за увеличением концентрации одного из продуктов реакции. Вещество, по измене­нию концентрации которого судят о скорости индикаторной реакции, называют индикаторным (не следует путать такие вешества с индикаторами, используемыми в титриметрическом анализе). Для наблюдения за изменением концентрации индикаторного вещества во времени используют, как правило, инструментальные методы, а именно: реагирующие вещества смешивают в подходящем сосуде и затем непре­рывно или в определенные моменты времени измеряют какое-либо физическое свойство раствора, функционально связанное с концентрацией индикаторного вещества.

Индикаторная реакция должна отвечать определенным требованиям:

1. Концентрация определяемого компонента не должна существенно изменять­ся за время наблюдения. Для катализатора это условие выполняется всегда, так как он не расходуется в процессе реакции.

2. Необходимо наличие быстрого, простого и доступного метода наблюдения за скоростью индикаторного процесса, т.е. за изменением концентрации инди­каторного вещества во времени.

3. Скорость индикаторной реакции должна изменяться в определенных пре­делах. Обычно время наблюдения за скоростью индикаторного процесса состав­ляет 5 — 15 мин. Очень медленные реакции использовать нецелесообразно, так как увеличивается время анализа, а для измерения скорости очень быстрых реакций требуются сложные и не очень точные методы. Следует, однако, отметить, что с развитием методов изучения быстрых процессов в качестве индикаторных стали использовать и реакции, протекающие в течение нескольких секунд.

Каталитические и некаталитические методы. В зависимости от того, какой компонент индикаторной реакции определяют, кинетические методы подразделяют на каталитические и некаталитические.

Если определяют один из исходных реагентов, это — некаталитический вариант. Если же определяют катализатор или соединения, взаимодействующие с катализатором и изменяющие при этом его активность, то это — каталитический вариант. Вещества, повышающие ка­талитическую активность катализатора, называют активаторами, понижающие ее — ингибиторами. Следует отметить, что катализаторами химических процес­сов могут быть как неорганические (ионы металлов, анионы), так и органичес­кие (азот-, сера-, фосфорсодержащие) соединения. Аналитические возможности не каталитических и каталитических кинетических методов различны.

Дата добавления: 2014-01-06