Аналитическая химия: методы, общие схемы аналитического определения

Аналитическая химия: методы, общие  схемы аналитического определения

Аналитическая химия — раздел химии, изучающий химический состав и структуру веществ. Предмет её как науки — совершенствование существующих и разработка новых методов анализа, их практическое применение, исследование теоретических основ аналитических методов. Предметом аналитической химии является разработка методов анализа, а также широкое исследование теоретических основ аналитических методов. Теоретическую основу аналитической химии составляют фундаментальные законы, такие, как периодический закон Д.И. Менделеева, законы сохранения массы вещества и энергии, эквивалентов, действующих масс и т.д. Она является научной основой химического анализа.

Аналитическая химия подразделяется на качественный анализ, нацеленный на определение того, что или какие вещества, в какой форме находится в образце, и количественный анализ, нацеленный на определение сколько данного вещества (элементов, ионов, молекулярных форм и др.) находится в образце.

Структура. Можно  выделить три крупных направления  аналитической химии: общие теоретические основы; разработка методов анализа; аналитическая химия отдельных объектов. В зависимости от цели анализа различают качественный анализ и количественный анализ. Задача первого - обнаружение и идентификация компонентов анализируемого образца, второго - определение их концентраций или масс. В зависимости от того, какие именно компоненты нужно обнаружить или определить, различают изотопный анализ, элементный анализ, структурно-групповой (в т. ч. функциональный анализ), молекулярный анализ, фазовый анализ. По природе анализируемого объекта различают анализ неорганических и органических веществ.

В теоретических основах аналитической химии существенное место занимает метрология химического анализа, в т. ч. статистическая обработка результатов. Теория аналитической химии включает также учение об отборе и подготовке аналитических проб, о составлении схемы анализа и выборе методов, принципах и путях автоматизации анализа, применения ЭВМ, а также основы народнохозяйственного использования результатов химического анализа. Особенность аналитической химии - изучение не общих, а индивидуальных, специфических свойств и характеристик объектов, что обеспечивает избирательность множества аналитических методов. Благодаря тесным связям с достижениями физики, математики, биологии и различных областей техники (это особенно касается методов анализа) аналитическая химия превращается в дисциплину на стыке наук.

Практически все методы определения основаны на зависимости  каких-либо доступных измерению свойств веществ от их состава. Поэтому важное направление аналитической химии - поиск и изучение таких зависимостей с целью использования их для решения аналитических задач. При этом почти всегда необходимо найти уравнение связи между свойством и составом, разработать способы регистрации свойства (аналитического сигнала), устранить помехи со стороны др. компонентов, исключить мешающее влияние различных факторов (например, флуктуации температуры). Величину аналитического сигнала переводят в единицы, характеризующие количество или концентрацию компонентов. Измеряемыми свойствами могут быть, например, масса, объем, светопоглощение.

Классификация методов анализа.

1. По объектам анализа: неорганический и органический.

2. По цели: качественный и количественный.

Количественный  анализ позволяет установить количественные соотношения составных частей данного соединения или смеси веществ. В отличие от качественного анализа количественный анализ даёт возможность определить содержание отдельных компонентов анализируемого вещества или общее содержание определяемого вещества в исследуемом объекте. Методы качественного и количественного анализа, позволяющие определить в анализируемом веществе содержание отдельных элементов, называют элементным анализом; функциональных групп – функциональным анализом; индивидуальных химических соединений, характеризующихся определённой молекулярной массой, – молекулярным анализом.

Совокупность  разнообразных химических, физических и физико-химических методов разделения и определения отдельных структурных (фазовых) составляющих гетерогенных систем, различающихся по свойствам и физическому строению и ограниченных друг от друга поверхностями раздела, называют фазовым анализом.

3. По способу выполнения: химические, физические и физико-химические (инструментальные) методы.

4. По массе пробы: макро- (>> 0,10 г), полумикро- (0,10…0,01 г), микро- (0,01…10–6 г), ультрамикроанализ (< 10–6 г).

Общая схема аналитического определения.

В ходе любого анализа  можно выделить основные этапы:

1) отбор и  усреднение пробы;

2) взятие навески;

3) разложение, растворение пробы;

4) разделение (выделение  определяемого компонента и концентрирование);

5) количественное  измерение;

6) запись результатов  анализа и расчеты.

Химические (классические) методы анализа

К химическим методам  анализа относятся:

1. Гравиметрический (весовой) метод анализа – измерение массы определяемого вещества или его составных частей, выделяемых в химически чистом состоянии или в виде соответствующих соединений.

2. Объёмные методы анализа – измерение объёма жидких, твёрдых и газообразных продуктов или их водных и неводных растворов.

Известны разнообразные  объёмные методы анализа:

1) титриметрический – измерение объёма израсходованного на реакцию реактива точно известной концентрации.

2) газовый объёмный – анализ газовых смесей, основанный на избирательном поглощении из анализируемой газовой смеси определяемого компонента подходящими поглотителями;

3) седиментационный объёмный – основан на расслоении дисперсных систем под действием силы тяжести, сопровождающемся отделением дисперсной фазы в виде осадка и последующем измерении объёма осадка в градуированной центрифужной пробирке. Например, в микро- и ультрамикроанализе содержание серы находят путём окисления её до сульфатной и последующего осаждения в виде осадка сульфата бария, определяемого указанным методом.

Основными достоинствами  химических методов анализа являются простота выполнения и достаточно высокая точность (0,10…0,01 %). К недостаткам химических методов анализа относятся большая продолжительность и высокий предел обнаружения (10–1…10–2 %). Эту величину выражают также в моль/дм3 и мкг/см3.