Введение в аналитическую химию

Введение в аналитическую химию

Иными словами, аналитическая химия занимается разработкой теоретических основ методов анализа химического состава вещества и практическим воплощением этих методов.

Необходимо научиться различать такие понятия, как метод анализа и методика анализа.

Классификация методов анализа

В зависимости от исследуемых свойств выделяют:

• химические методы (аналитический сигнал возникает в результате химических превращений);
• физические методы (основаны на измерении физических характеристик исследуемого компонента с помощью специальных приборов, например, определение плотности вещества, вязкости, поверхностного натяжения);
• физико-химические методы (физические свойства системы изменяются в результате действия химических превращений).

По количеству анализируемой пробы выделяют: марко-, полумикро-, микро-, ультрамикро-, субмикро-, субультрамикроанализ.

Рисунок 1. Классификация методов анализа по размеру анализируемой пробы. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

В зависимости от цели анализа выделяют:

• элементный анализ (нахождение элементного состава, то есть определение химических веществ, которые входят в состав исследуемого компонента);
• молекулярный/вещественный анализ (идентификация молекул в составе пробы);
• фазовый анализ (установление наличия и содержания отдельных фаз, то есть задача данного анализа - определить, в виде какого соединения находится исследуемый компонент и его количество в материале);
• функциональный анализ (определение наличия функциональных групп в органических соединениях).

Аналитическая реакция и ее характеристики

Аналитическая реакция представляет собой химическое превращение исследуемого компонента, которое происходит в результате добавления реагента с образованием продуктов реакции и выявлением аналитических признаков.

К характеристикам аналитической реакции относятся: предел обнаружения, чувствительность и селективность.

Данная характеристика не является постоянной. Она зависит от условий проведения реакции, температуры, кислотности среды и т. п.

Чувствительность зависит от предела обнаружения. Чем меньше количество компонента, которое можно обнаружить с помощью данной реакции, тем выше чувствительность.

Селективность зависит от количества других компонентов, находящихся в материале, которые в итоге дают сходный результат. То есть чем меньше данных веществ, тем выше селективность (избирательность). В зависимости от этой характеристики выделяют специфические реакции. Специфической называют высокоселективную реакцию, которая позволяет обнаружить конкретное вещество среди многих других.

Аналитическая химия включает такие разделы, как качественный химический анализ и количественный анализ.

Качественный химический анализ

Обнаружение элементов в составе исследуемого вещества производят, переводя их в соединение, обладающее какими-либо характерными свойствами, то есть фиксируют появление аналитического сигнала.

Аналитические реакции при проведении качественного анализа проводятся «сухим» или «мокрым» способом. Первый способ характеризуется взаимодействием двух сухих компонентов без добавления воды (получение цветных стекол, пробы на окрашивание пламени), второй - проводится в растворе.

К основным требованиям аналитической реакции при качественном анализе относятся:

• внешний эффект (изменение окраски раствора, выпадение осадка или его растворение, выделение газа)
• реакция протекает быстро и полно
• наличие условий, при которых реакция является достоверной (температура, концентрация веществ, отсутствие посторонних компонентов, кислотность среды)

Выделяют два вида качественного химического анализа:

1. Дробный анализ характеризуется обнаружением исследуемого компонента с помощью специфического реагента.

   Замечание 3

   Предварительное разделение веществ при дробном анализе не требуется.

2. Систематический анализ заключается в последовательном разделении смеси ионов по аналитическим группам с последующим обнаружением каждого иона по отдельности.

Количественный химический анализ

При проведении данного анализа измеряют интенсивность аналитического сигнала, то есть численное значение свойства, связанного с содержанием исследуемого компонента. В основе количественного анализа лежит закон сохранения массы, который заключается в том, что масса всех веществ, вступающих в химическую реакцию, равна массе всех продуктов реакции.

Выделяют следующие химические методы количественного анализа:

1. Гравиметрический - точное измерение массы исследуемой пробы и конечного продукта.
2. Титриметрический (объемный) - измерение количества реактива, который был израсходован в ходе реакции с исследуемым компонентом.
3. Газоволюмометрический - определение объема компонентов газовой смеси, которые поглощаются при пропускании через специальные реактивы.

Для проведения количественного химического анализа необходимо знать последовательность выполнения операций данного анализа. Алгоритм его проведения включает следующие шаги:

• выбор метода анализа;
• отбор пробы;
• растворение/разложение пробы;
• разделение компонентов;
• количественное измерение;
• расчет результатов анализа.