Количественный анализ позволяет установить элементный и молекулярный состав исследуемого объекта или содержание отдельных его компонентов.
В зависимости от объекта исследования различают неорганический и органический анализ. В свою очередь их разделяют на элементарный анализ, задача которого - установить, в каком количестве содержатся элементы (ионы) в анализируемом объекте, на молекулярный и функциональный анализы, дающие ответ о количественном содержании радикалов, соединений, а также функциональных групп атомов в анализируемом объекте.
Методы количественного анализа
Классическими методами количественного анализа являются гравиметрический (весовой) анализ и титриметрический (объемный) анализ .
Инструментальные методы анализа
Фотометрия и спектрофотометрия
Метод основан на использовании основного закона светопоглощения. A=elc. Где A-поглощение света, e-молярный коэффициент светопоглощения, l-длина поглощающего слоя в сантиметрах, c-концентрация раствора. Существуют несколько методов фотометрии:
1. Атомно-абсорбционная спектроскопия
2. Атомно-эмисионная спектроскопия.
3. Молекулярная спектроскопия.
Атомно-абсорбционная спектроскопия
Чтобы провести анализ с помощью этого метода, необходим спектрометр. Суть анализа состоит в том, чтобы просветить монохромным светом атомизированную пробу, затем разложить свет, прошедший через пробу любым световым диспергатором и детектором зафиксировать поглощение.
Для атомизации пробы применяются различные атомизаторы. В частности: пламя, высоковольтная исквра, индуктивно-связанная плазма. У каждого из атомизатров есть свои плюсы и минусы. Для разложения света тоже используют различные диспергаторы. Это дифракционная решетка, призма, светофильтр.
Атомно-эмиссионная спектроскопия
Этот метод немного отличается от атомно-абсорбционного метода. Если в нем источником света был отдельный источник, то в атомно-эмиссионном методе источником излучения служит сама проба. В остальном все похоже.
Хроматография
Хроматография (от греч. chroma, родительный падеж chromatos - цвет, краска и... графия), физико-химический метод разделения и анализа смесей, основанный на распределении их компонентов между двумя фазами - неподвижной и подвижной (элюент), протекающей через неподвижную.
Историческая справка. Метод разработан в 1903 М. Цветом, который показал, что при пропускании смеси растительных пигментов через слой бесцветного сорбента индивидуальные вещества располагаются в виде отдельных окрашенных зон. Полученный таким образом послойно окрашенный столбик сорбента Цвет назвал хроматограммой, а метод - Х. Впоследствии термин "хроматограмма" стали относить к разным способам фиксации результатов многих видов Х. Однако вплоть до 40-х гг. Х. не получила должного развития. Лишь в 1941 А. Мартин и Р. Синг открыли метод распределительной Х. и показали его широкие возможности для исследования белков и углеводов. В 50-е гг. Мартин и американский учёный А. Джеймс разработали метод газо-жидкостной Х.
Основные виды Х. В зависимости от природы взаимодействия, обусловливающего распределение компонентов между элюентом и неподвижной фазой, различают следующие основные виды Х. - адсорбционную, распределительную, ионообменную, эксклюзионную (молекулярно-ситовую) и осадочную. Адсорбционная Х. основана на различии сорбируемости разделяемых веществ адсорбентом (твёрдое тело с развитой поверхностью); распределительная Х. - на разной растворимости компонентов смеси в неподвижной фазе (высококипящая жидкость, нанесённая на твёрдый макропористый носитель) и элюенте (следует иметь в виду, что при распределительном механизме разделения на перемещение зон компонентов частичное влияние оказывает и адсорбционное взаимодействие анализируемых компонентов с твёрдым сорбентом); ионообменная Х. - на различии констант ионообменного равновесия между неподвижной фазой (ионитом) и компонентами разделяемой смеси; эксклюзионная (молекулярно-ситовая) Х. - на разной проницаемости молекул компонентов в неподвижную фазу (высокопористый неионогенный гель). Эксклюзионная Х. подразделяется на гель-проникающую (ГПХ), в которой элюент - неводный растворитель, и гель-фильтрацию, где элюент - вода. Осадочная Х, основана на различной способности разделяемых компонентов выпадать в осадок на твёрдой неподвижной фазе.
В соответствии с агрегатным состоянием элюента различают газовую и жидкостную Х. В зависимости от агрегатного состояния неподвижной фазы газовая Х. бывает газо-адсорбционной (неподвижная фаза - твёрдый адсорбент) и газожидкостной (неподвижная фаза - жидкость), а жидкостная Х. - жидкостно-адсорбционной (или твёрдо-жидкостной) и жидкостно-жидкостной. Последняя, как и газо-жидкостная, является распределительной Х. К твёрдо-жидкостной Х. относятся тонкослойная и бумажная.
Различают колоночную и плоскостную Х. В колоночной сорбентом заполняют специальные трубки - колонки, а подвижная фаза движется внутри колонки благодаря перепаду давления. Разновидность колоночной Х. - капиллярная, когда тонкий слой сорбента наносится на внутренние стенки капиллярной трубки. Плоскостная Х. подразделяется на тонкослойную и бумажную. В тонкослойной Х. тонкий слой гранулированного сорбента или пористая плёнка наносится на стеклянную или металлическую пластинки; в случае бумажной Х. используют специальную хроматографическую бумагу. В плоскостной Х. перемещение подвижной фазы происходит благодаря капиллярным силам.
При хроматографировании возможно изменение по заданной программе температуры, состава элюента, скорости его протекания и др. параметров.
В зависимости от способа перемещения разделяемой смеси вдоль слоя сорбента различают следующие варианты Х.: фронтальный, проявительный и вытеснительный. При фронтальном варианте в слой сорбента непрерывно вводится разделяемая смесь, состоящая из газа-носителя и разделяемых компонентов, например 1, 2, 3, 4, которая сама является подвижной фазой. Через некоторое время после начала процесса наименее сорбируемый компонент (например, 1) опережает остальные и выходит в виде зоны чистого вещества раньше всех, а за ним в порядке сорбируемости последовательно располагаются зоны смесей компонентов: 1 + 2, 1 + 2 + 3, 1 + 2 + 3 + 4 (рис., a). При проявительном варианте через слой сорбента непрерывно проходит поток элюента и периодически в слой сорбента вводится разделяемая смесь веществ. Через определённое время происходит деление исходной смеси на чистые вещества, располагающиеся отдельными зонами на сорбенте, между которыми находятся зоны элюента (рис., б). При вытеснительном варианте в сорбент вводится разделяемая смесь, а затем поток газа-носителя, содержащего вытеснитель (элюент), при движении которого смесь через некоторый период времени разделится на зоны чистых веществ, между которыми окажутся зоны их смеси (рис., в). Ряд видов Х. осуществляется с помощью приборов, называемых хроматографами, в большинстве из которых реализуется проявительный вариант Х. Хроматографы используют для анализа и для препаративного (в т. ч. промышленного) разделения смесей веществ. При анализе разделённые в колонке хроматографа вещества вместе с элюентом попадают через различные промежутки времени в установленное на выходе из хроматографической колонки детектирующее устройство, регистрирующее их концентрации во времени. Полученную в результате этого выходную кривую называют хроматограммой. Для качественного хроматографического анализа определяют время от момента ввода пробы до выхода каждого компонента из колонки при данной температуре и при использовании определённого элюента. Для количественного анализа определяют высоты или площади хроматографических пиков с учётом коэффициентов чувствительности используемого детектирующего устройства к анализируемым веществам.
Для анализа и разделения веществ, переходящих без разложения в парообразное состояние, наибольшее применение получила газовая Х., где в качестве элюента (газа-носителя) используются гелий, азот, аргон и др. газы. Для газо-адсорбционного варианта Х. в качестве сорбента (частицы диаметром 0,1-0,5 мм)используют силикагели, алюмогели, молекулярные сита, пористые полимеры и др. сорбенты с удельной поверхностью 5-500 м2/г. Для газо-жидкостной Х. сорбент готовят нанесением жидкости в виде плёнки (высококипящие углеводороды, сложные эфиры, силоксаны и др.) толщиной несколько мкм на твёрдый носитель с удельной поверхностью 0,5-5 м2/г и более. Рабочие температурные пределы для газо-адсорбционного варианта Х. от -70 до 600 ?С, для газо-жидкостного от -20 до 400 ?С. Газовой Х. можно разделить несколько см3 газа или мг жидких (твёрдых) веществ; время анализа от несколькихсек до нескольких часов.
В жидкостной колоночной Х. в качестве элюента применяют легколетучие растворители (например, углеводороды, эфиры, спирты), а в качестве неподвижной фазы - силикагели (в т. ч. силикагели с химически привитыми к поверхности различными функциональными группами - эфирными, спиртовыми и др.), алюмогели, пористые стекла; размер частиц всех этих сорбентов несколько мкм. Подавая элюент под давлением до 50 Мн/м2 (500 кгс/см2), удаётся сократить время анализа от 2-3 ч до нескольких мин. Для повышения эффективности разделения сложных смесей используют программируемое во времени изменение свойств элюента путём смешения растворителей разной полярности (градиентное элюирование).
Жидкостная молекулярно-ситовая Х. отличается использованием сорбентов, имеющих поры строго определённого размера (пористые стекла, молекулярные сита, в том числе декстрановые и др. гели). В тонкослойной и бумажной Х. исследуемую смесь в жидком виде наносят на стартовую линию (начало пластинки или полоски бумаги), а затем разделяют на компоненты восходящим или нисходящим потоком элюента. Последующее обнаружение (проявление) разделённых веществ на хроматограмме (так в этих случаях называют пластину с нанесённым на неё сорбентом или хроматографическую бумагу, на которых произошло разделение исследуемой смеси на компоненты) осуществляют при помощи ультрафиолетовой (УФ) спектроскопии, инфракрасной (ИК) спектроскопии или обработкой реактивами, образующими с анализируемыми веществами окрашенные соединения.
Качественно состав смесей с помощью этих видов Х. характеризуют определённой скоростью перемещения пятен веществ относительно скорости движения растворителя в данных условиях. Количественный анализ осуществляют измерением интенсивности окраски вещества на хроматограмме.
Х. широко применяется в лабораториях и в промышленности для качественного и количественного анализа многокомпонентных систем, контроля производства, особенно в связи с автоматизацией многих процессов, а также для препаративного (в т. ч. промышленного) выделения индивидуальных веществ (например, благородных металлов), разделения редких и рассеянных элементов.
Газовая Х. применяется для газов разделения, определения примесей вредных веществ в воздухе, воде, почве, промышленных продуктах; определения состава продуктов основного органического и нефтехимического синтеза, выхлопных газов, лекарственных препаратов, а также в криминалистике и т.д. Разработаны аппаратура и методики анализа газов в космических кораблях, анализа атмосферы Марса, идентификации органических веществ в лунных породах и т.п.
Газовая Х. применяется также для определения физико-химических характеристик индивидуальных соединений: теплоты адсорбции и растворения, энтальпии, энтропии, констант равновесия и комплексообразования; для твёрдых веществ этот метод позволяет измерить удельную поверхность, пористость, каталитическую активность.
Жидкостная Х. используется для анализа, разделения и очистки синтетических полимеров, лекарственных препаратов, детергентов, белков, гормонов и др. биологически важных соединений. Использование высокочувствительных детекторов позволяет работать с очень малыми количествами веществ (10-11-10-9 г), что исключительно важно в биологических исследованиях. Часто применяется молекулярно-ситовая Х. и Х. по сродству; последняя основана на способности молекул биологических веществ избирательно связываться друг с другом.
Тонкослойная и бумажная Х. используются для анализа жиров, углеводов, белков и др. природных веществ и неорганических соединений.
В некоторых случаях для идентификации веществ используется Х. в сочетании с др. физико-химическими и физическими методами, например с масс-спектрометрией, ИК-, УФ-спектроскопией и др. Для расшифровки хроматограмм и выбора условий опыта применяют ЭВМ.
Лит.: Жуховицкий А. А., Туркельтауб Н. М., Газовая хроматография, М., 1962; Киселев А. В., Яшин Я. И., Газо-адсорбционная хроматография, М., 1967; Сакодынский К. И., Волков С. А., Препаративная газовая хроматография, М., 1972; Гольберт К. А., Вигдергауз М. С., Курс газовой хроматографии, М., 1974; Хроматография на бумаге, пер. с чеш., М., 1962; Детерман Г., Гель-хроматография, пер. с нем., М., 1970; Morris С. J. О., Morris P., Separation methods in biochemistry, L., 1964.
РФА
Активационный анализ
См. также
Литература
Wikimedia Foundation . 2010 .
Смотреть что такое "Количественный анализ" в других словарях:
КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ, идентификация количеств химических веществ, входящих в состав материала или смеси. Для проведения анализа применяют такие химические методы, как нейтрализация и окисление, в ходе которых определяют концентрацию компонентов… … Научно-технический энциклопедический словарь
- (a. quantitative analysis; н. Quantitatsanalyse; ф. analyse quantitative; и. analisis cuantitativo) определение содержания или количеств. соотношений элементов, функциональных групп, соединений или фаз в анализируемом объекте. K. a.… … Геологическая энциклопедия
Определение содержания или количественных соотношений компонентов в анализируемом объекте. Раздел аналитической химии. Важная характеристика методов количественного анализа, помимо специфичности и предела обнаружения (см. Качественный анализ),… … Большой Энциклопедический словарь
количественный анализ - – анализ, целью которого является установление количества в пробе тех или иных химических элементов, атомных группировок или структур. Словарь по аналитической химии … Химические термины
КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ - раздел аналитической химии, в задачу которого входит определение количества (содержания) элементов (ионов), радикалов, функциональных групп, соединений или фаз в анализируемом объекте. К. а. позволяет установить элементный и молекулярный состав… … Большая политехническая энциклопедия
Задачей количественного анализа является определение количественного
Все методы количественного анализа подразделяются на химические, физико-химические и физические. К химическим методам относятся гравиметрический, титриметрический и газовый анализы, к физико-химическим – фотометрия, электрохимический и хроматографический анализы, к физическим – спектральный анализ, люминесцентный.
1. Гравиметрический анализ основан на определении массы вещества, выделенного в чистом виде или в виде соединения известного состава. Например, чтобы определить количество бария в его соединениях, ион Ва 2+ осаждают при помощи разбавленной серной кислоты. Осадок ВаSО 4 фильтруют, промывают, прокаливают и точно взвешивают. По массе осадка ВаSО 4 и его формуле вычисляют, сколько в нем содержится
бария. Гравиметрический метод дает результаты высокой точности, но он очень трудоемок.
2. Титриметрический анализ основан на точном измерении объема реактива,
затраченного на реакцию с определенным компонентом. Реактив берется в виде раствора определенной концентрации – титрованный (стандартный) раствор. Момент, когда реактив будет прибавлен в количестве, эквивалентном содержанию определяемого вещества, т.е. окончания реакции, определяется различными способами. При титровании приливают реактив в количестве, эквивалентном количеству исследуемого вещества. Зная объем и точную концентрацию раствора, пошедшего на реакцию с определяемым веществом, вычисляют его количество.
Титриметрический анализ дает менее точные результаты, чем гравиметрический, но важным его преимуществом является большая скорость выполнения анализа. В зависимости от типа реакций, протекающих в процессе титрования, титриметрический анализ включает методы кислотно-основного титрования, методы оксидиметрии и методы осаждения и комплексообразования.
3. Методы фотометрии основаны на измерении поглощения, пропускания и рассеяния света раствором. Для большинства фотометрических методов используют так называемые цветные реакции, т.е. химические реакции, сопровождающиеся изменением окраски раствора. Метод, основанный на определении содержания вещества по интенсивности окраски, называют колориметрией . Оценку интенсивности окраски раствора производят визуально или с помощью соответствующих приборов.
Иногда определяемый компонент превращают в труднорастворимое соединение и о его содержании судят по интенсивности помутнения раствора. Метод, основанный на этом принципе, называют нефелометрией . Методы колориметрии и нефелометрии применяются для определения компонентов, входящих в состав анализируемого вещества в очень малых количествах. Точность этого метода ниже, чем гравиметрического или титриметрического.
4. Электрохимические методы. К этим методам относятся электрогравиметрический анализ, кондуктометрия, потенциометрия м полярография. Электрогравиметрический метод применяется для определения концентрации металлов. Определяемый элемент осаждается путем электролиза на электроде, масса которого известна. Кондуктометрия и потенциометрия относятся к электротитриметрии. Окончание реакции при титровании устанавливают или путем измерения электропроводности раствора или путем измерения потенциала электрода, погруженного в исследуемый раствор. Потенциометрический метод применяется также для определения рН раствора. Определение основано на измерении электродвижущей силы раствора (э.д.с.), которая зависит от концентрации ионов водорода. В полярографическом метод е о количестве определяемого иона судят по характеру вольтамперной кривой (полярограмма), получаемой при электролизе исследуемого раствора с капельным ртутным катодом в особом приборе – полярографе. Этот метод отличается высокой чувствительностью. Применяя полярографический метод, можно в одном и том же растворе качественно и количественно определять различные элементы, не прибегая к химическим реакциям.
Методы аналитической химии могут быть классифицированы на основе различных принципов. В зависимости от измеряемого свойства вещества различают следующие методы: химические; физико-химические; физические (табл. 14). Основой химических методов являются аналитические химические реакции. В основе физико-химических методов лежит измерение каких-либо физических параметров химической системы, зависящих от природы компонентов системы и изменяющихся в процессе химической реакции. К таким параметрам относятся, например, величины потенциалов в потенциометрии, оптических плотностей в спектрофотометрии и т.д. Физические методы не связаны с применением химических реакций. Состав вещества устанавливается изменением каких-либо физических свойств объекта (плотности, вязкости, интенсивности излучения и т.д.). Четких границ между химическими и физико-химическими и физико-химическими и физическими методами нет. Физические и физико-химические методы часто называют инструментальными. В последнее время используют так называемые «гибридные» методы, сочетающие два и более метода. Например, хромато-масс-спектрометрия.
Методы количественного анализа
|
Методы анализа |
||
|
Химические |
Физико-химические |
Физические |
|
гравиметрия титриметрия |
электрохимические спектроскопические (оптические) люминесцентные кинетические термометрические хроматографические |
спектроскопические (не оптические) ядерно-физические радиохимические |
|
Аналитический сигнал (величина, функционально связанная с содержанием определяемого компонента) |
||
|
изменение окраски индикатора, выделение газа, осадка и др. |
|
|
Анализ вещества заключается в получении опытным путем данных о его химическом составе. Независимо от используемых методов к анализу предъявляют следующие требования:
- 1. Точность анализа - это собирательная характеристика метода, включающая их правильность и воспроизводимость.
- 2. Правильность результатов анализа - получение результатов, близких к действительным.
- 3. Воспроизводимость - получение одинаковых или близких результатов при повторных определениях.
- 4. Экспрессность - быстрота проведения анализа.
- 5. Чувствительность - минимальное количество вещества, которое можно определить данным методом.
- 6. Универсальность - возможность определять многие компоненты. Особенно важно определять их одновременно в одной пробе.
- 7. Автоматизация анализа. При проведении массовых однородных анализов следует выбирать метод, допускающий автоматизацию, которая снижает трудоемкость, погрешности, увеличивает скорость, снижает стоимость анализа.
- 21. Характеристика метод анализа
Количественный анализ, совокупность химических, физико-химических и физических методов определения количественного соотношения компонентов, входящих в состав анализируемого вещества. Наряду с качественным анализом К. а. является одним из основных разделов аналитической химии. По количеству вещества, взятого для анализа, различают макро-, полумикро-, микро- и ульт-рамикрометоды К. а. В макрометодах масса пробы составляет обычно >100 мг, объём раствора > 10 мл; в ультрамикрометодах - соответственно 1-10-1 мг и 10-3-10-6 мл (см. также Микрохимический анализ, Ультрамикрохимический анализ). В зависимости от объекта исследования различают неорганический и органический К. а., разделяемый, в свою очередь, на элементный, функциональный н молекулярный анализ. Элементный анализ позволяет установить содержание элементов (ионов), функциональный анализ - содержание функциональных (реакционноспособных) атомов и групп в анализируемом объекте. Молекулярный К. а. предусматривает анализ индивидуальных химических соединений, характеризующихся определенной молекулярной массой. Важное значение имеет так называемый фазовый анализ - совокупность методов разделения и анализа отдельных структурных (фазовых) составляющих гетерогенных систем. Помимо специфичности и чувствительности (см.Качественный анализ), важная характеристика методов К. а. - точность, то есть значение относительной ошибки определения; точность и чувствительность в К. а. выражают в процентах.
К классическим химическим методам К. а. относятся: гравиметрический анализ, основанный на точном измерении массы определяемого вещества, и объёмный анализ. Последний включает титриметрический объёмный анализ - методы измерения объёма раствора реагента, израсходованного на реакцию с анализируемым веществом, и газовый объёмный анализ - методы измерения объёма анализируемых газообразных продуктов (см. Титриметрический анализ, Газовый анализ).
Наряду с классическими химическими методами широко распространены физические и физико-химические (инструментальные) методы К. а., основанные на измерении оптических, электрических, адсорбционных, каталитических и других характеристик анализируемых веществ, зависящих от их количества (концентрации). Обычно эти методы делят на следующие группы: электрохимические (кондуктометрия, полярография, потенциометрия и др.); спектральные или оптические (эмиссионный и абсорбционный спектральный анализ, фотометрия, колориметрия, нефелометрия, люминесцентный анализ и др.); рентгеновские (абсорбционный и эмиссионный рентгеноспектральный анализ, рентгенофазовый анализ и др.); хроматографический (жидкостная, газовая, газо-жидкостная хроматография и др.); радиометрические (активационный анализ и др.); масс-спектрометрические. Перечисленные методы, уступая химическим в точности, существенно превосходят их по чувствительности, избирательности, скорости выполнения. Точность химических методов К. а. находится обычно в пределах 0,005-0,1%; ошибки определения инструментальными методами составляют 5-10%, а иногда и значительно больше. Чувствительность некоторых методов К. а. приведена ниже (%):
Объёмный.......................................................10-1
Гравиметрический......................................... 10-2
Эмиссионный спектральный.........................10-4
Абсорбционный рентгеноспектральный...... 10-4
Масс-спектрометрический.............................10-4
Кулонометрический....................................... 10-5
Это гравиметрический и титриметрический методы. Хотя они постепенно уступают место инструментальным методам, они 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.
Гравиметрический 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. Этот осадок должен быть по возможности крупнокристаллическим, чтобы его легко можно было промыть. Осадок должен быть стехиометрическим соединением определенного состава. При осаждении происходит захват примесей (соосаждение), поэтому его необходимо промывать. Затем осадок должен быть высушен и взвешен.
Применение гравиметрических методов:
Можно определить большинство неорганических катионов, анионов, нейтральных соединений. Для осаждения применяют неорганические и органические реагенты; последние более селективны. Примеры:
AgNO 3 +HCl=AgCl+HNO 3
(определение серебра или хлорид-ионов),
BaCl 2 +H 2 SO 4 =BaSO 4 +2HCl
(определение бария или сульфат-ионов).
Катионы никеля осаждаются диметилглиоксимом.
Титриметрические методы 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: n 1 =n 2 .
Так как n=CV, где С - молярная концентрация эквивалента, V- объем, в котором растворено вещество, то для стехиометрически реагирующих веществ справедливо:
C 1 V 1 =C 2 V 2
Cледовательно, можно найти неизвестную концентрацию одного из веществ (например, C 2), если известны объем его раствора и объем и концентрация прореагировавшего с ним вещества. Зная молекулярную массу эквивалента М, можно рассчитать массу вещества: m 2 =C 2 M.
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:
|
Метод титрования, тип реакции |
Подгруппы методов |
Вещества титрантов |
|
Кислотно-основное |
Ацидиметрия | |
|
Алкалиметрия |
NaOH, Na 2 CO 3 |
|
|
Оксилительно-восстановительное |
Перманганатометрия | |
|
Иодометрия | ||
|
Дихроматометрия | ||
|
Броматометрия | ||
|
Иодатометрия | ||
|
Комплексометрическое |
Комплексонометрия | |
|
Осадительное |
Аргентометрия |
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. График зависимости рН от объема титранта называется кривой титрования, обычно имеет вид:
Для определения точки эквивалентности используют либо рН-метрию, либо индикаторы, изменяющие цвет при определенном значении рН. Чувствительность и точность титрования характеризуются крутизной кривой титрования.
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 применение для титрования требует разделения.
Окислительно-восстановительное титрование сопровождается изменением потенциала системы. Ход титрования контролируется обычно потенциометрическим методом, см. Позднее.
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.
КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ
Классические химические методы анализа
Гравиметрия (весовой анализ).
Метод основан на измерении массы (веса) малорастворимого соединения (осадка), образующегося в результате химической реакции между определяемым компонентом и реактивом (осадителем). Измерение проводится путем взвешивания на аналитических весах гравиметрической формы.
Определяемый компонент + осадитель = осадок взвешиваемая форма
(определяемая форма) (реагент, (осаждаемая (гравиметрическая
реактив) форма) форма)
Титриметрия (титриметрический или объемный анализ).
Метод основан на точном измерении объема раствора известного реактива, пошедшего на реакцию с определяемым компонентом. В титриметрии используют титрованные растворы , концентрация которых известна. Эти растворы называют титрантами (рабочими растворами). Процесс постепенного приливания (добавления по каплям) раствора титранта к раствору анализируемого вещества называется титрованием. При титровании добавляют количество вещества титранта эквивалентное количеству определяемого вещества.
Конец реакции называется точкой стехиометричности или точкой эквивалентности.
Экспериментально конец титрования определяют по появлению или исчезновению окраски раствора, прекращению выделения осадка или же с помощью индикаторов. Эта точка, называемая конечной точкой титрования
Требования к реакциям, которые составляют основу методов
Количественного анализа
Взаимодействие между определяемым компонентом и реактивом должно идти в определенных стехиометричеких отношениях по уравнению реакци. Реакция должна идти практически до конца. Продукт реакции должен быть определенного точного состава и формулы.
Реакция должна проходить быстро, с большой скоростью, что особенно важно при прямом титровании. Точно фиксировать точку эквивалентности при медленных реакциях трудно. Побочных или конкурирующих реакций должен быть минимум.
Должен быть удовлетворительный способ нахождения (определения) точки эквивалентности и конца титрования.
Титриметрия
Классификация методов титриметрического анализа
По типам химических реакций
1. Кислотно - основное титрование (метод нейтрализации)
Например.
HCl + NaOH = NaCl + H 2 O
сильная сильное соль
кислота основание
индикатор
HCl + NH 4 OH = NH 4 Cl + H 2 O
слабое соль
основание
титрант определяемый
компонент
2. Окислительно - восстановительное титрование
Например.
2 KMnO 4 + 10 FeSO 4 + 8 H 2 SO 4 = 2 MnSO 4 + 5 Fe 2 (SO 4) 3 + K 2 SO 4 + 8 H 2 O
окислитель восстановитель кислая среда
титрант определяемое
вещество
Способы титрования
1. Способ прямого титрования
К раствору определяемого компонента добавляют небольшими порциями (по каплям) титрант до точки эквивалентности.
Способ прямого реверсионного титрования: к точному объему титранта, находящегося в конической колбе, добавляют небольшими порциями (по каплям) раствор определяемого вещества из бюретки.
2.Способ обратного титрования или титрование по остатку
При этом используют два титранта с известными точными концентрациями. В коническую колбу к раствору определяемого вещества добавляют в избыточном количестве точный объем первого титранта V 1 с точной концентрацией С 1 . Так как первый титрант добавлен в избытке, то часть его вступает в реакцию с определяемым веществом, а непрореагировавшая часть первого титранта остается в растворе и ее оттитровывают вторым титрантом и на это расходуется объем V 2 второго титранта с концентрацией С 2 .
Если концентрации титрантов равны между собой (С 1 = С 2), то количество раствора первого титранта V, пошедшего на реакцию с определяемым компонентом, определяют по разности между добавленным V 1 и оттитрованным V 2 объемом:
Если концентрации титрантов не равны, то вычисляют количество моль эквивалентов (n) первого титранта, которое вступило в реакцию с определяемым веществом, по разности между количеством моль эквивалентов первого титранта C 1 V 1 и количеством моль эквивалента второго титранта C 2 V 2:
n = С 1 V 1 - C 2 V 2
Способ обратного титрования применяют, когда нет подходящего индикатора или когда основная реакция протекает не очень быстро.
Например. Определение количества хлорида натрия NaCl .
К раствору NaCl добавляют избыточный объем первого титранта AgNO 3 . Часть этого титранта вступает в реакцию с определяемым веществом по уравнению
AgNO 3 + NaCl = AgCl + NaNO 3
Титрант 1 белый
Остаток титранта 1 (AgNO 3), не вступившего в реакцию с NaCl, далее титруется вторым титрантом NH 4 SCN.
AgNO 3 + NH 4 SCN = AgSCN + NH 4 NO 3
Титрант 1 Титрант 2 красно-бурый
3. Способ заместительного титрования
Этот способ применяют, когда по каким-то причинам трудно определить точку эквивалентности, особенно при работе с неустойчивыми веществами, легко окисляемыми кислородом воздуха и др., или веществами, которые трудно определяются при прямом титровании, или реакция идет медленно.
Способ заключается в том, что к определяемому веществу добавляют вспомогательный реагент, при взаимодействии с которым количественно выделяется продукт реакции. Этот выделившийся продукт реакции называют заместителем и далее титруют соответствующим титрантом.
Например.
K 2 Cr 2 O 7 + 6 KI + 7 H 2 SO 4 = 3 I 2 + 4 K 2 SO 4 + Cr 2 (SO 4) 3 + 7 H 2 O
определяемое вспомогательный кислая продукт
вещество реагент среда реакции
заместитель
I 2 + 2 Na 2 S 2 O 3 = 2 NaI + Na 2 S 4 O 6
заместитель титрант индикатор
Расчеты в титриметрии
Закон эквивалентов: вещества реагируют друг с другом в эквивалентных количествах. В общем виде для любых реагирующих веществ по закону эквивалентов
где n - количество моль эквивалентов реагирующих веществ.
где С э - молярная концентрация эквивалента, моль/л.
C 1 V 1 = C 2 V 2
При одинаковой концентрации растворов реагирующих веществ реакции идут между их равными объемами.
Например. На 10,00 мл раствора кислоты расходуется 10,00 мл раствора щелочи, если их концентрации равны 0,1 моль/л.
Титр (Т ) раствора - это масса вещества, содержащегося в 1 мл раствора (или в 1 см 3), размерность - г/мл.
Т = m (вещества) / V (раствора)
Т = С э М э / 1000
Например. T (HCl/HCl) = 0,0023 г/мл читается: титр соляной кислоты (или хлороводородной кислоты) по HCl равен 0,0023 г/мл. Это означает, что каждый 1 мл этого раствора соляной кислоты содержит 0,0023 г HCl или 2,3 мг в 1 мл.
МЕТОД НЕЙТРАЛИЗАЦИИ
Метод отдельных навесок
Например. В коническую колбу взята определенная навеска m (х.ч.) щавелевой кислоты H 2 C 2 O 4 2H 2 O (взвешена на аналитических весах с точностью до 0,0001 г). Растворена в воде и полностью оттитрована раствором NaOH с индикатором метилоранжем. На титрование израсходован объем V мл раствора NaOH. Вычислить концентрацию NaOH.
Для вычисления концентрации NaOH используем формулу:
m (H 2 C 2 O 4 2H 2 O) = C (NaOH) x V (NaOH) x M (1/2 H 2 C 2 O 4 2H 2 O)
Из этой формулы выводим C (NaOH), все остальные данные известны.
КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ
МЕТОДЫ количественного анализа
В количественном анализе выделяют методы химические, физические и физико-химические Отнесение метода к той или иной группе зависит от того, в какой мере определение химического состава вещества данным методом основано на использовании химических или физических процессов, или сочетание тех и других процессов.
Разработаны аналитические методы, которые основаны на использовании почти всех известных химических и физических свойств атомов и молекул. Следует учитывать, что аналитическая методика, как правило, состоит из нескольких стадий, каждая из которых основана на том или ином свойстве.
Соответственно трем агрегатным состояниям материи - твердому, жидкому, газообразному - количественные измерения можно проводить путем определения массы (путем взвешивания) и путем определения объемов жидких или газообразных веществ.
Химические методы
Химические методы основаны на следующих превращениях: образование осадка или растворение осадка, образование окрашенного соединения или изменение цвета раствора, образование газообразных веществ.
Химические методы используются в анализах, которые называются “классическими”. Они хорошо проверены, состоят из нескольких стадий, каждая из которых вносит свою ошибку, требует от аналитика внимательности, аккуратности, большого терпения.
