Предмет аналитической химии. Аналитические реакции. Систематический анализ
Аналитическая химия представляет собой один из разделов химии, т.е. аналитическая химия – это наука, изучающая свойства и процессы превращения веществ с целью установления их химического состава.
Согласно определению, принятому в 1993 году Федерацией европейских химических обществ, аналитическая химия – это научная дисциплина, которая развивает и применяет методы, приборы и научные подходы для получения информации о составе и природе вещества в пространстве и времени.
Аналитическая химия использует достижения математики, физики, а также общей, неорганической, органической, физической и коллоидной химии.
Задача аналитической химии состоит в разработке и совершенствовании ее методов, определении границ их применимости, оценке метрологических характеристик, разработке методик анализа конкретных объектов.
Предметом аналитической химии является широкое исследование теоретических основ аналитических методов, разработка методов анализа и практическое выполнение анализов. Или, иными словами, предметом аналитической химии является теория и практика анализа.
Химический анализ – это получение опытным путем данных о химическом составе вещества методами, рекомендуемыми аналитической химией.
Аналитическая служба – это система, обеспечивающая конкретный анализ определенных объектов с использованием методов, рекомендуемых аналитической химией. Аналитическая служба каждой отрасли национальной экономики имеет особенности, поэтому различают прикладные виды химического анализа: технический, фармацевтический, химико-токсикологический, биохимический, пищевой, санитарно-химический и др.
Методика анализа – подробное описание хода анализа конкретного объекта с использованием выбранного метода. Методика анализа содержит основные этапы: отбор пробы, подготовка пробы (разложение пробы, разделение и концентрирование определяемых компонентов), получение и определение аналитического сигнала, обработка и интерпретация результатов анализа.
Метод анализа – краткое изложение принципов, лежащих в основе анализа вещества вне зависимости от определяемого компонента и анализируемого объекта.
Несколько различных методов могут быть основаны на одном и том же принципе. Например, реакция образования осадка BaSO4 лежит в основе гравиметрического (определяют массу образующегося осадка) и титриметрического (определяют количество ионов бария, вступивших в реакцию) методов определения сульфат-ионов.
Все существующие методы аналитической химии можно разделить на методы пробоподготовки (отбора и разложения проб), разделения и концентрирования компонентов, обнаружения и определения.
В зависимости от характера измеряемого свойства (природы процесса, лежащего в основе метода) или способа регистрации аналитического сигнала различают
химические (основаны на использовании химических реакций: качественные аналитические реакции, гравиметрия, титриметрия),
физические (основаны на измерении физических свойств определяемых веществ: спектроскопические, электрометрические, термометрические, радиометрические и др.),
физико-химические (изучаются физические явления, происходящие при химических процессах – фотоколориметрия, потенциометрия, полярография),
биологические (основаны на применении живых организмов в качестве аналитических индикаторов: определение активности антибиотиков, сердечных гликозидов и т.д.)
Граница между физическими и физико-химическими методами достоточно условна, поэтому метода аналитической химии делят часто на химические («классические») и инструментальные.
Выбор метода и набор выполняемых операций зависит от сложности состава образца, концентрации определяемого компонента, целей анализа, допустимой погрешности результата анализа. Так, инструментальные методы обладают более высокой избирательностью и более низкой границей определяемых концентраций. Химические методы требуют более высоких концентраций, но обладают более высоким уровнем точности.
В зависимости от цели различают качественный, количественный и структурный анализ. Качественный анализ предполагает обнаружение и идентификацию компонентов анализируемого образца. Количественный анализ – определение концентрации или массы компонентов. Структурный анализ – установление химического и пространственного строения исследуемого соединения.
В зависимости от того, какие именно компоненты необходимо обнаружить или определить различают следующие виды анализа: изотопный, элементный, функциональный, вещественный (определенные формы), молекулярный, фазовый.
В зависимости от массы или объема пробы различают следующие виды анализа: макро-(>0,1г; 10-1000 мл), полумикро-(0,1–0,01г; 0,1-10 мл), микро-(0,01г; 0,01-1 мл), субмикро-(10-4-10-3 г; 0,01 мл), ультрамикроанализ-(-(10-4г; 0,001мл).
По результатам количественного анализа можно определить константы равновесия, молекулярные и атомные массы. Количественному анализу обычно предшествует качественный анализ. К качественному анализу приходится прибегать даже тогда, когда возникает задача определения в исследуемом веществе процентного содержания некоторой составной части, наличие которой заведомо известно. Это объясняется тем, что, только зная, какие другие элементы или ионы присутствуют в исследуемом веществе, можно выбрать подходящий метод количественного анализа.
Для проведения химического анализа необходимо, чтобы вещество или его составные части обладали химическими или физическими свойствами, называемыми аналитическими свойствами, позволяющими обнаружить, измерить количество и установить структуру вещества. Аналитическими свойствами веществ могут быть: цвет, запах, способность образовывать осадки, цветные соединения, газы, появление линии в спектре, изменение электродного потенциала, рН раствора, электропроводности и т.д. Химические реакции, при проведении которых наблюдается внешний аналитический эффект, называются аналитическими химическими реакциями.
Реактивы, применяемые для проведения аналитической реакции, называют аналитическими реагентами. Таким образом, в качественном анализе фиксируют появление аналитического сигнала, при определении же количества компонента измеряется величина аналитического сигнала (масса осадка, сила тока, интенсивность линии спектра и т.д.).
Безусловно, далеко не каждая реакция может быть аналитической, и не каждый реагент может называться аналитическим. Рассмотрим требования, предъявляемые к ним.