111

см. с 33 стр.

Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

«МАТИ» – Российский Государственный Технологический

Университет им. К. Э. Циолковского

ХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ

Часть II. Количественный анализ неорганических веществ

Учебное пособие

Москва 2011

Авторы: Н.А. Каслина, И.В. Соловьёва, А.В. Белая,

В.С. Клементьева, И.В.Блинова.

Под редакцией проф. П.Г. Бабаевского

Рецензенты:

Химический анализ. Часть II . Количественный анализ неорганических

веществ/ Н.А. Каслина, И.В Соловьёва,В.С. Клементьева, А.В. Белая,

И,А. Блинова.––М.: Формат, 2010.–

В учебном пособии рассмотрены теоретические основы гравимет –рического и титриметрических методов анализа ( кислотно-основного,

окислительно-восстановительного, комплексонометрического и осади –тельного). Приведены конкретны методики определения концентрации

некоторых соединений.Даны практические рекомендации проведения экспериментов. Каждый раздел завершается рядом вопросов и задач,

которые могут быть использованы в качестве контроля при провевении

занятий со студентами.

Учебное пособие предназначено для

I. Введение в количественный анализ

Задачей количественного анализа является определение содержания (концентрации) компонентов в анализируемом образце.

Количественный анализ , как и качественный , проводят химическими и инструментальными методами (физико- химическими и физическими ).Во всех методах количественного анализа прибегают к точному измерению определенной физической величины , например , массы , объёма , оптической плотности , электрической проводимости , интенсивности излучения и т. д.

Выбор метода анализа

Метод анализа выбирают исходя исходя из поставленной задачи. Учитывают количество вещества , которое должно быть проанализировано, ожидаемую концентрацию определяемого компонента , наличие примесей , возможность использования тех или иных приборов , продолжительность и стоимость анализа.

Наибольшее значение среди химических методов имеют гравиметрический и титриметрический. Эти аналитические методы называют классическими .

Гравиметрический анализ – метод химического количественного анализа ,

основанный на точном измерении массы продукта реакции , выделнного в

химически чистом состоянии в виде соединения точно известного состава.

Результат получают , взвесив осадок и зная состав участвующих в реакции

соединений. Относительная погрешность определения составляет 0,005- 0,01% . В ряде случаев гравиметрия – лучший способ решения аналитической

аналитической задачи. Это абсолютный (безэталонный) метод , не требую-

щий специального оборудования . Основным недостатоком гравиметричес-

кого метода является длительность анализов (от нескольких часов до нес-

кольких суток).

Титриметрический анализ - метод химического количественного анализа,

основанный на измерении обьёма раствора реагента точно известной кон-

центрации , израсходованного на реакцию с данным количеством опреде-

ляемого вещества. В основе расчётов в титриметрическом методе лежит за-

кон эквивалентов . Преимуществом его по сравнению с гравиметричес-

ким методом является высокая скорость выполнения анализа (экспресс-

ность).

Классические методы анализа постепенно уступают место инструменталь-

ным методам определения состава соединений.

К достоинствам инструментальных методов анализа относятся: низкий предел обнаружения (до 10^-9 мкг, предельная концентрация до 10^-15 г/мл определяемого вещества), а также селективность (определение основных компонентов без их разделения), быстрота проведения анализа, возможность их автоматизации. К недостаткам следует отнести сравнительно большую ошибку определения (до 5% иногда до 20% , в то время как для химического анализа ошибка составляет 0,1 – 05 %). Поэтому методы химического анали-

за по-прежнему являются стандартными для оценки правильности определений другими методами.

Измерения . В большинстве методов химического анализа для определения содержания компонента обычно измеряют физическую величину, связанную функциональной зависимостью c содержанием компонента , например , интенсивность поглощения , испускания или рассеяния света , силу тока , ЭДС системы , количество выделившегося или поглощённого тепла и. т . д.

На основе зависимости содержания компонента от измеряемой величины проводят расчёт , позволяющий установить концентрацию определяемого

компонента. Часто прибегают к использованию градуировочного графика , построенного с использованием образцов сравнения с точно известным содержанием определяемого компонента. В гравиметрическом методе содержание компонента устанавливают непосредственно , измеряя массу соединения , содержащего определяемый компонент (безэталонный метод).

Диапазон определяемых содержаний- область значений определяемых содержаний , предусмотренная данной методикой и ограниченная верхней и нижней границей границей определяемых содержаний. Верхняя граница (m_в, c_в)- наибольшее значение количества или концентрации компонента ,определяемого по данной методике. Нижняя граница (m_н,c_н)- наименьшее значение концентрации компонента по данной методике.

Чувствительность метода характеризуется величиной изменения измеряемого параметра при данном изменении концентраций. Во всех методах определения неизвестного содержания компонента используют функциональную зависимость y = Sx где S – коэффициент чувствительности (или просто чувствительность). Козффициент S – значение

первой производной градуировочной функции при данном определённом содержании. Для прямолинейных градуировочных графиков- это тангенс угла наклона прямой. Чем выше чувствительность(чем больше S) , тем меньшие количества компонентов можно обнаружить и .определить т. е. тем ниже предел( порог) обнаружения.

Предел обнаружения (порог обнаружения) – наименьшая концентрация ,при которой по данной методике можно обнаружить присутствие компонента в образце. Предел обнаружения можно рассматривать как минимальный сигнал , который заметно отличается от сигнала фона. Величина порога зависит от чувствительности и точности метода . Чем они выше , тем ниже минимально определяемые концентрации компонента .

Результат измерения часто включает составляющую , не связанную с опреде-

ляемом компонентом, - её называют фоном . Наличие фона может быть

связано с особенностями в работе используемого оборудования ,а также

влиянием мешающих примесей , содержащихся , как в образце (в матрице , в которую включён определяемый компонент ), так и в растворителях . Чтобы оценить величину фона , проводят контрольный (холостой ) опыт. Для этого

готовят контрольный образец , который содержит все примеси , входящие в матрицу, но не содержит определяемый компонент. Контрольный образец проводят через все стадии анализа. Значение измеряемого параметра этого образца считают равным фону. Расчёт концентрации компонента в образце проводят с учётом аналитического сигнала фона .

В основе химических методов обнаружения (определения) лежат химические реакции трёх типов: кислотно-основные, окислительно-восстановительные и реакции комплексообразования.

К реациям в химическом анализе предъявляются определённые требования, важнейшими из которых являются следующие:

1. реакции должны протекать быстро, до конца, по возможности при комнатной температуре;

2. исходные вещества, вступающие в реакцию, должны реагировать в строго определённых соотношениях (стехиометрически) и без побочных процессов;

3. примеси не должны мешать проведению количественного анализа.