3) Волюмометрический метод

Волюмометрические методы в зависимости от характера вещества делят на:

• газоволюмометрические - измерение объема газа

• лепидоволюмометрические - титриметрические - измерение объема жидкого реагента, израсходованного на взаимодействие с веществом

Растворы реактивов с точной концентрацией, которые используются в титриметрическом методе, называют титрантами, вторичными стандартами или рабочими растворами. Определение точки эквивалентности в титриметрическом анализе проводят титрованием, то есть постепенным добавлением титранта к раствору определяемого вещества; при этом точка эквивалентности фиксируется с помощью индикаторов химического или инструментального типа.

Химические индикаторы изменяют свой цвет в зависимости от pH, окислительно-восстановительного потенциала, при появлении в растворе избытка реагента или исчезновении определенного вещества. Это служит сигналом о наступлении точки эквивалентности реакции и об окончании титрования.

В качестве инструментальных индикаторов используются приборы, фиксирующие pH, оксилительно-восстановительный потенциал, электропрводимость раствора и другие свойства.

Методы, в которых используют инструментальные индикаторы, называют инструментальными или физико-химическим титрованием и относят к группе инструментальных анализов.

Методы титриметрического анализа основаны на реакция кислотно-основного осаждения, оксиления-восстановления, комплексообразования. В свою очередь, их делят по применяемым реагентам: ацидометрические, перманганатометрические, йодометрическое титрование и т.д.

Физические и физико-химические (инструментальные) методы анализа

Инструментальные методы - методы анализа, основанные на использовании специальных приборов, измеряющих физические характеристики веществ. Физические методы основаны на прямом измерении физических характеристик анализируемого вещества. Физико-химические методы основаны на применении химических реакций, в результате которых изменяются физические характеристики какого-либо участника реакции. Инструментальные методы широко используются для анализа органических и неорганических веществ при решении многих проблем химии, биологии, технологии, экологии. По чувствительности и селективности они близки химическим методам анализа, могут использоваться как для качественного, так и для количественного анализа. Преимуществами инструментальных методов анализа по сравнению с химическими является небольшая продолжительность анализа и малый объем пробы, необходимый для исследования. Однако оборудование, которое при этом используется, как правило, имеет большую стоимость, необходима высокая профессиональная подготовка химика-аналитика, работающего на этих приборах. Недостатком инструментальных методов является необходимость предварительной калибровки прибора, то есть нахождения зависимости измеряемого прибором сигнала от концентрации анализируемого вещества.

По методу измерения, лежащему в основе анализа, инструментальные методы анализа можно разделить на следующие группы:

спектральные (оптические) хроматографические электрохимические радиофизические радиометрические масс-спектроскопические идр.

По диапазону определяемых концентраций различают: макрометоды 1-100% полумикрометоды 0,1 – 1% микрометоды 10^-6 – 0,1% ультрамикрометоды 10^-9 – 10^-6% По объему пробы, необходимой для анализа: макрометоды        (0,1 – 1) г;          (0,1 – 10) мл полумикрометоды (0,01 – 0,1) г;      (0,1 – 1) мл микрометоды        (10^-3 – 0,01) г;     (0,01 – 0,1) мл ультрамикрометоды (10^-9 – 10^-6) г;   (10^-3 – 10^-4) мл Инструментальные методы анализа характеризуются следующими показателями: Чувствительность (предел обнаружения) - наименьшая концентрация анализируемого вещества, определяемая данным методом с доверительной вероятностью 0,95. Селективность (разрешающая способность) - способность метода отличать один аналитический сигнал от другого. Воспроизводимость - степень совпадения нескольких параллельных результатов; выявляет случайные ошибки. Правильность (точность) - степень совпадения полученных результатов с истинными значениями; выявляет систематические ошибки.

Биологический:

Биологические методы основаны на том, что для жизнедеятельности - роста, размножения и функционирования живых существ необходима среда строго определенного химического состава. При изменении этого состава, например при исключении из питательной среды какого-либо компонента или введении дополнительного (определяемого) соединения, организм через какое-то время, иногда практически сразу подает соответствующий ответный сигнал. Установление связи характера или интенсивности ответного сигнала организма (называемого индикаторным) с количеством введенного в среду или исключенного из среды компонента служит для его обнаружения или определения. Аналитическими индикаторами в биологических методах являются различные живые организмы, их органы и ткани, физиологические функции, биохимические реакции и т.д. Для биологических методов характерны своя методика эксперимента, аппаратура и способ регистрации ответного сигнала индикаторного организма.

Все вещества по отношению к живым организмам можно условно разделить на: 1) жизненно необходимые, 2) токсичные, 3) физиологически неактивные. Очевидно, только в двух первых случаях можно ожидать сравнительно быструю ответную реакцию организма (аналитический сигнал). Физиологически неактивные вещества могут дать отдаленный результат, или их можно перевести в активное состояние в результате реакций взаимодействия с ингибиторами либо стимуляторами процессов жизнедеятельности организмов.

От характера определяемого вещества зависит выбор того или иного индикаторного организма. Его ответный сигнал на изменение химического состава твердой, жидкой или воздушной сред может быть самым разнообразным: изменение характера поведения (поведенческие реакции); стимуляция или подавление роста, накопления биомассы; изменение пигментации, состава крови, биоэлектрической активности органов и тканей; нарушение функций органов пищеварения, дыхания, размножения; патолого-анатомические изменения организма. Обобщенным показателем эффективности действия определяемого соединения на индикаторный организм является либо выживаемость, либо летальный исход. Все перечисленные или какие-либо другие изменения индикаторного организма в отдельности или в совокупности могут быть использованы в качестве аналитического сигнала, который можно измерить физико-химическим методом или оценить визуально.

Выбор способа регистрации ответного сигнала на заключительной стадии выполнения анализа зависит как от целей анализа, так и от механизма и степени взаимодействия определяемого вещества и индикаторного организма. Чем сложнее организм, тем большее число его жизненных функций можно использовать в качестве аналитических индикаторов, тем выше информативность биологических методов анализа. Ответный сигнал индикаторного организма на одно и то же вещество зависит от концентрации последнего: малые концентрации обычно стимулируют процессы жизнедеятельности организма, высокие угнетают. Существенное повышение концентрации биологически активного вещества приводит к летальному исходу.

Диапазон определяемых содержаний, предел обнаружения соединений зависят от физико-химических и биологических факторов: направленности и продолжительности воздействия химического соединения на организм; температуры, рН среды; уровня организации индикаторного организма, его индивидуальных, возрастных, половых особенностей.

В роли индикаторного организма могут выступать микроорганизмы, беспозвоночные, позвоночные. Применение этих индикаторных организмов в анализе мы и рассмотрим в статье. При этом следует отметить, что в последние годы все большее внимание ученых привлекают растительные индикаторы. Так, например, по скорости роста, увеличению массы, разветвленности корней растений можно оценить содержание в почве тяжелых металлов (свинца, кадмия).

Требования к химическим реакциям В основе количественного химического анализа лежит химическая реакция между определяемым веществом и веществом реагентом. К химическим реакциям, применяемым в этом анализе, предъявляют следующие требования:  1) реакция должна протекать достаточно быстро и быть практически необратимой; 2) вещества, вступившие в реакцию, должны реагировать в строго определенных количественных соотношениях, т.е. реакция должна быть стехиометрической и не сопровождаться побочными реакциями; 3) в результате реакции должны получаться соединения с определенным молекулярным составом; 4) на ход реакции не должны оказывать влияние примеси, присутствующие в анализируемом веществе; 5) реакция должна позволять достаточно просто устанавливать момент ее окончания, а также массу продукта реакции или объем раствора реагента, затраченный на ее проведение. Аналитическая химия, и в частности количественный анализ, имеет огромное значение для науки и производства. Например, химическую формулу неизвестного вещества устанавливают по процентному содержанию его составных частей, найденному при анализе. Химический анализ является важнейшим методом исследования и применяется во всех областях науки, которые так или иначе соприкасаются с химией. Так, с помощью количественного анализа изучают не только состав земной коры, вод, атмосферы, но и внеземную материю. Количественный анализ широко используется в минералогии, геологии, физиологии, микробиологии, медицинских, агрономических и технических науках. Не менее важное значение имеет химический анализ в производстве. Инженер-технолог на любой стадии производственного процесса должен знать как качественный, так и количественный состав перерабатываемых материалов.

В настоящее время ни один из материалов не поступает в производство и не выпускается без данных химического анализа, характеризующих его качество и пригодность для тех или иных целей. На основании этих данных не только строятся все технологические расчеты процесса производства, но и определяется стоимость соответствующих материалов, лежащая в основе экономических расчетов.

Огромное значение имеет анализ технологического процесса (например, контроль плавки в металлургическом производстве и т. п.). Зная результаты такого анализа, технолог может наилучшим способом использовать сырье, устранить неполадки технологического процесса и тем самым предупредить возникновение брака.

Все это ясно показывает, что одним из важнейших участков' производства на каждом заводе или фабрике является аналитическая лаборатория, осуществляющая химический контроль производства.

32. Классификация методов титриметрического анализа: кислотно-основное, окислительно-восстановительное, осадительное, комплексометрическое и комплексонометрическое титрование. Виды /приемы/ титрования, применяемые в титриметрическом анализе /прямое, обратное, косвенное/. Способы определения /отдельных навесок, аликвотных частей/. Методы установления конечной точки титрования /визуальные, инструментальные/.

Сущность и методы кислотно-основного титрования.

Кислотно-основной метод анализа основан на реакции, при которой происходит связывание катионов H⁺ с OH^- (ионами гидроксида). Образуются молекулы воды (H₂O) и, следовательно, при титровании происходит изменение pH раствора. 

Этим методом определяют содержание солей слабых кислот и сильных гидроксидов (Na₂CO₃, Na₂B₄O₇...), солей сильных кислот и слабых гидроксидов ((NH₄)₂SO₄...), основных и кислых солей (Ca(HCO₃)₂), Fe(OHCl)₂), оксидов (Na₂O), жесткости. 

Основным стандартным раствором в этом методе является раствор кислоты и раствор щелочи KOH, NaOH.

Кислотно-основные методы делят на 2 вида анализа:

• алкалиметрию

• ацидиметрию

Алкалиметрия - в данном анализе стандартным раствором является раствор щелочи: KOH, NaOH. Его готовят в приближенной концентрации, а точную концентрацию устанавливают по щавелевой кислоте или раствору KOH известной концентрации. Этим методом определяют содержание кислот, солей слабо гидролизующихся и сильных кислот. Ацидиметрия - стандартным раствором является раствор кислоты, который готовят в приближенной концентрации, а точную концентрацию устанавливают по химически чистым веществам Na₂B₄O₇·10H₂O, или Na₂CO₃. Данным методом определяют в исследуемых растворах содержание щелочей, солей, сильно гидролизуемых и слабых кислот (подвергающихся гидролизу, имеющих щелочную среду), оксидов (CaO, BaO, MgO), а также карбонатную жесткость воды. По ходу кислотно-основного титрования изменяется концентрация H⁺ и OH^-, следовательно изменяется и pH титруемого раствора. При определенных значениях pH достигается точка эквивалетности и титрование в этот момент заканчивается.