Методы количественного анализа. Химические методы

Задачи количественного анализа: количественное определение элементов веществ в анализируемом соединении. Методы количественного анализа:

1. Химические

1.1. Гравиметрический (весовой) — основан на точном измерении массы вещества выделенного в чистом виде или в виде соединения определенного состава.

1.2. Титриметрический — анализ основанный на точном измерении объемов растворов двух веществ, которые взаимодействуют в эквивалентном отношении. В основе лежит процесс титрования. К химической реакции предъявляются требования: реакция должна протекать мгновенно, без образования побочных продуктов; момент окончания должен точно фиксироваться (точка эквивалентности); момент окончания реакции фиксируется с помощью индикаторов. В каждом методе титриметрического анализа существуют свои индикаторы. Например в кислотно-основном методе применяются кислотно-основные индикаторы: лакмус, метилоранж, фенолфталеин. Момент окончания реакции — изменение окраски. Титрованный раствор — раствор концентрация которого точно известна (обычно эти растворы готовят из фиксанала или из установочных веществ — химически чистых, состав вещества строго соответствует формуле, устойчиво при хранении, величина грамэквивалента максимальна). Исследуемый раствор — концентрацию которого нужно установить.

2. Физические

3. Химико-физические

В основе титриметрического анализа лежит основное уравнение:

N₁ * V₁ = N₂ * V₂

Титр — количество грамм растворенного вещества в одном миллилитре.

Т(г/мл) = Э*N / 1000

Q — содержание вещества в исследуемом растворе

Q(г) = T*V_р-ра(мл)

Задачи: Вычислить нормальность и титр раствора H₂SO₄, если на титрование 50 мл раствора Na₂CO₃, полученного растворением навески его 0,5 г в мерной колбе емкостью 200 мл с метилоранжем расходуется 24 мл раствора H₂SO₄. (N=0,09826 титр 0,004819).

Найти нормальность раствора, содержащего в 1 л 4,8059 г H₂SO₄ (0,09707)

Чему равны нормальность и титр раствора HNO₃, если на титрование 20 мл его израсходовано 15 мл 0,12н раствора NaOH. (0,09, титр 0,0056)

Сколько граммов H₂SO₄ содержится в 5л раствора, если на титрование 25 мл этого раствора израсходовано 22,5 мл 0,095н раствора KOH. (20,97г)

Сколько процентов HNO₃ содержит концентрированная азотная кислота, если после растворения 9,777г ее в мерной колбе емкостью 1 литр на титрование 25 мл 0,104н раствора NaOH израсходовано 25,45 мл полученного раствора HNO₃? (65,85%)

Фотометрические методы анализа

Знать:

1. Методы фотометрического анализа, их сущность

2. Основной закон светопоглощения

3. Устройство, правила работы и принцип действия фотометра.

4. Основные правила приготовления окрашенных растворов.

5. Последовательность определения фотометрических определений.

6. Методику построения градуировочной кривой, ее назначение

Уметь:

1. Работать на фотометре

2. Приготовить окрашенные растворы для фотометрических определений

3. Подобрать светофильтр, кювету для анализируемого вещества

4. Построить градуировочную кривую

5. Определять концентрацию в исследуемом раствора по градуировочной кривой.

Методы анализа, основанные на измерении поглощения света определяемым веществом (абсорбционная фотометрия):

1. Спектрофотометрия

2. Фотоэлектроколориметрия

3. Колориметрия

Анализу подвергают прозрачные окрашенные растворы. Сущность этих методов анализа состоит в том, что каждая однородная система (раствор) способна избирательно поглощать световой поток определенной длинны, т. е. монохроматические излучения видимой, ультрафиолетовой, инфракрасной области спектра.

Эти методы анализа позволяют определять концентрацию (содержание) определяемого вещества в растворе.

Определения, связанные с измерением поглощения света проводят на приборах: спектрофотометрах, фото-электроколориметрах.

Методы анализа, основанные на измерении рассеивания (отражения) светового потока частицами определяемого вещества:

1. Нефелометрия

2. Турбидиметрия

Анализу подвергают мутные растворы в виде суспензии. Мутность раствора обусловлена наличием в растворе мельчайших твердых частиц определяемого вещества, находящихся во взвешенном состоянии. Сущность этих методов анализа состоит в том, что при прохождении светового потока через мутный раствор (суспензию) его частицы рассеивают свет. Интенсивность рассеивания света возрастает с увеличением количества и размера рассеивающих частиц определяемого вещества.

С помощью нефелометрии определяют размеры частиц вещества. Нефелометрические определения проводят на нефелометрах — оптических приборах для измерения степени мутности жидкостей по интенсивности рассеивания ими света. Действие его основано на сопоставлении интенсивности света, рассеянного средой с интенсивностью рассеяния эталона (мутное стекло).

С помощью турбидиметрии определяют компоненты суспензии. Этот анализ можно проводить на ФЭКе.

Методы анализа, основанные на испускании света молекулами определяемого вещества, находящегося в возбужденном состоянии (эмиссионная фотометрия):

1. Флюорометрия

2. Пламенная фотометрия

Сущность флюориметрии состоит в том, что многие неорганические и органические соединения при поглощении ими ультрафиолетовых лучей длинной волны от 220 до 380 нм, испускают свет (флюоресцируют). Это объясняется тем, что атомы и молекулы определяемого вещества при поглощении ультрафиолетовых лучей переходят в возбужденное состояние, это связано с внутриатомными переходами электронов, т. е. электроны атома при облучении поглощают квант энергии и переходят на более высокий энергетический уровень, после прекращения облучения электроны переходят на прежнюю орбиталь и при этом испускают квант энергии.

Таким образом, флюоресценция возникает при спонтанных квантовых переходах молекул или атомов из возбужденного электронного состояния в нормальное. Анализу подвергают разбавленные растворы с концентрацией анализируемого вещества, не превышающей 10~⁴ — 10~⁶ г/мл, т. к. при этих условиях соблюдается прямая пропорциональная зависимость свечения от концентрацией анализируемого вещества в растворе. Флюорометрические определения проводят на приборах — флюориметрах.

Сущность пламенной фотометрии состоит в том, что при высокой температуре пламени, молекулы распадаются на определенные ионы, электроны которых начинают непрерывно переходить из одного квантового состояния в другое, испуская при этом квант света. В результате этого происходит окрашивание пламени.

Обычно в фотометрии используется область максимального поглощения излучения видимого участка спектра, что позволяет определять анализируемое вещество в растворе в присутствии с другими веществами, которые не будут поглощать данное излучение.

Характер и величина поглощения излучения зависит от природы вещества и его концентрации в растворе.

При пропускании светового потока через однородный (гомогенный) слой окрашенного раствора вещества интенсивность его уменьшается, т. е. часть светового потока поглощается раствором.

Отношение интенсивности светового потока, прошедшего через исследуемый раствор к интенсивности первоначального потока излучения называется светопропусканием (Т).

В основе фотометрических методов анализа лежит объединенный закон поглощения света Бугера-Ламберта-Бера, который заключается в следующем:

Оптическая плотность раствора прямо пропорциональна концентрации раствора поглощающего вещества, толщине слоя раствора и молярному коэффициенту поглощения.

Ɗ=Ɛ*с*h

Ɗ — оптическая плотность раствора (логарифм обратной величины светопропускания), c — концентрация раствора, h — толщина слоя раствора, см, Ɛ — молярный коэффициент поглощения или коэффициент экстинции.

Молярный коэффициент поглощения (Ɛ) представляет собой оптическую плотность одномолярного раствора вещества при толщине слоя в 1 см.

Этот коэффициент зависит от природы вещества поглощающего излучение и от выбранной длины волны.

Кривая зависимости показателя поглощения вещества от длины волны называется спектром поглощения.

Спектр поглощения является индивидуальной характеристикой вещества.

Фотометрические методы анализа нашли широкое применение в клинических, биохимических лабораториях из-за быстроты определения.

К фотометрическим методам анализа, основанным на измерении поглощения света относятся:

1. Спектрофотометрия — это определение содержания вещества в растворах по поглощению им монохроматического излучения в видимой, ультрафиолетовой, инфракрасной области спектра путем измерения оптической плотности. Измерение светопоглощения растворов анализируемых веществ производят с помощью спектрофотометров в точностью до 0,001 единицы. Для получения монохроматического излучения определенной длины волны в спектрофотометрах используется дифракционная решетка или призма.

2. Фотоэлектроколориметрия — определение содержания вещества в растворах по поглощению им монохроматического излучения в видимой области спектра путем измерения оптической плотности. Измерение светопоглощения растворов анализируемых веществ производят с помощью фотоэлектроколориметров (ФЭК) с точностью до 0,01 единицы. Для получения монохроматического излучения определенной волны в фотоэлектроколориметрах используются светофильтры. Спектрофотометры по сравнению с ФЭКами являются приборами более высокого класса, так как в них можно выделить более узкий участок спектра.

Эти методы анализа позволяют измерять светопоглощение растворов анализируемых веществ при строго определенной длине волны в области максимума поглощения; что дает возможность определять одни вещества в присутствии других, не поглощающих излучения в области максимума поглощения анализируемого вещества.

Использование монохроматического излучения позволяет определить содержание вещества в растворе по показателю поглощения.

Концентрацию веществ в растворах по их светопоглощению для спектрофотометрии и фотоэлектроколориметрии определяют по градуировочной кривой.

3. Колориметрия – это определение содержания вещества в растворе путем визуального сравнения окраски исследуемого раствора с окраской стандартных растворов.

Стандартный (эталонный) раствор — это раствор с известной концентрацией данного вещества. Концентрация (титр) стандартного раствора определяется по формуле:

C= (m*M₂*1000)/(V*M₁*1000), где

C — концентрация раствора г/мл

m — масса растворяемого вещества, г

M₁ — молярная масса растворяемого вещества, г/моль

М₂ — молярная масса определяемого вещества, г/моль

V — заданный объем, мл