Раздел 4. Физико – химические методы анализа Общая характеристика методов

Химические методы анализа сегодня не удовлетворяют современным требованиям. Для управления технологическими и биологическими процессами нужны быстрые методы анализа. Физико-химические методы анализа (или инструментальные) отличаются высокой чувствительностью и быстротой выполнения.

Они основаны на использовании физико-химических свойств веществ. При выполнении анализов физико-химическими методами точку стехиометричности (точку эквивалентности) определяют не визуально, а при помощи приборов, которые фиксируют изменение физических свойств исследуемого вещества в точке эквивалентности. Для этой цели обычно применяют приборы со сложными оптическими или электрическими схемами, поэтому их еще называют методы инструментального анализа

Инструментальные методы анализа занимают ведущее место в аналитической химии, важную роль они играют при контроле загрязненности окружающей среды. Современная аналитическая химия широко использует достижения физики, квантовой механики. Возникают новые современные «гибридные» методы.

Среди основных физико-химических методов широкое применение находят электрохимические, оптические и хроматографические методы анализа.

Электрохимические методы анализа основаны на использовании процессов, протекающих на поверхности электрода или в приэлектродном пространстве. Любой электрический параметр (потенциал, сила тока, сопротивление и др.), функционально связанный с концентрацией анализируемого раствора и поддающийся измерению, может служить аналитическим сигналом.

Оптические методы анализа основаны на измерении оптических показателей анализируемых веществ, на изучении взаимодействия электромагнитного излучения с атомами и молекулами вещества, сопровождающегося излучением, поглощением или отражением лучистой энергии.

Хроматографические методы основаны на том, что даже у близких по составу или строению веществ наблюдаются существенные различия в поглощении сорбентами. Хроматографический анализ был предложен в 1903 г. русским ученым М.С. Цветом. Это современный метод, позволяющий быстро и надежно определять содержание отдельных компонентов в смесях, концентрировать и идентифицировать компоненты. Метод находит широкое применение для контроля пищевых продуктов, очистки веществ, обнаружения пестицидов и т.д.

Вопросы для выполнения контрольной работы

141. Характеристика кондуктометрии, как одного из электрохимических методов анализа.

142. Сущность хроматографических методов анализа. Что такое сорбция? Основные виды сорбции. Классификация хроматографических методов анализа.

143. Потенциометрия, как один из электрохимических методов анализа. Уравнение Нернста.

144. Характеристика оптических методов анализа, их классификация. Дайте краткую характеристику каждого метода. Приборы и оборудование, используемые в данных методах. Применение оптических методов для анализа органических веществ.

145. Классификация электрохимических методов анализа. Кулонометрия, теоретические основы метода. Законы Фарадея.

146. Основной закон светопоглощения – закон Бугера-Ламберта-Бера. Физический смысл входящих в него величин.

147. Вольтамперометрические методы анализа, общая характеристика, применение.

148. Фотометрические методы анализа: колориметрия, фотоэлектроколориметрия, спектрофотометрия.

149. Сущность и классификация хроматографических методов анализа. На чем основано разделение данных методов?

150. Характеристика спектроскопических методов анализа, их классификация; приборы, используемые в данных методах.

151. Классификация оптических методов анализа. Поляриметрия, особенности метода. На чем основан поляриметрический метод анализа? Какие вещества называются оптически активными? Приведите примеры.

152. Классификация электрохимических методов анализа. Потенциометрический метод анализа. На измерении каких величин основан данный метод? Прямая потенциометрия, потенциометрическое титрование. Применение метода для анализа пищевых продуктов.

153. Пламенно-фотометрический метод, как вариант эмиссионного спектрального анализа. На чем основан данный метод, какие приборы в нем используют. Применение данного метода.

154. Кондуктометрия (прямая, косвенная, кондуктометрическое титрование, хронокондуктометрическое титрование). Области применения данного метода.

155. Фотофлуориметрический метод анализа. К какой группе методов относится этот анализ? Явление флуоресценции (люминесценции). Правило Стокса. Две группы фотофлуориметрических определений.

156. Атомно-абсорбционный спектрометрический анализ. Теоретические основы метода. Применение метода.

157. Бумажная и тонкослойная хроматография, как один из методов разделения сложных смесей. Суть данного метода, его преимущества.

158. Хроматография в тонком слое. Как происходит разделение компонентов в данном методе? В чем преимущества данного метода?

159. Фотометрические методы анализа. Перечислите их. На чем они основаны? В чем состоит их различие? Применение данных методов.

160. Хроматография на бумаге. Что в данном методе применяется в качестве носителя (сорбента)? Адсорбционная и распределительная хроматография. От чего зависит выбор механизма разделения компонентов? Что такое обращено-фазовый вариант, двухмерная хроматография, электрофорез?

161. Где применяются количественные и качественные определения? С какими качественными и количественными аналитическими определениями вам приходилось иметь дело в процессе вашей работы? С какими аналитическими приборами вы знакомы? Какими приборами вам приходилось пользоваться? Анализ биологических объектов.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Таблица 1

Кислотно-основная классификация катионов

Показатель	K+, Na+, NH4+	Ag+, Pb2+, Hg22+	Ba2+, Sr2+, Ca2+ (Pb2+)	Al3+,Cr3+, Zn2+,Sn2+, Sn4+,As5+, As3+	Mg2+, Mn2+, Fe2+, Fe3+, Bi3+, Sb3+, Sb5+	Cu2+, Hg2+, Cd2+, Co2+, Ni2+
Характеристика группы	Хлориды, сульфаты и гидроксиды растворимы в воде	Хлориды не растворимы в воде и разбавленных кислотах	Сульфаты не растворимы в воде и кислотах	Гидроксиды амфотерны, растворимы в избытке щелочи	Гидроксиды, не растворимы в избытке щелочи	Гидроксиды образуют растворимые аммиакаты
Групповой реагент	Не имеет	2 н раствор NaCl	2 н раствор Н2SО4	Избыток 4 н р-ра NaOH или KOH	Избыток 25%-го р-ра NH4OH	Избыток 25% -го р-ра NH4OH
Характер полученных соединений	Раствор K+, Na+, NH4+	Осадок АgCl РbСl2 Hg2Cl2	Осадок BaSO4, SrSО4 СaSО4 (РbSО4)	Раствор AlO2-, CrO2-, ZnO22-, SnO32-, AsO32-	Осадок Мg(ОН)2, Мn(ОН)2, Fе(ОН)2, Fе(ОН)3, Bi(OH)3 HSbO2 HSbO3	Раствор [Cu(NH3)4]2+ [Hg(NH3)4]2+ [Cd(NH3)4]2+ [Co(NH3)4]2+ [Ni(NH3)4]2+

Таблица 2

Классификация анионов

Группа	Анионы	Групповой реагент	Характеристики группы
1	Cl-, Br-, I-	АgNО3 в присутствии НNО3	Соли серебра практически не растворимы в воде и разбавленной азотной кислоте
2	SO42-, SO32-, CO32-, PO43-, BO2-, B4O72-, AsO33-, AsO43-	ВаСl2 в нейтральном или слабощелочном растворе	Соли бария практически не растворимы в воде
3	NO3-, NO2-, CH3COO-	Группового реагента нет	Соли бария и серебра растворимы в воде
Примечание. В учебных лабораториях работа с соединениями из мышьяка не проводится

Таблица 3

Классификация титриметрических методов

Метод титрования, тип реакции	Подгруппы методов	Вещества, применяемые для приготовления титрантов
Кислотно-основное Н3О+ + ОН- = 2Н2О	Ацидиметрия (Н3О+) Алкалиметрия (ОН-)	HCl NaOH, Na2CO3
Окислительно-восстановительное aOx1 + bRed2 = = aRed1 + bOx2	Перманганатометрия Иодометрия Дихроматометрия Броматометрия Иодатометрия Ванадатометрия Титанометрия Хромометрия	KMnO4 I2 K2Cr2O7 KBrO3 KIO3 NH4VO3 TiCl3 CrCl2
Осадительное	Аргентометрия Роданидометрия Меркурометрия	AgNO3 NH4CNS Hg2(NO3)2
Комплексонометрическое	Комплексонометрия	ЭДТА

Таблица 4

Индикаторы метода нейтрализации

Индикатор	Цвет		Область перехода рН - индикаторов	Показатель титрования, рТ	Кол-во капель индикатора на 20мл	Концентрация индикатора, %. Растворитель
	в кислоте	в щелочи
Метилоранж	Красный	Желтый	3,1-4,4	4	1-2	0,05-0,1. Вода
Метилрот	Красный	Желтый	4,4-6,2	5,5	1-2	0,2-60. Спирт
Лакмус	Красный	Синий	5,0-8,0	7,0	1-2	1. Вода
Фенолфталеин	Бесцветный	Малиновый	8,0-10,0	9,0	2-3	1-79. Спирт