Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы аналитической химии. Химические методы анализа. Учебное пособие
.pdf
Министерство образования и науки России
Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего профессионального образования
«Казанский национальный исследовательский
технологический университет»
Н.И. Мовчан, Р.Г.Романова, Т.С. Горбунова, И.И. Евгеньева
ОСНОВЫ А
НАЛИТИЧЕСКОЙ ХИМИИ.
ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА
Учебное пособие
Казань
НИТУ
К
2012
УДК 543
ББК 24.4 А64
Мовчан Н.И. Основы аналитической химии. Химические методы
анализа: учебное пособие / Н.И. Мовчан, Р.Г.Романова, Т.С. Горбунова, И.И.
Евгеньева; М-во образ и науки России, Казан. нац. исслед. технол. ун-т. –
Казань: КНИТУ, 2012. – 195 с.
ISBN 978-5-7882-1216-6
Учебное пособие разработано в соответствии с требованиями ГОС
ВПО и Рабочими программами КНИТУ по дисциплинам «Аналитическая
химия и ФХМА», «Аналитическая химия» и «Физико-химический анализ».
Учебное пособие имеет производственную направленность и содержит
разделы, посвященные аналитическому контролю производства, организации
работы аналитической службы на предприятиях, особенностям анализа
профильных групп объектов. Вместе с тем значительное место в нем уделено
ознакомлению с фундаментальными основами науки, описанию принципов,
обусловливающих разнообразные методы анализа. При изложении основ
анализа применен процессный подход, который позволил представить анализ
как аналитический процесс, т.е. процесс получения аналитической
информации, выделить в нем основные подпроцессы (стадии) и установить
связь между ними. Учебное пособие отвечает современному содержанию
аналитической химии как науки и практики работы аналитических служб.
Предназначено для студентов и аспирантов технологических
специальностей, изучающих вышеозначенные дисциплины.
Подготовлено на кафедре аналитической химии, сертификации и
менеджмента качества.
Печатается по решению редакционно-издательского совета Казанского
национального исследовательского технологического университета.
Рецензенты: Зав кафедрой химии и экологии КНИТУ (КАИ),
д-р хим. наук, проф. А.Н. Глебов
Проф. кафедры аналитической химии КФУ,
д-р хим. наук Э.П. Медянцева
@ Мовчан Н.И., Романова Р.Г.,
Горбунова Т.С., Евгеньева И.И., 2012.
@ Казанский национальный исследовательский
технологический университет, 2012.
2
ВВЕДЕНИЕ
Аналитическая химия играет ключевую роль в обеспечении
устойчивого развития науки, производства, торговли и общества в
целом, обеспечивая их необходимой информацией о материальном
мире. Об этом красноречиво свидетельствуют цифры: в мире
ежегодно производится более 10 миллиардов анализов.
Анализ (от греч. «analysis» - «разложение») – это расчленение
объекта на элементы. Этот принцип лежит в основе научных
исследований, когда с целью изучения объекта производится его
мысленное или реальное расчленение. Так в области химических
исследований анализ вещества предполагает разделение объекта
(вещества) на химические компоненты (молекулы, ионы, элементы).
Химический анализ, таким образом, - процесс установления
природы и количества составных частей,- химических компонентов, в объекте (веществе, материале).
Анализ неразрывно связан с синтезом. Это означает, что
полученную путем изучения составных частей вещества информацию
объединяют, результатом чего является установление состава и
строения исследуемого объекта в целом.
Важность информации о химическом составе и строении
веществ трудно переоценить. Ее используют для обеспечения
необходимого качества сырья и продукции различных отраслей
промышленности, возможности управления технологическими
процессами, решения актуальных вопросов в области экологии,
здравоохранения и проч.
3
Аналитическая химия во многом определяет возможности и
результаты исследований в области естественных наук.
Создание новых технологий, - технологий новых материалов,
биотехнологии, технологии окружающей среды, информационных
технологий и проч., - порождает новые проблемы. Аналитическая
химия располагает методами и средствами, которые позволяют
успешно решать эти проблемы. Это обеспечивает ей и в дальнейшем
лидирующее место по отношению ко всем отраслям знания.
Аналитическая химия по праву продолжает оставаться ключевым
фактором развития промышленности, науки и общества.
В настоящее время при преподавании курса аналитической
химии для студентов технологических специальностей ощутим
существенный пробел в обеспечении учебной литературой. Настоящее
учебное пособие разработано в соответствии с требованиями ГОС
ВПО и Рабочими программами КНИТУ по дисциплинам
«Аналитическая химия и ФХМА», «Аналитическая химия» и
«Физико-химический анализ» и имеет целью восполнение
существующей нехватки учебной литературы для студентов
технологических вузов.
Учебное пособие имеет производственную направленность и
содержит разделы, посвященные профессиональным аспектам курса
аналитической химии: аналитическому контролю производства,
организации работы аналитической службы на предприятиях,
особенностям анализа профильных групп объектов. Вместе с тем
значительное место в нем уделено ознакомлению с
фундаментальными основами науки, описанию принципов,
обусловливающих разнообразные (как традиционные, так и
современные) методы анализа. При изложении основ анализа
применен процессный подход, который позволил представить анализ
как аналитический процесс, т.е. процесс получения аналитической
информации, выделить в нем основные подпроцессы (стадии) и
установить связь между ними.
Учебное пособие отвечает современному содержанию
аналитической химии как науки и практики работы аналитических
служб. При написании его авторы постарались совместить два
подхода к описанию анализа: «от метода» и «от объекта».
Подобный подход позволяет установить связь с дисциплинами
выпускающих кафедр и рекомендовать данное издание для
изучения курса аналитической химии студентами различных
4
технологических специальностей различных образовательных
уровней (бакалавров, специалистов, магистров).
Структура учебного пособия сформирована с учетом
направлений образовательных программ в технологическом
университете, уровня исходной подготовки студентов, новых
достижений науки, а также потребностей современного производства.
Кроме того, оно призвано способствовать унификации преподавания
дисциплины «Аналитическая химия и ФХМА» в технологическом
вузе в соответствии с действующими образовательными стандартами,
которые направлены на формирование у студентов-технологов ряда
необходимых профессиональных компетенций.
В соответствии с видами профессиональной деятельности
химики-технологи должны владеть:
- основами вспомогательной профессиональной научной
деятельности (подготовка объектов исследований, выбор технических
средств и методов испытаний, проведение экспериментальных
исследований по заданной методике, обработка результатов
эксперимента, подготовка отчета о выполненной работе);
налитическими методами получения и исследования химических
- а
веществ и реакций;
- методологией работы на серийной аппаратуре, применяемой в
аналитических и физико-химических исследованиях, а также
методами регистрации и обработки результатов химических
экспериментов;
- метрологическими основами анализа.
Кроме того, химики-технологи должны:
- понимать роль химического анализа, и место аналитической химии
в системе наук;
- знать существо реакций и процессов, используемых в
аналитической химии, принципы и области использования основных
методов химического анализа (химических, физических);
- иметь предоставление об особенностях объектов анализа;
- владеть методологией выбора методов анализа, иметь навыки их
применения;
- понимать взаимодействие химического производства и
окружающей среды;
- оп
ираясь на данные аналитического контроля анализировать
ситуацию, прогнозировать ее развитие и предупреждать
возникновение опасных ситуаций.
5
Формирование перечисленных компетенций и является целью
данного учебного пособия в рамках достаточно ограниченного
времени, отведенного для изучения дисциплины «Аналитическая
химия и физико-химические методы анализа».
Учебное пособие будет полезно и студентам, обучающимся по
направлению 200500 – «Стандартизация и сертификация», при
изучении дисциплин «Начала аналитической химии» и «Методы и
средства измерений, испытаний и контроля».
6
1 АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ КАК НАУЧНАЯ БАЗА
ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ АНАЛИТИЧЕСКОЙ СЛУЖБЫ
ПРЕДПРИЯТИЙ
1.1 Значение и роль аналитической химии
Согласно определению Международного Союза по чистой и
прикладной химии (IUPAC), аналитическая химия – это наука,
развивающая общую методологию, методы и средства получения
информации о химическом составе вещества и разрабатывающая
способы анализа различных объектов (в пространстве и времени).
В рамках этого определения аналитическая химия
рассматривается как самостоятельная междисциплинарная наука,
имеющая огромное практическое значение в жизни общества, в том
числе, в области химической технологии, поскольку без
аналитических методов исследования структуры и свойств веществ и
материалов и получения надежных аналитических данных
невозможна ни разработка современных технологических процессов,
ни анализ их функционирования, ни контроль за состоянием
окружающей среды после их реализации. Более того, без
современного аналитического контроля состава и свойств материалов
на всех этапах технологического процесса невозможно создание
эффективной системы менеджмента качества на любом предприятии,
которая обеспечивает выпуск высококачественной и
конкурентоспособной продукции.
Объектами аналитического контроля в настоящее время
являются практически все материальные объекты окружающего нас
мира:
промышленная продукция (органического и неорганического
-
происхождения), охватывающая разнообразные виды, начиная от
космических кораблей, самолетов, компьютеров и станков до бытовых
приборов, мебели, одежды человека, его пищи, питьевой воды и
лекарственных препаратов. Особое место в этом перечне занимают
металлы, их сплавы и чистые химические вещества;
- продукция сельского хозяйства;
сырье для производства разнообразной продукции;
-
- природные объекты (вода, воздух, почва, минералы);
-
сточные воды и отходы промышленного производства.
7
Роль и значение аналитической химии в жизни
современного общества существенно возросли и продолжают
усиливаться в связи с необходимостью решения экологических
проблем и проведения природоохранных мероприятий, внедрения
малоотходных технологий, и связаны с повышением требований к
качеству и безопасности продукции, процессов и услуг. С целью
предотвращения попадания недоброкачественной продукции на
рынок и защиты прав потребителей от недобросовестного
производителя создана система подтверждения соответствия,
включающая процедуры добровольной или обязательной
сертификации и базирующаяся на использовании аналитических
методов контроля. В условиях рыночных отношений и сам
производитель заинтересован в повышении качества выпускаемой
продукции, поскольку именно качество определяет
конкурентоспособность продукции. Особенностью современного
этапа развития промышленного производства является перенос
операции аналитического контроля с конечной продукции на
стадию технологического процесса, поскольку, только
контролируя весь процесс производства на разных этапах его
осуществления, можно управлять качеством выпускаемой
продукции.
Задачей аналитической химии является создание новых
методов и совершенствование имеющихся методов анализа
(исследования, контроля) по пути:
овышения точности определения;
- п
- увеличения чувствительности метода;
- повышения селективности определения;
- сокращения продолжительности, т.е. повышения экспрес-
сности анализа;
- автоматизации процесса анализа.
Аналитической химии принадлежит решающая роль в
обеспечении контроля за технологическим процессом и его успешном
протекании, а также в сохранении глобального экологического
баланса в целом, которые составляют основу принципа «устойчивого
развития» общества, принятого большинством химических фирм
Европы в качестве основополагающей философии своего бизнеса.
8
1.2 Аналитическая служба, ее цели и особенности
контроль
Информация о составе и строении веществ – необходимое
условие успешного управления технологическими процессами,
обеспечения надлежащего качества промышленного сырья и продукции.
Многообразие химико-аналитических объектов
свидетельствует о чрезвычайной важности аналитических служб и
аналитической химии как науки, которая эти службы обеспечивает
идеями, методами, приборами, реактивами, способами обработки
результатов и т.д. Быстрый технологический прогресс и возрастающее
внимание общества к проблемам окружающей среды обусловливают
увеличение количества и сложности аналитических задач, а значит, и
рост актуальности прикладной аналитической химии как
аналитической службы.
Аналитическую службу можно охарактеризовать как
сложную систему организаций, методов, приборов, нормативной и
технической документации, средств метрологического обеспечения
для выполнения конкретных анализов и осуществления
аналитического контроля, обычно в массовом порядке. Целью
функционирования аналитической службы является получение
информации о химическом составе (реже – химическом строении)
веществ, которые необходимы в процессе материального
производства для решения задач, возникающих при изучении состава
веществ, оценивании соответствия этого состава требованиям и
управлении составом (см. рис. 1.1).
Изучение состава
веществ
Рисунок 1.1 – Задачи, решаемые аналитической службой
Задачи, решаемые
аналитической службой
Оценивание
соответствия
состава
требованиям –
аналитический
Управление
составом
9
Под изучением состава целесообразно понимать установление
качественного или количественного состава веществ, т.е. получении
объективных данных о составе вещества.
При оценивании состава устанавливают соответствие
содержания компонента в основной массе вещества некоторым
требованиям. Одной из наиболее распространенных задач, решаемых
на основе подобного оценивания, является контроль химического
состава веществ (аналитический контроль).
Аналитический контроль – аналитические работы,
выполняемые с целью оценки соответствия состава, свойств и
структуры объектов (веществ, материалов) установленным
требованиям (ГОСТ 5725-2002).
В зависимости от объекта аналитического контроля и его цели
различают следующие виды анализов, с помощью которых производят
оценку химического состава: маркировочные, скоростные,
арбитражные.
аркировочные анализы проводят для контроля химического
М
состава и свойств сырья и материалов, поступающих на предприятие.
Они предназначены также для объективной оценки работы
предприятия. По результатам маркировочных анализов определяют
качество полупродуктов и готовой продукции, ее соответствие
установленным нормам. Маркировочные анализы, как правило,
являются основанием для проведения технологических и
экономических расчетов.
Скоростные (экспрессные) методы применяют при текущем
контроле промежуточных и готовых продуктов, с их помощью
устанавливают правильность технологического режима. Основное
требование, предъявляемое к анализам этого вида, – повышенная
скорость их проведения, обеспечивающая своевременное
использование их результатов в процессе производства.
Арбитражные анализы производят в случае необходимости
получения особо точных сведений о химическом составе, в основном,
при возникновении разногласий по поводу химического состава
поставляемых веществ/материалов между заводом-поставщиком и
предприятием-потребителем.
Под управлением составом понимают процесс, включающий
помимо всех перечисленных стадий также управляющие воздействия
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]