литература для всех / zolotov_yu_a_red_osnovy_analiticheskoy_khimii_v_2_knigakh_kn
.pdf
Серия
КЛАССИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТСКИЙ УЧЕБНИК
основана в 2002 году по инициативе ректора
МГУ им. М.В. Ломоносова
академика РАН В.А. Садовничего
и посвящена
250-летию Московского университета
Сканировал: Neptunyi
КЛАССИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТСКИЙ УЧЕБНИК
Редакционный совет серии:
Председатель совета ректор Московского университета
В.А. Садовничий
»Члены совета: t - , A :J
Виханский О.С., Голиченков А.К., Гусев М.В., Добреньков В.И., Донцов А.И., Засурский Я.Н., Зинченко Ю.П. (ответственный секретарь), Камзолов А.И. (ответственный секретарь), Карпов С.П., Касимов Н.С., Колесов В.П., Лободанов А.П., Лунин В.В., Лупанов О.Б.,
Мейер М.С., Миронов В.В. (заместитель председателя), Михалев А.В., Моисеев Е.И., Пушаровский Д.Ю., Раевская О.В., Ремнева М.Л., Розов Н.Х.,
Салеикий А.М. (заместитель председателя), Сурин А.В., Тер-Минасова С.Г.,
Ткачук В.А., Третьяков Ю.Д., Трухин В.И., Трофимов В.Т. (заместитель председателя), Шоба С.А.
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
ОСНОВЫ
АНАЛИТИЧЕСКОЙ
■'** ^ • |
ХИМИИ |
1 |
^;t v»: ■, j* «. ... |
В двух книгах
Пол редакцией академика Ю Л. Золотова
2
Метолы химического анализа ^
Излание третье, переработанное и лополненное
Рекоменловано |
|
|
Министерством образования |
|
|
Российской Фелераиии |
|
|
в качестве учебника для стулентов |
! |
' 1•?У .;л"; |
химического направления |
||
и химических специальностей |
. ц , |
v ^ ... |
высших учебных завелений |
|
|
Москва «Высшая школа» 2004
УДК 543 ББК 24.4 0 75
Авторы: Н.В. Алов, Ю.А. Барбалат, А.В. Гармаш, Е.Н. Дорохова, И.Ф. Долманова, Ю.А. Золотов, В.М. Иванов, E.KL Иванова, Е.И. Моросанова, И.В. Плетнев, Г.В. Прохорова, В.И. Фадеева, Т.Н. Шеховцова
Р ец е н з е н т ы : кафедра аналитической химии Казанского государст венного университета (зав. кафедрой проф. Г. К. Будников) н проф. Р. К. Чернова (Саратовский государственный университет)
Основы аналитической химии. В 2 кн. Кн. 2. Методы хими- 0 7 5 ческого анализа: Учеб. для вузов/Ю. А. Золотов, Е. Н. Дорохова, В. И. Фадеева и др. / Под ред. Ю. А. Золотова. — 3-е изд., перераб. и доп.— М.: Высш. шк., 2004. — 503 с: ил. — (Серия «Классический
университетский учебник»).
ISBN 5-06-004734-2 ........
Во второй книге изложены теоретические вопросы и освещены во просы практического применения методов анализа, основанных на взаимо действии вещества с электромагнитным излучением и электрохимических свойствах растворов, а также ряда других методов — масс-спектрометрии, ядерно-физических, термических, биологических и биохимических, грави метрии, титриметрии. Приводится описание принципиальных схем анали тических приборов. Освещаются приемы получения и обработки аналити ческого сигнала. Даются сведения о математизации и автоматизации хими ческого анализа. В отдельной главе рассмотрены подходы к анализу наи более важных объектов. Разбираются типовые задачи и их решения. В конце глав приведены вопросы.
Второе издание 2002 г.
Для студентов университетов, химико-технологических, педагогиче ских и медицинских вузов.
ISBN 5-06-004734-2 (кн. 2) |
© ФГУП Издательство «Высшая школа», 2004 |
ISBN 5-06-004735-0 |
© МГУ им. М.В. Ломоносова, художественное |
|
оформление, 2004 |
Оригинал-макет является собственностью издательства «Высшая школа», и его репродуцирование (воспроизведение) любым способом без согласия издательства запрещается.
Уважаемый читатель!
Вы открыли одну из замечательных книг, изданных в серии «Клас сический университетский учебник», посвященной 250-летию Мос ковского университета. Серия включает свыше 150 учебников и учеб ных пособий, рекомендованных к изданию Учеными советами фа культетов, редакционным советом серии и издаваемых к юбилею по решению Ученого совета МГУ.
Московский университет всегда славился своими профессорами и преподавателями, воспитавшими не одно поколение студентов, впо следствии внесших заметный вклад в развитие нашей страны, соста вивших гордость отечественной и мировой науки, культуры и образо вания.
Высокий уровень образования, которое дает Московский универ ситет, в первую очередь обеспечивается высоким уровнем написанных выдающимися ученымии педагогами учебников и учебных пособий, в которых сочетаются как глубина, так и доступность излагаемого мате риала. В этих книгах аккумулируется бесценный опыт методики и ме тодологии преподавания, который становится достоянием не только Московского университета, но и других университетов России и всего мира.
Издание серии «Классический университетский учебник» нагляд но демонстрирует тот вклад, который вносит Московский университет в классическое университетское образование в нашей стране и, несо мненно, служит его развитию.
Решение этой благородной задачи было бы невозможным без ак тивной помощи со стороны издательств, принявших участие в издании книг серии «Классический университетский учебник». Мы расценива ем это как поддержку ими позиции, которую занимает Московский университет в вопросах науки и образования. Это служит также свиде тельством того, что 250-летний юбилей Московского университета - выдающееся событие в жизни всей нашей страны, мирового образова тельного сообщества.
Ректор Московского университета академик РАН, профессор
Предисловие к третьему изданию
Основу аналитической химии составляют методы анализа, разнооб разные по назначению, природе, метрологическим характеристикам, в различной степени связанные с необходимостью использования приборов и реактивов, не говоря уже о стоимости, доступности, простоте обраще ния с требуемым инструментарием. Совокупность аналитических методов в идеале следует рассматривать как систему, составные части которой соотносятся между собой, например, по признаку родства заложенных в их основу явлений и процессов, по дополняемости и взаимозаменяемости или иначе. В связи с этим существенное значение имеет классификация методов аналитической химии.
В этой книге рассмотрено большое число методов, точнее — их групп. Выбраны, с одной стороны, методы наиболее распространенные и важные, с другой — такие, изучение которых позволит углубить подготовку читателя как химика и одновременно привить ему практические навыки анализа. На бор освещаемых здесь методов демонстрирует роль и место химических и физических, классических и новейших методов. Так, немало места уделено титриметрии, электрохимическим и спектроскопическим методам; наряду с ними кратко описаны масс-спекгрометрия или радиочастотные методы.
Однако помимо методов в книге освещены и другие аспекты совре менной аналитической химии. Отдельные главы посвящены анализу важ нейших объектов, автоматизации и математизации химического анализа.
При подготовке третьего издания книга была существенно перерабо тана. Главы 11 и 17 практически написаны заново, значительно обновле на глава 9. В ряде разделов текст сокращен, исправлены неточности, из менено расположение материала. Обновлен список литературы.
Книга подготовлена сотрудниками кафедры аналитической химии Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова. Глава 9 написана Е.Н. Дороховой, В.И. Фадеевой и Т.Н. Шеховцовой, раздел 9.2.5 — В.И. Фадеевой и В.М. Ивановым, раздел 9.3 — И Ф. Долмановой, раздел 9.4 — И.Ф. Долмановой и Т.Н. Шеховцовой. Автор главы 10 — Г.В. Прохорова. Обширная глава 11 подготовлена А.В. Гармашом и Ю.А. Барбалатом, разделы 11.3.5 и 11.3.6 — Н.В. Аловым, раздел 11.5 — Е.К. Ивановой; гла вы 12 и 13 — Е.К. Ивановой, раздел 13.4 — Ю. А. Золотовым; глава 14 — В.И. Фадеевой. Авторами главы 15 являются И.Ф. Долманова и Т.Н. Шеховцова, главу 16 написали И.В. Плетнев и Е.И. Моросанова. Наконец, последняя, 17 глава подготовлена В.И. Фадеевой и Ю.А. Золотовым.
6
Как и первая часть учебника, эта книга имеет своим основным адре сатом студентов химических факультетов университетов и химико-техно логических вузов.
Мы благодарны также нашим коллегам и сотрудникам, которые рас смотрели отдельные главы и внесли полезные предложения.
Авто ры
Neptunyi
Глава 9. Химические методы
В основе химических методов обнаружения и определения лежат химические реакции трех типов: кислотно-основные, окислительно-вос становительные и комплексообразования. Иногда они сопровождаются изменением агрегатного состояния компонентов. Наибольшее значение среди химических методов имеют гравиметрический и титриметрический. Эти аналитические методы называют классическими. Критериями пригодности химической реакции как основы аналитического метода в большинстве случаев являются полнота протекания и большая скорость.
Классические методы уступают место инструментальным. Однако они отличаются высокой точностью: относительная погрешность опреде ления редко превышает 0 ,1 —0 ,2 %, тогда как погрешность многих инст рументальных методов — 2—5%. Основная область применения гравимет рии и титриметрии — прецизионное определение больших и средних ко личеств веществ.
К химическим методам можно отнести также кинетические и биохи мические методы, основанные на проведении соответствующих химиче ских реакций (чаще всего окислительно-восстановительных) и биохими ческих процессов, протекающих с участием биологических компонентов (ферментов, антител и др.). Аналитическим сигналом при этом служит скорость реакции, измеряемая каким-либо инструментальным методом.
9.1. Гравиметрические методы
Гравиметрический анализ заключается в выделении вещества в чис том виде и его взвешивании. Чаще всего такое выделение проводят осаж дением. Реже определяемый компонент выделяют в виде летучего соеди нения (методы отгонки). В ряде случаев гравиметрия — лучший способ решения аналитической задачи, например при анализе образцов с содер жанием определяемого компонента более 0 ,1 %, особенно если требуется проанализировать ограниченное число проб. Погрешность определения ие превышает 0,1—0,2%. Гравиметрия — это абсолютный (безэталонный) метод.
8
Недостатками гравиметрических методов являются длительность оп ределения, особенно при серийных анализах большого числа проб, а так же неселективность — реагенты-осадители за небольшим исключением редко бывают специфичными. Вследствие этого часто необходимо пред варительное разделение компонентов пробы.
?
t
9.1.1. Сущность метода
Аналитическим сигналом в гравиметрии является масса. Гравиметрическое определение обычно состоит из нескольких этапов:
1.Осаждение соединения, содержащего определяемое вещество (его называют осаждаемой формой).
2.Фильтрование полученной смеси для отделения осадка от надосадочной жидкости.
3.Промывание осадка для удаления надосадочной жидкости и ад сорбированных примесей с его поверхности.
4.Высушивание при относительно низкой температуре для удаления воды или прокаливание при высокой температуре для превращения осадка
вболее подходящую для взвешивания форму (гравиметрическую форму).
5.Взвешивание полученного осадка.
Большинство аналитических методов использует зависимость между измеряемым физическим свойством у и количеством определяемого ве щества (или его концентрацией), которая в идеальном случае (отнюдь не всегда) линейна:
с= ку ,
где к — константа. Обычно значение к находят эмпирически, измеряя сигнал у от одного или более образцов с известной концентрацией. Из этого правила есть два исключения: гравиметрический и кулонометриче ский методы анализа. В гравиметрии к — это гравиметрический фактор F, который можно рассчитать непосредственно из общеизвестных констант.
Вобщем случае:
р_ а молекулярная масса определяемого вещества
Ъмолекулярная масса гравиметрической формы ’
где а и Ь — числа, необходимые для уравнивания числа молей опреде ляемого вещества в числителе и знаменателе (табл. 9.1).
К осадкам в гравиметрии предъявляют ряд довольно жестких требо ваний.
Требования к осаждаемой форме. 1 . В осадок должна выделяться только осаждаемая форма. Селективность осаждения достигается не толь
9