Потенциометрические методы анализа

Основаны на использовании электродвижущей силы электрохимической (потенциометрической ) ячейки от концентрации (активности) определяемого вещества в анализируемой растворе. Простейшая потенциометрическая ячейка содержит два электрода; потенциал одного из них прямо или косвенно зависит от концентрации определяемого вещества – его называют индикаторным (ионселективным) электродом; и второй электрод относительно которого измеряется потенциал индикаторного электрода, называемый электродом сравнения.

Потенциометрический метод анализа предоставляет возможность прямого и селективного определения различных элементов и разных ионных форм одного и того же элемента ( NH₄^+, NO₂^,- NO₃^-, S, SO_4, Cl ) , что имеет особое значение для анализа окружающей среды. Достоинства метода - простота, быстрота, невысокая стоимость оборудования, возможность проведения анализа в мутных и окрашенных средах.

Буферные растворы– растворы с устойчивой концентрацией водородных ионов и, следовательно, с определенным рН, почти не зависящими от разведения и лишь слабо изменяющимся при прибавлении к раствору небольших количеств сильной кислоты или щелочи. Такими свойствами обладают растворы, содержащие слабую кислоту или слабое основание совместно с их солью.

Потенциометрическое титрование.

Потенциометрическое титрование – способ определения объема титранта, затраченного на титрование определяемого вещества в анализируемом растворе , путем изменения ЭДС ( в процессе титрования) с помощью гальванической цепи, составленной из индикаторного электрода и электрода сравнения.

Изменение концентрации иона непременно сопровождается изменением потенциала на электроде, погруженном в титруемый раствор. При этом, около точки эквивалентности наблюдается скачок потенциала, который фиксируется при помощи потенциометра. В данном случае сам электрод как бы сам служит индикатором и может быть назван индикаторным электродом.

Иначе говоря, за ходом реакции следят с помощью индикаторного электрода в паре с подходящим электродом сравнения, измеряют разность потенциалов между электродами.

В методе потенциометрического титрования для нахождения конечной точки титрования используют зависимость равновесного потенциала индикаторного электрода от состава раствора. Измеряя потенциал электрода после добавления каждой порции раствора титранта, можно проследить за протеканием химической реакции в процессе титрования и по полученной кривой титрования найти конечную точку.

В потенциометрическом титровании применимы кислотно-основные, окислительно-восстановительные реакции, а также реакции комплексообразования и осаждения, протекающие стехиометрически, быстро и количественно. При потенциометрическом титровании не требуется использование индикаторов, изменяющих окраску вблизи ТЭ.

Кривая потенциометрического титрования – графическое изображение изменения ЭДС электрохимической ячейки в зависимости от объема прибавленного титранта.

Необходимо иметь подходящий индикаторный электрод, потенциал которого обратимо реагирует на изменение концентрации одного из участвующих в реакции титрования ионов.

Кроме того, для проведения титрования необходимы бюретка, магнитная мешалка и прибор для измерения потенциала индикаторного электрода (обычно – рН -метр со шкалой, прокалиброванной в единицах рН и милливольтах).

Электроды погружены в раствор, определяют потенциал и приступают к титрованию, приливая из бюретки каждый раз определенный объем рабочего раствора реактива, перемешивая и делая отсчет разности потенциалов. Результаты опыта изображают графически: на оси абсцисс откладывают объем рабочего раствора (мл), а на оси ординат – величины рН или потенциала. При этом точка перегиба на полученной кривой совпадает с точкой эквивалентности титрования. Он и соответствует конечной точке титрования.

К несомненным достоинством потенциометрического титрования по сравнению с использованием визуальных индикаторов относится отсутствие субъективных ошибок, связанных с наблюдением за изменением окраски индикатора.

Потенциометрически можно титровать мутные и окрашенные растворы т.е. можно рещать задачу, невыполнимую для визуальных титриметрических методов.

Хроматографические методы.

Хроматографический анализ был предложен в 1903 г. русским ученым М.С. Цветом. Метод основан на том, что даже близкие по составу или строению вещества различно поглощаются сорбентами. Поэтому, при фильтровании исследуемого раствора через трубку (колонку) наполненную сорбентом, происходит избирательная адсорбция, т.е. сильно сорбирующиеся вещества поглощаются в начале колонки, а слабее сорбирующиеся продвигаются дальше. Если при этом компоненты смеси окрашены, то получается несколько цветных зон, расположенных в определенной последовательности и составляющих так называемую хроматограмму. Последняя позволяет судить о количественном составе веществ, присутствующих в смеси. Бесцветные хроматограммы иногда окрашивают специальными реактивами.

Хроматография – это способ разделения веществ, основанный на различии в их коэффициентах распределения между двумя фазами , одна из которых неподвижна, а вторая непрерывно движется относительно первой. Характерными признаками хроматографии являются наличие достаточно большой поверхности раздела фазами и динамический способ выполнения разделения.

Существуют различные способы классификации хроматографических методов

1. По физической природе подвижной и неподвижной фаз– жидкостная хроматография (если подвижная фаза жидкая) и газовая хроматография (если подвижная фаза газообразная)

2. В зависимости от механизма сорбции - молекулярная и хемосорбционная хроматография.

3. По технике выполнения– колоночная хроматография (неподвижная фаза находится в колонке) и плоскостная – бумажная и тонкослойная (неподвижная фаза – лист бумаги или тонкий слой сорбента на стеклянной или металлической пластинке.

Этот метод использовался Цветом только для разделения органических веществ (растительных пигментов). В настоящее время этот метод широко применяют для очистки витаминов, гормонов, антибиотиков и кислот от примесей, а также для разделения и концентрирования многих катионов и анионов.

Фотометрические методы анализа

– группа количественных аналитических методов, основанных на измерении пропускания, поглощения или рассеяния света определяемым веществом. В зависимости от характера взаимодействия определяемого вещества со световой энергией, способа ее измерения и типа используемого оптического измерительного прибора различают следующие фотометрические методы:

спектрофотометрию– определение количества вещества по поглощению монохроматического света, измеряемого призменными или дифракционными фотоэлектрическими спектрофотометрами

фотоколориметрию– определение количества вещества по поглощению полихроматического света, измеряемого фотоэлектрическими колориметрами, в узких интервалах видимой части спектра;

колориметрию– визуальное количественное определение вещества по интенсивности окраски раствора с использованием простейших приборов –колориметров и фотометров;

турбидиметрию –определение количества вещества по поглощению света взвешенными частицами определяемого вещества инефелометрию – определение количества вещества по интенсивности светового потока , рассеиваемого взвешенными частицами определяемого вещества;

флуорометрию– определение количества вещества по интенсивности флуоресценции, возникающей при облучении вещества УФ-лучами.

Спектрофотометрия.

Раздел оптики, в котором исследуется зависимость интенсивности ( или энергии) испускания, поглощения, отражения, рассеяния или иного преобразования света (излучаемого веществом или падающего на него) от длины волны. Различают спектрофотометрию в УФ-, видимой и ИК-области спектра. С. широко применяется : а).для установления связи между спектрами поглощения различных (жидких, твердых, газообразных) веществ и их химическим строением и составом;

б).для количественного определения различных веществ.

Аналитическая абсорбционная С. основана на законе Бугера-Ламберта-Бера и применяется обычно для анализа примесей в растворах, минералах и т.д.

Колориметрический анализ

Визуальный метод фотометрического анализа, основанный на переведении лпределяемого компонента в окрашенное соединение и установление концентрации окрашенного соединения по интенсивности или оттенку окраски.В первой ступени имеют значение те же факторы, что и в фотометрическом анализе вообще: выбор реактива,условий реакции длчя возможно более полного переведения определяемого компонента в окрашенное соединение с определенными спектрофотометрическими характеристиками, а также устанение влияния мешающих компонентов. Во второй стадии применяется ряд приемов, основанных на сравнении цвета и интенсивности окраски испытуемого и стандартных растворов с известной концентрацией.

Колориметрия– метод анализа, основанный на определении концентрации вещества по интенсивности окраски растворов.

Фотоколориметрический анализ.

Один из методов фотометрического анализа. В котором определяемый компонент при помощи реактива приводят в растворимое окрашенное соединение и измеряют светопоглощение полученного раствора фотоколориметрическим колориметром. При количественных определениях сравнивают поглощение (или пропускание) света исследуемым и стандартным окрашенными растворами.

В основе фотометрических измерений и расчетов интенсивности светового излучения ) лежат два закона светополглощения(два закона фыотометрии), характеризующие зависимость поглощения монохроматическогоь (с посттоянной длиной волны) излучения от толщины поглощающего слоя и от концентрации светопоглощающих частиц.

Первый законфотометрии можно сформулировать следующим образом:каждый тонкий слой постоянной толщины внутри однородной среды поглощает одинаковую долю падающего на него светового потока.

Другими словами, доля светового потока, поглощенного однородной средой , прямо пропорциональна толщине поглощающего слоя.

Второй законфотометрии можно выразить так:доля светового потока, поглощенного данным тонким слоем внутри однородной среды, пропорциональна чмслу светопоглощающих чаастиц в единице объема, т.е.концентрации.

Зависимость между светопропусканием раствора и его концентрацией выражается законом Бугера-Ламберта -_Бера. При собюдении закона Бера между концентрацией окрашенного раствора и его оптической плотностью имеется прямолинейная зависимость, которая и используется при количественных определениях.

В связи с тем, что светопоглощение зависит от длины волны поглощаемого света , измерения оптической плотности растворов производят в той области спектра, в которой наблюдается максимальное поглощение света определяемым веществом. Это обеспечивает наибольшую точность и чувствительность определения. Для выделения из смешанного (белого) света лучей, которые максимально поглощаются анализируемым окрашенным раствором применяют светофильтры, которые пропускают главным образом лучи лишь необходимого участка спектра.