Принцип и метод анализа. Классификации методов анализа по различным признакам. Методика анализа, ее основные метрологические и аналитические характеристики.

ВВЕДЕНИЕ

Две основные практические задачи  решаемые аналитической химией:

1.  Установление химического состава анализируемого объекта – качественный анализ, который включает обнаружение и идентификацию тех или иных компонентов.

Обнаружение (открытие) – проверка присутствия в анализируемом объекте тех или иных основных (макро), примесей, микрокомпонентов и следов веществ, наличия функциональных групп и т. д.

Макрокомпонент (основной компонент) – вещество, содержание которого в анализируемой пробе 0-100% (масс.).

Микрокомпонент – вещество, содержание которого в пробе меньше 10^-3% (масс.).

Примесь – вещество, содержание которого в анализируемой пробе меньше 10% (масс.).

Следы (следовые количества) – содержание вещества в пробе в районе миллионных долей, т. е. 10^-4% (масс.).

Идентификация – установление идентичности (тождества) исследуемого химического соединения или какой-либо другой структурной единицы заведомо известному веществу или структурной единице, путем сравнения их физических и химических свойств.

2.  Количественный анализ – решает задачу определения – установления содержания (количества) или концентрации того или иного компонента в анализируемом объекте.

Итак, методы обнаружения позволяют ответить на вопрос “Есть ли что-то интересующее нас в объекте”, методы идентификации – “Что это и то ли, что нас интересует”, методы количественного анализа – “Сколько этого в объекте”.

В методическом аспекте принципиального различия между качественным и количественным анализом нет, поскольку качественный химический анализ можно рассматривать как приближенный количественный, а большинство физико-химических методов, являясь количественными, позволяют одновременно обнаруживать и идентифицировать определенные компоненты.

Виды анализа определяются конкретными задачами:

·     Элементный анализ – установление качества и определение отдельных элементов в данном веществе, т. е. нахождение его элементного состава;

·     Фазовый анализ – установление наличия и содержания отдельных фаз в исследуемом материале;

·     Молекулярный (вещественный) анализ – обнаружение и определение различных соединений в объекте исследований;

·     Структурный – установление взаимного расположения и связей элементарных составных частей в молекулах, т. е. структуры соединения;

·     Локально-распределительный – установление изменения состава объекта по поверхности или в объеме и другие.

В зависимости от характера определяемого компонента различают неорганический и органический анализ. Выделение анализа органических веществ в отдельный раздел аналитической химии связано с большими или меньшими различиями в методике исследования неорганических и органических соединений. Прежде всего, в отличие от реакций неорганических веществ, органические соединения взаимодействуют значительно медленнее, реакции почти никогда не доходят до конца и могут протекать по нескольким направлениям, образуя различные продукты. Кроме того, разрушение их под воздействием различных факторов делает невозможным установление первоначального состава объекта. В связи с этим на каждой стадии органический анализ имеет ряд особенностей, о чем мы будем говорить в дальнейшем.

1.2.Стадии аналитического процесса

По терминологии ИЮПАК (Международный союз по чистой и прикладной химии) анализом называют процедуру получения опытным путем данных о химическом составе объекта исследования. Анализ складывается из нескольких стадий.

Обобщенно схему анализа можно представить следующим образом (рис, 1):

 

Объект исследования

→

Обработка данных

→

Информация

→

Измерение

→

Подготовка пробы

→

Отбор пробы

Рис.1. Общая схема аналитического процесса

 

Метод анализа (ИЮПАК) - определяется принципами (физическими или химическими законами), положенных в основу анализа вещества, т.е. виды и природа энергии, вызывающей возмущение химических частиц вещества и связанные с измеряемой физической величиной.

Поскольку первоначальное изменение состояния таких частиц может производиться уже на стадии пробоподготовки, то под методом анализа понимается не только непосредственное измерение аналитического сигнала, но и такие приёмы подготовки пробы. Примером может служить переведение бесцветных соединений в окрашенные перед фотоколориметрическими измерениями.

Кроме того в настоящее время определена группа гибридных методов, например хромато-масса-спектрометрия, экстракционная фотометрия, где стадия измерения аналитического сигнала не выполнима без соостветствующего приёма пробоподготовки. В указанных методах хроматографическое разделение и экстракционное выделение, концентрирование и усиление сигнала.

1.3.Классификация методов анализа.

По диапазонам определяемых содержанием и количеству пробы

	макро-	полумикро-	микро-	ультромикро-
ДОС, масс %	102-1	1-10-1	10-1-10-6	10-6-10-9
m пробы, гр	0,1-1	0,01-0,1	0,001-0,01	10-3-10-4
V пробы, см	1-10	0,1-1,0	0,01-0,1	10-3-10-2

По аппаратурному оформлению

-химические

-инструментальные

По характеру вещества:

-неорганическое

-органическое

Классификация методов анализа по природе энергии возмущения

Группа методов	Вид энергии возмущения	Аналитический сигнал	Метод анализа
Химические	Энергия химической реакции	Наблюдаемый внешний эффект Масса продукта реакции Объем газа Масса (объем) реагента Скорость реакции	Систематический Дробный Гравиметрия Газоволюмометрия Титриметрия Кинетический
Электро-химические	Поток электронов	Напряжение (потенциал) Ток поляризации электронов Сила тока Сопротивление проводимости Электроемкость   Количество электричества Диэлектрическая проницаемость	Потенциометрия Вольтамперметрия Полярография Амперометрия Кондуктометрия   Высокочастотная кондуктометрия Кулонометрия Диэлекометрия
Оптические	Электромагнитное излучение	Показатель преломления Угол вращения плоскополяризованного света Оптическая плотность, Светопоглощение Длина волны, интенсивность спектральной линии           Интенсивность вторичного излучения Интенсивность рассеянного света Время релаксации и химический сдвиг	Рефрактометрия Поляриметрия   Фотометрия Спектроскопия -ИК -атомная -абсорбционная -фотометрия -рентгеновская -фотоэлектронная Люминесцентная Рентгенофлюоресцентный Тубидиметрия Нефелометрия ЯМР ПМР
Ядерно-физические	Возбуждение внутренних электронов	Положение, интенсивность, форма и площадь линий в спектре Активность изотопов	Мессбауэровская спектроскопия   Активационный
Термические	Теплота	Температура   Количество теплоты Энтальпия	Термический, термогравиметрия Колориметрия Энтальпийметрия

Методика анализа – подробное описание всех условий и операций, всех стадий анализа, обеспечивающие регламентированные метрологические характеристики.

Обычно методики анализа разрабатываются отраслевыми НИИ для каждого типа анализируемого объекта и утверждаются стандартами на методы анализа. Изложение каждой методики анализа в ГОСТе состоит из разделов:

- аппаратура, реактивы и растворы;

- подготовка аппаратуры;

- проведение испытания.

В нашей стране разработана система государственных стандартов для контроля сырья готовой продукции, загрязнений окружающей среды. Кроме того, существуют ГОСТы, обязательные для предприятий данной отрасли. Однако, состав сырья, поступающего на предприятия даже одной отрасли, разнообразен. Нормативы на введение однотипных технологических процессов  также неодинаковы. Состав полупродуктов и готовой продукции столь различен, а тем более это касается возмущений окружающей среды.Это вынуждает разрабатывать стандарты, ТУ или аттестовывать методики анализа по каждому индивидуальному компоненту (или группе веществ) для конкретного технологического процесса (или группы процессов сходных по составу компонентов). Разработка таких методик -  задача химико-аналитических лабораторий (ХАЛ) или центральных заводских лабораторий (ЦЗЛ).

В любом из указанных вариантов, разработанные методики должны быть закреплены нормативно. Аттестат методики - норматив наиболее низкой категории. Тем не менее его утверждают органы государственной или ведомственной метрологической службы, которая определяет срок его действия. Аттестат методики  включает, как правило следующие разделы:

1.  Заглавие. Наименование определяемого компонента (или их группы), объекта анализа.

2.  Введение. Перечень анализируемых объектов, определяемых компонентов, интервалов определяемых содержаний и видов анализа.

3.  Приборы и реактивы. Перечень приборов и реактивов, растворов, вспомогательного оборудования и приспособлений.

4.  Отбор пробы. Описание отбора пробы и подготовка её к анализу.

5.  Подготовка к анализу. Перечень операций, необходимых для подготовке к анализу, приготовление стандартных растворов, построение градуировочных графиков и др.

6.  Анализ. Методика выполнения анализа, включая указание числа параллельных определений, периодичности и порядка применения стандартных образцов.

7.  Обработка данных. Описание способов обработки результатов анализа и их представления.

8.  Дополнения. Нормативы, регламентирующие аналитические и метрологические характеристики методики