Классификация химических методов анализа. Обнаружение, идентификация, определение.

Химические методы анализа.

Качественный химический анализ.

Классификация реакции в качественном анализе.

По области применения:

а) Групповые (применяются групповые реагенты) реакции идущие с определенной группой элементов или веществ.

Применяются:

1)Для обнаружения присутствия элементов определенной аналитической группы;

2)В систематическом ходе анализа для полного отделения аналитической группы от других групп;

3)Для концентрирования групп веществ;

4)Для отделения групп веществ мешающих обнаружению искомых соединений.

б) Характерные реакции различают по селективности

1). Селективные (избирательные) – для открытия ограниченного числа ионов (веществ) (2-5) – дают с ними одинаковые или сходные аналитическое реакции;

2). Специфичные – высокоселективные – для открытия 1 компонента.

Избирательность реакций может быть повышена путем применения приемов маскирования, регулирования условий проведения (рН, температуры), выделения и разделения обнаруживаемых компонентов.

Важной характеристикой аналитических реакций,  применяемых для обнаружения веществ является предел обнаружения – наименьшее содержание, которое сложно обнаружить в присутствии определяемого компонента с заданной доверительной вероятностью.

Основные принципы качественного анализа.

Селективных и специфичных реакций известно немного, поэтому на практике применяют специальные приемы устранения мешающего влияния компонентов, присутствующих в системе наряду с интересующими веществами.

Устранить помехи можно двумя основными способами:

1). Разделить систему на составные части (подсистемы) и исследовать затем каждую в отдельности (обычно осуществляется делением на фазы).

2). Подавлением мешающего влияния внутри анализируемой системы (маскирование).

В соответствии с этим различают систематический и дробный анализ. Выбор того или иного определяется задачей анализа. Систематическим называют полный анализ исследуемого объекта, осуществляемый путем разделения исходной системы (пробы) на несколько групп в определенной последовательности на основе сходства и различий их аналитических свойств. Аналитические группы разделяют переводя их в различные фазы. Анализ выделенной группы заключается в том, что последовательно проводят реакции разделения до тех пор, пока в одной фазе останутся лишь компоненты, которые можно однозначно идентифицировать характерными реакциями со специфическими реагентами.

В настоящее время используют несколько схем систематического анализа. Классическим методом анализа катионов является сероводородный (сульфидный).

Деление катионов на группы по сероводородному методу.

Группы	1	2	3	4	5
Катионы	Na+ K+ Mg2+ NH+4	Ca2+ Sr2+ Ba2+	Al3+, Fe2+ Fe3+, Cr3+ Zn 2+, Ni2+ Co2+, Mn2+	Pb2+, Ag+ Hg2+2, Cu2+, Cd2+, Bi3+	Sn2+, Sn4+ As3+, As5+ Hg2+, Sb3+, Sb5+
Групповой реагент	–	(NH4)2CO3	(NH4)2S	H2S+ HCl	Na2S

Сущность дробного анализа заключается в проведении избирательных реакций на отдельные (обнаруживаемые) компоненты в отдельных порциях анализируемой системы (пробы).

Преимущества дробного анализа перед систематическим являются:

1. Искомые вещества можно обнаруживать в любой последовательности.

2. Быстрота выполнения (часто отсутствуют операции фильтрования, центрифугирования, промывания осадков, необходимые в систематическом анализе).

3.Небольшие объемы пробы.

Недостатки дробного анализа:

1. Применяется для обнаружения ограниченного (заданного) числа компонентов. 2. Не дает полной картины присутствия веществ в пробе.

3. Требуется большое число специфичных, дефицитных реагентов.

Одним из разновидностей дробного анализа является капельный анализ (Тананаев, Файгль). Он заключается в выполнении аналитических качественных реакций на фильтровальной бумаге, пластинках из стекла и фарфора в объеме 2-3 капель. Образование пятна на бумаге - результат сложного взаимодействия капиллярного распределения, диффузии, разбухания, адсорбции и химического взаимодействия. Капилярный анализ – это разновидность бумажной хроматографии.

Химические методы анализа связаны с превращением исследуемого вещества в другое соединение, обладающее такими свойствами, с помощью которых можно установить соединение или определить его количество. Химический процесс получения нового соединения называется аналитической реакцией, а вещество вызывающее аналитическую реакцию – реагентом. В аналитических реакциях происходят видимые или доступные для регистрации изменения: появляется окраска, выпадает осадок, выделяется газообразный продут, образуются кристаллы характерной формы. Характерной особенностью аналитических реакций служит достаточная селективность - это качество, характеризующее возможность надежного качественного или количественного определения в присутствии других компонентов, составляющих анализируемую систему.

Аналогично под аналитическим процессом следует понимать процесс взаимодействия анализируемого вещества с внешним источником возбуждения (по отношению к веществу). При этом происходит выделение характеристических квантов энергии и соответствующих им аналитических сигналов – корпускулярных потоков молекул, ионов, электронов, протонов, нейтронов, а также электромагнитное излучение всех доступных диапазонов частот и электрические, магнитные, гравитационные поля.

Способы измерения количества образующегося вещества при анализе всегда являются физическими. Например, в титрометрическом анализе измеряют объемы газов или растворов, в гравиметрическом анализе – массу вещества.

Макро-, микро, полумикро-методы химического анализа.

В зависимости от количества исследуемого вещества, объема взятого раствора и техники выполнения отдельных операций различают макро-, микро, полумикро-, субмикро-, ультраметоды химического анализа. При макро-методе используют 20-30 мл раствора, содержащего 1-10 г исследуемого вещества. Отдельные реакции выполняют в обычных пробирках, химических стаканах или колбах; образующиеся осадки отделяют фильтрованием через бумажные или пористые фильтры. Для проведения микроанализа необходимо в 10³-10⁷ раз меньше исследуемого вещества, чем при макро-анализе. Применяемая посуда имеет небольшие размеры. Количественное определение веществ осуществляют о помощью инструментальных методов, а отдельные реакции выполняют капельным или микрокристаллическим способами. Реакции в капельном методе выполняют на полосках фильтровальной бумаги или на стекле. Основоположниками микрокристаллического анализа являются русские ученые М.В.Ломоносов и Т.Е.Ловиц.

В полумикро-анализе используют 1-10 мл раствора, содержащего 50-500 мг исследуемого вещества. Реакции выполняют в маленьких конических пробирках, емкостью 2-4 мл. Для отделения осадка от жидкости используют центрифугирование. Анализ микро, полумикрометодов имеет ряд преимуществ. Расход реагентов уменьшается во много раз. Воздух лабораторного помещения не так сильно загрязняется вредными газами и парами.

В последнее время все большее распространение получает ультрамикрометод Хан, позволяющий работать с еще меньшими количествами анализируемых веществ.

Названия диапазонов рабочих количеств веществ, г, мл

Названия	Рабочие количества г/мл
Макроколичества	>0,5	>10
Полумикроколичества	0,05-0,5	1-10
Микроколичества	10-3-10-5	10-1-10-4
Наноколичества	10-5-10-8	<10-4

Анализ можно выполнять также сухим и мокрым путем.

Некоторые понятия АХ.

Диапазон определяемых концентраций, как критерий оценки содержания в образце анализируемого компонента: ∆С = m_x /(m_x + m_y), (1.1)

где m_x-масса анализируемого компонента, основа, матрица, 1-100%; m_{y –} масса побочных компонентов, примеси. При m_x = 0,1-1% - вещество представляет собой примеси; при m_x < 0,01% - следы.

Чувствительность или коэффициент чувствительности характеризуют первой производной аналитического сигнала (измеряемого параметра) по концентрации определяемого компонента. Если между измеряемым параметром а_у и концентрацией С_х существует линейная зависимость а_у = k С_х + в, . . . (1.2), то коэффициент чувствительности «k» равен тангенс углу наклона градировочной прямой.

Если градуировочный график линеен, то «k» – постоянная величина. Линейность графика сохраняется обычно при ограниченном диапазоне концентраций.Точность анализа. В качестве меры точности Хан используют коэффициент вариации или стандартное относительное отклонение. Коэффициент вариации рассчитывается по формуле (КВ):

КВ = 100.S/Х^с, (1.4), где S - стандартное отклонение

S=, (1.5), n_i – число параллельных определений; Х_с – среднее значение определяемой величины Х.

Аналитическая возможность метода характеризует эффективность определенного метода. Надежность метода определяется близкими значениями результатов параллельных измерений. Все вышеперечисленные особенности анализа в значительной мере определяются количеством вещества (пробы), взятого для анализа и содержанием анализируемого компонента в нем (ней).