Основные положения качественного анализа кратко

Обновлено: 03.07.2024

Качественный анализ — совокупность химических, физико-химических и физических методов, применяемых для обнаружения элементов, радикалов и соединений, входящих в состав анализируемого вещества или смеси веществ. В качественном анализе используют легко выполнимые, характерные химические реакции, при которых наблюдается появление или исчезновение окрашивания, выделение или растворение осадка, образование газа и др. Реакции должны быть как можно более селективны и высокочувствительны. Качественный анализ в водных растворах основан на ионных реакциях и позволяет обнаружить катионы или анионы. Основоположником качественного анализа считается Р.Бойль, который ввёл представление о химических элементах как о неразлагаемых основных частях сложных веществ и систематизировал все известные в его время качественные реакции.

Качественные реакции

Для определения присутствия веществ, анионов, катионов используются качественные реакции. Проведя их можно подтвердить однозначно их наличие. Эти реакции широко используются при проведении качественного анализа, целью которого является определение наличия веществ или ионов в растворах или смесях.

Примеры качественных реакций на катионы

Катион	Воздействие и реактив	Наблюдаемая реакция
	Пламя	Карминово-красное окрашивание
	Пламя	Жёлтое окрашивание
	Пламя	Фиолетовое окрашивание
	Пламя	Кирпично-красное окрашивание
	Пламя	Карминово-красное окрашивание
	1. Пламя

$\mathsf<Ba^<2+> 2. Выпадение белого осадка, не растворимого в кислотах + SO_4^ \rightarrow BaSO_4\downarrow >$

$\mathsf<Pb^<2+> + S^ \rightarrow PbS \downarrow >$

$\mathsf<Ag^<+> + Cl^ \rightarrow AgCl \downarrow >$

$\mathsf<K^<+> + Fe^ + [Fe(CN)_6]^ \rightarrow KFe[Fe(CN)_6] \downarrow >$

Литература

Шарло Г. Методы аналитической химии. — М.-Л.: Химия, 1965.
Тикунова И.В. Справочник молодого лаборанта-химика. — М.: Высшая школа, 1985.

Теоретическая химия • Координационная химия • Прикладная неорганическая химия • Неорганический синтез

Wikimedia Foundation . 2010 .

Полезное

Смотреть что такое "Качественный анализ (химия)" в других словарях:

Качественный анализ — совокупность химических, физико химических и физических методов, применяемых для обнаружения элементов, радикалов и соединений, входящих в состав анализируемого вещества или смеси веществ. В качественном анализе используют легко выполнимые,… … Википедия

Качественный анализ — совокупность химических, физико химических и физических методов обнаружения и идентификации элементов, радикалов, ионов и соединений, входящих в состав анализируемого вещества или смеси веществ. К. а. один из основных разделов… … Большая советская энциклопедия

Химия почв — Химия почв это раздел почвоведения, изучающий химические основы почвообразования и плодородия почв. Основой для решения этих вопросов служит исследование состава, свойств почв и протекающих в почвах процессов на ионно молекулярном и… … Википедия

Химия одноуглеродных молекул — (С1 химия) раздел химии, изучающей различные классы веществ, в состав молекулы которых входит только один атом углерода. Как отдельная отрасль знаний С1 химия появляется с развитием перспективных технологий получения углеродсодержащего сырья,… … Википедия

ХИМИЯ — ХИМИЯ, наука о веществах, их превращениях, взаимодействии и о происходящих при этом явлениях. Выяснением основных понятий, к рыми оперирует X., как напр, атом, молекула, элемент, простое тело, реакция и др., учением о молекулярных, атомных и… … Большая медицинская энциклопедия

Химия — У этого термина существуют и другие значения, см. Химия (значения). Химия (от араб. کيمياء‎‎, произошедшего, предположительно, от египетского слова km.t (чёрный), откуда возникло также название Египта, чернозёма и свинца «черная… … Википедия

Химия окружающей среды — Не следует путать с Экологическая химия. Химия окружающей среды раздел химии, изучающий химические превращения, происходящие в окружающей природной среде. Основные сведения Химия окружающей среды включает в себя более узкие разделы химии,… … Википедия

Химия полимеров — Эту статью следует викифицировать. Пожалуйста, оформите её согласно правилам оформления статей … Википедия

Анализ химический — имеет задачей исследовать состав тел. Он разделяется на качественный и количественный А. При помощи первого убеждаются в присутствии тех элементов или соединений, которые входят в состав исследуемого вещества; с помощью второго определяется… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

Анализ химический — см. Аналитическая химия, Качественный анализ, Количественный анализ … Большая советская энциклопедия

Химический анализ необходим для нормального функционирования агропромышленного комплекса (анализ состава почв, удобрений, кормов, сельскохозяйственной продукции).

Качественный анализ устанавливает, из каких химических элементов или ионов состоит простое или сложное анализируемое вещество. Он производится химическим, физико-химическим и физическим методами.

Химические методы основаны на использовании химических реакций, характерных для определяемого элемента или его соединения с различными веществами, которые в этом случае называются реактивами (реагентами) на определяемый элемент или соединение, а протекающие химические реакции – аналитическими реакциями.

Качественный анализ неорганических соединений позволяет установить состав как индивидуальных неорганических веществ, так и их смесей. Большинство неорганических соединений являются электролитами и в водных растворах находятся в виде ионов. В связи с этим качественный анализ неорганических соединений делят на анализ катионов и анионов.

I. III . I . Аналитические реакции и способы их выполнения.

В химических методах качественного анализа определяемый элемент или ион переводят в какое-либо соединение химическим путем, обладающее теми или иными свойствами, на основании которых можно установить, что образовалось именно это соединение. Происходящее химическое превращение называется аналитической реакцией, а вещество, его вызывающее, — реагентом. Примером аналитической реакции может быть реакция взаимодействия хлорид -ионов с катионами серебра, в результате которой образуется белый творожистый осадок AgCl↓. При этом можно сказать, что хлориды являются реагентом на катионы серебра, и наоборот.

Cl ˉ + Ag + = AgCl↓

Анализируемые вещества могут находиться в различных агрегатных состояниях (твердом, жидком и газообразном). Соответственно этому и качественные аналитические реакции могут быть выполнены „сухим” или „мокрым” путем.

Анализ сухим путем осуществляют с помощью таких приемов, как проба на окрашивание пламени. При выполнении окрашивания в пламени пробы, исследуемое вещество на петле платиновой (или нихромовой) проволочки вносят в бесцветное пламя горелки. По характерной окраске пламени узнают о присутствии того или иного элемента. Например, натрий окрашивает пламя в ярко желтый цвет , калий- в фиолетовый, медь и бор - в ярко-зелёный, свинец и мышьяк – в бледно-голубой. Анализ „сухим” путем используют главным образом в полевых условиях для качественного или полуколичественного исследования минералов и руд.

В лабораторных условиях обычно применяют анализ „мокрым” путем, который основан на реакциях в растворах. Естественно, что при этом исследуемое вещество должно быть сначала переведено в раствор.

Кислотно-основные реакции СН₃СОО - + Н₃О + ↔ СН₃СООН(г.) + Н₂О Выделение свободной уксусной кислоты (обозначение г. — газ) при добавлении сильной кислоты (например, соляной или серной) используется для обнаружения ацетат-ионов.

Реакции комплексообразования AgCl + 2NH₃↔ [Ag(NHg)₂]₂+ + 2Сl- Растворение малорастворимого хлорида серебра при действии аммиака происходит вследствие образования диаминного комплекса серебра. Реакции осаждения Ag+ + Сl- ↔ AgCl (тв.) Ионы Ag+ (или Сl-) осаждаются в виде малорастворимого хлорида серебра.

Окислительно-восстановительные реакции Эти реакции связаны с переносом электронов и могут протекать в различных формах.

В качественном анализе имеют дело преимущественно с водными растворами электролитов, т. е. солей, оснований и кислот, диссоциирующих на ионы. Можно сказать, что каждый ион обладает определенными свойствами, которые он сохраняет независимо от присутствия в растворе других ионов. Например, катион водорода, присутствующий в водном растворе любой кислоты, независимо от ее аниона окрашивает синий лакмус в красный цвет и проявляет другие, характерные для него свойства. Поскольку сильные электролиты практически полностью ионизированы, при смешении растворов в реакцию могут вступать только ионы. Проиллюстрируем это положение несколькими примерами взаимодействия веществ, дающих при диссоциации ионы Ва 2+ и SО4 2- :

Продуктом всех этих реакций является белый мелкокристаллический осадок сульфата бария, не растворимый в кислотах и щелочах. Получение одного и того же продукта при взаимодействии трех пар различных соединений легко объясняется ионной теорией. Ведь сущность приведенных трех реакций может быть выражена следующим ионным уравнением:

Следовательно, сульфат бария ВаS0₄ образуется всякий раз, когда при смешении растворов катионы Ва 2+ встречаются с анионами SО₄ 2- . Поэтому с помощью сульфат-ионов можно обнаруживать в растворе катионы Ва 2+ и, наоборот, с помощью ионов бария – анионы SО₄ 2- . Таким образом, реакции, происходящие в растворах между электролитами, это реакции между ионами. Поэтому аналитическими реакциями обнаруживают не химические вещества, а образуемые ими катионы и анионы. Анализ мокрым путем позволяет уже по результатам качественных испытаний установить формулу соединения.

Химические реакции сопровождаются заметным внешним эффектом:

· выделение газа, обладающего характерным запахом или цветом

· изменение окраски раствора

Выделение или растворение осадков . Ионы Ba 2+ , присутствующие в водном растворе, можно осадить, прибавляя раствор, содержащий сульфа-ионы SO₄ 2– , в форме малорастворимого белого осадка сульфата бария:

Аналогичная реакция наблюдается при осаждении ионов кальция растворимыми карбонатами:

Белый осадок карбоната кальция растворяется при действии кислот:

Реакции с выделением газов . Если к раствору какой-либо соли аммония прибавить щелочь, то выделяется газообразный аммиак, что можно легко определить по запаху или по посинению влажной красной лакмусовой бумаги:

Сульфиды при действии кислот выделяют газообразный сероводород:

Что легко ощущается по специфическому запаху сероводорода.

I. III. II. Типы аналитических реакций. Условия протекания реакций их чувствительность, специфичность.

Аналитические реакции, согласно рекомендации ИЮПАК, подразделяют на специфические и избирательные (селективные) методы, реакции и реагенты. Вещество, которое используют для проведения качественной аналитической реакции, называют реагентом.

Специфическими называют те методы, реакции или реагенты, с помощью которых в данных условиях можно обнаружить только одно вещество. Специфических реакций в качественном анализе немного, поэтому чаще используют селективные или неспецифические реакции, которые требуют использования специальных методов устранения мешающего влияния других веществ, присутствующих в пробе. Этого достигают разделением системы на составные части (чаще осадок и раствор), чтобы при этом ионы, которые мешают обнаружению определяемых ионов, находились в другой фазе.

Специфические реагенты и реакции позволяют обнаружить данное вещество или ион в присутствии других веществ или ионов.

Например, специфична реакция обнаружения иона NH₄ + действием щелочи при нагревании, так как в этих условиях аммиак NH₃ может выделяться только из солей аммония: NH₄Cl + NaOH = NН₃↑ + Н₂О +NaCl Специфична и широко известная реакция на иод с крахмалом. Однако специфических реакций сравнительно немного.

Избирательными — методы, реакции и реагенты, позволяющие обнаружить небольшое число веществ. Например, оксалат аммония образует осадки с ограниченным числом катионов (Са 2+ , Ва 2+ , Sr 2+ и др.). Чем меньше таких ионов, тем более выражена избирательность (селективность) реакции.

Селективные реагенты и реакции позволяют обнаружить несколько веществ или ионов. Таких реагентов и реакций известно существенно больше, чем специфических.

Избирательность достигается правильным выбором и установлением соответствующих условий реакции. К факторам, определяющим условия протекания реакции, относят рН, температуру, концентрации открываемого и посторонних ионов, природу растворителя (вода, органические или водно-органические среды).

Реагенты по их избирательности можно разделить на три группы:

1. Специфические реагенты — например: крахмал для обнаружения I₂; NaOH для открытия .

2. Избирательные (селективные) реагенты — например: диметилглиоксим в аммиачной среде реагирует с Fe(II), Co(II), Ni(II), Zr(IV) и Th(IV).

3. Групповые реагенты — например: HCl осаждает нерастворимые хлориды Ag(I), Hg(I), Tl(I), Pb(II).

Каждая аналитическая реакция характеризуется чувствительностью или пределом обнаружения (ПО).

Пределом обнаружения (чувствительностью)называют такое наименьшее содержание определяемого иона (вещества), при котором можно его обнаружить действием данной реакции с достаточной достоверностью (вероятностью равной или стремящейся к единице). Различают концентрационный ПО(минимально определяемая концентрация -С_min, г/мл) и массовый ПО(открываемый минимум - m_min, мкг). Концентрационный и мас-совый пределы обнаружения связаны между собой соотношением (V - объем раствора, мл):

m_min = C_min∙V∙106 [мкг]

Для характеристики чувствительности реакции применяют также понятие лимитирующего объема (предельное разбавление) – это объем растворителя, в котором надо растворить 1 г вещества, чтобы получить минимально определяемую концентрацию:

Аналитическая реакция тем чувствительней, чем меньшее количество вещества она позволяет обнаружить, то есть чем меньше ее предел обнаружения.

Чувствительность реакций сильно зависит от условий их выполнения: концентрации реактивов, продолжительности их действия, способа наблюдения внешнего эффекта, температуры, присутствия посторонних веществ.

Требования к качественным реакциям:

1. Реакция должна протекать быстро, практически мгновенно,

2. Быть необратимой, т. е. протекать преимущественно в одном направлении,

3. Быть по возможности специфической,

4. Отличаться высокой чувствительностью.

II. Практическая часть.

II.I. Правила работы в химической лаборатории.

Техника безопасности

1. Перед приходом на занятие необходимо ознакомиться с темой занятия по методическим рекомендациям, учебникам и по конспектам лекций.

2. Перед проведением опыта нужно прочесть соответствующее описание, подготовить все, что потребуется для проведения опыта, выяснить все непонятные вопросы у преподавателя и только после этого приступать к выполнению работы.

3. На занятии находиться только в спецодежде (халате).

4. Соблюдать все необходимые меры предосторожности, указанные в специальной инструкции и в методическом руководстве.

5. Рабочее место не загромождать ненужными предметами, ни в коем случае не класть на стол шапки или иную одежду. Перед уходом из лаборатории привести рабочее место в порядок, выключить воду, вытяжную вентиляцию, электронагревательные приборы.

6. Методические руководства и книги следует оберегать от попадания на них воды, химических реактивов и т.п.

7. При пользовании реактивами следует придерживаться правил:

а) прежде чем брать реактив, необходимо внимательно прочесть этикетку с названием реактива. После возвращения реактива на то же место, снова прочесть этикетку;

б) все склянки с растворами держать закрытыми и открывать их только на время употребления;

в) не переносить реактивы на свои рабочие места;

г) сухие реактивы следует брать чистым шпателем, специальной ложечкой, чистой, сухой пробиркой;

д) неизрасходованные реактивы ни в коем случае не возвращать обратно в те склянки, из которых они были взяты;

е) остатки растворов, содержащие серебро, ртуть, бром, йод, выливать в специальную посуду, находящуюся в вытяжных шкафах.

8. Без разрешения преподавателя ни в коем случае не производить опыты, не предусмотренные в соответствующем руководстве.

Во избежание несчастных случаев необходимо :

1. Все опыты с ядовитыми, неприятно пахнущими веществами, производить в вытяжном шкафу.

2. Опыты с легковоспламеняющимися веществами проводить вдали от огня.

3. Нагревание проводить только в вытяжном шкафу. При нагревании растворов в пробирке пользоваться держателем и всегда помещать пробирку так, чтобы её отверстие было направлено в сторону от окружающих и от себя.

4. Не наклонять лицо над нагреваемой жидкостью во избежание попадания брызг на лицо.

6. Нюхать какие бы то ни было вещества в лаборатории с осторожностью, не наклоняясь над склянкой и не вдыхая полной грудью, а направляя к себе пары или

7. При разбавлении концентрированных кислот, особенно серной, вливать осторожно и небольшими порциями кислоту в воду, но не наоборот.

8. Не принимать пищу в лаборатории; не пить воду из химической посуды.

9. Не бросать в водопроводные раковины бумагу, битое стекло, остатки металлов, не выливать концентрированные растворы кислот и щелочей.

10. Не выполнять опыты в грязной посуде.

11. Выполнять опыты стоя.

12. Не пробовать на вкус какие-либо вещества.

Для оказания первой помощи пострадавшему необходимо :

1. При попадании на кожу концентрированных кислот (серной, азотной и др.) немедленно промыть обожженное место большим количеством воды, а затем разбавленным раствором соды (гидрокарбоната натрия). При сильных ожогах немедленно обратиться к врачу.

2. При ожоге щелочью промывать обожженный участок водой до тех пор, пока он не перестанет быть скользким на ощупь, а затем промыть 1% раствором уксусной кислоты и снова водой.

3. При попадании брызг реактива в глаза немедленно промыть глаза большим количеством воды, сразу же обратиться к врачу.

4. При ожоге горячими предметами наложить сначала повязку со спиртовым раствором таннина или 3% раствором перманганата калия, а затем жирную повязку с мазью от ожогов.

© 2014-2022 — Студопедия.Нет — Информационный студенческий ресурс. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав (0.011)

Аналитическая химия — наука о методах определения химического состава вещества и его структуры. Выделяют качественный и количественный анализ.

Качественный анализ — установление присутствия или отсутствия отдельных компонентов в анализируемом объекте.

В качественном анализе различают:

• элементный анализ (определение входящих в пробу элементов);
• вещественный анализ (определение химических соединений).

В зависимости от массы пробы вещества, используемого для проведения анализа, методы анализа классифицируют следующим образом:

• макрометод (0,1 г вещества и более);
• полумикрометод (0,1–0,01 г);
• микрометод (10 –2 –10 –3 г);
• ультрамикрометод (10 –3 –10 –6 г);
• субмикрометод (10 –6 –10 –9 г).

Методы анализа подразделяются на химические и физико-химические (инструментальные). Химические методы анализа основаны на способности определяемого компонента вступать в химическую реакцию с последующим определением его количества.

Достоинства химического метода анализа:

• точность;
• простота;
• универсальность.

Недостатки химического метода анализа

• требуется много времени;
• сложная подготовка пробы.

Химические реакции, пригодные для качественного анализа, должны сопровождаться заметным внешним эффектом. Это может быть:

выделение газа;
изменение окраски раствора;
выпадение осадка;
растворение осадка;
образование кристаллов характерной формы.

В первых четырех случаях за протеканием реакции наблюдают невооруженным глазом, кристаллы рассматривают под микроскопом. Классификация видов химического анализа по объектам определения приведена в табл. 1.1.

Таблица 1.1 Классификация видов химического анализа по объектам определения

В физико-химических методах анализа конец реакции определяют не визуально, как в химических методах, а при помощи приборов, которые фиксируют изменения физических свойств исследуемого вещества.

Качественный анализ

Для получения достоверных результатов анализа конкретного иона необходимы реакции, выполнению которых не мешает присутствие других ионов. Для этого нужны специфические реагенты (взаимодействующие только с определяемым ионом).

Примером реакции с участием специфического реагента является выделение газообразного аммиака NH 3 при действии щелочей (KOH или NaOH) на вещество, содержащее ион аммония NH₄ +. Ни один катион не помешает обнаружению иона NH4+, потому что только он реагирует со щелочами с выделением аммиака:

. Еще один пример — специфические реагенты на ионы железа. Специфический реактив гексацианоферрат (III) калия К3[Fе(СN)6] (красная кровяная соль) образует синий осадок (турнбуллева синь) только с ионами двухвалентного железа Fe 2+. Гексацианоферрат (II) калия K4[Fe(CN)6] (желтая кровяная соль) образует синий осадок (берлинская лазурь) только с ионами трехвалентного железа Fe3+. Специфический реагент на ионы меди (II) — аммиак:

Окрашивание пламени горелки является также способом определения некоторых катионов, т. е. качественной реакцией на их присутствие:

Li + — окрашивание пламени в красный цвет;

Na + — окрашивание пламени в желтый цвет;

K + — окрашивание пламени в фиолетовый цвет.

Селективные реагенты — это реагенты, которые реагируют лишь с немногими веществами. Диметилглиоксим (реагент Чугаева) служит примером селективного реагента в щелочной среде он реагирует с ионами Ni +2, Co +2, Fe +2; в кислой — только с ионами Pd +2.

К сожалению, селективных, а тем более специфических реагентов очень мало. Поэтому смеси катионов и анионов разделяют на части с помощью реактива, который называется групповым реактивом.

Действуя на смесь катионов в строго определенном порядке растворами соляной кислоты HCl, серной кислоты H2SO4, аммиака NH3 и гидроксида натрия NaOH, можно разделить содержащиеся в смеси катионы на шесть аналитических групп. Эти растворы называются групповыми реагентами, а схема — кислотно-щелочной (по используемым групповым реагентам).

В сероводородной схеме групповыми реагентами являются соляная кислота HCl, сероводород H2S и карбонат аммония (NH4)2CO3.

Разделение катионов на пять аналитических групп основано на различии свойств образуемых ими хлоридов, сульфидов и карбонатов:

I группа K +, Na +, NH +4, Mg +2 — группового реагента нет, поэтому эти катионы остаются в растворе после отделения других групп;
II группа Ba +2, Ca +2, Sr +2 — групповой реагент (NH4) 2 CO 3 осаждает карбонаты этих катионов;
III группа Al +3, Cr +3, Fe +3, Fe +2, Ni +2, Co +2, Mn +2, Zn +2 — групповой реагент (NH4) 2 S осаждает гидроксиды Al +3 и Cr +3 и сульфиды остальных катионов;
IV группа Cu +2, Cd +2, Hg +2, Bi +3, As +3, Sn +2, Sn +4, Sb +2 — групповой реагент H 2 S осаждает сульфиды этих катионов;
V группа Ag +, Pb +2 и Hg +2 — групповой реагент HCl — осаждает хлориды этих катионов.

Общепринятой классификации для разделения анионов, как для разделения катионов, не существует. Используют разделение анионов на три аналитические группы по растворимости солей бария и серебра.

Методы качественного анализа классифицируют следующим образом:

— анализ сложных смесей.

Количественный анализ

Количественный анализ проводят после проведения качественного химического анализа, т. е. после установления компонентов анализируемой пробы.

Например, общие свойства спиртов изучают химики-органики, а способы определения спиртов как класса органических соединений и каждого отдельного спирта (например, этанола) разрабатывают аналитики. Для этого они выявляют те особенности химических и физических свойств спиртов, которые отличают их от других органических соединений. Еще важнее выявить характеристические свойства отдельных спиртов (например, этанола), отличающие их друг от друга.

Изучение характеристических свойств индивидуальных объектов особенно важно в тех случаях, когда изучают материалы сложного состава, содержащие смеси родственных веществ.

Также аналитическая химия воспринимает и развивает знания, полученные в рамках смежных научных дисциплин. Разумеется, знания, полученные одной наукой и используемые другой, всегда существенно перерабатываются, подобно тому, как в организме продукты питания превращаются в новые соединения, а уже из них строятся собственные ткани организма. Эта аналогия подходит и для рассматриваемого случая. На основе творчески переработанных достижений других наук и собственных фундаментальных исследований аналитики выявляют общие закономерности химического анализа, создают новые методы и методики.

К химическим методам количественного анализа относятся:

В ходе количественного анализа можно выделить основные его этапы:

1) отбор средней пробы;
2) взятие навески;
3) перевод пробы в раствор;
4) отделение определяемого компонента и его концентрирование;
5) количественное измерение;
6) расчет результатов анализа.

Волюмометрические методы анализа основаны на измерении объема реагента, израсходованного на взаимодействие с веществом.

Кинетические методы анализа заключаются в определении зависимости скорости химической реакции от концентрации реагирующих веществ.

Методика исследования. Чтобы подобрать оптимальную (лучшую) методику химического анализа, в каждом случае следует учитывать ряд практических требований

1. Точность. Это главное требование. Оно означает, что относительная или абсолютная погрешность анализа не должна превышать некоторого предельного значения. Для разных видов анализа, безусловно, требуется разная точность. В одних случаях достаточно, чтобы результат был получен с относительной погрешностью, не превышающей 10 или даже 20%, в других — чтобы погрешность была менее 2 %. При проведении арбитражных анализов относительная погрешность не должна превышать 0,1 или даже 0,01%. Столь высокую точность могут дать лишь некоторые методы и немногие методики. 15 Не следует добиваться высокой точности, если она не требуется, ведь высокая точность обходится очень дорого.

4. Экспрессность. Речь идет о продолжительности анализа одной пробы — от пробоотбора до выдачи заключения. Чем быстрее будут получены результаты, тем лучше.

5. Стоимость. Эта характеристика методики не требует комментариев. В массовом масштабе можно применять лишь относительно недорогие анализы. Стоимость аналитического контроля в промышленности обычно не превышает 1 % стоимости продукции. Очень дорого стоят уникальные по сложности и редко выполняемые анализы.

Существуют и другие требования к методике — безопасность выполнения анализа, возможность проводить анализ без непоредственного участия человека, устойчивость результатов к случайным колебаниям условий и т. п.

Для наиболее распространенных и часто выполняемых анализов методики изложены в специальных нормативных документах, например государственных стандартах (ГОСТах). В стандартных методиках используют распространенные приборы, общеизвестные способы расчета, привычные приемы анализа. Периодически (один раз в 5–10 лет) ГОСТы обновляют и утверждают заново.

Отбор средней пробы. Это очень важная стадия анализа. С отбора проб начинается проведение химического анализа. Техника отбора средней пробы описывается в специальных инструкциях, ГОСТах. Нужно найти такую пробу по составу, чтобы она отвечала действительному среднему составу анализируемого вещества. Особенно трудно выбрать среднюю пробу твердого вещества. В этом случае используются следующие действия размалывание, высверливание, распиливание, дробление.

При санитарно-эпидемиологической экспертизе отбор проб пищевых продуктов проводит, как правило, врач по гигиене питания, при его отсутствии — помощник санитарного врача. При производственном контроле его проводит специально обученный работник данного предприятия, имеющий свидетельство о прохождении обучения.

Порядок отбора проб пищевых продуктов при экспертизе партии включает выделение однородной партии, определение числа и отбор точечных проб, составление объединенной пробы и формирование из нее средней, которая направляется на лабораторные исследования. Экспертиза партии проводится в соответствии с действующей инструкцией о порядке проведения гигиенической экспертизы пищевых продуктов в учреждениях госсанэпидслужбы. Пример отбора и хранения проб представлен на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Отбор и хранение проб тканей и кормов

Измерения в аналитической химии

Результаты количественного химического анализа оценивают такими метрологическими характеристиками, как правильность, воспроизводимость и точность.

Правильность — качество измерений, отражающее близость к нулю систематических погрешностей.

Воспроизводимость — качество измерений, выполненных в различных условиях, но свидетельствующих о близости результатов друг другу.

Точность — качество измерений, показывающее близость их результатов к истинному значению измеряемой величины. Точность измерения соответствует малым погрешностям всех видов. Количественно она выражается обратной величиной модуля относительной погрешности. Погрешность в расчетах приводит к получению неверных результатов химического анализа. Кроме того, есть еще погрешность (ошибка) измерений (∆). Это отклонение результата измерения (Х) от истинного значения измеряемой величины (μ). Абсолютная погрешность определяется по формуле:

относительная погрешность (%) — по формуле

Истинное значение можно получить путем анализа образца множеством различных независимых методов анализа. Анализ его проводят в форме межлабораторного эксперимента (проводится анализ разными лабораториями). Затем проводят оценку массива данных. Также можно использовать стандартный образец (с известным содержанием компонента) для анализа.

Если погрешность при повторных измерениях остается постоянной, то это систематическая погрешность (имеет знак плюс или минус). Если погрешность изменяется случайным образом, то это случайная погрешность (имеет знак и плюс, и минус). Грубые погрешности, существенно отличающиеся от истинного значения, называются грубой ошибкой.

Все погрешности зависят от класса точности прибора и от профессионализма химика-аналитика. Применение статистической обработки образцов рассмотрим на примере анализа пробы сточной воды. Трижды было определено содержание фенола стандартной методикой (DIN 38 409 H 16). Найдено среднее значение содержания фенола в пробе (0,51 гл). Предельно допустимая концентрация фенола в сточных водах в странах ЕС составляет 0,5 гл. Можно ли сказать, что концентрация превышена Статистические тесты помогут учесть степень разброса данных.

Предел обнаружения — минимальная концентрация вещества, которая может быть обнаружена методом. Возможность обнаружения вещества с помощью любой аналитической методики ограничена. Особенно это важно при определении следовых количеств веществ.

Основной химической величиной является количество вещества (n), а основной единицей измерения — моль. По определению, 1 моль — количество вещества, содержащее столько частиц, сколько атомов содержится в 0,012 кг изотопно чистого простого вещества 12 C. Оно составляет приблизительно 6,02214·10 23 частиц. Таким образом, по смыслу количество вещества есть число частиц, составляющих вещество. Эту величину не следует отождествлять ни с массой, ни с объемом, ни с какими иными физическими характеристиками.

Наряду с количеством вещества в химии широко используют и производные от него величины. Важнейшая из них — концентрация (c), представляющая собой количество вещества (n) в единице объема V:

При проведении анализа часто компонент переводится в раствор. Состав раствора количественно выражается через относительные величины — доли (массовые, мольные, молярные) и размерные величины — концентрации.

Массовая доля — безразмерная относительная величина, равная отношению массы компонента к общей массе образца, раствора, смеси веществ.

Единицей измерения массовой доли является также процент (сотая доля числа — %), промилле (тысячная доля числа, 110 доля процента — ‰), ppm (миллионная доля числа), ppb (миллиардная доля числа).

1‰ = 0,1 %, 1 ppm = 10 –4 %, 1 ppb = 10 –7 %.

Концентрация показывает отношение массы или количества растворенного вещества к объему раствора или массе растворителя.

Химический эквивалент

Это условная частица, которая может присоединять или высвобождать один ион водорода в кислотно-основных реакциях или один электрон в окислительно-восстановительной реакции. Под частицей понимается молекула, ион, электрон и т. д. Фактор эквивалентности f показывает, какая доля реальной частицы вещества эквивалентна одному иону водорода в реакции или одному электрону в окислительно-восстановительной реакции. Рассмотрим реакцию:

Фактор эквивалентности соляной кислоты f экв (HCl) = 1, f экв (Na2CO3) =12.

Для окислительно-восстановительной реакции:

Для реакций комплексообразования фактор эквивалентности определяют из числа координационных мест у комплексообразователя:

Масса одного моль-эквивалента сложного вещества (Мэ), называемая молярной массой эквивалента, равна молярной массе вещества М, деленной на число реакционноспособных химических связей (n х.св):

Число реакционноспособных химических связей n х.св в зависимости от класса соединения можно определить следующим образом:

— для кислот — число протонов (n H +);

— для оснований — число гидроксильных групп (n OH –);

— для солей — произведение числа катионов на его заряд (nkt * Zkt).

Эквивалентность реагирующих и образующихся веществ отражает закон эквивалентов.

Титр раствора

Титр раствора характеризует его концентрацию. Это масса вещества в 1 мл раствора

Т = m в-ва / V р-р, г/мл.

Например, титр раствора соляной кислоты Т(HCl) = 0,003648 г/мл показывает, что в 1 мл раствора кислоты содержится 0,003648 г HCl.

Запись Т(HCl/NaOH) = 0,004000 г/мл означает, что 1 мл раствора кислоты реагирует с 0,004000 г NaOH.

Титр (Т) раствора вещества связан с молярной концентрацией вещества в растворе:

Таким образом, использование законов аналитической химии позволяет разрабатывать и идентифицировать состав пищевых продуктов, устанавливать механизм их воздействия на организм человека. Необходимость количественной и качественной оценки питания обусловлена его влиянием на здоровье и работоспособность человека. При количественной оценке суточного рациона определяется не его объем, а энергия, высвобождающаяся при метаболизме в организме основных пищевых веществ. Качественная характеристика рациона исходит из содержания в нем отдельных пищевых веществ (белков, жиров, углеводов, витаминов, минеральных веществ) и их соотношений. Только при количественной достаточности и благоприятных соотношениях пищевых веществ обеспечиваются наиболее полное проявление их биологических свойств и максимальное использование, а также оптимальное течение обменных процессов.

Качественный анализ необходим для обоснования выбора метода количественного анализа или способа разделения смеси веществ.

Предмет качественного анализа – развитие теоретических основ применяемых методов и разработка новых более совершенных методов определения элементного состава веществ.

Качественный анализ можно проводить химическими, физическими и физико-химическими методами.

При исследовании смесей веществ применяют дробный или систематический метод анализа.

Дробный метод проводится с отдельными порциями раствора в присутствии всех компонентов пробы, при этом к данной порции добавляют реагенты, вызывающие аналитический эффект с определяемым ионом.

Систематический метод анализа проводится с помощью групповых реагентов, позволяющих отделять целые группы веществ с последующим определением после разделения исследуемых ионов.

Существенное значение имеет навеска анализируемой пробы. В зависимости от количества исследуемого вещества, объема раствора и техники выполнения операций аналитические методы подразделяют на макро-, микро-, полумикро- и ультрамикро- методы.

При макро- и полумикроанализе реакции проводят в обычных пробирках, микроанализ выполняется микрокристаллоскопически или капельным методом. Ультрамикро-, субмикроанализ применяются при радио или изтопном исследовании.

Основные требования к методам химического анализа – это точность, чувствительностъ, специфичность, избирательность, экономичность.

Точность анализа характеризуется воспроизводимостью. Часто для проверки точности анализа применяют стандартные образцы.

Специфичные реакции предназначены для обнаружения вещества в присутствии специфических реагентов. Например, специфичной реакцией является реакция крахмала с иодом, при этом раствор окрашивается в синий цвет.

Избирательные или селективные реакции дают сходный внешний эффект с несколькими .Например, ион хлора образует белые осадки с ионами серебра, ртути, свинца.

Чувствительность аналитических реакций определяется предельной возможностью обнаружения иона или вещества. Предельная возможность обнаружения или предел обнаружения – это есть наименьшее количество вещества (n), масса (m) или массовая доля вещества, которое определяется с вероятностью, равной единице. Различают предел обнаружения по содержанию вещества (при анализе твердых проб) и предел обнаружения по концентрации вещества в растворе (концентрационный предел обнаружения).

Чаще всего предел обнаружения выражается в мкг (1 мкг = 1 ∙ 10 -6 г) и обозначается m_min. Концентрационный предел обнаружения представляет собой наименьшую концентрацию С_min (выражается в г/мл), при которой можно обнаружить определяемый ион с помощью той или другой реакцией. Для растворов также применяют понятие – открываемый минимум. Это наименьшая масса (в мкг) определяемого компонента (иона), содержащегося в 1 мл раствора, которое может быть обнаружено достаточно достоверно и выражается уравнением:

где m – открываемый минимум, V – объем пробы.

Кроме того, во многих случаях используется для жидких проб и другая характеристика - предельное разбавление(w), которое выражается отношением веса обнаруживаемого в растворе вещества(иона) к весу растворителя.

Например, открываемый минимум для иона Cu 2+ реакцией с раствором аммиака составляет 0,2 мкг, а предельное разбавление равно 1:250000, т.е. меди в растворе должно быть не менее 1 г в 250000 см 3 раствора, чтобы ее обнаружить. Связь между открываемым минимумом и предельным разбавлением определяется соотношением:

где V – объем раствора в мл,

Читайте также: