I medici utilizzano metodi di analisi chimica. Domanda: In che modo criminologi, archeologi, medici e storici dell'arte utilizzano i metodi di analisi chimica nel loro lavoro? Meccanismi di separazione cromatografica

Metodi di analisi fisico-chimici o strumentali

I metodi di analisi fisico-chimici o strumentali si basano sulla misurazione, mediante strumenti (strumenti), dei parametri fisici del sistema analizzato, che insorgono o cambiano durante l'esecuzione della reazione analitica.

Il rapido sviluppo dei metodi di analisi fisico-chimici è stato causato dal fatto che i metodi classici di analisi chimica (gravimetria, titrimetria) non potevano più soddisfare le numerose esigenze dell'industria chimica, farmaceutica, metallurgica, dei semiconduttori, nucleare e altre, che richiedevano di aumentare la sensibilità dei metodi al 10-8 - 10-9%, la loro selettività e velocità, che consentirebbero di controllare i processi tecnologici sulla base dei dati di analisi chimica, nonché di eseguirli automaticamente e in remoto.

Numerosi metodi di analisi fisico-chimici moderni consentono di eseguire contemporaneamente analisi sia qualitative che quantitative dei componenti dello stesso campione. L'accuratezza dell'analisi dei moderni metodi fisico-chimici è paragonabile all'accuratezza dei metodi classici e in alcuni, ad esempio nella coulometria, è significativamente più elevata.

Gli svantaggi di alcuni metodi fisico-chimici includono l'alto costo degli strumenti utilizzati e la necessità di utilizzare standard. Pertanto, i metodi di analisi classici non hanno ancora perso la loro importanza e vengono utilizzati laddove non vi sono restrizioni sulla velocità di analisi ed è richiesta un'elevata precisione con un elevato contenuto del componente analizzato.

Classificazione dei metodi di analisi fisico-chimici

La classificazione dei metodi di analisi fisico-chimici si basa sulla natura del parametro fisico misurato del sistema analizzato, il cui valore è funzione della quantità di sostanza. In conformità con ciò, tutti i metodi fisico-chimici sono divisi in tre grandi gruppi:

Elettrochimico;

Ottico e spettrale;

Cromatografico.

I metodi di analisi elettrochimica si basano sulla misurazione di parametri elettrici: corrente, tensione, potenziali degli elettrodi di equilibrio, conduttività elettrica, quantità di elettricità, i cui valori sono proporzionali al contenuto della sostanza nell'oggetto analizzato.

I metodi di analisi ottici e spettrali si basano sulla misurazione di parametri che caratterizzano gli effetti dell'interazione della radiazione elettromagnetica con le sostanze: l'intensità della radiazione degli atomi eccitati, l'assorbimento della radiazione monocromatica, l'indice di rifrazione della luce, l'angolo di rotazione del piano di un raggio di luce polarizzato, ecc.

Tutti questi parametri sono funzione della concentrazione della sostanza nell'oggetto analizzato.

I metodi cromatografici sono metodi per separare miscele multicomponenti omogenee in singoli componenti mediante metodi di assorbimento in condizioni dinamiche. In queste condizioni, i componenti sono distribuiti tra due fasi immiscibili: mobile e stazionaria. La distribuzione dei componenti si basa sulla differenza nei loro coefficienti di distribuzione tra le fasi mobile e stazionaria, che porta a diverse velocità di trasferimento di questi componenti dalla fase stazionaria a quella mobile. Dopo la separazione, il contenuto quantitativo di ciascun componente può essere determinato mediante vari metodi di analisi: classici o strumentali.

Analisi spettrale di assorbimento molecolare

L'analisi spettrale di assorbimento molecolare comprende tipi di analisi spettrofotometrica e fotocolorimetrica.

L'analisi spettrofotometrica si basa sulla determinazione dello spettro di assorbimento o sulla misurazione dell'assorbimento della luce ad una lunghezza d'onda rigorosamente definita, che corrisponde al massimo della curva di assorbimento della sostanza in esame.

L'analisi fotocolorimetrica si basa sul confronto dell'intensità del colore della soluzione colorata studiata e di una soluzione colorata standard di una certa concentrazione.

Le molecole di una sostanza hanno una certa energia interna E, i cui componenti sono:

L'energia del movimento degli elettroni Anguilla situata nel campo elettrostatico dei nuclei atomici;

L'energia di vibrazione dei nuclei atomici l'uno rispetto all'altro E conta;

Energia di rotazione di una molecola E vr

ed è espresso matematicamente come la somma di tutte le energie sopra indicate:

Inoltre, se una molecola di una sostanza assorbe la radiazione, la sua energia iniziale E 0 aumenta della quantità di energia del fotone assorbito, cioè:

Dall'uguaglianza di cui sopra ne consegue che quanto più corta è la lunghezza d'onda λ, tanto maggiore è la frequenza di vibrazione e, quindi, maggiore E, cioè l'energia impartita alla molecola di una sostanza quando interagisce con la radiazione elettromagnetica. Pertanto, la natura dell'interazione dell'energia della radiazione con la materia sarà diversa a seconda della lunghezza d'onda della luce λ.

L'insieme di tutte le frequenze (lunghezze d'onda) della radiazione elettromagnetica è chiamato spettro elettromagnetico. L'intervallo di lunghezze d'onda è diviso in regioni: ultravioletto (UV) circa 10-380 nm, visibile 380-750 nm, infrarosso (IR) 750-100000 nm.

L'energia impartita alla molecola di una sostanza dalle radiazioni provenienti dalle parti UV e visibili dello spettro è sufficiente a provocare un cambiamento nello stato elettronico della molecola.

L'energia dei raggi IR è inferiore, quindi è sufficiente solo a provocare un cambiamento nell'energia delle transizioni vibrazionali e rotazionali nella molecola di una sostanza. Pertanto, in diverse parti dello spettro si possono ottenere informazioni diverse sullo stato, le proprietà e la struttura delle sostanze.

Leggi dell'assorbimento della radiazione

I metodi di analisi spettrofotometrici si basano su due leggi fondamentali. La prima di queste è la legge di Bouguer-Lambert, la seconda legge è la legge di Beer. La legge combinata Bouguer-Lambert-Beer ha la seguente formulazione:

L'assorbimento della luce monocromatica da parte di una soluzione colorata è direttamente proporzionale alla concentrazione della sostanza che assorbe la luce e allo spessore dello strato di soluzione attraverso il quale passa.

La legge di Bouguer-Lambert-Beer è la legge fondamentale dell'assorbimento della luce ed è alla base della maggior parte dei metodi di analisi fotometrici. Matematicamente è espresso dall’equazione:

Misurare lgIO / IO 0 è chiamata densità ottica della sostanza assorbente ed è indicata dalle lettere D o A. Quindi la legge può essere scritta come segue:

Il rapporto tra l'intensità del flusso di radiazione monocromatica che passa attraverso l'oggetto in prova e l'intensità del flusso di radiazione iniziale è chiamato trasparenza, o trasmittanza, della soluzione ed è indicato con la lettera T: T = IO / IO 0

Questo rapporto può essere espresso in percentuale. Il valore T, che caratterizza la trasmissione di uno strato spesso 1 cm, è chiamato trasmittanza. La densità ottica D e la trasmittanza T sono legate tra loro dalla relazione

D e T sono le principali quantità che caratterizzano l'assorbimento di una soluzione di una determinata sostanza con una certa concentrazione ad una certa lunghezza d'onda e spessore dello strato assorbente.

La dipendenza D(C) è lineare e T(C) o T(l) è esponenziale. Ciò è rigorosamente osservato solo per i flussi di radiazione monocromatici.

Il valore del coefficiente di estinzione K dipende dal metodo di espressione della concentrazione della sostanza nella soluzione e dallo spessore dello strato assorbente. Se la concentrazione è espressa in moli per litro e lo spessore dello strato è in centimetri, allora si chiama coefficiente di estinzione molare, indicato con il simbolo ε, ed è uguale alla densità ottica di una soluzione con una concentrazione di 1 mol/L posto in una cuvetta con uno spessore di strato di 1 cm.

Il valore del coefficiente molare di assorbimento della luce dipende da:

Dalla natura del soluto;

Lunghezze d'onda della luce monocromatica;

Temperature;

Natura del solvente.

Motivi del mancato rispetto della legge Bouguer-Lambert-Beer.

1. La legge è stata derivata ed è valida solo per la luce monocromatica, pertanto una monocromatazione insufficiente può causare una deviazione dalla legge e, in misura maggiore, quanto meno monocromatica è la luce.

2. Nelle soluzioni possono verificarsi vari processi che modificano la concentrazione della sostanza assorbente o la sua natura: idrolisi, ionizzazione, idratazione, associazione, polimerizzazione, complessazione, ecc.

3. L'assorbimento della luce delle soluzioni dipende in modo significativo dal pH della soluzione. Quando il pH della soluzione cambia, può cambiare quanto segue:

Il grado di ionizzazione di un elettrolita debole;

La forma di esistenza degli ioni, che porta a un cambiamento nell'assorbimento della luce;

Composizione dei composti complessi colorati risultanti.

Pertanto, la legge è valida per soluzioni altamente diluite e la sua portata è limitata.

Colorimetria visiva

L'intensità del colore delle soluzioni può essere misurata con vari metodi. Tra questi ci sono metodi colorimetrici soggettivi (visivi) e oggettivi, cioè fotocolorimetrici.

I metodi visivi sono quelli in cui la valutazione dell'intensità del colore della soluzione in esame viene effettuata ad occhio nudo. Nei metodi oggettivi di determinazione colorimetrica, vengono utilizzate fotocellule invece dell'osservazione diretta per misurare l'intensità del colore della soluzione di prova. La determinazione in questo caso viene effettuata in dispositivi speciali: fotocolorimetri, motivo per cui il metodo è chiamato fotocolorimetrico.

Colori visibili:

I metodi visivi includono:

- metodo delle serie standard;

- metodo di titolazione colorimetrica, o duplicazione;

- metodo di equalizzazione.

Metodo delle serie standard. Quando si esegue l'analisi utilizzando il metodo delle serie standard, l'intensità del colore della soluzione colorata analizzata viene confrontata con i colori di una serie di soluzioni standard appositamente preparate (con lo stesso spessore dello strato).

Metodo di titolazione colorimetrica (duplicazione). si basa sul confronto del colore della soluzione analizzata con il colore di un'altra soluzione, il controllo. La soluzione di controllo contiene tutti i componenti della soluzione in esame, ad eccezione della sostanza da determinare, e tutti i reagenti utilizzati nella preparazione del campione. Ad essa viene aggiunta una soluzione standard della sostanza da determinare da una buretta. Quando viene aggiunta una quantità di questa soluzione tale che le intensità di colore delle soluzioni di controllo e di quelle analizzate sono uguali, si considera che la soluzione analizzata contiene la stessa quantità di analita introdotta nella soluzione di controllo.

Metodo di regolazione differisce dai metodi colorimetrici visivi sopra descritti, in cui la somiglianza dei colori delle soluzioni standard e di prova si ottiene modificando la loro concentrazione. Nel metodo di equalizzazione, la somiglianza dei colori si ottiene modificando lo spessore degli strati di soluzioni colorate. A tale scopo, quando si determina la concentrazione delle sostanze, vengono utilizzati colorimetri a drenaggio e ad immersione.

Vantaggi dei metodi visivi di analisi colorimetrica:

La tecnica di determinazione è semplice, non sono necessarie attrezzature complesse e costose;

L'occhio dell'osservatore può valutare non solo l'intensità, ma anche le sfumature di colore delle soluzioni.

Screpolatura:

È necessario preparare una soluzione standard o una serie di soluzioni standard;

È impossibile confrontare l'intensità del colore di una soluzione in presenza di altre sostanze colorate;

Quando si confronta a lungo l'intensità del colore degli occhi di una persona, la persona si stanca e l'errore di determinazione aumenta;

L'occhio umano non è sensibile ai piccoli cambiamenti nella densità ottica come i dispositivi fotovoltaici, rendendo impossibile rilevare differenze di concentrazione fino a circa il 5% relativo.

Metodi fotoelettrocolorimetrici

La fotoelettrocolorimetria viene utilizzata per misurare l'assorbimento della luce o la trasmittanza delle soluzioni colorate. Gli strumenti utilizzati a questo scopo sono chiamati colorimetri fotoelettrici (PEC).

I metodi fotoelettrici per misurare l'intensità del colore prevedono l'uso di fotocellule. A differenza dei dispositivi in cui i confronti dei colori vengono effettuati visivamente, nei fotoelettrocolorimetri il ricevitore dell'energia luminosa è un dispositivo: una fotocellula. Questo dispositivo converte l'energia luminosa in energia elettrica. Le fotocellule consentono determinazioni colorimetriche non solo nel visibile, ma anche nelle regioni UV e IR dello spettro. La misurazione dei flussi luminosi mediante fotometri fotoelettrici è più accurata e non dipende dalle caratteristiche dell'occhio dell'osservatore. L'utilizzo di fotocellule consente di automatizzare la determinazione della concentrazione di sostanze nel controllo chimico dei processi tecnologici. Di conseguenza, la colorimetria fotoelettrica è molto più utilizzata nella pratica di laboratorio di fabbrica rispetto alla colorimetria visiva.

Nella fig. La Figura 1 mostra la consueta disposizione dei nodi negli strumenti per misurare la trasmissione o l'assorbimento di soluzioni.

Fig. 1 Componenti principali dei dispositivi per la misurazione dell'assorbimento delle radiazioni: 1 - sorgente di radiazioni; 2 - monocromatore; 3 - cuvette per soluzioni; 4 - convertitore; 5 - indicatore di segnale.

I fotocolorimetri, a seconda del numero di fotocellule utilizzate nelle misurazioni, sono divisi in due gruppi: a raggio singolo (braccio singolo) - dispositivi con una fotocellula e a doppio raggio (braccio doppio) - con due fotocellule.

La precisione di misurazione ottenuta con i FEC a raggio singolo è bassa. Nelle fabbriche e nei laboratori scientifici sono più diffusi gli impianti fotovoltaici dotati di due fotocellule. Il design di questi dispositivi si basa sul principio di equalizzazione dell'intensità di due raggi luminosi utilizzando un diaframma a fessura variabile, ovvero il principio della compensazione ottica di due flussi luminosi modificando l'apertura della pupilla del diaframma.

Lo schema schematico del dispositivo è mostrato in Fig. 2. La luce della lampada a incandescenza 1 è divisa in due fasci paralleli utilizzando gli specchi 2. Questi fasci luminosi attraversano i filtri luminosi 3, le cuvette con le soluzioni 4 e cadono sulle fotocellule 6 e 6", che sono collegate al galvanometro 8 secondo un circuito differenziale. Il diaframma a fessura 5 varia l'intensità del flusso luminoso incidente sulla fotocellula 6. La zeppa neutra fotometrica 7 serve ad attenuare il flusso luminoso incidente su una fotocellula da 6".

Fig.2. Schema di un fotoelettrocolorimetro a due raggi

Determinazione della concentrazione in fotoelettrocolorimetria

Per determinare la concentrazione di analiti nella fotoelettrocolorimetria, viene utilizzato quanto segue:

Un metodo per confrontare le densità ottiche delle soluzioni colorate standard e di prova;

Metodo di determinazione basato sul valore medio del coefficiente molare di assorbimento della luce;

Metodo della curva di calibrazione;

Metodo additivo.

Metodo per confrontare le densità ottiche delle soluzioni colorate standard e di prova

Per la determinazione, preparare una soluzione standard dell'analita a concentrazione nota, che si avvicini alla concentrazione della soluzione di prova. Determina la densità ottica di questa soluzione a una determinata lunghezza d'onda D piano Quindi viene determinata la densità ottica della soluzione di prova Dx alla stessa lunghezza d'onda e allo stesso spessore dello strato. Confrontando le densità ottiche delle soluzioni di prova e di riferimento, si trova la concentrazione sconosciuta dell'analita.

Il metodo di confronto è applicabile per singole analisi e richiede il rispetto obbligatorio della legge fondamentale sull'assorbimento della luce.

Metodo del grafico di calibrazione. Per determinare la concentrazione di una sostanza utilizzando questo metodo, preparare una serie di 5-8 soluzioni standard di concentrazioni variabili. Quando si sceglie l'intervallo di concentrazione delle soluzioni standard, vengono utilizzati i seguenti principi:

* deve coprire l'area di possibili misurazioni della concentrazione della soluzione in studio;

* la densità ottica della soluzione di prova dovrebbe corrispondere approssimativamente alla metà della curva di calibrazione;

* è auspicabile che in questo intervallo di concentrazione si osservi la legge fondamentale dell'assorbimento della luce, ovvero il grafico di dipendenza è lineare;

* il valore della densità ottica deve essere compreso nel range 0,14... 1,3.

Misurare la densità ottica delle soluzioni standard e tracciare la dipendenza D(C) . Avendo determinato Dx della soluzione in studio, secondo la curva di calibrazione che trovano Cx (Fig. 3).

Questo metodo consente di determinare la concentrazione di una sostanza anche nei casi in cui non viene rispettata la legge fondamentale dell'assorbimento della luce. In questo caso, viene preparato un gran numero di soluzioni standard, che differiscono in concentrazione non più del 10%.

Riso. 3. Dipendenza della densità ottica della soluzione dalla concentrazione (curva di calibrazione)

Metodo additivo- si tratta di un tipo di metodo di confronto basato sul confronto della densità ottica della soluzione in esame e della stessa soluzione addizionata di una quantità nota della sostanza da determinare.

Viene utilizzato per eliminare l'influenza interferente di impurità estranee e per determinare piccole quantità di analita in presenza di grandi quantità di sostanze estranee. Il metodo richiede il rispetto obbligatorio della legge fondamentale sull'assorbimento della luce.

Spettrofotometria

Si tratta di un metodo di analisi fotometrica in cui il contenuto di una sostanza è determinato dal suo assorbimento di luce monocromatica nelle regioni visibile, UV e IR dello spettro. Nella spettrofotometria, a differenza della fotometria, la monocromatazione non è fornita da filtri luminosi, ma da monocromatori, che consentono di modificare continuamente la lunghezza d'onda. Come monocromatori vengono utilizzati prismi o reticoli di diffrazione, che forniscono una monocromaticità della luce significativamente più elevata rispetto ai filtri luminosi, quindi la precisione delle determinazioni spettrofotometriche è maggiore.

I metodi spettrofotometrici, rispetto ai metodi fotocolorimetrici, consentono di risolvere una gamma più ampia di problemi:

* effettuare la determinazione quantitativa delle sostanze in un'ampia gamma di lunghezze d'onda (185-1100 nm);

* effettuare analisi quantitative di sistemi multicomponente (determinazione simultanea di più sostanze);

* determinare la composizione e le costanti di stabilità dei composti complessi che assorbono la luce;

*determinare le caratteristiche fotometriche dei composti fotoassorbenti.

A differenza dei fotometri, il monocromatore negli spettrofotometri è un prisma o reticolo di diffrazione, che consente di modificare continuamente la lunghezza d'onda. Esistono strumenti per misurazioni nelle regioni visibili, UV e IR dello spettro. Il diagramma schematico dello spettrofotometro è praticamente indipendente dalla regione spettrale.

Gli spettrofotometri, come i fotometri, sono disponibili nei tipi a raggio singolo e doppio. Negli apparecchi a doppio raggio, il flusso luminoso è in qualche modo biforcato o all'interno del monocromatore o all'uscita da esso: un flusso passa quindi attraverso la soluzione in esame, l'altro attraverso il solvente.

Gli strumenti a raggio singolo sono particolarmente utili per determinazioni quantitative basate su misurazioni di assorbanza a una singola lunghezza d'onda. In questo caso, la semplicità del dispositivo e la facilità d'uso rappresentano un vantaggio significativo. La maggiore velocità e facilità di misurazione quando si lavora con strumenti a doppio raggio sono utili nell'analisi qualitativa, quando la densità ottica deve essere misurata su un ampio intervallo di lunghezze d'onda per ottenere uno spettro. Inoltre, un dispositivo a due raggi può essere facilmente adattato per la registrazione automatica di densità ottiche in continuo cambiamento: tutti i moderni spettrofotometri di registrazione utilizzano a questo scopo un sistema a due raggi.

Sia gli strumenti a raggio singolo che quelli a doppio raggio sono adatti per misurazioni visibili e UV. Gli spettrofotometri IR prodotti in commercio sono sempre basati su un design a doppio raggio, poiché vengono solitamente utilizzati per scansionare e registrare un'ampia regione dello spettro.

L'analisi quantitativa dei sistemi monocomponente viene eseguita utilizzando gli stessi metodi della fotoelettrocolorimetria:

Confrontando le densità ottiche delle soluzioni standard e di prova;

Metodo di determinazione basato sul valore medio del coefficiente molare di assorbimento della luce;

Utilizzando il metodo del grafico di calibrazione,

e non ha caratteristiche distintive.

Spettrofotometria nell'analisi qualitativa

Analisi qualitativa nella parte ultravioletta dello spettro. Gli spettri di assorbimento ultravioletto hanno solitamente due o tre, a volte cinque o più bande di assorbimento. Per identificare in modo univoco la sostanza oggetto di studio, viene registrato il suo spettro di assorbimento in vari solventi e i dati ottenuti vengono confrontati con i corrispondenti spettri di sostanze simili di composizione nota. Se gli spettri di assorbimento della sostanza in esame in diversi solventi coincidono con lo spettro della sostanza nota, allora è possibile con un alto grado di probabilità trarre una conclusione sull'identità della composizione chimica di questi composti. Per identificare una sostanza sconosciuta tramite il suo spettro di assorbimento, è necessario disporre di un numero sufficiente di spettri di assorbimento di sostanze organiche e inorganiche. Esistono atlanti che mostrano gli spettri di assorbimento di molte sostanze, soprattutto organiche. Gli spettri ultravioletti degli idrocarburi aromatici sono stati particolarmente ben studiati.

Quando si identificano composti sconosciuti, è necessario prestare attenzione anche all'intensità dell'assorbimento. Molti composti organici hanno bande di assorbimento i cui massimi si trovano alla stessa lunghezza d'onda λ, ma le loro intensità sono diverse. Ad esempio, nello spettro del fenolo esiste una banda di assorbimento a λ = 255 nm, per la quale il coefficiente di assorbimento molare al massimo di assorbimento è εmax= 1450. Alla stessa lunghezza d'onda l'acetone ha una banda per la quale εmax = 17.

Analisi qualitativa nella parte visibile dello spettro. L'identificazione di una sostanza colorata, come un colorante, può essere effettuata anche confrontando il suo spettro di assorbimento visibile con quello di un colorante simile. Gli spettri di assorbimento della maggior parte dei coloranti sono descritti in atlanti e manuali speciali. Dallo spettro di assorbimento di un colorante si può trarre una conclusione sulla purezza del colorante, perché nello spettro delle impurità ci sono alcune bande di assorbimento che sono assenti nello spettro del colorante. Dallo spettro di assorbimento di una miscela di coloranti si può anche trarre una conclusione sulla composizione della miscela, soprattutto se gli spettri dei componenti della miscela contengono bande di assorbimento situate in diverse regioni dello spettro.

Analisi qualitativa nella regione infrarossa dello spettro

L'assorbimento della radiazione IR è associato ad un aumento delle energie vibrazionali e rotazionali del legame covalente se porta ad una variazione del momento dipolare della molecola. Ciò significa che quasi tutte le molecole con legami covalenti sono, in un modo o nell'altro, capaci di assorbimento nella regione IR.

Gli spettri infrarossi dei composti covalenti poliatomici sono solitamente molto complessi: sono costituiti da molte bande di assorbimento strette e sono molto diversi dagli spettri UV e visibili convenzionali. Le differenze derivano dalla natura dell'interazione tra le molecole assorbenti e il loro ambiente. Questa interazione (in fasi condensate) influenza le transizioni elettroniche nel cromoforo, quindi le linee di assorbimento si allargano e tendono a fondersi in ampie bande di assorbimento. Nello spettro IR, al contrario, la frequenza e il coefficiente di assorbimento corrispondenti a un singolo legame solitamente cambiano poco con i cambiamenti nell'ambiente (compresi i cambiamenti nelle restanti parti della molecola). Anche le linee si espandono, ma non abbastanza da fondersi in una striscia.

In genere, quando si costruiscono spettri IR, la trasmittanza viene tracciata sull'asse y come percentuale anziché come densità ottica. Con questo metodo di costruzione, le bande di assorbimento appaiono come depressioni nella curva e non come massimi negli spettri UV.

La formazione degli spettri infrarossi è associata all'energia vibrazionale delle molecole. Le vibrazioni possono essere dirette lungo il legame di valenza tra gli atomi della molecola, nel qual caso vengono chiamate valenza. Esistono vibrazioni di stretching simmetriche, in cui gli atomi vibrano nelle stesse direzioni, e vibrazioni di stretching asimmetriche, in cui gli atomi vibrano in direzioni opposte. Se le vibrazioni atomiche si verificano con un cambiamento nell'angolo tra i legami, vengono chiamate deformazione. Questa divisione è molto arbitraria, perché durante le vibrazioni di allungamento gli angoli si deformano in un modo o nell'altro e viceversa. L'energia delle vibrazioni flettenti è solitamente inferiore all'energia delle vibrazioni stiranti e le bande di assorbimento causate dalle vibrazioni flettenti si trovano nella regione delle onde più lunghe.

Le vibrazioni di tutti gli atomi di una molecola provocano bande di assorbimento individuali per le molecole di una determinata sostanza. Ma tra queste vibrazioni si possono distinguere le vibrazioni di gruppi di atomi, che sono debolmente accoppiate con le vibrazioni degli atomi del resto della molecola. Le bande di assorbimento causate da tali vibrazioni sono chiamate bande caratteristiche. Si osservano, di regola, negli spettri di tutte le molecole che contengono questi gruppi di atomi. Un esempio di bande caratteristiche sono le bande a 2960 e 2870 cm -1. La prima banda è dovuta alle vibrazioni di stiramento asimmetrico del legame C-H del gruppo metilico CH 3, e la seconda è dovuta alle vibrazioni di stiramento simmetrico del legame C-H dello stesso gruppo. Tali bande con una leggera deviazione (±10 cm -1) si osservano negli spettri di tutti gli idrocarburi saturi e, in generale, nello spettro di tutte le molecole che contengono gruppi CH 3.

Altri gruppi funzionali possono influenzare la posizione della banda caratteristica e la differenza di frequenza può arrivare fino a ±100 cm -1, ma tali casi sono pochi e possono essere presi in considerazione sulla base dei dati della letteratura.

Laboratorio di chimica Scopo: studio della natura chimica del campione analizzato Scopo: studio della natura chimica del campione analizzato Analisi qualitativa Analisi quantitativa Una serie di metodi sperimentali che consentono di determinare nel campione analizzato il contenuto quantitativo dei singoli componenti, espresso sotto forma di limiti di confidenza o numeri che indicano l'errore Un insieme di metodi sperimentali che consentono di determinare il contenuto quantitativo dei singoli componenti nel campione analizzato, espresso sotto forma di limiti di intervallo di confidenza o numeri che indicano l'errore

Preparazione del campione Motivi: Il campione è una miscela di sostanze che non possono essere determinate insieme. Il campione è una miscela di sostanze che non possono essere determinate insieme. Il contenuto di analita è inferiore al limite di rilevamento del metodo. Il contenuto di analita è inferiore al limite di rilevamento del metodo Azioni richieste: Separazione Concentrazione

Preparazione del campione Metodi di preparazione: Precipitazione Isolamento della fase solida di un precipitato scarsamente solubile da una soluzione Isolamento di una fase solida di un precipitato scarsamente solubile da una soluzione Estrazione Estrazione di una sostanza da una fase acquosa con un solvente organico immiscibile Estrazione di una sostanza da una fase acquosa con un solvente organico immiscibile Adsorbimento Concentrazione di una sostanza all'interfaccia Concentrazione di una sostanza all'interfaccia Elettromigrazione Separazione di ioni in una soluzione basata su diversa mobilità ionica Separazione di ioni in una soluzione basata su diversa mobilità ionica

Elaborazione dei dati ricevuti Metodi: Utilizzo di formule già pronte Derivazione della formula dalle leggi fondamentali Metodo del grafico di calibrazione L'uso delle formule richiede il pieno rispetto delle condizioni sperimentali per le quali sono state sviluppate! L'uso delle formule richiede il pieno rispetto delle condizioni sperimentali per le quali sono state sviluppate!

Elaborazione dei dati ottenuti Metodo del grafico di calibrazione 1. Preparare diversi (3-5) campioni con un contenuto precedentemente noto della sostanza desiderata. I limiti dell'intervallo delle concentrazioni preparate devono includere chiaramente i valori attesi 2. Analizzare i campioni standard utilizzando il metodo scelto. 3. Tracciare i risultati dell'analisi su un grafico che riflette la dipendenza dell'entità del segnale analitico dalla concentrazione dell'analita (salvarlo nella memoria del computer). 4. Condurre un'analisi di un campione sconosciuto, osservando pienamente le condizioni sperimentali. 5. Determinare graficamente o utilizzando l'elaborazione informatica dei risultati la concentrazione della sostanza nel campione.

Elaborazione dei dati ottenuti Metodo grafico di calibrazione C(m) X o o o o Cx Cx È necessario essere sicuri che il rapporto tra la concentrazione e il valore del segnale analitico sia lineare È necessario essere sicuri che il rapporto tra la concentrazione e il valore del segnale analitico è rettilineo.

Registrazione dei risultati Presentazione del risultato Un insieme di tecniche sperimentali che consente di determinare il contenuto quantitativo dei singoli componenti nel campione analizzato, espresso sotto forma di limiti di confidenza o numeri che indicano l'errore Un insieme di tecniche sperimentali che consente di determinare il contenuto quantitativo dei singoli componenti nel campione analizzato, espresso sotto forma di intervallo dei limiti di confidenza o numero che indica l'errore Esempi di corretta presentazione del risultato: m farmaci per 100 ml di soluzione = 350 mg m farmaci per 100 ml di soluzione = mg 20 intervallo di confidenza dell'errore mg

Analisi diretta Caratteristiche principali dei metodi analitici: Sensibilità La concentrazione di una sostanza che può essere determinata su un'apparecchiatura di serie con un errore standard per un determinato metodo La concentrazione di una sostanza che può essere determinata su un'apparecchiatura di serie con un errore standard per un determinato metodo Rilevazione limite Limite di rilevazione Concentrazione minima di una sostanza che può essere rilevata qualitativamente con un determinato metodo Concentrazione minima di una sostanza che può essere rilevata qualitativamente con un determinato metodo Riproducibilità Ripetibilità dei risultati di più esperimenti eseguiti nelle stesse condizioni per lo stesso campione Ripetibilità dei risultati di diversi esperimenti eseguiti nelle stesse condizioni per lo stesso campione Accuratezza Percentuale di errori di determinazione con questo metodo e relativo errore sistematico Percentuale di errori di determinazione con questo metodo e relativo errore sistematico

CLASSIFICAZIONE DEI METODI DI ANALISI CHIMICA Chimico Fisico-chimico Fisico Ibrido Implica l'uso di reazioni chimiche e la determinazione visiva del risultato Basato sulla misurazione con l'ausilio di strumenti delle proprietà fisiche di una sostanza, a seconda della sua composizione quantitativa Basato sulla misurazione delle proprietà fisiche che compaiono o cambiano durante una reazione chimica Metodi in cui i metodi di separazione e determinazione sono combinati, o due o più metodi di determinazione

CLASSIFICAZIONE DEI METODI DI ANALISI CHIMICA Metodi chimici Gravimetria Titrimetria Basato sulla misurazione della massa dell'analita isolato dal campione analizzato Basato sulla misurazione della massa dell'analita isolato dal campione analizzato Basato sull'aggiunta graduale di una soluzione reagente di concentrazione nota al volume misurato dell'analita con osservazione simultanea dei cambiamenti nella soluzione Basato sull'aggiunta graduale di una soluzione reagente di concentrazione nota al volume misurato della sostanza analizzata con osservazione simultanea dei cambiamenti nella soluzione Vantaggi: Svantaggi: - alta precisione - durata - soglie di rilevamento basse

GRAVIMETRIA Metodo di precipitazione La sostanza viene precipitata sotto forma di composto poco solubile, filtrata, essiccata e pesata. Esempio Determinazione degli ioni Ag+ utilizzando ioduri Metodo di distillazione La sostanza viene evaporata, catturata con un altro reagente e la quantità della sostanza viene determinata dalla variazione della massa del reagente. Esempio Per determinare l'umidità, un oggetto viene riscaldato, il vapore viene assorbito con una quantità nota di CaCl 2 anidro e viene pesato. Metodi elettrolitici Deposizione dell'analita sulla superficie dell'elettrodo Deposizione dell'analita sulla superficie dell'elettrodo Esempio Isolamento di ioni rame da una soluzione acida sotto forma di metallo sulla superficie di un elettrodo di rame.

Reazione di neutralizzazione Esempio: Il punto di equivalenza è il momento in cui le sostanze reagiscono in quantità equivalenti. Il volume di titolante speso per raggiungere il punto equivalente è chiamato volume equivalente. Il raggiungimento del punto equivalente viene registrato utilizzando un indicatore

Schemi generali I punti equivalenti e neutri non sempre coincidono. Il punto equivalente e la zona di salto della titolazione possono trovarsi sia nella regione alcalina che in quella acida. Per rilevare un punto equivalente è adatto solo l'indicatore il cui intervallo di variazioni di colore si trova nella zona di salto della titolazione.

Concetti base dell'analisi volumetrica 1. EQUIVALENTE HnXHnXB(OH) m Me n m+ X m n- MA! Se una sostanza partecipa a una reazione redox, una particella reale o fittizia che può attaccare o rilasciare uno ione idrogeno in una reazione di neutralizzazione

Concetti di base dell'analisi volumetrica Mostra quale frazione di una particella reale di una sostanza è equivalente a uno ione idrogeno (un elettrone) in una data reazione. HnXHnX B(OH) m Z = n Z = m Reciproco del numero equivalente z della sostanza. Fattore di equivalenza – f eq H 2 SO 4 + 2NaOH Na 2 SO 4 + 2H 2 O f eq (H 2 SO 4) = ½ H 2 SO 4 + NaOH NaHSO 4 + H 2 O Esempio: f eq (H 2 SO 4 ) = 1 Ma:

2. MASSA EQUIVALENTE Massa molare dell'equivalente (M 1/z) – massa di una mole di sostanza equivalente (g), g/mol Concetti di base dell'analisi volumetrica H 2 SO 4 + 2NaOH Na 2 SO 4 + 2H 2 O f eq (H 2 SO 4) = ½ Esempio: H 2 SO 4 + NaOH NaHSO 4 + H 2 O f eq (H 2 SO 4) = 1 Ma: M 1/z (H 2 SO 4) = M f eq = 98 ½ = 49 g/mol M 1/z (H 2 SO 4) = M f eq = 98 1 = 98 g/mol

CONCENTRAZIONE NORMALE (normalità, concentrazione molare equivalente) Indica il numero di moli di equivalenti di una sostanza in un litro di soluzione N = C m, se M 1/z = M Poiché M 1/z M, allora N C m Concetti base di volumetria analisi Denominazioni: C n, N, C 1/z 4. TITOLO T soluzione = N soluzione. M 1/z Dimensioni: g/l, mg/ml. Mostra quanti milligrammi di una sostanza sono contenuti in un millilitro di soluzione

Quando si titola al punto equivalente, il numero di equivalenti di una sostanza è uguale al numero di equivalenti di un'altra: 1/z (A) = 1/z (B) o C 1/z (A) V(A) = C 1/z (B) V(B ) Oppure, come hanno scritto prima: N 1. V 1 = N 2. V 2 LEGGE DEGLI EQUIVALENTI m v-va = N r-ra. M1/z. V soluzione Calcolo della massa di una sostanza in soluzione: Da qui: C 1/z (A) = C 1/z (B) V(B) V(A) N 1 = N2V2N2V2 V1V1

TITRIMETRIA Titolazione diretta Aggiunta diretta di un reagente standard alla soluzione analizzata Aggiunta diretta di un reagente standard alla soluzione analizzata Esempio NaOH(an.r-r) + HCl (standard) = NaCl + H 2 O Indicatore - fenolftaleina Titolazione indiretta Titolazione indiretta La sostanza essendo determinato non interagisce - interagisce con il titolante, ma può essere associato quantitativamente con un'altra sostanza che interagisce con il titolante. Esempio Determinazione degli ioni Ca 2+ Ca 2+ + KMnO 4 = non interagiscono, ma Ca 2+ + (COOH) 2 = CaC 2 O 4 (precipitato), quindi CaC 2 O 4 + H 2 SO 4 + KMno 4 = CaSO 4 + CO 2 + MnO La reazione alla base del metodo deve essere... - selettiva - quantitativa - veloce

TITRIMETRIA Titolazione inversa Titolazione della sostanza non reagita aggiunta in eccesso alla soluzione in esame come soluzione standard Titolazione della sostanza non reagita aggiunta in eccesso alla soluzione in esame come soluzione standard Titolazione sostitutiva Titolazione sostitutiva Se l'analita non reagisce con il titolante , quindi alla soluzione viene aggiunto un reagente ausiliario, che forma una quantità equivalente di una sostanza sostituente con la sostanza da determinare. Esempio Definizione di KMnO 4 KMnO 4 + KI + H 2 SO 4 = I 2 (quantità equivalente) +... I 2 + Na 2 S 2 O 3 = NaI + Na 2 S 4 O 6 (Indicatore - amido) Esempio Determinazione di contenuto di KBr KBr + AgNO 3 (est.) = KNO 3 + AgBrg + AgNO 3 (residuo) AgNO 3 (residuo) + NH 4 CNS = NH 4 NO 3 + AgCNSg Indicatore - Fe 3+ (Fe CNS - = Fe( SNC) 3 (scarlatto))

Metodi fisici di analisi Elettrochimico Basato su processi che avvengono in una soluzione sotto l'influenza della corrente Basato su processi che avvengono in una soluzione sotto l'influenza della corrente Potenziometria (ionometria) Voltametria Coulometria Conduttometria Determinazione della concentrazione di ioni con elettrodi iono-selettivi Misurazione dell'elettrodo potenziali dipendenti dalla concentrazione della sostanza Misura della quantità di elettricità consumata durante le reazioni degli elettrodi. Misurare la concentrazione di un elettrolita in una soluzione mediante la sua conduttività elettrica.

METODI FISICI Metodi spettrali Basati sull'interazione della materia con la radiazione elettromagnetica. Basato sull'interazione della materia con la radiazione elettromagnetica., m E = h = hC/ Microonde Onde radio Raggi UV Raggi X e radiazioni Radiazioni IR Riorientamento dello spin degli elettroni di alcuni atomi (1 H, 13 C,...) Vibrazioni degli atomi Transizione degli elettroni da legami multipli a livelli eccitati Spettroscopia NMR Spettroscopia IR Spettroscopia UV

Spettroscopia NMR Compiti da risolvere: - stabilire la struttura di sostanze sconosciute - confermare la purezza e l'individualità di un composto di struttura nota Oggetti di analisi: sostanze organiche liquide, soluzioni di sostanze organiche Spettroscopia IR Oggetti di analisi: solido, liquido, gassoso sostanze di qualsiasi natura Spettroscopia UV Oggetti di analisi: Sostanze solide, liquide, gassose che hanno più legami nella loro struttura. Metodi spettrali Limite di rilevamento g

Possibilità dei moderni metodi di analisi chimica in medicina Possibilità dei moderni metodi di analisi chimica in medicina Cromatografia gas-liquido ad alte prestazioni Profilo metabolico dei componenti organici dell'urina di una persona sana Profilo metabolico dei componenti organici dell'urina di una persona sana I t

Possibilità di metodi moderni di analisi chimica in medicina Possibilità di metodi moderni di analisi chimica in medicina I t,2,3-trimetilbenzene 3 - 1,2,4-trimetilbenzene 5 - m,p-dimetiltoluene 8 - p-xilene 9 - m -xilene 11 - etilbenzene 12 - nonano 13 - toluene 14 - n-ottano 15 - n-eptano metilesano metilesano 18 - n-esano metilpentano 20 - n-pentano Analisi del campione di aria (campione prelevato sull'argine di Vyborg)

Esistono molti tipi di analisi. Possono essere classificati secondo diversi criteri:.

- in base alla natura delle informazioni ricevute. Distinguere analisi qualitativa(in questo caso scoprono in cosa consiste la sostanza, quali componenti sono inclusi nella sua composizione) e analisi quantitativa(determinano il contenuto di alcuni componenti, ad esempio in % in peso, o il rapporto tra i diversi componenti). Il confine tra analisi qualitativa e quantitativa è molto arbitrario, soprattutto quando si studiano le microimpurità. Pertanto, se durante l'analisi qualitativa non viene rilevato un determinato componente, è necessario indicare quale quantità minima di questo componente potrebbe essere rilevata utilizzando questo metodo. Forse il risultato negativo di un'analisi qualitativa non è dovuto all'assenza di un componente, ma all'insufficiente sensibilità del metodo utilizzato! D'altra parte, l'analisi quantitativa viene sempre eseguita tenendo conto della composizione qualitativa precedentemente riscontrata del materiale in studio.

- classificazione per oggetti di analisi: tecnica, clinica, legale e così via.

- classificazione per oggetti di definizione.

I termini non devono essere confusi: analizzare E determinare. Oggetti definizioni nominare i componenti il cui contenuto deve essere stabilito o rilevato in modo affidabile. Tenuto conto della natura della componente oggetto di determinazione, si distinguono diverse tipologie di analisi (Tabella 1.1).

Tabella 1-1. Classificazione dei tipi di analisi (secondo gli oggetti di determinazione o rilevamento)

Tipo di analisi	Oggetto di definizione (o scoperta)	Esempio	Area di applicazione
Isotopico	Atomi con determinati valori di carica nucleare e numero di massa (isotopi)	137 Cs, 90 Sr, 235 U	Energia nucleare, controllo dell’inquinamento ambientale, medicina, archeologia, ecc.
Elementare	Atomi con determinati valori di carica nucleare (elementi)	Cs, Sr, U, Cr, Fe, Hg	Ovunque
Vero	Atomi (ioni) di un elemento in un dato stato di ossidazione o in composti di una data composizione (forma dell'elemento)	Cr(III), Fe 2+, Hg in composti complessi	Tecnologia chimica, controllo dell'inquinamento ambientale, geologia, metallurgia, ecc.
Molecolare	Molecole con una data composizione e struttura	Benzene, glucosio, etanolo	Medicina, controllo dell'inquinamento ambientale, agrochimica, tecnologia chimica, medicina legale.
Gruppo strutturale o funzionale	La somma di molecole con determinate caratteristiche strutturali e proprietà simili (la somma di isomeri e omologhi)	Idrocarburi saturi, monosaccaridi, alcoli	Tecnologia chimica, industria alimentare, medicina.
Fase	Fase o elemento all'interno di una determinata fase	Grafite nell'acciaio, quarzo nel granito	Metallurgia, geologia, tecnologia dei materiali da costruzione.

La classificazione “per oggetti di definizione” è molto importante perché aiuta a scegliere il metodo di analisi appropriato (metodo analitico). Sì, per analisi elementare Spesso vengono utilizzati metodi spettrali basati sulla registrazione della radiazione di atomi a diverse lunghezze d'onda. La maggior parte dei metodi spettrali comportano la completa distruzione (atomizzazione) dell'analita. Se è necessario stabilire la natura e il contenuto quantitativo delle varie molecole che compongono la sostanza organica oggetto di studio ( analisi molecolare), allora uno dei metodi più adatti sarà quello cromatografico, che non comporta la distruzione delle molecole.

Durante analisi elementare identificare o quantificare gli elementi indipendentemente dal loro stato di ossidazione o dall'inclusione nella composizione di determinate molecole. In rari casi viene determinata la composizione elementare completa del materiale in esame. Di solito è sufficiente determinare alcuni elementi che influenzano in modo significativo le proprietà dell'oggetto studiato.

Vero L'analisi ha cominciato a essere distinta come un tipo indipendente relativamente di recente; in precedenza era considerata parte dell'elementare. Lo scopo dell'analisi materiale è determinare separatamente il contenuto di diverse forme dello stesso elemento. Ad esempio, il cromo (III) e il cromo (VI) nelle acque reflue. Nei prodotti petroliferi, lo “zolfo solfato”, lo “zolfo libero” e lo “zolfo solforato” sono definiti separatamente. Studiando la composizione delle acque naturali, scoprono quale parte del mercurio esiste sotto forma di composti complessi e organoelementi forti (non dissociabili) e quale parte esiste sotto forma di ioni liberi. Questi problemi sono più difficili dei problemi di analisi elementare.

Analisi molecolareè particolarmente importante nello studio delle sostanze organiche e dei materiali di origine biogenica. Un esempio potrebbe essere la determinazione del benzene nella benzina o dell'acetone nell'aria espirata. In questi casi è necessario tenere conto non solo della composizione, ma anche della struttura delle molecole. Dopotutto, il materiale in esame può contenere isomeri e omologhi del componente da determinare. Pertanto, è spesso necessario determinare il contenuto di glucosio in presenza di molti dei suoi isomeri e di altri composti correlati, come il saccarosio.

Quando si tratta di determinare il contenuto totale di tutte le molecole che hanno alcune caratteristiche strutturali comuni, gli stessi gruppi funzionali, e quindi proprietà chimiche simili, si usa il termine gruppo strutturale(O funzionale) analisi. Ad esempio, la quantità di alcoli (composti organici con un gruppo OH) viene determinata effettuando una reazione comune a tutti gli alcoli con il sodio metallico e quindi misurando il volume di idrogeno rilasciato. La quantità di idrocarburi insaturi (con doppi o tripli legami) viene determinata ossidandoli con iodio. Il contenuto totale di componenti dello stesso tipo viene talvolta determinato nell'analisi inorganica, ad esempio il contenuto totale di elementi delle terre rare.

Un tipo specifico di analisi è analisi di fase. Pertanto, il carbonio nella ghisa e nell'acciaio può dissolversi nel ferro, può formare composti chimici con il ferro (carburi) e può anche formare una fase separata (grafite). Le proprietà fisiche del prodotto (resistenza, durezza, ecc.) dipendono non solo dal contenuto totale di carbonio, ma anche dalla distribuzione del carbonio tra queste forme. Pertanto, i metallurgisti sono interessati non solo al contenuto totale di carbonio nella ghisa o nell'acciaio, ma anche alla presenza di una fase di grafite separata (carbonio libero) in questi materiali, nonché al contenuto quantitativo di questa fase.

Il corso base di chimica analitica si concentra sull'analisi elementare e molecolare. Negli altri tipi di analisi vengono utilizzati metodi molto specifici e le analisi isotopiche, di fase e di gruppi strutturali non sono incluse nel programma del corso base.

Classificazione in base all'accuratezza dei risultati, alla durata e al costo dell'analisi. Viene chiamata una versione semplificata, veloce ed economica dell'analisi analisi espressa. Per eseguirli, vengono spesso utilizzati metodi di prova. Ad esempio, chiunque (non un analista) può valutare il contenuto di nitrati nelle verdure (zucchero nelle urine, metalli pesanti nell'acqua potabile, ecc.) utilizzando una speciale cartina indicatrice. Il risultato sarà visibile alla vista, poiché il contenuto del componente viene determinato utilizzando la scala di colori fornita con la carta. I metodi di prova non richiedono la consegna del campione al laboratorio o alcuna lavorazione del materiale di prova; Questi metodi non utilizzano apparecchiature costose e non eseguono calcoli. È importante solo che il risultato non dipenda dalla presenza di altri componenti nel materiale in studio, e per questo è necessario che i reagenti con cui viene impregnata la carta durante la sua fabbricazione siano specifici. È molto difficile garantire la specificità dei metodi di prova e questo tipo di analisi si è diffuso solo negli ultimi anni del XX secolo. Naturalmente, i metodi di prova non possono fornire un'elevata precisione di analisi, ma non è sempre richiesta.

L'esatto contrario dell'analisi espressa - analisi di arbitraggio. Il requisito principale è garantire la massima precisione possibile dei risultati. Le analisi arbitrali vengono effettuate abbastanza raramente (ad esempio, per risolvere un conflitto tra un produttore e un consumatore di prodotti industriali). Per eseguire tali analisi, vengono coinvolti gli esecutori più qualificati, vengono utilizzati i metodi più affidabili e ripetutamente collaudati. Il tempo impiegato per eseguire tale analisi, così come il suo costo, non sono di fondamentale importanza.

Un posto intermedio tra l'analisi espressa e quella di arbitraggio - in termini di accuratezza, durata, costo e altri indicatori - è occupato dai cosiddetti test di routine. La maggior parte delle analisi eseguite in fabbrica e in altri laboratori di controllo e analisi sono di questo tipo.

Esistono altri metodi di classificazione, altri tipi di analisi. Viene presa in considerazione ad esempio la massa del materiale di prova utilizzato direttamente nell'analisi. Nell'ambito della classificazione corrispondente, ci sono macroanalisi(chilogrammi, litri), semimicroanalisi(frazioni di grammo, millilitri) e microanalisi. In quest'ultimo caso vengono utilizzate porzioni dell'ordine di un milligrammo o meno, i volumi delle soluzioni vengono misurati in microlitri e talvolta il risultato della reazione deve essere osservato al microscopio. La microanalisi viene utilizzata abbastanza raramente nei laboratori di analisi.

1.3. Metodi di analisi

Il concetto di “metodo di analisi” è il più importante per la chimica analitica. Questo termine viene utilizzato quando si vuole identificare l'essenza di una particolare analisi, il suo principio base. Un metodo di analisi è un metodo abbastanza universale e basato sulla teoria per condurre l'analisi, indipendentemente da quale componente viene determinato e cosa viene analizzato esattamente. Esistono tre gruppi principali di metodi (Fig. 1-1). Alcuni di essi sono finalizzati principalmente alla separazione dei componenti della miscela in studio (un'analisi successiva senza questa operazione risulta imprecisa o addirittura impossibile). Durante la separazione avviene normalmente la concentrazione dei componenti da determinare (vedi capitolo 8). Un esempio potrebbero essere i metodi di estrazione o i metodi di scambio ionico. Nell'analisi qualitativa vengono utilizzati altri metodi che servono per l'identificazione (identificazione) affidabile dei componenti di nostro interesse. I terzi, più numerosi, sono destinati alla determinazione quantitativa dei componenti. Vengono chiamati i gruppi corrispondenti metodi di separazione e concentrazione, metodi di identificazione e metodi di determinazione. I metodi dei primi due gruppi, di regola, , svolgere un ruolo di supporto; questi saranno discussi più tardi. I più importanti per la pratica sono metodi di determinazione.

Oltre ai tre gruppi principali, ci sono ibrido metodi. Questi metodi non sono mostrati nella Fig. 1.1. Nei metodi ibridi, la separazione, l'identificazione e la determinazione dei componenti sono combinate organicamente in un unico dispositivo (o in un unico set di dispositivi). Il più importante di questi metodi è l'analisi cromatografica. In un dispositivo speciale (cromatografo), i componenti del campione in esame (miscela) vengono separati mentre si muovono a velocità diverse attraverso una colonna riempita di polvere solida (assorbente). Nel momento in cui un componente lascia la colonna, la sua natura viene giudicata e quindi vengono identificati tutti i componenti del campione. I componenti che escono dalla colonna uno dopo l'altro entrano in un'altra parte del dispositivo, dove un dispositivo speciale - un rilevatore - misura e registra i segnali di tutti i componenti. Spesso il contenuto di tutti i componenti viene calcolato automaticamente immediatamente. È chiaro che l'analisi cromatografica non può essere considerata solo un metodo di separazione dei componenti, o solo un metodo di determinazione quantitativa; si tratta appunto di un metodo ibrido.

Ogni metodo di determinazione combina molte tecniche specifiche in cui viene misurata la stessa quantità fisica. Ad esempio, per eseguire un'analisi quantitativa, è possibile misurare il potenziale di un elettrodo immerso nella soluzione di prova e quindi, utilizzando il valore potenziale trovato, calcolare il contenuto di un determinato componente della soluzione. Tutte le tecniche in cui l'operazione principale è misurare il potenziale dell'elettrodo sono considerate casi speciali metodo potenziometrico. Quando si classifica una tecnica come l'uno o l'altro metodo analitico, non importa quale oggetto si sta studiando, quali sostanze vengono determinate e con quale precisione, quale strumento viene utilizzato e come vengono eseguiti i calcoli: è importante solo quale quantità stiamo misurando? Viene solitamente chiamata la quantità fisica misurata durante l'analisi, a seconda della concentrazione del componente da determinare segnale analitico.

In modo simile possiamo distinguere il metodo analisi spettrale. In questo caso l'operazione principale è misurare l'intensità della luce emessa dal campione ad una specifica lunghezza d'onda. Metodo analisi titrimetrica (volumetrica). si basa sulla misurazione del volume di soluzione impiegato in una reazione chimica con il componente determinato del campione. La parola “metodo” viene spesso omessa; si dice semplicemente “potenziometria”, “analisi spettrale”, “titrimetria”, ecc. IN analisi rifrattometrica il segnale è l'indice di rifrazione della luce della soluzione di prova, in spettrofotometria– assorbimento della luce (ad una certa lunghezza d’onda). L'elenco dei metodi e dei relativi segnali analitici può continuare; in totale sono note diverse dozzine di metodi indipendenti.

Ogni metodo di determinazione ha una propria base teorica ed è associato all'utilizzo di attrezzature specifiche. Gli ambiti di applicazione dei diversi metodi variano in modo significativo. Alcuni metodi vengono utilizzati principalmente per l'analisi dei prodotti petroliferi, altri per l'analisi dei farmaci, altri per lo studio dei metalli e delle leghe, ecc. Allo stesso modo, si possono distinguere metodi per condurre analisi elementari, metodi di analisi isotopica, ecc. Esistono anche metodi universali utilizzati nell'analisi di un'ampia varietà di materiali e adatti a determinare un'ampia varietà di componenti in essi contenuti. Ad esempio, il metodo spettrofotometrico può essere utilizzato per l'analisi di gruppi elementari, molecolari e strutturali.

L’accuratezza, la sensibilità e altre caratteristiche delle singole tecniche nell’ambito dello stesso metodo analitico variano, ma non tanto quanto le caratteristiche dei diversi metodi. Qualsiasi problema analitico può sempre essere risolto con diversi metodi (ad esempio, il cromo negli acciai legati può essere determinato con il metodo spettrale, titrimetrico e potenziometrico). L'analista seleziona un metodo, tenendo conto delle capacità conosciute di ciascuno di essi e dei requisiti specifici per una determinata analisi. È impossibile scegliere una volta per tutte il metodo “migliore” e quello “peggiore”, tutto dipende dal problema da risolvere, dai requisiti per i risultati dell'analisi. Pertanto, l'analisi gravimetrica, di norma, fornisce risultati più accurati rispetto all'analisi spettrale, ma richiede più lavoro e tempo. Pertanto, l'analisi gravimetrica è utile per le analisi di arbitraggio, ma non è adatta per l'analisi espressa.

I metodi di determinazione sono divisi in tre gruppi: chimico, fisico e fisico-chimico. Spesso i metodi fisici e fisico-chimici vengono combinati sotto il nome generico di “metodi strumentali”, poiché in entrambi i casi vengono utilizzati gli stessi strumenti. In generale, i confini tra gruppi di metodi sono molto arbitrari.

Metodi chimici si basano su una reazione chimica tra il componente da determinare e un reagente appositamente aggiunto. La reazione procede secondo lo schema:

Qui e sotto, il simbolo X indica il componente da determinare (molecola, ione, atomo, ecc.), R è il reagente aggiunto, Y è l'insieme dei prodotti della reazione. Il gruppo dei metodi chimici comprende metodi di determinazione classici (noti da tempo e ben studiati), principalmente gravimetria e titrimetria. Il numero di metodi chimici è relativamente piccolo; hanno tutti gli stessi fondamenti teorici (teoria degli equilibri chimici, leggi della cinetica chimica, ecc.). Come segnale analitico nei metodi chimici, viene solitamente misurata la massa o il volume di una sostanza. Nei metodi chimici non vengono utilizzati strumenti fisici complessi, ad eccezione delle bilance analitiche, e standard speciali di composizione chimica. Questi metodi hanno molto in comune nelle loro capacità. Questi saranno discussi nel capitolo 4.

Metodi fisici non sono associati a reazioni chimiche e all'uso di reagenti. Il loro principio di base è il confronto di segnali analitici simili del componente X nel materiale in esame e in un determinato standard (campione con una concentrazione di X accuratamente nota). Dopo aver costruito in anticipo un grafico di calibrazione (la dipendenza del segnale dalla concentrazione o massa di X) e misurato il valore del segnale per un campione del materiale in esame, viene calcolata la concentrazione di X in questo materiale. Esistono altri modi per calcolare le concentrazioni (vedere Capitolo 6). I metodi fisici sono generalmente più sensibili di quelli chimici, pertanto la determinazione delle microimpurità viene effettuata principalmente con metodi fisici. Questi metodi sono facili da automatizzare e richiedono meno tempo per l'analisi. Tuttavia, i metodi fisici richiedono standard speciali, attrezzature piuttosto complesse, costose e molto specializzate e, di norma, sono meno accurati di quelli chimici.

In termini di principi e capacità, occupano un posto intermedio tra i metodi chimici e fisici. fisico-chimico metodi di analisi. In questo caso l'analista effettua una reazione chimica, ma ne monitora l'andamento o il risultato non visivamente, ma mediante strumenti fisici. Ad esempio, ne aggiunge gradualmente un altro alla soluzione in esame con una concentrazione nota di un reagente disciolto e allo stesso tempo controlla il potenziale dell'elettrodo immerso nella soluzione titolata (titolazione potenziometrica), In base al salto di potenziale, l'analista valuta il completamento della reazione, misura il volume di titolante speso su di essa e calcola il risultato dell'analisi. Tali metodi sono generalmente precisi quanto i metodi chimici e sensibili quasi quanto i metodi fisici.

I metodi strumentali sono spesso suddivisi in base a un'altra caratteristica più chiaramente definita: la natura del segnale misurato. In questo caso si distinguono sottogruppi di metodi ottici, elettrochimici, di risonanza, di attivazione e di altro tipo. Esistono anche alcuni metodi ancora sottosviluppati metodi biologici e biochimici.

ANALISI CHIMICA

Chimica analitica. Compiti e fasi dell'analisi chimica. Segnale analitico. Classificazioni dei metodi di analisidietro. Identificazione delle sostanze. Analisi frazionaria. Analisi sistematica.

Principali compiti della chimica analitica

Uno dei compiti quando si attuano misure di protezione ambientale è comprendere i modelli delle relazioni causa-effetto tra i vari tipi di attività umana e i cambiamenti che si verificano nell'ambiente naturale. Analisi- Questo è il mezzo principale per controllare l'inquinamento ambientale. La base scientifica dell’analisi chimica è la chimica analitica. Chimica analitica - la scienza dei metodi e dei mezzi per determinare la composizione chimica di sostanze e materiali. Metodo- questo è un modo abbastanza universale e teoricamente giustificato per determinare la composizione.

Requisiti di base per metodi e tecniche di chimica analitica:

1) accuratezza e buona riproducibilità;

2) basso limite di rilevamento- questo è il contenuto più basso al quale, utilizzando questo metodo, la presenza del componente analita può essere rilevata con una data probabilità di confidenza;

3) selettività (selettività)- caratterizza l'influenza interferente di vari fattori;

4) gamma di contenuti misurati(concentrazioni) utilizzando questo metodo utilizzando questo metodo;

5) espressività;

6) facilità di analisi, possibilità di automazione, economicità di determinazione.

Analisi chimica- questo è un complesso multistadio Di processo, che è un insieme di tecniche già pronte e servizi corrispondenti.

Compiti di analisi

1. Identificazione dell'oggetto, vale a dire stabilire la natura dell'oggetto (verifica della presenza di alcuni componenti principali, impurità).

2. Determinazione quantitativa del contenuto di un particolare componente nell'oggetto analizzato.

Fasi di analisi di qualsiasi oggetto

1. Enunciazione del problema e scelta del metodo e dello schema di analisi.

2. Campionamento (la corretta selezione di una parte del campione consente di trarre una conclusione corretta sulla composizione dell'intero campione). Tentativo- questo fa parte del materiale analizzato, rappresentativamente negativo UN comprimendone la composizione chimica. In alcuni casi, l'intero materiale analitico viene utilizzato come campione. Il tempo di conservazione dei campioni raccolti deve essere ridotto al minimo. l nom. Le condizioni e i metodi di conservazione devono escludere perdite incontrollate di composti volatili e qualsiasi altro cambiamento fisico e chimico nella composizione del campione analizzato.

3. Preparazione dei campioni per l'analisi: trasferimento del campione allo stato desiderato (soluzione, vapore); separazione dei componenti o separazione di quelli interferenti; concentrazione dei componenti;

4. Ottenere un segnale analitico. Segnale analitico- si tratta di un cambiamento in qualsiasi proprietà fisica o fisico-chimica del componente da determinare, funzionalmente correlata al suo contenuto (formula, tabella, grafico).

5. Elaborazione del segnale analitico, ovvero separazione del segnale e del rumore. Rumori- segnali spuri derivanti da strumenti di misura, amplificatori e altri dispositivi.

6. Applicazione dei risultati dell'analisi. A seconda delle proprietà della sostanza utilizzata come base per la definizione, i metodi di analisi si dividono in:

SU metodi chimici analisi basata su una reazione analitica chimica, che è accompagnata da un effetto pronunciato. Questi includono metodi gravimetrici e titrimetrici;

- metodi fisici e chimici, basato sulla misurazione di eventuali parametri fisici di un sistema chimico che dipendono dalla natura dei componenti del sistema e cambiano durante la reazione chimica (ad esempio, la fotometria si basa su un cambiamento nella densità ottica di una soluzione come risultato di la reazione);

- metodi fisici analisi non legate all'uso di reazioni chimiche. La composizione delle sostanze è determinata misurando le proprietà fisiche caratteristiche di un oggetto (ad esempio densità, viscosità).

A seconda del valore misurato, tutti i metodi sono suddivisi nei seguenti tipi.

Metodi per misurare grandezze fisiche

Grandezza fisica misurata	Nome del metodo
	Gravimetria
	Titrimetria
Potenziale dell'elettrodo di equilibrio	Potenziometria
Resistenza alla polarizzazione degli elettrodi	Polarografia
Quantità di elettricità	Coulometria
Conduttività elettrica della soluzione	Conduttometria
Assorbimento dei fotoni	Fotometria
Emissione di fotoni	Analisi spettrale di emissione

Identificazione delle sostanze si basa su metodi di riconoscimento qualitativo degli oggetti elementari (atomi, molecole, ioni, ecc.) che compongono sostanze e materiali.

Molto spesso, il campione della sostanza analizzata viene convertito in una forma conveniente per l'analisi sciogliendolo in un solvente adatto (solitamente acqua o soluzioni acquose di acidi) o fondendolo con qualche composto chimico e quindi sciogliendolo.

Si basano metodi chimici di analisi qualitativa utilizzando reazioni di ioni identificati con determinate sostanze - reagenti analitici. Tali reazioni devono essere accompagnate dalla precipitazione o dalla dissoluzione di un precipitato; l'aspetto, il cambiamento o la scomparsa del colore della soluzione; rilascio di gas con odore caratteristico; la formazione di cristalli di una certa forma.

Reazioni che avvengono nelle soluzioni per modalità di esecuzione classificati in provetta, microcristalliscopici e a goccia. Le reazioni microcristalloscopiche vengono eseguite su un vetrino. Si osserva la formazione di cristalli di forma caratteristica. Le reazioni delle goccioline vengono eseguite su carta da filtro.

Le reazioni analitiche utilizzate nell'analisi qualitativa sono per ambito di applicazione diviso:

1.) su reazioni di gruppo- queste sono reazioni per la precipitazione di un intero gruppo di ioni (viene utilizzato un reagente, chiamato gruppo);

2;) reazioni caratteristiche:

a) selettivo (selettivo)- fornire reazioni analitiche uguali o simili con un numero limitato di ioni (2~5 pz.);

B) specifico (altamente selettivo)- selettivo in relazione a solo componente.

Esistono poche reazioni selettive e specifiche, quindi vengono utilizzate in combinazione con reazioni di gruppo e tecniche speciali per eliminare l'influenza interferente dei componenti presenti nel sistema insieme alla sostanza da analizzare.

Vengono analizzate semplici miscele di ioni utilizzando il metodo frazionario Senza previa separazione degli ioni interferenti, i singoli ioni vengono determinati utilizzando reazioni caratteristiche. M ione negativo- questo è uno ione che, nelle condizioni di rilevamento di quello desiderato, dà un effetto analitico simile con lo stesso reagente o un effetto analitico che maschera la reazione desiderata. Il rilevamento di ioni diversi nell'analisi frazionata viene effettuato in porzioni separate della soluzione. Se è necessario eliminare gli ioni interferenti, utilizzare quanto segue metodi di separazione e mimetizzazione.

1. Trasferimento di ioni interferenti nel sedimento. La base è la differenza nell'entità del prodotto di solubilità dei precipitati risultanti. In questo caso il PR della connessione dello ione determinato con il reagente deve essere maggiore del PR del composto dello ione interferente.

2. Legame degli ioni interferenti in un composto complesso stabile. Il complesso risultante deve avere la stabilità necessaria per ottenere il completo legame dello ione interferente, e lo ione desiderato non deve reagire affatto con il reagente introdotto altrimenti il suo complesso deve essere fragile.

3. Cambiamento dello stato di ossidazione degli ioni interferenti.

4. Utilizzo dell'estrazione. Il metodo si basa sull'estrazione degli ioni interferenti da soluzioni acquose con solventi organici e sulla separazione del sistema in parti componenti (fasi) in modo che i componenti interferenti e determinati si trovino in fasi diverse.

Vantaggi dell'analisi frazionaria:

Velocità di esecuzione, poiché si riduce il tempo necessario per lunghe operazioni di separazione sequenziale di alcuni ioni da altri;

Le reazioni frazionarie sono facilmente riproducibili, cioè possono essere ripetuti più volte. Tuttavia, se è difficile selezionare reazioni selettive (specifiche) per rilevare ioni, mascherare reagenti e calcolare la completezza

rimozione di ioni e altri motivi (complessità della miscela) ricorrono all'esecuzione di un'analisi sistematica.

Analisi sistematica- questa è un'analisi completa (dettagliata) dell'oggetto in esame, che viene effettuata dividendo tutti i componenti del campione in più gruppi in una determinata sequenza. La divisione in gruppi si basa sulle somiglianze (all'interno del gruppo) e sulle differenze (tra i gruppi) delle proprietà analitiche dei componenti. In un gruppo di analisi dedicato, viene utilizzata una serie di reazioni di separazione sequenziali fino a quando rimangono in una fase solo i componenti che danno reazioni caratteristiche con i reagenti selettivi (Fig. 23.1).

Sono state sviluppate diverse classificazioni analitiche ka tioni e anioni in gruppi analitici, che si basano sull'uso di reagenti di gruppo (cioè reagenti per isolare un intero gruppo di ioni in condizioni specifiche). I reagenti di gruppo nell'analisi dei cationi servono sia per il rilevamento che per la separazione, mentre nell'analisi degli anioni servono solo per il rilevamento (Fig. 23.2).

Analisi di miscele cationiche

I reagenti del gruppo nell'analisi qualitativa dei cationi sono acidi, basi forti, ammoniaca, carbonati, fosfati, solfati di metalli alcalini, agenti ossidanti e agenti riducenti. Il raggruppamento delle sostanze in gruppi analitici si basa sull'uso di somiglianze e differenze nelle loro proprietà chimiche. Le proprietà analitiche più importanti includono la capacità di un elemento di formare vari tipi di ioni, il colore e la solubilità dei composti, la capacità di entrare V determinate reazioni.

I reagenti del gruppo vengono selezionati tra i reagenti comuni perché è necessario che il reagente del gruppo rilasci un numero relativamente elevato di ioni. Il principale metodo di separazione è la precipitazione, ad es. la divisione in gruppi si basa sulla diversa solubilità dei precipitati cationici in determinati ambienti. Quando si considera l'azione dei reagenti di gruppo, si possono distinguere i seguenti gruppi (Tabella 23.2).

Rimangono inoltre tre cationi (Na+, K+, NH4), che non formano precipitazione con i reagenti del gruppo indicato. Possono anche essere separati in un gruppo separato.

Gruppi di cationi

Oltre all'approccio generale indicato, quando si scelgono i reagenti del gruppo, si procede dai valori dei prodotti di solubilità della precipitazione, poiché variando le condizioni di precipitazione è possibile separare le sostanze da un gruppo mediante l'azione dello stesso reagente .

La più utilizzata è la classificazione acido-base dei cationi. Vantaggi del metodo acido-base di analisi sistematica:

a) vengono utilizzate le proprietà di base degli elementi: la loro relazione con acidi e alcali;

b) gruppi analitici di cationi in misura maggiore con corrispondono a gruppi del sistema periodico di elementi D.I. Mendeleev;

c) il tempo di analisi è notevolmente ridotto rispetto al metodo dell'idrogeno solforato. Lo studio inizia con prove preliminari, in cui viene stabilito il pH della soluzione mediante un indicatore universale e vengono rilevati gli ioni NH 4, Fe 3+, Fe 2+ mediante reazioni specifiche e selettive.

Divisione in gruppi. Schema generale di divisione in gruppi riportato in tabella. 23.3. Nella soluzione analizzata vengono innanzitutto separati i cationi dei gruppi I e II. Per fare ciò, 10-15 gocce della soluzione vengono poste in una provetta e viene aggiunta goccia a goccia una miscela di HCl 2M e H2S04 1M. Si lascia il precipitato per 10 minuti, quindi si centrifuga e si lava con acqua acidificata con HC1. Nel sedimento rimane una miscela di cloruri e solfati Ag+, Pb 2+, Ba 2+, Ca 2+. È possibile la presenza di sali basici di antimonio. In soluzione sono presenti cationi dei gruppi III-VI.

Il gruppo III viene separato dalla soluzione aggiungendo alcune gocce di H 2 0 2 al 3% e NaOH in eccesso, riscaldando e agitando. Il perossido di idrogeno in eccesso viene rimosso mediante ebollizione. Nel precipitato sono presenti idrossidi di cationi dei gruppi IV-V, nella soluzione sono presenti cationi dei gruppi III e VI e parzialmente Ca 2+, che può non precipitare completamente sotto forma di CaS0 4 durante la separazione dei gruppi I e II .

I cationi del gruppo V vengono separati dal sedimento. Il precipitato viene trattato con Na 2 CO 3 2N e poi con NH 3 in eccesso durante il riscaldamento. I cationi del gruppo V passano in soluzione sotto forma di ammoniaca, nei sedimenti - carbonati e sali basici dei cationi del gruppo IV.

La virtù dell’analisi sistematica- ottenere informazioni sufficientemente complete sulla composizione dell'oggetto. Difetto- ingombro, durata, intensità di manodopera. Raramente vengono implementati progetti completi per l’analisi qualitativa sistematica. Di solito vengono utilizzati parzialmente se ci sono informazioni sull'origine, composizione approssimativa del campione, a COSÌ lo stesso nei corsi di formazione in chimica analitica.

L'idrossido di magnesio si dissolve in una miscela di NH 3 + NH 4 C1. Pertanto, dopo aver separato i cationi in gruppi, si sono ottenute quattro provette contenenti a) un precipitato di cloruri e solfati di cationi dei gruppi I-P; b) una soluzione di una miscela di cationi dei gruppi III e VI; c) una soluzione di cationi ammoniaca del gruppo V; d) sedimento di carbonati e sali basici di cationi del gruppo IV. Ciascuno di questi oggetti viene analizzato separatamente.

Analisi di miscele anioniche

Caratteristiche generali degli anioni studiati. Gli anioni sono formati principalmente da elementi dei gruppi IV, V, VI e VII del sistema periodico. Lo stesso elemento può formare diversi anioni che differiscono nelle loro proprietà. Ad esempio, lo zolfo forma anioni S 2 -, S0 3 2 ~, S0 4 2 ~, S 2 0 3 2 ~, ecc.

Tutti gli anioni sono costituenti degli acidi e rapporto sali corrispondenti. A seconda della sostanza di cui fa parte l'anione, le sue proprietà cambiano in modo significativo. Ad esempio, lo ione SO 4 2 "nella composizione dell'acido solforico concentrato è caratterizzato da reazioni di ossidoriduzione e nella composizione dei sali - reazioni di precipitazione.

Lo stato degli anioni in una soluzione dipende dall'ambiente della soluzione. Alcuni anioni si decompongono sotto l'azione di acidi concentrati con il rilascio dei gas corrispondenti: CO 2 (anione CO 2-3), H 2 S (anione S 2 "), N0 2 (anione N0 3), ecc. Sotto l'azione di acidi diluiti, anioni MoO 4 2 - , W0 4 2 ~, SiO 3 2 "formano acidi insolubili in acqua (H 2 Mo0 4, H 2 W0 4 * H 2 0, H 2 SìDI 3 ). Anioni di acidi deboli (C0 3 2 ~, P0 4 ", Si0 3 2 ~, S 2 ") in soluzioni acquose sono parzialmente o completamente idrolizzati, ad esempio:

S 2 " + H 2 0 →HS" + OH _ .

La maggior parte degli elementi che formano anioni hanno valenza variabile e, se esposti ad agenti ossidanti o riducenti, cambiano il grado di ossidazione e la composizione dell'anione cambia. Lo ione cloruro, ad esempio, può essere ossidato a C1 2, ClO", ClO 3, ClO 4. Gli ioni ioduro, ad esempio, possono essere ossidati a I 2, IO 4; lo ione solfuro S 2 ~ - a S0 2, SO 4 2 - ; Gli anioni N0 3 possono essere ridotti a N0 2, NO, N 2, NH 3.

Gli anioni riducenti (S 2 ~, I -, CI -) riducono gli ioni Mn0 4 - in un ambiente acido, causandone lo scolorimento. Ioni ossidanti (NO3 , CrO 4 2 ", V0 3 - , Mn0 4 ~) ossidano gli ioni ioduro in acido Ahia da mezzo a ione libero, la difenilammina è colorata in blu. Queste proprietà vengono utilizzate per l'analisi qualitativa; le proprietà redox degli ioni cromato, nitrato, ioduro, vanadato, molibdato e tungstato sono la base loro reazioni caratteristiche.

Reazioni di gruppo degli anioni. I reagenti in base alla loro azione sugli anioni sono suddivisi nei seguenti gruppi:

1) reagenti che decompongono le sostanze con il rilascio di gas. Tali reagenti includono acidi minerali diluiti (HC1, H 2 S0 4);

2) reagenti che rilasciano anioni dalle soluzioni sotto forma di precipitazione leggermente disciolta (Tabella 23.4):

a) BaCl 2 in ambiente neutro o in presenza di Ba(OH) 2 precipita: SO 2-, SO, 2 ", S 2 0 3 2 ~, CO 3 2 ", PO 4 2 ", B 4 0 7 2 ~, As0 3 4", SiO 3 2";

b) AgNO 3 in 2n HNO 3 precipita: SG, Br -, I -, S 2- (SO 4 2 solo in soluzioni concentrate);

3) reagenti riducenti (KI) (Tabella 23.5);

4) reagenti ossidanti (KMn0 4, soluzione di I 2 in KI, HNO 3 (conc), H 2 S0 4).

Durante l'analisi, gli anioni generalmente non interferiscono con il rilevamento reciproco, pertanto le reazioni di gruppo vengono utilizzate non per la separazione, ma per la verifica preliminare della presenza o dell'assenza di un particolare gruppo di anioni.

Metodi sistematici per analizzare una miscela di anioni, basati su nuovo nel dividerli in gruppi, sono usati raramente, principalmente zom per lo studio di miscele semplici. Quanto più complessa è la miscela anionica, tanto più macchinosi diventano gli schemi di analisi.

L'analisi frazionata consente di rilevare anioni che non interferiscono tra loro in porzioni separate della soluzione.

I metodi semi-sistematici prevedono la separazione degli anioni in gruppi utilizzando reagenti di gruppo e il successivo rilevamento frazionario degli anioni. Ciò porta ad una riduzione del numero di operazioni analitiche sequenziali richieste e, in definitiva, semplifica lo schema di analisi per una miscela di anioni.

Lo stato attuale dell’analisi qualitativa non si limita allo schema classico. In analisi come inorganico, COSÌ e sostanze organiche, si usano spesso metodi strumentali, come la luminescenza, la spettroscopia di assorbimento, vari metodi elettrochimici, “che sono varianti della cromatografia, ecc. Tuttavia, in numerosi casi (sul campo, laboratori espressi in fabbrica, ecc.), l’analisi classica, grazie alla sua semplicità, accessibilità e basso costo, non ha perso la sua importanza.

Al centro metodi chimici il rilevamento e la determinazione si basano su tre tipi di reazioni chimiche: acido-base, ORR e complessazione. I più importanti sono gravimetrici e titrimetrici.

Gravimetrico l'analisi consiste nell'isolare la sostanza nella sua forma pura e nel pesarla.

Molto spesso, l'isolamento viene effettuato mediante precipitazioni. Lo svantaggio dei metodi gravimetrici è la durata della determinazione, soprattutto nelle analisi seriali di un gran numero di campioni, così come la non selettività: i reagenti precipitanti sono raramente specifici, quindi spesso sono necessarie separazioni preliminari.

Analisi titrimetrica consiste nel determinare con precisione il volume di una soluzione di un reagente chimico a concentrazione nota, necessario per la reazione completa con un dato volume della soluzione analizzata.

L'analisi titrimetrica è ampiamente utilizzata nei laboratori clinici e sanitari per l'analisi di sangue, succo gastrico, urina, alimenti, acque potabili e reflue.

Metodi fisico-chimici

Oltre ai metodi chimici di analisi qualitativa, sono noti altri metodi per identificare gli elementi chimici e i loro composti. Pertanto, una particolare sostanza può essere rilevata mediante metodi fisici di analisi, senza ricorrere a reazioni chimiche, oppure mediante metodi fisico-chimici studiando e osservando i fenomeni fisici che si verificano durante le reazioni chimiche.

Tali metodi, spesso chiamati strumentali, includono i seguenti metodi di analisi qualitativa:

Spettrale;

Luminescente;

cromatografico;

Polarografico

alcuni altri.

Molto spesso, i metodi chimici sono combinati con metodi di analisi fisici e fisico-chimici, che forniscono una maggiore sensibilità e risultati di analisi più accurati. Aumentare la sensibilità e la selettività dei metodi è di grande importanza per l'analisi di sostanze altamente pure contenenti tracce di impurità. Per determinare piccole quantità (tracce) di impurità, vengono utilizzati metodi di isolamento preliminare e concentrazione (arricchimento) di microimpurità. Questi metodi includono:

metodi cromatografici;

estrazione;

coprecipitazione;

distillazione (rimozione) di composti volatili e alcuni altri metodi.

Combinando determinati metodi di concentrazione con metodi di analisi fisici o fisico-chimici, è possibile ottenere un elevato grado di sensibilità, molte volte superiore alla sensibilità dei singoli metodi.

Metodi elettrochimici l'analisi e la ricerca si basano sullo studio e sull'utilizzo dei processi che avvengono sulla superficie dell'elettrodo o nello spazio vicino all'elettrodo. Qualsiasi parametro elettrico (potenziale, corrente, resistenza, ecc.), funzionalmente correlato alla concentrazione della soluzione analizzata e misurata, può fungere da segnale analitico.

Distinguere Metodi elettrochimici diretti e indiretti. IN metodi diretti utilizzare la dipendenza dell'intensità di corrente (potenziale, ecc.) dalla concentrazione del componente da determinare. IN metodi indiretti L'intensità della corrente (potenziale, ecc.) viene misurata per trovare il punto finale della titolazione del componente da determinare con un titolante adatto, ad es. Viene utilizzata la dipendenza del parametro misurato dal volume del titolante.

Esistono diversi modi per classificare i metodi elettrochimici.

Classificazione dei metodi di analisi elettrochimica in base al parametro misurato della cella elettrochimica.

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