zidane hiše / 27.05.2021

Fizikalno-kemijske metode analize: praktična uporaba. Analitska kemija in fizikalno-kemijske metode analize Fizikalne metode analize vključujejo

Vsaka metoda analize uporablja določen analitični signal, ki ga pod danimi pogoji dajejo določeni elementarni predmeti (atomi, molekule, ioni), ki sestavljajo proučevane snovi.

Analitični signal zagotavlja kvalitativne in kvantitativne informacije. Na primer, če se za analizo uporabijo reakcije obarjanja, se kvalitativne informacije pridobijo iz videza ali odsotnosti oborine. Kvantitativne informacije dobimo iz teže usedline. Ko snov oddaja svetlobo pod določenimi pogoji, dobimo kvalitativno informacijo s pojavom signala (emisija svetlobe) pri valovni dolžini, ki ustreza značilni barvi, kvantitativno informacijo pa pridobimo iz jakosti svetlobnega sevanja.

Glede na izvor analiznega signala lahko metode analizne kemije razdelimo na kemijske, fizikalne in fizikalno-kemijske metode.

AT kemične metode izvedite kemično reakcijo in izmerite bodisi maso dobljenega produkta - gravimetrične (utežne) metode bodisi prostornino reagenta, uporabljenega za interakcijo s snovjo - titrimetrične, plinske volumetrične (volumetrične) metode.

Volumetrija plina (volumetrična analiza plina) temelji na selektivni absorpciji sestavnih delov mešanica plinov v posodah, napolnjenih z enim ali drugim absorberjem, čemur sledi merjenje zmanjšanja prostornine plina z bireto. Torej, ogljikov dioksid absorbira raztopina kalijevega hidroksida, kisik - raztopina pirogalola, ogljikov monoksid - raztopina amoniaka bakrovega klorida. Volumetrija plina se nanaša na ekspresne metode analize. Široko se uporablja za določanje karbonatov v g.p. in mineralov.

Kemijske metode analize se pogosto uporabljajo za analizo rud, kamnin, mineralov in drugih materialov pri določanju komponent v njih z vsebnostjo od desetin do nekaj deset odstotkov. Za metode kemijske analize je značilna visoka natančnost (napaka analize je običajno desetinke odstotka). Vendar te metode postopoma nadomeščajo hitrejše fizikalno-kemijske in fizikalne metode analize.

Fizikalne metode analize temeljijo na merjenju neke fizikalne lastnosti snovi, ki je funkcija sestave. Na primer, refraktometrija temelji na merjenju relativnih lomnih količnikov svetlobe. V aktivacijskem testu se meri aktivnost izotopov itd.. Pogosto se med testom predhodno izvede kemična reakcija, koncentracija nastalega produkta pa je določena s fizikalnimi lastnostmi, na primer z intenzivnostjo absorpcije svetlobno sevanje obarvanega produkta reakcije. Takšne metode analize imenujemo fizikalno-kemijske.

Za metode fizikalne analize je značilna visoka produktivnost, nizke meje zaznavnosti elementov, objektivnost rezultatov analize in visoka stopnja avtomatizacije. Fizikalne metode analize se uporabljajo pri analizi kamnin in mineralov. Na primer, metoda atomske emisije določa volfram v granitih in skrilavcih, antimon, kositer in svinec v kamninah in fosfatih; atomska absorpcijska metoda - magnezij in silicij v silikatih; rentgenski fluorescentni - vanadij v ilmenitu, magnezitu, aluminijevem oksidu; masna spektrometrija - mangan v luninem regolitu; nevtronska aktivacija - železo, cink, antimon, srebro, kobalt, selen in skandij v olju; metoda izotopskega redčenja - kobalt v silikatnih kamninah.

Fizikalne in fizikalno-kemijske metode se včasih imenujejo instrumentalne, saj te metode zahtevajo uporabo orodij (opreme), posebej prilagojenih za izvajanje glavnih stopenj analize in beleženje njenih rezultatov.

Fizikalne in kemične metode analiza lahko vključuje kemične transformacije analita, raztapljanje vzorca, koncentracijo analizirane komponente, maskiranje motečih snovi in drugo. Za razliko od »klasičnih« kemijskih analiznih metod, kjer kot analitični signal služi masa snovi ali njen volumen, fizikalno-kemijske metode analize kot analitični signal uporabljajo jakost sevanja, jakost toka, električno prevodnost in potencialno razliko.

Metode, ki temeljijo na preučevanju emisije in absorpcije elektromagnetnega sevanja v različnih območjih spektra, so velikega praktičnega pomena. Ti vključujejo spektroskopijo (na primer luminiscenčno analizo, spektralno analizo, nefelometrijo in turbidimetrijo ter druge). Pomembne fizikalno-kemijske metode analize vključujejo elektrokemijske metode, ki uporabljajo merjenje električnih lastnosti snovi (kulometrija, potenciometrija itd.), pa tudi kromatografijo (npr. plinsko kromatografijo, tekočinsko kromatografijo, ionsko izmenjevalno kromatografijo, tankoplastno kromatografijo). ). Uspešno se razvijajo metode, ki temeljijo na merjenju hitrosti kemijskih reakcij (kinetične metode analize), termičnih učinkov reakcij (termometrična titracija), kot tudi na ločevanju ionov v magnetnem polju (masna spektrometrija).

Pošljite svoje dobro delo v bazo znanja je preprosto. Uporabite spodnji obrazec

Študenti, podiplomski študenti, mladi znanstveniki, ki bazo znanja uporabljajo pri študiju in delu, vam bodo zelo hvaležni.

Gostuje na http://www.allbest.ru/

Uvod

1.2 Osnovne tehnike in metode za analizo neznanega vzorca

Zaključek

Seznam uporabljenih virov informacij

Uvod

Analitična kemija ima velik praktični pomen v življenju sodobne družbe, saj ustvarja sredstva za kemijsko analizo in zagotavlja njeno izvajanje.

Kemijska analiza je pomembno sredstvo za nadzor proizvodnje in oceno kakovosti izdelkov v številnih industrijskih panogah, kot so črna in barvna metalurgija, strojegradnja, proizvodnja čistih in ultra čistih materialov za radioelektronsko industrijo, rudarstvo, kemična rafinacija nafte. , petrokemična, farmacevtska in živilska industrija, geološka služba itd. Brez kemijske analize ni mogoče rešiti problemov varstva okolja, delovanja kmetijsko-industrijskega kompleksa, medicinske diagnostike in razvoja biotehnologije.

Znanstveno osnovo kemijske analize predstavlja analizna kemija, ki razvija teoretične osnove analiznih metod ali pa si jih izposoja iz sorodnih področij kemijske in fizikalne znanosti ter jih prilagaja svojim ciljem. Analitska kemija določa meje uporabnosti metod, ocenjuje njihove meroslovne značilnosti in razvija metode za analizo različnih objektov. Torej je analizna kemija področje znanstvenega znanja, del kemijske znanosti, analitična služba pa je sistem za zadovoljevanje potreb družbe po kemijski analizi.

Namen predmeta pri disciplini "Analizna kemija ter fizikalne in kemijske metode analize" je obvladati osnovne principe kvalitativne in kvantitativne analize.

Cilj se doseže z reševanjem specifične naloge za analizo neznane snovi, z izvedbo izračuna s titrimetrijo metoda analize in izdelava ustrezne titracijske krivulje.

1. Kvalitativna analiza neznane snovi

1.1 Teoretične informacije o kvalitativni analizi

Kvalitativna analiza je del analizne kemije, namenjen ugotavljanju kvalitativne sestave snovi, to je detekciji elementov in ionov, ki jih tvorijo in so del enostavnih in kompleksnih snovi. To se izvede s kemičnimi reakcijami, značilnimi za dani kation ali anion, ki omogočajo njihovo odkrivanje tako v posameznih snoveh kot v mešanicah.

Kemijske reakcije, primerne za kvalitativno analizo, mora spremljati opazen zunanji učinek. Lahko je: nastajanje plina, sprememba barve raztopine, oborina, raztapljanje oborine, tvorba kristalov značilne oblike.

V prvih štirih primerih potek reakcije opazujemo vizualno, kristale pregledamo pod mikroskopom.

Da bi dobili pravilne rezultate, so potrebne reakcije, ki jih ne motijo drugi prisotni ioni. To zahteva specifične (ki medsebojno delujejo le z ionom, ki ga določamo) ali vsaj selektivne (selektivne) reagente.

Na žalost so selektivni, predvsem specifični reagenti zelo je majhna, zato se moramo pri analizi kompleksne zmesi zateči k maskiranju motečih ionov, ki jih pretvorimo v reakcijsko inertno obliko, ali pogosteje k ločevanju zmesi kationov ali anionov na sestavne dele, imenovane analitične skupine. naredi to s pomočjo posebnih (skupinskih) reagentov, ki ob reakciji s številnimi ioni pod enakimi pogoji tvorijo spojine s podobnimi lastnostmi - težko topne oborine ali stabilne topne komplekse. To vam omogoča, da kompleksno mešanico razdelite na preprostejše komponente. Kvalitativno analizo sestavljajo naslednji koraki:

predhodne ugotovitve;

predhodni testi;

Delovanje kislin na suh vzorec;

Prenos analiziranega vzorca v raztopino ;

Sistematična (ali frakcijska) kvalitativna analiza kationov in

Pri izvajanju analitičnih reakcij je treba upoštevati določene pogoje. Ti vključujejo koncentracijo reaktantov, reakcijo medija, temperaturo.

1.2 Osnovne tehnike in metode za analizo neznanega vzorca. Priprava snovi za analizo

Ko začnete preučevati kemično sestavo določene snovi, jo je treba najprej natančno pretehtati, določiti njen videz, barvo, vonj, stopnjo mletja (prah, grobo zrnata ali drobnozrnata zmes, trdna masa itd.) , prisotnost kristaliničnih ali amorfnih faz in se ustrezno pripravi za analizo ter šele po tem nadaljuje z ugotavljanjem njegove kemijske sestave.

Priprava testirane snovi za analizo je zelo pomemben del celotne študije.

Po barvi analiziranega vzorca lahko sklepamo o prisotnosti ali odsotnosti določenih kationov v njem. Če je na primer analizirani predmet brezbarvna prozorna ali bela masa, potem to kaže na odsotnost znatnih količin obarvanih kationov v njem - krom (III) Cr 3+ (modro-vijolična barva), mangan (II) Mn 2 + (svetlo roza), železo (III) Fe 3+ (rumeno-rjava), kobalt (II) Co 2+ (rožnata), nikelj (II) Ni 2+ (zelena), baker (II) Cu 2+ (modra ). Če je vzorec obarvan, se lahko domneva, da vsebuje enega ali več zgornjih kationov. Za popolno analizo preskusne snovi je potrebno vzeti njeno majhno količino, merjeno v miligramih. Kvalitativna analiza poteka v dveh fazah. Najprej se izvedejo preliminarni testi, a nato nadaljujejo s sistematično analizo kationov in anionov.

Predhodni testi

Preliminarni testi omogočajo ugotavljanje prisotnosti nekaterih elementov, ki jih je med sistematičnim potekom analize težko zaznati.

Barvanje plamena

Za preizkus barve plamena se vzame žica dolžine 60 mm in premera 2-3 mm. En njen konjiček je upognjen v zanko, drugi konec pa je prispajkan v stekleno palico, ki služi kot ročaj. Žica mora biti dobro očiščena z večkratnim žarjenjem v najbolj vročem nesvetlečem plamenu gorilnika. Žico potopimo v klorovodikovo kislino in kalciniramo v plamenu gorilnika, nato ohladimo na sobno temperaturo. Na tako pripravljeno žico položimo več kristalov analita in jih prinesemo v plamen gorilnika. Različni ioni obarvajo plamen v naslednje barve:

Karmin rdeče………………………Sr 2+ ,Li 2+

Opečnato rdeča……………………….Ca 2+

Rumena…………………………………….Na +

Rumeno-zelena……………………………Ba 2+

Modro-zelena………………………….....Tiste

Svetlo modra………………………………As,Sb,Pb 2+

Svetlo modra…………………………………Cu 2+ ,Se

Vijolična ……………………………….K +, Rb + ali Cs +

Navlažimo žico s klorovodikovo kislino, da dobimo hlapne kloride kationov, prisotnih v vzorcu (če vsebuje nehlapno ali težko hlapno komponento) v plamenu.

Po naravi produktov termolize (kalcinacije) vzorca trdnega analita je včasih mogoče soditi o prisotnosti nekaterih kationov in anionov v analitu.

Za izvedbo tega testa se majhen delež analizirane snovi položi na dno ognjevzdržne epruvete (dolžine ~7 cm) in vzorec segreje, pri čemer se epruveta pritrdi v vodoravnem položaju v plamenu. plinski gorilnik. Med termično razgradnjo vzorca se sproščajo plinasti produkti termolize, od katerih se nekateri kondenzirajo na hladnem koncu cevi.

Na podlagi barve vzvišenega je mogoče narediti nekaj predhodnih zaključkov:

Sublimacijska barva Možni produkti termolize

Bela ……………………………………… Amonijeve soli, Hg 2 Cl 2, HgCl 2,

Rumena…………………………………...HgI 2 , As 2 S 3 , S

Zrcalna kovina ……………. Arzen ali živo srebro (plak)

Med termično razgradnjo lahko skupaj s sublimacijo pride do sproščanja hlapov in plinov. Pojav vodnih kapljic na stenah hladnega dela epruvete (epruvete) pomeni, da je bodisi v preskusnem vzorcu kristalizacijska voda bodisi voda nastane med termolizo vzorca (hidroksidi, kisle in bazične soli, organske spojine razpadejo s izpust vode).

Razvoj vijoličnih hlapov joda in njihova kondenzacija v obliki temnih kristalov kaže na možnost prisotnosti jodidnih ionov ali drugih ki vsebujejo jod anioni :

Poleg vijoličnih jodovih hlapov se lahko sproščajo rjavi bromovi hlapi (morda prisotni bromidni ioni in drugi anioni, ki vsebujejo brom), rumeno-rjave pare dušikovih oksidov (možna prisotnost nitratov in nitritov), kot tudi plinasti CO (možna prisotnost oksalatov), CO 2 (možna prisotnost karbonatov, oksalatov ), C1 2 (možna prisotnost kloridnih ionov in drugih anionov, ki vsebujejo klorid), SO 2 (možna prisotnost sulfitov, tiosulfatov), SO 3 (možna prisotnost sulfatov), NH 3 (prisotnost amonijevih soli je možna), O 2 (možna je prisotnost peroksidov, nitratov, kromatov, dikromatov itd.).

Akcija razvodenela klorovodikova kislina (~1 mol/l)

Razredčena žveplova kislina izpodriva šibke kisline iz njihovih soli - karbonatov, sulfitov, tiosulfatov, sulfidov, cianidov, nitritov, acetatov. Izpuščene šibke kisline, nestabilne v kislem okolju, izhlapijo ali razpadejo s tvorbo plinastih produktov.

Ob prisotnosti karbonatov v analiziranem vzorcu se sprošča plinasti ogljikov dioksid CO 2 (brez barve in vonja). V prisotnosti sulfitov in tiosulfatov se sprošča žveplov dioksid SO 2 z vonjem gorečega žvepla; v prisotnosti sulfidov - vodikov sulfid H 2 S z vonjem po gnilih jajcih; v prisotnosti cianidov - par cianovodikove kisline HCN z vonjem grenkih mandljev; v prisotnosti nitritov - rjavi hlapi dušikovega dioksida NO 2, v prisotnosti acetatov - hlapi ocetne kisline CH 3 COOH z vonjem po kisu.

Preskus izvedemo na naslednji način: v epruveto vzamemo majhno količino analita in ji po kapljicah dodamo razredčeno žveplovo kislino. Emisija plinov kaže na prisotnost v analiziranem vzorcu zgornjih anionov šibkih, nestabilnih kislin v kislem okolju.

Koncentrirana žveplova kislina lahko pri interakciji z analitom sprosti plinaste reakcijske produkte tudi iz fluoridov, kloridov, bromidov, jodidov, tiocianatov, oksalatov, nitratov. .

V prisotnosti fluoridov v analizirani snovi se sproščajo hlapi vodikovega fluorida HF; v prisotnosti kloridov - hlapi HC1 in plinastega klora C1 2; v prisotnosti bromidov - pari HBr in rumeni plinasti brom Br 2; v prisotnosti jodidov - vijolične pare joda J 2; v prisotnosti tiocianatov - plinast žveplov dioksid SO 2 ; v prisotnosti oksalatov - brezbarvni plinasti oksid CO in ogljikov dioksid CO 2 ogljik.

Preskus se izvede na naslednji način. Majhni masi trdnega analita (0,010 g) v epruveti počasi, previdno, po kapljicah dodajte koncentrirano žveplovo kislino. Če opazimo razvijanje plina, potem to kaže na prisotnost zgornjih anionov v analiziranem vzorcu .

Za izvedbo tega testa vzamemo mešanico razredčene H 2 SO 4 s KJ, več kristalov preskusne snovi, predhodno zdrobljenih v praškasto stanje, ali 3-4 kapljice raztopine analita (če je snov topna ) so dodani. V prisotnosti oksidantov se sprošča prosti jod, ki ga zaznamo po rjavi barvi raztopine ali s pomočjo škroba. To reakcijo povzročajo ioni NO 2 -, NO 3 -, MnO 4 -, CrO 4 2-, Fe 3+, Cu 2+.

Za odkrivanje reducentov se vzame mešanica razredčenih raztopin KMnO 4 + H 2 SO 4. Razbarvanje te raztopine povzročajo ioni SO 3 2-, S 2-, S 2 O 3 2-, J -, NO 2 -, Cl -, Fe 2+, Cr 3+:

Raztapljanje v vodi

Majhno količino analita vnesemo v epruveto, dodamo nekaj mililitrov destilirane vode in zmes nekaj časa mešamo. Če je snov popolnoma raztopljena v vodi, potem večino snovi, izbrane za analizo, raztopimo v najmanjšem možnem volumnu destilirane vode in nastalo raztopino analiziramo naprej. Majhen del prvotnega trdnega preskusnega vzorca se obdrži za ponovno testiranje ali preskuse preverjanja, če je potrebno.

Kationska analiza

Analitska skupina - skupina kationov, ki lahko s katerim koli reagentom (pod določenimi pogoji) daje podobne analitične reakcije. Razdelitev kationov v analitične skupine na podlagi njihovega odnosa do različnih anionov. Sprejeti sta dve klasifikaciji: sulfidna in kislinsko-bazična.

Glede na kislinsko-bazično klasifikacijo katione delimo v šest analitskih skupin (tabela 1)

Tabela 1 - Ločevanje kationov v skupine glede na kislinsko-bazično klasifikacijo

	skupina	Prejeto povezave	skupina značilnost
K+, Na+, NH4+			Kloridi, sulfati in hidroksidi so topni v vodi
		Oboriti AgCl, PbCl 2	Kloridi so netopni v vodi
		Obori BaSO 4 , CaSO 4	Sulfati so netopni (ali slabo topni) v vodi in kislinah
Zn 2+, Al 3+, Cr 3+,	Presežek 4n KOH ali NaOH	Raztopina ZnO 2 2-, AlO 2 -, CrO 2 -,	Hidroksidi so topni v presežku jedkih alkalij
Mg 2+, Mn 2+, Fe 2+, Fe 3+	Presežek 25 % NH 3	Obori Mg (OH) 2, Mn (OH) 2, Fe (OH) 2, Fe (OH) 3	Hidroksidi so netopni v presežku jedke alkalije.
Ni 2+, Co 2+, Cu 2+	Presežek 25 % NH 3	Ni(NH 3) 4 2+, Co(NH 3) 4 2+, Cu(NH 3) 6 2+	Hidroksidi so topni v presežku amoniaka

Anionska analiza Razvrstitev anionov temelji na razliki v topnosti barijevih in srebrovih soli. Po najpogostejši klasifikaciji so anioni razdeljeni v tri analitske skupine, kot je prikazano v tabeli 2.

Tabela 2 - Razvrstitev anionov

Običajno objekt najprej pregledamo na katione. Iz posameznih vzorcev raztopine s skupinskimi reagenti ugotovimo, kateri kationi katere analitske skupine so prisotni v raztopini, nato pa že v njej določimo anione.

1.3 Napredek pri določanju sestave neznanega vzorca

V analizo je bila izdana snov, ki je zmes dveh soli (epruveta št. 13). V skladu s pogojem lahko v sestavo soli vključimo samo naslednje ione:

1. K +, Na +, NH 4 +

4. Zn 2+, Al 3+, Cr 3+

5.Mg 2+, Fe 2+, Fe 3+

6. Cu 2+, Co 2+, Ni 2+

1. SO 4 2-, SO 3 2-, CO 3 2-, PO 4 2-

3. NO 3 -, NO 2 -, CH 3 COO -

Analiza snovi se izvede v skladu s shemo, opisano v odstavku 1.2.

Predhodni testi

Dana snov je drobnozrnata zmes brezbarvnih kristalov in zrnc. Po barvi snovi lahko domnevamo, da v njej ni kationov Fe 3+, Cr 2+, Cu 2+, Co 2+, Ni 2+.

Barvanje plamena

Nikromovo žico, namočeno v razredčeno klorovodikovo kislino, kalciniramo v plamenu gorilnika in nato ohladimo na sobno temperaturo. Na tako pripravljeno žico položimo več kristalov analita. Plamen gorilnika se obarva bledo modro, kar kaže na morebitno prisotnost kationa Pb 2+ v analizirani snovi in odsotnost kationov K + , Ba 2+ , Ca 2+ , Cu 2+

Preskus produkta termične razgradnje

Majhen delež analizirane snovi se položi na dno ognjevarne epruvete in segreje v plamenu gorilnika. Opažamo sproščanje rumenih hlapov, na podlagi tega lahko sklepamo o morebitni prisotnosti nitratov v analiziranem vzorcu. Enačbe (1,2) za tvorbo teh snovi so podane spodaj:

Razgradnja nitratov:

a) od zemeljsko alkalijskih do bakrenih (vključno)

Me(NO 3) 2 > 2MeO + + 2NO2 + O2 (1)

b) nitrati srebra, živega srebra itd.

2MeNO 3 >2Me + 2NO 2 + O 2 (2)

Odsotnost temnih oblog na stenah hladnega dela cevi kaže tudi na odsotnost jodidov v prisotnosti oksidantov.

Zaključek: analizirana snov lahko vsebuje nitrate in nima ionov, ki vsebujejo jod.

Delovanje razredčene žveplove kisline

Majhni količini dane snovi dodamo nekaj kapljic razredčene H 2 SO 4 in segrejemo v plamenu gorilnika. Pri tem se sprošča plin z značilnim vonjem po kisu.

Kemija postopka je podana spodaj (enačba (3)):

CH 3 COO - + H + > CH 3 COOH ^ (3)

Zato je lahko anion CH 3 COO - prisoten v analitu.

Delovanje koncentrirane žveplove kisline

Majhni masi analiziranega vzorca počasi dodajajte koncentrirano žveplovo kislino. Sproščajo se brezbarvni hlapi z značilnim vonjem po ocetni kislini, kar še enkrat potrjuje prisotnost aniona CH 3 COO v analiziranem vzorcu -

Emisije hlapov z značilnim vonjem po kloru in vijoličnih hlapov joda v skladu z enačbami (4-6):

Cl - + H + > HCl ^ (4)

2Cl - + SO 4 2- + 2H + > Cl 2 ^ + SO 3 2- + H 2 O (5)

2J - + H 2 SO 4 > J 2 + SO 3 2- + H 2 O (6)

ne opazimo, torej v analizirani snovi morda ni anionov Cl - ,I - .

Preskus prisotnosti oksidantov

Vzamemo zmes H 2 SO 4 s KI , dodajte nekaj kristalov analita. Do sproščanja prostega joda, ki povzroči, da raztopina porjavi v skladu z enačbami (7-9), ne pride, na podlagi česar lahko domnevamo, da so anioni NO 2 -, Fe 3+, Cu 2+ odsoten v tej snovi

Procesna kemija:

2J - + 2NO 2 - + 4H + > J 2 + 2NO + 2H 2 O (7)

2J - + 2Fe 3+ > J 2 + 2Fe 2+ (8)

4J - + 2Cu 2+ > J 2 + 2CuJv (9)

Preskus prisotnosti reducentov

Dodajte mešanico razredčenih raztopin KMnO 4 +H 2 SO 4 k majhnemu deležu analita. Razbarvanja raztopine v skladu z naslednjimi enačbami (10-14) ni opaziti, kar kaže na možno odsotnost v analiziranem vzorcu

NO 2 - , SO 3 2- , J - , Cl - , Fe 2+

2J - + 2NO 2 - + 4H + > J 2 + 2NO + 2H 2 O (10)

5SO 3 2- + 2MnO 4 - + 6H + > 5SO 4 2- + 2Mn 2+ + 3H 2 O (11)

16H + + 10J - + 2MnO 4 - > 5J 2 + 2Mn 2+ + 8H 2 O (12)

16H + + 10Cl - + 2MnO 4 - > 5Cl 2 + 2Mn 2+ + 8H 2 O (13)

5Fe 2+ + MnO 4 - + 8H + > 5Fe 3+ + Mn 2+ + 4H 2 O (14)

Raztapljanje v vodi

Analit je popolnoma topen v vodi. Na podlagi tega lahko domnevamo o sočasni prisotnosti ionov Ag, Pb 2+, CH 3 COO -, NO 3 v raztopini. - (ker se samo s temi anioni svinčev kation, odkrit v preliminarnih testih, popolnoma raztopi v vodi).

Vzorec za prisotnost NH 4

Analizirani zmesi dodamo nekaj kapljic kavstične sode in jo segrevamo v plamenu plinskega gorilnika, vonja po amoniaku ni čutiti, zato ni aniona NH 4 +.

Test za Fe 2+

V epruveto z analizirano snovjo in raztopino rdeče krvne soli K 3 dodamo nekaj kapljic raztopine HCl, modrega obarvanja raztopine v skladu s spodnjo enačbo (15) ne opazimo, zato Fe 2+ kation je odsoten.

3- + Fe 2+ >Fe 3 2 (15)

Test za Fe 3+

V epruveto z raztopino analita dodamo nekaj kapljic vode in nekaj kapljic koncentrirane raztopine amonijevega tiocianata. Krvavo rdeče obarvanosti v skladu z enačbo (16) ni opaziti, zato je kation Fe 3+ odsoten.

Fe 3+ +3CNS - >Fe(CNS) 3 (16)

Zaključek: na podlagi rezultatov preliminarnih testov lahko domnevamo o prisotnosti naslednjih ionov v analizirani mešanici: Pb 2+ ,CH 3 COO - ,NO 3 -

Sistematična analiza

Kationski test

Test za katione druge analitske skupine

Dodajte nekaj kapljic v analizirani vzorec klorovodikove kisline HCl opazimo padavine v skladu z enačbami (17.18), kar potrjuje možno prisotnost kationov Pb 2+, Ag + v tej snovi.

Procesna kemija:

Pb 2+ +2HCl>PbCl 2 v (17)

Ag + +HCl>AgClv (18)

Preverite raztapljanje nastale oborine v vroči vodi. V nastalo usedlino dodamo malo topla voda. Oborina se raztopi, zato kationa Ag 2+ ni.

Da bi natančno preverili prisotnost kationa Pb 2+ v analiziranem vzorcu, bomo izvedli naslednji poskus. Enako količino KI dodajte nekaj kapljicam raztopine analita. Nastane rumena oborina (enačba (19)).

Pb 2+ +2KI>PbI 2 v +2K + (19)

V epruveto dodamo nekaj kapljic vode in 2M raztopino CH 3 COOH, segrejemo in oborina se raztopi. Epruveto potopimo v hladno vodo. Briljantni zlati kristali izpadajo v skladu z enačbo (20).

PbI 2 v + CH 3 COOH> I + HI. (dvajset)

Tako je bila dokazana prisotnost svinčevega kationa v analizirani snovi, kar je skladno s preliminarnimi testi (test barve plamena).

Ker kation svinca moti odpiranje kationov tretje in prve analitske skupine, ga je treba ločiti. V ta namen raztopini analita dodamo nekaj kapljic 10 N HCl, premešamo s stekleno paličico in filtriramo. Oborino speremo z nakisano vodo 2n. raztopina klorovodikove kisline (za zmanjšanje topnosti svinčevega klorida). Filtrat št.1 lahko vsebuje naslednje katione Ca 2+, Ba 2+, K +, Na +, kot tudi majhno količino že odkritega kationa Pb 2+. Nato dodamo nekaj kapljic raztopine amonijevega sulfata (NH 4 ) 2 SO 4 v filtrat, nekaj minut segrevamo v vreli vodni kopeli, pustimo nekaj časa stati in ponovno filtriramo. Filtrat številka 2 morda vsebuje katione K +, Na +, Ca 2+ Oborino, ki vsebuje Pb 2+ in morda vsebuje katione Ba 2+, Ca 2+, obdelamo z vročo 30% raztopino CH 3 COONH 4 do PbSO 4 popolnoma odstranimo, filtriramo, oborino speremo z destilirano vodo in prenesemo v porcelanasto skodelico, dodamo nekaj mililitrov raztopine kalijevega karbonata K 2 CO 3, vremo nekaj minut, segrevamo na azbestni mreži v plamenu plinskega gorilnika. . Po ohlajanju dodajte nekaj mililitrov vode v porcelanasto skodelico, premešajte, pustite stati in odcedite prozorno plast tekočine. Nato ponovno dodamo kalijev karbonat K 2 CO 3, ponovno segrevamo nekaj minut in filtriramo. Usedlino speremo topla voda do popolne odstranitve anionov SO 4 2-. Oborino raztopimo v epruveti v majhni količini ocetne kisline in speremo z majhno količino destilirane vode. Nato bomo analizirali prisotnost kationa Ba 2+, za to dobljeni raztopini dodamo nekaj kapljic raztopine kalijevega kromata K 2 CrO 4. Ne nastane oborina, zato je kation Ba 2+ odsoten. Nastalo raztopino preverimo na prisotnost kationa Ca 2+, dodamo natrijev karbonat, premešamo s stekleno palico, ne opazimo tvorbe oborine, zato kation Ca 2+ ni. Preverimo filtrat št. 2 za prisotnost kationa K +, za to dodamo filtratu raztopino Na 3 in malo ocetne kisline, rumena oborina kompleksne soli kobalta ne nastane, zato K + kation je odsoten. Preverimo filtrat št. 2 na prisotnost kationa Na +, dodamo nekaj kapljic raztopine KH 2 SbO 4, ne nastane bela kristalna oborina, zato je kation Na + odsoten. Za odpiranje kationov četrte, pete in šeste analitske skupine dodamo natrijev hidroksid filtratu, ki ostane po ločitvi svinca, ni opaziti oborine, zato v analizirani mešanici ni kationov: Cu 2+, Zn 2 +, Al 3+,

Mg 2+, Cr 3+, Ni 2+, Co 2+

Anionski test

Prisotnost kationa Pb 2+ izključuje prisotnost anionov prve in druge analitske skupine v analizirani snovi, sicer bi pri raztapljanju v vodi opazili obarjanje.

Kljub temu, da v preliminarnih testih nismo predvidevali prisotnosti NO 2 - aniona, bomo analizirano mešanico preverili na prisotnost tega aniona. Raztopini analizirane mešanice dodamo nekaj kapljic Griess-Ilosvayeve raztopine, rdečega obarvanja raztopine ne opazimo, torej aniona NO 2 v tej mešanici res ni.

Kvalitativne reakcije na anione tretje analitske skupine

Potrdimo prisotnost aniona NO 3- v analizirani snovi. Izvedemo naslednjo reakcijo: nekaj kapljicam raztopine neznane snovi dodamo 2-3 kapljice defenilamina in 5 kapljic koncentrirane žveplove kisline. Opazimo temno modro barvo nastalega difenilbenzidina (enačba (21)):

2(C 6 H 5) 2 NHC 6 H 5 -N -C 6 H 4 -C 6 H 4 -NH-C 6 H 5 C 6 H 5 -N \u003d C 6 H 4 \u003d C 6 H 4 \ u003d N- C 6 H 5 (21)

Glede na pogoj naloge v izd mešanice so lahko prisotne dve anion. Po rezultatih predhodnih testov prisotnost anionov št 2 - , SO 4 2- , CO 3 2- , SO 3 2- , PO 4 3- , Cl - , jaz - - izgnani Posledično anion je prisoten v analizirani mešanici CH 3 COO - , katerih prisotnost potrjuje sproščanje kisovih hlapov pod delovanjem razredčene žveplove kisline (predhodni preskusi enačba (3) ).

Na podlagi zgornjih poskusov lahko sklepamo, da analizirana mešanica vsebuje kation Pb 2+ in anione CH 3 COO - ,NO 3 -.

Po analizi eksperimentalnih podatkov in predhodnih opažanj sklepamo, da je ta zmes sestavljena iz dveh soli Pb(NO 3) 2 in (CH 3 COO) 2 Pb.

Analizirajmo fizikalne lastnosti teh spojin.

Svinčev (II) acetat Рb(ОСОСН 3) 2 - brezbarvni kristali; tal. 280 °C; -- 960,90 kJ/mol; pri taljenju delno izhlapi, pri višjih temperaturah razpade na Pb, CO 2 , H 2 O in aceton. Topnost v vodi (g na 100 g): 29,3 (10 ° C), 55,2 (25 ° C) in 221,0 (50 ° C);

Svinčev nitrat Pb(NO 3) 2 , brezbarvni kristali. Pri segrevanju nad 200 ° C začne razpadati brez taljenja s sproščanjem NO 2 in O 2 ter zaporedno tvorbo oksonitratov Pb (NO 3) 2 2PbO, Pb (NO 3) 2, 5PbO in oksida PbO pri 500- 550 °C. Topnost v vodi (g na 100 g): 45,5 (10°C), 58,5 (25°C), 91,6 (60°C) in 116,4 (80°C).

Dejansko je dana snov, domnevno sestavljena iz soli Pb(NO 3) 2 in (CH 3 COO) 2 Pb, zmes brezbarvnih kristalov, kar je v skladu z zgornjimi referenčnimi podatki. Plamen gorilnika (med preskusom obarvanja plemena) je pobarvan v bledo modro barvo, kar kaže na prisotnost svinca v izdanem vzorcu. Pri vžigu se analit razgradi s sproščanjem rumenih hlapov, ki ustrezajo enačbi (22), kar potrjuje prisotnost svinčevega nitrata v tej mešanici.

Pb(NO 3) 2 > 2PbO + 2NO2 + O2 (22)

Pri delovanju razredčene žveplove kisline na suh vzorec so opazili sproščanje hlapov z značilnim vonjem po kisu, zato je v tej mešanici prisoten svinčev acetat. Tako s primerjavo referenčnih podatkov, rezultatov predhodnih opazovanj in eksperimentalnih podatkov sklepamo, da je prejšnja domneva o sestavi zmesi potrjena.

neznan vzorec reakcije žveplove kisline

2. Izračun teoretične titracijske krivulje

2.1 Teoretične osnove titrimetrična analiza

Titrimetrična analiza temelji na merjenju količine (prostornine ali mase) raztopine titranta (reagenta natančno znane koncentracije), ki se porabi za reakcijo z določeno komponento. Raztopino reagenta dodajamo, dokler njena količina ni enakovredna količini analita. Raztopina reagenta, ki se uporablja pri titrimetrični analizi, se imenuje titrirana ali standardna. koncentracija raztopin v titrimetrični analizi je izražena kot število gramskih ekvivalentov na liter raztopine.

Titrimetrične metode delimo v dve veliki skupini. V prvo skupino spadajo metode, ki temeljijo na ionskih reakcijah: nevtralizacija, obarjanje in kompleksiranje. V drugo skupino spadajo redoks metode, ki temeljijo na redoks reakcijah, ki so povezane s prenosom elektronov z enega delca na drugega. Uporabljene reakcije morajo izpolnjevati številne zahteve. Reakcija mora kvantitativno potekati po določeni enačbi brez stranskih reakcij. Reakcija mora potekati z zadostno hitrostjo, zato je treba ustvariti optimalne pogoje, ki zagotavljajo hiter potek reakcije. Ekvivalenčno točko je treba določiti dokaj zanesljivo.

Metode nevtralizacije. Sem spadajo definicije, ki temeljijo na interakciji kislin in alkalij. Nevtralizacijske metode običajno delimo na acidimetrijo (določanje baz), alkalimetrijo (določanje kislin) in halometrijo (določanje soli).

Metode obarjanja delimo na argentometrijo, ki omogoča določanje s titracijo z raztopino srebrovega nitrata, kloridov, jodidov, cianidov, tiocianatov; o merkurometriji, ki temelji na titraciji z raztopino železovega živosrebrovega nitrata.

Metode tvorbe kompleksov temeljijo na uporabi reakcij, v katerih nastanejo kompleksne spojine. Delimo jih na merkurimetrijo, ki temelji na titraciji z raztopino živosrebrovega(II) nitrata, pri kateri nastane rahlo disociiran živosrebrov(II) klorid, kompleksometrijo, ki temelji na uporabi organskih reagentov-komplesonov; fluorometrija, ki temelji na uporabi NaF.

Redoks metode temeljijo na uporabi različnih oksidacijskih in redukcijskih sredstev za titracijo.

Permanganatometrija. Metoda je bila predlagana leta 1846. F. Margeritt za titracijo raztopin železovih (II) soli.

Bromatometrija je metoda, ki temelji na oksidaciji z raztopino KBrO 3 v kislem okolju. Cerimetrija 1861. L. Lange je kot oksidant predlagal raztopino Ce (SO 4) 2. Cerijev sulfat se uporablja za titracijo številnih reduktivnih sredstev v močno kislih raztopinah železovih (II) soli, arzena, oksalnih kislin itd.

Titanometrija. Titanove (III) soli se uporabljajo kot močna redukcijska sredstva pri določanju predvsem organskih snovi.

Nitritometrija temelji na titraciji s standardno raztopino natrijevega nitrita. Nitritometrija se najpogosteje uporablja za določanje organskih snovi z reakcijo diazotiranja ali nitroziranja.

Askorbinometrija temelji na uporabi askorbinske kisline kot reducenta. Uporablja se za neposredno titracijo različnih oksidantov.

2.2 Kompleksometrična titracija

Kompleksonometrija (kelatometrija), titrimetrična analizna metoda, ki temelji na tvorbi močnih interkompleksnih spojin (kelatov) med kovinskimi kationi in kompleksoni. najpogosteje uporabljene so iminodiacetna, nitrilotriocetna (komplekson I) in etilendiamintetraocetna (komplekson II) kislina, dinatrijeva sol slednje (komplekson III, EDTA), pa tudi 1,2-diaminocikloheksantetraocetna kislina (komplekson IV). Široka uporaba kompleksonov II in III je posledica dejstva, da njihove reakcije s kovinskimi kationi potekajo v celoti in v skladu s stehiometrijo so njihove raztopine med shranjevanjem stabilne; ti reagenti so na voljo in je mogoče dobiti pripravke visoke čistosti. Končno točko titracije določimo vizualno s spreminjanjem barve kompleksometričnih indikatorjev (kovinski indikatorji), pa tudi potenciometrično, fotometrično, amperometrično ali z drugimi metodami.

Kompleksoni so neselektivni reagenti. Selektivnost kompleksonov povečamo z različnimi metodami: z znižanjem pH medija, z ločevanjem (obarjanjem, ekstrakcijo) iona, ki ga določamo, z maskiranjem, s spreminjanjem stopnje oksidacije kationa itd. .

Praktična uporaba

Visoka stabilnost koordinacijskih spojin kovin z Y 4- odpira temeljno možnost titrimetričnega določanja velike skupine kationov. Različne načine kompleksometrična titracija je lahko naslednja: direktna, obratna, po metodi izpodrivanja itd.

Pri neposredni titraciji se raztopini proučevanega iona v majhnih delih doda standardna raztopina kompleksona. Vrednost pH med titracijo mora biti večja od 7. Toda to lahko povzroči obarjanje kovinskih hidroksidov. Kot opozorilo se uporablja amonijev pufer (za nikelj, baker, cink in kadmij), dodani pa so tudi tartrati ali citrati (za mangan in svinec). Ker koncentracija določenega iona na ekvivalenčni točki močno pade, je treba to točko fiksirati s spremembo barve indikatorja, ki s kovinskim kationom tvori intrakompleksno spojino. Indikator reagira na spremembo koncentracije kovinskega kationa pMe na enak način, kot pH indikator reagira na spremembo pH. Tako določamo ione Ca, Sr, Ba, Cu, Mg, Mn, Zn itd.. Pred kompleksometrično metodo ni bilo dovolj zanesljivih metod za analizo spojin, ki vsebujejo te kovine.

Povratna titracija se uporablja, kadar pH, ki je potreben za tvorbo kompleksa, povzroči obarjanje kovine, ki jo je treba določiti, in tudi kadar ni zanesljivega indikatorja za kovinski ion. Titrirano raztopino EDTA dodamo v rahlem presežku analizirani raztopini soli. Z uvedbo pufrske raztopine nastavite želeni pH. Presežek EDTA titriramo z raztopino magnezijevega klorida ali cinkovega klorida. Ekvivalenčna točka se določi s spremembo barve indikatorja. Uporabljajo se tudi povratne titracije. Ko kovinski ion medsebojno deluje z EDTA ali kovinskim indikatorjem na počasen način, na primer v primeru nikljevega iona. Ta metoda se uporablja, kadar direktna titracija ni mogoča zaradi nastanka težko topnih oborin kovinskih kationov z anioni, prisotnimi v raztopini, na primer PbSO 4 , CaC 2 O 4 2H 2 O. Oborine se morajo med titracijo raztopiti.

Titracijo s premestitvijo enega kationa z drugim uporabimo v primeru, ko ni mogoče izbrati ustreznega indikatorja za ion, ki ga določamo, ali ko kovinski kation pri danem pH ne more preiti iz oborine v raztopino. V tem primeru lahko spojino s kompleksonom dobimo z reakcijo izmenjave med titracijo soli kovine, ki jo določamo z raztopino spojine druge kovine z EDTA. Na primer, titriramo z raztopino magnezijevega ali cinkovega kompleksonata. Za uporabo te metode je potrebno, da je nastala spojina kovine, ki jo določamo s kompleksonom, močnejša od magnezijevega ali cinkovega kompleksonata. Trenutno so bile razvite kompleksometrične tehnike za analizo zelo številnih predmetov.

Določanje trdote vode je bila prva praktična uporaba EDTA v analizni kemiji.

Trdota vode je označena z molsko koncentracijo ekvivalentov kalcija in magnezija.

Kompleksometrična titracija se uporablja tudi za analizo različnih zlitin, določanje sulfatov, fosfatov in drugih anionov ter za analizo organskih spojin.

Fizikalno-kemijske metode za določanje ekvivalenčne točke v kompleksometriji

Za ugotavljanje se običajno uporabljajo različne fizikalno-kemijske metode optimalni pogoji titracija.

Poleg tega je s fizikalno-kemijskimi metodami mogoče določiti elemente, za katere barvni indikatorji še niso bili najdeni.

Potenciometrično titracijo s kompleksonom izvajamo z ionsko selektivnimi elektrodami ali z inertnimi elektrodami iz plemenitih kovin, ki se odzivajo na spremembe redoks potenciala sistema.

Z uporabo bimetalnega para platinsko-volframovih elektrod je mogoče titrimetrično določiti svinec, baker, cink, nikelj, kadmij in druge elemente.

Amperometrična titracija EDTA se pogosto uporablja za določanje niklja, cinka, kadmija in svinca.

Uporabljajo se konduktometrična, fotometrična, termometrična in druge vrste kompleksonske titracije s fizikalno-kemijsko indikacijo ekvivalenčne točke.

2.3 Izračun titracijske krivulje s kompleksometrijo

Ocenite možnost titrimetričnega določanja in narišite titracijsko krivuljo za naslednje podatke 0,05 M ZnCl 2 0,025 M Na 2 H 2 Y, pH 9, koncentracija amoniaka 0,1 mol/l.

Zapišemo enačbo titrimetrične reakcije:

Zn 2+ + H 2 Y 2->ZnY 2- +2H +

Izračun titracijske krivulje se zmanjša na izračun eksponentne koncentracije Zn 2+ v odvisnosti od volumna titranta. Stabilnost ZnY 2- je odvisna od kislosti medija (višja kot je kislost, manjša je stabilnost), zato za vezavo vodikovih ionov kvantitativno določanje ZnCl 2 izvajamo v mediju amonijevega pufra.

Izračunajte prostornino titranta po zakonu ekvivalentov:

Prisotnost H iona + v okolju, kjer je prisoten Trilon B, vodi do naslednjih konkurenčnih reakcij:

Y4- +H + HY 3- , = K 4 ;

HY 3- +H + H 2 Y 2- , = K 3 ;

H 2 Y 2- +H + H 3 Y - , = K 2 ;

H 3 Y - +H + H 4 Y , = K 1 ;

kjer K 1, K 2, K 3, K 4 - konstante postopne disociacije H 4 Y (K 1 \u003d 1,0. 10 -2, K 2 \u003d 2,1. 10 -3, K 3 \u003d 6,9. 10 -7, K 4 \u003d 5,5. 10 -11).

Izračunajmo pogojno konstanto stabilnosti, ki izraža trdnost cinkovih kompleksov s Trilonom B:

Izračunajte koeficiente konkurenčnih reakcij:

Zn 2+ je vključen tudi v konkurenčne reakcije za tvorbo kompleksnih spojin z amoniakom NH 3 v skladu z naslednjimi reakcijskimi enačbami:

Zn 2 + +NH 3 Zn (NH 3) 2+,

Zn 2 + +2NH 3 Zn(NH 3) 2 2+,

Zn 2+ +3NH 3 Zn(NH 3) 3 2+,

Zn 2+ +4NH 3 Zn(NH 3) 4 2+,

Po literarnem viru

Če nadomestimo izraza (4) in (5) v enačbo konstante stabilnosti (3), dobimo:

1) pred začetkom titracije, v odsotnosti konkurenčnih reakcij, ki vključujejo cink, je koncentracija ionov Zn 2+ enaka koncentraciji soli ZnCl 2

ZnCl 2 >Zn 2+ +2Cl -

C=0,05 mol/l

2) do ekvivalenčne točke je vrednost pZn določena s koncentracijo netitriranega cinkovega iona, enačba (a), zato lahko zanemarimo disociacijo kompleksonata, ki nastane po enačbi (b) s presežkom cinkovih ionov. .

a) Zn 2 + + H 2 Y 2-> ZnY 2- + 2H +

b) ZnY 2- -Zn 2 + + Y 4-.

Izračunajmo za točke

3) Na ekvivalenčni točki izračun koncentracije ionov Zn 2 + se izvede ob upoštevanju reakcijske enačbe za disociacijo kompleksa:

ZnY 2- -Zn 2+ +Y 4-

To ravnotežje je kvantitativno opisano s konstanto:

1,8 10 -5

4) po ekvivalenčni točki ostane koncentracija kovinskega kompleksonata konstantna

Koncentracija ligandnih ionov je določena s presežkom dodanega titranta:

Za ugotovljene vrednosti in vrednosti pZn 2+ in pY 4- izračunamo in narišemo titracijsko krivuljo v koordinatah pZn 2+ - V titranta. Analizira se titracijska krivulja, izračuna se titracijski skok in izbere indikator.

V tabeli 3 so podani računski podatki za spremembe koncentracije ionov analita in titranta v odvisnosti od prostornine dodanega titranta (če se prostornina raztopine med titracijo ne spreminja).

Preglednica 3 – Sprememba pZn med titracijo s Trilonom B.

Analizirajmo nastalo krivuljo. Kot je razvidno, je v območju ekvivalenčne točke močna sprememba koncentracije cinkovih ionov, kar je mogoče opaziti z ustreznim indikatorjem. Titracijski skok je pZn 2+ =6,5-3,6=2,9, kar pomeni, da je vrednost zadostna za določitev ekvivalenčne točke. Na podlagi tega lahko sklepamo, da je kompleksometrično določanje cinka možno v območju danih koncentracij.

Indikatorji v kompleksometriji so kovinski indikatorji, ki s kovinskimi ioni tvorijo intenzivno obarvane spojine, katerih konstante stabilnosti pa so nižje od konstant brezbarvnih kompleksov Trilona B s kovinskimi ioni.

Izbira indikatorja se izvede v skladu s pogoji titracije, opisanimi v referenčni knjigi Lurie. Če v nalogi predstavljene pogoje titracije primerjamo s podatki iz priročnika, pridemo do zaključka, da je v tem primeru indikator 0,1 % vodna raztopina kislega kromovega modrega K, ki omogoča barvni prehod iz rožnate v sivo- modra.

2.4 Določanje anionske sestave odpadne vode

V veliki večini primerov sestavo soli naravnih voda določajo kationi Ca 2+, Mg 2+, Na +, K + in anioni HCO 3 -, Cl -, SO 4 2-. Ti ioni se imenujejo glavni vodni ioni ali makrokomponente; določajo kemijski tip vode. Preostali ioni so prisotni v precej manjših količinah in se imenujejo mikrokomponente; ne določajo kemičnega tipa vode.

Glede na prevladujoči anion delimo vode v tri razrede: bikarbonatne, sulfatne in kloridne. Vode vsakega razreda so razdeljene glede na prevladujoči kation v tri skupine: kalcijeve, magnezijeve in natrijeve.

Raztopljeni plini so prisotni tudi v naravnih vodah. V bistvu so to plini, ki difundirajo v vodo iz zračne atmosfere, kot so kisik, ogljikov dioksid, dušik. Toda hkrati so lahko v podzemnih vodah ali vodah necentraliziranih virov oskrbe z vodo, v mineralnih in termalnih vodah prisotni vodikov sulfid, radioaktivni plin radon, pa tudi inertni in drugi plini.

Obstaja več metod za določanje anionske sestave vode.

Metoda kompleksometrične titracije

Določanje številnih anionov temelji na obarjanju njihovih težko topnih spojin s titrirano raztopino nekega kationa, katerega presežek nato titriramo z EDTA. Sulfat s to metodo oborimo v obliki BaSO 4 z barijevim kloridom in naknadno kompleksometrično titracijo presežnih ionov Ba 2+ s posebno metodo. Fosfat se obori kot MgNH 4 PO 4 in količina magnezija, ki ostane v raztopini, se določi kompleksometrično.

Kromatografija

Ionska kromatografija je metoda za kvalitativno in kvantitativno določanje ionov v raztopinah. Omogoča določanje anorganskih in organskih anionov, kationov alkalijskih in zemeljskoalkalijskih kovin, kationov prehodnih kovin, aminov in drugih organskih spojin v ionski obliki. Po vsem svetu se bolj kot druge metode uporablja ionska kromatografija, ki omogoča detekcijo številnih komponent v kateri koli vodi. Za analizo se uporabljajo ionski kromatografi. Glavni element vsakega kromatografa je ločevalna analitska kolona. Analiza anorganskih anionov, kot so fluorid, klorid, nitrit, nitrat, sulfat in fosfat, z ionsko kromatografijo je že vrsto let najpogostejša metoda na svetu. Poleg ionokromatografskih kolon so bile razvite in uspešno uporabljene visoko zmogljive kolone za določanje glavnih anorganskih anionov, ki poleg standardnih detektirajo tudi oksianione, kot so oksihalidi: klorit, klorat, bromat itd.

Argentometrija.

Argentometrija (iz lat. argentum - srebro in grško metreo - merilo), titrimetrična metoda za določanje anionov (Hal -, CN -, PO 4 3-, CrO 4 2- itd.), ki tvorijo težko topne spojine ali stabilne komplekse z Ag ioni + Preizkusno raztopino titriramo s standardno raztopino AgNO3 ali presežek slednjega, vnesenega v analizirano raztopino, titriramo s standardno raztopino NaCl (tako imenovana povratna titracija).

Podobni dokumenti

Teoretične informacije o kvalitativni analizi. Metode za analizo neznanega vzorca. Osnove titrimetrične analize. Kompleksometrična titracija, izračun titracijske krivulje s kompleksometrično metodo. Določanje anionske sestave odpadne vode.

seminarska naloga, dodana 22.01.2011

Praktična vrednost analizne kemije. Kemične, fizikalno-kemijske in fizikalne metode analize. Priprava neznane snovi za kemijsko analizo. Problemi kvalitativne analize. Faze sistematične analize. Detekcija kationov in anionov.

povzetek, dodan 05.10.2011

Fizično in telesno Kemijske lastnosti dušikova kislina. Obločna metoda za pridobivanje dušikove kisline. Delovanje koncentrirane žveplove kisline na trdne nitrate pri segrevanju. Opis snovi kemik Haiyan. Proizvodnja in uporaba dušikove kisline.

predstavitev, dodana 12.12.2010

Pojem kvantitativne in kvalitativne sestave v analizni kemiji. Vpliv količine snovi na vrsto analize. Kemične, fizikalne, fizikalno-kemijske, biološke metode za določanje njegove sestave. Metode in glavne faze kemijske analize.

predstavitev, dodana 01.09.2016

Izvajanje analize snovi za določitev njene kvalitativne ali kvantitativne sestave. Kemijske, fizikalne in fizikalno-kemijske metode za ločevanje in določanje strukturnih komponent heterogenih sistemov. Statistična obdelava rezultatov.

povzetek, dodan 19.10.2015

Uporaba, fizikalne in kemijske lastnosti koncentrirane in razredčene žveplove kisline. Proizvodnja žveplove kisline iz žvepla, pirita in vodikovega sulfida. Izračun tehnoloških parametrov za proizvodnjo žveplove kisline, oprema za avtomatizacijo.

diplomsko delo, dodano 24.10.2011

Strukturna, kemijska formula žveplove kisline. Surovine in glavne faze proizvodnje žveplove kisline. Sheme za proizvodnjo žveplove kisline. Reakcije za proizvodnjo žveplove kisline iz minerala pirita na katalizatorju. Pridobivanje žveplove kisline iz železovega sulfata.

predstavitev, dodana 27.04.2015

Pojem analize v kemiji. Vrste, stopnje analize in metode: kemijske (maskiranje, obarjanje, koprecipitacija), fizikalne (stripping, destilacija, sublimacija) in fizikalno-kemijske (ekstrakcija, sorpcija, ionska izmenjava, kromatografija, elektroliza, elektroforeza).

povzetek, dodan 23.01.2009

Naloge in metode kvalitativne in kvantitativne analize. Analitični sistem kationov. Zakon aktivnih mas. Teorija elektrolitske disociacije. Redoks reakcije. Karakterizacija kompleksnih spojin. puferske raztopine.

potek predavanj, dodan 15.12.2011

Bistvo in predmet analizne kemije kot vede. Naloge in metode kvalitativne in kvantitativne analize kemikalij. Primeri kvalitativnih reakcij na katione. Karakterizacija pojavov, ki spremljajo reakcije po mokri (v raztopinah) in suhi poti.

Inženirji okolja morajo poznati kemijsko sestavo surovin, izdelkov in proizvodnih odpadkov ter okolja - zraka, vode in tal; pomembno je identificirati škodljive snovi in določiti njihovo koncentracijo. Ta problem je rešen analizna kemija - veda o določanju kemijske sestave snovi.

Probleme analizne kemije rešujejo predvsem fizikalno-kemijske metode analize, ki jih imenujemo tudi instrumentalne. Uporabljajo merjenje neke fizikalne ali fizikalno-kemijske lastnosti snovi, da določijo njeno sestavo. Vključuje tudi razdelke o metodah ločevanja in čiščenja snovi.

Namen tega tečaja predavanj je seznaniti se z načeli instrumentalnih analiznih metod, da bi se poglobili v njihove zmožnosti in na tej podlagi postavili specifične naloge specialistom – kemikom ter razumeli pomen rezultatov analize.

Literatura

Aleskovsky V.B. itd. Fizikalno-kemijske metode analize. L-d, "Kemija", 1988

Yu.S. Lyalikov. Fizikalne in kemijske metode analize. M., založba "Kemija", 1974

Vasiljev V.P. Teoretične osnove fizikalnih in kemijskih metod analize. M., Višja šola, 1979

A.D. Zimon, N.F. Leščenko. koloidna kemija. M., "Agar", 2001

A.I. Mišustin, K.F. Belousova. Koloidna kemija (Metodološki vodnik). Založba MIHM, 1990

Prvi dve knjigi sta učbenika za študente kemije in sta zato dovolj težki za vas. Zaradi tega so ta predavanja zelo uporabna. Lahko pa preberete posamezna poglavja.

Žal uprava za ta predmet še ni dodelila ločenega kredita, zato je snov vključena v splošni izpit, skupaj s predmetom fizikalne kemije.

2. Razvrstitev analiznih metod

Razlikovati med kvalitativno in kvantitativno analizo. Prvi določa prisotnost določenih komponent, drugi - njihovo kvantitativno vsebnost. Analitske metode delimo na kemijske in fizikalno-kemijske. V tem predavanju bomo obravnavali le kemijske metode, ki temeljijo na pretvorbi analita v spojine z določenimi lastnostmi.

Pri kvalitativni analizi anorganskih spojin preskusni vzorec prevedemo v tekoče stanje z raztapljanjem v vodi ali raztopini kisline ali alkalije, kar omogoča zaznavanje elementov v obliki kationov in anionov. Ione Cu 2+ lahko na primer prepoznamo po tvorbi svetlo modrega kompleksnega iona 2+.

Kvalitativno analizo delimo na frakcijsko in sistematično. Frakcijska analiza - detekcija več ionov v mešanici s približno znano sestavo.

Sistematična analiza je popolna analiza po določeni metodi sekvenčne detekcije posameznih ionov. Ločene skupine ionov s podobnimi lastnostmi izoliramo s skupinskimi reagenti, nato skupine ionov razdelimo v podskupine, te pa v ločene ione, ki jih detektiramo s t.i. analitične reakcije. To so reakcije z zunanjim učinkom - padavine, nastajanje plinov, sprememba barve raztopine.

Lastnosti analitičnih reakcij - specifičnost, selektivnost in občutljivost.

Specifičnost omogoča zaznavanje določenega iona v prisotnosti drugih ionov po značilni lastnosti (barva, vonj itd.). Takšnih reakcij je relativno malo (npr. reakcija odkrivanja iona NH 4 + z delovanjem alkalije na snov pri segrevanju). Kvantitativno se specifičnost reakcije oceni z vrednostjo mejnega razmerja, ki je enako razmerju koncentracij iona, ki ga določamo, in motečih ionov. Na primer, kapljična reakcija na ion Ni 2+ z delovanjem dimetilglioksima v prisotnosti ionov Co 2+ uspe pri mejnem razmerju Ni 2+ proti Co 2+, ki je enako 1:5000.

Selektivnost(ali selektivnost) reakcije določa dejstvo, da le nekaj ionov daje podoben zunanji učinek. Selektivnost je tem večja, čim manjše je število ionov, ki dajejo podoben učinek.

Občutljivost za reakcije je značilna meja zaznavnosti ali meja redčenja. Na primer, meja detekcije pri mikrokristaloskopski reakciji na ion Ca 2+ z delovanjem žveplove kisline je 0,04 μg Ca 2+ v kapljici raztopine.

Težja naloga je analiza organskih spojin. Ogljik in vodik določimo po zgorevanju vzorca, pri čemer zabeležimo sproščeni ogljikov dioksid in vodo. Obstaja več tehnik za odkrivanje drugih elementov.

Razvrstitev analiznih metod po količini.

Komponente so razdeljene na osnovne (1 - 100 % teže), manj pomembne (0,01 - 1 % teže) in primesi ali sledi (manj kot 0,01 % teže).

Glede na maso in prostornino analiziranega vzorca ločimo makroanalizo (0,5 - 1 g ali 20 - 50 ml),

polmikroanaliza (0,1 - 0,01 g ali 1,0 - 0,1 ml),

mikroanaliza (10 -3 - 10 -6 g ali 10 -1 - 10 -4 ml),

ultramikroanaliza (10 -6 - 10 -9 g ali 10 -4 - 10 -6 ml),

submikroanaliza (10 -9 - 10 -12 g ali 10 -7 - 10 -10 ml).

Razvrstitev glede na naravo določenih delcev:

1.izotopski (fizikalni) - določajo se izotopi

2. elementarni ali atomski - določena je množica kemičnih elementov

3. molekularni - določi se nabor molekul, ki sestavljajo vzorec

4. strukturna skupina (vmesna med atomsko in molekulsko) – v molekulah organskih spojin so določene funkcionalne skupine.

5. faza - analizirajo se komponente heterogenih predmetov (na primer minerali).

Druge vrste klasifikacije analiz:

Bruto in lokalno.

Destruktivno in nedestruktivno.

Kontakt in daljinec.

diskretno in kontinuirano.

Pomembne značilnosti analiznega postopka so hitrost metode (hitrost analize), cena analize in možnost njene avtomatizacije.

FIZIKALNE METODE ANALIZE (a. physical methods of analysis; n. physikalische Analyseverfahren; f. procedes physiques de l "analyse; i. metodos fisisos de analisis) - niz metod za kvalitativno in kvantitativno analizo snovi na podlagi meritev fizikalnih lastnosti, ki določajo kemijsko individualnost opredeljenih komponent.

Fizikalne metode analize delimo v tri skupine: spektroskopske, jedrsko-fizikalne in radiokemične. Od spektroskopskih metod je najbolj razširjena atomska emisijska analiza. Atomi ali ioni, vzbujeni z oblokom, iskrico, visokofrekvenčno ali indukcijsko plazmo, oddajajo svetlobno energijo. Za vsak element je značilen lasten niz spektralnih črt. Intenzivnost sevanja določenega elementa določa njegova koncentracija v analiziranem vzorcu. značilna lastnost atomska emisijska analiza je zmožnost hkratnega določanja več elementov. Absolutna meja zaznavnosti nekaterih elementov doseže 10 g. Široko se uporablja atomska absorpcijska analiza, ki temelji na merjenju absorpcije svetlobe s prostimi atomi elementov. Analiza atomske fluorescence temelji na spontanem prehodu atomov, vzbujenih s svetlobnim tokom, v začetno stanje, ki ga spremlja fluorescenca.

Pri rentgenskih spektralnih metodah vzorec obsevamo s tokom elektronov in vsebnost analita v vzorcu presojamo po velikosti nastalega rentgenskega sevanja. Pri drugi različici metode vzorec ne obsevamo z elektroni, temveč z rentgenskimi žarki in določimo jakost sekundarnega sevanja (rentgenska fluorescenčna analiza). Rentgenske metode so primerne za lokalno analizo (fokusiranje elektronskega žarka) brez uničenja analiziranega vzorca. Metoda rentgenske fluorescence omogoča določanje več kot 80 kemičnih elementov z relativno napako do 1 %. Na večkanalnih rentgenskih kvantometrih se v nekaj minutah analizirajo kamnine in minerali na glavne kamninotvorne elemente (glej rentgensko fazno analizo, radiografija,).

Macc-spektrometrične metode temeljijo na različnem odstopanju v magnetnem polju ionov različnih mas, ki jih dobimo z ionizacijo preizkušane snovi, na primer v iskri. Te metode se pogosto uporabljajo za določanje nečistoč v materialih. Metoda vam omogoča hkratno določanje do 70 kemičnih elementov nečistoč v trdnih snoveh. Absolutna meja detekcije elementov doseže 10-15 g (glej Macc-spektrometrijo).

Od metod jedrske fizike najbolj pomembnost ima radioaktivni test, pri katerem je snov obsevana z nevtroni, kvanti gama ali nabitimi delci. Med interakcijo sevalnih delcev z jedri atomov elementov v snovi kot posledica jedrskih reakcij nastanejo radioaktivni "hčerinski" elementi ali izotopi. Količino elementa, ki ga določamo v vzorcu, ocenjujemo po velikosti njihove radioaktivnosti. Radioaktivacijska metoda ima izjemno nizko mejo zaznavnosti in omogoča določanje do 10-10% nečistoč v geoloških vzorcih in drugih materialih. Glede na naravo sevanja, uporabljenega za aktivacijo, ločimo nevtronsko aktivacijo, gama aktivacijo in druge analize (glej radiografsko analizo).

Med radiokemijske metode spada metoda izotopskega redčenja. Analiziranemu vzorcu dodamo radioaktivni izotop določenega elementa in po vzpostavitvi kemijskega ravnotežja določen del tega elementa na nek način izoliramo. Izmeri se radioaktivnost tega izoliranega dela in iz njegove vrednosti se izračuna vsebnost elementa v vzorcu (glej).

Navedene metode analize se uporabljajo, če obstaja povezava med izmerjenimi fizikalnimi lastnostmi snovi ter njihovo kakovostno in kvantitativno sestavo. Ker za merjenje fizičnih st-in-in uporabljajo se različne naprave (orodja), potem se te metode imenujejo instrumentalne. Klasifikacija fizikalnih in fizikalno-kemijskih analiznih metod. Temelji na upoštevanju izmerjenih fizikalnih in fizikalno-kemijskih lastnosti v otokih ali proučevanem sistemu. Optične metode temeljijo na merjenju optičnega St-in-in. Kromatografija o uporabi sposobnosti različnih snovi za selektivno sorpcijo. Elektrokemijske metode temeljijo na merjenju elektrokemijskih lastnosti v sistemu. Radiometrija, ki temelji na merjenju radioaktivnih sv-in in-in. Thermal na merjenje toplotnih učinkov ustreznih procesov. Masna spektrometrija pri preučevanju ioniziranih fragmentov ("fragmentov") in-in. Ultrazvočni, magnetokemični, piknometrični itd. Prednosti instrumentalnih analiznih metod: nizka meja zaznavanje 1 -10 -9 mcg; nizka mejna koncentracija, do 10 -12 g / ml določene in-va; visoka občutljivost, formalno določena z vrednostjo tangensa naklona ustrezne umeritvene krivulje, ki grafično odraža odvisnost izmerjenega fizikalnega parametra, ki je običajno narisan vzdolž ordinatne osi, od količine ali koncentracije določene snovi ( abscisna os). Večji kot je tangenta naklona krivulje na os x, bolj občutljiva je metoda, kar pomeni naslednje: da dobimo enak »odziv« - spremembo fizikalne lastnosti - manjšo spremembo koncentracije ali količine je potrebna merjena snov. Prednosti vključujejo visoko selektivnost (selektivnost) metod, tj. Sestavne komponente zmesi je mogoče določiti brez ločevanja in izolacije teh komponent; kratkotrajnost analiz, možnost njihove avtomatizacije in informatizacije. Slabosti: zapletenost strojne opreme in visoki stroški; večja napaka (5 -20%) kot pri klasični kemijski analizi (0,1 -0,5%); slabša ponovljivost. Optične metode analize temeljijo na merjenju optičnih lastnosti v otokih (emisija, absorpcija, sipanje, odboj, lom, polarizacija svetlobe), ki se kažejo pri interakciji elektromagnetnega sevanja z otokom.

Razvrstitev glede na preučevane objekte: atomska in molekularna spektralna analiza. Po naravi interakcije elektromagnetnega sevanja z in-ohm. V tem primeru se razlikujejo naslednje metode. Atomska absorpcijska analiza, ki temelji na merjenju absorpcije monokromatskega sevanja atomov snovi, ki se določa v plinski fazi po atomizaciji snovi. Emisijska spektralna analiza - merjenje intenzivnosti svetlobe, ki se oddaja v th (najpogosteje atomih ali ionih) med njenim energijskim vzbujanjem, na primer v plazmi z električnim praznjenjem. Plamenska fotometrija - uporaba plinskega plamena kot vira energijskega vzbujanja sevanja. Nefelometrija - merjenje sipanja svetlobe na svetlobnih delcih razpršenega sistema (okolja). Turbidimetrična analiza - merjenje oslabitve intenzitete sevanja med njegovim prehodom skozi razpršeni medij. Refraktometrična analiza merjenje lomnih količnikov svetlobe in-in. Polarimetrična analiza je merjenje velikosti optične rotacije - kota zasuka ravnine polarizacije svetlobe optično aktivnih predmetov. Naslednje metode so razvrščene glede na področje uporabljenega elektromagnetnega spektra: spektroskopija (spektrofotometrija) v UVI območju spektra, to je v najbližjem ultravijoličnem območju spektra - v območju valovnih dolžin 200 - 400 nm in v vidno območje - v območju valovnih dolžin 400 - 700 nm. Infrardeča spektroskopija, ki preučuje del elektromagnetnega spektra v območju 0,76 - 1000 μm (1 μm = 10 -6 m), redkeje rentgensko in mikrovalovno spektroskopijo. Po naravi energetskih prehodov v različnih spektrih - elektronski (sprememba energije elektronskih stanj atomov, ionov, radikalov, molekul, kristalov v UVI regiji); vibracijski (pri spreminjanju energije vibracijskih stanj 2- in poliatomskih ionov, radikalov, molekul, pa tudi tekočih in trdnih faz v IR območju); rotacijski tudi v IR in mikrovalovnem območju. to. Interakcija med molekulami in elektromagnetnim sevanjem je v tem, da z absorpcijo elektromagnetnega sevanja molekule preidejo v vzbujeno stanje. Pri tem ima pomembno vlogo energija, to je valovna dolžina absorbiranega sevanja.

Torej, v rentgenskih žarkih, katerih valovna dolžina je 0,05 - 5 nm, se pojavi proces vzbujanja notranjih elektronov v atomih in molekulah; v ultravijoličnih žarkih (5 - 400 nm) pride do procesa vzbujanja zunanjih elektronov v atomih in molekulah; vidna svetloba (400 - 700 nm) je vzbujanje zunanjih elektronov v sistemih konjugiranih p-elektronov; infrardeče sevanje (700 nm - 500 mikronov) je proces vzbujanja nihanja molekul; mikrovalovi (500 mikronov - 30 cm) proces vzbujanja rotacije molekul; radijski valovi (več kot 30 cm) proces vzbujanja spinskih prehodov v atomskih jedrih (jedrska magnetna resonanca). Absorpcija sevanj omogoča njihovo merjenje in snemanje v spektrometriji. V tem primeru se vpadno sevanje razdeli na referenčno in meri pri enaki jakosti. Izmerjeno sevanje prehaja skozi vzorec; ko pride do absorpcije, se intenzivnost spremeni. Pri absorpciji energije elektromagnetnega sevanja delci v otokih (atomi, molekule, ioni) povečajo svojo energijo, torej preidejo v višje energijsko stanje. Elektronska, vibracijska, rotacijska energijska stanja delcev v otokih se lahko spreminjajo samo diskretno, za strogo določeno količino. Za vsak delec obstaja posamezen nabor energijskih stanj - energijskih nivojev (term), na primer elektronskih energijskih nivojev. Elektronski energijski nivoji molekul in večatomskih ionov imajo fino strukturo - vibracijski podnivoji; zato tudi vibracijski prehodi potekajo sočasno s čisto elektronskimi prehodi.

Vsak elektronski (elektronsko-vibracijski) prehod z nižjega energijskega nivoja na višje ležeči elektronski nivo ustreza pasu v elektronskem absorpcijskem spektru. Ker je razlika med elektronskimi nivoji za vsak delec (atom, ion, molekula) strogo določena, je tudi položaj pasu v elektronskem absorpcijskem spektru, ki ustreza enemu ali drugemu elektronskemu prehodu, strogo določen, tj. valovna dolžina (frekvenca, valovanje). število) največji absorpcijski pas. Razlike v jakosti merimo z detektorjem in beležimo na snemalnik v obliki signala (vrh), stran 318, kemija, dijaški in študentski priročnik, shema spektrometra. Ultravijolična spektroskopija in absorpcijska spektroskopija v vidnem območju. Absorpcija elektromagnetnega sevanja iz ultravijoličnega in vidnega dela spektra; vzbuja prehode elektronov v molekulah iz zasedenih na nezasedene energijske nivoje. Večja ko je razlika v energiji med energijskimi nivoji, večja je energija, tj. krajšo valovno dolžino, mora imeti sevanje. Del molekule, ki v veliki meri določa absorpcijo svetlobe, se imenuje kromofor (dobesedno nosilci barv) – to so atomske skupine, ki vplivajo na absorpcijo svetlobe s strani molekule, predvsem konjugiranih in aromatskih p-elektronskih sistemov.

Strukturni elementi kromoforjev so v glavnem vključeni v absorpcijo kvanta svetlobne energije, kar vodi do pojava pasov v relativno ozkem območju absorpcijskega spektra spojin. Območje od 200 do 700 nm je praktično pomembno za določanje strukture organskih molekul. Kvantitativna meritev: poleg položaja absorpcijskega maksimuma je za analizo pomembna vrednost ekstinkcije (oslabitve) sevanja, to je intenzivnost njegove absorpcije. V skladu z zakonom Lambert - Beer E \u003d lgI 0 / I \u003d ecd, E - ekstinkcija, I 0 - intenzivnost vpadne svetlobe, I - intenzivnost prepuščene svetlobe, e - molarni koeficient ekstinkcije, cm 2 / mol, c - koncentracija, mol / l, d - debelina plasti vzorca, cm Ekstinkcija je odvisna od koncentracije absorbirajoče snovi. Absorpcijske analizne metode: kolorimetrija, fotoelektrokolorimetrija, spektrometrija. Kolorimetrija je najpreprostejša in najstarejša metoda analize, ki temelji na vizualni primerjavi barve tekočin (določitev pH tal na napravi Alyamovsky) - najpreprostejša metoda primerjave z vrsto referenčnih p-s. Široko se uporabljajo 3 metode kolorimetrije: metoda standardnih serij (metoda lestvice), metoda barvnega izenačevanja in metoda redčenja. Uporabljajo se steklene kolorimetrične epruvete, steklene birete, kolorimetri, fotometri. Metoda lestvice je določanje pH na instrumentu Alyamovsky, to je seriji epruvet z različnimi koncentracijami v otokih in različnimi glede na spreminjanje intenzivnosti barve raztopine ali referenčnih raztopin. Fotokolorimetrija - metoda temelji na merjenju intenzivnosti nemonokromatskih svetlobni tok skozi analizirano raztopino s pomočjo fotocelic.

Svetlobni tok iz vira sevanja (žarnice) gre skozi svetlobni filter, ki prepušča sevanje le v določenem območju valovnih dolžin, skozi kiveto z analiziranim p-ohmom in vstopi v fotocelico, ki pretvori svetlobno energijo v fototok, ki ga zabeleži ustrezna naprava. . Večja kot je absorpcija svetlobe analizirane raztopine (t.j. večja kot je njena optična gostota), manjša je energija svetlobnega toka, ki pade na fotocelico. FEC-ji so opremljeni s filtri n-mi, ki imajo največjo prepustnost svetlobe pri različnih valovnih dolžinah. Ob prisotnosti 2 fotocelic se merita 2 svetlobna toka, eden skozi analizirano raztopino, drugi skozi primerjalno raztopino. Koncentracija preučevane snovi se določi glede na umeritveno krivuljo.

Elektrokemijske metode analize temeljijo na elektrodnih reakcijah in na prenosu elektrike skozi raztopine. Pri kvantitativni analizi se uporablja odvisnost vrednosti izmerjenih parametrov elektrokemijskih procesov (razlika v električnih potencialih, tok, količina električne energije) od vsebnosti določene snovi v raztopini, ki je vključena v ta elektrokemijski proces. Elektrokemični procesi so tisti procesi, ki jih spremlja hkratno odvijanje kemičnih reakcij in sprememba električnih lastnosti sistema, ki ga v takih primerih lahko imenujemo elektrokemijski sistem. Osnovna načela potenciometrije

Kot pove že ime metode, se v njej meri potencial. Da bi pojasnili, kakšen potencial in zakaj nastane, razmislite o sistemu, sestavljenem iz kovinske plošče in raztopine, ki vsebuje ione iste kovine (elektrolit) v stiku z njo (slika 1). Takšen sistem imenujemo elektroda. Vsak sistem teži k stanju, ki ustreza minimumu njegove notranje energije. Zato se v prvem trenutku po potopitvi kovine v raztopino na fazni meji začnejo pojavljati procesi, ki vodijo do zmanjšanja notranje energije sistema. Predpostavimo, da je ionizirano stanje kovinskega atoma energijsko »ugodnejše« od nevtralnega (možno je tudi obratno). Nato bodo v prvem trenutku kovinski atomi prešli iz površinske plasti plošče v raztopino in v njej pustili svoje valenčne elektrone. V tem primeru površina plošče pridobi negativen naboj, ta naboj pa se povečuje s povečanjem števila kovinskih atomov, ki so prešli v raztopino v obliki ionov. Elektrostatične privlačne sile različnih nabojev (negativno nabiti elektroni v plošči in pozitivni kovinski ioni v raztopini) ne dovolijo, da bi se ti naboji odmaknili od fazne meje, poleg tega pa povzročijo obratni proces prehoda kovinskih ionov iz raztopine v raztopino. kovinsko fazo in jih tam obnoviti. Ko se hitrosti naprednih in povratnih procesov izenačita, nastopi ravnovesje. Za ravnovesno stanje sistema je značilno ločevanje nabojev na fazni meji, tj. Pojavi se "skok" potenciala. Treba je opozoriti, da opisani mehanizem nastanka potenciala elektrode ni edini, v realnih sistemih se pojavljajo tudi številni drugi procesi, ki vodijo do nastanka "skoka" potencialov na vmesniku. Poleg tega lahko pride do potencialnega "skoka" na fazni meji ne samo, ko elektrolit pride v stik s kovino, ampak tudi, ko elektrolit pride v stik z drugimi materiali, kot so polprevodniki, ionske izmenjevalne smole, stekla itd.

V tem primeru se ioni, katerih koncentracija vpliva na potencial elektrode, imenujejo potencialno določajoči. Potencial elektrode je odvisen od narave materiala v stiku z elektrolitom, koncentracije ionov, ki določajo potencial, v raztopini in temperature. Ta potencial se meri glede na drugo elektrodo, katere potencial je konstanten. Torej, ko smo ugotovili to razmerje, ga je mogoče uporabiti v analitični praksi za določanje koncentracije ionov v raztopini. V tem primeru se elektroda, katere potencial se meri, imenuje merilna, elektroda, glede na katero se izvajajo meritve, pa pomožna ali referenčna elektroda. Konstantnost potenciala referenčnih elektrod se doseže s konstantnostjo koncentracije ionov, ki določajo potencial, v njenem elektrolitu (elektrolit št. 1). Sestava elektrolita #2 se lahko razlikuje. Da preprečimo mešanje dveh različnih elektrolitov, sta ločena z ionsko prepustno membrano. Potencial merilne elektrode je enak izmerjeni emf reduciranega elektrokemičnega sistema. Z uporabo raztopin znane sestave kot elektrolit št. 2 je mogoče ugotoviti odvisnost potenciala merilne elektrode od koncentracije ionov, ki določajo potencial. To odvisnost lahko kasneje uporabimo pri analizi raztopine neznane koncentracije.

Za standardizacijo potencialne lestvice je bila kot referenčna elektroda sprejeta standardna vodikova elektroda, katere potencial je bil predpostavljen kot nič pri kateri koli temperaturi. Pri običajnih meritvah pa se vodikova elektroda redko uporablja zaradi svoje obsežnosti. V vsakdanji praksi se uporabljajo druge enostavnejše referenčne elektrode, katerih potencial se določi glede na vodikovo elektrodo. Zato je mogoče po potrebi rezultat meritve potenciala, izvedene glede na takšne elektrode, preračunati glede na vodikovo elektrodo. Najpogosteje uporabljeni sta srebrokloridna in kalomelna referenčna elektroda. Potencialna razlika med merilno elektrodo in referenčno elektrodo je merilo koncentracije ionov, ki jih je treba določiti.

Funkcijo elektrode lahko opišemo z linearno Nernstovo enačbo:

E \u003d E 0 + 2,3 RT / nF * lg a,

kjer je E potencialna razlika med merilno elektrodo in referenčno elektrodo, mV; E 0 - konstanta, odvisna predvsem od lastnosti referenčne elektrode (standardni potencial elektrode), mV; R - plinska konstanta, J * mol -1 * K -1. ; n je naboj iona ob upoštevanju njegovega znaka; F - Faradayevo število, C/mol; T - absolutna temperatura, 0 K; člen 2,3 RT/nF, vključen v Nernstovo enačbo pri 25 0 C, je 59,16 mV za enojno nabite ione. Metoda brez vsiljevanja zunanjega (tujega) potenciala se uvršča med metode, ki temeljijo na upoštevanju narave vira električne energije v sistemu. Pri tem načinu je vir el.en. služi sam elektrokemijski sistem, ki je galvanski člen (galvanski krog) – potenciometrične metode. EMF in elektrodni potenciali v takem sistemu so odvisni od sode določene snovi v raztopini. Elektrokemična celica vključuje 2 elektrodi - indikatorsko in referenčno elektrodo. Vrednost EMF, ki nastane v celici, je enaka potencialni razliki teh dveh elektrod.

Potencial referenčne elektrode v pogojih potenciometričnega določanja ostane konstanten, potem je EMF odvisen samo od potenciala indikatorske elektrode, to je od aktivnosti (koncentracije) določenih ionov v raztopini. To je osnova za potenciometrično določanje koncentracije dane snovi v analni raztopini. Uporabljata se tako neposredna potenciometrija kot potenciometrična titracija. Pri določanju pH raztopin se kot indikatorske elektrode, katerih potencial je odvisen od koncentracije vodikovih ionov, uporabljajo: steklo, vodik, kinhidron (redoks elektroda v obliki platinaste žice, potopljene v raztopino HC1, nasičene s kinhidronom – an. ekvimolekularna spojina kinon s hidrokinonom) in nekatere druge Membranske ali ionsko selektivne elektrode imajo resnični potencial, odvisno od aktivnosti tistih ionov v raztopini, ki jih sorbira membrana elektrode (trdna ali tekoča), metoda se imenuje ionometrija .

Spektrofotometri so naprave, ki omogočajo merjenje absorpcije svetlobe vzorcev v snopih svetlobe ozke spektralne sestave (monokromatska svetloba). Spektrofotometri omogočajo razgradnjo bele svetlobe v neprekinjen spekter, ločitev ozkega območja valovnih dolžin iz tega spektra (1-20 nm širine izbranega spektralnega pasu), prehod izoliranega žarka svetlobe skozi analizirano raztopino in merjenje intenzitete tega žarka z visoko natančnost. Absorpcijo svetlobe barvne raztopine v raztopini merimo tako, da jo primerjamo z absorpcijo ničelna rešitev. Spektrofotometer združuje dve napravi: monokromator za pridobivanje monokromatskega svetlobnega toka in fotoelektrični fotometer za merjenje jakosti svetlobe. Monokromator je sestavljen iz svetlobnega vira, dispergirne naprave (razgradnje bele svetlobe v spekter) in naprave za uravnavanje velikosti intervala valovnih dolžin svetlobnega žarka, ki vpada na raztopino.

Iz različnih fizikalno-kemijskih in fizikalnih analiznih metod najvišjo vrednost imajo 2 skupini metod: 1 - metode, ki temeljijo na preučevanju spektralnih značilnosti otokov; 2 - metode, ki temeljijo na študiji fizikalno-kemijskih parametrov. Spektralne metode temeljijo na pojavih, ki nastanejo pri interakciji snovi z različne vrste energije (elektromagnetno sevanje, toplotna energija, električna energija itd.). Glavne vrste interakcij v-va s sevalno energijo vključujejo absorpcijo in emisijo (emisijo) sevanja. Narava pojavov zaradi absorpcije ali emisije je načeloma enaka. Ko sevanje interagira s snovjo, njeni delci (atomi molekule) preidejo v vzbujeno stanje. Po določenem času (10 -8 s) se delci vrnejo v osnovno stanje in oddajajo presežek energije v obliki elektromagnetnega sevanja. Ti procesi so povezani z elektronskimi prehodi v atomu ali molekuli.

Elektromagnetno sevanje lahko označimo z valovno dolžino oziroma frekvenco n, ki sta med seboj povezani z razmerjem n=s/l, kjer je c hitrost svetlobe v vakuumu (2,29810 8 m/s). Skupek vseh valovnih dolžin (frekvenc) elektromagnetnega sevanja sestavlja elektromagnetni spekter od g-žarkov (kratkovalno območje, fotoni imajo visoko energijo) do vidnega dela spektra (400 - 700 nm) in radijskih valov (dolgo- valovno območje, fotoni z nizko energijo).

V praksi imamo opravka s sevanjem, za katerega je značilen določen interval valovnih dolžin (frekvenc), to je z določenim odsekom spektra (ali, kot pravijo, s pasom sevanja). Pogosto se za analitične namene uporablja tudi monokromatska svetloba (svetlobni tok, pri katerem ima elektromagnetno valovanje eno valovno dolžino). Selektivna absorpcija sevanja z določenimi valovnimi dolžinami s strani atomov in molekul vodi do dejstva, da je za vsak in-in značilna individualna spektralna značilnost.

Za analitične namene se uporabljata tako absorpcija sevanja atomov in molekul (oziroma atomska absorpcijska spektroskopija) kot emisija sevanja atomov in molekul (emisijska spektroskopija in luminiscenca).

Spektrofotometrija temelji na selektivni absorpciji elektromagnetnega sevanja v-vom. Z merjenjem absorpcijskega in-cija sevanja različnih valovnih dolžin lahko dobimo absorpcijski spekter, to je odvisnost absorpcije od valovne dolžine vpadne svetlobe. Absorpcijski spekter je kvalitativna značilnost otoka. Kvantitativna značilnost je količina absorbirane energije ali optična gostota raztopine, ki je odvisna od koncentracije absorbirajoče snovi po zakonu Bouguer-Lambert-Beer: D \u003d eIs, kjer je D optična gostota, i je debelina plasti; с - koncentracija, mol / l; e je molski absorpcijski koeficient (e = D pri I=1 cm in c=1 mol/l). Vrednost e služi kot značilnost občutljivosti: večja kot je vrednost e, manjšo količino v-va lahko določimo. Številne snovi (zlasti organske) intenzivno absorbirajo sevanje v UV in vidnem območju, kar omogoča njihovo neposredno določanje. Večina ionov, nasprotno, šibko absorbira sevanje v vidnem območju spektra (е? 10…1000), zato se običajno prenesejo na druge, bolj intenzivno absorbirajoče spojine, nato pa se izvedejo meritve. Za merjenje absorpcije (optične gostote) uporabljamo dve vrsti spektralnih instrumentov: fotoelektrokolorimetre (z grobo monokromatizacijo) in spektrofotometre (s fino monokromatizacijo). Najpogostejša je fotometrična metoda analize, katere kvantitativne določitve temeljijo na Bouguer-Lambert-Beerovem zakonu. Glavne metode fotometričnih meritev so: metoda molskega koeficienta absorpcije svetlobe, metoda umeritvene krivulje, standardna metoda (primerjalna metoda), aditivna metoda. Pri metodi molskega koeficienta absorpcije svetlobe se izmeri optična gostota D preiskovane raztopine in z znano vrednostjo molskega koeficienta absorpcije svetlobe e izračuna koncentracija absorbirajoče snovi v raztopini: c \u003d D / (e jaz). Pri metodi umeritvene krivulje se pripravi vrsta standardnih raztopin z znano vrednostjo koncentracije komponente, ki jo je treba določiti, in določi se njihova vrednost optične gostote D.

Glede na dobljene podatke se zgradi umeritveni graf - odvisnost optične gostote raztopine od koncentracije in-va: D = f (c). Po Bucher-Lambert-Beerovem zakonu je graf ravna črta. Nato se izmeri optična gostota D preskusne raztopine in iz umeritvene krivulje se določi koncentracija analita. Metoda primerjave (standardov) temelji na primerjavi optične gostote standardne in preskusne raztopine:

D st \u003d e * I * s st in D x \u003d e * I * s x,

od koder D x / D st \u003d e * I * s x / e * I * s st in c x \u003d s st * D x / D st. Pri metodi dodajanja se vrednosti optične gostote preskusne raztopine primerjajo z isto raztopino z dodatkom (z a) znane količine komponente, ki jo je treba določiti. Na podlagi rezultatov določitev se izračuna koncentracija snovi v preskusni raztopini: D x \u003d e * I * c x in D x + a \u003d e * I * (c x + c a), od koder D x / D x + a \u003d e * I * c x / e * I * (c x + c a) in c x \u003d c a * D x / D x + a - D x. .

Atomska absorpcijska spektroskopija temelji na selektivni absorpciji sevanja v atomih. Za prenos snovi v atomsko stanje se raztopina vzorca vbrizga v plamen ali segreje v posebni kiveti. Posledično topilo izhlapi ali izgori, trdna snov pa se atomizira. Večina atomi ostanejo v nevzbujenem stanju in le majhen del se vzbuja z naknadno emisijo sevanja. Množica črt, ki ustreza valovnim dolžinam absorbiranega sevanja, tj. spekter, je kvalitativna značilnost, intenziteta teh črt pa je kvantitativna značilnost otoka.

Atomska emisijska spektroskopija temelji na merjenju jakosti svetlobe, ki jo oddajajo vzbujeni atomi. Viri vzbujanja so lahko plamen, iskrica, električni oblok itd. Za pridobivanje emisijskih spektrov se v vir vzbujanja vnese vzorec v obliki prahu ali raztopine, kjer snov preide v plinasto stanje ali delno razpade. na atome in enostavne (po sestavi) molekule. Kakovostna značilnost snovi je njen spekter (tj. niz črt v emisijskem spektru), kvantitativna značilnost pa je intenziteta teh črt.

Luminescenca temelji na oddajanju sevanja vzbujenih molekul (atomov, ionov) med njihovim prehodom v osnovno stanje. V tem primeru so lahko viri vzbujanja ultravijolično in vidno sevanje, katodni žarki, energija kemijske reakcije itd. Energija sevanja (luminiscenca) je vedno manjša od absorbirane energije, saj se del absorbirane energije pretvori v segreje še preden se začne emisija. Zato ima luminiscentna emisija vedno krajšo valovno dolžino od valovne dolžine svetlobe, absorbirane med vzbujanjem. Luminescenca se lahko uporablja za oboje odkrivanje v-v(po valovni dolžini) in za njihovo kvantitativno določitev (po jakosti sevanja). Elektrokemijske metode analize temeljijo na interakciji in-va z električni šok. Procesi, ki potekajo v tem primeru, so lokalizirani na elektrodah ali v obelektrodnem prostoru. Večina metod je prve od teh vrst. Potenciometrija. Elektrodni proces je heterogena reakcija, pri kateri se nabit delec (ion, elektron) prenese skozi fazno mejo. Zaradi takega prenosa nastane potencialna razlika na površini elektrode zaradi tvorbe dvojne električne plasti. Kot pri vsakem procesu elektrodna reakcija sčasoma pride v ravnotežje in na elektrodi se vzpostavi ravnotežni potencial.

Merjenje vrednosti ravnotežnih elektrodnih potencialov je naloga potenciometrične metode analize. Meritve se izvajajo v elektrokemijski celici, sestavljeni iz 2 polelementov. Ena od njih vsebuje indikatorsko elektrodo (katere potencial je odvisen od koncentracije ionov, ki jih je treba določiti v raztopini v skladu z Nernstovo enačbo), druga pa referenčno elektrodo (katere potencial je konstanten in ni odvisen od o sestavi raztopine). Metoda se lahko izvaja kot direktna potenciometrija ali kot potenciometrična titracija. V prvem primeru se izmeri potencial indikatorske elektrode v analizirani raztopini glede na referenčno elektrodo, koncentracija iona, ki ga je treba določiti, pa se izračuna z uporabo Nernstove enačbe. Pri varianti potenciometrične titracije ion, ki ga določamo, titriramo z ustreznim reagentom, hkrati pa spremljamo spremembo potenciala indikatorske elektrode. Na podlagi dobljenih podatkov se zgradi titracijska krivulja (odvisnost potenciala indikatorske elektrode od prostornine dodanega titranta). Na krivulji v bližini ekvivalenčne točke je močna sprememba potencialne vrednosti (potencialni skok) indikatorske elektrode, kar omogoča izračun vsebnosti iona, ki se določa v raztopini. Elektrodni postopki so zelo raznoliki. Na splošno jih lahko razvrstimo v 2 veliki skupini: procese, ki nastanejo s prenosom elektronov (tj. dejanski elektrokemični procesi), in procese, povezane s prenosom ionov (v tem primeru ima elektroda ionsko prevodnost). V slednjem primeru govorimo o tako imenovanih ionsko selektivnih membranskih elektrodah, ki so trenutno zelo razširjene. Potencial takšne elektrode v raztopini, ki vsebuje ione, ki jih je treba določiti, je odvisen od njihove koncentracije po Nernstovi enačbi. V isto vrsto elektrod spada tudi steklena elektroda, ki se uporablja pri pH-metriji. Možnost ustvarjanja velikega števila membranskih elektrod z visoko selektivnostjo za določene ione je to področje potenciometrične analize izločila v samostojno vejo - ionometrijo.

Polarografija. Med prehodom toka v elektrokemični celici opazimo odstopanje vrednosti elektrodnih potencialov od njihovih ravnotežnih vrednosti. Iz več razlogov pride do tako imenovane polarizacije elektrod. Osnova te metode analize je pojav polarizacije, ki se pojavi med elektrolizo na elektrodi z majhno površino. Pri tej metodi se na elektrode, potopljene v preskusno raztopino, uporablja naraščajoča potencialna razlika. Pri majhni potencialni razliki toka skozi raztopino praktično ni (tako imenovani preostali tok). S povečanjem potencialne razlike na vrednost, ki zadostuje za razgradnjo elektrolita, se tok močno poveča. Ta potencialna razlika se imenuje ekspanzijski potencial. Z merjenjem odvisnosti jakosti toka, ki teče skozi raztopino, od velikosti uporabljene napetosti, lahko konstruiramo tako imenovani. tokovno-napetostna krivulja, ki vam omogoča, da z zadostno natančnostjo določite kvalitativno in kvantitativno sestavo raztopine. Hkrati je kvalitativna značilnost snovi velikost potencialne razlike, ki zadostuje za njeno elektrokemično razgradnjo (polvalovni potencial E S), kvantitativna značilnost pa je velikost povečanja jakosti toka zaradi njegove elektrokemične razgradnje v rešitev (valovna dolžina H ali razlika v vrednostih mejnega difuzijskega toka in preostalega toka). Za količinsko določitev koncentracije snovi v raztopini se uporabljajo naslednje metode: metoda umeritvene krivulje, standardna metoda, aditivna metoda. Konduktometrična metoda analize temelji na odvisnosti električne prevodnosti raztopine od koncentracije elektrolita. Praviloma se uporablja v različici konduktometrične titracije, pri kateri je ekvivalenčna točka določena s pregibom titracijske krivulje (odvisnost električne prevodnosti od količine dodanega titranta). Amperometrična titracija je neke vrste potenciometrična titracija, le indikatorska elektroda je polarografska naprava, t.j. uporabljena mikroelektroda s superponirano napetostjo.

Prejšnja objava

Pregled daljinskih upravljalnikov Možev daljinski upravljalnik

Naslednja objava

Daljinski upravljalnik za žensko nad moškim

Vse pravice pridržane 2022

Gor

Fizikalno-kemijske metode analize: praktična uporaba. Analitska kemija in fizikalno-kemijske metode analize Fizikalne metode analize vključujejo