método de análise nomeie os princípios subjacentes à análise da matéria, ou seja, o tipo e a natureza da energia que causa a perturbação das partículas químicas da matéria.
A análise é baseada na dependência entre o sinal analítico registrado e a presença ou concentração do analito.
Sinal analíticoé uma propriedade fixa e mensurável de um objeto.
Em química analítica, os métodos de análise são classificados de acordo com a natureza da propriedade que está sendo determinada e de acordo com o método de registro do sinal analítico:
1.químico
2.físico
3. Físico e químico
Os métodos físico-químicos são chamados de instrumentais ou de medição, pois exigem o uso de instrumentos, instrumentos de medição.
Considere uma classificação completa de métodos químicos de análise.
Métodos Químicos análise- com base na medição da energia de uma reação química.
Durante a reação, os parâmetros associados ao consumo de materiais de partida ou à formação de produtos de reação mudam. Essas mudanças podem ser observadas diretamente (precipitado, gás, cor) ou medidas como consumo de reagentes, massa do produto, tempo de reação, etc.
Por metas Os métodos de análise química são divididos em dois grupos:
I. Análise qualitativa- consiste na detecção de elementos individuais (ou íons) que compõem a substância analisada.
Os métodos de análise qualitativa são classificados:
1. análise de cátions
2. análise de ânions
3. análise de misturas complexas.
II. Análise quantitativa- consiste em determinar o conteúdo quantitativo de partes constituintes substância complexa.
Os métodos químicos quantitativos classificam:
1. Gravimétrico(peso) método de análise é baseado no isolamento do analito em sua forma pura e sua pesagem.
Os métodos gravimétricos de acordo com o método de obtenção do produto da reação são divididos em:
a) os métodos quimiogravimétricos são baseados na medição da massa do produto de uma reação química;
b) os métodos eletrogravimétricos são baseados na medição da massa do produto de uma reação eletroquímica;
c) os métodos termogravimétricos baseiam-se na medição da massa de uma substância formada durante a exposição térmica.
2. Volumétrico os métodos de análise são baseados na medição do volume de um reagente consumido para interação com uma substância.
Os métodos volumétricos, dependendo do estado de agregação do reagente, são divididos em:
a) métodos volumétricos de gás, que se baseiam na absorção seletiva do determinado componente da mistura gasosa e na medição do volume da mistura antes e depois da absorção;
b) os métodos volumétricos líquidos (titrimétricos ou volumétricos) são baseados na medição do volume de um reagente líquido consumido para interação com o analito.
Dependendo do tipo de reação química, os métodos de análise volumétrica são diferenciados:
A protolitometria é um método baseado no curso de uma reação de neutralização;
redoxometria - um método baseado na ocorrência de reações redox;
complexometria - um método baseado no curso da reação de complexação;
· métodos de precipitação - métodos baseados nas reações de formação de precipitação.
3. Cinético os métodos de análise baseiam-se na determinação da dependência da velocidade de uma reação química da concentração dos reagentes.
Aula nº 2. Etapas do processo analítico
A solução do problema analítico é realizada realizando a análise da substância. De acordo com a terminologia IUPAC análise [‡] chamado de procedimento para obtenção experimental de dados sobre a composição química de uma substância.
Independentemente do método escolhido, cada análise consiste nas seguintes etapas:
1) amostragem (amostragem);
2) preparo da amostra (preparação da amostra);
3) medição (definição);
4) processamento e avaliação dos resultados das medições.
Figura 1. Representação esquemática do processo analítico.
Seleção de amostra
A realização de análises químicas começa com a seleção e preparação de amostras para análise. Cabe ressaltar que todas as etapas da análise estão interligadas. Assim, um sinal analítico cuidadosamente medido não fornece informações corretas sobre o conteúdo do analito, se a seleção ou preparação da amostra para análise não for realizada corretamente. O erro de amostragem geralmente determina a precisão geral da determinação do componente e torna inútil o uso de métodos de alta precisão. Por sua vez, a amostragem e o preparo da amostra dependem não apenas da natureza do objeto analisado, mas também do método de medição do sinal analítico. Os métodos e procedimentos para amostragem e sua preparação são tão importantes na análise química que geralmente são prescritos pelo State Standard (GOST).
Considere as regras básicas para amostragem:
O resultado só pode ser correto se a amostra for suficientemente representante, ou seja, reflete com precisão a composição do material do qual foi selecionado. Quanto mais material for selecionado para a amostra, mais representativa ela será. No entanto, uma amostra muito grande é difícil de manusear e aumenta o tempo e o custo da análise. Assim, é necessário tirar uma amostra para que seja representativa e não muito grande.
· A massa ótima da amostra deve-se à heterogeneidade do objeto analisado, ao tamanho das partículas a partir das quais a heterogeneidade começa e aos requisitos para a precisão da análise.
· A homogeneidade do lote deve ser assegurada para garantir a representatividade da amostra. Se não for possível formar um lote homogêneo, deve-se usar a estratificação do lote em partes homogêneas.
Leve em consideração ao coletar amostras estado de agregação objeto.
· A condição para a uniformidade dos métodos de amostragem deve ser cumprida: amostragem aleatória, amostragem periódica, escalonada, multi-estágio, amostragem cega, amostragem sistemática.
· Um dos fatores que devem ser levados em consideração na escolha de um método de amostragem é a possibilidade de alterar a composição do objeto e o conteúdo do determinado componente ao longo do tempo. Por exemplo, uma composição variável da água de um rio, uma mudança na concentração de componentes em produtos alimentícios, etc.
O curso de química física e coloidal, incluindo métodos físico-químicos de análise e métodos de separação e purificação, desempenha um papel essencial na formação de especialistas na área de engenharia ambiental. As principais seções da físico-química - cinética química e termodinâmica química - servem de base teórica para outras seções da química, bem como tecnologia química e métodos para separar e purificar substâncias. As medições das propriedades físico-químicas das substâncias são a base de muitos métodos instrumentais modernos (físico-químicos) de análise e controle de estado. meio Ambiente. Como a maioria dos objetos naturais são sistemas coloidais, é necessário estudar os fundamentos da química coloidal.
Os perigos de contaminação ambiental por produtos - substâncias nocivas podem ser significativamente reduzidas pela limpeza cuidadosa dos produtos. Os métodos de limpeza química incluem o tratamento com reagentes que neutralizam componentes nocivos. É necessário conhecer a velocidade e completude das reações, sua dependência condições externas, ser capaz de calcular a concentração de reagentes que fornecem o grau de purificação necessário. Métodos de purificação físico-química também são amplamente utilizados, incluindo retificação, extração, sorção, troca iônica e cromatografia.
O estudo do curso de química física e coloidal por alunos de especialidades ambientais (nº nº) inclui o desenvolvimento de um curso teórico (aula teórica), seminários sobre química analítica, incluindo métodos físicos e químicos de análise, métodos de separação e purificação, cromatografia e seções de química coloidal, trabalho de laboratório e exercícios práticos, bem como trabalho independente, incluindo a realização de três trabalhos de casa. No decorrer do trabalho laboratorial e prático, os alunos adquirem as competências de realização de experiências físicas e químicas, plotagem, processamento matemático de resultados de medição e análise de erros. Ao realizar trabalhos laboratoriais, práticos e trabalhos de casa, os alunos adquirem as competências de trabalho com literatura de referência.
Seminários de química analítica e coloidal
Seminário 1. O tema da química analítica. Classificação dos métodos de análise. Metrologia. Métodos clássicos de análise quantitativa.
Os especialistas que trabalham no campo da ecologia de engenharia precisam de informações suficientemente completas sobre a composição química de matérias-primas, produtos de produção, resíduos de produção e meio ambiente - ar, água e solo; atenção especial deve ser dada à identificação de substâncias nocivas e à determinação de suas quantidades. Este problema está resolvido química Analítica - a ciência da determinação da composição química das substâncias. A análise química é o principal e necessário meio de controle da poluição ambiental.
Um estudo super breve desta seção da química não pode qualificar um químico analítico, seu objetivo é familiarizar-se com a quantidade mínima de conhecimento suficiente para definir tarefas específicas para químicos, concentrando-se nas capacidades de certos métodos de análise e entender o significado de os resultados da análise.
Distinguir entre análise qualitativa e quantitativa. O primeiro determina a presença de certos componentes, o segundo - seu conteúdo quantitativo. Ao estudar a composição de uma substância, uma análise qualitativa sempre precede uma análise quantitativa, pois a escolha de um método de análise quantitativa depende da composição qualitativa do objeto em estudo. Os métodos de análise são divididos em químicos e físico-químicos. Os métodos químicos de análise baseiam-se na transformação do analito em novos compostos com determinadas propriedades. Pela formação de compostos característicos de elementos, a composição da substância é estabelecida.
Análise qualitativa compostos inorgânicos baseado em reações iônicas e permite a detecção de elementos na forma de cátions e ânions. Por exemplo, íons Cu 2+ podem ser identificados pela formação de um íon complexo azul brilhante 2+. Ao analisar compostos orgânicos, C, H, N, S, P, Cl e outros elementos são geralmente determinados. Carbono e hidrogênio são determinados após a combustão da amostra, registrando-se o dióxido de carbono e a água liberados. Existem várias técnicas para detectar outros elementos.
A análise qualitativa é dividida em fracionária e sistemática.
A análise fracionária é baseada no uso de reações específicas e seletivas, com a ajuda das quais é possível detectar os íons desejados em qualquer sequência em porções individuais da solução de teste. A análise fracionária permite determinar rapidamente o número limitado de íons (de um a cinco) contidos em uma mistura cuja composição é aproximadamente conhecida.
A análise sistemática é uma sequência específica de detecção de íons individuais após todos os outros íons que interferem na determinação terem sido encontrados e removidos da solução.
Grupos separados de íons são isolados usando as semelhanças e diferenças nas propriedades dos íons usando os chamados reagentes de grupo - substâncias que reagem da mesma maneira com um grupo inteiro de íons. Grupos de íons são divididos em subgrupos, e estes, por sua vez, são divididos em íons individuais, que são detectados usando os chamados. reações analíticas características desses íons. Tais reações são necessariamente acompanhadas por um sinal analítico, ou seja, um efeito externo - precipitação, evolução de gás, mudança na cor da solução.
A reação analítica tem a propriedade de especificidade, seletividade e sensibilidade.
A especificidade permite detectar um determinado íon sob certas condições na presença de outros íons por uma ou outra característica (cor, cheiro, etc.). Existem relativamente poucas dessas reações (por exemplo, a reação de detectar o íon NH 4 + pela ação de um álcali sobre uma substância quando aquecida). Quantitativamente, a especificidade da reação é estimada pelo valor da razão limitante, que é igual à razão entre as concentrações do íon a ser determinado e os íons interferentes. Por exemplo, uma reação de queda no íon Ni 2+ pela ação de dimetilglioxima na presença de íons Co 2+ é bem-sucedida em uma razão limitante de Ni 2+ para Co 2+ igual a 1: 5000.
A seletividade (ou seletividade) da reação é determinada pelo fato de que um efeito externo semelhante é possível apenas com um número limitado de íons com os quais a reação produz um efeito positivo. O grau de seletividade (seletividade) é tanto maior quanto menor o número de íons com os quais a reação dá um efeito positivo.
A sensibilidade da reação é caracterizada por uma série de valores inter-relacionados: o limite de detecção e o limite de diluição. Por exemplo, o limite de detecção em uma reação microcristaloscópica ao íon Ca 2+ pela ação do ácido sulfúrico é 0,04 μg de Ca 2+ em uma gota de solução. A diluição limite (V antes, ml) é calculada pela fórmula: V antes \u003d V 10 2 / C min, onde V é o volume da solução (ml). A diluição limite mostra em que volume da solução (em ml) está contido 1 g do íon a ser determinado. Por exemplo, na reação do íon K+ com hexanitrosocobaltato de sódio - Na 3, forma-se um precipitado cristalino amarelo K 2 Na. A sensibilidade desta reação é caracterizada por uma diluição limite de 1:50.000. Isso significa que, usando essa reação, você pode abrir um íon potássio em uma solução contendo pelo menos 1 g de potássio em 50.000 ml de água.
Os métodos químicos de análise qualitativa são de importância prática apenas para um pequeno número de elementos. Para análise multielementar, molecular e funcional (determinação da natureza dos grupos funcionais), são usados métodos físico-químicos.
Os componentes são divididos em básicos (1 - 100% em peso), menores (0,01 - 1% em peso) e impureza ou traço (menos de 0,01% em peso).
Dependendo da massa e volume da amostra analisada, distingue-se a macroanálise (0,5 - 1 g ou 20 - 50 ml),
semi-microanálise (0,1 - 0,01 g ou 1,0 - 0,1 ml),
microanálise (10 -3 - 10 -6 g ou 10 -1 - 10 -4 ml),
ultramicroanálise (10 -6 - 10 -9 g, ou 10 -4 - 10 -6 ml),
submicroanálise (10 -9 - 10 -12 g ou 10 -7 - 10 -10 ml).
Os componentes analisados podem ser átomos e íons, isótopos de elementos, moléculas, grupos funcionais e radicais, fases.
Classificação de acordo com a natureza das partículas determinadas:
1. isotópico (físico)
2. elementar ou atômico
3. molecular
4. grupo estrutural (intermediário entre atômico e molecular) - a definição de grupos funcionais individuais nas moléculas de compostos orgânicos.
5. fase - análise de inclusões em objetos heterogêneos, como minerais.
Outros tipos de classificação de análise:
Bruto e local.
Destrutivo e não destrutivo.
Contato e remoto.
discreto e contínuo.
Características importantes do procedimento analítico são a rapidez do método (velocidade de análise), o custo da análise e a possibilidade de sua automação.
4.2. MÉTODOS CROMATOGRÁFICOS
4.3. MÉTODOS QUÍMICOS
4.4. MÉTODOS ELETROQUÍMICOS
4.5. MÉTODOS ESPECTROSCÓPICOS
4.6. MÉTODOS ESPECTROMÉTRICOS DE MASSA
4.7. MÉTODOS DE ANÁLISE BASEADOS NA RADIOATIVIDADE
4.8. MÉTODOS TÉRMICOS
4.9. MÉTODOS BIOLÓGICOS DE ANÁLISE
6. LISTA DE LITERATURA UTILIZADA
A análise química serve como meio de monitorar a produção e a qualidade do produto em várias indústrias economia nacional. A exploração mineral é baseada em vários graus nos resultados da análise. A análise é o principal meio de monitoramento da poluição ambiental. Descobrindo composição química solo, fertilizantes, rações e produtos agrícolas é importante para o normal funcionamento do complexo agroindustrial. A análise química é indispensável em diagnóstico médico e biotecnologia. O desenvolvimento de muitas ciências depende do nível de análise química, do equipamento do laboratório com métodos, instrumentos e reagentes.
A base científica da análise química é a química analítica, uma ciência que faz parte, e às vezes a parte principal, da química há séculos.
A química analítica é a ciência que determina a composição química das substâncias e, em parte, sua estrutura química. Os métodos da química analítica permitem responder a perguntas sobre em que consiste uma substância, quais componentes estão incluídos em sua composição. Esses métodos geralmente permitem descobrir de que forma um determinado componente está presente em uma substância, por exemplo, para determinar o estado de oxidação de um elemento. Às vezes é possível estimar o arranjo espacial dos componentes.
Ao desenvolver métodos, muitas vezes você precisa emprestar ideias de áreas relacionadas à ciência e adaptá-las aos seus objetivos. A tarefa da química analítica inclui o desenvolvimento dos fundamentos teóricos dos métodos, o estabelecimento dos limites de sua aplicabilidade, a avaliação das características metrológicas e outras, a criação de métodos para a análise de vários objetos.
Métodos e meios de análise estão em constante mudança: novas abordagens são envolvidas, novos princípios e fenômenos são utilizados, muitas vezes de áreas distantes do conhecimento.
O método de análise é entendido como um método bastante universal e teoricamente justificado para determinar a composição, independentemente do componente a ser determinado e do objeto a ser analisado. Quando eles falam sobre o método de análise, eles querem dizer o princípio subjacente, a expressão quantitativa da relação entre a composição e qualquer propriedade medida; técnicas de implementação selecionadas, incluindo detecção e eliminação de interferências; dispositivos para implementação prática e métodos para processar resultados de medição. A técnica de análise é descrição detalhada análise deste objeto usando o método selecionado.
Existem três funções da química analítica como campo de conhecimento:
1. solução de questões gerais de análise,
2. desenvolvimento Métodos analíticos,
3. solução de problemas específicos de análise.
Também pode ser distinguido qualitativo e quantitativo análises. O primeiro decide a questão de quais componentes o objeto analisado inclui, o segundo fornece informações sobre o conteúdo quantitativo de todos ou componentes individuais.
Todos os métodos existentes de química analítica podem ser divididos em métodos de amostragem, decomposição de amostras, separação de componentes, detecção (identificação) e determinação. Existem métodos híbridos que combinam separação e definição. Os métodos de detecção e definição têm muito em comum.
Os métodos de determinação são da maior importância. Eles podem ser classificados de acordo com a natureza da propriedade medida ou a forma como o sinal correspondente é registrado. Os métodos de determinação são divididos em químico , fisica e biológico. Os métodos químicos são baseados em reações químicas (incluindo eletroquímicas). Isso inclui métodos chamados físico-químicos. Os métodos físicos são baseados em fenômenos físicos e processos, biológicos - sobre o fenômeno da vida.
Os principais requisitos para os métodos de química analítica são: exatidão e boa reprodutibilidade dos resultados, baixo limite de detecção dos componentes necessários, seletividade, rapidez, facilidade de análise e possibilidade de sua automação.
Ao escolher um método de análise, é necessário conhecer claramente o objetivo da análise, as tarefas que precisam ser resolvidas e avaliar as vantagens e desvantagens dos métodos de análise disponíveis.
3. SINAL ANALÍTICO
Após a seleção e preparação da amostra, inicia-se a etapa de análise química, na qual o componente é detectado ou sua quantidade é determinada. Para isso, eles medem sinal analítico. Na maioria dos métodos, o sinal analítico é a média das medições quantidade física na etapa final da análise, funcionalmente relacionada ao conteúdo do analito.
Se for necessário detectar algum componente, geralmente é corrigido aparência sinal analítico - o aparecimento de um precipitado, cor, linhas no espectro, etc. A aparência de um sinal analítico deve ser registrada de forma confiável. Ao determinar a quantidade de um componente, ela é medida magnitude sinal analítico - massa de sedimento, intensidade da corrente, intensidade da linha do espectro, etc.
4. MÉTODOS DE QUÍMICA ANALÍTICA
4.1. MÉTODOS DE MASCARAMENTO, SEPARAÇÃO E CONCENTRAÇÃO
Mascaramento.
O mascaramento é a inibição ou supressão completa de uma reação química na presença de substâncias que podem mudar sua direção ou velocidade. Neste caso, nenhuma nova fase é formada. Existem dois tipos de mascaramento - termodinâmico (equilíbrio) e cinético (não equilíbrio). No mascaramento termodinâmico, as condições são criadas sob as quais a constante de reação condicional é reduzida a tal ponto que a reação prossegue insignificantemente. A concentração do componente mascarado torna-se insuficiente para fixar de forma confiável o sinal analítico. O mascaramento cinético baseia-se no aumento da diferença entre as taxas de reação do mascarado e do analito com o mesmo reagente.
Separação e concentração.
A necessidade de separação e concentração pode ser devido aos seguintes fatores: a amostra contém componentes que interferem na determinação; a concentração do analito está abaixo do limite de detecção do método; os componentes a serem determinados estão distribuídos de forma desigual na amostra; não há amostras padrão para instrumentos de calibração; a amostra é altamente tóxica, radioativa e cara.
Separação- trata-se de uma operação (processo), pelo qual os componentes que compõem a mistura inicial são separados uns dos outros.
concentração- esta é uma operação (processo), como resultado do qual a razão da concentração ou quantidade de microcomponentes para a concentração ou quantidade do macrocomponente aumenta.
Precipitação e co-precipitação.
A precipitação é geralmente usada para separar substâncias inorgânicas. A precipitação de microcomponentes por reagentes orgânicos, e especialmente sua co-precipitação, fornece um fator de concentração elevado. Esses métodos são usados em combinação com métodos de determinação projetados para obter um sinal analítico de amostras sólidas.
A separação por precipitação é baseada na diferente solubilidade dos compostos, principalmente em soluções aquosas.
A co-precipitação é a distribuição de um microcomponente entre uma solução e um precipitado.
Extração.
A extração é um processo físico-químico de distribuição de uma substância entre duas fases, na maioria das vezes entre dois líquidos imiscíveis. É também um processo de transferência de massa com reações químicas.
Os métodos de extração são adequados para concentração, extração de microcomponentes ou macrocomponentes, isolamento individual e em grupo de componentes na análise de diversos objetos industriais e naturais. O método é simples e rápido de executar, proporciona alta eficiência de separação e concentração e é compatível com métodos diferentes definições. A extração permite estudar o estado das substâncias em solução em várias condições, para determinar as características físico-químicas.
Sorção.
A sorção é bem utilizada para separação e concentração de substâncias. Os métodos de sorção geralmente proporcionam boa seletividade de separação e altos valores de fatores de concentração.
Sorção- o processo de absorção de gases, vapores e substâncias dissolvidas por absorvedores sólidos ou líquidos em um transportador sólido (sorventes).
Separação eletrolítica e cimentação.
O método mais comum de separação eleitoral, no qual a substância separada ou concentrada é isolada em eletrodos sólidos no estado elementar ou na forma de algum tipo de composto. Isolamento eletrolítico (eletrólise) baseado na deposição de uma substância por corrente elétrica em um potencial controlado. A variante mais comum de deposição catódica de metais. O material do eletrodo pode ser carbono, platina, prata, cobre, tungstênio, etc.
eletroforese baseia-se em diferenças nas velocidades de movimento de partículas de diferentes cargas, formas e tamanhos em um campo elétrico. A velocidade do movimento depende da carga, da força do campo e do raio da partícula. Existem dois tipos de eletroforese: frontal (simples) e zona (em um transportador). No primeiro caso, um pequeno volume de uma solução contendo os componentes a serem separados é colocado em um tubo com uma solução eletrolítica. No segundo caso, o movimento ocorre em um meio estabilizador que mantém as partículas no lugar após o desligamento do campo elétrico.
Método rejunte consiste na redução de componentes (geralmente pequenas quantidades) em metais com potenciais suficientemente negativos ou almagamas de metais eletronegativos. Durante a cimentação, ocorrem dois processos simultaneamente: catódico (separação do componente) e anódico (dissolução do metal cimentante).
Química Analítica - a ciência dos métodos para determinar a composição das substâncias. Sujeito ela - decisão problemas comuns teoria da análise química, aperfeiçoamento dos existentes e desenvolvimento de novos métodos de análise mais rápidos e precisos (ou seja, teoria e prática da análise química). Uma tarefa - desenvolvimento da teoria dos métodos químicos e físico-químicos de análise, processos e operações em pesquisa científica, aprimoramento de métodos antigos de análise, desenvolvimento de MA expresso e remoto, desenvolvimento de métodos de ultra e microanálise.
Dependendo do objeto de estudo, a química analítica dividido em análise inorgânica e orgânica.. A química analítica refere-se às ciências aplicadas. Seu significado prático é muito diversificado. Com a ajuda de métodos de análise química, algumas leis foram descobertas - a lei da constância da composição, a lei das razões múltiplas, as massas atômicas dos elementos foram determinadas,
equivalentes químicos, as fórmulas químicas de muitos compostos foram estabelecidas, etc.
A química analítica contribui muito para o desenvolvimento das ciências naturais: geoquímica, geologia, mineralogia, física, biologia, agroquímica, metalurgia, tecnologia química, medicina, etc.
O objeto da análise qualitativa- desenvolvimento de fundamentos teóricos, aperfeiçoamento dos existentes e desenvolvimento de novos métodos mais avançados para determinar a composição elementar das substâncias. A tarefa da análise qualitativa- determinação da "qualidade" das substâncias ou a detecção de elementos ou íons individuais que compõem a composição do composto de teste.
As reações analíticas qualitativas de acordo com o método de sua implementação são divididas em reações maneira "molhada" e "seca". As reações mais importantes são de forma "molhada". Para realizá-los, a substância de teste deve ser pré-dissolvida.
Na análise qualitativa, são utilizadas apenas as reações que são acompanhadas por alguns efeitos externos que são claramente visíveis ao observador: uma mudança na cor da solução; precipitação ou dissolução do precipitado; a liberação de gases com odor ou cor característica.
Especialmente usadas são reações acompanhadas pela formação de precipitados e uma mudança na cor da solução. Essas reações são chamadas de reações "descobertas”, pois detectam os íons presentes na solução.
As reações também são amplamente utilizadas. identificação, com a ajuda da qual a correção da "descoberta" de um ou outro íon é verificada. Finalmente, são usadas reações de precipitação, que geralmente separam um grupo de íons de outro, ou um íon de outros íons.
Dependendo da quantidade do analito, do volume da solução e da técnica para realizar operações individuais, os métodos químicos de análise qualitativa são divididos em para macro-, micro-, semi-micro- e ultra-microanálises e etc
Reação analítica - química. uma reação usada para separar, detectar e quantificar elementos, íons, moléculas. Deve ser acompanhado de um efeito analítico (precipitação, evolução gasosa, descoloração, odor).
Modelo reações químicas:
Em geral– os sinais analíticos são os mesmos para muitos íons. O reagente é geral. Exemplo: precipitação de hidróxidos, carbonatos, sulfetos, etc.
Grupo– os sinais analíticos são típicos para um determinado grupo de íons com propriedades semelhantes. Reagente - grupo. Exemplo: precipitação de íons Ag +, Pb 2+ com um reagente - ácido clorídrico com a formação de precipitados brancos AgCl, PbCl 2
Reações gerais e de grupo são usadas para isolar e separar íons de uma mistura complexa.
seletivo– os sinais analíticos são os mesmos para um número limitado de íons. O reagente é seletivo. Exemplo: sob a ação do reagente NH 4 SCN sobre uma mistura de cátions, apenas dois cátions formam compostos complexos coloridos: vermelho sangue 3-
e azul 2-
Específico– o sinal analítico é característico de apenas um íon. O reagente é específico. Há muito poucas reações desse tipo.
Por tipo de sinal analítico:
colori
Precipitação
Desgaseificação
microcristalino
Por função:
Reações de detecção (identificação)
Reações de separação (separação) para remover íons interferentes por precipitação, extração ou sublimação.
De acordo com a técnica de execução:
Tubos de ensaio– realizado em tubos de ensaio.
gotejamento realizado:
Em papel filtro
Em um relógio ou lâmina de vidro.
Neste caso, 1-2 gotas da solução analisada e 1-2 gotas de um reagente são aplicadas na placa ou papel, dando uma cor característica ou formação de cristais. Ao realizar reações em papel de filtro, as propriedades de adsorção do papel são usadas. Uma gota de líquido depositada no papel é rapidamente absorvida pelos capilares, e o composto colorido é adsorvido em uma pequena área da folha. Se houver várias substâncias na solução, sua velocidade de movimento pode ser diferente, o que dá a distribuição de íons na forma de zonas concêntricas. Dependendo do produto de solubilidade do precipitado - ou dependendo da constante de estabilidade de compostos complexos: quanto maior o seu valor, mais próximo do centro ou no centro uma determinada zona.
O método de gotejamento foi desenvolvido pelo químico soviético N.A. Tananaev.
Reações microcristalinas com base na formação de compostos químicos com forma característica, cor e poder de refração da luz dos cristais. Eles são realizados em lâminas de vidro. Para fazer isso, 1-2 gotas da solução analisada e 1-2 gotas do reagente são aplicadas em um vidro limpo com uma pipeta capilar, combine-as cuidadosamente com uma vareta de vidro sem mexer. O vidro é então colocado na platina do microscópio e o precipitado formado in situ é examinado.
contato da gota.
Para uso adequado na análise de reação, considere sensibilidade de reação . É determinado pela menor quantidade da substância desejada que pode ser detectada por este reagente em uma gota de solução (0,01-0,03 ml). A sensibilidade é expressa por uma série de quantidades:
Abertura mínima- a menor quantidade de uma substância contida na solução teste e aberta por este reagente sob certas condições para realizar a reação.
Concentração mínima (limitante) mostra em que a concentração mais baixa da solução esta reação permite que você descubra inequivocamente a substância a ser detectada em uma pequena porção da solução.
Diluição limite- a quantidade máxima de diluente em que a substância ainda é determinada.
Conclusão: a reação analítica é mais sensível, quanto menor o mínimo de abertura, menor a concentração mínima, mas maior a diluição limite.
QUÍMICA ANALÍTICA, a ciência de determinar a composição química de substâncias e materiais e, até certo ponto, a estrutura química de compostos. A química analítica desenvolve os fundamentos teóricos gerais da análise química, desenvolve métodos para determinar os componentes de uma amostra em estudo e resolve os problemas de análise de objetos específicos. O principal objetivo da química analítica é a criação de métodos e ferramentas que proporcionem, dependendo da tarefa, exatidão, alta sensibilidade, rapidez e seletividade de análise. Também estão sendo desenvolvidos métodos para analisar micro-objetos, para realizar análises locais (em um ponto, na superfície etc.), análises sem destruir a amostra, à distância dela (análise remota), análise contínua (por exemplo, , em um córrego), e também estabelecer, na forma de qual composto químico e em que forma física o componente determinado existe na amostra (análise química do material) e em que fase está incluído (análise de fase). Tendências importantes no desenvolvimento da química analítica são a automação de análises, especialmente no controle processos tecnológicos, e matematização, em particular o uso generalizado de computadores.
A estrutura da ciência. Existem três grandes áreas da química analítica: fundamentos teóricos gerais; desenvolvimento de métodos de análise; química analítica de objetos individuais. Dependendo do objetivo da análise, é feita uma distinção entre análise química qualitativa e análise química quantitativa. A tarefa do primeiro é detectar e identificar os componentes da amostra analisada, a tarefa do segundo é determinar suas concentrações ou massas. Dependendo de quais componentes precisam ser detectados ou determinados, há análise isotópica, análise elementar, análise de grupo estrutural (incluindo funcional), análise molecular, análise de material e análise de fase. Pela natureza do objeto analisado, distingue-se a análise de substâncias inorgânicas e orgânicas, bem como de objetos biológicos.
NO fundações teóricas A chamada quimiometria, incluindo a metrologia da análise química, ocupa um lugar importante na química analítica. A teoria da química analítica também inclui os ensinamentos sobre a seleção e preparação de amostras analíticas, sobre a compilação de um esquema de análise e a escolha de métodos, sobre os princípios e formas de automatizar a análise, o uso de computadores, bem como os princípios uso racional resultados de análises químicas. Uma característica da química analítica é o estudo não geral, mas individual, das propriedades e características específicas dos objetos, o que garante a seletividade de muitos métodos analíticos. Graças a ligações estreitas com as conquistas da física, matemática, biologia e vários campos da tecnologia (isso é especialmente verdadeiro para os métodos de análise), a química analítica está se transformando em uma disciplina na interseção das ciências. Outros nomes desta disciplina são frequentemente usados - analytics, ciência analítica, etc.
Em química analítica distinguem-se métodos de separação, determinação (detecção) e métodos híbridos de análise, geralmente combinando os métodos dos dois primeiros grupos. Os métodos de determinação são convenientemente divididos em métodos químicos de análise (análise gravimétrica, análise titrimétrica, métodos eletroquímicos de análise, métodos cinéticos de análise), métodos físicos análise (espectroscópica, físico-nuclear, etc.), métodos bioquímicos de análise e método biológico análise. Os métodos químicos são baseados em reações químicas (a interação da matéria com a matéria), os métodos físicos são baseados em fenômenos físicos (a interação da matéria com a radiação, fluxos de energia), os métodos biológicos usam a resposta dos organismos ou seus fragmentos às mudanças no ambiente .
Quase todos os métodos de determinação são baseados na dependência de quaisquer propriedades mensuráveis das substâncias em sua composição. Portanto, uma direção importante na química analítica é a busca e estudo de tais dependências para usá-las na resolução de problemas analíticos. Nesse caso, quase sempre é necessário encontrar uma equação para a relação entre uma propriedade e composição, desenvolver métodos para registrar uma propriedade (sinal analítico), eliminar a interferência de outros componentes e eliminar a influência interferente de vários fatores (por exemplo, , flutuações de temperatura). O valor do sinal analítico é convertido em unidades que caracterizam a quantidade ou concentração dos componentes. As propriedades medidas podem ser, por exemplo, massa, volume, absorção de luz, intensidade de corrente.
Muita atenção é dada à teoria dos métodos de análise. A teoria dos métodos químicos é baseada em vários tipos básicos de reações químicas amplamente utilizadas em análises (ácido-base, redox, complexação) e em vários processos importantes (precipitação, dissolução, extração). A atenção a essas questões deve-se à história do desenvolvimento da química analítica e significado prático métodos apropriados. Como, no entanto, a participação dos métodos químicos está diminuindo, enquanto a participação dos métodos físicos, bioquímicos e biológicos está crescendo, é de grande importância melhorar a teoria dos métodos destes últimos grupos e integrar os aspectos teóricos dos métodos individuais em teoria geral química Analítica.
A história do desenvolvimento. Testes de materiais foram realizados nos tempos antigos; por exemplo, os minérios foram examinados para determinar sua adequação para fundição, vários produtos- para determinar o conteúdo de ouro e prata neles. Os alquimistas dos séculos 14 e 16 realizaram uma enorme quantidade de trabalho experimental no estudo das propriedades das substâncias, lançando as bases para os métodos químicos de análise. Nos séculos 16-17 (o período da iatroquímica), novos métodos químicos detecção de substâncias com base em reações em solução (por exemplo, a descoberta de íons de prata pela formação de um precipitado com íons cloreto). R. Boyle, que introduziu o conceito de "análise química", é considerado o fundador da química analítica científica.
Até meados do século XIX, a química analítica era o principal ramo da química. Durante este período, muitos elementos químicos, as partes constituintes de algumas substâncias naturais são distinguidas, as leis da constância da composição e proporções múltiplas, a lei da conservação da massa são estabelecidas. O químico e mineralogista sueco T. Bergman desenvolveu um esquema para análise qualitativa sistemática, usou ativamente o sulfeto de hidrogênio como reagente analítico e propôs métodos de análise de chama para obter pérolas. No século 19, a análise qualitativa sistemática foi aprimorada pelos químicos alemães G. Rose e K. Fresenius. O mesmo século foi marcado por grandes avanços no desenvolvimento análise quantitativa. Criou-se um método titrimétrico (químico francês F. Decroisille, J. Gay-Lussac), melhorou-se significativamente a análise gravimétrica e desenvolveram-se métodos de análise de gases. O desenvolvimento de métodos para a análise elementar de compostos orgânicos (Yu. Liebig) foi de grande importância. No final do século XIX, tomou forma uma teoria da química analítica, baseada na teoria do equilíbrio químico em soluções com participação de íons (principalmente W. Ostwald). Naquela época, os métodos de análise de íons em soluções aquosas ocupavam o lugar predominante na química analítica.
No século 20, foram desenvolvidos métodos para microanálise de compostos orgânicos (F. Pregl). Foi proposto um método polarográfico (J. Geyrovsky, 1922). Muitos métodos físicos apareceram, por exemplo, espectrometria de massa, raios-X, física nuclear. De grande importância foi a descoberta da cromatografia (M. S. Tsvet, 1903) e a criação opções diferentes este método, em particular cromatografia de partição (A. Martin e R. Sing, 1941).
Na Rússia e na URSS grande importância para química analítica, ele tinha um livro de IA Menshutkin "Analytical Chemistry" (resistiu a 16 edições). M.A. Ilyinsky e L.A. Chugaev introduziram reagentes analíticos orgânicos em prática (final do século 19 - início do século 20), N.A. Tananaev desenvolveu o método da gota de análise qualitativa (simultaneamente com o químico austríaco F. Feigl, década de 1920). Em 1938 N. A. Izmailov e M. S. Schreiber foram os primeiros a descrever a cromatografia em camada fina. Os cientistas russos deram uma grande contribuição ao estudo da formação de complexos e seu uso analítico (I. P. Alimarin, A. K. Babko), à teoria da ação dos reagentes analíticos orgânicos, ao desenvolvimento da espectrometria de massa, métodos de fotometria, espectrometria de absorção atômica ( B. V . Lvov), na química analítica de elementos individuais, especialmente raros e platina, e vários objetos - substâncias de alta pureza, minerais, metais e ligas.
As exigências da prática sempre estimularam o desenvolvimento da química analítica. Assim, nas décadas de 1940 e 1970, em conexão com a necessidade de analisar materiais nucleares, semicondutores e outros de alta pureza, métodos sensíveis como análise de radioativação, espectrometria de massa de faísca e análise química foram criados. análise espectral, voltametria de stripping, fornecendo a determinação de até 10 -7 -10 -8% de impurezas em substâncias puras, ou seja, 1 parte de uma impureza por 10-1000 bilhões de partes da substância principal. Para o desenvolvimento da metalurgia ferrosa, especialmente em conexão com a transição para a produção de aço BOF de alta velocidade, a análise rápida tornou-se decisiva. O uso dos chamados quantômetros - dispositivos fotoelétricos para análise espectral óptica multielementar ou análise de raios X - permite a análise durante a fusão.
A necessidade de analisar misturas complexas de compostos orgânicos levou ao desenvolvimento intensivo da cromatografia gasosa, que permite analisar as misturas mais complexas contendo várias dezenas e até centenas de substâncias. A química analítica contribuiu muito para o domínio da energia do núcleo atômico, o estudo do espaço e do oceano, o desenvolvimento da eletrônica e o progresso das ciências biológicas.
Objeto de estudo. Um papel importante é desempenhado pelo desenvolvimento da teoria de amostragem de materiais analisados; Normalmente, as questões de amostragem são resolvidas em conjunto com especialistas nas substâncias em estudo (por exemplo, com geólogos, metalúrgicos). A química analítica está desenvolvendo métodos de decomposição de amostras - dissolução, fusão, sinterização, etc., que devem proporcionar uma "abertura" completa da amostra e evitar a perda dos componentes determinados e contaminação externa. As tarefas da química analítica incluem o desenvolvimento de técnicas para operações gerais de análise como medição de volume, filtração e calcinação. Uma das tarefas da química analítica é determinar as direções para o desenvolvimento de instrumentação analítica, a criação de novos circuitos e projetos de instrumentos (que na maioria das vezes serve como estágio final no desenvolvimento de um método de análise), bem como a síntese de novos reagentes analíticos.
Para a análise quantitativa, as características metrológicas dos métodos e instrumentos são muito importantes. Nesse sentido, a química analítica estuda os problemas de calibração, fabricação e uso de amostras de referência (incluindo amostras padrão) e outros meios de garantir a exatidão da análise. Um lugar importante é ocupado pelo processamento dos resultados das análises, especialmente o processamento computacional. Para otimizar as condições de análise, são utilizadas a teoria da informação, a teoria do reconhecimento de padrões e outros ramos da matemática. Os computadores são usados não apenas para processar os resultados, mas também para controlar os instrumentos, levando em consideração as interferências, calibrando e planejando um experimento; há tarefas analíticas que só podem ser resolvidas com a ajuda de computadores, por exemplo, a identificação de moléculas de compostos orgânicos usando sistemas especialistas.
A química analítica define abordagens gerais para a escolha de formas e métodos de análise. Métodos para comparar métodos estão sendo desenvolvidos, as condições para sua intercambialidade e combinações, princípios e formas de automatizar a análise são determinados. Por uso pratico análise, é necessário desenvolver ideias sobre seu resultado como indicador de qualidade do produto, a doutrina do controle expresso dos processos tecnológicos e a criação de métodos econômicos. De grande importância para os analistas que atuam em diversos setores da economia são a unificação e padronização de métodos. Uma teoria está sendo desenvolvida para otimizar a quantidade de informação necessária para resolver problemas analíticos.
Métodos de Análise. Dependendo da massa ou volume da amostra analisada, os métodos de separação e determinação são às vezes divididos em métodos macro, micro e ultramicro.
A separação de misturas é geralmente utilizada nos casos em que a detecção direta ou os métodos de detecção não fornecem o resultado correto devido à influência interferente de outros componentes da amostra. Particularmente importante é a chamada concentração relativa, a separação de pequenas quantidades de analitos de significativamente grandes quantidades os principais componentes da amostra. A separação de misturas pode ser baseada em diferenças nas características termodinâmicas ou de equilíbrio dos componentes (constantes de troca iônica, constantes de estabilidade de complexos) ou parâmetros cinéticos. Para a separação, são utilizados principalmente cromatografia, extração, precipitação, destilação, bem como métodos eletroquímicos, como eletrodeposição. Métodos de determinação - o principal grupo de métodos de química analítica. Os métodos de análise quantitativa baseiam-se na dependência de qualquer propriedade mensurável, na maioria das vezes física, da composição da amostra. Essa dependência deve ser descrita de maneira certa e conhecida. Métodos híbridos de análise estão se desenvolvendo rapidamente, combinando separação e determinação. Por exemplo, a cromatografia gasosa com vários detectores é o método mais importante para analisar misturas complexas de compostos orgânicos. Para a análise de misturas de compostos não voláteis e termicamente instáveis, a cromatografia líquida de alta eficiência é mais conveniente.
Para análise, uma variedade de métodos são necessários, pois cada um deles tem suas próprias vantagens e limitações. Assim, métodos de radioativação extremamente sensíveis e espectrais de massa requerem equipamentos complexos e caros. Métodos cinéticos simples, acessíveis e muito sensíveis nem sempre proporcionam a reprodutibilidade de resultados desejada. Ao avaliar e comparar métodos, ao escolhê-los para resolver problemas específicos, muitos fatores são levados em consideração: parâmetros metrológicos, escopo de uso possível, disponibilidade de equipamentos, qualificações de analistas, tradições, etc. como limite de detecção ou faixa de concentração (quantidades), em que o método fornece resultados confiáveis, e a precisão do método, ou seja, a exatidão e reprodutibilidade dos resultados. Em vários casos, os métodos "multicomponentes" são de grande importância, o que torna possível determinar um grande número de componentes de uma só vez, por exemplo, emissão atômica e análise espectral de raios X e cromatografia. O papel de tais métodos está crescendo. Ceteris paribus, métodos de análise direta são preferidos, ou seja, não associados à preparação química da amostra; no entanto, essa preparação é muitas vezes necessária. Por exemplo, a pré-concentração do componente de teste permite determinar suas concentrações mais baixas, eliminar as dificuldades associadas à distribuição não homogênea do componente na amostra e à ausência de amostras de referência.
Um lugar especial é ocupado por métodos de análise local. Um papel essencial entre eles é desempenhado pela microanálise espectral de raios X (sonda eletrônica), espectrometria de massa de íons secundários, espectroscopia Auger e outros métodos físicos. São de grande importância, em particular, na análise de camadas superficiais de materiais sólidos ou inclusões em rochas.
Um grupo específico consiste em métodos de análise elementar de compostos orgânicos. A matéria orgânica é decomposta de uma forma ou de outra, e seus componentes na forma dos compostos inorgânicos mais simples (CO 2 , H 2 O, NH 3, etc.) são determinados por métodos convencionais. O uso da cromatografia gasosa possibilitou automatizar a análise elementar; para isso, são produzidos analisadores C-, H-, N-, S- e outros dispositivos automáticos. A análise de compostos orgânicos por grupos funcionais (análise funcional) é realizada por vários métodos químicos, eletroquímicos, espectrais (espectroscopia de RMN ou IR) ou cromatográficos.
Na análise de fases, ou seja, na determinação de compostos químicos que formam fases separadas, estas são primeiramente isoladas, por exemplo, usando um solvente seletivo e, em seguida, as soluções resultantes são analisadas por métodos convencionais; métodos físicos muito promissores de análise de fases sem separação prévia de fases.
Valor prático. A análise química proporciona o controle de muitos processos tecnológicos e a qualidade do produto em diversas indústrias, desempenha um grande papel na busca e exploração de minerais, na indústria de mineração. Com a ajuda da análise química, a pureza do ambiente (solo, água e ar) é controlada. Conquistas em química analítica são usadas em vários ramos da ciência e tecnologia: energia nuclear, eletrônica, oceanologia, biologia, medicina, forense, arqueologia e pesquisa espacial. A importância econômica da análise química é grande. Assim, a determinação exata de aditivos de liga em metalurgia permite economizar metais valiosos. A transição para análises automáticas contínuas em laboratórios médicos e agroquímicos permite aumentar drasticamente a velocidade das análises (sangue, urina, extratos de solo etc.) e reduzir o número de funcionários do laboratório.
Lit.: Fundamentos de química analítica: Em 2 livros / Editado por Yu. A. Zolotov. M., 2002; Química analítica: Em 2 volumes M., 2003-2004.
