Классификация методов количественного анализа

Все методы количественного анализа можно разделить на две большие группы: химические и инструментальные. Это разделение условно, так как многие инструментальные методы основаны на использовании химических законов и свойств веществ. Обычно количественные методы анализа классифицируют по измеряемым физическим или химическим свойствам.

 

Измеряемая величина (свойство)	Название метода
Масса	Гравиметрический Масс-спектрометрический
Объем	Титриметрический Газоволюметрический
Плотность	Денсиметрический
Поглощение или испускание инфракрасных лучей	Инфракрасная спектроскопия
Колебания молекул	Комбинационное рассеяние
Поглощение или испускание видимых ультрафиолетовых и рентгеновских лучей.	Спектральный и рентгеноспектральный
Колебания атомов. Рассеяние света	Фотометрический (колориметрия, спектрофотомерия и другие) Атомно-адсорбционная спектроскопия Люминесцентный
Диффузионный ток на электроде	Полярография и вольтамперометрия
Электродный потенциал	Потенциометрический
Количество электричества	Кулонометрический
Электрическая проводимость	Кондуктометрический
Радиоактивность	Радиоактивных индикаторов
Скорость реакции	Кинетический Каталитический
Тепловой эффект реакции	Термометрия Калориметрия
Вязкость	Вискозиметрический
Поверхностное натяжение	Тензометрический
Понижение температуры замерзания	Криоскопический
Повышение температуры кипения	Эбуллиоскопический

Гравиметрический метод

Сущность метода заключается в получении труднорастворимого соединения, в которое входит определяемый компонент. Для этого навеску вещества растворяют в том или ином растворителе, обычно воде, осаждают с помощью реагента, образующего с анализируемым соединением малорастворимое соединение с низким значением произведения растворимости. Затем после фильтрования осадок высушивают, прокаливают, взвешивают. По массе вещества находят массу определяемого компонента и проводят расчет его массовой доли в анализируемой навеске.

Имеются разновидности гравиметрического метода. В методе отгонки анализируемый компонент выделяют в виде газа, который взаимодействует с реактивом. По изменению массы реактива судят о содержании определяемого компонента в навеске. Например, содержание карбонатов в породе можно определить путем воздействия на анализируемый образец кислотой, в результате которого выделяется СО₂:

СО₃^2- + 2Н⁺ Н₂СО₃ Н₂О + СО₂

Количество выделившегося СО₂ можно определить по изменению массы вещества, например СаО, с которым реагирует СО₂.

Одним из основных недостатков гравиметрического метода является его трудоемкость и относительно большая продолжительность. Менее трудоемким является электрогравиметрический метод, при котором определяется металл, например медь, осаждают на катоде (платиновой сетке):

Cu²⁺ + 2e^- = Cu.

По разности массы катода до и после электролиза определяют массу металла в анализируемом растворе. Однако этот метод пригоден лишь для анализа металлов, на которых не выделяется водород (медь, серебро, ртуть).

 

Титриметрический анализ

Сущность метода заключается в измерении объема раствора того или иного реагента, израсходованного на реакцию с анализируемым компонентом. Для этих целей используют так называемые титрованные растворы, концентрация которых (титр) известны. Титром называется масса вещества, содержащегося в 1 мл титрованного раствора (г/мл). Определение проводят способом титрования, т.е. постепенного приливания титрованного раствора к раствору анализируемого вещества, объем которого точно измерен. Титрование прекращается при достижении точки эквивалентности, т.е. достижения эквивалентности реагента титруемого раствора и анализируемого компонента.

 

Рис. 5.1 Титрование раствора щелочи NaOH раствором кислоты HCl

 

Существует несколько разновидностей титриметрического анализа: кислотно-основное титрование, осадительное титрование, комплексонометрическое титрование и окислительно-восстановительное титрование.

В основе кислотно-основного титрования лежит реакция нейтрализации:

Н⁺ + ОН^- Н₂О.

Метод позволяет определить концентрацию кислоты или катионов, гидролизирующихся с образованием ионов водорода, титрованием раствором щелочи или определить концентрацию оснований, в том числе анионов, гидролизирующихся с образованием гидроксид-ионов титрованием растворов кислот. Точка эквивалентности устанавливается при помощи кислотно-основных индикаторов, изменяющих окраску в определенном интервале рН. Например, методом кислотно-основного титрования можно определить карбонатную жесткость воды, т.е. концентрацию НСО₃^- в воде путем титрования ее раствора HCl в присутствии индикатора метилового оранжевого

НСО₃^- + Н⁺ Н₂О + СО₂.

В точке эквивалентности желтая окраска индикатора переходит в бледно-розовую. Расчет производится по уравнению закона эквивалентов

С_эк(НСО₃^-)·V₁= С_эк(HCl)·V₂,

где V₁,V₂ – объемы анализируемого и титрованного растворов; С_эк(HCl)- нормальная концентрация эквивалентов вещества HCl в титрованном растворе; С_эк(НСО₃^-)-определяемая молярная концентрация эквивалентов ионов НСО₃^- в анализируемом растворе. При осадительном титровании анализируемый раствор титруется реагентом, образующим с компонентом титрованного раствора малорастворимое соединение. Точка эквивалентности определяется с помощью индикатора, образующего с реагентом окрашенное соединение, например, красный осадок Ag₂CrO₄ при взаимодействии индикатора К₂CrO₄ с избытком ионов Ag⁺ при титровании раствора хлорида раствором нитрата серебра.