Химические методы химического анализа

МЕТОДЫ ХИМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА. КЛАССИФИКАЦИИ МЕТОДОВ АНАЛИЗА_2011, осенний семестр

 

Вид химического анализа - это то, что мы хотим знать о веществе объекта химического анализа – его качественный состав (элементный, изотопный, функциональный, молекулярный, структурно-групповой); и количественный состав (главные, сопутствующие и следовые компоненты).

 

Метод химического анализа – это про то, как можно определить, иначе измерить, химический состав пробы вещества объекта химического анализа. Измерить – термин метрологии, определить – термин аналитической химии.

МЕТОД ХИМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

Согласно основным положениям науки об измерениях - метрологии, измерение есть ничто иное, как сравнение с эталоном единицы величины. Узнать неизвестное содержание конкретного компонента в веществе конкретного объекта анализа можно только путем сравнения с известным содержанием этого компонента или с известным содержанием другого компонента в аналогичном или похожем по составу веществе. Следовательно, должен быть в наличии эталон вида и количества частиц, которые мы хотим определить, и разработан способ и средство измерения для сравнения пробы анализируемого вещества с эталоном.

 

Каждое средство измерения есть материализация конкретного метода измерений.

Метод измерений – Прием или совокупность приемов сравнения измеряемой физической величины с ее единицей в соответствии с реализованным принципом измерений.

-- метод непосредственной оценки – Метод измерений, при котором значение величины определяют непосредственно по показывающему средству измерений; / РМГ 29-99

-- метод сравнения с мерой –Метод измерений, в котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой / РМГ 29-99.

 

Принцип измерений – Физическое явление или эффект, положенное в основу измерений.

Примеры Использование силы тяжести при измерении массы взвешиванием; эффект расширения жидкости при измерении температуры ртутным термометром /Метрология, РМГ 29-99

Метод химического анализа вещества объекта анализа – способ получения информации о химическом составе вещества объекта анализа на основе использования одного или нескольких принципов анализа вещества объекта анализа./ГОСТ

Принцип химического анализа вещества объекта анализа– физическое явление или эффект, положенный в основу метода химического анализа вещества объекта анализа/ГОСТ.

 

На сегоднящний день все методы химического анализа основаны либо на химическом приеме сравнения определяемого количества частиц компонента с его единицей измерения (1 моль), либо на физическом приеме:

 

а) -- химический приём реализован в способе сравнения с эталоном единицы величины количества компонента, на использовании законов сохранения массы или количества компонента при химических взаимодействиях и законе постоянства химического состава. Химические взаимодействия основаны на химических свойствах химических соединений. Для определения искомого компонента в пробе вещества проводят химическую реакцию, отвечающую определенным требованиям, и измеряют массу или объём компонентов, участвующих в данной химической реакции. Количественные отношения получают, записывая закон сохранения массы или количества эквивалентов компонента для данной химической реакции.

 

б) –физический приём реализован в способе сравнения с эталоном единицы величины количества компонента путем измерения физического свойства компонента А, зависящего от его химической природы и содержания в пробе вещества. Экспериментально устанавливают функциональную зависимость «Интенсивность физического свойства – содержание компонента А в пробе вещества» путем градуировки средства измерения этого физического свойства по определяемому компоненту А. Количественные отношения получают из градуировочного графика, построенного в координатах: «интенсивность физического свойства - концентрация определяемого компонента А», рис.1.

 

I

 

I_{x--- -- --- --} I

I

I

I

C(А) _x C(А)

 

Рис.1 Вид типичного градуировочного графика в физических методах химического анализа

Все методы качественного химического анализа также основаны либо на химическом, либо на физическом приеме сравнения наличия определяемого компонента в пробе анализируемого вещества с наличием его в веществе сравнения – эталоне.

 

Множество анализируемых объектов, состоящих из огромнейшего разнообразия совокупности химических соединений органической и неорганической природы, и широкий диапазон измеряемых содержаний обусловили возникновение многочисленных и чрезвычайно разнообразных методов качественного и количественного химического анализа, основанных на использовании различных химических и физических свойств компонентов в веществе объектов химического анализа.

В одних учебниках по аналитической химии можно прочитать, что методы определения состава вещества бывают химические, основанные на проведении химических реакций, физические, базирующиеся на измерении физических свойств, физико-химические, основанные на проведении химических реакций и на измерении физических свойств, биологические, использующие отклик живых организмов на изменения в химическом составе среды обитания. В других учебниках говорится о том, что методы подразделяются на классические и инструментальные. Однако, по химической или физической природе реализации способа сравнения с эталоном единицы величины, заложенным в метод анализа, все методы химического анализа можно разделить на две группы методов – на химические и физические методы химического анализа. [Отто, Т.1, с33]

АНАЛИТИЧЕСКИЙ СИГНАЛ

 

В метрологии есть понятие измерительного сигнала. Это сигнал, содержащий количественную информацию об измеряемой физической величине.

Измерения концентрации относят к специфическим (сложным) измерениям. Поэтому в аналитической химии вместо понятия измерительного сигнала используют понятие аналитического сигнала, как более сложного по происхождению, по сравнению с пространственно-временными, механическими, электрическими, магнитными, теплофизическими, радиационными и т.д. физическими величинами.

 

Аналитический сигнал – измерительный сигнал, регистрируемый в ходе анализа вещества объекта анализа, содержащий качественную и количественную информацию о величине, функционально связанной с содержанием определяемого компонента (конкретных атомов, ионов, молекул), из которых состоит анализируемое вещество. Аналитическим сигналом служит физическое, физико-химическое или химическое свойство определяемого компонента. Интенсивность многих свойств веществ, продуктов и материалов зависит от состава и концентрации (содержания) конкретных компонентов.

Интенсивность аналитического сигнала – это численное значение измеряемого свойства, связанного с содержанием определяемого компонента в анализируемом веществе объекта анализа.

 

Например, в гравиметрическом анализе качественную информацию получают по появлению или отсутствию осадка. Количественную информацию получают по интенсивности аналитического сигнала – по величине массы выделенного и прокаленного осадка – продукта предварительно проведенной химической реакции с эквивалентным количеством реагентов. В титриметрическом анализе качественную информацию получают по изменению цвета раствора при проведении химической реакции. Количественную информацию получают по интенсивности аналитического сигнала – эквивалентному объёму титранта, израсходованного на химическую реакцию с определяемым компонентом. В фотометриии – качественную информацию получают по появлению сигнала (поглощению света конкретных длин волн пробой вещества). Количественную информацию получают по величине интенсивности поглощения света конкретных длин волн веществом, преобразованной в величину оптической плотности раствора, содержащего определяемый компонент.

Выходной аналитический сигнал может быть зарегистрирован визуально, или снят как показание с цифрового табло, со шкалы с делениями, с экрана осциллографа, распечатан в виде таблицы числовых данных на бланке, или зарегистрирован с помощью самописца на диаграммной ленте в виде кривой зависимости интенсивности выходного сигнала от времени (хроматография, вольтамперометрия, спектрометрия). Временная координата в зависимости от применяемого средства измерения может быть преобразована в значение потенциала (вольтамперометрия), длины волны электромагнитного излучения (спектрометрия).

 

По результатам измерения с помощью уравнения связи рассчитывают содержание определяемого компонента в пробе. Уравнение связи выражает зависимость между интенсивностью аналитического сигнала I (измеряемой величиной) и содержанием анализируемого компонента или его концентрацией С (I = f (C)).

 

6.3 МЕТОДИКА ХИМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

 

На практике все достижения аналитической химии как науки реализуются в конечном её продукте – методике химического анализа конкретного объекта.

 

Бывают методики качественного химического анализа и методики количественного химического анализа вещества объекта анализа. Процедуры качественного и количественного химического анализа могут быть описаны последовательно в одной методике.

Методика химического анализа вещества объекта анализа – документ, в котором в соответствии с используемым методом анализа описана последовательность операций и правил, выполнение которых обеспечивает получение результата анализа вещества объекта анализа с установленными характеристиками погрешности или неопределенностью для методик количественного анализа, а для методик качественного анализа – с установленной достоверностью.

 

Например, содержание железа в руде составляет (10 ± 1) % с доверительной вероятностью 0,95; в пробе вещества горной породы с достоверностью 100 % есть железо.

 

Каждая методика химического анализа построена на использовании какого-либо одного метода анализа.

 

Пример названия методик анализа:

Газы горючие природные. Атомно-абсорбционный метод определения ртути

Газы горючие природные. Хроматографический метод определения компонентного состава

Нефть. Рентгено-флуоресцентный метод определения серы

Руды железные. Фотоколориметрический метод определения марганца

 

Геолог (геоэколог) обязан пользоваться услугами аккредитованных на право выполнять химический анализ геологических объектов аналитических лабораторий. Методика должна быть национальным или отраслевым стандартом или отраслевым документами (РД).

ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ХИМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА