Definition der analytischen Chemie. Quantitative chemische Schwerkraftanalyse. Stufen der Gravimetrie mit der Sedimentationsmethode

Analytische Chemie

die Wissenschaft der Methoden zur Untersuchung der Zusammensetzung der Materie. Es besteht aus zwei Hauptabschnitten: qualitative Analyse und quantitative Analyse. eine Reihe von Methoden zur Bestimmung der qualitativen chemischen Zusammensetzung von Körpern – Identifizierung von Atomen, Ionen und Molekülen, aus denen die zu analysierende Substanz besteht. Die wichtigsten Merkmale jeder qualitativen Analysemethode sind: Spezifität und Sensitivität. Spezifität charakterisiert die Fähigkeit, das gewünschte Element in Gegenwart anderer Elemente nachzuweisen, beispielsweise Eisen in Gegenwart von Nickel, Mangan, Chrom, Vanadium, Silizium usw. Die Empfindlichkeit bestimmt die kleinste Menge eines Elements, die damit nachgewiesen werden kann Methode; Die Empfindlichkeit wird bei modernen Methoden durch Werte in der Größenordnung von 1 ausgedrückt mcg(ein Millionstel Gramm).

Unter quantitativer Analyse versteht man eine Reihe von Methoden zur Bestimmung der quantitativen Zusammensetzung von Körpern, d. h. der Mengenverhältnisse, in denen chemische Elemente oder einzelne Verbindungen in der analysierten Substanz vorkommen. Das wichtigste Merkmal jeder quantitativen Analysemethode ist neben Spezifität und Sensitivität die Genauigkeit. Die Genauigkeit der Analyse wird durch den Wert des relativen Fehlers ausgedrückt, der in den meisten Fällen 1-2 % nicht überschreiten sollte. Die Sensitivität bei der quantitativen Analyse wird in Prozent ausgedrückt.

Viele moderne Methoden weisen eine sehr hohe Empfindlichkeit auf. Somit ist es mit der Methode der Radioaktivierungsanalyse möglich, das Vorhandensein von Kupfer in Silizium mit einer Genauigkeit von 2×10 -8 % zu bestimmen.

Aufgrund einiger Besonderheiten in A. x. Es ist üblich, die Analyse organischer Substanzen hervorzuheben (siehe unten).

Ein besonderer Ort in A. x. beschäftigt sich mit der Gesamtheit der Methoden der qualitativen und quantitativen, anorganischen und organischen Analyse in ihrer Anwendung auf ein bestimmtes Objekt. Die technische Analyse umfasst die analytische Kontrolle von Produktionsprozessen, Rohstoffen, Fertigprodukten, Wasser, Luft, Abgasen usw. Der Bedarf an „Express“-Methoden der technischen Analyse erfordert 5-15 Mindest. für eine gesonderte Definition.

Die Feststellung der Eignung eines Produkts für die menschlichen Bedürfnisse hat eine ebenso alte Geschichte wie seine Herstellung selbst. Ziel einer solchen Definition war es zunächst, die Gründe für die Diskrepanz zwischen den resultierenden Eigenschaften von Produkten und den gewünschten bzw. notwendigen zu ermitteln. Dies galt für Lebensmittelprodukte wie Brot, Bier, Wein usw., bei deren Prüfung Geschmack, Geruch und Farbe verwendet wurden (diese als organoleptisch bezeichneten Prüfmethoden werden auch in der modernen Lebensmittelindustrie eingesetzt). Rohstoffe und Produkte der antiken Metallurgie – Erze, Metalle und Legierungen, die zur Herstellung von Produktionswerkzeugen (Kupfer, Bronze, Eisen) oder zur Dekoration und zum Austausch von Waren (Gold, Silber) verwendet wurden – wurden auf ihre Dichte und mechanischen Eigenschaften untersucht durch Probeschmelzen. Eine Reihe ähnlicher Methoden zum Testen von Edellegierungen wird immer noch in der Probenanalyse verwendet. Bestimmt wurde die Qualität von Farbstoffen, Keramik, Seife, Leder, Stoffen, Glas und Medikamenten. Im Rahmen einer solchen Analyse begann man, einzelne Metalle (Gold, Silber, Kupfer, Zinn, Eisen), Laugen und Säuren zu unterscheiden.

Während der alchemistischen Periode der Entwicklung der Chemie (siehe Alchemie), die durch die Entwicklung experimenteller Arbeiten gekennzeichnet war, nahm die Zahl der unterscheidbaren Metalle, Säuren, Laugen zu, es entstand das Konzept von Salz, Schwefel als brennbarer Substanz usw. Während der Im gleichen Zeitraum wurden viele Instrumente für die chemische Forschung erfunden und die untersuchten und verwendeten Substanzen gewogen (14.-16. Jahrhundert).

Die Hauptbedeutung der alchemistischen Zeit für die Zukunft von A. x. bestand darin, dass zur Unterscheidung einzelner Substanzen rein chemische Methoden entdeckt wurden; also im 13. Jahrhundert. Es wurde festgestellt, dass „starker Wodka“ (Salpetersäure) Silber auflöst, Gold jedoch nicht, und dass „Königswasser“ (eine Mischung aus Salpeter- und Salzsäure) ebenfalls Gold auflöst. Alchemisten legten den Grundstein für chemische Definitionen; Zuvor wurden Stoffe anhand ihrer physikalischen Eigenschaften unterschieden.

In der Zeit der Atrochemie (16.-17. Jahrhundert) nahm der Anteil chemischer Forschungsmethoden noch weiter zu, insbesondere Methoden der „nassen“ qualitativen Untersuchung von in Lösungen überführten Substanzen: Beispielsweise wurden Silber und Salzsäure anhand ihrer Reaktion erkannt Bildung eines Niederschlags in einem Salpetersäuremedium; nutzten Reaktionen zur Bildung farbiger Produkte, beispielsweise Eisen mit Tanninen.

Den Anfang der wissenschaftlichen Herangehensweise an die chemische Analyse legte der englische Wissenschaftler R. Boyle (17. Jahrhundert), als er, nachdem er die Chemie von Alchemie und Medizin getrennt und auf der Grundlage des chemischen Atomismus das Konzept eines chemischen Elements als eingeführt hatte weiterer unzersetzbarer Bestandteil verschiedener Stoffe. Laut Boyle ist das Fachgebiet der Chemie die Untersuchung dieser Elemente und ihrer Verbindung zu chemischen Verbindungen und Gemischen. Boyle nannte die Zerlegung von Stoffen in Elemente „Analyse“. Die gesamte Periode der Alchemie und Iatrochemie war größtenteils eine Periode der synthetischen Chemie; Es wurden viele anorganische und einige organische Verbindungen erhalten. Da die Synthese jedoch eng mit der Analyse verbunden war, war die Analyse die führende Richtung in der damaligen Entwicklung der Chemie. Durch einen Prozess immer raffinierterer Zersetzung natürlicher Produkte wurden neue Stoffe gewonnen.

Also fast bis zur Mitte des 19. Jahrhunderts. Chemie entwickelte sich hauptsächlich als chemische Chemie; Die Bemühungen der Chemiker zielten darauf ab, Methoden zur Bestimmung qualitativ unterschiedlicher Prinzipien (Elemente) und zur Festlegung quantitativer Gesetze ihrer Wechselwirkung zu entwickeln.

Von großer Bedeutung in der chemischen Analyse war die Differenzierung von Gasen, die bisher als eine Substanz galten; Diese Studien begannen mit dem niederländischen Wissenschaftler van Helmont (17. Jahrhundert), der Kohlendioxid entdeckte. Die größten Erfolge in diesen Studien erzielten J. Priestley, K. V. Scheele, A. L. Lavoisier (18. Jahrhundert). Die experimentelle Chemie erhielt eine solide Grundlage im von Lavoisier (1789) aufgestellten Gesetz der Massenerhaltung von Stoffen bei chemischen Operationen. Zwar wurde dieses Gesetz schon früher von M. V. Lomonosov (1758) in einer allgemeineren Form ausgedrückt, und der schwedische Wissenschaftler T. A. Bergman nutzte die Erhaltung der Stoffmasse für die Zwecke der chemischen Analyse. Es ist Bergman, der einen systematischen Verlauf der qualitativen Analyse geschaffen hat, bei dem die untersuchten Substanzen, in einen gelösten Zustand überführt, dann durch Fällungsreaktionen mit Reagenzien in Gruppen eingeteilt und dann in noch kleinere Gruppen aufgeteilt werden, bis dies möglich ist Bestimmen Sie jedes Element einzeln. Als Hauptgruppenreagenzien schlug Bergman Schwefelwasserstoff und Alkalien vor, die noch heute verwendet werden. Er systematisierte auch die qualitative Analyse „trocken“, indem er Substanzen erhitzte, was zur Bildung von „Perlen“ und Ablagerungen verschiedener Farben führte.

Eine weitere Verbesserung der systematischen qualitativen Analyse wurde von den französischen Chemikern L. Vauquelin und L. J. Tenard, den deutschen Chemikern G. Rose und K. R. Fresenius sowie dem russischen Chemiker N. A. Menshutkin durchgeführt. In den 20-30er Jahren. 20. Jahrhundert Der sowjetische Chemiker N.A. Tananaev schlug auf der Grundlage einer deutlich erweiterten Reihe chemischer Reaktionen eine fraktionierte Methode der qualitativen Analyse vor, bei der keine systematische Analyse, Einteilung in Gruppen und die Verwendung von Schwefelwasserstoff erforderlich sind.

Die quantitative Analyse basierte zunächst darauf, dass Fällungsreaktionen der Elemente in Form schwerlöslicher Verbindungen bestimmt und deren Masse anschließend gewogen wurden. Auch diese gravimetrische (oder gravimetrische) Analysemethode hat sich seit Bergmanns Zeiten erheblich verbessert, hauptsächlich aufgrund von Verbesserungen bei Waagen und Wägetechniken sowie der Verwendung verschiedener Reagenzien, insbesondere organischer, die am wenigsten lösliche Verbindungen bilden. Im 1. Viertel des 19. Jahrhunderts. Der französische Wissenschaftler J. L. Gay-Lussac schlug eine volumetrische Methode der quantitativen Analyse (volumetrisch) vor, bei der anstelle des Wiegens die Volumina von Lösungen interagierender Substanzen gemessen werden. Diese Methode, auch Titrationsmethode oder titrimetrische Methode genannt, ist noch immer die Hauptmethode der quantitativen Analyse. Es hat sich erheblich ausgeweitet, sowohl aufgrund einer Zunahme der Anzahl der darin verwendeten chemischen Reaktionen (Fällungs-, Neutralisations-, Komplexbildungs-, Oxidations-Reduktions-Reaktionen) als auch durch die Verwendung vieler Indikatoren (Substanzen, die durch Änderungen ihrer Farbe anzeigen). Ende der Reaktion zwischen interagierenden Lösungen) usw. Anzeigemittel (durch Bestimmung verschiedener physikalischer Eigenschaften von Lösungen, wie z. B. elektrischer Leitfähigkeit oder Brechungsindex).

Die Analyse organischer Substanzen, die Kohlenstoff und Wasserstoff als Hauptelemente enthalten, durch Verbrennung und die Bestimmung der Verbrennungsprodukte – Kohlendioxid und Wasser – wurde erstmals von Lavoisier durchgeführt. Es wurde von J. L. Gay-Lussac und L. J. Thénard und J. Liebig weiter verbessert. Im Jahr 1911 entwickelte der österreichische Chemiker F. Pregl eine Technik zur Mikroanalyse organischer Verbindungen, für die einige mg Originalsubstanz. Aufgrund der komplexen Struktur der Moleküle organischer Substanzen, ihrer großen Größe (Polymere) und ihrer ausgeprägten Isomerie umfasst die organische Analyse nicht nur die Elementaranalyse – Bestimmung der relativen Mengen einzelner Elemente in einem Molekül, sondern auch die Funktionsanalyse – Bestimmung der Art und Anzahl einzelner charakteristischer Atomgruppen im Molekül. Die Funktionsanalyse basiert auf den charakteristischen chemischen Reaktionen und physikalischen Eigenschaften der untersuchten Verbindungen.

Fast bis zur Mitte des 20. Jahrhunderts. Die Analyse organischer Substanzen entwickelte sich aufgrund ihrer Spezifität auf eigene Weise, anders als die anorganische Analyse, und wurde nicht in akademische Kurse im Chemieingenieurwesen einbezogen. Die Analyse organischer Substanzen wurde als Teil der organischen Chemie betrachtet. Doch dann, mit dem Aufkommen neuer, hauptsächlich physikalischer Analysemethoden und der weit verbreiteten Verwendung organischer Reagenzien in der anorganischen Analyse, wurden beide Zweige der A.-Chemie. begannen sich anzunähern und stellen nun eine einzige gemeinsame wissenschaftliche und pädagogische Disziplin dar.

A. x. Als Wissenschaft umfasst sie die Theorie chemischer Reaktionen und chemischer Eigenschaften von Stoffen und fiel als solche mit dieser in der ersten Periode der Entwicklung der allgemeinen Chemie zusammen. Doch in der 2. Hälfte des 19. Jahrhunderts, als die „Nassmethode“ eine dominierende Stellung in der chemischen Analytik einnahm, also die Analyse in überwiegend wässrigen Lösungen, wurde sie zum Gegenstand der chemischen Analytik. begann, nur solche Reaktionen zu untersuchen, die ein analytisch wertvolles charakteristisches Produkt ergeben – eine unlösliche oder farbige Verbindung, die während einer schnellen Reaktion entsteht. Im Jahr 1894 skizzierte der deutsche Wissenschaftler W. Ostwald erstmals die wissenschaftlichen Grundlagen der Chemie. als Theorie des chemischen Gleichgewichts ionischer Reaktionen in wässrigen Lösungen. Diese Theorie, ergänzt durch die Ergebnisse aller nachfolgenden Entwicklungen der Ionentheorie, wurde zur Grundlage der Atomchemie.

Die Arbeit der russischen Chemiker M.A. Ilyinsky und L.A. Chugaev (Ende des 19. Jahrhunderts – Anfang des 20. Jahrhunderts) legte den Grundstein für die Verwendung organischer Reagenzien, die sich durch große Spezifität und Empfindlichkeit auszeichnen, in der anorganischen Analyse.

Untersuchungen haben gezeigt, dass jedes anorganische Ion durch eine chemische Reaktion mit einer organischen Verbindung gekennzeichnet ist, die eine bestimmte funktionelle Gruppe (die sogenannte funktional-analytische Gruppe) enthält. Seit den 20er Jahren. 20. Jahrhundert In der chemischen Analyse begann die Rolle instrumenteller Methoden zuzunehmen, wodurch die Analyse wieder auf die Untersuchung der physikalischen Eigenschaften der analysierten Substanzen zurückgeführt wurde, jedoch nicht der makroskopischen Eigenschaften, die die Analyse in der Zeit vor der Entstehung der wissenschaftlichen Chemie durchführte, sondern atomarer und molekulare Eigenschaften. Modernes A. x. Verwendet in großem Umfang atomare und molekulare Emissions- und Absorptionsspektren (sichtbare, ultraviolette, infrarote, Röntgen-, Radiofrequenz- und Gammaspektren), Radioaktivität (natürlich und künstlich), Massenspektrometrie von Isotopen, elektrochemische Eigenschaften von Ionen und Molekülen, Adsorptionseigenschaften usw . (siehe Kolorimetrie, Lumineszenz, Mikrochemische Analyse, Nephelometrie, Aktivierungsanalyse, Spektralanalyse, Photometrie, Chromatographie, Elektronenparamagnetische Resonanz, Elektrochemische Analysemethoden). Die Anwendung analytischer Methoden, die auf diesen Eigenschaften basieren, ist in der anorganischen und organischen Analytik gleichermaßen erfolgreich. Diese Methoden vertiefen die Möglichkeiten zur Entschlüsselung der Zusammensetzung und Struktur chemischer Verbindungen sowie ihrer qualitativen und quantitativen Bestimmung erheblich; Sie ermöglichen eine Erhöhung der Bestimmungsempfindlichkeit auf 10 -12 - 10 -15 % einer Verunreinigung, erfordern eine geringe Menge des Analyten und können oft für die sogenannte verwendet werden. Die zerstörungsfreie Prüfung (d. h. ohne Zerstörung der Stoffprobe) kann als Grundlage für die Automatisierung von Produktionsanalyseprozessen dienen.

Gleichzeitig stellt der weit verbreitete Einsatz dieser instrumentellen Methoden A. kh vor neue Herausforderungen. als Wissenschaft erfordert eine Verallgemeinerung der Analysemethoden nicht nur auf der Grundlage der Theorie chemischer Reaktionen, sondern auch auf der Grundlage der physikalischen Theorie der Struktur von Atomen und Molekülen.

A. Chemie, die eine wichtige Rolle für den Fortschritt der chemischen Wissenschaft spielt, ist auch bei der Steuerung industrieller Prozesse und in der Landwirtschaft von großer Bedeutung. Entwicklung von A. ch. in der UdSSR ist sie eng mit der Industrialisierung des Landes und dem darauffolgenden allgemeinen Fortschritt verbunden. Viele Universitäten verfügen über Abteilungen für Chemieingenieurwesen, die hochqualifizierte analytische Chemiker ausbilden. Sowjetische Wissenschaftler entwickeln die theoretischen Grundlagen der A.-Chemie. und neue Methoden zur Lösung wissenschaftlicher und praktischer Probleme. Mit dem Aufkommen von Industrien wie der Nuklearindustrie, der Elektronikindustrie, der Herstellung von Halbleitern, seltenen Metallen und der Kosmochemie bestand gleichzeitig die Notwendigkeit, neue subtile und subtile Methoden zur Kontrolle der Reinheit von Materialien zu entwickeln, in denen in vielen Fällen Verunreinigungen vorhanden sind Der Gehalt sollte ein Atom pro 1-10 Millionen Atome des hergestellten Produkts nicht überschreiten. Alle diese Probleme werden von sowjetischen analytischen Chemikern erfolgreich gelöst. Auch alte Methoden der chemischen Produktionskontrolle werden verbessert.

Entwicklung von A. ch. Als Spezialzweig der Chemie entstand die Herausgabe spezieller analytischer Fachzeitschriften in allen Industrieländern der Welt. In der UdSSR werden zwei solcher Zeitschriften veröffentlicht: „Factory Laboratory“ (seit 1932) und „Journal of Analytical Chemistry“ (seit 1946). Es gibt auch internationale Fachzeitschriften zu einzelnen Teilgebieten der chemischen Chemie, beispielsweise Zeitschriften zur Chromatographie und zur elektroanalytischen Chemie. Spezialisten für A. x. werden an Fachabteilungen von Universitäten, chemisch-technischen Fachschulen und Berufsschulen vorbereitet.

Zündete.: Alekseev V.N., Kurs der qualitativen chemischen Halbmikroanalyse, 4. Aufl., M. 1962: sein eigener. Quantitative Analyse, 2. Aufl. , M., 1958; Lyalikov Yu.S., Physikalisch-chemische Analysemethoden, 4. Aufl., M., 1964; Yuing G.D. Instrumentelle Methoden der chemischen Analyse, trans. aus dem Englischen, M., 1960; Lurie Yu. Yu., Handbook of Analytical Chemistry, M., 1962.

Yu. A. Kljatschko.

Große sowjetische Enzyklopädie. - M.: Sowjetische Enzyklopädie. 1969-1978 .

Sehen Sie, was „Analytische Chemie“ in anderen Wörterbüchern ist:

Untersucht die Prinzipien und Methoden zur Bestimmung der chemischen Zusammensetzung eines Stoffes. Beinhaltet qualitative Analyse und quantitative Analyse. Die analytische Chemie entstand zusammen mit der anorganischen Chemie früher als andere chemische Wissenschaften (bis zum Ende des 18. Jahrhunderts war die Chemie ... ... Großes enzyklopädisches Wörterbuch

analytische Chemie- (Analytik) – eine Wissenschaft, die eine allgemeine Methodik, Methoden und Mittel zur Gewinnung experimenteller Informationen über die chemische Zusammensetzung einer Substanz und Methoden zur Analyse verschiedener Objekte entwickelt. Empfehlungen zur Terminologie der analytischen Chemie ... ... Chemische Begriffe

ANALYTISCHE CHEMIE untersucht die Prinzipien und Methoden zur Identifizierung von Stoffen und ihren Bestandteilen (qualitative Analyse) sowie zur Bestimmung des quantitativen Verhältnisses von Bestandteilen (Atome, Moleküle, Phasen usw.) in einer Probe (quantitative Analyse). Bis zum 1.... ... Moderne Enzyklopädie

ANALYTISCHE CHEMIE- ANALYTISCHE CHEMIE, eine Abteilung für Chemie, die Theorie entwickelt Grundlagen und praktische Methoden der chemischen Analyse (siehe) ... Große medizinische Enzyklopädie

I. Chemie und Medizin

1. Gegenstand, Ziele und Zielsetzungen der analytischen Chemie. Ein kurzer historischer Abriss der Entwicklung der analytischen Chemie. Der Stellenwert der analytischen Chemie in den Naturwissenschaften und im medizinischen Ausbildungssystem.

Analytische Chemie – die Wissenschaft von Methoden zur Bestimmung der Zusammensetzung von Stoffen. Artikel Es ist die Lösung allgemeiner Probleme der Theorie der chemischen Analyse, die Verbesserung bestehender und die Entwicklung neuer, schnellerer und genauerer Analysemethoden (d. h. Theorie und Praxis der chemischen Analyse). Aufgabe - Entwicklung der Theorie chemischer und physikalisch-chemischer Analysemethoden, Prozesse und Operationen in der wissenschaftlichen Forschung, Verbesserung alter Analysemethoden, Entwicklung von Express- und Fern-MA, Entwicklung von Methoden der Ultra- und Mikroanalyse.

Je nach Studienfach analytische Chemie unterteilt in anorganische und organische Analyse. Analytische Chemie bezieht sich zu den angewandten Wissenschaften. Seine praktische Bedeutung ist sehr vielfältig. Mit Methoden der chemischen Analyse wurden einige Gesetze entdeckt – das Gesetz der Zusammensetzungskonstanz, das Gesetz der Mehrfachverhältnisse, die Atommassen von Elementen wurden bestimmt,

chemische Äquivalente, chemische Formeln vieler Verbindungen wurden erstellt usw.

Die analytische Chemie trägt wesentlich zur Entwicklung der Naturwissenschaften bei: Geochemie, Geologie, Mineralogie, Physik, Biologie, Agrarchemie, Metallurgie, chemische Technologie, Medizin usw.

Gegenstand der qualitativen Analyse- Entwicklung theoretischer Grundlagen, Verbesserung bestehender und Entwicklung neuer, fortschrittlicherer Methoden zur Bestimmung der elementaren Zusammensetzung von Stoffen. Die Herausforderung der qualitativen Analyse- Bestimmung der „Qualität“ von Stoffen oder Nachweis einzelner Elemente oder Ionen, aus denen die untersuchte Verbindung besteht.

Qualitativ analytische Reaktionen werden nach der Art ihrer Durchführung in Reaktionen unterteilt „nasser“ und „trockener“ Weg. Von größter Bedeutung sind Reaktionen auf dem „nassen“ Weg. Zur Durchführung muss die Testsubstanz zunächst gelöst werden.

Bei der qualitativen Analyse werden nur solche Reaktionen verwendet, die mit für den Betrachter deutlich sichtbaren äußeren Effekten einhergehen: einer Farbänderung der Lösung; Ausfällung oder Auflösung von Sedimenten; Freisetzung von Gasen mit charakteristischem Geruch oder Farbe.

Besonders häufig werden Reaktionen eingesetzt, die mit der Bildung von Niederschlägen und einer Änderung der Farbe der Lösung einhergehen. Solche Reaktionen nennt man Reaktionen „Entdeckungen“, da mit ihrer Hilfe die in der Lösung vorhandenen Ionen nachgewiesen werden.

Auch Reaktionen sind weit verbreitet Identifikation, mit deren Hilfe die Richtigkeit der „Entdeckung“ eines bestimmten Ions überprüft wird. Schließlich kommen Fällungsreaktionen zum Einsatz, bei denen meist eine Gruppe von Ionen von einer anderen oder ein Ion von anderen Ionen getrennt wird.

Abhängig von der Menge des zu analysierenden Stoffes, dem Volumen der Lösung und der Technik zur Durchführung der einzelnen Vorgänge werden chemische Methoden der qualitativen Analyse unterteilt für die Makro-, Mikro-, Halbmikro- und Ultramikroanalyse usw.

II. Qualitative Analyse

2. Grundkonzepte der analytischen Chemie. Arten analytischer Reaktionen und Reagenzien. Anforderungen an Analyse, Empfindlichkeit, Selektivität bei der Bestimmung der Stoffzusammensetzung.

Analytische Reaktion - chem. eine Reaktion zur Trennung, Erkennung und Quantifizierung von Elementen, Ionen und Molekülen. Es muss mit einer analytischen Wirkung (Niederschlag, Gasfreisetzung, Farbumschlag, Geruchsumschlag) einhergehen.

Nach Art der chemischen Reaktionen:

Sind üblich– Die analytischen Signale sind für viele Ionen gleich. Das Reagenz ist allgemein. Beispiel: Ausfällung von Hydroxiden, Carbonaten, Sulfiden usw.

Gruppe– Analysesignale sind charakteristisch für eine bestimmte Gruppe von Ionen mit ähnlichen Eigenschaften. Das Reagenz gehört zur Gruppe 1. Beispiel: Ausfällung von Ag +, Pb 2+-Ionen mit dem Reagenz – Salzsäure unter Bildung weißer Niederschläge AgCl, PbCl 2

Allgemeine und Gruppenreaktionen werden verwendet, um Ionen einer komplexen Mischung zu isolieren und zu trennen.

Selektiv– Die analytischen Signale sind für eine begrenzte Anzahl von Ionen gleich. Das Reagenz ist selektiv. Beispiel: Wenn das NH 4 SCN-Reagenz auf ein Kationengemisch einwirkt, bilden nur zwei Kationen farbige Komplexverbindungen: blutrot 3-

und blau 2-

Spezifisch– Das analytische Signal ist nur für ein Ion charakteristisch. Das Reagenz ist spezifisch. Es gibt nur sehr wenige solcher Reaktionen.

Nach Art des analytischen Signals:

Farbig

Niederschlag

Gasabgebend

Mikrokristallin

Nach Funktion:

Erkennungs-(Identifikations-)Reaktionen

Trennreaktionen (Separationsreaktionen) zur Entfernung störender Ionen durch Fällung, Extraktion oder Sublimation.

Nach Technik:

Reagenzglas– wird in Reagenzgläsern durchgeführt.

Tropfen werden ausgeführt:

Auf Filterpapier

Auf einem Uhrglas oder Objektträger.

In diesem Fall werden 1-2 Tropfen der analysierten Lösung und 1-2 Tropfen eines Reagenzes, das eine charakteristische Farbe oder Kristallbildung ergibt, auf eine Platte oder ein Papier aufgetragen. Bei der Durchführung von Reaktionen auf Filterpapier werden die Adsorptionseigenschaften des Papiers genutzt. Ein auf Papier aufgetragener Flüssigkeitstropfen löst sich schnell durch die Kapillaren auf und die farbige Verbindung wird auf einer kleinen Fläche des Blattes adsorbiert. Befinden sich mehrere Stoffe in einer Lösung, kann deren Bewegungsgeschwindigkeit unterschiedlich sein, wodurch sich die Verteilung der Ionen in Form konzentrischer Zonen ergibt. Abhängig vom Löslichkeitsprodukt des Niederschlags – oder abhängig von der Stabilitätskonstante komplexer Verbindungen: Je größer ihre Werte, desto näher am Zentrum oder im Zentrum liegt eine bestimmte Zone.

Die Tropfenmethode wurde vom sowjetischen Chemiker N.A. entwickelt. Tananaev.

Mikrokristalline Reaktionen basieren auf der Bildung chemischer Verbindungen, die eine charakteristische Form, Farbe und Lichtbrechungsfähigkeit von Kristallen aufweisen. Sie werden auf Glasobjektträgern durchgeführt. Dazu 1-2 Tropfen der Testlösung und 1-2 Tropfen des Reagenzes mit einer Kapillarpipette neben ein sauberes Glas geben und ohne Rühren vorsichtig mit einem Glasstab vermischen. Anschließend wird das Glas auf einen Mikroskoptisch gestellt und der an der Stelle gebildete Bodensatz untersucht.

Kontakt von Tropfen.

Für den ordnungsgemäßen Einsatz in der Reaktionsanalytik sollte man Folgendes berücksichtigen Reaktionsempfindlichkeit . Sie wird durch die kleinste Menge der gewünschten Substanz bestimmt, die von einem bestimmten Reagenz in einem Lösungstropfen nachgewiesen werden kann (0,01–0,03 ml). Die Empfindlichkeit wird durch eine Reihe von Größen ausgedrückt:

Öffnungsminimum- die kleinste Substanzmenge, die in der Testlösung enthalten ist und von einem bestimmten Reagenz unter bestimmten Reaktionsbedingungen geöffnet wird.

Minimale (Grenz-)Konzentration zeigt, bei welcher niedrigsten Lösungskonzentration diese Reaktion es ermöglicht, die nachgewiesene Substanz in einem kleinen Teil der Lösung eindeutig zu entdecken.

Begrenzen Sie die Verdünnung- die maximale Menge an Verdünnungsmittel, bei der der Stoff noch bestimmt werden kann.

Abschluss: Die analytische Reaktion ist umso empfindlicher, je niedriger das Öffnungsminimum, desto geringer die Mindestkonzentration, aber desto größer die maximale Verdünnung.

Umweltingenieure müssen die chemische Zusammensetzung von Rohstoffen, Produkten und Abfällen sowie der Umwelt – Luft, Wasser und Boden – kennen; Es ist wichtig, Schadstoffe zu identifizieren und deren Konzentration zu bestimmen. Dieses Problem ist gelöst analytische Chemie - die Wissenschaft der Bestimmung der chemischen Zusammensetzung von Stoffen.

Probleme der analytischen Chemie werden hauptsächlich durch physikalische und chemische Analysemethoden gelöst, die auch als instrumentell bezeichnet werden. Sie nutzen die Messung einer physikalischen oder physikalisch-chemischen Eigenschaft eines Stoffes, um dessen Zusammensetzung zu bestimmen. Es enthält auch Abschnitte, die sich mit Methoden zur Trennung und Reinigung von Stoffen befassen.

Ziel dieser Vorlesung ist es, sich mit den Prinzipien instrumenteller Analysemethoden vertraut zu machen, deren Möglichkeiten zu erkennen und auf dieser Grundlage konkrete Aufgaben für Fachchemiker zu stellen und die Bedeutung der gewonnenen Analyseergebnisse zu verstehen.

Literatur

Aleskovsky V.B. und andere. Physikalisch-chemische Analysemethoden. L-d, „Chemie“, 1988

Yu. S. Lyalikov. Physikalisch-chemische Analysemethoden. M., Verlag „Chemie“, 1974

Wassiljew V.P. Theoretische Grundlagen physikalischer und chemischer Analysemethoden. M., Higher School, 1979.

A. D. Zimon, N. F. Leshchenko. Kolloidale Chemie. M., „Agar“, 2001

A. I. Mishustin, K. F. Belousova. Kolloidale Chemie (Methodisches Handbuch). Verlag MIHM, 1990

Die ersten beiden Bücher sind Lehrbücher für Chemiestudenten und stellen daher eine ziemliche Herausforderung für Sie dar. Das macht diese Vorträge sehr nützlich. Sie können jedoch einzelne Kapitel lesen.

Leider hat die Verwaltung für diesen Kurs noch keine eigene Prüfung vorgesehen, so dass der Stoff zusammen mit dem Kurs Physikalische Chemie in der allgemeinen Prüfung enthalten ist.

2. Klassifizierung der Analysemethoden

Man unterscheidet zwischen qualitativer und quantitativer Analyse. Der erste bestimmt das Vorhandensein bestimmter Komponenten, der zweite ihr quantitativer Gehalt. Analysemethoden werden in chemische und physikalisch-chemische unterteilt. In dieser Vorlesung betrachten wir nur chemische Methoden, die auf der Umwandlung des Analyten in Verbindungen mit bestimmten Eigenschaften basieren.

Bei der qualitativen Analyse anorganischer Verbindungen wird die zu untersuchende Probe durch Auflösen in Wasser oder einer Säure- oder Alkalilösung in einen flüssigen Zustand überführt, wodurch Elemente in Form von Kationen und Anionen nachgewiesen werden können. Beispielsweise können Cu 2+-Ionen durch die Bildung eines komplexen 2+-Ions identifiziert werden, das leuchtend blau ist.

Die qualitative Analyse ist in fraktionierte und systematische unterteilt. Fraktionierte Analyse – Nachweis mehrerer Ionen in einer Mischung mit annähernd bekannter Zusammensetzung.

Unter systematischer Analyse versteht man eine vollständige Analyse unter Verwendung einer spezifischen Methode zur sequentiellen Detektion einzelner Ionen. Getrennte Ionengruppen mit ähnlichen Eigenschaften werden mit Gruppenreagenzien isoliert, anschließend werden die Ionengruppen in Untergruppen und diese wiederum in einzelne Ionen aufgeteilt, die mit Hilfe der sogenannten nachgewiesen werden. analytische Reaktionen. Dies sind Reaktionen mit äußerer Wirkung – die Bildung eines Niederschlags, die Freisetzung von Gas und eine Änderung der Farbe der Lösung.

Eigenschaften analytischer Reaktionen - Spezifität, Selektivität und Sensitivität.

Spezifität ermöglicht die Erkennung eines bestimmten Ions in Gegenwart anderer Ionen anhand eines charakteristischen Merkmals (Farbe, Geruch usw.). Es gibt relativ wenige solcher Reaktionen (z. B. die Reaktion des Nachweises des NH 4 + -Ions durch Einwirkung von Alkali auf eine Substanz beim Erhitzen). Quantitativ wird die Spezifität der Reaktion anhand des Wertes des Grenzverhältnisses beurteilt, das dem Verhältnis der Konzentrationen des bestimmten Ions und der störenden Ionen entspricht. Beispielsweise ist die Tröpfchenreaktion zum Ni 2+-Ion durch die Wirkung von Dimethylglyoxim in Gegenwart von Co 2+-Ionen bei einem Grenzverhältnis von Ni 2+ zu Co 2+ von 1:5000 möglich.

Selektivität(oder Selektivität) einer Reaktion wird dadurch bestimmt, dass nur wenige Ionen einen ähnlichen äußeren Effekt hervorrufen. Die Selektivität ist umso größer, je kleiner die Anzahl der Ionen ist, die einen ähnlichen Effekt erzielen.

Empfindlichkeit Reaktionen werden durch die Nachweisgrenze bzw. Verdünnungsgrenze charakterisiert. Beispielsweise liegt die Nachweisgrenze bei der mikrokristalloskopischen Reaktion auf das Ca 2+ -Ion unter Einwirkung von Schwefelsäure bei 0,04 µg Ca 2+ in einem Lösungstropfen.

Eine schwierigere Aufgabe ist die Analyse organischer Verbindungen. Kohlenstoff und Wasserstoff werden nach dem Verbrennen der Probe bestimmt und dabei das freigesetzte Kohlendioxid und Wasser erfasst. Es gibt eine Reihe von Techniken zum Nachweis anderer Elemente.

Klassifizierung der Analysemethoden nach Menge.

Die Bestandteile werden in Hauptbestandteile (1–100 Gew.-%), Nebenbestandteile (0,01–1 Gew.-%) und Verunreinigungen oder Spuren (weniger als 0,01 Gew.-%) unterteilt.

Je nach Masse und Volumen der analysierten Probe wird zwischen Makroanalyse unterschieden (0,5 – 1 g oder 20 – 50 ml),

Halbmikroanalyse (0,1 – 0,01 g oder 1,0 – 0,1 ml),

Mikroanalyse (10 -3 - 10 -6 g oder 10 -1 - 10 -4 ml),

Ultramikroanalyse (10 –6 – 10 –9 g oder 10 –4 – 10 –6 ml),

Submikroanalyse (10 –9 – 10 –12 g oder 10 –7 – 10 –10 ml).

Klassifizierung nach der Art der zu bestimmenden Partikel:

1.Isotopisch (physikalisch) – Isotope werden bestimmt

2. elementar oder atomar – eine Reihe chemischer Elemente wird bestimmt

3. molekular – die Menge der Moleküle, aus denen die Probe besteht, wird bestimmt

4. Strukturgruppe (zwischen atomar und molekular) – funktionelle Gruppen in Molekülen organischer Verbindungen werden bestimmt.

5. Phase – die Bestandteile heterogener Objekte (zum Beispiel Mineralien) werden analysiert.

Andere Arten der Klassifizierungsanalyse:

Grob und lokal.

Destruktiv und zerstörungsfrei.

Kontakt und Remote.

Diskret und kontinuierlich.

Wichtige Merkmale des Analyseverfahrens sind die Schnelligkeit der Methode (Analysegeschwindigkeit), die Kosten der Analyse und die Möglichkeit ihrer Automatisierung.

Ein Lehrgang in physikalischer und kolloidaler Chemie, einschließlich physikalischer und chemischer Analysemethoden sowie Trenn- und Reinigungsmethoden, spielt eine wichtige Rolle in der Ausbildung von Fachkräften auf dem Gebiet der Umwelttechnik. Die Hauptzweige der physikalischen Chemie – chemische Kinetik und chemische Thermodynamik – dienen als theoretische Grundlage für andere Zweige der Chemie sowie chemische Technologien und Methoden zur Trennung und Reinigung von Stoffen. Messungen der physikalisch-chemischen Eigenschaften von Stoffen bilden die Grundlage vieler moderner instrumenteller (physikochemischer) Methoden zur Analyse und Überwachung des Umweltzustands. Da es sich bei den meisten natürlichen Objekten um kolloidale Systeme handelt, ist es notwendig, die Grundlagen der kolloidalen Chemie zu studieren.

Die Gefahren einer Umweltverschmutzung durch schadstoffhaltige Produkte können durch eine sorgfältige Reinigung der Produkte deutlich reduziert werden. Zu den chemischen Reinigungsmethoden gehört die Behandlung mit Reagenzien, die schädliche Bestandteile neutralisieren. Es ist notwendig, die Geschwindigkeit und Vollständigkeit der Reaktionen sowie ihre Abhängigkeit von äußeren Bedingungen zu kennen und in der Lage zu sein, die Konzentration der Reagenzien zu berechnen, die den erforderlichen Reinigungsgrad gewährleisten. Auch physikalisch-chemische Reinigungsmethoden sind weit verbreitet, darunter Rektifikation, Extraktion, Sorption, Ionenaustausch und Chromatographie.

Das Studium des Studiengangs Physikalische und Kolloidale Chemie durch Studierende der Umweltfachrichtungen (№№) umfasst die Beherrschung eines theoretischen (Vorlesungs-)Kurses, Seminare zur analytischen Chemie, einschließlich physikalischer und chemischer Analysemethoden, Trenn- und Reinigungsmethoden, Chromatographie und Kolloidschnitte Chemie, Laborarbeiten und praktische Übungen sowie selbstständiges Arbeiten, darunter das Erledigen von drei Hausaufgaben. Während der Labor- und Praxisarbeit erwerben die Studierenden Kenntnisse in der Durchführung physikalischer und chemischer Experimente, der grafischen Darstellung, der mathematischen Verarbeitung von Messergebnissen und der Fehleranalyse. Durch die Bearbeitung von Labor-, Praxis- und Hausaufgaben erwerben die Studierenden Kompetenzen im Umgang mit Referenzliteratur.

Seminare zur analytischen und kolloidalen Chemie

Seminar 1. Fachgebiet der analytischen Chemie. Klassifizierung von Analysemethoden. Metrologie. Klassische Methoden der quantitativen Analyse.

Fachleute auf dem Gebiet der Umwelttechnik benötigen ziemlich vollständige Informationen über die chemische Zusammensetzung von Rohstoffen, Produktionsprodukten, Produktionsabfällen und der Umwelt – Luft, Wasser und Boden; Besonderes Augenmerk muss auf die Identifizierung von Schadstoffen und die Bestimmung ihrer Mengen gelegt werden. Dieses Problem ist gelöst analytische Chemie - die Wissenschaft der Bestimmung der chemischen Zusammensetzung von Stoffen. Die chemische Analyse ist das wichtigste und notwendige Mittel zur Kontrolle der Umweltverschmutzung.

Ein superkurzes Studium dieses Abschnitts der Chemie kann einen analytischen Chemiker nicht qualifizieren. Ziel ist es, sich mit einem Mindestmaß an Wissen vertraut zu machen, das ausreicht, um Chemikern spezifische Aufgaben zu stellen, sich auf die Fähigkeiten bestimmter analytischer Methoden zu konzentrieren und deren Bedeutung zu verstehen die erhaltenen Analyseergebnisse.

Klassifizierung von Analysemethoden

Man unterscheidet zwischen qualitativer und quantitativer Analyse. Der erste bestimmt das Vorhandensein bestimmter Komponenten, der zweite ihr quantitativer Gehalt. Bei der Untersuchung der Zusammensetzung eines Stoffes geht die qualitative Analyse immer der quantitativen Analyse voraus, da die Wahl einer quantitativen Analysemethode von der qualitativen Zusammensetzung des untersuchten Objekts abhängt. Analysemethoden werden in chemische und physikalisch-chemische unterteilt. Chemische Analysemethoden basieren auf der Umwandlung des Analyten in neue Verbindungen mit bestimmten Eigenschaften. Die Zusammensetzung eines Stoffes wird durch die Bildung charakteristischer Elementverbindungen bestimmt.

Die qualitative Analyse anorganischer Verbindungen basiert auf ionischen Reaktionen und ermöglicht den Nachweis von Elementen in Form von Kationen und Anionen. Beispielsweise können Cu 2+-Ionen durch die Bildung eines komplexen 2+-Ions identifiziert werden, das leuchtend blau ist. Bei der Analyse organischer Verbindungen werden üblicherweise C, H, N, S, P, Cl und andere Elemente bestimmt. Kohlenstoff und Wasserstoff werden nach dem Verbrennen der Probe bestimmt und dabei das freigesetzte Kohlendioxid und Wasser erfasst. Es gibt eine Reihe von Techniken zum Nachweis anderer Elemente.

Die qualitative Analyse ist in fraktionierte und systematische unterteilt.

Die fraktionierte Analyse basiert auf dem Einsatz spezifischer und selektiver Reaktionen, mit deren Hilfe in einzelnen Portionen der Testlösung die gewünschten Ionen in beliebiger Reihenfolge nachgewiesen werden können. Die Fraktionsanalyse ermöglicht die schnelle Bestimmung einer begrenzten Anzahl von Ionen (eins bis fünf), die in einer Mischung enthalten sind, deren Zusammensetzung ungefähr bekannt ist.

Bei der systematischen Analyse handelt es sich um eine spezifische Abfolge der Erkennung einzelner Ionen, nachdem alle anderen störenden Ionen gefunden und aus der Lösung entfernt wurden.

Einzelne Gruppen von Ionen werden anhand von Ähnlichkeiten und Unterschieden in den Eigenschaften von Ionen mithilfe sogenannter Gruppenreagenzien isoliert – Substanzen, die mit einer ganzen Gruppe von Ionen gleichermaßen reagieren. Gruppen von Ionen werden in Untergruppen und diese wiederum in einzelne Ionen unterteilt, die mit Hilfe der sogenannten erfasst werden. analytische Reaktionen, die für diese Ionen charakteristisch sind. Solche Reaktionen gehen zwangsläufig mit einem analytischen Zeichen einher, also einem äußeren Effekt – der Bildung eines Niederschlags, der Freisetzung von Gas, einer Farbänderung der Lösung.

Die analytische Reaktion weist die Eigenschaften Spezifität, Selektivität und Sensitivität auf.

Mit der Spezifität können Sie ein bestimmtes Ion unter bestimmten Bedingungen in Gegenwart anderer Ionen anhand des einen oder anderen charakteristischen Merkmals (Farbe, Geruch usw.) erkennen. Es gibt relativ wenige solcher Reaktionen (z. B. die Reaktion des Nachweises des NH 4 + -Ions durch Einwirkung von Alkali auf eine Substanz beim Erhitzen). Quantitativ wird die Spezifität der Reaktion anhand des Wertes des Grenzverhältnisses beurteilt, das dem Verhältnis der Konzentrationen des bestimmten Ions und der störenden Ionen entspricht. Beispielsweise ist eine Tröpfchenreaktion zum Ni 2+-Ion durch Einwirkung von Dimethylglyoxim in Gegenwart von Co 2+-Ionen mit einem Grenzverhältnis von Ni 2+ zu Co 2+ von 1:5000 möglich.

Die Selektivität (oder Selektivität) einer Reaktion wird dadurch bestimmt, dass ein ähnlicher äußerer Effekt nur mit einer begrenzten Anzahl von Ionen möglich ist, mit denen die Reaktion einen positiven Effekt ergibt. Der Grad der Selektivität (Selektivität) ist umso größer, je kleiner die Anzahl der Ionen ist, mit denen die Reaktion einen positiven Effekt hervorruft.

Die Empfindlichkeit einer Reaktion wird durch mehrere miteinander zusammenhängende Größen charakterisiert: die Nachweisgrenze und die Verdünnungsgrenze. Beispielsweise liegt die Nachweisgrenze bei der mikrokristalloskopischen Reaktion auf das Ca 2+ -Ion unter Einwirkung von Schwefelsäure bei 0,04 µg Ca 2+ in einem Lösungstropfen. Die maximale Verdünnung (V pre, ml) wird nach der Formel berechnet: V pre = V · 10 2 / C min, wobei V das Volumen der Lösung (ml) ist. Die Grenzverdünnung gibt das Lösungsvolumen (in ml) an, das 1 g des zu bestimmenden Ions enthält. Beispielsweise entsteht bei der Reaktion des K + -Ions mit Natriumhexanitrosocobaltat - Na 3 ein gelber kristalliner Niederschlag von K 2 Na. Die Empfindlichkeit dieser Reaktion wird durch eine Verdünnungsgrenze von 1:50000 charakterisiert. Dies bedeutet, dass es mit dieser Reaktion möglich ist, ein Kaliumion in einer Lösung zu öffnen, die mindestens 1 g Kalium in 50.000 ml Wasser enthält.

Chemische Methoden der qualitativen Analyse sind nur für eine kleine Anzahl von Elementen von praktischer Bedeutung. Für die Multielement-, molekulare und funktionelle Analyse (Bestimmung der Art funktioneller Gruppen) werden physikalisch-chemische Methoden verwendet.

Die Bestandteile werden in Hauptbestandteile (1–100 Gew.-%), Nebenbestandteile (0,01–1 Gew.-%) und Verunreinigungen oder Spuren (weniger als 0,01 Gew.-%) unterteilt.

Je nach Masse und Volumen der analysierten Probe wird zwischen Makroanalyse unterschieden (0,5 – 1 g oder 20 – 50 ml),

Halbmikroanalyse (0,1 – 0,01 g oder 1,0 – 0,1 ml),

Mikroanalyse (10 -3 - 10 -6 g oder 10 -1 - 10 -4 ml),

Ultramikroanalyse (10 –6 – 10 –9 g oder 10 –4 – 10 –6 ml),

Submikroanalyse (10 –9 – 10 –12 g oder 10 –7 – 10 –10 ml).

Die analysierten Komponenten können Atome und Ionen, Isotope von Elementen, Moleküle, funktionelle Gruppen und Radikale, Phasen sein.

Klassifizierung nach der Art der zu bestimmenden Partikel:

1. Isotop (physikalisch)

2. elementar oder atomar

3. molekular

4. Strukturgruppe (Mittelstufe zwischen atomar und molekular) – Bestimmung einzelner funktioneller Gruppen in Molekülen organischer Verbindungen.

5. Phase – Analyse von Einschlüssen in heterogenen Objekten, beispielsweise Mineralien.

Andere Arten der Klassifizierungsanalyse:

Grob und lokal.

Destruktiv und zerstörungsfrei.

Kontakt und Remote.

Diskret und kontinuierlich.

Wichtige Merkmale des Analyseverfahrens sind die Schnelligkeit der Methode (Analysegeschwindigkeit), die Kosten der Analyse und die Möglichkeit ihrer Automatisierung.

V.F. Yustratova, G.N. Mikileva, I.A. Mochalova

ANALYTISCHE CHEMIE

Quantitative chemische Analyse

Lernprogramm

Für Universitätsstudenten

2. Auflage, überarbeitet und erweitert

Höhere Berufsausbildung für den interuniversitären Einsatz

als Lehrbuch der analytischen Chemie für Studierende der Ausbildungsbereiche 552400 „Lebensmitteltechnologie“, 655600 „Herstellung von Nahrungsmitteln aus pflanzlichen Rohstoffen“,

655900 „Technologie der Rohstoffe, Produkte tierischen Ursprungs“

und 655700 „Technologie der Lebensmittelprodukte

Spezial- und Gemeinschaftsverpflegung“

Kemerowo 2005

UDC 543.062 (07)

V.F. Yustratova, G.N. Mikileva, I.A. Mochalova

Bearbeitet von V.F. Yustratova

Rezensenten:

V.A. Newostrujew, Manager Abteilung für Analytische Chemie

Staatliche Universität Kemerowo, Doktor der Chemie. Naturwissenschaften, Professor;

K.I. Gerasimova, Außerordentlicher Professor, Abteilung für Chemie und Technologie

anorganische Substanzen Kuzbass State Technical

Universität, Ph.D. chem. Wissenschaften

Kemerovo Institute of Technology

Nahrungsmittelindustrie

Yustratova V.F., Mikileva G.N., Mochalova I.A.

Yu90 Analytische Chemie. Quantitative chemische Analyse: Lehrbuch. Zuschuss. - 2. Aufl., überarbeitet. und zusätzlich - / V.F. Yustratova, G.N. Mikileva, I.A. Mochalova; Ed. V.F. Yustratova; Kemerovo Technological Institute of Food Industry - Kemerovo, 2005. - 160 S.

ISBN 5-89289-312-Х

Die grundlegenden Konzepte und Abschnitte der analytischen Chemie werden erläutert. Alle Phasen der quantitativen chemischen Analyse von der Probenentnahme bis zur Gewinnung der Ergebnisse und Methoden zu deren Verarbeitung werden ausführlich besprochen. Das Handbuch enthält ein Kapitel, das den instrumentellen Analysemethoden als den vielversprechendsten gewidmet ist. Der Einsatz jeder der beschriebenen Methoden in der technischen und chemischen Kontrolle der Lebensmittelindustrie wird angegeben.

Das Lehrbuch ist nach den staatlichen Bildungsstandards in den Bereichen „Lebensmitteltechnologie“, „Herstellung von Lebensmitteln aus pflanzlichen Rohstoffen und tierischen Produkten“, „Technologie von Speziallebensmitteln und Gemeinschaftsverpflegung“ zusammengestellt. Enthält methodische Empfehlungen für Studierende zum Mitschreiben von Vorlesungen und zum Arbeiten mit dem Lehrbuch.

Konzipiert für Studierende aller Studienrichtungen.

UDC 543.062 (07)

BBK 24,4 und 7

ISBN 5-89289-312-Х

© V.F. Yustratova, G.N. Mikileva, I.A. Mochalova, 1994

© V.F. Yustratova, G.N. Mikileva, I.A. Mochalova, 2005, Ergänzung

© KemTIPP, 1994

VORWORT

Das Lehrbuch richtet sich an Studierende technologischer Fachrichtungen an Lebensmitteluniversitäten. Zweite Auflage, überarbeitet und erweitert. Bei der Bearbeitung des Materials wurden die Ratschläge und Kommentare des Leiters der Abteilung für Analytische Chemie der Staatlichen Technologischen Akademie Woronesch, des Verdienten Arbeiters für Wissenschaft und Technologie der Russischen Föderation, des Doktors der Chemischen Wissenschaften, Professor Ya.I., berücksichtigt. Korenmann. Die Autoren bedanken sich herzlich bei ihm.

In den letzten zehn Jahren seit der Veröffentlichung der ersten Auflage sind neue Lehrbücher zur analytischen Chemie erschienen, von denen jedoch keines vollständig den staatlichen Bildungsstandards in den Bereichen „Lebensmitteltechnologie“ und „Herstellung von Lebensmitteln aus pflanzlichen Rohstoffen“ entspricht “, „Technologie von Rohstoffen und Produkten tierischen Ursprungs“, „Technologie von Lebensmitteln für besondere Zwecke und Gemeinschaftsverpflegung“.

Im Handbuch wird das Material so aufbereitet, dass der Studierende die „Aufgabe der analytischen Chemie“ als Ganzes sieht: von der Probenauswahl über die Gewinnung von Analyseergebnissen, Methoden zu deren Verarbeitung bis hin zur analytischen Messtechnik. Es wird eine kurze Geschichte der Entwicklung der analytischen Chemie und ihrer Rolle in der Lebensmittelproduktion gegeben; Es werden die Grundkonzepte qualitativer und quantitativer chemischer Analysen, Methoden zum Ausdrücken der Zusammensetzung von Lösungen und zur Vorbereitung von Lösungen sowie Formeln zur Berechnung von Analyseergebnissen gegeben. Theorie der titrimetrischen Analysemethoden: Neutralisation (Säure-Base-Titration), Redoximetrie (Redox-Titration), Komplexometrie, Fällung und Gravimetrie. Die Verwendung jedes einzelnen von ihnen in der Lebensmittelindustrie ist angegeben. Bei der Betrachtung titrimetrischer Analysemethoden wird ein strukturelles und logisches Diagramm vorgeschlagen, um deren Untersuchung zu vereinfachen.

Bei der Präsentation des Materials wurden die moderne Nomenklatur chemischer Verbindungen, moderne allgemein anerkannte Konzepte und Ideen berücksichtigt und neue wissenschaftliche Daten zur Untermauerung der Schlussfolgerungen herangezogen.

Das Handbuch enthält außerdem ein Kapitel, das den instrumentellen Analysemethoden als den vielversprechendsten gewidmet ist und aktuelle Trends in der Entwicklung der analytischen Chemie zeigt.

Der Text des Handbuchs ist von der Präsentation her für Erst- und Zweitsemesterstudierende geeignet, die noch nicht über ausreichende Fähigkeiten im selbstständigen Umgang mit Lehrliteratur verfügen.

Die Abschnitte 1, 2, 5 wurden von V.F. geschrieben. Yustratova, Abschnitte 3, 6, 8, 9 - G.N. Mikileva, Abschnitt 7 - I.A. Mochalova, Abschnitt 4 - G.N. Mikileva und I.A. Mochalova.

ANALYTISCHE CHEMIE ALS WISSENSCHAFT

Die analytische Chemie ist einer der Zweige der Chemie. Wenn wir die analytische Chemie als Wissenschaft möglichst vollständig definieren, können wir die vom Akademiemitglied I.P. vorgeschlagene Definition verwenden. Alimarin.

„Analytische Chemie ist eine Wissenschaft, die die theoretischen Grundlagen der Analyse der chemischen Zusammensetzung von Stoffen entwickelt, Methoden zur Identifizierung und Erkennung, Bestimmung und Trennung chemischer Elemente, ihrer Verbindungen sowie Methoden zur Ermittlung der chemischen Struktur von Verbindungen entwickelt.“

Diese Definition ist ziemlich langwierig und schwer zu merken. In Universitätslehrbüchern finden sich prägnantere Definitionen, die folgende Bedeutung haben.

Analytische Chemieist die Wissenschaft von Methoden zur Bestimmung der chemischen Zusammensetzung und Struktur von Stoffen (Systemen).

1.1. Aus der Entwicklungsgeschichte der analytischen Chemie

Die analytische Chemie ist eine sehr alte Wissenschaft.

Sobald Güter und Materialien in der Gesellschaft auftauchten, von denen die wichtigsten Gold und Silber waren, bestand die Notwendigkeit, ihre Qualität zu überprüfen. Die erste weit verbreitete Methode zur Analyse dieser Metalle war die Kupellation – ein Brandtest. Bei dieser quantitativen Technik wird der Analyt vor und nach dem Erhitzen gewogen. Erwähnungen dieser Operation finden sich in Tafeln aus Babylon aus den Jahren 1375–1350. Chr.

Waagen waren der Menschheit schon vor der Zeit der antiken Zivilisation bekannt. Gefundene Gewichte für Waagen stammen aus dem Jahr 2600 v. Chr.

Nach allgemeiner Auffassung kann die Renaissance als die Anfangsphase angesehen werden, in der einzelne Analysetechniken in wissenschaftlichen Methoden Gestalt annahmen.

Der Begriff „Analyse“ im modernen Sinne des Wortes wurde jedoch vom englischen Chemiker Robert Boyle (1627-1691) eingeführt. Er verwendete diesen Begriff erstmals im Jahr 1654.

Die rasante Entwicklung der analytischen Chemie begann Ende des 17. Jahrhunderts. im Zusammenhang mit der Entstehung von Manufakturen das schnelle Wachstum ihrer Zahl. Daraus ergaben sich verschiedene Probleme, die nur mit analytischen Methoden gelöst werden konnten. Die Nachfrage nach Metallen, insbesondere Eisen, ist stark gestiegen, was zur Entwicklung der analytischen Chemie von Mineralien beigetragen hat.

Die chemische Analyse wurde vom schwedischen Wissenschaftler Thornburn Bergman (1735-1784) zu einem eigenständigen Wissenschaftszweig – der analytischen Chemie – erhoben. Bergmans Werk kann als das erste Lehrbuch der analytischen Chemie angesehen werden, das einen systematischen Überblick über die in der analytischen Chemie verwendeten Prozesse gibt, kombiniert nach der Art der zu analysierenden Substanzen.

Das erste bekannte Buch, das sich ausschließlich der analytischen Chemie widmet, ist The Complete Chemical Assay Office, geschrieben von Johann Göttling (1753-1809) und 1790 in Jena veröffentlicht.

Eine Vielzahl der für die qualitative Analyse verwendeten Reagenzien wurden von Heinrich Rose (1795-1864) in seinem Buch „Handbuch der analytischen Chemie“ systematisiert. Einzelne Kapitel dieses Buches sind bestimmten Elementen und den bekannten Reaktionen dieser Elemente gewidmet. So beschrieb Rose 1824 erstmals die Reaktionen einzelner Elemente und lieferte ein Schema zur systematischen Analyse, das in seinen Grundzügen bis heute erhalten ist (zur systematischen Analyse siehe Abschnitt 1.6.3).

Im Jahr 1862 erschien die erste Ausgabe des Journal of Analytical Chemistry, einer Zeitschrift, die sich ausschließlich der analytischen Chemie widmet und bis heute erscheint. Das Magazin wurde von Fresenius gegründet und in Deutschland veröffentlicht.

Die Grundlagen der gravimetrischen (gravimetrischen) Analyse – der ältesten und logischsten Methode der quantitativen Analyse – wurden von T. Bergman gelegt.

Methoden der volumetrischen Analyse begannen erst im Jahr 1860 weit verbreitet in der analytischen Praxis Einzug zu halten. Beschreibungen dieser Methoden erschienen in Lehrbüchern. Zu diesem Zeitpunkt waren Geräte (Geräte) zur Titration entwickelt und eine theoretische Begründung für diese Methoden gegeben.

Zu den wichtigsten Entdeckungen, die es ermöglichten, volumetrische Analysemethoden theoretisch zu rechtfertigen, gehört das von M.V. entdeckte Gesetz der Massenerhaltung der Materie. Lomonosov (1711-1765), periodisches Gesetz, entdeckt von D.I. Mendeleev (1834-1907), die von S. Arrhenius (1859-1927) entwickelte Theorie der elektrolytischen Dissoziation.

Die Grundlagen volumetrischer Analysemethoden wurden im Laufe von fast zwei Jahrhunderten gelegt und ihre Entwicklung ist eng mit den Bedürfnissen der Praxis verbunden, vor allem mit den Problemen der Textilbleiche und der Kaliproduktion.

Viele Jahre wurden in die Entwicklung praktischer, präziser Instrumente, die Entwicklung von Kalibrierungsverfahren für die Messung von Glaswaren, Manipulationen bei der Arbeit mit Präzisionsglaswaren und Methoden zur Aufzeichnung des Endes einer Titration investiert.

Es ist nicht verwunderlich, dass Berzelius (1779-1848) bereits 1829 glaubte, volumetrische Analysemethoden könnten nur für grobe Schätzungen verwendet werden.

Zum ersten Mal werden in der Chemie allgemein anerkannte Begriffe verwendet "Pipette"(Abb. 1) (vom französischen Rohr – Rohr, Pipette – Rohre) und "Bürette"(Abb. 2) (vom französischen Bürette – Flasche) finden sich in der Veröffentlichung von J.L. Gay-Lussac (1778-1850), veröffentlicht 1824. Hier beschrieb er den Titrationsvorgang, wie er heute durchgeführt wird.

Reis. 1. Pipetten Abb. 2. Büretten

Das Jahr 1859 erwies sich als bedeutsam für die analytische Chemie. In diesem Jahr entwickelten G. Kirchhoff (1824-1887) und R. Bunsen (1811-1899) die Spektralanalyse und machten sie zu einer praktischen Methode der analytischen Chemie. Die Spektralanalyse war die erste instrumentelle Analysemethode und markierte den Beginn ihrer rasanten Entwicklung. Weitere Informationen zu diesen Analysemethoden finden Sie in Abschnitt 8.

Ende des 19. Jahrhunderts, im Jahr 1894, gründete der deutsche Physikochemiker W.F. Ostwald veröffentlichte ein Buch über die theoretischen Grundlagen der analytischen Chemie, dessen grundlegende Theorie die Theorie der elektrolytischen Dissoziation war, auf der chemische Analysemethoden noch heute basieren.

Anfang des 20. Jahrhunderts. (1903) war geprägt von der Entdeckung des russischen Botanikers und Biochemikers M.S. Die Farben des Phänomens der Chromatographie, die die Grundlage für die Entwicklung verschiedener Varianten der chromatographischen Methode bildeten, deren Entwicklung noch im Gange ist.

Im 20. Jahrhundert Die analytische Chemie entwickelte sich recht erfolgreich. Es gab eine Entwicklung sowohl chemischer als auch instrumenteller Analysemethoden. Die Entwicklung instrumenteller Methoden erfolgte durch die Schaffung einzigartiger Geräte, die es ermöglichten, die individuellen Eigenschaften der analysierten Komponenten aufzuzeichnen.

Russische Wissenschaftler haben einen großen Beitrag zur Entwicklung der analytischen Chemie geleistet. Zunächst müssen die Namen von N.A. genannt werden. Tananaeva, I.P. Alimarina, A.K. Babko, Yu.A. Zolotov und viele andere.

Die Entwicklung der analytischen Chemie erfolgte stets unter Berücksichtigung zweier Faktoren: Einerseits schuf die sich entwickelnde Industrie ein Problem, das einer Lösung bedurfte; Andererseits wurden die Entdeckungen der Wissenschaft zur Lösung von Problemen der analytischen Chemie genutzt.

Dieser Trend hält bis heute an. Computer und Laser werden in der Analyse häufig eingesetzt, neue Analysemethoden entstehen, Automatisierung und Mathematisierung werden eingeführt, Methoden und Mittel zur lokalen zerstörungsfreien, entfernten, kontinuierlichen Analyse werden geschaffen.

1.2. Allgemeine Probleme der analytischen Chemie

Allgemeine Aufgaben der analytischen Chemie:

1. Entwicklung der Theorie chemischer und physikalisch-chemischer Analysemethoden, wissenschaftliche Begründung, Entwicklung und Verbesserung von Forschungstechniken und -methoden.

2. Entwicklung von Methoden zur Stofftrennung und Methoden zur Konzentration von Mikroverunreinigungen.

3. Verbesserung und Entwicklung von Methoden zur Analyse von Naturstoffen, Umwelt, technischen Materialien usw.

4. Bereitstellung einer chemisch-analytischen Kontrolle bei der Durchführung verschiedener Forschungsprojekte auf dem Gebiet der Chemie und angrenzenden Bereichen der Wissenschaft, Industrie und Technologie.

5. Aufrechterhaltung chemisch-technologischer und physikalisch-chemischer Produktionsprozesse auf einem gegebenen optimalen Niveau auf der Grundlage einer systematischen chemisch-analytischen Kontrolle aller Ebenen der industriellen Produktion.

6. Schaffung von Methoden zur automatischen Steuerung technologischer Prozesse, kombiniert mit Steuerungssystemen, die auf der Verwendung elektronischer Rechen-, Aufzeichnungs-, Signal-, Blockierungs- und Steuerungsmaschinen, -instrumente und -geräte basieren.

Aus dem oben Gesagten wird deutlich, dass die Möglichkeiten der analytischen Chemie vielfältig sind. Damit lassen sich vielfältige praktische Probleme lösen, auch in der Lebensmittelindustrie.

1.3. Die Rolle der analytischen Chemie in der Lebensmittelindustrie

Methoden der analytischen Chemie ermöglichen die Lösung folgender Probleme in der Lebensmittelindustrie:

1. Bestimmen Sie die Qualität der Rohstoffe.

2. Kontrollieren Sie den Lebensmittelproduktionsprozess in allen Phasen.

3. Kontrollieren Sie die Qualität der Produkte.

4. Produktionsabfälle im Hinblick auf deren Entsorgung (Weiternutzung) analysieren.

5. Identifizieren Sie Stoffe in Rohstoffen und Lebensmitteln, die für den menschlichen Körper giftig (schädlich) sind.

1.4. Analysemethode

Die analytische Chemie untersucht Analysemethoden und verschiedene Aspekte ihrer Entwicklung und Anwendung. Gemäß den Empfehlungen der maßgeblichen internationalen Chemieorganisation IUPAC* bezieht sich die Analysemethode auf die Prinzipien, die der Analyse eines Stoffes zugrunde liegen, d. h. die Art und Beschaffenheit der Energie, die Störungen chemischer Partikel einer Substanz verursacht. Das Prinzip der Analyse wird wiederum durch die Naturphänomene bestimmt, die chemischen oder physikalischen Prozessen zugrunde liegen.

In der Lehrliteratur zur Chemie wird die Definition der Analysemethode in der Regel nicht gegeben. Da es aber sehr wichtig ist, muss es formuliert werden. Unserer Meinung nach ist die folgende Definition die akzeptabelste:

Eine Analysemethode ist eine Summe von Regeln und Techniken zur Durchführung von Analysen, die es ermöglichen, die chemische Zusammensetzung und Struktur von Stoffen (Systemen) zu bestimmen.

1.5. Klassifizierung von Analysemethoden

In der analytischen Chemie gibt es verschiedene Arten der Klassifizierung analytischer Methoden.

1.5.1. Klassifizierung anhand der chemischen und physikalischen Eigenschaften der analysierten Stoffe (Systeme)

Im Rahmen dieser Klassifizierung werden folgende Gruppen von Analysemethoden berücksichtigt:

1. Chemische Analysemethoden.

Zu dieser Gruppe von Analysemethoden zählen solche, deren Analyseergebnisse auf einer zwischen Stoffen ablaufenden chemischen Reaktion beruhen. Am Ende der Reaktion wird das Volumen eines der Reaktionsteilnehmer bzw. die Masse eines der Reaktionsprodukte erfasst. Anschließend werden die Ergebnisse der Analyse berechnet.

2. Physikalische Analysemethoden.

Physikalische Analysemethoden basieren auf der Messung der physikalischen Eigenschaften der Analyten. Diese Methoden erfassen am häufigsten optische, magnetische, elektrische und thermische Eigenschaften.

3. Physikalisch-chemische Analysemethoden.

Sie basieren auf der Messung einer beliebigen physikalischen Eigenschaft (Parameter) des analysierten Systems, die sich unter dem Einfluss der darin ablaufenden chemischen Reaktion ändert.

* IUPAC – Internationale Union für reine und angewandte Chemie. Mitglieder dieser Organisation sind wissenschaftliche Einrichtungen aus vielen Ländern. Die Russische Akademie der Wissenschaften (als Nachfolgerin der Akademie der Wissenschaften der UdSSR) ist seit 1930 ihr Mitglied.

In der modernen Chemie werden physikalische und physikalisch-chemische Analysemethoden genannt instrumental Methoden der Analyse. „Instrumentell“ bedeutet, dass diese Analysemethode nur mit einem „Instrument“ durchgeführt werden kann – einem Gerät, das physikalische Eigenschaften aufzeichnen und bewerten kann (Einzelheiten siehe Abschnitt 8).

4. Trennmethoden.

Bei der Analyse komplexer Gemische (und dabei handelt es sich um die meisten Naturobjekte und Lebensmittelprodukte) kann es erforderlich sein, die zu bestimmende Komponente von den störenden Komponenten zu trennen.

Manchmal enthält die analysierte Lösung viel weniger der zu bestimmenden Komponente, als mit der gewählten Analysemethode bestimmt werden kann. In diesem Fall ist es vor der Bestimmung solcher Komponenten erforderlich, sie zu konzentrieren.

Konzentration- Dies ist ein Vorgang, nach dem die Konzentration der zu bestimmenden Komponente vom n- auf das 10-fache ansteigen kann.

Oftmals werden Trenn- und Konzentrationsvorgänge kombiniert. In der Konzentrationsphase kann sich im analysierten System eine Eigenschaft deutlich manifestieren, deren Aufzeichnung es ermöglicht, die Frage nach der Menge des Analyten in der Mischung zu klären. Die Analysemethode kann mit einem Trennvorgang beginnen, manchmal umfasst sie auch eine Konzentration.

1.5.2. Klassifizierung basierend auf Stoffmasse oder -volumen

Lösung zur Analyse herangezogen

Eine Klassifizierung, die die Leistungsfähigkeit moderner Analysemethoden demonstriert, ist in der Tabelle dargestellt. 1. Es basiert auf der Masse der zur Analyse entnommenen Substanzen oder dem Volumen der Lösung.

Tabelle 1

Einteilung der Analysemethoden in Abhängigkeit von der Masse des Stoffes

oder Volumen der zur Analyse entnommenen Lösung

1.6. Qualitative Analyse

Die Analyse eines Stoffes kann durchgeführt werden, um seine qualitative oder quantitative Zusammensetzung festzustellen. Dementsprechend wird zwischen qualitativen und quantitativen Analysen unterschieden.

Die Aufgabe der qualitativen Analyse besteht darin, die chemische Zusammensetzung des analysierten Objekts festzustellen.

Analysiertes Objekt kann ein einzelner Stoff (einfach oder sehr komplex, zum Beispiel Brot) oder ein Stoffgemisch sein. Innerhalb eines Objekts können verschiedene Komponenten von Interesse sein. Sie können bestimmen, aus welchen Ionen, Elementen, Molekülen, Phasen, Atomgruppen das analysierte Objekt besteht. In Lebensmitteln handelt es sich bei Ionen meist um bestimmte, einfache oder komplexe Substanzen, die entweder nützlich (Ca 2+, NaCl, Fett, Protein usw.) oder schädlich für den menschlichen Körper (Cu 2+, Pb 2+, Pestizide usw.) sind .). ). Dies kann auf zwei Arten erfolgen: Identifikation Und Erkennung.

Identifikation- Feststellung der Identität (Identität) der untersuchten chemischen Verbindung mit einem bekannten Stoff (Standard) durch Vergleich ihrer physikalischen und chemischen Eigenschaften .

Dazu werden zunächst bestimmte Eigenschaften bestimmter Referenzverbindungen untersucht, deren Vorhandensein im Analyseobjekt angenommen wird. Beispielsweise führen sie bei der Untersuchung anorganischer Stoffe chemische Reaktionen mit Kationen oder Anionen (diese Ionen sind Standards) durch oder messen die physikalischen Konstanten organischer Standardstoffe. Führen Sie dann die gleichen Tests mit der Testverbindung durch und vergleichen Sie die erhaltenen Ergebnisse.

Erkennung- Überprüfung des Vorhandenseins bestimmter Hauptbestandteile, Verunreinigungen usw. im analysierten Objekt .

Die qualitative chemische Analyse basiert meist auf der Umwandlung der analysierten Substanz in eine neue Verbindung mit charakteristischen Eigenschaften: Farbe, ein bestimmter physikalischer Zustand, kristalline oder amorphe Struktur, ein spezifischer Geruch usw. Diese charakteristischen Eigenschaften werden aufgerufen analytische Zeichen.

Als chemische Reaktion wird eine chemische Reaktion bezeichnet, bei der analytische Anzeichen auftreten qualitative analytische Antwort.

Stoffe, die zur Durchführung analytischer Reaktionen verwendet werden, werden genannt Reagenzien oder Reagenzien.

Qualitative analytische Reaktionen und dementsprechend die darin verwendeten Reagenzien werden je nach Anwendungsgebiet in Gruppen (allgemein), charakteristisch und spezifisch unterteilt.

Gruppenreaktionen ermöglichen es, aus einem komplexen Stoffgemisch unter dem Einfluss eines Gruppenreagenzes ganze Gruppen von Ionen zu isolieren, die die gleichen analytischen Eigenschaften aufweisen. Beispielsweise gehört Ammoniumcarbonat (NH 4) 2 CO 3 zur Gruppe der Reagenzien, da es mit den Ionen Ca 2+, Sr 2+, Ba 2+ weiße, wasserunlösliche Carbonate bildet.

Charakteristisch Hierbei handelt es sich um Reaktionen, bei denen Reagenzien mit einem oder einer kleinen Anzahl von Ionen interagieren. Das analytische Zeichen dieser Reaktionen drückt sich meist in einer charakteristischen Farbe aus. Beispielsweise ist Dimethylglyoxim ein charakteristisches Reagens für Ni 2+ -Ionen (rosa Niederschlag) und Fe 2+ -Ionen (wasserlösliche Verbindung, rot).

Das Wichtigste bei der qualitativen Analyse sind spezifische Reaktionen. Spezifisch Eine Reaktion auf ein bestimmtes Ion ist eine Reaktion, die es ermöglicht, es unter experimentellen Bedingungen im Gemisch mit anderen Ionen nachzuweisen. Eine solche Reaktion ist beispielsweise die Ionennachweisreaktion, die unter dem Einfluss einer Lauge beim Erhitzen abläuft:

Das freigesetzte Ammoniak ist an seinem spezifischen, leicht erkennbaren Geruch und anderen Eigenschaften zu erkennen.

1.6.1. Reagenzmarken

Abhängig vom konkreten Einsatzgebiet der Reagenzien werden eine Reihe von Anforderungen an diese gestellt. Eine davon ist die Anforderung an die Menge an Verunreinigungen.

Die Menge an Verunreinigungen in chemischen Reagenzien wird durch spezielle technische Dokumentation geregelt: staatliche Normen (GOST), technische Bedingungen (TU) usw. Die Zusammensetzung der Verunreinigungen kann unterschiedlich sein und ist normalerweise auf dem Fabriketikett des Reagenzes angegeben.

Chemische Reagenzien werden nach ihrem Reinheitsgrad klassifiziert. Abhängig vom Massenanteil der Verunreinigungen wird dem Reagenz eine Güteklasse zugeordnet. Einige Reagenzienmarken sind in der Tabelle aufgeführt. 2.

Tabelle 2

Reagenzmarken

Typischerweise werden in der Praxis der chemischen Analyse Reagenzien verwendet, die die Qualifikationen „analytische Qualität“ und „Reagenzienqualität“ erfüllen. Die Reinheit der Reagenzien ist auf dem Etikett der Originalverpackung des Reagenzes angegeben. Einige Branchen führen ihre eigenen zusätzlichen Reinheitskriterien für Reagenzien ein.

1.6.2. Methoden zur Durchführung analytischer Reaktionen

Es können analytische Reaktionen durchgeführt werden "nass" Und "trocken" Wege. Beim Durchführen einer Reaktion "nass" durch die Wechselwirkung des Analyten und der entsprechenden Reagenzien in Lösung. Dazu muss die Testsubstanz zunächst gelöst werden. Das Lösungsmittel ist in der Regel Wasser oder, wenn der Stoff wasserunlöslich ist, ein anderes Lösungsmittel. Nassreaktionen finden zwischen einfachen oder komplexen Ionen statt. Wenn sie also verwendet werden, werden diese Ionen erkannt.

Bei der „trockenen“ Methode zur Durchführung von Reaktionen werden die Testsubstanz und die Reagenzien in festem Zustand eingenommen und die Reaktion zwischen ihnen durch Erhitzen auf eine hohe Temperatur durchgeführt.

Beispiele für „trocken“ durchgeführte Reaktionen sind die Reaktionen der Flammenfärbung mit Salzen bestimmter Metalle, die Bildung farbiger Perlen (Gläser) aus Natriumtetraborat (Borax) oder Natrium- und Ammoniumhydrogenphosphat beim Verschmelzen mit Salzen bestimmter Metalle sowie beim Verschmelzen des untersuchten festen Stoffes mit „Flussmitteln“, zum Beispiel: Mischungen aus festem Na 2 CO 3 und K 2 CO 3 oder Na 2 CO 3 und KNO 3.

Zu den nach der „trockenen“ Methode durchgeführten Reaktionen gehört auch die Reaktion, die auftritt, wenn der zu untersuchende Feststoff mit einem festen Reagenz gemahlen wird, wodurch die Mischung Farbe annimmt.

1.6.3. Systematische Analyse

Die qualitative Analyse eines Objekts kann mit zwei verschiedenen Methoden durchgeführt werden.

Systematische Analyse - Dies ist eine Methode zur Durchführung einer qualitativen Analyse nach einem Schema, bei dem die Reihenfolge der Vorgänge zum Hinzufügen von Reagenzien genau definiert ist.

1.6.4. Bruchanalyse

Eine auf der Nutzung von Reaktionen basierende Analysemethode, mit deren Hilfe sich die gewünschten Ionen in beliebiger Reihenfolge in einzelnen Portionen der Ausgangslösung nachweisen lassen, d. h. ohne Rückgriff auf ein spezifisches Ionendetektionsschema wird aufgerufen Bruchanalyse.

1.7. Quantitative Analyse

Die Aufgabe der quantitativen Analyse besteht darin, den Gehalt (Masse oder Konzentration) einer bestimmten Komponente im analysierten Objekt zu bestimmen.

Wichtige Konzepte der quantitativen Analyse sind die Konzepte „bestimmter Stoff“ und „Arbeitsstoff“.

1.7.1. Bestimmte Substanz. Arbeitsstoff

Gewöhnlich wird ein chemisches Element, Ion, eine einfache oder komplexe Substanz genannt, deren Gehalt in einer bestimmten Probe des analysierten Produkts bestimmt wird „identifizierbarer Stoff“ (O.V.).

Der Stoff, mit dem diese Bestimmung vorgenommen wird, heißt Arbeitssubstanz (R.V.).

1.7.2. Methoden zum Ausdrücken der Zusammensetzung einer Lösung, die in der analytischen Chemie verwendet werden

1. Die bequemste Art, die Zusammensetzung einer Lösung auszudrücken, ist die Konzentration . Konzentration ist eine physikalische Größe (dimensional oder dimensionslos), die die quantitative Zusammensetzung einer Lösung, Mischung oder Schmelze bestimmt. Wenn man die quantitative Zusammensetzung einer Lösung betrachtet, meint man damit meist das Verhältnis der Menge des gelösten Stoffes zum Volumen der Lösung.

Am gebräuchlichsten ist die molare Konzentration der Äquivalente. Ihr beispielsweise für Schwefelsäure geschriebenes Symbol ist C-Äquivalent (H 2 SO 4), die Maßeinheit ist mol/dm 3.

(1)

Für diese Konzentration gibt es in der Literatur auch andere Bezeichnungen. Zum Beispiel C(1/2H 2 SO 4). Der Bruch vor der Schwefelsäureformel gibt an, welcher Teil des Moleküls (oder Ions) äquivalent ist. Er wird als Äquivalenzfaktor bezeichnet und mit f eq bezeichnet. Für H 2 SO 4 f eq = 1/2. Der Äquivalenzfaktor wird basierend auf der Stöchiometrie der Reaktion berechnet. Die Zahl, die angibt, wie viele Äquivalente in einem Molekül enthalten sind, wird Äquivalenzzahl genannt und mit Z* bezeichnet. f eq = 1/Z*, daher wird die molare Äquivalentkonzentration auch so bezeichnet: C(1/Z*H 2 SO 4).

2. Wenn es in analytischen Laboratorien erforderlich ist, über einen längeren Zeitraum eine Reihe einzelner Analysen mit einer Berechnungsformel durchzuführen, wird häufig ein Korrekturfaktor oder Korrektur-K verwendet.

Am häufigsten betrifft die Änderung den Arbeitsinhalt. Der Koeffizient gibt an, wie oft die Konzentration der vorbereiteten Lösung des Arbeitsstoffs von der Konzentration abweicht, ausgedrückt in gerundeten Zahlen (0,1; 0,2; 0,5; 0,01; 0,02; 0,05), von denen eine in der Berechnungsformel enthalten sein kann:

K wird als Zahl mit vier Nachkommastellen geschrieben. Aus dem Eintrag: K = 1,2100 k C eq (HCl) = 0,0200 mol/dm 3 folgt, dass C eq (HCl) = 0,0200 mol/dm 3 die standardmäßige molare Konzentration von HCl-Äquivalenten ist, dann wird die wahre durch die Formel berechnet :

3. Titer- Dies ist die Masse der Substanz, die in 1 cm 3 Lösungsvolumen enthalten ist.

Der Titer bezieht sich meist auf die Lösung des Arbeitsstoffs.

(3)

Die Titereinheit ist g/cm 3 , der Titer wird auf die sechste Dezimalstelle genau berechnet. Wenn man den Titer des Arbeitsstoffs kennt, ist es möglich, die molare Konzentration der Äquivalente seiner Lösung zu berechnen.

(4)

4. Titer des Arbeitsstoffs entsprechend dem zu bestimmenden Stoff- Dies ist die Masse des zu bestimmenden Stoffes, äquivalent zur Masse des Arbeitsstoffes, der in 1 cm 3 Lösung enthalten ist.

(5)

5. Der Massenanteil des gelösten Stoffes ist gleich dem Verhältnis der Masse des gelösten Stoffes A zur Masse der Lösung:

. (7)

6. Volumenanteil eines gelösten Stoffes ist gleich dem Verhältnis des Volumens des gelösten Stoffes A zum Gesamtvolumen der Lösung:

. (8)

Massen- und Volumenanteile sind dimensionslose Größen. Am häufigsten werden Ausdrücke zur Berechnung von Massen- und Volumenanteilen jedoch in der Form geschrieben:

; (9)

. (10)

In diesem Fall ist die Einheit von w und j der Prozentsatz.

Folgende Umstände sind zu beachten:

1. Bei der Durchführung einer Analyse muss die Konzentration des Arbeitsstoffs genau sein und als Zahl mit vier Dezimalstellen ausgedrückt werden, wenn es sich bei der Konzentration um Moläquivalente handelt; oder eine Zahl mit sechs Dezimalstellen, wenn es sich um einen Titel handelt.

2. In allen Berechnungsformeln der analytischen Chemie ist die Volumeneinheit cm 3. Da die in der Analyse zur Volumenmessung verwendeten Glasgeräte eine Volumenmessung mit einer Genauigkeit von 0,01 cm 3 ermöglichen, sollten die Zahlen, die die Volumina der Lösungen der an der Analyse beteiligten Analyten und Arbeitsstoffe ausdrücken, mit dieser Genauigkeit angegeben werden aufgeschrieben.

1.7.3. Methoden zur Vorbereitung von Lösungen

Bevor Sie mit der Vorbereitung der Lösung beginnen, sollten Sie die folgenden Fragen beantworten.

1. Für welchen Zweck wird die Lösung vorbereitet (zur Nutzung als Wohnmobil, zur Schaffung eines bestimmten pH-Wertes der Umgebung usw.)?

2. In welcher Form ist es am besten, die Konzentration einer Lösung auszudrücken (in Form der molaren Äquivalentkonzentration, des Massenanteils, des Titers usw.)?

3. Mit welcher Genauigkeit, d.h. Mit welcher Dezimalstelle soll die Zahl bestimmt werden, die die ausgewählte Konzentration ausdrückt?

4. Welche Lösungsmenge muss vorbereitet werden?

5. Welche Methode zur Herstellung der Lösung sollte je nach Art des Stoffes (flüssig oder fest, Standard oder Nichtstandard) verwendet werden?

Die Lösung kann auf folgende Weise hergestellt werden:

1. Durch genaues Wiegen.

Wenn Substanz, aus dem Sie eine Lösung vorbereiten müssen, ist Standard, d.h. Wenn bestimmte (unten aufgeführte) Anforderungen erfüllt sind, kann die Lösung nach einer genauen Abwägung zubereitet werden. Das bedeutet, dass die Masse der Probe auf einer Analysenwaage auf die vierte Dezimalstelle genau berechnet und gemessen wird.

Die Anforderungen an Standardstoffe sind wie folgt:

a) der Stoff muss eine kristalline Struktur haben und einer bestimmten chemischen Formel entsprechen;

c) der Stoff muss stabil sein, wenn er in fester Form und in Lösung gelagert wird;

d) eine große Molmasse des äquivalenten Stoffes ist wünschenswert.

2. Vom Fixkanal.

Eine Variation der Methode zur Herstellung einer Lösung durch genaues Abwiegen ist die Methode zur Herstellung einer Lösung aus Fixanal. Die Rolle des genauen Abwiegens übernimmt die genaue Menge der in der Glasampulle enthaltenen Substanz. Es ist zu beachten, dass der Stoff in der Ampulle Standard (siehe Punkt 1) oder Nicht-Standard sein kann. Dieser Umstand beeinflusst die Methoden und die Dauer der Lagerung von Lösungen nicht standardmäßiger Substanzen, die aus Fixiermitteln hergestellt werden.

FIXANAL(Standardtiter, Normdosis) ist eine verschlossene Ampulle, die 0,1000, 0,0500 oder eine andere Molzahl äquivalenter Stoffe in trockener Form oder in Form einer Lösung enthält.

Zur Herstellung der benötigten Lösung wird die Ampulle über einen Trichter zerbrochen, der mit einer speziellen Stanzvorrichtung (Strike) ausgestattet ist. Der Inhalt wird quantitativ in einen Messkolben mit dem erforderlichen Fassungsvermögen überführt und das Volumen mit destilliertem Wasser bis zur Ringmarke eingestellt.

Als Lösung wird eine durch genaues Abwiegen oder aus Fixanal hergestellte Lösung bezeichnet titriert, Standard oder Standardlösung I, Weil Seine Konzentration nach der Zubereitung ist genau. Geben Sie es als Zahl mit vier Dezimalstellen an, wenn es sich um die molare Konzentration von Äquivalenten handelt, und mit sechs Dezimalstellen, wenn es sich um einen Titer handelt.

3. Basierend auf dem ungefähren Gewicht.

Entspricht der Stoff, aus dem die Lösung hergestellt werden soll, nicht den Anforderungen an Standardstoffe und ist kein geeignetes Fixiermittel vorhanden, wird die Lösung anhand einer Näherungsprobe hergestellt.

Berechnen Sie die Masse des Stoffes, die zur Herstellung der Lösung benötigt wird, unter Berücksichtigung seiner Konzentration und seines Volumens. Diese Masse wird auf einer technischen Waage auf die zweite Dezimalstelle genau abgewogen und in einem Messkolben gelöst. Man erhält eine Lösung mit ungefährer Konzentration.

4. Durch Verdünnen einer konzentrierteren Lösung.

Wenn ein Stoff von der Industrie in Form einer konzentrierten Lösung hergestellt wird (es ist klar, dass er nicht dem Standard entspricht), kann seine Lösung mit einer niedrigeren Konzentration nur durch Verdünnen der konzentrierten Lösung hergestellt werden. Bei der Herstellung einer Lösung auf diese Weise ist zu beachten, dass die Masse des gelösten Stoffes sowohl im Volumen der zubereiteten Lösung als auch im zur Verdünnung entnommenen Teil der konzentrierten Lösung gleich sein muss. Wenn die Konzentration und das Volumen der herzustellenden Lösung bekannt sind, wird das zu messende Volumen der konzentrierten Lösung unter Berücksichtigung ihres Massenanteils und ihrer Dichte berechnet. Messen Sie das Volumen mit einem Messzylinder, gießen Sie es in einen Messkolben, stellen Sie es mit destilliertem Wasser auf die Marke ein und mischen Sie. Die so hergestellte Lösung hat eine ungefähre Konzentration.

Die genaue Konzentration von Lösungen, die durch ungefähres Abwiegen und Verdünnen einer konzentrierten Lösung hergestellt werden, wird durch gravimetrische oder titrimetrische Analyse bestimmt, daher werden Lösungen, die nach diesen Methoden hergestellt wurden, nachdem ihre genauen Konzentrationen bestimmt wurden, genannt Lösungen mit festgelegten Titern, standardisierte Lösungen oder Standardlösungen II.

1.7.4. Formeln zur Berechnung der Masse einer Substanz, die zur Herstellung einer Lösung erforderlich ist

Wird aus der Trockensubstanz A eine Lösung mit einer gegebenen molaren Äquivalentkonzentration bzw. Titer hergestellt, so errechnet sich die Masse der Substanz, die zur Herstellung der Lösung entnommen werden muss, nach folgenden Formeln:

; (11)

. (12)

Notiz. Die Volumeneinheit ist cm3.

Die Masse eines Stoffes wird mit einer solchen Genauigkeit berechnet, wie sie durch die Methode zur Herstellung der Lösung bestimmt wird.

Die bei der Herstellung von Lösungen durch Verdünnung verwendeten Berechnungsformeln richten sich nach der Art der zu erreichenden Konzentration und der Art der zu verdünnenden Konzentration.

1.7.5. Analyseschema

Die Hauptanforderung an die Analyse besteht darin, dass die erzielten Ergebnisse dem wahren Inhalt der Komponenten entsprechen. Die Analyseergebnisse erfüllen diese Anforderung nur, wenn alle Analysevorgänge korrekt und in einer bestimmten Reihenfolge durchgeführt werden.

1. Der erste Schritt jeder analytischen Bestimmung ist die Auswahl einer Probe für die Analyse. In der Regel wird eine Durchschnittsprobe entnommen.

Durchschnittliche Stichprobe- Dies ist ein Teil des analysierten Objekts, der im Vergleich zu seiner Gesamtmasse klein ist und dessen durchschnittliche Zusammensetzung und Eigenschaften in jeder Hinsicht mit seiner durchschnittlichen Zusammensetzung identisch (gleich) sind.

Die Probenahmemethoden für verschiedene Arten von Produkten (Rohstoffe, Halbfabrikate, Fertigprodukte aus verschiedenen Branchen) unterscheiden sich stark voneinander. Bei der Probenentnahme orientieren sie sich an den Regeln, die in technischen Handbüchern, GOSTs und speziellen Anweisungen zur Analyse dieser Art von Produkten ausführlich beschrieben sind.

Abhängig von der Art des Produkts und der Art der Analyse kann die Probe in Form eines bestimmten Volumens oder einer bestimmten Masse entnommen werden.

Probenahme- Dies ist ein sehr verantwortungsvoller und wichtiger vorbereitender Analysevorgang. Eine falsch ausgewählte Probe kann die Ergebnisse völlig verfälschen, so dass weitere Analysevorgänge in der Regel sinnlos sind.

2. Vorbereitung der Probe für die Analyse. Die zur Analyse entnommene Probe wird nicht immer auf besondere Weise vorbereitet. Beispielsweise wird bei der Bestimmung des Feuchtigkeitsgehalts von Mehl, Brot und Backwaren nach der Schlichtungsmethode eine bestimmte Probe jedes Produkts gewogen und in einen Trockenschrank gelegt. Am häufigsten werden Lösungen analysiert, die durch entsprechende Probenverarbeitung gewonnen wurden. In diesem Fall läuft die Aufgabe der Vorbereitung einer Probe für die Analyse auf Folgendes hinaus. Die Probe wird einer solchen Verarbeitung unterzogen, bei der die Menge der analysierten Komponente erhalten bleibt und sie vollständig in Lösung geht. In diesem Fall kann es erforderlich sein, neben dem zu bestimmenden Bestandteil auch Fremdstoffe zu eliminieren, die in der analysierten Probe vorhanden sein könnten.

Die Vorbereitung einer Probe für die Analyse sowie die Probenentnahme werden in der behördlichen und technischen Dokumentation beschrieben, nach der Analysen von Rohstoffen, Halbzeugen und Fertigprodukten durchgeführt werden. Von den chemischen Vorgängen, die im Verfahren zur Vorbereitung einer Probe für die Analyse enthalten sind, kann man einen nennen, der häufig bei der Vorbereitung von Proben von Rohstoffen, Halbfabrikaten und Fertigprodukten in der Lebensmittelindustrie verwendet wird – dies ist der Veraschungsvorgang.

Veraschen ist der Prozess der Umwandlung eines beliebigen Produkts (Materials) in Asche. Durch die Veraschung wird eine Probe bei der Bestimmung beispielsweise von Metallionen vorbereitet. Die Probe wird unter bestimmten Bedingungen verbrannt. Die verbleibende Asche wird in einem geeigneten Lösungsmittel gelöst. Man erhält eine Lösung, die analysiert wird.

3. Erhalten analytischer Daten. Während der Analyse wird die vorbereitete Probe einer Reagenzsubstanz oder einer Energieart ausgesetzt. Dies führt zum Auftreten analytischer Signale (Farbänderung, Auftreten neuer Strahlung usw.). Das resultierende Signal kann: a) registriert werden; b) betrachtet den Moment, in dem es notwendig ist, einen bestimmten Parameter im analysierten System zu messen, beispielsweise das Volumen des Arbeitsstoffs.

4. Verarbeitung analytischer Daten.

A) Die gewonnenen primären Analysedaten werden zur Berechnung der Analyseergebnisse verwendet.

Die Art und Weise, wie analytische Daten in Analyseergebnisse umgewandelt werden, kann unterschiedlich sein.

1. Berechnungsmethode. Diese Methode wird beispielsweise in der quantitativen chemischen Analyse sehr häufig eingesetzt. Nach Abschluss der Analyse wird das Volumen des Arbeitsstoffs ermittelt, der für die Reaktion mit dem zu bestimmenden Stoff aufgewendet wurde. Dann wird dieses Volumen in die entsprechende Formel eingesetzt und das Ergebnis der Analyse berechnet – die Masse oder Konzentration des zu bestimmenden Stoffes.

2. Kalibrierungsdiagrammmethode.

3. Vergleichsmethode.

4. Additive Methode.

5. Differentialmethode.

Diese Methoden der Verarbeitung analytischer Daten werden in instrumentellen Analysemethoden eingesetzt, bei deren Studium man sich im Detail mit ihnen vertraut machen kann.

B) Die erhaltenen Analyseergebnisse müssen nach den Regeln der mathematischen Statistik verarbeitet werden, die in Abschnitt 1.8 besprochen werden.

5. Bestimmung der sozioökonomischen Bedeutung des Analyseergebnisses. Diese Phase ist endgültig. Nachdem die Analyse durchgeführt und das Ergebnis erhalten wurde, muss die Übereinstimmung zwischen der Qualität des Produkts und den Anforderungen der behördlichen Dokumentation dafür festgestellt werden.

1.7.6. Methode und Technik der Analyse

Um von der Theorie einer beliebigen Methode der analytischen Chemie zu einer bestimmten Methode zur Durchführung der Analyse überzugehen, ist es wichtig, zwischen den Konzepten „Analysemethode“ und „Analysemethode“ zu unterscheiden.

Wenn wir von einer Analysemethode sprechen, bedeutet dies, dass Regeln berücksichtigt werden, nach denen es möglich ist, analytische Daten zu erhalten und diese zu interpretieren (siehe Abschnitt 1.4).

Analysemethode- Dies ist eine detaillierte Beschreibung aller Analysevorgänge, einschließlich der Probenentnahme und -vorbereitung (mit Angabe der Konzentrationen aller Testlösungen).

Mit der praktischen Anwendung jeder Analysemethode werden viele Analysetechniken entwickelt. Sie unterscheiden sich in der Art der analysierten Objekte, der Art der Probenentnahme und -vorbereitung, den Bedingungen für die Durchführung einzelner Analysevorgänge usw.

Beispielsweise werden in einem Laborworkshop zur quantitativen Analytik unter anderem Laborarbeiten „Permanganatometrische Bestimmung von Fe 2+ in Mohrs Salzlösung“, „Iodometrische Bestimmung von Cu 2+“, „Dichromatometrische Bestimmung von Fe 2+“ durchgeführt. Die Methoden zu ihrer Durchführung sind völlig unterschiedlich, sie basieren jedoch auf der gleichen Analysemethode „Redoximetrie“.

1.7.7. Analytische Eigenschaften von Analysemethoden

Damit Analysemethoden oder -techniken miteinander verglichen bzw. bewertet werden können, was bei der Auswahl eine wichtige Rolle spielt, weist jede Methode und jede Technik ihre eigenen analytischen und messtechnischen Eigenschaften auf. Zu den analytischen Merkmalen gehören: Sensitivitätskoeffizient (Nachweisgrenze), Selektivität, Dauer, Produktivität.

Nachweisgrenze(C min., p) ist der niedrigste Gehalt, bei dem mit dieser Methode das Vorhandensein der Analytkomponente mit einer gegebenen Konfidenzwahrscheinlichkeit nachgewiesen werden kann. Konfidenzwahrscheinlichkeit - P ist der Anteil der Fälle, in denen das arithmetische Mittel des Ergebnisses für eine bestimmte Anzahl von Bestimmungen innerhalb bestimmter Grenzen liegt.

In der analytischen Chemie wird in der Regel ein Konfidenzniveau von P = 0,95 (95 %) verwendet.

Mit anderen Worten: P ist die Wahrscheinlichkeit, dass ein zufälliger Fehler auftritt. Es zeigt, wie viele von 100 Experimenten Ergebnisse liefern, die im Rahmen der gegebenen Genauigkeit der Analyse als korrekt angesehen werden. Bei P = 0,95 – 95 von 100.

Assay-Selektivität charakterisiert die Möglichkeit, eine bestimmte Komponente in Gegenwart von Fremdstoffen zu bestimmen.

Vielseitigkeit- die Fähigkeit, viele Komponenten aus einer Probe gleichzeitig nachzuweisen.

Dauer der Analyse- Zeitaufwand für die Umsetzung.

Analyseleistung- die Anzahl paralleler Proben, die pro Zeiteinheit analysiert werden können.

1.7.8. Metrologische Eigenschaften von Analysemethoden

Bei der Bewertung von Analysemethoden oder -techniken aus messwissenschaftlicher Sicht – der Metrologie – werden folgende Merkmale beachtet: Umfang der ermittelten Inhalte, Richtigkeit (Genauigkeit), Reproduzierbarkeit, Konvergenz.

Intervall der ermittelten Inhalte- Dies ist der von dieser Technik vorgesehene Bereich, in dem sich die Werte der ermittelten Komponentenmengen befinden. Es ist auch üblich zu beachten untere Grenze der ermittelten Gehalte(C n) – der kleinste Wert des ermittelten Inhalts, der den Bereich der ermittelten Inhalte begrenzt.

Korrektheit (Genauigkeit) der Analyse ist die Nähe der erhaltenen Ergebnisse zum wahren Wert der zu bestimmenden Größe.

Reproduzierbarkeit und Konsistenz der Ergebnisse Analyse werden durch die Streuung wiederholter Analyseergebnisse bestimmt und durch das Vorhandensein zufälliger Fehler verursacht.

Konvergenz charakterisiert die Streuung der Ergebnisse unter festgelegten experimentellen Bedingungen und Reproduzierbarkeit- unter wechselnden Versuchsbedingungen.

Alle analytischen und messtechnischen Merkmale der Methode oder des Analyseverfahrens werden in ihren Anweisungen angegeben.

Metrologische Eigenschaften werden durch die Verarbeitung der Ergebnisse einer Reihe wiederholter Analysen ermittelt. Formeln für ihre Berechnung finden Sie in Abschnitt 1.8.2. Sie ähneln den Formeln zur statischen Verarbeitung von Analyseergebnissen.

1.8. Fehler (Irrtümer) in der Analyse

Unabhängig davon, wie sorgfältig die eine oder andere quantitative Bestimmung durchgeführt wird, weicht das erhaltene Ergebnis in der Regel etwas vom tatsächlichen Gehalt der zu bestimmenden Komponente ab, d.h. Das Ergebnis der Analyse wird immer mit einer gewissen Ungenauigkeit erhalten – einem Fehler.

Messfehler werden als systematisch (sicher), zufällig (unsicher) und grob oder fehlerhaft klassifiziert.

Systematische Fehler- Dies sind Fehler, deren Wert konstant ist oder die nach einem bestimmten Gesetz variieren. Abhängig von den Besonderheiten der verwendeten Analysemethode können sie methodischer Natur sein. Sie können von den verwendeten Instrumenten und Reagenzien, von einer fehlerhaften oder unzureichend gründlichen Durchführung von Analysevorgängen und von den individuellen Eigenschaften der Person, die die Analyse durchführt, abhängen. Systematische Fehler sind schwer zu erkennen, da sie konstant sind und bei wiederholten Bestimmungen auftreten. Um Fehler dieser Art zu vermeiden, ist es notwendig, deren Ursache zu beseitigen oder eine entsprechende Korrektur des Messergebnisses vorzunehmen.

Zufällige Fehler werden als Fehler ungewisser Größe und Vorzeichen bezeichnet, bei deren Auftreten kein Muster beobachtet werden kann.

Bei jeder Messung, auch bei jeder analytischen Bestimmung, treten zufällige Fehler auf, egal wie sorgfältig sie durchgeführt wird. Ihr Vorhandensein führt dazu, dass wiederholte Bestimmungen der einen oder anderen Komponente in einer bestimmten Probe, die mit derselben Methode durchgeführt werden, normalerweise leicht unterschiedliche Ergebnisse liefern.

Im Gegensatz zu systematischen Fehlern können zufällige Fehler nicht berücksichtigt oder durch Korrekturen beseitigt werden. Sie können jedoch durch eine Erhöhung der Anzahl paralleler Bestimmungen deutlich reduziert werden. Der Einfluss zufälliger Fehler auf das Analyseergebnis kann theoretisch berücksichtigt werden, indem die Ergebnisse einer Reihe paralleler Bestimmungen einer bestimmten Komponente mit Methoden der mathematischen Statistik verarbeitet werden.

Verfügbarkeit grobe Fehler oder verfehltäußert sich darin, dass es unter relativ ähnlichen Ergebnissen einen oder mehrere Werte gibt, die sich größenmäßig deutlich von der allgemeinen Reihe abheben. Ist der Unterschied so groß, dass man von einem groben Fehler sprechen kann, wird diese Messung sofort verworfen. In den meisten Fällen ist es jedoch nicht möglich, allein aufgrund des „Herausspringens“ aus der allgemeinen Reihe sofort zu erkennen, dass ein anderes Ergebnis falsch ist, und daher sind zusätzliche Untersuchungen erforderlich.

Es gibt Fälle, in denen es keinen Sinn macht, zusätzliche Untersuchungen durchzuführen, und es gleichzeitig unerwünscht ist, falsche Daten zur Berechnung des Gesamtergebnisses der Analyse zu verwenden. In diesem Fall wird das Vorliegen grober Fehler oder Auslassungen nach den Kriterien der mathematischen Statistik festgestellt.

Es sind mehrere solcher Kriterien bekannt. Der einfachste davon ist der Q-Test.

1.8.1. Feststellung des Vorliegens grober Fehler (Misses)

Bei der chemischen Analyse wird der Gehalt einer Komponente in einer Probe in der Regel durch eine geringe Anzahl paralleler Bestimmungen bestimmt (n £ 3). Zur Berechnung der Bestimmungsfehler werden in diesem Fall mathematisch-statistische Methoden verwendet, die für eine kleine Anzahl von Bestimmungen entwickelt wurden. Die Ergebnisse dieser wenigen Bestimmungen gelten als zufällig ausgewählt – Probe- aus allen denkbaren Ergebnissen der Allgemeinbevölkerung unter gegebenen Bedingungen.

Für kleine Stichproben mit mehreren Messungen n<10 определение грубых погрешностей можно оценивать при помощи Variationsbereich gemäß Q-Kriterium. Bilden Sie dazu das Verhältnis:

wobei X 1 ein verdächtig auffälliges Analyseergebnis ist;

X 2 – das Ergebnis einer einzelnen Bestimmung, dessen Wert X 1 am nächsten kommt;

R – Variationsbereich – die Differenz zwischen dem größten und kleinsten Wert einer Reihe von Messungen, d.h. R = X max. - X min.

Der berechnete Wert von Q wird mit dem Tabellenwert von Q (p, f) verglichen. Das Vorliegen eines groben Fehlers ist bewiesen, wenn Q > Q (p, f).

Ein als grober Fehler anerkanntes Ergebnis ist von der weiteren Betrachtung ausgeschlossen.

Das Q-Kriterium ist nicht der einzige Indikator, anhand dessen Wert man das Vorliegen eines groben Fehlers beurteilen kann, aber es wird schneller berechnet als andere, weil ermöglicht es Ihnen, grobe Fehler sofort zu beseitigen, ohne weitere Berechnungen durchführen zu müssen.

Die anderen beiden Kriterien sind genauer, erfordern aber eine vollständige Berechnung des Fehlers, d. h. Das Vorliegen eines groben Fehlers kann nur durch eine vollständige mathematische Verarbeitung der Analyseergebnisse festgestellt werden.

Es können auch grobe Fehler festgestellt werden:

A) Nach Standardabweichung. Das Ergebnis X i wird als grober Fehler betrachtet und verworfen, wenn

. (14)

B) Direkte Messgenauigkeit. Das Ergebnis X i wird verworfen, wenn

. (15)

Über durch Schilder gekennzeichnete Mengen , besprochen in Abschnitt 1.8.2.

1.8.2. Statistische Aufbereitung der Analyseergebnisse

Die statistische Verarbeitung der Ergebnisse hat zwei Hauptziele.

Die erste Aufgabe besteht darin, das Ergebnis der Definitionen in kompakter Form darzustellen.

Die zweite Aufgabe besteht darin, die Zuverlässigkeit der erzielten Ergebnisse zu beurteilen, d.h. der Grad ihrer Übereinstimmung mit dem wahren Gehalt der zu bestimmenden Komponente in der Probe. Dieses Problem wird gelöst, indem die Reproduzierbarkeit und Genauigkeit der Analyse anhand der unten angegebenen Formeln berechnet wird.

Wie bereits erwähnt, charakterisiert die Reproduzierbarkeit die Streuung wiederholter Analyseergebnisse und wird durch das Vorhandensein zufälliger Fehler bestimmt. Die Reproduzierbarkeit der Analyse wird anhand der Werte Standardabweichung, relative Standardabweichung und Streuung beurteilt.

Die allgemeine Charakteristik der Datenstreuung wird durch den Wert der Standardabweichung S bestimmt.

(16)

Manchmal wird bei der Beurteilung der Reproduzierbarkeit einer Analyse die relative Standardabweichung Sr bestimmt.

Die Standardabweichung hat die gleiche Maßeinheit wie der Mittelwert oder der wahre Wert m der zu bestimmenden Größe.

Je niedriger die absoluten (S) und relativen (Sr) Abweichungswerte sind, desto besser ist die Reproduzierbarkeit einer Methode oder Analysetechnik.

Die Streuung der Analysedaten um den Mittelwert wird als Varianz S 2 berechnet.

In den vorgestellten Formeln gilt: Xi ist ein separater Wert, der während der Analyse ermittelt wurde; - arithmetisches Mittel der Ergebnisse aller Messungen; n – Anzahl der Messungen; i = 1…n.

Die Genauigkeit bzw. Präzision der Analyse wird durch das Konfidenzintervall der Mittelwerte p, f charakterisiert. Dabei handelt es sich um den Bereich, in dem bei Fehlen systematischer Fehler der wahre Wert des Messwerts mit einer Konfidenzwahrscheinlichkeit P liegt.

, (19)

wo p, f - Konfidenzintervall, d.h. Konfidenzgrenzen, innerhalb derer der Wert der ermittelten Größe X liegen darf.

In dieser Formel ist t p, f der Student-Koeffizient; f ist die Anzahl der Freiheitsgrade; f = n – 1; P – Konfidenzwahrscheinlichkeit (siehe 1.7.7); t p, f - tabellarisch angegeben.

Standardabweichung des arithmetischen Mittels. (20)

Das Konfidenzintervall wird entweder als absoluter Fehler in denselben Einheiten berechnet, in denen das Analyseergebnis ausgedrückt wird, oder als relativer Fehler DХ o (in %):

. (21)

Daher kann das Ergebnis der Analyse wie folgt dargestellt werden:

. (23)

Die Verarbeitung von Analyseergebnissen wird erheblich vereinfacht, wenn bei der Durchführung von Analysen (Kontrollproben oder Standardproben) der wahre Gehalt (m) der zu bestimmenden Komponente bekannt ist. Es werden absolute (DX) und relative (DX o, %) Fehler berechnet.

DX = X - m (24)

(25)

1.8.3. Vergleich zweier Durchschnittsergebnisse der durchgeführten Analyse

verschiedene Methoden

In der Praxis gibt es Situationen, in denen ein Objekt mit unterschiedlichen Methoden, in unterschiedlichen Labors und von unterschiedlichen Analytikern analysiert werden muss. In diesen Fällen werden durchschnittliche Ergebnisse erzielt, die voneinander abweichen. Beide Ergebnisse charakterisieren eine gewisse Annäherung an den wahren Wert der gewünschten Größe. Um herauszufinden, ob beide Ergebnisse vertrauenswürdig sind, wird festgestellt, ob der Unterschied zwischen ihnen statistisch signifikant ist, d. h. "zu groß. Durchschnittswerte der gesuchten Menge gelten als kompatibel, wenn sie zur gleichen Grundgesamtheit gehören. Dies lässt sich beispielsweise mit dem Fisher-Kriterium (F-Kriterium) lösen.

Wo werden die Varianzen für verschiedene Analysereihen berechnet?

F ex ist immer größer als eins, weil es ist gleich dem Verhältnis der größeren Varianz zur kleineren. Der berechnete Wert von F ex wird mit dem Tabellenwert von F Tabelle verglichen. (Konfidenzwahrscheinlichkeit P und die Anzahl der Freiheitsgrade f für experimentelle und tabellierte Werte sollten gleich sein).

Beim Vergleich von F ex und F table sind Optionen möglich.

A) F ex >F tab. Die Diskrepanz zwischen den Varianzen ist erheblich und die betrachteten Proben unterscheiden sich in der Reproduzierbarkeit.

B) Wenn F ex deutlich kleiner als F table ist, ist der Unterschied in der Reproduzierbarkeit zufällig und beide Varianzen sind ungefähre Schätzungen derselben allgemeinen Populationsvarianz für beide Stichproben.

Wenn die Abweichung zwischen den Varianzen gering ist, können Sie feststellen, ob ein statistisch signifikanter Unterschied in den mittleren Ergebnissen der Analyse besteht, die mit verschiedenen Methoden erzielt wurden. Verwenden Sie dazu den Student-Koeffizienten t p, f. Berechnen Sie die gewichtete durchschnittliche Standardabweichung und t ex.

(28)

Wo sind die durchschnittlichen Ergebnisse der verglichenen Proben?

n 1, n 2 – Anzahl der Messungen in der ersten und zweiten Probe.

Vergleichen Sie t ex mit der t-Tabelle bei der Anzahl der Freiheitsgrade f = n 1 + n 2 -2.

Wenn t ex > t table, dann ist die Diskrepanz zwischen ihnen signifikant, die Stichproben gehören nicht zur gleichen Grundgesamtheit und die wahren Werte in jeder Stichprobe sind unterschiedlich. Wenn t ex< t табл, можно все данные рассматривать как единую выборочную совокупность для (n 1 +n 2) результатов.

Kontrollfragen

1. Was studiert die analytische Chemie?

2. Was ist die Analysemethode?

3. Welche Gruppen von Analysemethoden berücksichtigt die analytische Chemie?

4. Mit welchen Methoden kann eine qualitative Analyse durchgeführt werden?

5. Was sind analytische Merkmale? Was könnten sie sein?

6. Was ist ein Reagenz?

7. Welche Reagenzien werden für eine systematische Analyse benötigt?

8. Was ist eine fraktionierte Analyse? Welche Reagenzien werden für die Durchführung benötigt?

9. Was bedeuten die Buchstaben „kh.ch.“ und „ch.d.a.“? auf einem Etikett für chemische Reagenzien?

10.Was ist die Aufgabe der quantitativen Analyse?

11.Was ist der Wirkstoff?

12. Wie kann man eine Lösung des Arbeitsstoffs herstellen?

13.Was ist eine Standardsubstanz?

14.Was bedeuten die Begriffe „Standardlösung I“ und „Standardlösung II“?

15.Welcher Titer und Titer des Arbeitsstoffes wurde bestimmt?

16.Wie wird die molare Konzentration von Äquivalenten kurz bezeichnet?