Физикохимични или инструментални методи за анализ

Физикохимичните или инструменталните методи за анализ се основават на измерване с инструменти (инструменти) на физичните параметри на анализираната система, които възникват или се променят в хода на аналитичната реакция.

Бързото развитие на физикохимичните методи за анализ се дължи на факта, че класическите методи на химичен анализ (гравиметрия, титриметрия) вече не могат да задоволят многобройните искания на химическата, фармацевтичната, металургичната, полупроводниковата, ядрената и други индустрии, които изискват повишаване на чувствителността на методите до 10-8 - 10-9%, тяхната селективност и бързина, което би позволило да се контролират технологичните процеси според данните от химичния анализ, както и да се извършват автоматично и дистанционно.

Редица съвременни физикохимични методи за анализ позволяват едновременно извършване на качествен и количествен анализ на компонентите в една и съща проба. Точността на анализа на съвременните физикохимични методи е сравнима с точността на класическите методи, а при някои, например в кулометрията, е значително по-висока.

Недостатъците на някои физикохимични методи включват високата цена на използваните инструменти, необходимостта от използване на стандарти. Следователно класическите методи за анализ все още не са загубили своята стойност и се използват там, където няма ограничения в скоростта на анализа и се изисква висока точност при високо съдържание на анализирания компонент.

Класификация на физичните и химичните методи за анализ

Класификацията на физикохимичните методи за анализ се основава на естеството на измервания физически параметър на анализираната система, чиято стойност е функция от количеството вещество. В съответствие с това всички физикохимични методи са разделени на три големи групи:

електрохимични;

Оптични и спектрални;

Хроматографски.

Електрохимичните методи за анализ се основават на измерване на електрически параметри: сила на тока, напрежение, равновесни електродни потенциали, електрическа проводимост, количество електричество, чиито стойности са пропорционални на съдържанието на веществото в анализирания обект.

Оптичните и спектрални методи за анализ се основават на измерване на параметри, характеризиращи ефектите от взаимодействието на електромагнитното излъчване с вещества: интензитет на излъчване на възбудените атоми, абсорбция на монохроматично лъчение, коефициент на пречупване на светлината, ъгъл на завъртане на равнината на поляризирания светлинен лъч и др.

Всички тези параметри са функция от концентрацията на веществото в анализирания обект.

Хроматографските методи са методи за разделяне на хомогенни многокомпонентни смеси на отделни компоненти чрез сорбционни методи при динамични условия. При тези условия компонентите се разпределят между две несмесващи се фази: подвижна и неподвижна. Разпределението на компонентите се основава на разликата в техните коефициенти на разпределение между подвижната и неподвижната фаза, което води до различни скорости на прехвърляне на тези компоненти от неподвижна към подвижна фаза. След разделяне количественото съдържание на всеки от компонентите може да се определи чрез различни методи за анализ: класически или инструментални.

Молекулен абсорбционен спектрален анализ

Молекулярният абсорбционен спектрален анализ включва спектрофотометрични и фотоколориметрични видове анализи.

Спектрофотометричният анализ се основава на определяне на абсорбционния спектър или измерване на абсорбцията на светлина при строго определена дължина на вълната, която съответства на максимума на кривата на абсорбция на изпитваното вещество.

Фотоколориметричният анализ се основава на сравняване на интензитета на петната на изследваните цветни и стандартно оцветени разтвори с определена концентрация.

Молекулите на веществото имат определена вътрешна енергия Е, съставните части на която са:

Енергия на движение на електрони Змиорка, разположена в електростатичното поле на атомните ядра;

Енергията на вибрациите на ядрата на атомите един спрямо друг е E count;

Енергия на въртене на молекулата E bp

и се изразява математически като сума от всички горепосочени енергии:

Освен това, ако една молекула на вещество поглъща радиация, тогава нейната начална енергия E 0 се увеличава със стойността на енергията на погълнатия фотон, тоест:

От горното равенство следва, че колкото по-къса е дължината на вълната λ, толкова по-голяма е честотата на вибрациите и следователно по-голяма е E, тоест енергията, предадена на молекулата на веществото при взаимодействие с електромагнитно излъчване. Следователно естеството на взаимодействието на енергията на лъча с материята в зависимост от дължината на вълната на светлината λ ще бъде различно.

Съвкупността от всички честоти (дължини на вълните) на електромагнитното излъчване се нарича електромагнитен спектър. Интервалът на дължината на вълната е разделен на области: ултравиолетова (UV) приблизително 10-380 nm, видима 380-750 nm, инфрачервена (IR) 750-100000 nm.

Енергията, която се придава на молекула на веществото чрез излъчване на UV и видимата част от спектъра, е достатъчна, за да предизвика промяна в електронното състояние на молекулата.

Енергията на инфрачервените лъчи е по-малка, така че се оказва достатъчна само да предизвика промяна в енергията на вибрационните и ротационните преходи в молекулата на веществото. Така в различни части на спектъра може да се получи различна информацияза състоянието, свойствата и структурата на веществата.

Закони за поглъщане на радиация

Спектрофотометричните методи за анализ се основават на два основни закона. Първият от тях е законът на Бугер-Ламберт, вторият е законът на Биър. Комбинираният закон на Бугер-Ламбърт-Бира е формулиран, както следва:

Поглъщането на монохроматична светлина от оцветен разтвор е право пропорционално на концентрацията на поглъщащото светлина вещество и дебелината на слоя на разтвора, през който преминава.

Законът на Bouguer-Lambert-Beer е основният закон за поглъщането на светлината и е в основата на повечето фотометрични методи за анализ. Математически се изразява с уравнението:

Количеството lgаз / аз 0 нарича се оптична плътност на поглъщащото вещество и се обозначава с буквите D или A. Тогава законът може да се запише по следния начин:

Съотношението на интензитета на монохроматичния радиационен поток, преминаващ през изпитвания обект, към интензитета на първоначалния радиационен поток се нарича прозрачност или пропускане на разтвора и се обозначава с буквата T: T = аз / аз 0

Това съотношение може да се изрази като процент. Стойността на T, която характеризира пропускането на слой с дебелина 1 cm, се нарича пропускливост. Оптичната плътност D и предаването T са свързани помежду си чрез съотношението

D и T са основните стойности, характеризиращи абсорбцията на разтвор на дадено вещество с определена концентрация при определена дължина на вълната и дебелина на абсорбиращия слой.

Зависимостта D (C) е ясна, а T (C) или T (l) е експоненциална. Това се спазва стриктно само за монохроматични радиационни потоци.

Стойността на коефициента на екстинкция K зависи от начина на изразяване на концентрацията на веществото в разтвора и дебелината на абсорбиращия слой. Ако концентрацията е изразена в молове на литър, а дебелината на слоя е в сантиметри, тогава тя се нарича моларен коефициент на екстинкция, обозначен със символа ε и е равен на оптичната плътност на разтвор с концентрация 1 mol / L поставени в кювета с дебелина на слоя 1 cm.

Стойността на моларния коефициент на поглъщане на светлина зависи от:

От природата на разтвореното вещество;

Монохроматични дължини на вълните на светлината;

Температури;

Естеството на разтворителя.

Причини за неспазване на закона Buger-Lambert-Beer.

1. Законът е изведен и е валиден само за монохроматичната светлина, следователно недостатъчната монохроматизация може да причини отклонение на закона и още повече, толкова по-малко монохроматизация на светлината.

2. В разтворите могат да възникнат различни процеси, които променят концентрацията на поглъщащото вещество или неговата природа: хидролиза, йонизация, хидратация, асоцииране, полимеризация, комплексообразуване и др.

3. Поглъщането на светлина от разтворите значително зависи от рН на разтвора. Когато pH на разтвора се промени, може да се промени следното:

Степента на йонизация на слаб електролит;

Формата на съществуване на йони, което води до промяна в абсорбцията на светлина;

Съставът на образуваните оцветени комплексни съединения.

Следователно законът е валиден за силно разредени разтвори, а полето му на приложение е ограничено.

Визуална колориметрия

Интензитетът на цвета на разтворите може да бъде измерен с различни методи. Сред тях има субективни (визуални) методи на колориметрия и обективни, тоест фотоколориметрични.

Визуалните методи са тези методи, при които оценката на интензитета на цвета на тестовия разтвор се извършва с невъоръжено око. При обективни методи за колориметрично определяне се използват фотоклетки вместо директно наблюдение за измерване на интензитета на цвета на тестовия разтвор. В този случай определянето се извършва в специални устройства - фотоколориметри, поради което методът се нарича фотоколориметричен.

Видими светли цветове:

Визуалните методи включват:

- метод на стандартните серии;

- метод на колориметрично титруване или дублиране;

- метод на изравняване.

Стандартен сериен метод.При извършване на анализ по метода на стандартните серии, интензитетът на цвета на анализирания оцветен разтвор се сравнява с цветовете на серия от специално приготвени стандартни разтвори (със същата дебелина на слоя).

Колориметричен метод на титруване (дублиране)въз основа на сравнение на цвета на анализирания разтвор с цвета на друг разтвор - контролния. Контролният разтвор съдържа всички компоненти на тестовия разтвор, с изключение на аналита и всички реагенти, използвани при приготвянето на пробата. Към него от бюретата се добавя стандартен разтвор на аналита. Когато се добави толкова много от този разтвор, че интензитетите на цвета на контролния и анализирания разтвор са равни, се счита, че анализираният разтвор съдържа същото количество аналит, както е въведен в контролния разтвор.

Метод на изравняванесе различава от описаните по-горе визуални колориметрични методи, при които сходството на цветовете на стандартния и тестовия разтвор се постига чрез промяна на тяхната концентрация. При метода на изравняване сходството на цветовете се постига чрез промяна на дебелината на слоевете на оцветените разтвори. За тази цел се използват дренажни и потапящи колориметри за определяне на концентрацията на веществата.

Предимства на визуалните методи за колориметричен анализ:

Техниката за определяне е проста, няма нужда от сложно скъпо оборудване;

Окото на наблюдателя може да оцени не само интензитета, но и нюансите на цвета на разтворите.

Недостатъци:

Пригответе стандартен разтвор или серия от стандартни разтвори;

Невъзможно е да се сравни интензивността на цвета на разтвор в присъствието на други оцветени вещества;

При продължително сравнение на интензивността на цвета на очите човек се уморява и грешката при определяне се увеличава;

Човешкото око не е толкова чувствително към малки промени в оптичната плътност, както фотоволтаичните устройства, в резултат на което е невъзможно да се открият разлики в концентрацията до около пет процента относително.

Фотоелектрични колориметрични методи

Фотоелектроколориметрията се използва за измерване на поглъщането на светлината или предаването на оцветени разтвори. Устройствата, използвани за тази цел, се наричат ​​фотоелектрични колориметри (FEC).

Фотоелектричните методи за измерване на интензитета на цвета са свързани с използването на фотоклетки. За разлика от устройствата, в които сравнението на цветовете се извършва визуално, при фотоелектричните колориметри устройство - фотоклетка - е приемник на светлинна енергия. В това устройство светлинната енергия се преобразува в електрическа енергия. Фотоклетките дават възможност за извършване на колориметрични определяния не само във видимата, но и в UV и IR спектралната област. Измерването на светлинния поток с помощта на фотоелектрически фотометри е по-точно и не зависи от характеристиките на окото на наблюдателя. Използването на фотоклетки дава възможност да се автоматизира определянето на концентрацията на вещества при химичния контрол на технологичните процеси. В резултат на това фотоелектричната колориметрия се използва много по-широко в практиката на фабричните лаборатории, отколкото визуалната.

На фиг. 1 е показано обичайното разположение на комплектите в уреди за измерване на пропускането или абсорбцията на разтвори.

Фиг.1 Основните възли на устройствата за измерване на поглъщането на радиация: 1 - източник на лъчение; 2 - монохроматор; 3 - кювети за разтвори; 4 - преобразувател; 5 - индикатор за сигнал.

Фотоколориметрите, в зависимост от броя на фотоклетките, използвани при измерванията, се разделят на две групи: еднолъчеви (еднораменни) - устройства с една фотоклетка и двулъчеви (двураменни) - с две фотоклетки.

Точността на измерване, получена с еднолъчев FEK, не е висока. В заводските и научните лаборатории най-разпространени са фотоволтаичните инсталации, оборудвани с две фотоклетки. Конструкцията на тези устройства се основава на принципа на изравняване на интензитета на два светлинни лъча с помощта на променлива прорезна диафрагма, тоест принципа на оптична компенсация на два светлинни потока чрез промяна на отвора на зеницата на диафрагмата.

Схематичната диаграма на устройството е показана на фиг. 2. Светлината от лампата с нажежаема жичка 1 с помощта на огледала 2 се разделя на два успоредни лъча. Тези светлинни лъчи преминават през филтри 3, кювети с разтвори 4 и попадат върху фотоклетки 6 и 6", които са свързани към галванометър 8 по диференциална схема. Нарязаната диафрагма 5 променя интензитета на светлинния поток, падащ върху фотоклетка 6. Фотометрична неутрална клин 7 служи за отслабване на светлинния поток, падащ върху 6" фотоклетка.

Фиг. 2. Схема на двулъчев фотоелектричен колориметър

Определяне на концентрацията при фотоелектроколориметрия

За да определите концентрацията на аналитите при фотоелектроколориметрия, използвайте:

Сравнение на оптичните плътности на стандартни и изследвани цветни разтвори;

Метод за определяне чрез средната стойност на моларния коефициент на поглъщане на светлина;

Метод на калибрационна графика;

Адитивен метод.

Метод за сравняване на оптичните плътности на стандартни и изследвани цветни разтвори

За определяне се приготвя стандартен разтвор на аналита с известна концентрация, която се доближава до концентрацията на изпитвания разтвор. Определете оптичната плътност на този разтвор при определена дължина на вълната D етаж След това се определя оптичната плътност на тестовия разтвор D x при същата дължина на вълната и същата дебелина на слоя. Сравнявайки стойностите на оптичните плътности на тестовия и референтния разтвор, се установява неизвестната концентрация на аналита.

Методът за сравнение е приложим за единични анализи и изисква задължително спазване на основния закон за поглъщане на светлината.

Метод на калибрационна диаграма. За да се определи концентрацията на вещество по този метод, се приготвя серия от 5-8 стандартни разтвора с различни концентрации. При избора на диапазона от концентрации на стандартните разтвори трябва да се спазват следните точки:

* трябва да покрива зоната на възможни измервания на концентрацията на тестовия разтвор;

* оптичната плътност на тестовия разтвор трябва да съответства приблизително на средата на калибровъчната крива;

* желателно е основният закон за поглъщане на светлината да се спазва в този диапазон на концентрация, тоест графиката на зависимостта е ясна;

* стойността на оптичната плътност трябва да бъде в диапазона от 0,14 ... 1,3.

Измерете абсорбцията на стандартните разтвори и начертайте зависимостта D (C) ... След като определи D x от тестовия разтвор, според калибровъчната графика, намерете C x (фиг. 3).

Този метод дава възможност да се определи концентрацията на вещество дори в случаите, когато основният закон за поглъщане на светлината не се спазва. В този случай пригответе голям брой стандартни разтвори, които се различават по концентрация с не повече от 10%.

Ориз. 3. Зависимост на оптичната плътност на разтвора от концентрацията (калибровъчна крива)

Адитивен метод- Това е вариант на метода за сравнение, основан на сравняване на оптичната плътност на тестовия разтвор и същия разтвор с добавяне на известно количество от аналита.

Използва се за елиминиране на интерфериращия ефект на чужди примеси, за определяне на малки количества аналит в присъствието на големи количества чужда материя... Методът изисква задължително спазване на основния закон за поглъщане на светлината.

Спектрофотометрия

Това е метод за фотометричен анализ, при който съдържанието на веществото се определя от поглъщането на монохроматична светлина във видимия, UV и IR областите на спектъра. В спектрофотометрията, за разлика от фотометрията, монохроматизацията се осигурява не от светлинни филтри, а от монохроматори, които дават възможност за непрекъсната промяна на дължината на вълната. Като монохроматори се използват призми или дифракционни решетки, които осигуряват значително по-висока монохроматичност на светлината от светлинните филтри, следователно точността на спектрофотометричните определяния е по-висока.

Спектрофотометричните методи, в сравнение с фотоколориметричните методи, позволяват решаването на по-широк кръг от проблеми:

* за извършване на количествено определяне на вещества в широк диапазон от дължини на вълните (185-1100 nm);

* извършване на количествен анализ на многокомпонентни системи (едновременно определяне на няколко вещества);

* определяне на състава и константите на стабилност на поглъщащите светлина комплексни съединения;

* определят фотометричните характеристики на поглъщащите светлина съединения.

За разлика от фотометрите, монохроматорът в спектрофотометрите е призма или дифракционна решетка, което ви позволява непрекъснато да променяте дължината на вълната. Предлагат се инструменти за измервания във видимия, UV и IR спектралните области. Схематичната диаграма на спектрофотометъра е практически независима от спектралната област.

Спектрофотометрите, подобно на фотометрите, са еднолъчеви и двулъчеви. При двулъчевите устройства светлинният поток по някакъв начин се разклонява или вътре в монохроматора, или на изхода от него: след това единият поток преминава през тестовия разтвор, а другият през разтворителя.

Еднолъчевите инструменти са особено полезни за количествени определяния въз основа на измервания на абсорбция при една дължина на вълната. В този случай простотата на устройството и лекотата на използване представляват значително предимство. Високата скорост и удобството на измерване при работа с двулъчеви инструменти са полезни при качествен анализ, когато, за да се получи спектър, трябва да се измери оптичната плътност в широк диапазон от дължини на вълните. В допълнение, двулъчевото устройство може лесно да се адаптира за автоматично записване на непрекъснато променяща се оптична плътност: във всички съвременни записващи спектрофотометри за тази цел се използва двулъчева система.

Инструментите с единичен и двулъчев лъч са подходящи за измерване на видимо и UV лъчение. Предлаганите в търговската мрежа IR спектрофотометри винаги са базирани на двулъчев дизайн, тъй като обикновено се използват за почистване и запис на голяма площ от спектъра.

Количественият анализ на еднокомпонентни системи се извършва по същите методи като при фотоелектроколориметрията:

Чрез сравняване на оптичните плътности на стандартния и тестовия разтвор;

Метод за определяне чрез средната стойност на моларния коефициент на поглъщане на светлина;

Използвайки метода на калибровъчната графика,

и няма отличителни черти.

Спектрофотометрия в качествен анализ

Качествен анализ в ултравиолетовата част на спектъра. Ултравиолетовите абсорбционни спектри обикновено имат две или три, понякога пет или повече абсорбционни ленти. За недвусмислено идентифициране на изпитваното вещество се записва неговият абсорбционен спектър в различни разтворители и получените данни се сравняват със съответните спектри на подобни вещества с известен състав. Ако спектрите на абсорбция на изпитвано вещество в различни разтворители съвпадат със спектъра на известно вещество, тогава е възможно с голяма степен на вероятност да се направи заключение за идентичността на химичния състав на тези съединения. За да се идентифицира неизвестно вещество по неговия абсорбционен спектър, е необходимо да има достатъчен брой абсорбционни спектри на органични и органична материя... Има атласи, в които са дадени спектрите на поглъщане на много, главно органични вещества. Особено добре са проучени ултравиолетовите спектри на ароматните въглеводороди.

При идентифициране на неизвестни съединения трябва да се обърне внимание и на скоростта на усвояване. Много органични съединения имат ленти на абсорбция, чиито максимуми са разположени на една и съща дължина на вълната λ, но интензитетът им е различен. Например, в спектъра на фенола се наблюдава абсорбционна лента при λ = 255 nm, за която моларният коефициент на абсорбция при максимума на абсорбция е ε макс= 1450. При същата дължина на вълната ацетонът има лента, за която ε макс = 17.

Качествен анализ във видимата част на спектъра. Оцветено вещество, като багрило, също може да бъде идентифицирано чрез сравняване на неговия видим спектър на абсорбция с този на подобно багрило. Спектрите на абсорбция на повечето багрила са описани в специални атласи и ръководства. От абсорбционния спектър на багрилото е възможно да се направи извод за чистотата на багрилото, тъй като спектърът на примесите съдържа редица абсорбционни ленти, които липсват в спектъра на багрилото. Спектърът на абсорбция на смес от багрила може да се използва и за извеждане на заключения за състава на сместа, особено ако спектрите на компонентите на сместа съдържат абсорбционни ленти, разположени в различни области на спектъра.

Качествен инфрачервен анализ

Поглъщането на IR лъчението е свързано с увеличаване на вибрационната и ротационната енергия на ковалентната връзка, ако води до промяна на диполния момент на молекулата. Това означава, че почти всички молекули с ковалентни връзкив една или друга степен те са способни да абсорбират в инфрачервената област.

Инфрачервените спектри на многоатомните ковалентни съединения обикновено са много сложни: те се състоят от много тесни абсорбционни ленти и са много различни от обичайните UV и видими спектри. Разликите произтичат от естеството на взаимодействието на поглъщащите молекули и тяхната среда. Това взаимодействие (в кондензирани фази) засяга електронните преходи в хромофора, така че абсорбционните линии се разширяват и имат тенденция да се слеят в широки абсорбционни ленти. В IR спектъра, напротив, честотата и коефициентът на абсорбция, съответстващи на отделна връзка, обикновено се променят малко с промяна в околната среда (включително с промяна в останалата част от молекулата). Линиите също се разширяват, но не достатъчно, за да се слеят в лента.

Обикновено ординатната ос при начертаване на IR спектри е предаването като процент, а не оптичната плътност. При този метод на начертаване лентите на абсорбция се появяват като вдлъбнатини в кривата, а не като максимуми в UV спектрите.

Образуването на инфрачервени спектри е свързано с вибрационната енергия на молекулите. Вибрациите могат да бъдат насочени по протежение на валентната връзка между атомите на молекулата, като в този случай те се наричат ​​валентни. Прави се разлика между симетрични разтягащи вибрации, при които атомите вибрират в еднакви посоки, и асиметрични разтягащи вибрации, при които атомите вибрират в противоположни посоки. Ако атомите вибрират с промяна в ъгъла между връзките, те се наричат ​​деформация. Това разделение е много произволно, тъй като при вибрации на разтягане ъглите се деформират в една или друга степен и обратно. Енергията на вибрациите на огъване обикновено е по-малка от енергията на вибрациите на разтягане, а лентите на абсорбция, причинени от вибрациите на огъване, са разположени в областта на по-дълги вълни.

Вибрациите на всички атоми на една молекула определят лентите на абсорбция, които са индивидуални за молекулите на дадено вещество. Но сред тези вибрации могат да се разграничат вибрациите на групи от атоми, които са слабо свързани с вибрациите на атомите на останалата част от молекулата. Лентите на поглъщане, дължащи се на такива вибрации, се наричат ​​характерни ленти. Те се наблюдават, като правило, в спектрите на всички молекули, в които има дадени групи от атоми. Пример за характерни ленти са лентите при 2960 и 2870 cm -1. Първата лента се дължи на асиметрични разтягащи вибрации комуникация C-Hв метиловата група СН 3, а втората - чрез симетрични разтягащи вибрации на СН връзката на същата група. Такива ленти с леко отклонение (± 10 cm -1) се наблюдават в спектрите на всички наситени въглеводороди и като цяло в спектъра на всички молекули, в които има CH 3 - групи.

Други функционални групи могат да повлияят на положението на характеристичната лента, като разликата в честотата може да бъде до ± 100 cm -1, но такива случаи са малко и могат да се вземат предвид въз основа на литературни данни.

Качественият анализ в инфрачервената област на спектъра се извършва по два начина.

1. Премахнете спектъра на неизвестно вещество в района на 5000-500 cm -1 (2 - 20 микрона) и потърсете подобен спектър в специални каталози или таблици. (или използване на компютърни бази данни)

2. В спектъра на изследваното вещество се търсят характерни ленти, по които може да се съди за състава на веществото.

1. Класификация на методите за инструментален анализ според измервателния параметър и метода на измерване. Примери за методи за инструментален анализ за качествен анализ на вещества

При един от методите за класификация на инструменталните (физикохимични) методи анализът се основава на естеството на измервания физически параметър на анализираната система и метода на неговото измерване; стойността на този параметър е функция от количеството вещество. Съответно всички инструментални методи са разделени на пет големи групи:

електрохимични;

Оптичен;

Хроматографски;

Радиометричен;

Масспектрометрия.

Електрохимични методи анализите се основават на използването на електрохимичните свойства на анализираните вещества. Те включват следните методи.

Електрогравиметричен метод - базира се на точно измерване на масата на аналита или него съставни части, които се отделят върху електродите при преминаване на постоянен електрически ток през анализирания разтвор.

Кондуктометричният метод се основава на измерване на електрическата проводимост на разтворите, която се променя в резултат на протичане химична реакцияи зависи от свойствата на електролита, неговата температура и концентрацията на разтвореното вещество.

Потенциометричен метод - базира се на измерване на потенциала на електрод, потопен в разтвор на изпитваното вещество. Потенциалът на електрода зависи от концентрацията на съответните йони в разтвора при постоянни условия на измерване, които се извършват с помощта на потенциометър.

Полярографският метод се основава на използването на феномена на концентрационна поляризация, която възниква върху електрод с малка повърхност при преминаване на електрически ток през анализирания електролитен разтвор.

Кулометричен метод - базира се на измерване на количеството електроенергия, изразходвана за електролиза на определено количество вещество. Методът се основава на закона на Фарадей.

Оптични методи анализите се основават на използването на оптичните свойства на изследваните съединения. Те включват следните методи.

Емисионен спектрален анализ - базира се на наблюдение на линейни спектри, излъчвани от парите на вещества, когато те се нагряват в пламък на газова горелка, искра или електрическа дъга. Методът дава възможност да се определи елементния състав на веществата.

Абсорбционен спектрален анализ в ултравиолетовата, видимата и инфрачервената област на спектъра. Правете разлика между спектрофотометрични и фотоколориметрични методи. Спектрофотометричният метод за анализ се основава на измерване на абсорбцията на светлина (монохроматично излъчване) с определена дължина на вълната, която съответства на максимума на кривата на абсорбция на веществото. Фотоколориметричният метод за анализ се основава на измерване на поглъщането на светлината или определяне на спектъра на поглъщане в устройства - фотоколориметри във видимата част на спектъра.

Рефрактометрия - базирана на измерване на коефициента на пречупване.

Поляриметрия - Въз основа на измерване на въртенето на равнината на поляризация.

Нефелометрия - базирана на използването на явленията на отражение или разсейване на светлината от неоцветени частици, суспендирани в разтвор. Методът дава възможност да се определят много малки количества вещество в разтвор под формата на суспензия.

Турбидиметрия - основава се на използването на явленията на отражение или разсейване на светлината от цветни частици, които са суспендирани в разтвор. Светлината, погълната от разтвора или пропусната през него, се измерва по същия начин, както при фотоколориметрията на оцветените разтвори.

Луминесцентен или флуоресцентен анализ - базиран на флуоресценцията на вещества, които са изложени на ултравиолетова светлина. Това измерва интензитета на излъчваната или видимата светлина.

Пламъчната фотометрия (пламъчна фотометрия) се основава на разпръскване на разтвор на изследваните вещества в пламък, излъчване на радиация, характерна за анализирания елемент и измерване на неговия интензитет. Методът се използва за анализ на алкални, алкалоземни и някои други елементи.

Хроматографски методи анализите се основават на използването на селективни адсорбционни явления. Методът се използва при анализ на неорганични и органични вещества за отделяне, концентриране, отделяне на отделни компоненти от смес и пречистване от примеси.

Радиометрични методи анализите се основават на измерване на радиоактивното излъчване на даден елемент.

Масспектрометрия методите за анализ се основават на определяне на масите на отделните йонизирани атоми, молекули и радикали, в резултат на комбинираното действие на електрическо и магнитно поле. Отделените частици се регистрират чрез електрически (масова спектрометрия) или фотографски (масова спектрография) методи. Определянето се извършва на инструменти - масспектрометри или масспектрографи.

Примери за инструментални методи за анализ за качествен анализ на вещества: рентгенова флуоресценция, хроматография, кулометрия, емисионна, пламъчна фотометрия и др.

2.

2. 1 Същността на потенциометричното титруване. Изисквания за реакции. Примери за реакции на окисляване-редукция, утаяване, комплексообразуване и съответните им електродни системи. Графични начини за дефиниране крайната точка на титруването

Потенциометрично титруванена базата на определяне на еквивалентната точка за промяна на потенциала върху електродите, спуснати в титрувания разтвор. При потенциометричното титруване електродите се използват както неполяризирани (без ток, протичащ през тях), така и поляризуеми (с ток, протичащ през тях).

В първия случай при титруването се определя концентрацията в разтвора на един от йоните, за чието регистриране има подходящ електрод.

Потенциалът Ex на този индикаторен електрод се задава съгласно уравнението на Nernst. Например, за окислително-редукционните реакции, уравнението на Нернст изглежда така:

където Ex е потенциалът на електрода при тези специфични условия; Aok е концентрацията на окислената форма на метала; Avosst е концентрацията на редуцираната форма на метала; E0 - нормален потенциал; R - универсална газова константа (8,314 J / (deg * mol)); T е абсолютната температура; n е разликата между валентностите на окислената и редуцираната форма на металните йони.

За образуване на електрическа верига в титрувания разтвор се поставя втори така наречен референтен електрод, например каломелен електрод, чийто потенциал остава постоянен по време на реакцията. Потенциометричното титруване върху неполяризиращи се електроди, в допълнение към гореспоменатите окислително-редукционни реакции, се използва и в реакциите на неутрализация. Металите (Pt, Wo, Mo) се използват като индикаторни електроди в окислително-редукционните реакции. При реакциите на неутрализация най-често се използва стъклен електрод, който в широк диапазон има характеристика, подобна на тази на водородния електрод. За водороден електрод зависимостта на потенциала от концентрацията на водородните йони се изразява със следната зависимост:

Или при 25°C:

При потенциометричното титруване титруването често се използва не до определен потенциал, а до определена стойност на pH, например до неутрална среда pH = 7. Донякъде отделно от общоприетите методи за потенциометрично титруване (без протичане на ток през електродите), разгледани по-горе, са методите за потенциометрично титруване при постоянен ток с поляризируеми електроди. Най-често се използват два поляризуеми електрода, но понякога се използва и един поляризируем електрод.

За разлика от потенциометричното титруване с неполяризируеми електроди, при което практически няма ток, протичащ през електродите, в този случай през електродите (обикновено платина) се пропуска малък (около няколко микроампера) постоянен ток, получен от стабилизиран ток източник. Като източник на ток може да служи високоволтово захранване (около 45 V) с относително голямо съпротивление, свързано последователно. Потенциалната разлика, измерена през електродите, се увеличава рязко, когато реакцията се приближи до еквивалентната точка поради поляризацията на електродите. Потенциалният скок може да бъде много по-голям от титруване с нулев ток с неполяризиращи се електроди.

Изисквания за реакциите при потенциометрично титруване са пълнотата на реакцията; достатъчно висока скорост на реакция (така че резултатите да не чакат и имаше възможност за автоматизация); получаване в реакцията на един бистър продукт, а не на смес от продукти, които могат да бъдат получени при различни концентрации.

Примери за реакции и съответните електродни системи:

Окисление-възстановяванед:

Електродна система:

И в двата случая се използва система, която се състои от платинен електрод и електрод от сребърен хлорид.

Озасажданед:

Ag + + Cl- = AgClv.

Електродна система:

ДА СЕкомплексиранед:

Електродна система:

Графични методи за определяне на крайната точка на титруване. Принципът е визуално да се изследва пълната крива на титруване. Ако начертаем зависимостта на потенциала на индикаторния електрод от обема на титранта, тогава получената крива има максимален наклон, т.е. максимална стойност DE / DV- което може да се приеме като точка на еквивалентност. Ориз. 2.1, показваща точно такава зависимост, е изградена според данните в табл. 2.1.

Таблица 2.1 Резултати от потенциометрично титруване на 3,737 mmol хлорид с 0,2314 F с разтвор на сребърен нитрат

Ориз. 2.1 Криви на титруване на 3,737 mmol хлорид с 0,2314 F с разтвор на сребърен нитрат: а- редовна крива на титруване, показваща площта близо до точката на еквивалентност; б- крива на диференциално титруване (всички данни от таблица 2.1)

Методът на баба. Можете да построите графика DE / DV- промяна в потенциала за обем на порция титрант като функция от обема на титранта. Такава графика, получена от резултатите от титруването, дадени в табл. 2.1 е показано на фиг. 2.2.

Ориз. 2.2 Кривата на Гран, изградена според данните за потенциометрично титруване, представени в табл. 2.1

2.2 Задача: vИзчислете потенциала на платинен електрод в разтвор на железен (II) сулфат, титриран с разтвор на калиев перманганат с 50% и 100,1%; ако концентрацията на йони FeІ ? , Х? и MnO?? равно на 1 mol / dmi

Потенциалът на платинен електрод - електрод от трети вид - се определя от естеството на конюгираната редокс двойка и концентрацията на нейните окислени и редуцирани форми. Този разтвор съдържа пара:

за което:

Тъй като първоначалният разтвор е титриран с 50%, тогава / = 50/50 и 1.

Следователно E = 0,77 + 0,058 lg1 = 0,77 V.

3. Амперометрично титруване

3.1 Амперометрично титруване, неговата същност, условия. Видове криви на титруване в зависимост от естеството на титруваното вещество и титранта в примерите за специфични реакции ти

Амперометрично титруване.За амперометрична индикация при титруване можете да използвате клетка със същото основно разположение като при директна амперометрия. В този случай методът се нарича амперометрично титруване с един поляризиран електрод. По време на титруването токът, предизвикан от аналита, титранта или реакционния продукт, се следи при постоянна стойност на потенциала на работния електрод, която е в диапазона на потенциалите на граничния дифузионен ток.

Като пример нека разгледаме преципитационно титруване на Pb2 + йони с разтвор на калиев хромат при различни потенциали на работния електрод.

Областите на ограничаващи дифузионни токове на редокс двойки Pb2 + / Pb и CrO42- / Cr (OH) 3 са разположени по такъв начин, че при потенциал от 0 V хроматният йон вече се намалява, но йонът Pb2 + не е все пак (този процес се случва само при по-отрицателни потенциали) ...

В зависимост от потенциала на работния електрод могат да се получат криви на титруване с различна форма.

а) Потенциалът е равен на - 1V (фиг. 3.1):

До точката на еквивалентност токът, протичащ през клетката, е катодният редукционен ток на Pb2 + йони. При добавяне на титранта концентрацията им намалява и токът намалява. След точката на еквивалентност токът се дължи на редукция на Cr (VI) до Cr (III), в резултат на което при добавяне на титранта катодният ток започва да се увеличава. В точката на еквивалентност (φ = 1) се наблюдава рязко прекъсване на кривата на титруване (на практика то е по-слабо изразено, отколкото на фиг. 3.1).

б) Потенциалът е 0 V:

При този потенциал Pb2 + йоните не се редуцират. Следователно, до точката на еквивалентност, се наблюдава само малък постоянен остатъчен ток. След точката на еквивалентност в системата се появяват свободни хроматни йони, способни на редукция. В този случай с добавянето на титранта катодният ток се увеличава, както в хода на титруването при - 1V (фиг. 3.1).

Ориз. 3.1 Криви на амперометрично титруване с Pb2 + хроматни йони при работни потенциали на електрода - 1 V и 0 V

В сравнение с директната амперометрия, амперометричното титруване, като всеки титриметричен метод, се характеризира с по-висока точност. Амперометричният метод на титруване обаче е по-трудоемък. Най-широко използваните в практиката са амперометричните техники за титруване с два поляризирани електрода.

Биамперометрично титруване. Този тип амперометрично титруване се основава на използването на два поляризуеми електрода - обикновено платинени, към които се прилага малка потенциална разлика от 10-500 mV. В този случай преминаването на ток е възможно само когато на двата електрода протичат обратими електрохимични реакции. Ако поне една от реакциите е кинетично трудна, електродът се поляризира и токът става незначителен.

Зависимостта на тока-напрежение за клетка с два поляризуеми електрода са показани на фиг. 3.2. В този случай роля играе само потенциалната разлика между двата електрода. Стойността на потенциала на всеки от електродите поотделно остава неопределена поради липсата на референтен електрод.

Фигура 3.2 Зависимости волт-ампер за клетка с два еднакви поляризуеми електрода в случай на обратима реакция без пренапрежение ( а) и необратима реакция с пренапрежение ( б).

В зависимост от степента на обратимост на електродните реакции могат да се получат титрувни криви с различна форма.

а) Титруване на компонент от обратима редокс двойка с компонент на необратима двойка, например йод тиосулфат (фиг. 3.3, а):

I2 + 2S2O32- 2I- + S4O62-.

До точката на еквивалентност ток протича през клетката поради процеса:

Токът нараства до стойността на степента на титруване, равна на 0,5, при която и двата компонента на I2 / I- двойката са в еднакви концентрации. Тогава токът започва да намалява до точката на еквивалентност. След точката на еквивалентност, поради факта, че двойката S4O62- / S2O32- е необратима, настъпва поляризация на електродите и токът спира.

б) Титруване на компонент от необратима двойка с компонент на обратима двойка, например йони As (III) с бром (фиг. 3.3, б):

До точката на еквивалентност електродите са поляризирани, тъй като окислително-редукционната система As (V) / As (III) е необратима. През клетката не протича ток. След точката на еквивалентност токът се увеличава, тъй като в разтвора се появява обратима редокс система Br2 / Br-.

в) Аналитът и титрантът образуват обратими редокс двойки: титруване на йони Fe (II) с йони Ce (IV) (фиг. 3.3, v):

Тук поляризацията на електродите не се наблюдава на нито един етап от титруването. До точката на еквивалентност ходът на кривата е същият като на фиг. 3.3, а, след точката на еквивалентност - както е на фиг. 3.3, б.

Ориз. 3.3 Криви на биамперометрично титруване на йод с тиосулфат ( а), As (III) с бром ( б) и Fe (II) йони от Ce (IV) йони ( v)

3.2 Задача: vелектрохимична клетка с платинен микроелектрод и референтен електрод се поставя с 10,00 cm3 разтвор на NaCl и се титрува с 0,0500 mol/dmi с разтвор на AgNO 3 с обем 2,30 см3. Изчислете съдържанието на NaClв разтвор (%)

Реакцията протича в разтвора:

Ag + + Cl- = AgClv.

V (AgNO3) = 0,0023 (dm3);

n (AgNO3) = n (NaCl);

n (AgNO3) = c (AgNO3) * V (AgNO3) = 0,0500 * 0,0023 = 0,000115,

или 1,15 * 104 (mol).

n (NaCl) = 1,15 * 10-4 (mol);

m (NaCl) = M (NaCl) * n (NaCl) = 58,5 * 1,15 * 10-4 = 6,73 * 10-3 g.

Плътността на разтвора на NaCl се приема за 1 g / cm3, тогава масата на разтвора ще бъде 10 g, следователно:

u (NaCl) = 6,73 * 10-3 / 10 * 100% = 0,0673%.

Отговор: 0,0673 %.

4. Хроматографски методи за анализ

4.1 Фази в хроматографските методи за анализ, техните характеристики. Основи на течната хроматография

Методът на течна разделителна хроматография е предложен от Мартин и Синдж, които показват, че височината, еквивалентна на теоретична плоча на подходящо запълнена колона, може да достигне 0,002 см. Така колона с дължина 10 см може да съдържа около 5000 плочи; висока ефективност на разделяне може да се очаква дори от сравнително къси колони.

Стационарна фаза.Най-често срещаната твърда подложка в разделителната хроматография е силициева киселина или силикагел. Този материал абсорбира силно водата; така, неподвижната фаза е вода. За някои разделения е полезно да включите някакъв вид буфер или силна киселина(или база). Полярни разтворители като алифатни алкохоли, гликоли или нитрометан също са намерили приложение като стационарни фази върху силикагел. Други носители включват диатомит, нишесте, целулоза и натрошено стъкло; вода и различни органични течности се използват за намокряне на тези твърди носители.

Мобилна фаза.Подвижната фаза може да бъде чист разтворител или смес от разтворители, които не се смесват значително със стационарната фаза. Ефективността на разделяне понякога може да се подобри чрез непрекъсната промяна на състава на смесения разтворител с напредването на елуента. (градиентно елуиране).В някои случаи разделянето се подобрява, ако елуирането се извършва с множество различни разтворители. Подвижната фаза се избира основно емпирично.

Съвременните инструменти често са оборудвани с помпа за ускоряване на потока на течност през колоната.

Основните LC параметри, характеризиращи поведението на веществото в колоната, са времето на задържане на компонента на сместа и обемът на задържане. Нарича се времето от момента на инжектиране на анализираната проба до регистрирането на максималния пик време на задържане (елуиране) tР... Времето на задържане се състои от два компонента - времето на престой на веществото в мобилното устройство T0 и неподвижен Tс фази:

TР.= T0 + tс. (4.1)

смисъл T0 всъщност е равно на времето на преминаване на адсорбирания компонент през колоната. смисъл TР не зависи от количеството на пробата, а зависи от естеството на веществото и сорбента, както и от опаковката на сорбента и може да варира от колона до колона. Следователно, за да се характеризира истинският капацитет на задържане, трябва да се въведе коригирано време на задържане t?Р:

T?Р= tР -T0 . (4.2)

За да се характеризира задържането, понятието често се използва задържащ обем VР - обемът на подвижната фаза, който трябва да премине през колоната с определена скорост, за да се елуира веществото:

VР= tРF, (4.3)

където Ф- обемен дебит на подвижната фаза, cm3s-1.

Обемът за измиване на неабсорбируемия компонент (мъртъв обем) се изразява в T0 : В0 = t0 Фи включва обема на колоната, който не е зает от сорбента, обема на комуникациите от устройството за инжектиране на пробата към колоната и от колоната към детектора.

Коригиран обем на задържане V?Р е съответно равен на:

V?Р= VР -V0 . . (4.4)

При постоянни хроматографски условия (скорост на потока, налягане, температура, фазов състав) стойностите TР и VР са строго възпроизводими и могат да се използват за идентифициране на вещества.

Всеки процес на разпределение на веществото между две фази се характеризира с коефициент на разпределение D... Количеството дповедение ° Сс/ ° С0 , където сT и с0 - концентрацията на веществото съответно в подвижната и неподвижната фаза. Коефициентът на разпределение е свързан с хроматографските параметри.

Характеристиката на задържане е и факторът на капацитета к", дефиниран като съотношението на масата на веществото в неподвижна фаза към масата на веществото в подвижната фаза: к" = мн/ мNS... Коефициентът на капацитет показва колко пъти веществото е в неподвижната фаза по-дълго, отколкото в подвижната. Количеството к"изчислено от експериментални данни по формулата:

Най-важният параметър на хроматографското разделяне е ефективността на хроматографската колона, чиято количествена мярка е височината H,еквивалентен на теоретичната табела и броя на теоретичните табели Н.

Теоретичната плоча е хипотетична зона, чиято височина съответства на постигането на равновесие между двете фази. Колкото повече теоретични плочи има в колоната, т.е. как Повече ▼колкото повече е установено равновесие, толкова по-ефективна е колоната. Броят на теоретичните плочи е лесно да се изчисли директно от хроматограмата чрез сравняване на ширината на пика wи време на престой TР компонент в колона:

След като определи ни знаейки дължината на колоната Л, лесно е да се изчисли Х:

Ефективността на хроматографската колона също се характеризира със симетрията на съответния пик: колкото по-симетричен е пикът, толкова по-ефективна е колоната. Симетрията се изразява числено чрез коефициента на симетрия КС, което може да се определи по формулата:

където б0.05 - ширината на върха на една двадесета от височината на върха; Ае разстоянието между перпендикуляра, спуснат от максимума на пика, и предния ръб на пика на една двадесета от височината на пика.

За да оцените възпроизводимостта на хроматографския анализ, използвайте относителното стандартно отклонение ( RSD),характеризиращ дисперсията на резултатите в пробата:

където н- броя на успоредните хроматограми; NS- съдържанието на компонента в пробата, определено чрез изчисляване на площта или височината на съответния пик в хроматограмата; - средната стойност на съдържанието на компонента, изчислена въз основа на данни от паралелни хроматограми; с2 - дисперсия на получените резултати.

Резултатите от хроматографския анализ се считат за вероятни, ако са изпълнени условията за годност на хроматографската система:

Броят на теоретичните плочи, изчислен от съответния пик, трябва да бъде най-малко необходимата стойност;

Коефициентът на разделяне на съответните пикове трябва да бъде най-малко необходимата стойност;

Относителното стандартно отклонение, изчислено за височината или площта на съответния пик, трябва да бъде не повече от необходимата стойност;

Коефициентът на симетрия на съответния пик трябва да бъде в необходимите граници.

4.2 Задача: РИзчислете съдържанието на аналита в пробата (в g и %), като използвате метода на вътрешния стандарт, ако по време на хроматографията се получат следните данни: при калибриране: qB = 0,00735,SB = 6,38 cm²,qST = 0,00869 g,SST = 8,47 cm², -при анализиране:SB = 9,38 cm²,VВ = 47 mmі,qST = 0,00465 g,SST = 4,51 cm²

SST / SВ = k * (qST / qВ);

k = (SST / SВ) / (qST / qВ) = (8,47 / 6,38) / (0,00869 / 0,00735) = 1,123;

qB = k * qST * (SB / SST) = 1,123 * 0,00465 * (9,38 / 4,51) = 0,01086 g.

x,% = k * r * (SB / SST) * 100;

r = qST / qB = 0,00465 / 0,01086 = 0,4282;

x,% = 1,123 * 0,4282 * (9,38 / 4,51) = 100%.

5. Фотометрично титруване

5.1 Фотометрично титруване. Същност и условия на титруване. Криви на титруване. Предимства на фотометричното титруване в сравнение с директна фотометрия

Фотометрични и спектрофотометрични измервания могат да се използват за улавяне на крайната точка на титруването. Крайната точка на директното фотометрично титруване се появява в резултат на промяна в концентрацията на реагента и реакционния продукт, или и двете едновременно; очевидно поне едно от тези вещества трябва да абсорбира светлина при избраната дължина на вълната. Индиректният метод се основава на зависимостта на оптичната плътност на индикатора от обема на титранта.

Ориз. 5.1 Типични криви на фотометрично титруване. Моларните коефициенти на абсорбция на аналита, реакционния продукт и титранта са обозначени съответно със символите еs, еp, еt.

Криви на титруване. Фотометричната крива на титруване е графика на коригираната абсорбция спрямо обема на титранта. Ако условията са избрани правилно, кривата се състои от два прави участъка с различни наклони: единият от тях съответства на началото на титруването, а другият - на продължението отвъд точката на еквивалентност. Често се наблюдава забележима флексия близо до точката на еквивалентност; крайната точка е точката на пресичане на отсечки от права линия след екстраполация.

На фиг. 5.1 показва някои типични криви на титруване. При титруване на неабсорбиращи вещества с оцветен титрант с образуване на безцветни продукти се получава хоризонтална линия в началото на титруването; отвъд точката на еквивалентност, оптичната плътност нараства бързо (фиг.5.1, крива а). Когато оцветените продукти се образуват от безцветни реагенти, напротив, отначало се наблюдава линейно увеличение на оптичната плътност, а след това се появява област, в която абсорбцията не зависи от обема на титранта (фиг.5.1, крива б). В зависимост от спектралните характеристики на реагентите и реакционните продукти са възможни и криви с други форми (фиг. 5.1).

За да бъде крайната точка на фотометричното титруване достатъчно отчетлива, абсорбиращата система или системи трябва да се подчиняват на закона на Биър; в противен случай се нарушава линейността на участъците от кривата на титруване, която е необходима за екстраполация. Освен това е необходимо да се въведе корекция за промяната в обема чрез умножаване на оптичната плътност по коефициент (V + v) / V,където Vе началният обем на разтвора, a v- обем на добавения титрант.

Фотометричното титруване често осигурява по-точни резултати от директния фотометричен анализ, тъй като данните от множество измервания се комбинират, за да се определи крайната точка. Освен това при фотометрично титруване може да се пренебрегне наличието на други абсорбиращи вещества, тъй като се измерва само промяната в абсорбцията.

5.2 Задача: н avescu от калиев дихромат с тегло 0,0284 g се разтваря в мерителна колба с вместимост 100,00 ml. Оптичната плътност на получения разтвор при l макс= 430 nm е равно на 0,728, когато дебелината на абсорбирания слой е 1 cm. Изчислете моларната и процентната концентрация, моларните и специфични коефициенти на абсорбция на този разтвор

където е оптичната плътност на разтвора; e - моларен коефициент на абсорбция на веществото, dm3 * mol-1 * cm-1; с - концентрация на абсорбиращо вещество, mol / dm3; l е дебелината на абсорбиращия слой, вж

където к- специфичен коефициент на абсорбция на веществото, dm3 * g-1 * cm-1.

n (K2Cr2O7) = m (K2Cr2O7) / M (K2Cr2O7) = 0,0284 / 294 = 9,67 * 10-5 (mol);

c (K2Cr2O7) = 9,67 * 10-5 / 0,1 = 9,67 * 10-4 (mol / L);

Плътността на разтвора K2Cr2O7 се приема за 1 g / cm3, тогава масата на разтвора ще бъде 100 g, следователно:

u (NaCl) = 0,0284 / 100 * 100% = 0,0284%.

e = D / cl = 0,728 / 9,67 * 10-4 * 1 = 753 (dm3 * mol-1 * cm-1).

k = D / cl = 0,728 / 0,284 * 1 = 2,56 (dm3 * g-1 * cm-1).

6. Опишете и обяснете възможността за използване на инструментални методи за анализ (оптичен, електрохимичен, хроматографски) за качествено и количествено определяне на цинков хлорид

хлорид ZnCl2; М = 136,29; bts триг., дифузен; с = 2,9125; tm = 318; кипене = 732; С°р = 71,33; S° = 111,5; DN° = -415,05; DG° = -369,4; DNpl = 10,25; DNisp = 119,2; y = 53,8320; 53,6400; 52,2700; р = 1428; 10506; s = 2080; 27210; 36720; 40825; 43830; 45340; 47150; 49560; 54980; 614100; c.r.ef.; r.e. 10012.5, ак. 43,518; празник. 2,620; н.р.ж. NH3.

Цинковият хлорид ZnCl2 е най-изследваният от халогенидите, получен чрез разтваряне на цинкова смес, цинков оксид или метален цинк в солна киселина. Безводният цинков хлорид е бял гранулиран прах, състоящ се от шестоъгълно-ромбоедрични кристали, лесно се топи и при бързо охлаждане се втвърдява под формата на прозрачна маса, подобна на порцелан. Разтопеният цинков хлорид води доста добре електричество... При запалване цинковият хлорид се изпарява, парите му кондензират под формата на бели игли. Той е много хигроскопичен, но в същото време е лесно да се получи безводен. Цинковият хлорид кристализира без вода при температури над 28 ° C и от концентрирани разтвориможе да бъде изолиран безводен дори при 10 ° C. Във вода цинковият хлорид се разтваря с отделяне на голямо количество топлина (15,6 kcal / mol). В разредени разтвори цинковият хлорид се дисоциира добре на йони. Ковалентната природа на връзката в цинковия хлорид се проявява в добрата му разтворимост в метилови и етилови алкохоли, ацетон, диетилов етер, глицерин, етилацетат и други кислород-съдържащи разтворители, както и диметилформамид, пиридин, анилин и други азотсъдържащи основни съединения.

Цинков хлорид има тенденция да се образува комплексни соли, съответстващи на общи формули от Me до Me4, но най-често срещаните и стабилни соли са тези, в които четири хлорни аниона са координирани близо до цинковия атом, а съставът на повечето соли съответства на формулата Me2. Както показва изследването на спектрите на Раман, в разтворите на самия цинков хлорид, в зависимост от неговата концентрация, могат да присъстват йони 2+, ZnCl + (ad), 2-, а йони - или 2- не се откриват. Известни са и смесени комплекси с аниони на няколко киселини. По този начин, образуването на сулфатно-хлоридни цинкови комплекси в разтвори беше доказано чрез потенциометрични методи. Открити са смесени комплекси: 3-, 4-, 5-.

Количествено и качествено ZnCl2 може да се определи чрез Zn2 +. Количествено и качествено може да се определи фотометрично от абсорбционния спектър. Например, с такива реагенти като дитизон, мурексид, арсазен и др.

Спектрално определяне на цинк... Методите за спектрален анализ са много удобни за откриване на цинк. Анализът се извършва на група от три реда: 3345, 02 I; 3345,57 I 3345,93 I A, от които първата е най-интензивна, или за двойка линии: 3302,59 I и 3302,94 I A.

Изпратете вашата добра работа в базата от знания е лесно. Използвайте формуляра по-долу

Студенти, специализанти, млади учени, които използват базата от знания в своето обучение и работа, ще ви бъдат много благодарни.

ФЕДЕРАЛНА АГЕНЦИЯ ЗА ОБРАЗОВАНИЕ

ДЪРЖАВНА УЧЕБНА ИНСТИТУЦИЯ

ВИСШЕ ПРОФЕСИОНАЛНО ОБРАЗОВАНИЕ

ОБНИНСК ДЪРЖАВЕН ТЕХНИЧЕСКИ

УНИВЕРСИТЕТ ПО ЯДРЕНА ЕНЕРГИЯ (IATE)

Факултет по природни науки

С. В. КРУГЛОВ, Т. В. МЕЛНИКОВА

Лабораторен цехпо тарифа

"Инструментални методи за анализ"

Обнинск 2007г

УДК 502/504 (076.5)

Круглов С.В., Мельникова Т.В. Лабораторен семинар по дисциплината "Инструментални методи за анализ". - Обнинск: IATE, 2007 .-- 84 с.

Урокът съдържа описание на лабораторната работа и обобщениетеоретични основи на електрохимичните, спектралните и хроматографските методи за анализ, широко използвани в мониторинга околната средаи в екологични проучвания. В края на всяка глава са предоставени въпроси от контролния списък, за да се провери консолидирането на материала.

Приложението разглежда традиционните методи математическа статистикаи тяхното приложение за обработка на резултатите от измерването.

Помагалото е предназначено за ползване от студенти, обучаващи се в специалностите 020801 - екология и 020803 - биоекология.

© Щат Обнинск Технически университетядрена енергия, 2007 г.

ВЪВЕДЕНИЕ

Оценката на екологичната ситуация включва аналитичен контрол (мониторинг) на природни обекти, които са изключително разнообразни по характер и състав. Между тях въздушни маси, вода, почва, растения, селскостопански продукти, храни от животински и растителен произход и други. Естествените матрици са един от най-трудните обекти за анализ, включително броя на контролираните компоненти, а аналитичните задачи често са свързани с определянето на изключително ниски количества вещества, присъстващи в природни обекти на ниво части на милион или части на милион ( ppm, ppb) ...

Терминът "инструментални методи за анализ" се появява през 60-те години на миналия век за обозначаване на аналитични методи, основани на използването на специализирана апаратура за извършване на специфични видове измервания. индустриален мащаби позволява да се улесни подготовката на проби, да се автоматизира процеса на измерване и да се обработват резултатите от анализа с помощта на методите на математическата статистика. В момента това е една от модерните и интензивно развиващи се области на аналитичната химия и физика, съчетаваща най-новите постижения на различни клонове на науката и технологиите и широко използваща възможностите на микропроцесорната технология.

Увеличават се и изискванията към квалификацията на анализаторите. Те трябва да притежават знанията и методите не само на аналитичната химия, но и на математическата статистика, без които е невъзможно да се гарантира качеството на анализа, да се сведат до минимум и да се предотвратят грешките, да се идентифицират причините, причиняващи грешни резултати (Приложение 1).

Целта на лабораторния семинар? да даде обща представа за текущото състояние, теоретичните основи, инструменталното оборудване и възможностите на инструменталните методи за анализ, най-широко използвани в изследванията на околната среда, както и да възпитава умения за работа с оборудването.

ОСНОВНИ ХАРАКТЕРИСТИКИ НА МЕТОДИТЕ ЗА ИНСТРУМЕНТАЛЕН АНАЛИЗ

Поради своята многовариантност инструменталните методи за анализ осигуряват необходимата селективност на определения, имат високи метрологични показатели в широк диапазон от вариращи концентрации на определените компоненти. Нито един от съвременните методи за анализ обаче не е универсален, така че изборът на метод, който е подходящ за решаване на конкретен проблем, трябва да бъде внимателен. Когато се сравнява всеки аналитичен метод с други, е необходимо да се вземат предвид редица показатели, които заедно характеризират метода:

област на приложение? обекти на анализ и номенклатура на вещества (неорганични и органични), определянето на които е възможно с помощта на този метод;

работен диапазон на определени концентрации? интервалът, в който е възможно да се определи компонентът без използване на допълнителни етапи на разреждане или концентрация;

линеен обхват? способността на метода да дава аналитичен сигнал, правопропорционален на концентрацията на аналитите в пробата (директно или след преизчисляване на данните с помощта на известни математически функции);

селективност? способността да се определи веществото, което представлява интерес, в присъствието на интерфериращи компоненти или под действието на интерфериращи фактори (например матрични ефекти);

метрологични характеристики? чувствителност на откриване, граница на откриване, възпроизводимост, точност и точност на резултатите от измерването;

производителност на оборудването? времето, прекарано за едно измерване, общата продължителност на анализа, като се вземе предвид подготовката на пробите, измерването и предаването на резултатите, автоматизацията на процесите на подготовка на проби, измерване и предаване на резултатите;

хардуер? сложността и цената на хардуера, възможността за използването му в производствени и полеви условия;

изисквания към обучението и квалификацията на персонала (лаборант, инженер, необходимост от специално обучение).

Все още не са разработени методи, които да отговарят еднакво на всички горепосочени изисквания, но основните условия могат да бъдат изпълнени при използване на съвременни физикохимични методи за анализ и техните комбинации.

Когато избирате подходящ метод, трябва да вземете предвид и:

групови характеристики и особености на физикохимичните свойства на веществата, които се определят;

физични свойства и химичен състав на матрицата на изследваните обекти;

възможния диапазон на промени в концентрацията на аналита в контролните обекти;

изисквания за метода за приготвяне на проба от вещество преди измерване.

Броят на инструменталните методи включва както съвременни високоефективни методи за многоелементен анализ, които изискват сложно и скъпо оборудване, високо квалифициранобслужващият персонал, добре познат от дълго време, е доста прост и евтин, но продължава да се модернизира. Ако първите изискват високи еднократни разходи (висока цена на устройствата), то второто? относително големи оперативни разходи (висока интензивност на труда). При масовите анализи се препоръчват еднократни разходи за закупуване на модерно високопроизводително оборудване, но малък брой анализи се извършват най-добре чрез методи, които изискват относително евтини инструменти.

ЕЛЕКТРОХИМИЧНИ МЕТОДИ

Електрохимичните методи за анализ играят важна роля в съвременната аналитична химия, тъй като се характеризират с висока чувствителност, ниски граници на откриване, широк спектър от определено съдържание, простота и ниска цена на оборудването. Електрохимичното откриване също често се използва в хибридните методи за анализ (хроматография, електрофореза, анализ на инжекционен поток).

Методите се основават на използването на процеси на електронен трансфер или йонообмен, протичащи на повърхността на електрода или в околоелектродното пространство. Аналитичен сигнал е всеки електрически параметър (потенциал, ток I, електродвижеща сила E, съпротивление R и др.), измерен с достатъчна точност и функционално свързан със състава и концентрацията на разтвора.

Всички електрохимични методи се основават на реакциите, протичащи в електрохимичните системи, състоящи се от следните основни части:

1) проводници от първи вид? Електронно проводими вещества в контакт с електролит? електроди;

2) проводници от втори вид? вещества с йонна проводимост? електролити;

3) проводници, които осигуряват преминаването на ток между електродите? външна верига.

На интерфейса електрод - електролит се пренася електрически заряд, т.е. възниква електрохимична реакция. По посока на процеса на взаимно преобразуване на електрически и химични форми на енергия се разграничават два вида електрохимични системи: електролитна клетка и галванична клетка (фиг. 1 а, б). Електролитната клетка е система, в която се извършват химични трансформации на вещества върху електродите поради външен електрически ток. Галваничният елемент е система, в която поради химични трансформации на вещества върху електродите във външна верига възниква електрически ток.

Когато постоянен електрически ток преминава през клетката, на един електрод възниква редукционна реакция (прикрепването на електрони към йоните или молекулите, които трябва да бъдат намалени):

KOx + mз KRed,

на другия електрод - окислителна реакция (загуба на електрони от окислителни йони или молекули):

ARred - nз AOx.

Ориз. 1. Схематично представяне на електрохимични системи: а - електролитна клетка (електролизер); б? галванична клетка

Броят на получените и дадени nz електрони трябва да е равен, следователно уравнението на редокс процеса може да бъде записано във формата:

aKOx + bARed = cKRed + dAOx ,.

където индексите “Ox” и “Red” означават окислените и редуцираните форми на веществата.

Редукционните реакции се наричат ​​катодни, окислителни? анод. В съответствие с естеството на реакциите, протичащи върху електродите, те се наричат ​​катод и анод. Галваничната клетка е обратната система на електролитната клетка: катодът има положителен знак на заряд, а анодът? отрицателен.

Ако химическият потенциал на метала, използван като електрод Me1, е по-голям от неговия потенциал в разтвора, металът се разтваря и йоните Me1 + преминават в разтвор. Обратният процес на отделяне на метала от разтвора протича с по-ниска скорост. Електроните се натрупват на повърхността на електрода и той се зарежда отрицателно, така че йоните не дифундират в дълбочината на електролита, а остават на електрода. С течение на времето се установява динамично равновесие: колко йони влизат в разтвора, същото количество се връща от разтвора към метала. Повърхността на електрода придобива отрицателен заряд, съседният електролитен слой е равен на него положителен и на интерфейса разтвор-метал се образува двоен електрически слой, който съответства на потенциален скок, наречен равновесен електроден потенциал 1 на системата (Me10 / Me1 +).

Когато потенциалът на елемент в разтвор е по-висок от потенциала на неговата метална форма, йони Me2 + се сорбират върху повърхността на електрода и той се зарежда положително, а съседният електролитен слой? отрицателен поради привличането на йони с противоположен знак от разтвора. Образува се двоен електрически слой, съответстващ на плочите на физическия кондензатор, и се появява потенциален скок на фазовата граница, която е равновесният електроден потенциал 2 на системата (Me20 / Me2 +). Когато контактът K е затворен, амперметърът ще покаже наличието на ток във веригата, т.к получихме електрическа верига, в която два електрода имат различни потенциали, което води до появата на ЕМП. Потенциали 1 и 2 могат да се различават по големина и знак.

Електрохимичните методи за анализ се подразделят на:

методи, базирани на електродни реакции, протичащи в отсъствието на външен източникток (потенциометрия, йонометрия с йон-селективни електроди);

методи, използващи електродни реакции, протичащи под ток (волтаметрия, кулометрия);

методи, при които ходът на електродните реакции не се взема предвид или те липсват (кондуктометрия).

Електрохимичните методи за анализ се използват за директни измервания с помощта на „аналитичния сигнал? състав на разтвора", или в комбинация с методи за обемен анализ за установяване на крайната точка на титруването.

Видове електроди, използвани в електрохимичните методи

Разграничаване на обратими и необратими електроди. При реверсивни електроди, когато посоката на електрическия ток се промени, протичат реакции, които са противоположни по посока (например Cu метал в разтвор, съдържащ Cu2 + йони):

Cu Cu2 + + 2h и Cu2 + + 2h Cuv.

На необратими електроди, когато посоката на тока се промени, се появяват реакции, които не са противоположни една на друга (Cu в кисел разтвор):

Cu Cu2 + + 2h и 2H + + 2h H2 ^.

Реверсивните електроди могат да бъдат съставени от обратими електрохимични вериги (двойки, галванични елементи).

Класификация на реверсивните електроди

Електроди тип I? метал, потопен в разтвор на неговата сол. Той образува редокс система, в която електродният потенциал се определя от относителната активност (концентрацията) на йони в разтвора. Електродите от първия вид включват живак, сребро, платина, мед, кадмий и други. Защото дейност твърда материяпри дадена температура е постоянна и равна на единица, електродният потенциал ще се определи от израза:

, (1)

където? равновесен потенциал; 0 - стандартен потенциал; R - моларна газова константа (8,314 J mol-1 K-1); T е температурата (K); n е броят на електроните, участващи в реакцията; F - константа на Фарадей (96496 C mol-1); a е активността на йони в разтвор.

Стандартен електроден потенциал 0? това е потенциалът на електрода при T = 25C, P = 1 atm. и активността на йони, определящи потенциала, равна на 1. За всеки метал 0 стойността е постоянна, може да се намери в таблицата на стандартните електродни потенциали.

Газовият водороден електрод (Pt) H2, H + принадлежи към електродите от първия вид, които са обратими по отношение на катиона. равновесие се установява върху платиновия електрод, когато той е наситен с водород:

2H + + 2h H2 (адсорбиран) H2 (газ).

Потенциалът на водородния електрод обикновено се приема равен на нула, а на всеки друг електрод, измерен спрямо него, се приписва потенциал, равен на emf. получената галванична клетка. Зарядът на електрод, изработен от метал, който е в поредицата от дейности след водорода, ще бъде отрицателен, преди водорода ще бъде положителен.

Електроди тип II? метал, покрит със слой от неговото слабо разтворимо съединение (сол, оксид, хидроксид) е в равновесие с разтвор, съдържащ излишък от силно разтворима сол със същия анион. Потенциалът на електрода се определя от концентрацията на аниона

Този тип включва Ag | AgCl | Cl- сребърен хлорид електрод, който често се използва като референтен електрод.

Инертни електроди? инертно вещество с електронна проводимост (най-често Pt или Ag тел в стъклена витрина), потопено в разтвор, съдържащ вещества в различни степени на окисление. Електродът изпълнява функцията за прехвърляне на електрони от редуцираната към окислена форма на веществото и поема потенциала на редокс система, съществуваща в разтвора:

където aOx и aRed са активността на йони в окислена и редуцирана форма. Ако използваме връзката между активността на йон в разтвор и неговата концентрация a = c, уравнението на Нернст установява зависимостта на стойността на равновесния потенциал от концентрацията на йони:

където COx и CRed са концентрацията на окислената и редуцираната форма на веществото в разтвора.

Йонообменните (йоно-селективни, мембранни) електроди се състоят от вещество с активна функция (йонообменник) и разтвор, който може да обменя йони:

A + u + M + p A + p + M + u,

където индексите "i" и "p" означават йони в състава на йонообменника и в разтвор.

Реакцията се характеризира с равновесна (обменна) константа, която определя степента на заместване на йони от един вид в йонообменника с йони от друг вид от разтвора:

Кобмена = Ar Mi / Ai Mr.

Когато се установи равновесието на обменния процес, повърхността на йонообменника и съседния разтвор придобиват електрически заряди с противоположен знак, на границата на йонообменника? разтвор се появява електрически двоен слой, който съответства на потенциален скок. Потенциалът на електрода се определя от израза

E = E0 + / zAlg (A + KA / B (B) zB / zA), (5)

къде е Е0? константа в зависимост от стойностите на стандартните потенциали на вътрешните и външните референтни електроди и естеството на ISE мембраната; A, zA и B, zB са активностите и зарядите съответно на основните (потенциално определящи) и чуждите (интерфериращи) йони; KA/B? коефициент на селективност на електрода по отношение на определения йон A + на фона на интерфериращи йони B +.

Тази група включва стъклен електрод и йон-селективни електроди (ISE) за определяне на катиони и аниони.

Потенциометрични методи

Методите за потенциометричен анализ се основават на измерването на електродвижещата сила (E) на реверсивна галванична клетка, състояща се от два електрода? индикатор и референтен електрод, потопени в един разтвор (верига без пренос) или в два разтвора, различни по състав (верига с трансфер), свързани чрез течен контакт (електролитен мост). E е потенциалната разлика между двата електрода на системата:

E = B - A. (6)

Референтен електрод? електродът, чийто потенциал не зависи от състава и концентрацията на анализираните разтвори, е постоянен по време на процеса на измерване и служи изключително за определяне на потенциала на индикаторния електрод (в този случай промяната в E на галваничната клетка се определя от промяната в равновесния потенциал на индикаторния електрод). Като референтни електроди обикновено се използват електроди тип II (сребърен хлорид, E0 = +0,1988 V при 25 ° C).

Потенциалът на индикаторния електрод трябва незабавно да се настрои в съответствие с концентрацията на анализираните йони в разтвора и да не зависи от концентрацията на други йони. В потенциометрията се използват два класа индикаторни електроди.

1. Електроди, в междуфазните граници на които протичат процеси на електронен обмен. Тяхното функциониране се основава на зависимостта на равновесния потенциал от концентрацията на тестовия разтвор, описана с уравнението на Нернст:

, (7)

къде е Е? равновесен потенциал; E0? стандартен потенциал (равен на равновесния потенциал, когато активностите на всички вещества, участващи в електрохимичната реакция, са равни на 1); н? броят на електроните, участващи в реакцията; aOx и aRed? активност на йони в окислена и редуцирана форма.

Коефициентът пред знака на логаритъма се нарича наклон на функцията на електрода (S) и има числова стойност от 59,2 mV (n = 1) или 29,4 mV (n = 2) при 25 ° C.

Най-често това са активни метални електроди тип I (Ag, Cu, Cd и др.) или инертни метали (Pt, Pd). Al, Fe, Ni, Ti, Cr и други метали, които се характеризират с невъзпроизводими потенциали, не могат да се използват като индикаторен електрод, което се обяснява с образуването на оксидни слоеве върху металната повърхност, нейните напрежения и деформации.

2. Електроди, на интерфазните граници на които протичат йонообменни процеси (ISE). Потенциалът на система, състояща се от референтен електрод и ISE, потопен в тестовия разтвор, се описва с модифицираното уравнение на Нернст (уравнението на Николски-Айзенман):

, (8)

къде е Е? константа в зависимост от стойностите на стандартните потенциали на вътрешните и външните референтни електроди и естеството на ISE мембраната; ai и zi, ak и zk? съответно активността и зарядите на основните (потенциоопределящи) и чужди йони; Ki/k? коефициентът на селективност на ISE по отношение на определящия потенциал йон (i) в присъствието на чужд йон (k). Добрите ISE имат коефициент на селективност 10-3-10-5.

Понастоящем индустриално се произвеждат няколко десетки вида ISE, предназначени за определяне на различни йони в разтвори със сложен състав. Тази група включва и стъклен електрод, обратим по отношение на H + йони.

Според метода на извършване на измервания те се разграничават:

директен потенциометричен анализ - определяне на активността (концентрацията) на йони в разтвор чрез измерената стойност на равновесния потенциал на съответния индикаторен електрод (рН-метрия, йонометрия с ISE);

потенциометрично титруване? регистриране на промените в потенциала на индикаторния електрод по време на химическата реакция на открития йон с подходящ реагент и индикация на крайната точка на титруване (еквивалентна точка).

Директна потенциометрия (йонометрия)

За измерване на ЕМП на галванични клетки с ISE най-често се използват електронни волтметри от различни марки с високо входно съпротивление (йонометри, pH и pX метра).

Когато работите с ISE, необходимо ли е да го калибрирате предварително? установяване на връзката между електродния потенциал и активността (концентрацията) на определяните йони. За конструиране на калибровъчна графика в координатите E? Pai (E? Pci), се използва серия от стандартни разтвори на аналита, получени чрез последователно разреждане на първоначалния разтвор с известна концентрация. Стойността pai (pci) се изчислява като отрицателен логаритъм на активността (концентрацията) на йона: pai = -lgai. Предполага се, че коефициентът на активност на изследвания йон е известен или може лесно да бъде изчислен. Формата на функцията на електрода за еднозареден катион е показана на фиг. 2.

Въз основа на резултатите от калибрирането се определят следните електрохимични характеристики на йон-селективния електрод:

линейна) област на функцията на електрода? интервалът на линейната зависимост на потенциала от активността (концентрацията) на потенциалоопределящите йони;

наклона на електродната функция S? ъгловия коефициент на наклона на калибровъчната графика E? pai (E? pci) спрямо оста на абсцисата;

границата на откриване на потенциално-определящия йон (cmin), за която се екстраполира линейната част на зависимостта Ep pci, точката на пресичане с оста на абсцисата съответства на стойността на cmin.

време за реакция? времето за достигане на стационарния потенциал;

селективност на електрода по отношение на открития йон в присъствието на други йони.

Потенциометрично титруване

Титруването се извършва по всеки известен метод (киселинно-основни и редокс реакции, процеси на утаяване или комплексообразуване), а краят на реакцията се установява чрез рязка промяна в потенциала на индикаторния електрод - потенциален скок в точката на еквивалентност (TE ). Индикаторният електрод се избира в зависимост от вида на протичащата химическа реакция и естеството на йони, определящи потенциала.

Криви на титруване. В процеса на потенциометрично титруване концентрацията на реагентите или йони се променя през цялото време, което води до промяна в равновесния потенциал на електрода. Ако използвате уравнението на Нернст за изчисляване на стойностите на Ei за различни моменти на титруване и изграждане на графика в координати Ei-V, където V? обем на добавения титрант (ml), след което получаваме крива на титруване с рязък скок на електродния потенциал (фиг. 3). Има няколко графични начина за намиране на крайната точка на титруване.

Метод 1. Създайте интегрална крива в координатите E (pH)?V (обем на титранта) и начертайте две допирателни към плитките долен и горен клон на кривата (фиг. 3а). Третата допирателна се тегли към низходящата (или възходящата) част на кривата, докато се пресече с първите две. Получената права отсечка се намалява наполовина и се получава крайната точка на титруване m (TE). Чрез понижаване на перпендикуляра на абсцисата от тази точка се намира обемът на титранта Ve, съответстващ на TE.

Фиг. 3. Потенциометрични криви на титруване: интеграл (a), диференциал (b) и втора производна (c)

Метод 2. По-точен начин за намиране на крайната точка на титруването Veq е да се изгради диференциална крива в координати (E / V) - V (ml), където E и V са разликата между втория и първия, между трети и втори и т.н. стойности на E и V, съответно. Кривата има пикообразна форма (фиг. 3b), а крайната точка на титруването съответства на максимума на пика. Перпендикулярът, спуснат върху оста на абсцисата от точката на пресичане на двата възходящи клона на кривата, показва обема на титранта Ve, изразходван за завършване на реакцията.

Метод 3. Когато крайната точка на титруването трябва да бъде фиксирана най-точно (особено в случай на асиметрични криви на титруване или при малък потенциален скок), използвайте втората производна 2E / 2V. Изобразете графично зависимостта на 2E / 2V от V (ml) и свържете краищата на двата клона на кривата, които са разположени от противоположните страни на оста на абсцисата (фиг. 3c). Точката на пресичане на получената крива с абсцисата дава обема на титранта, съответстващ на ТЕ.

Волтамперометрични методи

Волтамперометрията включва група методи и техните модификации, базирани на изследване на зависимостта на тока в електролитната клетка от стойността на потенциала, приложен към работния (индикаторен) микроелектрод, потопен в анализирания разтвор. Аналитичният сигнал при количествения анализ е силата на тока, която зависи от концентрацията на разтвора на електролита.

Когато постоянен ток преминава през електрическа клетка, преносът на електричество се извършва поради следните явления:

насочено движение на електрони в метални проводници (метална проводимост);

движение на заредени частици в електролитен разтвор (йонна проводимост);

електрод-редокс реакции на интерфейса електрод-електролит.

За да премине постоянен ток през електролитната клетка, за всеки вид йони трябва да се достигне потенциалът за тяхното освобождаване или разреждане на съответния електрод. За да направите това, напрежението U трябва да се приложи към клемите на клетката:

U = EA? EK + IR, (9)

къде са EA и EK? електроден потенциал на анода и катода, V; IR? спад на напрежението в електролита между електродите, V.

На практика се изисква да се приложи по-високо напрежение от изчисленото съгласно (9), тъй като настъпва поляризация на електродите:

U = EA? EK + IR + V, (10)

къде е V? допълнително напрежение на клемите на клетката поради поляризационни явления при катода и анода.

къде са А и К? поляризация (пренапрежение) на анода и катода.

Поляризацията на електрода е явлението на преминаване на система под действието на външен източник на ток от равновесно в неравновесно състояние, придружено от промяна в потенциала на електрода, както и разликата между потенциала E на електрода под ток и неговият равновесен потенциал Ep в същия електролит:

E - еп. (12)

За анодния процес стойността на електродния потенциал под ток е по-положителна от равновесния потенциал и A има знак (+). За катодния процес електродният потенциал под ток е по-отрицателен от равновесния, а K има знак (?).

Поляризацията на електрода е функция от плътността на тока (колкото по-висока е плътността на тока, толкова по-голяма е нейната стойност) и е свързана с явленията на инхибиране на електродния процес, който включва няколко етапа. Когато естеството на ограничителния етап е известно, вместо термина „поляризация“ се използва терминът „пренапрежение“. Като цяло, поляризацията на електрода е равна на сумата от всички видове пренапрежения:

D + e + r +,. (13)

къде? дифузия; д? електрохимичен (пренапрежение на електронен възел); r? реакционна (химическа) и f? фазово пренапрежение, респ.

Ако скоростта на ограничителния етап се увеличава с промяна в условията на електродния процес, електродният потенциал намалява. Това намаляване на потенциала се нарича деполяризация, а веществото, причиняващо ефекта? деполяризатор.

Волтаметрията използва поляризуем работен електрод с малка повърхност и неполяризиран референтен електрод. Ако веществото, което трябва да се определи, може да се възстанови, когато ток преминава през неговия разтвор в клетката, работният електрод се прави катод; ако веществото е окислено? анод.

Референтният електрод има високо вътрешно съпротивление и следователно е силно поляризиран. За да се намали поляризацията на референтния електрод, успоредно на него е свързан спомагателен електрод. Ако повърхността му е много по-голяма от повърхността на работния микроелектрод, спомагателният електрод не е поляризиран при промяна на тока в клетката и потенциалът му остава постоянен. Чрез намаляване на преминаващия ток, поляризационните явления на референтния електрод също са сведени до минимум.

Определянето се извършва във фонов електролит? разтвор на силен електролит, чиято концентрация е 100-1000 пъти по-висока от концентрацията на аналита. Фоновите електролитни йони са електрохимично индиферентни и не участват в електродните реакции, но повишават проводимостта на разтвора. Следователно можем да пренебрегнем IR в уравнение (9) и да го трансформираме:

U = Ераб + зраб. (четиринадесет)

Придвижвайки се към работния електрод, катионите на фоновия електролит (или аниони, в зависимост от знака на заряда на работния електрод) не се разреждат върху него при даден потенциал. Оставайки на повърхността на електрода и образувайки двоен електрически слой, те екранират електрическото му поле. В резултат на това йоните на аналита не се привличат от това поле и се движат в разтвора само поради дифузия. Скоростта на йонна дифузия контролира скоростта на електрохимичния процес като цяло, поради което стойността на граничния дифузионен ток ще бъде пропорционална на концентрацията на анализираните йони в разтвора.

Характеристики на класическата волтамограма. Кривата волт-ампер служи като източник на информация за електродния процес, протичащ върху работния електрод. В частния случай, когато падащ живачен електрод служи като индикатор, кривата на зависимостта на силата на тока от външното напрежение се нарича полярограма. Типичен изглед на кривата ток-напрежение е показан на фиг. 4а.

При ниски стойности на потенциала йоните на аналита не се разреждат при микроелектрода, т.к техният разряден потенциал все още не е достигнат и токът не преминава през интерфейса. Малък ток се дължи на изхвърлянето на повече електроположителни примеси и се нарича остатъчен (раздел I).

Публикувано на http://www.allbest.ru/

Ориз. 4. Волт-амперни криви в координати I?E: a? класическа волтамограма; б? променлив ток.

При по-нататъшно увеличаване на напрежението се достига разрядният потенциал на изследваните йони Ei, протича електрохимична реакция върху електрода и токът рязко нараства (участък II). Това е токът на Фарадей, който нараства до определена гранична стойност, след което остава практически постоянен с по-нататъшно увеличаване на потенциала. Има ограничаващ дифузионен ток Ipr (участък III).

Характеристиките на класическата волт-амперна крива са полувълнов потенциал, дифузионен ток и наклон.

1. Потенциалът на полувълна, E1 / 2 (B) характеризира естеството на разрядния йон и е пряко свързан със стойността на E0 на редокс системата. След определяне на E1 / 2, съгласно референтните таблици, е възможно да се установят йоните на кое вещество участват в електрохимичната реакция на работния електрод (качествен анализ).

2. Дифузионен ток, I (μA). Ако в клетката присъства голямо количество (0,1 × 1 M) индиферентен електролит по време на запис на кривата на напрежението, стойността на тока, протичащ през клетката, се определя от скоростта на йонна дифузия. Ограничаващият дифузионен ток (Ipr, μA) или пропорционалната на него височина на вълната (H, mm) линейно зависят от концентрацията на йони в разтвора. Функционалната зависимост на Ipr от концентрацията на определения йон (15) е в основата на количествения анализ. След като се определи Ipd от волтамограмата, се изчислява концентрацията на интересуващото ни вещество.

Ipr = Kc. (15)

3. Наклон на кривата ток-напрежение, ctg b (mV). За обратимо възстановяване на йони, връзката между дифузионния ток и потенциала във всяка точка на възходящата вълна се описва с уравнението:

къде съм аз ток, μA (или височина на вълната, mm) във всяка точка на възходящата част на вълната; IPR? ток, μA (височина на вълната, mm) при 25 ° C при потенциалния диапазон на ограничаващия дифузионен ток.

В координатите log (I / (Ipr-I))?E, обратимата полярографска вълна се изразява като права линия с котангенс на наклона ctg a = 59 / n mV (при 25 ° C). Сравнението на експерименталните и теоретичните стойности дава възможност да се оцени обратимостта на електродния процес. Ако обратимостта на процеса се докаже чрез независим метод, зависимостта дава възможност да се определи броят на електроните, участващи в електродния процес.

Характеристиките на волтамограмата на променлив ток са пиковият потенциал, пиковият ток и ширината на пика (фиг. 4б).

1. Потенциалът на пика, En (B) характеризира естеството на зареждащия йон. За процес с обратим електрод, Ep = E1 / 2.

2. Пиковият ток Ip (μA) или височината на пика, пропорционална на него (H, mm), зависи линейно от концентрацията на определяния йон.

3. Ширината на пика на половината от неговата височина, y (mV), зависи от обратимостта на електродния процес. За процес с обратим електрод y = 90 / n, за необратим y> 90 / n.

Кондуктометрия

Кондуктометричният анализ се основава на измерването на електрическата проводимост G (реципрочната стойност на електрическо съпротивление R) електрохимична клетка, състояща се от две еднакви инертни електродис доста голяма площ. В този случай електродните реакции са или спомагателни и не се вземат предвид, или изобщо не се случват. Аналитичен сигнал може да бъде промяна в съпротивлението на електролита, общото контактно съпротивление на границата на електрода? електролит или общо съпротивление на електролитна клетка.

Съпротивлението на клетката зависи от електропроводимостта на разтвора и геометрията на клетката, определена от площта и формата на електродите, разстоянието между тях и относителното им положение. За да се изключи геометричният фактор от кондуктометричните измервания, стойностите на специфичната или еквивалентната (моларна) проводимост се изчисляват от експериментални данни.

Електропроводимост. Мярка за способността на разтворите да провеждат електрически ток е електрическата проводимост G? реципрочната стойност на електрическото съпротивление R. Тъй като

, (17)

тогава (18)

където? съпротивление (Ohm cm); с? напречно сечение, (cm2); л? дължина на проводника (разстояние между електродите) (cm); ? специфична електрическа проводимост.

Специфична електрическа проводимост на електролита (cm-1 - Siemens на сантиметър)? това е електрическата проводимост на обема на разтвора, затворен между два успоредни електрода с площ от 1 cm2 всеки и разположени на разстояние 1 cm един от друг.

Специфичната електрическа проводимост зависи от количеството заредени частици, носещи електричество, и скоростта на тяхното движение. В разтвор хидратираните йони са в неправилно топлинно движение. При наслагване електрическо полеима подредено движение на йони към електроди с обратен знак на заряда под действието на сила, придаваща им ускорение, но едновременно с увеличаване на скоростта на тяхното движение се увеличава и съпротивлението на средата. След известно време скоростта на движение става постоянна и за йони от i-ти тип се определя по формулата:

, (19)

къде е е? елементарен електрически заряд (електронен заряд); zi? броят на елементарните електрически заряди, пренасяни от един йон (йонен заряд); ти? потенциална разлика между електродите; л? разстояние между електродите; R? устойчивост на средата към насоченото движение на йони.

Скоростта на движение с градиент на потенциала на електрическото поле U / l = 1 V / m се нарича подвижност на йони ui (размер m2 V-1 s-1)

, (20)

тогава:

. (21)

Мобилността u зависи от заряда, размера и степента на хидратация на йони, вискозитета на разтвора, температурата и други фактори. Йоните с голяма хидратираща обвивка имат по-ниска електрическа подвижност от слабо хидратираните йони. Сред катионите H + има най-висока подвижност, сред анионите? OH-.

В зависимост от заряда, концентрацията и скоростта на движение в електрическо поле, всеки вид йон носи определено количество електричество, оценено чрез преносното число.

Преносното число ti е съотношението на количеството електроенергия qi, предадено от йони от i-ти тип, към общото количество електроенергия q, предадено от всички йони в разтвора:

ti = qi / q; ti = 1.

Връзката между специфичната електрическа проводимост и концентрацията на носителите на заряд в разтвора се установява чрез израза:

= Fzicivi., (22)

или за бинарен електролит:

= cF (z + u ++ z-u-), (23)

където? степен на дисоциация, s? еквивалентна концентрация на електролит, z и u? съответно зарядът и скоростта на движение (m / s) на катиони и аниони при сила на електрическото поле от 1 V / m.

Еквивалентната (моларна) електропроводимост е мярка за електрическата проводимост на всички йони, образувани по време на дисоциацията на 1 mol-еквивалент (1 mol) от електролита при дадена концентрация на разтвора. Определя се като специфичната проводимост, отнасяща се до броя еквиваленти (молове) на вещество в 1 cm3 от разтвор, затворен между два електрода с площ от 1 cm2 всеки и разположен на разстояние 1 cm

= 103 / s, (24)

къде е c? концентрация на електролита, eq / l (mol / l).

Кондуктометрията е неселективен метод за анализ, т.к всички йони в разтвора допринасят за електрическата проводимост. Поради това директният кондуктометричен анализ обикновено се използва за измерване на концентрацията на бинарни електролитни разтвори или за определяне на общата йонна сила на разтвора (минерализация на естествени води, замърсяване на отпадъчни води, контрол на качеството на водата след пречистване).

При кондуктометричното титруване точката на еквивалентност се определя от изкривяването в кривата на титруване, която се състои от две линейни секции. Рязка промяна в електрическата проводимост се наблюдава, когато в хода на титруването има промяна в състава на разтвора и подвижността на електроактивните йони в резултат на образуването на слабо дисоциирани или слабо разтворими съединения. Точката на еквивалентност съответства на минимума на кривата на титруване.

Лабораторни работи

Работа № 1. Определяне на флуорид - йон в естествени води с помощта на йон-селективен еле Да се troda

Йоно-селективен електрод на базата на LaF3 монокристална плоча има функция на електрод на Nernst в диапазона pF от 1 до 6. Работният диапазон на pH на тестовия разтвор е 4,5? 8.0. Електродът има уникална селективност и определянето практически не се намесва от значителни количества Cl-, Br-, NO3-, SO32-, SO42- йони. По-силно е засегнат силикатният йон.

Устройства, прибори, реактиви

Йономер, pX-метър.

Индикаторен електрод, селективен за флуор.

Магнитна бъркалка.

Стъклена чаша, 50 мл.

Мерни колби, 50 мл, 5 бр.

5 мл пипета.

Натриев флуорид, 0,1000 М стандартен разтвор.

Калиев нитрат, 1 М разтвор.

Натриев силикат (бромид, хлорид, калиев йодид, натрий).

0,1 М разтвор.

Изпълнение на дефиницията. След като прочетете инструкциите, включете устройството и го загрейте за 15? 20 минути.

В мерни колби от 50,0 ml чрез последователно разреждане на 0,1000 М стандартен разтвор на NaF се приготвя серия от разтвори (1,0 × 10-2, 1,0 × 10-3, 1,0 × 10-4, 1,0 × 10-5 и 1,0 × 10- 6 М), създавайки постоянна концентрация във всяка колба (0,1 М) силен електролит KNO3 (Таблица 1).

Таблица 1. Приготвяне на референтни разтвори на NaF

Премахва се зависимостта на потенциала на индикаторния електрод от концентрацията на F-йона. За това 15 ml от приготвените разтвори се изсипват в чаша с вместимост 50 ml, електродите се спускат, включва се разбъркване и се измерва E, като се преминава последователно от по-ниска концентрация към по-висока. При смяна на разтвора държачът с електродите се повдига, краят на електрода се изсушава с филтърна хартия, а електродите се потапят в чаша с нов разтвор.

Стойността на Е се фиксира след установяване на равновесния потенциал. В разредени разтвори времето за реакция на флуорид-селективния електрод се увеличава и за концентрация от 1 × 10-6 М е 2 - 3 минути. След края на измерванията ISE мембраната се измива обилно с дестилирана вода. Всички разтвори се измерват три пъти и се намира средната стойност Е. Резултатите от измерването са записани в табл. 2.

Таблица 2. Резултати от измерване на потенциала на индикаторния електрод

Решение №

В координатите E? PF се нанася калибровъчна графика и се намира областта на линейна зависимост. Определете наклона на функцията на електрода (наклона на графиката за калибриране) и го сравнете с теоретичната стойност (59 mV при 25 ° C за единичен зареден йон с 10-кратна промяна в активността). Графиката се използва за определяне на границата на откриване на флуорни йони (cmin).

Добавете 4,5 ml 1M KNO3 към контролния разтвор в мерителна колба, разредете до маркировката с вода и разбъркайте. Измерва се E на контролния разтвор и се определя съдържанието на флуор според калибровъчната графика. Получената стойност се сравнява с истинската стойност и се открива грешката при определяне.

Определяне на коефициентите на селективност на електрода по отношение на флуоридния йон в присъствието на чужди аниони (SiO32-, Cl-, Br-, I-) по метода на смесени разтвори.

Пригответе серия от референтни разтвори на NaF с концентрация 1,0Ch10-2, 5,0Ch10-3, 1,0Ch10-3, 1,0Ch10-4, 1,0Ch10-5 M, като се използват 0,1 М разтвори на Na2SiO3, NaCl, NaBr или NaI като фонов електролит. Извършват се измервания, нанася се калибровъчна графика в координатите E? PF и се намира концентрацията на флуориден йон, съответстваща на отклонението на функцията на електрода от линейната зависимост. Коефициентът на селективност се изчислява по формулата:

, (1)

където cF и cX; zF и zX? съответно, концентрациите и зарядите на главните и интерфериращите йони, съответстващи на точката на прегъване на графика Ep pcci.

След края на работата изключете устройството, изплакнете електродите с дестилирана вода и ги оставете потопени във вода.

Работа No 2. Определяне на концентрацията на нитратни йони във воден разтвор по метода на d. О bavoc

Определянето на съдържанието на нитрати е важен аналитичен проблем при анализа на обектите на околната среда, т.к Прекомерното съдържание на нитрати в почвата и природните води има вредно въздействие върху живите организми.

ISE за определяне на NO3- се създава на базата на анионообменник от аминнитрати и кватернерни амониеви основи. Мембраната съдържа полимерно свързващо вещество (поливинилхлорид), пластификатор (естери на фталова, фосфорна, себацинова и други киселини), йонообменник (сол на амониева или арсониева основа). Във вътрешната кухина на електрода има референтен електрод от сребърен хлорид, потопен в разтвор от 1,0 × 10-1 M KNO3, съдържащ 1,0 × 10-3 M KCl.

Определянето не се намесва от 100-кратни количества Cl-, 500-кратно? НСО3- и СН3СОО-, 1000-кратно? F- и SO42-.

Устройства, прибори, реактиви

Йономер, pX-метър.

Индикаторен електрод, NO3 - селективен.

Референтен електрод, сребърен хлорид.

Магнитна бъркалка.

Стъклена чаша, 50 мл.

Мерни колби, 50 мл, 5 бр.

2 и 5 ml градуирани пипети, 20 ml пипета на Mohr.

Калиев нитрат, 1.0000 М стандартен разтвор.

Изпълнение на дефиницията. Включете измервателния уред в мрежата и изчакайте 20? 25 минути

Съдържанието на нитрати се определя чрез адитивния метод, използван при анализа на сложни обекти, чийто точен химичен състав е неизвестен. Първо е необходимо да зададете наклона на функцията на електрода.

В колби с вместимост 50,0 ml серия от разтвори на KNO3 (от 10-1 до 10-5 M) се приготвят по метода на серийно разреждане. За целта аликвотна част (5,00 ml) от 1 М KNO3 се въвежда в колба № 1, разрежда се с вода до маркировката и се разбърква добре. В колба № 2 се пипетират 5,00 ml от колба № 1 и се разреждат до маркировката с вода и др.

Аликвотна част (15–20 ml) от разтвора се въвежда в чаша от 50 ml, електродите се спускат, включва се разбъркване и се измерва Е, като се преминава последователно от по-ниска концентрация към по-висока. При смяна на разтвора държачът на стойката с електродите се повдига, излишната влага се отстранява внимателно от страничната повърхност на електродите и от мембраната с филтърна хартия и електродите се потапят в нов разтвор. Резултатите от измерването са представени под формата на таблица. 1

маса 1

Измерване на електродния потенциал в разтвор на нитратни йони

Решение №

Стойността на йонната сила се изчислява за всеки разтвор, стойностите на коефициентите на активност за съответната йонна сила се намират в справочните таблици. Стойността на pNO3 се изчислява като отрицателен логаритъм на активността на нитратните йони:

pNO3 = -lg aNO3-,

Изградете графика на зависимостта E? PNO3 и определете наклона S на функцията на електрода (в mV). Получената стойност на S се използва във формулата за изчисление (1) (по какво се различава от теоретичната стойност?).

За да се определи концентрацията на нитратен йон в контролната проба, е необходимо да се измери Е преди и след добавянето на стандартния разтвор на KNO3. За целта аликвотна част от анализирания разтвор от 20,00 ml се пипетира в суха чаша, електродите се спускат в нея и Е. След това с пипета от 1 - 2 ml се добавят 2 - 3 капки стандартен разтвор на KNO3. След всяко добавяне разтворът се разбърква, като се внимава прътът на магнитната бъркалка да не докосва повърхността на електродната мембрана, за да се избегне увреждането й. Измерете E и запишете промяната по отношение на анализирания разтвор. Постигане на промени в E с най-малко 30 mV, като се въвеждат 2 - 3 добавки към една част от пробата.

Изчислете резултата от определянето за няколко добавки, като знаете обема Vst на добавения разтвор с концентрацията cst, обема на анализирания разтвор Vx (20,00 ml) и пренебрегвайки разреждането, съгласно формула (1):

(1)

къде е DE? наблюдавана промяна в потенциала в mV след добавяне; С? наклона на функцията на електрода в mV, зададен според графиката. Ако е необходимо да се вземе предвид разреждането, използвайте формулата (2):

. (2)

Изчислете съдържанието на нитратни йони в mg в анализирания разтвор (MNO3- = 62,01). Намерете грешката при определяне, като сравните измереното и истинското съдържание на нитратни йони в контролния разтвор.

Работа No 3. Определяне активността на натриевите (калиеви) йони

За определяне на йони на алкални метали (Na, K) и амоний се използват стъклени електроди от различни марки, както и електроди с пластифицирани PVC мембрани на базата на неутрални носители, по-специално естествени антибиотици (валиномицин, лазалоцид, нонактин и други) или синтетични макроциклични съединения.

Na-селективните стъклени електроди имат висока селективност по отношение на други еднократно заредени йони, с изключение на H + и Ag +. За измерване на активността на тези йони във водни разтвори, стъклените и пластифицираните ISE се съхраняват най-малко 1 ден. в 0,1 М разтвори на хлориди на елементите.

Устройства, прибори, реактиви

Йономер, pX-метър.

Индикаторен електрод, Na - селективен.

Референтен електрод, сребърен хлорид.

Магнитна бъркалка.

Стъклена чаша, 50 мл.

Мерни колби, 50 мл, 5 бр.

5 мл пипета.

Натриев хлорид, 1.0000 М стандартен разтвор.

Калиев хлорид, 0,1 М разтвор.

Буферен разтвор, съдържащ трис (хидроксиметил) -

аминометан (TRIS), 1Ch10-3M разтвор, рН 8,5 - 9,0.

Изпълнение на дефиницията. Устройството се включва и се нагрява за 15–20 минути.

В колби с вместимост 50,0 ml се приготвят разтвори с концентрации от 1,0 × 10-1 до 1,0 × 10-5 M NaCl чрез последователно разреждане на първоначалния разтвор с tpuc буферен разтвор, така че стойността на pH на тестовите разтвори да остане постоянен.

Аликвотна част от разтвора се прехвърля в чиста чаша с пипета, електродите се спускат и центрират и се поставя магнитната бъркалка. Разбъркването се включва и Е се измерва чрез преминаване от разтвор с по-ниска концентрация към разтвор с по-висока концентрация. При смяна на разтворите електродите се промиват с вода, ISE мембраната се изсушава внимателно с филтърна хартия и се потапя в следващия разтвор. Резултатите от измерването са представени под формата на таблица. 1.

За всеки разтвор изчислете стойността на йонната сила m, стойностите на коефициентите на активност за съответната йонна сила се намират в справочните таблици. Стойността на pNa се изчислява като отрицателен логаритъм на йонната активност: pNa = -lg aNa.,

маса 1

Резултатите от измерването на потенциала на индикаторния електрод

Решение №

Графика за калибриране е нанесена в координатите E? PNa и наклонът S (в mV) и границата на откриване се определя от нея. Контролният разтвор се измерва и съдържанието на натрий се определя от графиката.

Коефициентите на селективност на ISE към натриев йон спрямо чужди катиони се определят по метода на отделните разтвори. За това потенциалът ISE се измерва в 0,1000 М разтвор на NaCl (Ei) и след това, след измиване на електродната мембрана с дестилирана вода, се потапя в 0,1 М разтвор на KC1 (NH4C1, HC1) и потенциалът (Eq) се измерва отново. Изчислете Ki / k по формула (1):

, (1)

къде е S? експериментално откри наклона на функцията на електрода.

В края на работата електродите се промиват с дестилирана вода и ISE се оставя в разтвор на 10-3 М натриев хлорид в буферен разтвор (TRIS, pH 9).

Работа No 4. Определяне на NaOH и Na2CO3 ( когато присъстват заедно в разтвор ) потенциометрично титриран и Яжте

Потенциометричното титруване се основава на записване на промяната в потенциала на индикаторния електрод в хода на химична реакция между аналита и титранта. Крайната точка на титруването (еквивалентна точка, TE) се намира от потенциалния скок, съответстващ на края на реакцията.

Устройства, прибори, реактиви

Йонометър, pH метър.

Индикаторен електрод, стъкло.

Референтен електрод, сребърен хлорид.

Магнитна бъркалка.

Стъклена чаша, 50 мл.

Мерни колби, 50 и 100 ml, 100 ml конична колба.

Бюрета 25 мл, фуния, кантар.

Пипети 2 мл, 20 мл.

Концентрирана солна киселина.

Натриевият тетраборат Na2B4O7CH10 H2O е кристален.

Изпълнение на дефиницията. Устройството е приведено в работно състояние съгласно описанието.

1. Прецизиране на титъра на 0,1 N разтвор на НС1. Изчислете количеството солна киселина (ml), необходимо за приготвяне на 100 ml 0,1 N разтвор на НС1. Необходимото количество киселина се поема в мерителна колба от 100 ml с пипета, до маркировката се добавя дестилирана вода (без CO2) и разтворът се разбърква добре.

Изчислете претегленото количество, необходимо за приготвяне на 50 ml 0,05 N разтвор на натриев тетраборат. Претеглете солта (с точност до четвъртия знак след десетичната запетая) в кантарна бутилка, прехвърлете я в мерна колба и разтворете в малко количество дестилирана вода (без CO2), предварително загрята в конична колба. Доведете до знака със същата вода при стайна температура и разбъркайте добре. Изчислете нормалността на приготвения разтвор.

Техника на потенциометрично титруване

1. Пипетирайте аликвотна част от разтвор на натриев тетраборат (20 ml) в чиста чаша с вместимост 50 ml.

2. Индикаторният електрод и референтният електрод се спускат в чашата и се центрират. Поставете магнитната бъркалка.

3. Бюретата се пълни с титрант и се фиксира в статив, така че носът й да се спусне в чашата, но да не влиза в контакт с електродите, стените на чашата и повърхността на разтвора, който ще се титрува.

4. Включете разбъркване и направете приблизително титруване, като добавите 1 ml разтвор на титрант от бюретата и измервате pH след всяка порция.

Подобни документи

Хроматографският анализ е метод за идентифициране на химични елементи и техните съединения. Физикохимични методи. Класификация на хроматографските методи. Кратка информация за хроматографските методи за анализ. Видове хроматографски анализи.

резюме, добавен на 01.06.2008


Използване във физикохимичните методи за анализ на зависимостта физични свойствавещества от химичния им състав. Инструментални методи за анализ (физически) с помощта на инструменти. Химичен (класически) анализ (титриметрия и гравиметрия).

резюме, добавен на 24.01.2009


Аналитичен сигнал спрямо съдържанието на аналита. Примери за инструментални методи за анализ. Типични калибровъчни криви за инструментален кондуктометричен анализ. Електрическа проводимост на електролитни разтвори.

ръководство, добавено на 19.03.2012


Класификация на електрохимичните методи за анализ. Потенциометрично определяне на концентрацията на вещество в разтвор. Принципът на кондуктометрията. Видове реакции при кондуктометрично титруване. Количествен полярографски анализ. Директна кулометрия.

курсовата работа е добавена на 04.04.2013 г


Необходимостта от идентифициране на вещество и измерване на количествената оценка на неговото съдържание. Качествен анализ за химическа идентификация на атоми, молекули, прости или сложни веществаи фази на хетерогенна система. Класификация на методите за количествен анализ.

лекция добавена на 16.1.2011 г


Общи понятия, условия и класификация на електрохимичните методи за анализ. Потенциометричен анализ (потенциометрия). Амперометрично титруване (потенциометрично поляризационно титруване). Количествен полярографски анализ.

резюме, добавено на 01.10.2012 г


Електрохимичните методи се основават на измерване на електрическите параметри на електрохимичните явления, възникващи в изпитвания разтвор. Класификация на електрохимичните методи за анализ. Потенциометрично, кондуктометрично, кулометрично титруване.

резюме, добавен на 01.07.2011


Класификация на методите за инструментален анализ според определяния параметър и метода на измерване. Същността на потенциометричното, амперометричното, хроматографското и фотометричното титруване. Качествено и количествено определяне на цинков хлорид.

тест, добавен на 29.01.2011


Хроматографският метод като вид физикохимични методи за анализ, който позволява да се определи съдържанието на отделни компоненти в смеси, да се концентрират, да се идентифицират. Кратка информация, класификация, видове. Области на практическо приложение.

резюме, добавен на 06.05.2008


Хроматографски и оптични методи за анализ. Определяне на състава на смес от органични алкохоли, съдържанието на метални йони в разтвора, съдържанието на лактоза (захароза). Определяне на съдържанието на карбонат и бикарбонат в смес чрез директно титруване.

РУСКА ФЕДЕРАЦИЯ

"ОДОБРЕН":

И за. зам.-ректор-гл

научен отдел

_______________________

2011 г.

на пълен работен ден и задочни формиизучаване на

„______“ ___________ 2011 г

Разгледано на заседание на катедра по органична и екологична химия

Отговаря на изискванията за съдържание, структура и дизайн.

Обем 12 страници

Глава отдел ______________________________ / /

„______“ ___________ 2011 г

Разгледано на заседание на ЦМК ИМЕНИТ

„______“ _____________ 2011 г., протокол No.

Отговаря на FGT на структурата на основния професионалист образователна програмаСледдипломен професионално образование(аспирантура)

"СЪГЛАСЕН":

Председател на CMB ________________________ / /

„______“ _____________ 2011г

"СЪГЛАСЕН":

Начало Катедра за следдипломно обучение

и докторантура _____________________

„______“ _____________ 2011г

РУСКА ФЕДЕРАЦИЯ

МИНИСТЕРСТВО НА ОБРАЗОВАНИЕТО И НАУКАТА

Държавна образователна институция

висше професионално образование

ТЮМЕНСКИ ДЪРЖАВЕН УНИВЕРСИТЕТ

Институт по математика, природни науки и информационни технологии

Катедра по органична и екологична химия

НОВИ ИНСТРУМЕНТАЛНИ МЕТОДИ В АНАЛИТИЧНАТА ХИМИЯ

Учебно-методически комплекс. Работна програма

за аспиранти от специалност 02.00.02 Аналитична химия

редовна и задочна форма на обучение

Тюменски държавен университет

2011

Нови инструментални методи в аналитичната химия. Учебно-методически комплекс. Работна програма за аспиранти от специалност 02.00.02 Аналитична химия. Тюмен, 2011, 12 с.

Работната програма се изготвя в съответствие с FGT към структурата на основната професионална образователна програма за следдипломно професионално образование (следдипломно обучение).

ОТГОВОРЕН РЕДАКТОР: Ръководител на катедра „Органична химия и химия на околната среда“, доктор на науките, проф.

© Тюменски държавен университет, 2011.

Обяснителна бележка Цели и задачи на дисциплината

Целта на дисциплината: разработване на съвременни инструментални изследователски методи, използвани в химията и необходими за ефективното развитие на основната професионална образователна програма за следдипломно професионално образование (следдипломно обучение) по специалност 02.00.02 Аналитична химия и изготвяне на кандидатска дисертация .

Цели на дисциплината: овладяване на следните въпроси от завършилите студенти:

Теоретични основи на инструменталните методи (структурни модели на молекули и твърди вещества, взаимодействие на материята с радиацията); практическа употребаинструментални методи в съвременната аналитична химия.
Място на дисциплината в структурата на OPPPO

Дисциплината "Нови инструментални методи в аналитичната химия" принадлежи към цикъла на специалните дисциплини от отрасъла на науката и научната специалност.

За успешното развитие на тази дисциплина студентите трябва да притежават теоретични понятия в областта на структурата химични вещества, основите на спектралните, дифракционните, хроматографските и електрохимичните методи.

Овладяването на дисциплината „Нови инструментални методи в аналитичната химия” е необходимо за изпълнение на дисертационното изследване.

Изисквания към резултатите от овладяването на дисциплината

Процесът на изучаване на дисциплината е насочен към формиране на следните компетенции:

Общи компетенции

използването на основните закони на природните науки в професионална дейност, прилагане на методи на математически анализ и моделиране, теоретични и експериментални изследвания; владеене на основните методи, методи и средства за получаване, съхраняване, обработка на информация, притежаване на умения за работа с компютър като средство за управление на информацията.

Професионална компетентност

разбиране на същността и социалното значение на професията, основните перспективи и проблеми, които определят конкретна област на дейност - аналитична химия; познаване на теоретичните основи на инструменталните методи на изследване; притежаване на умения за аналитичен химически експеримент и обработка на експериментални данни.

В резултат на овладяването на дисциплината студентът трябва:

Да знае: теоретични основи на спектралните, дифракционните, хроматографските и електрохимичните методи на изследване; структурни модели на молекули.

Да умее да: събира и анализира научна, технологична и статистическа информация; експериментален план Научно изследванев областта на аналитичната химия, да обработва експериментални данни, да подготвя статии и резюмета за публикуване.

Собствени: съвременни методи експериментални изследванияв областта на аналитичната химия, методи на математическа статистика и математическо моделиране, информационни технологии, включително методи за работа с компютри и електронни бази данни.

Сложността на дисциплината

Дисциплината се изучава в 5 семестър. Формата междинно сертифициране- изместване. Общото натоварване на курса е 3 кредитни точки, 108 часа.

Тематичен план

маса 1

Тематичен план

		Общо часове	изгледи възпитателна работаи самостоятелна работа, на час.	Форми на контрол
	семинари	лабораторни упражнения	самостоятелна работа
	Теоретични основи на инструменталните методи
	Спектрални и дифракционни методи за анализ						Защита на лаборатории. върши работа
	Методи за разделяне и електрохимичен анализ						Защита на лаборатории. върши работа

таблица 2

Планиране самостоятелна работазавършили студенти

Раздели от дисциплината и интердисциплинарни връзки с предоставените (последващи) дисциплини

Дисциплинарно съдържание

Тема 1. Теоретични основи на инструменталните методи

Основи на теорията за структурата на молекулите. Стационарни състояния: електронни, вибрационни, ротационни, ядрен спин. Квантови преходимежду стационарни състояния, вероятности и правила за подбор. Видове молекулярни спектри: електронни, вибрационно-ротационни, ЯМР, фотоелектронни. Методи за регистрация и обработка на спектри. Качествен, количествен и структурен спектрален анализ.

Дифракция на електромагнитни вълни и електронни лъчи върху точкови обекти и кристали.

Адсорбционни характеристики на органични молекули. Хроматограма и нейните характеристики, методи на регистрация и обработка. Време на задържане и индекси на задържане, връзката им със структурата на молекулите на сорбата и сорбента. Основни методи на хроматографски анализ. Качествен, количествен и структурен хроматографски анализ.

Структурата на електролитните разтвори. Електрохимични процеси и техните механизми.

Тема 2. Спектрални и дифракционни методи

Идентификация химични съединенияспектрални методи: използване на UV, IR - и NMR спектроскопия и мас спектрометрия. Рентгенова спектроскопия: метод XPS, метод с разширена фина структура с абсорбция на рентгенови лъчи (PTSRP, EXAFS). Връзката между спектъра и естеството на изследваното вещество. Възможности и ограничения.

Количествено определяне на химични елементи и съединения чрез спектрални методи. Чувствителност, селективност и точност на анализа. Спецификата на методологията на анализа в мониторинга на околната среда. Структурен спектрален анализ. Определяне на структурни фрагменти на молекула (радикали, функционални групи, тип скелет, множествени връзки и др.).

Съвременни дифрактометрични техники: дифракция на рентгенови лъчи, нискоенергийна (бавна) дифракция на електрони (LEED), нискоенергийно разсейване на йонни лъчи (LEIS), нискоъгълно разсейване на рентгенови лъчи (XANES), трансмисионна / сканираща електронна микроскопия.

Сканираща тунелна микроскопия.

Използването на спектрални методи за изследване на структурата на молекули и твърди вещества, катализатори, механизми на химични реакции.

Идентифициране на органични съединения хроматографски методи: използване на GLC - и HPLC методи. Методи за подобряване качеството на хроматограмите, избор на детектори, колони, стационарни фази, елуенти, температурни условия. Капилярна електрофореза. Възможности и ограничения на методите за разделяне.

Количествено определяне на йони и органични съединения чрез методи на разделяне. Чувствителност, селективност и точност на анализа. Спецификата на методологията на анализа в мониторинга на околната среда.

Структурен хроматографски анализ. Индекси на задържане, връзката им със структурата на молекулите. Определяне на структурни фрагменти на молекула (радикали, функционални групи, тип скелет, множествени връзки и др.).

Ново в електрохимичните методи за анализ: потенциометрия, волтаметрия, кулометрия, електрогравиметрия.

Планове за семинари.

Семинарите не са предвидени в учебната програма

Теми на лабораторната работа. (лабораторен семинар)

Тема 2. Спектрални и дифракционни методи на анализ

Лабораторна работа No 1 (6 часа). НИР: Отделно определяне на съдържанието на наситени и ароматни съединенияв маслената проба. Обект на изследване: проба от нефт или нефтопродукт (бензин, дизелово гориво, масло). Използвани методи: вземане на UV и IR спектри, обработка и интерпретация.

Лабораторна работа No2 (6 часа). Научна работа: Определяне на структурата на молекула. Обект на изследване: проба от нефтен ароматен въглеводород. Използвани методи: вземане на UV и IR спектри, обработка и интерпретация, определяне на броя и вида на заместителите в ароматното ядро ​​на молекулата.

Тема 3. Разделяне и електрохимични методи на анализ

Лабораторна работа No3 (6 часа). Научна работа: Качествен анализ на проба от петролен продукт (бензин, дизелово гориво). Обект на изследване: търговски бензин или дизелово гориво. Използвани методи: Получаване на хроматограма с помощта на газов хроматограф. Идентифициране на компонентите на сместа с помощта на база данни. Изчисляване на относителното съдържание на компоненти в сместа.

Лабораторна работа No 4 (6 часа). Тема на работа: Изследване на кинетиката на реакцията на алкилиране. Обект на изследване: бутандиол-1,4, алилхлорид, пиридин оксид. Използвани методи: вземане на проби от реакционната среда, химичен анализ на реакционните продукти (моно- и диалилови етери на бутандиол), определяне на добива на продукта, изчисляване на активността и селективността на катализатора.

Приблизителна тематика на курсовите работи.

Курсова работаучебната програма не е предвидена

Учебно-методическо осигуряване на самостоятелна работа на аспиранти.

Инструменти за оценказа текущо наблюдение на напредъка, междинна атестация въз основа на резултатите от овладяването на дисциплината (модул).

Основният принцип на организиране на самостоятелна работа е интегриран подход, насочен към стимулиране на следните дейности за придобиване на компетенции за завършилите студенти:

репродуктивно - изпълнение на задачи по модел с цел затвърждаване на теоретични знания, формиране на умения и умения (четене, гледане, водене на бележки, слушане, запаметяване; отговаряне на въпроси за самопроверка; повторение на учебен материал, решаване на типични задачи);

реконструктивно - изпълнение на задачи със задължителна трансформация на информация (подготовка за класни занятия, тематични дискусии; изготвяне на съобщения, доклади и речи на семинари; подбор на литература; изпълнение контролни работи; решаване на практически задачи);

творчески - подбор и критичен анализ на информация (писване на резюмета, доклади; участие в изследователска работа, изпълнение на специални творчески задачи; изготвяне на проекти и слайд презентации).

Контролен списък за кредит

Стационарни състояния на атоми и молекули: електронни, вибрационни, ротационни, ядрен спин. Квантови преходи между стационарни състояния, вероятности и правила за подбор. Видове атомни и молекулярни спектри: електронни, вибрационно-ротационни, ЯМР, фотоелектронни. Методи за регистрация и обработка на спектри. Качествен, количествен и структурен спектрален анализ. Дифракция на електромагнитни вълни и електронни лъчи върху точкови обекти и кристали. Адсорбционни характеристики на органични молекули. Хроматограма и нейните характеристики, методи на регистрация и обработка. Време на задържане и индекси на задържане, връзката им със структурата на молекулите на сорбата и сорбента. Основни методи на хроматографски анализ. Качествен, количествен и структурен хроматографски анализ. Структурата на електролитните разтвори. Електрохимични процеси и техните механизми. Идентификация на химични съединения чрез спектрални методи: използване на UV, IR и NMR спектроскопия и мас спектрометрия. Рентгенова спектроскопия: метод XPS, метод с разширена фина структура с абсорбция на рентгенови лъчи (PTSRP, EXAFS). Връзката между спектъра и естеството на изследваното вещество. Възможности и ограничения. Количествено определяне на химични елементи и съединения чрез спектрални методи. Чувствителност, селективност и точност на анализа. Структурен спектрален анализ. Определяне на структурни фрагменти на молекула (радикали, функционални групи, тип скелет, множествени връзки и др.). Съвременни дифрактометрични техники: дифракция на рентгенови лъчи, нискоенергийна (бавна) дифракция на електрони (LEED), нискоенергийно разсейване на йонни лъчи (LEIS), нискоъгълно разсейване на рентгенови лъчи (XANES), трансмисионна / сканираща електронна микроскопия. Сканираща тунелна микроскопия. Използването на спектрални методи за изследване на структурата на молекули и твърди вещества, катализатори, механизми на химични реакции. Идентификация на органични съединения чрез хроматографски методи: използване на GLC и HPLC методи. Методи за подобряване качеството на хроматограмите, избор на детектори, колони, стационарни фази, елуенти, температурни условия. Капилярна електрофореза. Възможности и ограничения на методите за разделяне. Количествено определяне на йони и органични съединения чрез методи на разделяне. Чувствителност, селективност и точност на анализа. Структурен хроматографски анализ. Индекси на задържане, връзката им със структурата на молекулите. Определяне на структурни фрагменти на молекула (радикали, функционални групи, тип скелет, множествени връзки и др.) и др.). Ново в електрохимичните методи за анализ: потенциометрия, волтаметрия, кулометрия, електрогравиметрия.

Приблизителни теми на тестове и анкети

1. Електронни преходи в органични молекули

2. Вибрационно-ротационни преходи в органичните молекули

3. Спинови ядрени преходи в органични молекули

4. Адсорбционни свойства на органичните молекули

5. Методи за математическа обработка на молекулярните спектри

6. Методи за математическа обработка на хроматограми

7. Методи на дифракционно изследване

8. Методи за изследване на реакционните механизми

9. Съвременни спектрални и хроматографски апарати

Примерни тестове и въпроси за самооценка

Спектрални методи:

1. Какви знаци се използват като основа за разделяне на скалата на електромагнитните вълни на диапазони и какви са особеностите на оптичния обхват?

2. Как е свързано вълновото число с дължината на вълната?

1) ν = λ; 2) Δν = –Δλ / λ2; 3) ν = s / λ; 4) ν = 1 / λ ..

3. Най-висока енергияизисква се:

1) за възбуждане на електрони;

2) да възбужда вибрации на атоми в молекула;

3) да възбужда ротации на молекулата;

4) за преориентиране на ядрени завъртания.

4. Какво е съотношението между енергиите на електронното Ee, вибрационното Eυ и ротационното Er състояния на молекулата?

1) Ee> Eυ> Er; 2) Еυ> Еr> Еe; 3) Еr> Еe> Еυ; 4) Er> Еυ> Еe.

5. При разглеждане на спектри от какъв тип е необходимо да се вземе предвид принципът на Франк-Кондон?

1) IR-. 2) ротационен. 3) KR-. 4) електронни.

6. В кои области на спектъра се наблюдават електронно-вибрационно-ротационни, вибрационно-ротационни и ротационни спектри?

7. В какви спектрални области се проявяват преходите между електронни, вибрационни и ротационни състояния на молекулите?

1) Вибрационно - в IR областта, ротационно - в UV областта, електронно - в микровълновата.

2) Осцилаторни - в микровълновата печка, електронни - в UV областта, ротационни - в IR областта.

3) Вибрационни - в IR областта, ротационни - в микровълновата печка, електронни - в UV областта.

4) Вибрационни - в UV областта, електронни - в IR областта, ротационни - в микровълновата.

8. Методите за анализ, основани на измерването на светлината, погълната от пробата, се наричат:

1) радиометрия; 2) абсорбциометрия; 3) флуориметрия;

4) турбидиметрия.

Хроматографски методи:

Каква е целта на кондиционирането на хроматографските колони? Защо тази процедура се извършва без свързване на колоната към детектора? Какво е оптималното съотношение на диаметъра на колоната към размера на зърното на сорбента за напълнени колони? Ако обемът на колоната е 45 ml, колко опаковка ми е необходима, за да напълня колоната? Какъв е механизмът, залегнал в основата на третирането на минерални носители с диметилдихлоросилан, триметилхлорсилан и хексаметилдисилазан? Кога се образуват опасни газообразни продукти? Ако времето на задържане на додекан и тетрадекан на хроматограмата е съответно 12,4 и 14,7 минути, колко теоретични плочи за тази колона ще бъдат по-големи: изчислено 1) както за додекан, така и за тетрадекан, 2) за додекан, 3) за тетрадекан? Ако HETT за метална колона (2 m × 3 mm), напълнена с Porapak N полимерен сорбент (80-100 меша), при анализ на пропанова проба в хелий (C = 0,3 % vol.) е 8,3; 6.6; 2.1; 2.7; 4,5 и 5,4 mm при обемна скорост на хелия 10; 13; 15; двадесет; 30 и 40 ml/min, каква е оптималната скорост на газа-носител за ефективно разделяне на пропан, изобутан и n-бутан? Възможно ли е да се определи мъртвото време във въздуха чрез TCD детектор при използване на хроматографска колона, пълна с CaX молекулно сито (колона 2 m × 3 mm, фракция на сорбента 0,25-0,30 mm, скорост на хелия - 15 ml / min, температура на термостата : 45 ° С)? Ако анализираната проба (обем 1 μL) се инжектира в хроматографския изпарител с микроспринцовки 1 и 10 μL 5 пъти, в който случай средно квадратното отклонение на височините и площите на хроматографските пикове ще бъде по-голямо? Какъв фактор е решаващ за постоянното време на задържане на анализираното съединение (скорост на газа носител, точността на поддържане на температурата на колонната пещ, същата процедура за въвеждане на проба в изпарителя с микроспринцовка)? Ако графиката на зависимостта на коригираните времена на задържане на нормални въглеводороди додекан (C12) - тетракозан (C24) има фрактура след елуиране на C21, какво може да се каже за температурния режим на колонния термостат (HP-5 капилярна колона, 30 m × 0,32 mm, линейна скорост на хелия - 30 cm / s)? Какви съединения могат да се използват като стандарти за определяне на индекси на задържане при биохимични анализи на проби чрез газова хроматография? Каква комбинация от последователни детектори ще определи концентрацията на метил третичен бутилов етер (MTBEA) в бензин A-92? Кой детектор е за предпочитане за откриване на серни съединения в петрол и петролни продукти? Какъв е размерът на прозореца за търсене на индекси на Ковач на въглеводороди в сложна смес? Какви стационарни фази могат да се използват за установяване на индивидуалния състав на бензина чрез капилярна газова хроматография?

Критерии за оценка на CPC:

качеството на овладяване на учебния материал (умението на ученика да използва теоретични знанияпри изпълнение на практически задачи); изработването на всички аспекти на заданието, оформянето на материала в съответствие с изискванията, спазването на установените срокове за предаване на работата за проверка; степента на самостоятелност, творческа активност, инициативност на завършилите студенти, наличието на елементи на новост в процеса на изпълнение на задачи.

Резултатите от КДС се сумират през контролните седмици, чиито срокове се определят от графика на учебния процес.

Образователни технологии.

Видове учебно-възпитателна работа	Образователни технологии
Класна стая	а) Четене на лекции (мултимедийни и видео демонстрации, писмено тестване по издържания материал (4 теста с по 10 въпроса във всеки). б) Провеждане на лабораторни упражнения (разработване на план за експеримент, групово обсъждане и анализ на проблеми, мултимедийни демонстрации, изслушване и обсъждане на устни доклади, съобщения, речи, срещи с преподаватели от други дисциплини). в) Интерактивни технологии (групови дискусии, казуси).
Самостоятелна работа	а) Изучаване на образователни и методическа литература, включително търсене на информация в електронни мрежи и бази данни, изготвяне на презентации. б) Подготовка за тестове в) Подготовка на лабораторни упражнения за защита (с помощта на мултимедийни презентации)

Учебно-методическа и информационна подкрепа на дисциплината (модул).

11.1. Основна литература:

1., Аналитична химия. М .: ИК "Академия". 2011 г.

2. Периодични списания: "Аналитична химия", "Успехи химии", "Руски химически журнал" за 2001-2011 г.

11.2. Допълнителна литература:

1. Планиране и математическа обработка на резултатите от химически експеримент. Омск: Издателство на OmSU. 2005 г.

2. Практически курс по атомно-абсорбционен анализ. Лекционен курс. Екатеринбург. 2003 г.

3. Методи за изследване на катализатори / Изд. Дж. Томас и Р. Лембърт. М., Мир, 1983.

11.3. Софтуер и интернет ресурси:

www. електронна библиотека. ru

хим. / rus / преподаване / анализатор /

www. ftchemistry. dsmu. /ana_him/lek_13.html

Технически средства и материално-техническо осигуряване на дисциплината (модул).

Предвидени са лекции мултимедийни презентациии видеоклипове. За изнасяне на лекции е необходимо да има класни стаи, оборудвани с мултимедийна техника (компютър, проектор и др.).

За лабораторна работа има оборудвани лаборатории за спектроскопия (117, корпус 5) и хроматография (116, корпус 5).

За самостоятелна работа на аспиранти, достъп до компютърен класс достъп до интернет.

Днес специалистите в областта на медицинската диагностика имат огромни възможности да определят точно характеристиките на анатомичната структура и функционирането на вътрешните органи. Използването на съществуващи в момента инструментални методи за изследване помага да се идентифицират най-малките отклонения от нормалните показатели. Въпреки факта, че провеждането на лабораторни диагностични тестове и скринингови тестове ви позволява да научите повече за нарушенията, развиващи се на клетъчно ниво, по техните резултати може да се съди за неуспехи в работата на конкретни органи и системи.

Повечето от процедурите се използват за идентифициране на определени патологии. В същото време преобладаващата част от лабораторните и инструментални методи на изследване се признава за универсална. До такива диагностични процедури прибягват специалисти от различни профили.

За цялостно изследване на пациент се използват лабораторни и инструментални методи на изследване. Съответно те са условно разделени на две групи. Може би трябва да започнете с лабораторни процедури, най-често срещаните от които са:

• общ кръвен анализ;
• кръвна химия;
• анализи на урина и изпражнения;
• изследване на храчките;
• намазки.

Тези видове изследвания принадлежат към категорията скринингови тестове. Техните предимства се считат за ниска цена, точност и безопасност за здравето на пациента.

Клиничен (общ) кръвен тест

Това е първото нещо, което се препоръчва да се предаде на изпитвания, ако има съмнение за някакво заболяване от инфекциозен или хроничен характер. Сред лабораторните и инструменталните методи за изследване това е основният начин за оценка на униформените и количествени характеристикиелементи на кръвта. За процедурата се взема проби от биоматериал от капилярите на пръста. По съдържанието и формата на еритроцити, левкоцити и тромбоцити е възможно да се подозира заболяване на кръвта на пациента, да се идентифицират възпалителни процеси, които протичат безсимптомно в тялото. В допълнение към данните за кръвните клетки, анализът дава информация за нивото на хемоглобина и броя на ретикулоцитите.

Биохимичен кръвен тест

Анализът помага да се разбере за точното съдържание на електролити и ензими в кръвта, което показва състоянието на определен орган. По време на скрининга се определя и количеството протеин и глюкоза, наличието на токсични метаболитни продукти, които нормално трябва да се отделят от тялото чрез бъбреците. Ако кръвта за общ анализ се взема от пациент от пръст, тогава за биохимично изследване се взема от вена.

Какво можете да научите от резултатите от анализа на урината

Обикновено този биоматериал е абсолютно стерилен. Провеждат се изследвания за идентифициране на протеини, глюкоза и кетонни тела в него. Анализът се извършва под микроскоп, благодарение на който с развитието на патологичен процес в урината могат да бъдат открити епителни клетки, еритроцити и левкоцити, патогенни пръчици и бактерии. На първо място, изследването се провежда при пациенти с бъбречна дисфункция или съмнение за инфекция на пикочните пътища. Във втория случай приоритетният метод на изследване ще бъде бактериологична култура на урина, резултатите от която ще помогнат не само да се определи вида на микробния патоген, но и да се изберат подходящите лекарства, тъй като патогените могат да бъдат устойчиви на някои групи антибиотици.

Изследване на изпражненията

Най-често преминаването на този анализ е причинено от необходимостта от диагностициране и оценка на резултатите от терапията за заболявания на стомашно-чревния тракт, черния дроб и панкреаса. Въпреки факта, че не се изисква специална подготовка за изследването, важно е пациентът да се въздържа от приема наркотици, способни да променят естеството на изпражненията (слабителни и ензими, добавки с бисмут и желязо и др.).

Първата стъпка в клиничната лаборатория е изследването на цвета и консистенцията на изпражненията. Така че, леките изпражнения, съдържащи мазнини, могат да показват обструктивна жълтеница. Изпразванията с водниста природа с остатъци от несмляна храна говорят, като правило, за възпалителен процес в тънките черва. Ако в навечерието на теста пациентът е консумирал храни, които предизвикват ферментация, изпражненията му ще имат кисела миризма и пенеста консистенция. Черният цвят на изпражненията често се причинява от кървене в горните части на храносмилателната система, но причината за цвета на биоматериала може да са напълно естествени фактори (например употребата на боровинки, касис, цвекло от субекта върху в навечерието на процедурата). Потвърждение за кървене в стомашно-чревния тракт е кашеста консистенция на изпражненията.

Разновидности на намазка

Процедурата представлява микроскопско изследване на биологичен материал, взет от повърхността на лигавичен орган. Анализът на намазка се използва широко в гинекологията: при жените се взема намазка от шийката на матката или стените на влагалището. За мъжка урологична диагностика се взема биоматериал от уретрата. Също така се взема намазка от лигавицата на гърлото, носа, ректалните стени.

Тест за скрининг на храчки

Това е един от наличните инструментални методи за изследване на дихателната система, който помага да се установи естеството на патологичния процес, а понякога дори да се определи неговата етиология. Често се предписва анализ за предполагаеми заболявания на белите дробове и дихателните пътища:

• туберкулоза;
• абсцес и гангрена;
• синдром на бронхоспазъм;
• пневмония;
• силикоза;
• обструктивна ателектаза;
• Хроничен бронхит;
• бронхиектазии.

Благодарение на инструменталните методи за изследване на дихателните органи, специалистите са в състояние да диагностицират и конкретизират нюансите на заболяването (тежест, стадий, усложнения и др.). В същото време резултатите от лабораторния анализ на храчките са основни за определяне на правилната посока в хода на по-нататъшната диагностика. Така че, ако в него се открият клетки от злокачествени структури, се правят заключения за ендобронхиалното местоположение на тумора или неговото разпадане, което се изяснява след по-информативни инструментални методи на изследване. Кои от тях - прочетете подробно за това по-долу.

Нито една от горните процедури не може да се нарече абсолютно точна и надеждна. За да конкретизират показателите на лабораторния анализ, те прибягват до инструментални методи на изследване. В медицината те се използват сравнително наскоро. Например, „най-младите“ от съвременните диагностични методи се използват на практика не повече от тридесет години (CT, MRI). Някои от използваните в момента инструментални методи за изследване са универсални, тъй като могат да се използват при изследване на различни органи и системи.

Флуорография

Това е вид скрининг тест, който се извършва за определяне на състоянието на белите дробове и гръдния кош. Принципът на изследването е да се снима горната част на торса. След заснемането полученото рентгеново изображение се извежда на екрана, а оттам - на филм с различни размери на рамката (до 110x110 mm). Препоръчва се да се подлагат на флуорография за възрастни поне веднъж годишно. Основната цел на това изследване е да се идентифицира латентна форма на онкологично (злокачествен тумор) или инфекциозно заболяване (белодробна туберкулоза).

Електроенцефалография

Ако говорим за най-простите инструментални и лабораторни изследователски методи в неврохирургията, на първо място си струва да се подчертае този. По време на процедурата се записва електрическата активност на мозъка. Сканирането е безболезнено и следователно не носи дискомфорт и дискомфорт на пациента. Същността на изследването е, че към главата на човек са прикрепени повече от две дузини електроди, с помощта на които се записва активността на мозъка в покой. След това процедурата се извършва отново, но по различен начин, излагане на пациента на външни дразнители, ярка светлина, предлагане да диша дълбоко и бързо, обръщане на главата настрани и т.н. ръцете дават текстово заключение. Електроенцефалографията помага да се открият видове епилепсия, анормални характеристики на мозъка, метаболитни заболявания.

Инструментални методи за изследване на сърдечно-съдовата система

Те включват, на първо място, електрокардиография - бърз, достъпен и не причиняващ дискомфорт диагностичен метод. Дейността на сърцето, изразена чрез електрически импулси, се записва на движеща се лента. По разположението на отпечатаните линии кардиолозите определят степента на активност на частите на сърцето, което дава възможност да се направи заключение за сърдечни заболявания, свързани с нарушения на ритъма, качеството на кръвоснабдяването и последствията от инфаркт на миокарда.

ЕКГ, както е указано от лекар, може да се извършва през целия ден. Такъв инструментален метод за изследване на сърцето ще ви позволи да получите повече информация за работата му, докато приемате силни лекарства или по време на период на повишена физическа активност.

Говорейки за диагнозата на съдовата система, най-често те предполагат преминаване на ангиография. За определяне на заболяването, причинено от нарушения в работата на сърцето, се използва методът на коронарография. За изследване на коронарните артерии на сърцето в пациента се поставя катетър през бедрената артерия. Ако ингвиналната катетеризация е невъзможна, устройството се вкарва в радиалната артерия на китката. Коронарната ангиография е една от най-сложните изследователски процедури, която изглежда така:

1. Катетърът се придвижва към аортата. Самият процес на манипулация се показва на монитора в реално време.
2. Веднага след като устройството достигне изследваните съдове, контрастно вещество се инжектира в дясната и лявата коронарна артерия на свой ред.
3. В момента, когато гадолиний запълва лумена на сърдечните съдове, лекарите правят поредица от снимки в различни проекции.

Ехокардиографията (с други думи, ултразвук на сърцето) е неинвазивен инструментален метод за изследване на пациенти с патологии на сърдечно-съдовата система. Днес това е безопасен и високоинформативен метод, който се предписва дори на пациенти от по-младата възрастова група. Ехокардиографията е особено ефективна при диагностициране на малформации при новородени.

Ултразвуков скрининг

Това е безболезнен и безопасен метод за инструментално изследване, подготовка за който по правило не се изисква. Принципът на процедурата се крие в способността на вътрешните органи да отразяват ултразвуковите вълни. В този случай изображението се показва на екрана. Костните и хрущялните структури изглеждат бели, а течността изглежда тъмна. Ултразвукът може да определи точния размер и форма вътрешен орган, забележете и най-малката структурна промяна в него. Ултразвукът придоби най-голяма популярност в гинекологията и акушерството. Възможните малформации на плода се откриват в началото на бременността. Този инструментален метод на изследване ви позволява да наблюдавате състоянието на тялото на майката, местоположението и кръвоснабдяването на матката, плацентата.

Ендоскопия

Въпреки факта, че ултразвукът се счита за информативен метод за инструментални изследвания в медицината, той не се използва във всички индустрии. Например, той изобщо не е подходящ за изследване на кухи и кухини органи, поради което се използват други процедури за диагностициране на червата или стомаха. Ендоскопията заслужава да се отбележи сред инструменталните методи за изследване на храносмилането. Диагностичната манипулация се извършва с помощта на гъвкаво оптично устройство, оборудвано с оптичен инструмент- ендоскоп. Дължината на тръбата му може да достигне един и половина метра, а диаметърът му е повече от 1,3 см.

Широкото използване на ендоскопския метод се обяснява и с възможността на специалистите да вземат тъканни проби за хистологично изследване по време на процедурата. Някои модели ендоскопи са оборудвани с електрически сонди, които ви позволяват бързо и безболезнено да извършвате прости хирургични процедури (отстраняване на полипи, вътрешни хемороиди и др.).

рентгеново изследване

Един от първите методи за инструментално изследване на стомашно-чревния тракт, костната тъкан, белите дробове. Процедурата се основава на принципа на преминаване на рентгенови лъчи вътрешни структури... В сравнение с рентгеновата снимка, флуороскопията е по-информативен метод, чийто недостатък е получаването на сравнително висока доза радиация. Ако предполагаемата диагноза го позволява, флуороскопията се опитва да бъде заменена с алтернативна и по-безопасна изследователска процедура.

Компютърна и ядрено-магнитен резонанс

CT е усъвършенствана форма на радиография, която се характеризира с висока разделителна способност и точност на изображението. По време на изследването апаратът прави няколко снимки според параметрите, посочени от специалиста. След като компютърът анализира получените данни, на екрана се извежда двуизмерно изображение. Проекциите в много отношения наподобяват анатомични разрези, което е особено удобно при изследване на мозъка, бъбреците, черния дроб, панкреаса и белите дробове.

ЯМР (магнитен резонанс) е вид комплексно изследване на орган, който използва мощно магнитно поле. Този метод е най-скъпият и сложен. При избор на метод за диагностициране на глава или гръбначен мозък(особено в навечерието на предстоящата хирургична интервенция) лекарите нямат съмнения: няма по-информативен метод за изследване от ЯМР. Въпреки това, в сравнение с компютърната томография, магнитният резонанс има някои недостатъци:

• ще отнеме повече време, за да получите всяко изображение;
• не се използва за изследване на сърцето;
• не е подходящ за хора с клаустрофобия, тъй като процедурата изисква пациентът да бъде потопен в камерата на гигантски томограф.

Подготовка за лабораторни и инструментални методи на изследване

Повечето съвременни диагностични процедури не изискват никакви специални предварителна подготовка... И все пак трябва да обърнете внимание на препоръките относно определени видове анкети:

• Общите и биохимичните кръвни изследвания винаги се вземат на празен стомах. Позволено е да се пие вода.
• Важно е да имате правилни хигиенни процедури, преди да вземете проби от урина. Съдовете за биоматериали трябва да бъдат стерилни.
• 2-3 дни преди вземането на анализа на изпражненията е препоръчително да откажете храна, наситена с желязо и предизвикваща ферментация.
• Ако бактериологично изследване на намазка е предписано от уролог или гинеколог, пациентът не трябва да извършва тоалетна на пикочните пътища непосредствено преди процедурата. Въздържайте се от полов акт на ден.
• Всички инструментални инвазивни изследвания на стомашно-чревния тракт трябва да бъдат внимателно подготвени. През трите дни, предшестващи диагнозата, пациентът трябва да спазва диета, която намалява образуването на газове в червата, да яде само лека храна. По време на колоноскопия на пациента се предписва слабително лекарство (Fortrans или Duphalac) в индивидуална доза.
• Ултразвук на сърцето, ЕКГ, съдови изследвания се извършват преди терапевтични упражнения и приемане на лекарства.

Обикновено лекуващият лекар обяснява на пациента правилата за подготовка за диагностични процедури. Само тяхното спазване може да гарантира надежден резултат от изследването.