Methoden voor kwantitatieve analyse. Taken en methoden van kwantitatieve analyse

Kwantitatieve analyse is een groot deel van de analytische chemie waarmee u de kwantitatieve (moleculaire of elementaire) samenstelling van een object kunt bepalen. Kwantitatieve analyse is wijdverbreid. Het wordt gebruikt om de samenstelling van ertsen te bepalen (om de mate van zuivering ervan te beoordelen), de samenstelling van bodems, plantaardige objecten. In de ecologie wordt het gehalte aan gifstoffen in water, lucht en bodem bepaald. In de geneeskunde wordt het gebruikt om nepmedicijnen op te sporen.

Taken en methoden van kwantitatieve analyse

De belangrijkste taak van kwantitatieve analyse is het vaststellen van de kwantitatieve (percentage of moleculaire) samenstelling van stoffen.

Afhankelijk van hoe dit probleem wordt opgelost, zijn er verschillende methoden voor kwantitatieve analyse. Er zijn drie groepen van:

• Fysiek.
• Fysisch en chemisch.
• Chemisch.

De eerstgenoemde zijn gebaseerd op het meten van de fysische eigenschappen van stoffen - radioactiviteit, viscositeit, dichtheid, enz. De meest gebruikelijke fysische methoden voor kwantitatieve analyse zijn refractometrie, röntgenspectrale en radioactiveringsanalyse.

De tweede is gebaseerd op de meting fysische en chemische eigenschappen de stof wordt bepaald. Waaronder:

• Optisch - spectrofotometrie, spectrale analyse, colorimetrie.
• Chromatografie - gas-vloeistofchromatografie, ionenuitwisseling, distributie.
• Elektrochemisch - conductometrische titratie, potentiometrische, coulometrische, elektrogewichtanalyse, polarografie.

De derde methoden in de lijst zijn gebaseerd op: Chemische eigenschappen teststof, chemische reacties. Chemische methoden verdeeld in:

• Gewichtsanalyse (gravimetrie) - gebaseerd op nauwkeurig wegen.
• Volumetrische analyse (titratie) - gebaseerd op nauwkeurige meting van volumes.

Methoden voor kwantitatieve chemische analyse

Hoogste waarde hebben gravimetrisch en titrimetrisch. Ze worden klassieke methoden van chemische kwantitatieve analyse genoemd.

Geleidelijk maken klassieke methoden plaats voor instrumentale. Ze blijven echter de meest nauwkeurige. De relatieve fout van deze methoden is slechts 0,1-0,2%, terwijl deze voor instrumentele methoden 2-5% is.

gravimetrie

De essentie van gravimetrische kwantitatieve analyse is de isolatie van de stof van belang in zijn zuivere vorm en zijn weging. De isolatie van een stof wordt meestal uitgevoerd door precipitatie. Soms moet de te bepalen component worden verkregen in de vorm van een vluchtige stof (destillatiemethode). Op deze manier is het mogelijk om bijvoorbeeld het gehalte aan kristalwater in kristallijne hydraten te bepalen. De precipitatiemethode bepaalt kiezelzuur tijdens verwerking rotsen, ijzer en aluminium bij de analyse van gesteenten, kalium en natrium, organische verbindingen.

Het analytische signaal in gravimetrie is massa.

De methode van kwantitatieve analyse door gravimetrie omvat de volgende stappen:

1. Neerslag van een verbinding die de gewenste stof bevat.
2. Filtratie van het resulterende mengsel om het precipitaat uit het supernatant te verwijderen.
3. Het precipitaat wassen om het supernatant te verwijderen en onzuiverheden van het oppervlak te verwijderen.
4. Drogen bij lage temperaturen om water te verwijderen of om het sediment om te zetten in een vorm die geschikt is om te wegen.
5. Het resulterende sediment wegen.

De nadelen van gravimetrische kwantitatieve analyse zijn de duur van de bepaling en niet-selectiviteit (precipiterende reagentia zijn zelden specifiek). Daarom is een voorlopige indeling noodzakelijk.

Berekeningen met de gravimetrische methode

De resultaten van de kwantitatieve analyse uitgevoerd door gravimetrie worden uitgedrukt in massafracties (%). Voor de berekening is het noodzakelijk om de massa van het monster van de teststof - G, de massa van het resulterende sediment - m en de formule voor het bepalen van de conversiefactor F te kennen. Formules voor berekening massafractie en conversiefactoren worden hieronder weergegeven.

Je kunt de massa van de stof in het sediment berekenen, hiervoor wordt de conversiefactor F gebruikt.

De gravimetrische factor is een constante waarde voor een bepaalde testcomponent en gravimetrische vorm.

Titrimetrische (volume) analyse

Titrimetrische test is de nauwkeurige meting van het volume van een reagensoplossing die wordt verbruikt in een gelijkwaardige interactie met een stof van belang. In dit geval is de concentratie van het gebruikte reagens vooraf ingesteld. Gegeven het volume en de concentratie van de reagensoplossing, wordt de inhoud van de component van belang berekend.

De naam "titrimetrisch" komt van het woord "titer", wat een manier betekent om de concentratie van een oplossing uit te drukken. De titer geeft aan hoeveel gram van de stof is opgelost in 1 ml van de oplossing.

Titratie is het proces van het geleidelijk toevoegen van een oplossing met een bekende concentratie aan een specifiek volume van een andere oplossing. Het gaat door tot het moment dat de stoffen volledig met elkaar reageren. Dit moment wordt het equivalentiepunt genoemd en wordt bepaald door de kleurverandering van de indicator.

• Zuur-base.
• Redox.
• Neerslag.
• Complexometrisch.

Basisconcepten van titrimetrische analyse

De volgende termen en concepten worden gebruikt in titrimetrische analyse:

• Een titrant is een oplossing die wordt toegevoegd. De concentratie ervan is bekend.
• Een titreerbare oplossing is een vloeistof waaraan een titrant is toegevoegd. De concentratie ervan moet worden bepaald. De titreerbare oplossing wordt gewoonlijk in de kolf geplaatst en de titrant in de buret.
• Het equivalentiepunt is het punt in de titratie wanneer het aantal equivalenten van de titrant gelijk wordt aan het aantal equivalenten van de betreffende stof.
• Indicatoren - stoffen die worden gebruikt om het equivalentiepunt vast te stellen.

Standaard en werkende oplossingen

Titranten zijn standaard en werken.

Standaard worden verkregen door een exact monster van een stof op te lossen in een bepaald (meestal 100 ml of 1 l) volume water of een ander oplosmiddel. U kunt dus oplossingen voorbereiden:

• Natriumchloride NaCl.
• Kaliumdichromaat K 2 Cr 2 O 7.
• Natriumtetraboraat Na 2 B 4 O 7 ∙ 10H 2 O.
• Oxaalzuur H 2 C 2 O 4 ∙2H 2 O.
• Natriumoxalaat Na 2 C 2 O 4.
• Barnsteenzuur H 2 C 4 H 4 O 4 .

In de laboratoriumpraktijk worden standaardoplossingen bereid met fixanalen. Dit is een bepaalde hoeveelheid van een stof (of de oplossing ervan) in een verzegelde ampul. Deze hoeveelheid wordt berekend voor de bereiding van 1 liter oplossing. Fixanal kan worden bewaard lange tijd, omdat het geen toegang tot lucht heeft, met uitzondering van alkaliën die reageren met het glas van de ampul.

Sommige oplossingen kunnen niet met een nauwkeurige concentratie worden bereid. De concentratie van kaliumpermanganaat en natriumthiosulfaat verandert bijvoorbeeld al tijdens het oplossen vanwege hun interactie met waterdamp. In de regel zijn het deze oplossingen die nodig zijn om de hoeveelheid van de gewenste stof te bepalen. Aangezien hun concentratie onbekend is, moet deze vóór titratie worden bepaald. Dit proces wordt standaardisatie genoemd. Dit is de bepaling van de concentratie van werkoplossingen door hun voorlopige titratie met standaardoplossingen.

Standaardisatie is nodig voor oplossingen:

• Zuren - zwavelzuur, zoutzuur, salpeterzuur.
• alkaliën.
• Kaliumpermanganaat.
• zilvernitraat.

Indicator selectie

Voor exacte definitie het equivalentiepunt, dat wil zeggen het einde van de titratie, is noodzakelijk goede keuze indicator. Dit zijn stoffen die van kleur veranderen afhankelijk van de pH-waarde. Elke indicator verandert de kleur van zijn oplossing wanneer: andere betekenis pH, het overgangsinterval genoemd. Voor een correct geselecteerde indicator valt het overgangsinterval samen met de verandering in pH in het gebied van het equivalentiepunt, de titratiesprong genoemd. Om het te bepalen, is het noodzakelijk om titratiecurven te construeren, waarvoor theoretische berekeningen worden uitgevoerd. Afhankelijk van de sterkte van het zuur en de base zijn er vier soorten titratiecurves.

Berekeningen in titrimetrische analyse

Als het equivalentiepunt correct is bepaald, zullen de titrant en de titreerbare stof in een equivalente hoeveelheid reageren, dat wil zeggen dat de hoeveelheid van de titrante stof (n e1) gelijk zal zijn aan de hoeveelheid van de getitreerde stof (n e2): n e1 \u003d n e2. Aangezien de hoeveelheid van de equivalente stof gelijk is aan het product van de molaire concentratie van het equivalent en het volume van de oplossing, is de gelijkheid waar

C e1 V 1 = C e2 V 2, waarbij:

C e1 - normale concentratie van de titrant, een bekende waarde;

V 1 - het volume van de titrantoplossing, een bekende waarde;

C e2 - normale concentratie van de titreerbare stof, het is noodzakelijk om te bepalen;

V 2 - het volume van de oplossing van de getitreerde stof, wordt bepaald tijdens de titratie.

C e2 \u003d C e1 ∙ V 1 / V 2

Titrimetrische analyse uitvoeren

De methode van kwantitatieve chemische analyse door titratie omvat de volgende stappen:

1. Bereiding van een 0,1 N standaardoplossing uit een monster van de stof.
2. Bereiding van ongeveer 0,1 N werkoplossing.
3. Standaardisatie van de werkoplossing volgens de standaardoplossing.
4. Titratie van de testoplossing met een werkende oplossing.
5. Uitvoeren van de nodige berekeningen.

De taak van kwantitatieve analyse is om het kwantitatieve gehalte van afzonderlijke bestanddelen in de teststof of het testmengsel te bepalen. De resultaten van kwantitatieve bepaling worden gewoonlijk uitgedrukt als een percentage. Kwantitatieve analyse wordt gebruikt in de biologie, fysiologie, geneeskunde, biochemie, chemie etenswaren enzovoort.

Alle methoden van kwantitatieve analyse kunnen worden onderverdeeld in drie hoofdgroepen.

1. Gravimetrische (gewichts)analyse. Gravimetrische analyse is de bepaling van de hoeveelheid van een component (element of ion) door de massa van de stof die als resultaat van de analyse wordt verkregen. Bij de methoden van deze groep wordt het bepaalde deel van de analyt geïsoleerd in zuivere vorm of in de vorm van een verbinding met een bekende samenstelling, waarvan de massa wordt bepaald.

Om bijvoorbeeld de hoeveelheid barium in zijn verbindingen te bepalen, wordt het Ba2+-ion geprecipiteerd met verdund zwavelzuur:

ВаС1 2 + H 2 S0 4 = BaS0 4 | + 2HC1.

Het neerslag van BaS04 wordt afgefiltreerd, gewassen, gecalcineerd en nauwkeurig gewogen. Als je de massa van het neerslag BaS0 4 en zijn formule kent, moet je berekenen hoeveel barium het bevat. De gravimetrische methode geeft zeer nauwkeurige resultaten, maar is zeer arbeidsintensief.

2. Titrimetrische (volumetrische) analyse. Titrimetrische analyse is gebaseerd op de nauwkeurige meting van de hoeveelheid reagens die bij de reactie met de analyt wordt gebruikt.
onderdeel. Het reagens wordt genomen in de vorm van een oplossing met een bepaalde concentratie - getitreerde oplossing. Moment,
wanneer het reagens wordt toegevoegd in een hoeveelheid die overeenkomt met het gehalte van de te bepalen component, d.w.z. het moment van het einde van de reactie wordt bepaald verschillende manieren. Tijdens titratie wordt een hoeveelheid reagens toegevoegd die gelijk is aan de hoeveelheid van de analyt. Met kennis van het volume en de exacte concentratie van de oplossing die met de analyt heeft gereageerd, wordt de hoeveelheid van de analyt berekend.

Titrimetrische analyse geeft minder nauwkeurige resultaten dan gravimetrische analyse, maar het belangrijkste voordeel is de hoge snelheid van analyse. Afhankelijk van het type reacties dat optreedt tijdens de titratie, wordt titrimetrische analyse onderverdeeld in drie groepen: zuur-base titratiemethoden, redoximetriemethoden en precipitatie- en complexvormingsmethoden.

3. Methoden van fotometrie. Bij deze methode wordt de hoeveelheid van een stof bepaald door de kleurintensiteit van de oplossing. Gebruik hiervoor de zogenaamde kleurreacties, d.w.z. reacties die gepaard gaan met een verandering in de kleur van de oplossing. Bij het bepalen van de hoeveelheid ijzer wordt bijvoorbeeld de reactie gebruikt

FeCl3 + 3KSCN 7-Fe(SCN)3 + 3KCI,

wat leidt tot de vorming van een rode oplossing. De kleurintensiteit van de oplossing wordt visueel of met behulp van geschikte instrumenten beoordeeld.

Soms wordt de te bepalen component omgezet in een slecht oplosbare verbinding en wordt het gehalte van de analyt beoordeeld aan de hand van de intensiteit van de troebelheid van de oplossing. Een methode die op dit principe is gebaseerd, wordt nefelometrie genoemd. Fotometrie- en nefelometriemethoden worden gebruikt om de componenten te bepalen waaruit de analyt in zeer kleine hoeveelheden bestaat. De nauwkeurigheid van deze methode is lager dan gravimetrisch of titrimetrisch.

Naast deze methoden zijn er nog andere: gasanalyse, spectrale analyse, elektrochemische en chromatografische methoden. Deze zelfstudie behandelt deze methoden niet.

Alle methoden van kwantitatieve analyse zijn onderverdeeld in chemisch en fysisch-chemisch. Chemische methoden omvatten gravimetrische, titrimetrische en gasanalyse, fysisch-chemische methoden omvatten fotometrie en nefelometrie, elektrochemische, spectrale, chromatografische analysemethoden

Bij kwantitatieve analyse worden macro-, micro- en semi-micromethoden onderscheiden. Deze zelfstudie behandelt alleen de macromethode. Bij macrobepalingen worden relatief grote (0,01-0,1 g) hoeveelheden van een stof bepaald. De uitzondering zijn fotometrische en nefelometrische methoden, waarbij de hoeveelheid analyt een fractie van een milligram is.

Analytisch-chemische methoden kunnen worden ingedeeld op basis van verschillende principes. Afhankelijk van de gemeten eigenschap van de stof worden de volgende methoden onderscheiden: chemisch; fysiek en chemisch; fysiek (tabel 14). De basis van chemische methoden zijn analytisch-chemische reacties. Fysische en chemische methoden zijn gebaseerd op het meten van fysieke parameters chemisch systeem, afhankelijk van de aard van de componenten van het systeem en veranderen in de loop van een chemische reactie. Dergelijke parameters omvatten bijvoorbeeld de waarden van potentialen in potentiometrie, optische dichtheden in spectrofotometrie, enz. Fysische methoden zijn niet geassocieerd met het gebruik van chemische reacties. De samenstelling van een stof wordt bepaald door enkele fysieke eigenschappen van het object te veranderen (dichtheid, viscositeit, stralingsintensiteit, enz.). duidelijke grenzen er is geen verschil tussen chemische en fysisch-chemische en fysisch-chemische en fysische methoden. Fysische en fysisch-chemische methoden worden vaak instrumenteel genoemd. BIJ recente tijden gebruik de zogenaamde "hybride" methoden, waarbij twee of meer methoden worden gecombineerd. Bijvoorbeeld chromato-massaspectrometrie.

Methoden voor kwantitatieve analyse

Analysemethoden
Chemisch	Fysisch-chemisch	Fysiek
gravimetrie titrimetrie	elektrochemisch spectroscopisch (optisch) fluorescerend kinetisch thermometrische chromatografisch	spectroscopisch (niet optisch) kernfysica radiochemisch
Analytisch signaal (waarde functioneel gerelateerd aan de inhoud van de analyt)
verandering in de kleur van de indicator, het vrijkomen van gas, sediment, enz.	- treedt op met deelname van externe (valentie)elektronen en is functioneel gerelateerd aan de aard en concentratie van de stof; - Treedt op wanneer een stof interageert met verschillende types energie (elektrische, thermische, elektromagnetische stralingsenergie); - verkregen door interactie met een stof in oplossing	- ontstaat met de deelname van interne elektronen of kernen van atomen; - staat van aggregatie en de chemische vorm van de stof doet er niet toe

De analyse van een stof bestaat uit het verkrijgen van empirische gegevens over de chemische samenstelling ervan. Ongeacht de gebruikte methoden worden de volgende eisen aan de analyse gesteld:

• 1. De nauwkeurigheid van de analyse is een collectief kenmerk van de methode, inclusief de juistheid en reproduceerbaarheid ervan.
• 2. De juistheid van de resultaten van de analyse - resultaten verkrijgen die dicht bij de echte liggen.
• 3. Reproduceerbaarheid - het verkrijgen van dezelfde of vergelijkbare resultaten met herhaalde bepalingen.
• 4. Expressiviteit - de snelheid van de analyse.
• 5. Gevoeligheid - de minimale hoeveelheid van een stof die met deze methode kan worden bepaald.
• 6. Veelzijdigheid - het vermogen om veel componenten te definiëren. Het is vooral belangrijk om ze tegelijkertijd in één monster te bepalen.
• 7. Automatisering van analyse. Bij het uitvoeren van homogene massaanalyses moet men een methode kiezen die automatisering mogelijk maakt, die de arbeidsintensiteit, fouten, hogere snelheid en de kosten van analyse vermindert.
• 21. Karakteristieke analysemethode

Kwantitatieve analyse, een reeks chemische, fysisch-chemische en fysische methoden voor het bepalen van de kwantitatieve verhouding van de componenten waaruit de analyt bestaat. Samen met de kwalitatieve analyse To. en. is een van de belangrijkste takken van de analytische chemie. Afhankelijk van de hoeveelheid van de stof die voor analyse wordt genomen, worden macro-, semi-micro-, micro- en ultramicro-methoden onderscheiden. Bij macromethoden is het monstergewicht gewoonlijk > 100 mg, het volume van de oplossing > 10 ml; in ultramicromethoden - respectievelijk 1-10-1 mg en 10-3-10-6 ml (zie ook Microchemische analyse, Ultramicrochemische analyse). Afhankelijk van het object van studie worden anorganische en organische CA onderscheiden, die op hun beurt zijn onderverdeeld in elementaire, functionele en moleculaire analyse. Met elementanalyse kunt u de inhoud van elementen (ionen), functionele analyse bepalen - de inhoud van functionele (reactieve) atomen en groepen in het geanalyseerde object. Moleculair K.a. omvat de analyse van individuele chemische verbindingen die worden gekenmerkt door een bepaald molecuulgewicht. Belang heeft de zogenaamde fase-analyse - een reeks methoden voor het scheiden en analyseren van individuele structurele (fase) componenten van heterogene systemen. Naast specificiteit en sensitiviteit (zie Kwalitatieve analyse), belangrijk kenmerk methoden K. en. - nauwkeurigheid, dat wil zeggen de waarde van de relatieve bepalingsfout; nauwkeurigheid en gevoeligheid in K. a. uitgedrukt als een percentage.

Naar de klassieke chemische methoden van K.a. omvatten: gravimetrische analyse, gebaseerd op een nauwkeurige meting van de massa van de analyt, en volumetrische analyse. Dit laatste omvat volumetrische titrimetrische analyse - methoden voor het meten van het volume van een reagensoplossing die wordt verbruikt in een reactie met een analyt, en gasvolumeanalyse - methoden voor het meten van het volume van geanalyseerde gasvormige producten (zie Titrimetrische analyse, Gasanalyse).

Naast klassieke chemische methoden worden veel fysische en fysisch-chemische (instrumentele) methoden van CA gebruikt, gebaseerd op de meting van de optische, elektrische, adsorptie-, katalytische en andere kenmerken van geanalyseerde stoffen, die afhankelijk zijn van hun hoeveelheid (concentratie). Gewoonlijk worden deze methoden onderverdeeld in de volgende groepen: elektrochemisch (conductometrie, polarografie, potentiometrie, enz.); spectraal of optisch (emissie- en absorptiespectraalanalyse, fotometrie, colorimetrie, nefelometrie, luminescentieanalyse, enz.); Röntgenstraling (absorptie- en emissieröntgenspectraalanalyse, röntgenfaseanalyse, enz.); chromatografie (vloeistof-, gas-, gas-vloeistofchromatografie, enz.); radiometrisch (activeringsanalyse, enz.); massa spectrometrische. De vermelde methoden, die qua nauwkeurigheid inferieur zijn aan chemische, overtreffen ze aanzienlijk in gevoeligheid, selectiviteit en snelheid van uitvoering. Nauwkeurigheid van chemische methoden K. a. ligt gewoonlijk in het bereik van 0,005-0,1%; fouten in de bepaling door instrumentele methoden zijn 5-10%, en soms veel meer. Gevoeligheid van sommige methoden Voor en. wordt hieronder gegeven (%):

Volume................................................. ......10-1

Gravimetrisch ................................................................. .. 10-2

Emissie Spectraal...................10-4

Absorptie X-ray spectraal ...... 10-4

Massaspectrometrische .................................10-4

Coulometrische ................................................. 10-5

Laboratorium #9

Chemische identificatie en analyse van de stof

Analytische scheikunde is een wetenschappelijke discipline die methoden ontwikkelt en toepast algemene benaderingen en apparaten voor het verkrijgen van informatie over de samenstelling en aard van materie in ruimte en tijd. Onder de chemische samenstelling verstaan ​​we de elementaire samenstelling (het belangrijkste en meest voorkomende type analyse), moleculair, fase, isotoop. Bij het bepalen chemische samenstelling organische verbindingen worden vaak gebruikt voor functionele analyse - het vaststellen van de aanwezigheid van specifieke functionele groepen in het molecuul van de geanalyseerde verbinding.

Er zijn methoden voor kwalitatieve en kwantitatieve analyse. Het doel van kwalitatieve analyse is de detectie van elementen, ionen, moleculen, functionele groepen, vrije radicalen, fasen in het testmonster op basis van een vergelijking van hun experimenteel verkregen kenmerken met de beschikbare referentiegegevens, met andere woorden, chemische identificatie. Bij het analyseren van organische verbindingen worden individuele elementen (bijvoorbeeld koolstof, zuurstof, stikstof) of functionele groepen direct gevonden. bij het analyseren anorganische verbindingen bepalen uit welke ionen, moleculen, groepen atomen, chemische elementen de geanalyseerde stof bestaat. De taak van kwantitatieve analyse is om het kwantitatieve gehalte en de verhouding van componenten in de geanalyseerde stof of het geanalyseerde mengsel te bepalen.

Chemische identificatie (detectie)- dit is de vaststelling van het type en de toestand van fasen, moleculen, atomen, ionen en andere samenstellende delen stoffen op basis van een vergelijking van experimentele en relevante referentiegegevens voor bekende stoffen. Identificatie is het doel van kwalitatieve analyse. Bij het identificeren wordt meestal een reeks eigenschappen van stoffen bepaald, bijvoorbeeld: kleur, fasetoestand, dichtheid, viscositeit, smelt-, kook- en faseovergangstemperaturen, oplosbaarheid, elektrodepotentiaal, ionisatie-energie.

Kwalitatieve analyse wordt gekenmerkt door de detectiegrens (openingsminimum) van droge stof, d.w.z. de minimale hoeveelheid van een betrouwbaar identificeerbare stof, en de maximale concentratie van de stof C min ,. Deze twee grootheden zijn aan elkaar gerelateerd door de relatie:

Kwalitatieve analysemethoden

Droge analysemethoden. Vluchtige metaalverbindingen kleuren de vlam van de brander in een of andere kleur. Daarom, als u de stof die wordt bestudeerd op een platinadraad in een kleurloze vlam van een brander introduceert, zal de vlam gekleurd worden in de aanwezigheid van bepaalde elementen in het molecuul van de stof.

Natte analysemethoden. Kwalitatieve analysemethoden zijn gebaseerd op: ionische reacties, waarmee elementen in de vorm van bepaalde ionen kunnen worden geïdentificeerd. Tijdens de reactie worden slecht oplosbare verbindingen, gekleurde complexe verbindingen gevormd, oxidatie of reductie vindt plaats met een verandering in de kleur van de oplossing. Elk kation kan worden geïdentificeerd met behulp van een bepaalde reactie als andere kationen die deze identificatie verstoren, worden verwijderd.

Voor identificatie door middel van de vorming van slecht oplosbare verbindingen worden zowel groeps- als individuele neerslagmiddelen gebruikt.

Anionen worden meestal geclassificeerd door de oplosbaarheid van zouten of door redox-eigenschappen.

Methoden voor kwantitatieve analyse

Bepalingsmethoden worden vaak onderverdeeld in: chemisch, fysisch-chemisch, soms een groep fysiek analyse methoden. Chemische methoden zijn gebaseerd op chemische reacties. Voor analyse worden alleen dergelijke reacties gebruikt die gepaard gaan met externe effecten, bijvoorbeeld een verandering in de kleur van de oplossing, gasontwikkeling, precipitatie of oplossing van een neerslag, enz. Deze externe effecten zijn, in deze zaak, analytische signalen. De chemische veranderingen die plaatsvinden worden genoemd analytische reacties, en de stoffen die deze reacties veroorzaken - chemische reagentia. In het geval van fysisch-chemische methoden worden de voortdurende chemische veranderingen, die een verandering met zich meebrengen in parameters zoals de kleurintensiteit van de oplossing in spectrofotometrie, de grootte van de diffusiestroom in voltmetrie, enz., geregistreerd met behulp van fysieke instrumenten. Bij analyse met fysische methoden worden geen chemische reacties gebruikt, maar bestudeerd fysieke eigenschappen stoffen met instrumenten. Tot fysieke methoden omvatten chromatografie, röntgendiffractie, luminescentie, radioactieve analysemethoden, enz.

De titrimetrische methode is gebaseerd op het feit dat alle stoffen in strikt equivalente hoeveelheden met elkaar reageren.Het analytische signaal bij titrimetrie is het volume. Een equivalent is een reëel of voorwaardelijk deeltje dat kan hechten, vrijgeven of op een andere manier equivalent zijn aan één waterstofion in zuur-basereacties of één elektron in redoxreacties.

Een voorwaardelijk deeltje kan een atoom, een molecuul, een ion, een deel van een molecuul zijn. Bijvoorbeeld in de reactie

Na 2 CO 3 + HCl \u003d NaHCO 3 + NaCl

een voorwaardelijk deeltje is het Na 2 CO 3 molecuul, en in de reactie

Na 2 CO 3 + 2HCl \u003d Na 2 CO 3 + 2NaCl

voorwaardelijk deeltje is ½ Na 2 CO 3 .

In reactie

KMnO 4 + 5 e + 8H + → Mn 2+ + 4 H 2 O + K +

conventionele eenheid - 1/5 KMnO 4.

Het getal dat aangeeft welke fractie van een molecuul in een bepaalde reactie equivalent is aan één waterstofion of elektron, wordt genoemd equivalentiefactor (f) . Bijvoorbeeld f Na 2 CO 3 \u003d 1 voor de eerste reactie, f Na 2 CO 3 \u003d 1/2 voor de tweede reactie en f KMnO 4 \u003d 1/5 voor de derde reactie.

In de praktijk is het onhandig om moleculen, ionen, equivalenten te gebruiken, omdat ze erg klein zijn (~ 10-24 g). gebruikt mot, die 6.02 1023 voorwaardelijke deeltjes bevat. De massa van één mol heet molaire massa, en de massa van één molequivalent heet de molaire massa van het equivalent van E. De molaire massa van het equivalent van een stof X is de massa van één mol van het equivalent van deze stof, gelijk aan het product van de equivalentiefactor door de molaire massa van de stof X:

E \u003d molmassa f (9)

Molaire massa heeft de afmeting g/mol. Zeg bijvoorbeeld. massa Na 2 CO 3 \u003d 106 (g / mol), mol massa ½ Na 2 CO 3 \u003d 53 (g / mol) of, op een andere manier, E Na 2 CO 3 (f \u003d 1) \u003d 106 , E Na2C03 (f=1/2) =53.

Oplossingen worden gebruikt in titrimetrie. De concentratie van een oplossing wordt uitgedrukt als de hoeveelheid stof per volume-eenheid. Een liter (1 dm 3) wordt in titrimetrie genomen als een volume-eenheid. Een oplossing die 1 mol voorwaardelijke deeltjes per liter bevat, wordt molair genoemd. Bijvoorbeeld C HCl \u003d 1 M (één-molaire oplossing van HCl), C HCl \u003d 0,1 M (decimolaire oplossing van HCl), C ½ Na 2 CO 3 \u003d 0,1 M (decimolaire oplossing ½ Na 2 CO 3) . Een oplossing die 1 molequivalent per liter bevat, wordt normaal genoemd; in dit geval moet de equivalentiefactor worden aangegeven. Bijvoorbeeld 0,1 n Na 2 CO 3 (f=1) of 0,1 n Na 2 CO 3 (f=1/2), Na 2 CO 3 decimolaire oplossing Als f=1, dan zijn molaire en normale concentraties hetzelfde.

Als twee stoffen in equivalente hoeveelheden hebben gereageerd, dan is de hoeveelheid stof 1 (n 1) gelijk aan de hoeveelheid stof 2 (n 2). Aangezien n 1 = M 1 V 1 en n 2 = M 2 V 2, dan

M 1 V 1 \u003d M 2 V 2.

Als we de concentratie van een van de stoffen en de volumes van de oplossingen kennen, is het gebruikelijk om de onbekende concentratie te vinden en bijgevolg de massa van de andere stof:

M 2 = (10) of N 2 = (11) en

m = M2·mol.wt (12) of m = N2·E (13).

Naast de molaire en normale concentraties wordt ook de titer van de oplossing gebruikt. De titer geeft het aantal gram van een opgeloste stof in 1 ml van een oplossing aan. Titer voor analyt toont de massa van de analyt waarmee 1 ml van deze oplossing reageert; bijvoorbeeld T HCl /Ca CO 3 \u003d 0,006 g / cm 3, dit betekent dat 1 ml HCl-oplossing reageert met 0,006 g CaCO 3.

getitreerd, of standaard, oplossing - een oplossing waarvan de concentratie bekend is uit hoge precisie. Titratie - het toevoegen van een getitreerde oplossing aan de analyt om exact de equivalente hoeveelheid te bepalen. Titratie-oplossing wordt vaak aangeduid als: werkende oplossing of titrant. Het moment van titratie, wanneer de hoeveelheid toegevoegde titrant chemisch equivalent is aan de hoeveelheid getitreerde stof, wordt genoemd equivalentiepunt(t, e.) . Methoden voor het detecteren van bijv. gevarieerd: visueel (met behulp van een indicator en niet-indicator), fysisch en chemisch.

Reacties die bij titrimetrie worden gebruikt, moeten aan de volgende eisen voldoen:

1. de reactie moet kwantitatief verlopen, d.w.z. de evenwichtsconstante moet groot genoeg zijn;
2. de reactie moet doorgaan met hoge snelheid;
3. de reactie mag niet worden bemoeilijkt door de stroom bijwerkingen;
4. er moet een manier zijn om te repareren, d.w.z.

Volgens de methode om het equivalentiepunt vast te stellen, zijn er titratiemethoden met kleurindicatoren, methoden voor potentiometrische titratie, conductometrisch, fotometrisch, enz. bij classificatie volgens het type hoofdreactie dat optreedt tijdens titratie, worden meestal de volgende methoden voor titrimetrische analyse onderscheiden:

1. Methoden voor zuur-base-interactie zijn gerelateerd aan het protonoverdrachtsproces:

H + + OH - \u003d H 2 O

CH 3 COOH + OH - \u003d CH 3 COO - + H 2 O

1. Methoden voor complexvorming gebruiken reacties van vorming van coördinatieverbindingen:

Hg 2+ + 2Cl - = HgCl 2 (kwikmetrie)

Mg 2+ + H 2 Y 2- = MgY 2- + 2H + (complexomerie)

1. Precipitatiemethoden zijn gebaseerd op de vorming van slecht oplosbare verbindingen:

Ag + + Cl - = AgCl (argentometrie)

Hg + 2Cl - \u003d Hg 2 Cl 2 (mercurometrie)

1. Redoxmethoden combineren een grote groep redoxreacties:

MnO + 5 Fe 2+ + 8H + = Mn 2+ + 5Fe 3+ + 4 H 2 O (permanganatometrie)

2S 2 O + I 2 \u003d S 4 O + 2I - (jodium)

Om het equivalentiepunt te vinden, wordt vaak een differentiaalcurve gebouwd in de coördinaten ΔрН / ΔV - V, d.w.z. bepaal de snelheid van verandering in pH met een verandering in de hoeveelheid toegevoegde oplossing in verschillende punten titratie. Het equivalentiepunt wordt aangegeven door het maximum van de verkregen curve, en de aflezing langs de abscis die met dit maximum overeenkomt, geeft het volume titrant aan dat voor de titratie tot aan het equivalentiepunt is gebruikt. Het bepalen van het equivalentiepunt uit een differentiële curve is veel nauwkeuriger dan uit een eenvoudige pH-V-relatie.

Voorbeeld. Titratie van 20 cm 3 0,02 M HCl-oplossing verbruikt 15,00 cm 3 NaOH-oplossing. Bepaal de molaire concentratie van deze oplossing.

Beslissing. Aangezien de stoffen in strikt equivalente hoeveelheden met elkaar reageren, moet de hoeveelheid HCl op het equivalentiepunt gelijk zijn aan de hoeveelheid NaOH, d.w.z.

n(HC1) = n(NaOH); n(HC1) = C(HC1) V(HC1); n(NaOH)= C(NaOH)V(NaOH);

C(NaOH)= ;

C(NaOH) = \u003d 0,02667 mol / dm 3.

Objectief:"droge" en "natte" methoden van chemische identificatie bestuderen, vertrouwd raken met de belangrijkste bepalingen van de titrimetrische analysemethode en de methode voor het bepalen van de concentratie van zuren en basen.

Uitrusting en materialen:

1. gasbrander,

2. platinadraad,

3. reageerbuizen,

4. reageerbuisrek,

5. statief,

6. buret,

7. titratiekolf

8. set reagentia: droge zouten - KCl, LiCl, NaCl, CaCl 2 , BaCl 2 , SrCl 2 , CuCl 2 , 0,5 N oplossingen van Na 3 PO 4 , AgNO 3 , FeSO 4 , K 3 , K 4 , KOH, FeCl3, KSCN, KI, NaCl, NaBr, HN03.

Doelen van kwantitatieve analyse. Methoden voor kwantitatieve analyse. Chemische analysemethoden. Gravimetrische en titrimetrische analysemethoden.Instrumentele analysemethoden. Fotometrie en spectrofotometrie. Atoomabsorptiespectroscopie. Atoomemissiespectroscopie.MAARabsorptiemaar-spectrale methode. Nefelometrische methode voor het bepalen van een stof. Emissievlamfotometrie. lichtgevende methode. Chromatografische analyse.Elektrochemische methoden.Potentiometrie. veldenrografie. Conductometrie.

Kwantitatieve analyse is een onderdeel van de analytische chemie, met als taak het bepalen van de hoeveelheid (gehalte) van elementen (ionen), radicalen, functionele groepen, verbindingen of fasen in het geanalyseerde object.

Met kwantitatieve analyse kunt u de elementaire en moleculaire samenstelling van het bestudeerde object of de inhoud van de afzonderlijke componenten ervan vaststellen. Afhankelijk van het onderzoeksobject worden anorganische en organische analyse onderscheiden. Op hun beurt zijn ze onderverdeeld in elementanalyse, waarvan de taak is om vast te stellen hoeveel elementen (ionen) zich in het geanalyseerde object bevinden, in moleculaire en functionele analyses, een antwoord geven over het kwantitatieve gehalte van radicalen, verbindingen, evenals functionele groepen van atomen in het geanalyseerde object.

Kwantitatieve analyse wordt uitgevoerd in een bepaalde volgorde, waaronder monstername en voorbereiding van monsters, analyse, verwerking en berekening van de analyseresultaten.

Kwantitatieve analyse wordt veel gebruikt om de samenstelling van ertsen, metalen, anorganische en organische verbindingen te bestuderen. In recente jaren Speciale aandacht verwijst naar de bepaling van het gehalte aan giftige stoffen in de lucht, waterlichamen, bodems, in producten: voedsel, verschillende goederen.

Classificatie van methoden van kwantitatieve analyse. Alle methoden van kwantitatieve analyse kunnen worden onderverdeeld in twee grote groepen: chemische en instrumentele. Deze indeling is willekeurig, aangezien veel instrumentele methoden gebaseerd zijn op het gebruik van chemische wetten en de eigenschappen van stoffen.

Klassieke methoden voor chemische kwantitatieve analyse zijn: gravimetrische (gewicht) analyse en titrimetrische (volumetrische) analyse.

gravimetrische methode. De essentie van de methode is om een ​​slecht oplosbare verbinding te verkrijgen, die een bepaalde component bevat. Om dit te doen, wordt een monster van een stof opgelost in een of ander oplosmiddel, meestal water, en geprecipiteerd met een reagens dat met de geanalyseerde verbinding een slecht oplosbare verbinding met een lage SP-waarde vormt. Daarna wordt het neerslag na filtratie gedroogd, gecalcineerd en gewogen. Door de massa van de stof wordt de massa van de bepaalde component gevonden en wordt de massafractie in het geanalyseerde monster berekend.

Er zijn varianten van de gravimetrische methode. Bij de destillatiemethode wordt de geanalyseerde component geïsoleerd in de vorm van een gas dat een interactie aangaat met het reagens. Door de massa van het reagens te veranderen, wordt het gehalte van de te bepalen component in het monster beoordeeld. Het gehalte aan carbonaten in het gesteente kan bijvoorbeeld worden bepaald door het geanalyseerde monster bloot te stellen aan zuur, waarbij CO 2 vrijkomt. De hoeveelheid vrijgekomen CO 2 kan worden bepaald door de verandering in de massa van een stof, bijvoorbeeld CaO, waarmee CO 2 reageert.

Een van de belangrijkste nadelen van de gravimetrische methode is de bewerkelijkheid en relatief lange duur. Minder arbeidsintensief is de elektrogravimetrische methode, waarbij het te bepalen metaal, zoals koper, op de kathode wordt afgezet (platinarooster)

u 2+ + 2е = Cu

De massa van het metaal in de geanalyseerde oplossing wordt bepaald uit het verschil in de massa van de kathode voor en na elektrolyse. Deze methode is echter alleen geschikt voor de analyse van metalen waaraan geen waterstof vrijkomt (koper, zilver, kwik).

Titrimetrische analyse. De essentie van de methode is het meten van het volume van een oplossing van een of ander reagens dat wordt verbruikt in de reactie met de geanalyseerde component. Voor deze doeleinden worden zogenaamde getitreerde oplossingen gebruikt, waarvan de concentratie (meestal de titer van de oplossing) bekend is. Een titer is de massa van een stof in 1 ml (1 cm 3) getitreerde oplossing (in g/ml en g/cm 3). De bepaling wordt uitgevoerd door de titratiemethode, d.w.z. de geleidelijke toevoeging van een getitreerde oplossing aan een oplossing van een analyt, waarvan het volume nauwkeurig wordt gemeten. De titratie stopt wanneer het equivalentiepunt is bereikt, d.w.z. het bereiken van gelijkwaardigheid van het reagens van de getitreerde oplossing en de geanalyseerde component.

Er zijn verschillende soorten titrimetrische analyse: zuur-base titratie, precipitatie titratie, complexometrische titratie en redox titratie.

In de kern zuur-base titratie is de neutralisatiereactie?

H + + OH - ↔ H 2 0

De methode maakt het mogelijk om de concentratie te bepalen van zuren of kationen die worden gehydrolyseerd om waterstofionen te vormen door titratie met een alkalische oplossing of om de concentratie te bepalen van basen, inclusief anionen, die worden gehydrolyseerd om hydroxide-ionen te vormen door titratie met zure oplossingen. Het equivalentiepunt wordt vastgesteld met behulp van zuur-base-indicatoren die van kleur veranderen in een bepaald pH-bereik. De methode van zuur-base-titratie kan bijvoorbeeld de carbonaathardheid van water bepalen, d.w.z. de concentratie van HCO 3 - in water door de oplossing te titreren met Hcl in aanwezigheid van een indicator van methyloranje

HCO 3 - + H + → H 2 0 + C0 2

Op het equivalentiepunt verandert de gele kleur van de indicator in lichtroze. De berekening wordt gemaakt volgens de vergelijking van de wet van equivalenten /

Cec, HC O3, V 1 \u003d Cec, HCl V 2,

waarbij V 1 en V 2 - volumes geanalyseerde en getitreerde oplossingen; С eq HCl is de normale concentratie van equivalenten HCl-stof in de getitreerde oplossing, c eHC03 - is de bepaalde molaire concentratie van equivalenten HCO 3 -ionen in de geanalyseerde oplossing.

Bij neerslagtitratie de geanalyseerde oplossing wordt getitreerd met een reagens dat een slecht oplosbare verbinding vormt met een component van de getitreerde oplossing. Het equivalentiepunt wordt bepaald met behulp van een indicator die een gekleurde verbinding vormt met een reagens, bijvoorbeeld een rood neerslag Ag 2 Cr0 4 wanneer de indicator K 2 Cr04 een interactie aangaat met een overmaat Ag + ionen wanneer een chloride-oplossing wordt getitreerd met een oplossing van zilvernitraat.

Complexometrische titratie. Bij complexometrische titratie wordt de analyt in oplossing getitreerd met een oplossing van een complexon, meestal ethyleendiaminetetra-azijnzuur (EDTA, complexon II) of zijn dinatriumzout (complexon III of Trilon B). Complexonen zijn liganden en vormen complexen met veel kationen. Equivalentiepuntindicatoren zijn meestal liganden die een gekleurde complexe verbinding vormen met het geanalyseerde ion. Zo vormt de indicator chromogeenzwart met calcium en magnesium complexen [Ca Ind] - en - rood. Als resultaat van titratie van een wijnrode oplossing met calcium-, magnesium- en indicatorionen met een oplossing van complexon III, bindt calcium zich aan een stabieler complex met het complexon, op het equivalentiepunt komen de indicatoranionen vrij en geven de oplossing een blauwe kleur. Deze methode van complexometrische titratie wordt bijvoorbeeld gebruikt om de totale hardheid van water te bepalen.

Redox-titratie. Deze methode bestaat uit het titreren van een reductiemiddeloplossing met een getitreerde oxidatiemiddeloplossing of het titreren van een oxidatiemiddeloplossing met een getitreerde reductiemiddeloplossing. Als getitreerde oplossingen van oxidatiemiddelen zijn oplossingen van kaliumpermanganaat KMn04 (permanganatometrie), kaliumdichromaat K 2 Cr 2 0 7 (dichromatometrie), jodium I 2 (iodometrie) gebruikt.

Tijdens permanganometrische titratie in een zuur medium verandert Mn (VII) (karmozijnrode kleur) in Mn (II) (kleurloze oplossing). Permanganatometrische titratie kan bijvoorbeeld het gehalte aan nitrieten in een oplossing bepalen

2KMn0 4 + 5KN0 2 + 3H 2 S0 4 = 2MnS0 4 + K 2 S0 4 + 5KN0 3 + ZN 2 0

Bij dichromatometrische titratie is de indicator difenylamine, dat de oplossing kleurt blauwe kleur met een overmaat aan dichromaationen. Bij jodometrische titraties dient zetmeel als indicator. Jodometrische titratie wordt gebruikt om oplossingen van oxidatiemiddelen te analyseren, in welk geval de getitreerde oplossing jodide-ionen bevat. Koper kan bijvoorbeeld worden bepaald door zijn oplossingen te titreren met een oplossing van jodide

2Cu 2+ + 4G \u003d 2CuI + I 2

Vervolgens wordt de resulterende oplossing getitreerd met een getitreerde oplossing van natriumthiosulfaat Na 2 S 2 0 3 met de zetmeelindicator toegevoegd aan het einde van de titratie.

2Na 2 S 2 0 3 + I 2 \u003d 2NaI + Na 2 S 4 0 6