Методы количественного анализа

Основные определения.

Различают химические и инструментальные методы количественного анализа. В количественном анализе проводят химическую реакцию и измеряют либо массу полученного продукта (это гравиметрический метод), либо объем реагента, израсходованного на взаимодействие с веществом (волюмометрический).

Гравиметрические методы по способу получения продукта реакции делят на:

  • химико-гравиметрический — измерение массы продукта химической реакции
  • электрогравиметрический — измерение массы продуктов электрохимической реакции
  • термогравиметрический — измерение массы образца при термическом воздействии

Основная операция гравиметрического анализа — взвешивание на аналитических весах.

Волюмометрические методы в зависимости от характера вещества делят на:

  • газоволюмометрические — измерение объема газа
  • лепидоволюмометрические — титриметрические — измерение объема жидкого реагента, израсходованного на взаимодействие с веществом

Растворы реактивов с точной концентрацией, которые используются в титриметрическом методе, называют титрантами, вторичными стандартами или рабочими растворами.
Определение точки эквивалентности в титриметрическом анализе проводят титрованием, то есть постепенным добавлением титранта к раствору определяемого вещества; при этом точка эквивалентности фиксируется с помощью индикаторов химического или инструментального типа.

Химические индикаторы изменяют свой цвет в зависимости от pH, окислительно-восстановительного потенциала, при появлении в растворе избытка реагента или исчезновении определенного вещества. Это служит сигналом о наступлении точки эквивалентности реакции и об окончании титрования.

В качестве инструментальных индикаторов используются приборы, фиксирующие pH, оксилительно-восстановительный потенциал, электропрводимость раствора и другие свойства.

Методы, в которых используют инструментальные индикаторы, называют инструментальными или физико-химическим титрованием и относят к группе инструментальных анализов.

Методы титриметрического анализа основаны на реакция кислотно-основного осаждения, оксиления-восстановления, комплексообразования. В свою очередь, их делят по применяемым реагентам: ацидометрические, перманганатометрические, йодометрическое титрование и т.д.

Титрование можно выполнять различными путями:

Прямое титрование — к раствору определяемого вещества добавляют небольшими порциями титрант; иногда используют реверсивное титрование (титрование раствором определяемого вещества точного объема титранта).

При обратном титровании используют 2 титранта: сначала к анализируемому раствору добавляют избыток титранта №1. Непрореагировавший титрант №1 оттитровывают другим титрантом №2. Количество израсходованного на взаимодействие с веществом титранта №1 определяют по разнице между добавленным и оттитрованым его объемом.
Например: NaCl в растворе можно определить прямым титрованием AgNO3. Но также можно добавить избыток титранта №1 (AgNO3) и оттитровать непрореагировавшую часть титрантом №2 (родонит аммония — раствор). Количество израсходованного на взаимодействие с NaCl раствора AgNO3 определяют по разнице между добавленным его объемом V1 и оттитрованным (раствором титранта №2) — V2.

          V = V1 — V2

Заместительное титрование применяют в тех случаях, когда прямое или обратное титрование вещества невозможно или вызывает затруднение. К веществу прибавляют какой-либо реагент, при взаимодействии с которым количественно выделяется продукт реакции. Его оттитровывают подходящим титрантом.
Например: K2Cr2O7 определяют путем добавления KJ и H2SO4. Выделившийся в результате окислительно-восстановительной реакции J2 титруют раствором Na2S2O3.

Инструментальные методы количественного анализа делят на:

  • физические — определение веществ по их физическим свойствам
  • физико-химические — проведение химической реакции с веществами и их определение либо по физическим свойствам продукта реакции, либо с помощью физической индикации точки эквивалентности реакции.

Основные условия проведения количественного анализа.

Чтобы результаты количественного анализа были верны, необходимо соблюдать ряд условий:

  1. Подбор подходящей аналитической реакции или физического свойства вещества
  2. Правильное выполнение всех аналитических процедур; применение достаточно надежных способов измерения результатов анализа.

Отбор проб для анализа.

Различают несколько видов проб.

  1. первичную или генеральную пробу отбирают на первом этапе от большой массы материала
  2. лабораторную или паспортную пробу получают после уменьшения массы генеральной пробы до массы, необходимой для проведения всего анализа полностью
  3. аналитическую пробу отбирают от лабораторной для проведения единичного определения

В пробе различают определяемое вещество и основу. Определяемых веществ может быть несколько.

Перед отбором генеральной пробы необходимо определить ее представительность, а при получении лабораторной, кроме того, рассчитать массу пробы, позволяющую провести весь анализ.
Представительность — это соответствие состава пробы среднему составу анализируемого материала.
Методы отбора представительной пробы зависят от характера материала.

Если анализу подвергается жидкость, находящаяся в большой емкости, то перед взятием пробы достаточно ее перемешать. При отборе пробы из нескольких емкостей, жидкость в каждой из них перемешивается и отбирается одинаковый объем материала из каждой, далее смешивается. Жидкости с осадком перед взятием проб тщательно перемешивают, чтобы осадок равномерно распределился по всему объему жидкости, и быстро отбирают пробы. Пробы вязких материалов отбирают после тщательного перемешивания из верхней, средней и нижней части массы. Пробы твердых и сыпучих материалов отбирают из разных мест упаковки, стремясь, чтобы были захвачены наружные и внутренние слои материала, которые могут отличаться составом вследствие выветривания и увлажнения.

Отобрав представительную первичную пробу сухих материалов, их измельчают, перемешивают, и сокращают до размера лабораторной пробы.
Сокращение обычно проводят квартованием  — измельченную пробу высыпают на ровную поверхность, перемешивают; разровнивают в форме квадрата и делят его на 4 части.    Две противоположные части отбрасывают, а с остатком повторяют квартование до тех пор, пока не получат необходимую пробу.

Масса лабораторной пробы зависит от чувствительности применяемой методики и определяемого вещества. Чем чувствительнее методика, тем меньше масса лабораторной пробы. Подготовив лабораторную пробу, для проведения отдельных анализов из нее отбирают аналитическую пробу, которую взвешивают на аналитических весах.