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:
- Подбор подходящей аналитической реакции или физического свойства вещества
- Правильное выполнение всех аналитических процедур; применение достаточно надежных способов измерения результатов анализа.
Отбор проб для анализа.
Различают несколько видов проб.
- первичную или генеральную пробу отбирают на первом этапе от большой массы материала
- лабораторную или паспортную пробу получают после уменьшения массы генеральной пробы до массы, необходимой для проведения всего анализа полностью
- 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.