Ах 1 лекция (1)

1.

АНАЛИТИЧЕСКАЯ
ХИМИЯ
И
ФИЗИКОХИМИЧЕСКИЕ
МЕТОДЫ АНАЛИЗА

2.

ПЛАН
■ 8 ЛЕКЦИЙ
■ 4 ПРАКТИЧЕСКИХ
ЗАНЯТИЯ
■ ЛАБОРАТОРНЫЕ
РАБОТЫ
■ 2 ДОМАШНИХ ЗАДАНИЯ
■ КОЛЛОКВИУМ
■ ПРОЕКТ
■ ЭКЗАМЕН

3.

ЛЕКЦИИ
■ 6 ФЕВРАЛЯ
■ 20
ФЕВРАЛЯ
■ 6 МАРТА
■ 20 МАРТА
■ 3 АПРЕЛЯ
■ 17 АПРЕЛЯ
■ 1 МАЯ
■ 15 МАЯ
АНАЛИТИЧЕС
КАЯ
ХИМИЯ
ФХ
МА

4.

ПРАКТИКА
6 ФЕВРАЛЯ
6 МАРТА
ВВЕДЕНИЕ, ПРОЕКТ
ЗАДАЧИ НА рH
ПОГРЕШНОСТИ и БУФЕРЫ
ЗАДАЧИ НА ПР И/ИЛИ Кг
3 АПРЕЛЯ
1 МАЯ
КОЛЛОКВИУМ
ИК
ФОТОМЕТРИЯ И/ИЛИ
РЕФРАКТОМЕТРИЯ
ХРОМАТОГРАФИЯ

5.

АНАЛИТИЧЕСКАЯ
ХИМИЯ
И
ФИЗИКОХИМИЧЕСКИЕ
МЕТОДЫ АНАЛИЗА
Глава 1. Введение

6.

1.1 Основные понятия
Аналитическая химия — наука о принципах, методах и средствах
определения состава веществ и в известной мере — их химической
структуры.
Аналитическая химия — это научная дисциплина, которая развивает и
применяет методы, средства и общую методологию получения
информации о составе и природе вещества (в пространстве и
времени).
Аналитическая химия — это раздел химической науки,
разрабатывающий на основе фундаментальных законов химии и
физики принципиальные методы и приемы качественного и
количественного анализа атомного, молекулярного и фазового
состава вещества.

7.

1.1 Основные понятия
Анализ вещества — получение
опытным путем данных о
химическом составе вещества
любыми методами —
физическими, химическими,
физико-химическими.
Аналитик призван развивать
аналитическую химию как науку:
Его задача — создавать,
совершенствовать, теоретически
обосновывать методы анализа,
придумывать, конструировать
средства химического анализа,
особенно аналитические приборы,
синтезировать аналитические
реактивы и разрабатывать
стандартные образцы, испытывать
их, находить им рациональное
применение.

8.

1.2 Что есть что: от метода до
методички
КРИТЕРИЙ
МЕТОД
МЕТОДОЛОГИЯ
МЕТОДИКА
СУТЬ
УРОВЕНЬ
ФУНКЦИЯ
ПРИМЕР
Способ, путь
достижения цели
или познания.
Учение о
методах. Система
принципов, теория
организации и
применения методов.
Общефилософски
й, общенаучный.
Теоретический,
системообразующий.
Задать общее
направление,
основной подход.
Обосновать,
систематизировать и
регламентировать
выбор и
использование
методов.
Детально описать как
именно выполнять
работу
(последовательность,
условия, расчёты).
Титриметрически
й анализ (способ
определения
концентрации
через реакцию с
титрантом)
Методология
титриметрического
анализа (теория
кривых титрования,
выбор индикаторов,
расчёт погрешностей).
С
Конкретная
технология, алгоритм
действий для решения
узкой задачи в рамках
метода.
Практический,
прикладной.
МЕТОДИЧКА
Документ, содержащий
описание методики
(инструкция, пособие).
Учебно-вспомогательный
(материальный носитель).
Предоставить готовое
пошаговое руководство для
обучения или работы.
Брошюра «Методические
указания к лабораторной
работе №5 «Определение
кислотности уксуса»».

9.

1.3 Историческая справка
качественного анализа

10.

1.3 Историческая справка
количественного анализа
Объемные
методы
Весовые методы

11.

1.4 Современная аналитическая химия
Современная
аналитическая
химия
Химический
анализ
Качественный
Количественный
открытие
определение
Инструментальн
ые методы
анализа
Физические
Физикохимические

12.

1.4 Современная аналитическая химия
Качественный химический анализ — это определение (открытие) химических элементов, ионов, атомов, атомных групп, молекул в
анализируемом веществе.
Количественный химический анализ — это определение количественного состава вещества, т. е. установление количества
химических элементов, ионов, атомов, атомных групп, молекул в анализируемом веществе.
количественный анализ вещества — это экспериментальное определение (измерение) концентрации (количества) химических
элементов (соединений) или их форм в анализируемом веществе, выраженное в виде границ доверительного интервала или числа
с указанием стандартного отклонения.
Инструментальные (физические и физико-химические) методы анализа — методы, основанные на использовании зависимостей
между измеряемыми физическими свойствами веществ и их качественным и количественным составом.

13.

1.5 Методы количественного анализа

14.

1.5 Методы количественного анализа

15.

анализа

16.

1.7 Типы качественного анализа
Элементный анализ — это качественный и (чаще всего) количественный
химический анализ, в результате которого определяют, какие химические
элементы и в каких количественных соотношениях входят в состав
анализируемого вещества.
Функциональный анализ — открытие и определение различных
функциональных групп, например, аминогруппы NH2, нитрогруппы N02,
карбонильной С=0, карбоксильной СООН, гидроксильной ОН, и др.
Молекулярный анализ — открытие молекул и определение молекулярного
состава анализируемого вещества, т. е. выяснение того, из каких молекул и
в каких количественных соотношениях состоит данный анализируемый
объект.
Фазовый анализ — открытие и определение различных фаз (твердых,
жидких, газообразных), входящих в данную анализируемую систему.

17.

1.8 Капельный анализ
Капельный анализ — анализ, основанный на изучении продуктов
реакции, образующихся при смешивании одной капли реагента с
одной каплей исследуемого раствора. Капельный анализ проводят на
поверхности стеклянной, фарфоровой или пластмассовой пластинки,
на бумаге (иногда пропитанной подходящим реагентом, который дает
окрашенные продукты с компонентами капли анализируемого
раствора, наносимой на эту бумагу), в микрогазовой камере.
Существуют различные аналитические классификации катионов по
группам — сульфидная (сероводородная), аммиачно-фосфатная,
кислотно-основная. Каждая классификация основана на химических
свойствах катионов, связана с положением соответствующих
элементов в периодической системе и их электронным строением.

18.

1.9 Аналитические реакции
Аналитическая
реакция —
химическое
превращение
анализируемого
вещества при
действии
аналитического
реагента с
образованием
продуктов с
заметными
аналитическими
признаками.

19.

1.9 Аналитические реакции

20.

1.9 Аналитические реакции

21.

1.9 Аналитические реакции

22.

1.9 Аналитические реакции

23.

1.9 Аналитические реакции

24.

1.10 Чувствительность аналитических
реакций

25.

Предельное разбавление Vlim — максимальный объем раствора, в котором
может быть однозначно (больше чем в 50 опытах из 100 опытов) обнаружен
один грамм данного вещества при помощи данной аналитической реакции.
Предельная концентрация Clim — наименьшая концентрация, при которой
определяемое вещество может быть обнаружено в растворе данной
аналитической реакцией. Предельная концентрация выражается в г/мл.
Параметры чувствительности
Минимальный объем предельно разбавленного раствора Vmin —
наименьший объем анализируемого раствора, необходимый для
обнаружения открываемого вещества данной аналитической реакцией.
Выражается в мл.
Предел обнаружения (открываемый минимум) m (в мкг) — наименьшая масса
определяемого вещества, однозначно открываемого данной аналитической
реакцией в минимальном объеме предельно разбавленного раствора

26.

1.11 Аналитика в фармакологии
фармацевтический анализ — определение качества лекарств и
лекарственных средств, изготовляемых промышленностью и аптеками.
анализ
лекарственных
препаратов
контроль
производства
лекарств
токсикологический
анализ
судебнохимический анализ
фармакопейные методы анализа, т. е. методы, описанные в утвержденных обычно на
государственном уровне Фармакопейных статьях или включенные в
Государственную Фармакопею — сборник обязательных общегосударственных
стандартов и положений, нормирующих качество лекарственных средств. Развитые
страны имеют свои собственные Фармакопеи.
GMP (Good Manufacturing Practice) – международная система стандартов
надлежащей производственной практики, устанавливающая жесткие требования к
организации производства лекарственных средств. Стандарт определяет правила
работы с помещениями, оборудованием, персоналом и документацией для гарантии
безопасности и эффективности каждой партии препаратов. В России действует
GMP ЕАЭС, обеспечивающий единые стандарты качества на территории

27.

АНАЛИТИЧЕСКАЯ
ХИМИЯ
И
ФИЗИКОХИМИЧЕСКИЕ
МЕТОДЫ АНАЛИЗА
Глава 2. Объемный анализ

28.

2.1 Основные понятия
Титриметрический, или объемный, анализ — метод количественного
анализа, основанный на измерении объема (или массы) реагента Т,
затраченного на реакцию с определяемым веществом X.
Титрование — процесс определения вещества X постепенным
прибавлением небольших количеств вещества Т, при котором какимнибудь способом обеспечивают обнаружение точки (момента), когда
все вещество X прореагировало.
Титрант — раствор, содержащий
активный реагент Т, с помощью которого
проводят титрование.
Аликвотная доля (аликвота) — это точно
известная часть анализируемого
раствора, взятая для анализа.

29.

2.1 Основные понятия
Индикатор — вещество, которое проявляет видимое изменение в ТЭ
или вблизи ее. В идеальном случае индикатор присутствует в
достаточно малой концентрации, чтобы в интервале его перехода не
затрачивалось существенное количество титранта Т.
Интервал перехода индикатора — область концентрации ионов
водорода, металла или других ионов, в пределах которой глаз
способен обнаружить изменение в оттенке, интенсивности окраски,
флуоресценции или другого свойства визуального индикатора,
вызванное изменением соотношения двух соответствующих форм
индикатора.
pH = -lg
с(Н 0+)

30.

2.1 Основные понятия
m2 = C2M2V0 ·
−3
10
где С , С — молярная концентрац эквивалента вещества А и В соответственно;
А+В→Р
1
2
C1V1 = C2V2
ия
V1, V2 — объем раствора вещества А и В соответственно
теоретическая
Точка эквивалентности (ТЭ) (стехиометрическая точка) — такая точка
(момент) титрования, в которой количество прибавленного титранта Т
эквивалентно количеству титруемого вещества X.
практическая
Конечная точка титрования (КТТ) — точка (момент) титрования, в
которой некоторое свойство раствора (например, его окраска)
оказывает заметное (резкое) изменение.
aA + tT ↔
pP
Уравнение
Титриметрического равновесия

31.

2.1 Основные понятия
Степень оттитрованности f — отношение количества оттитрованного
вещества к его исходному количеству в анализируемом растворе
f = V(
Т)/V(ТЭ)
Уровень титрования — это порядок (10х) концентрации используемого
раствора титранта, например 10-1, 10-2, 10-3 ит. д.
Кривая титрования — графическое изображение зависимости
изменения концентрации с(Х) определяемого вещества X или
некоторого связанного с ним свойства системы (раствора) от объема
V(Т) прибавленного титранта Т.

32.

линейная
логарифмическая
дифференциальная
по оси ординат:
концентрацию или
физико-химический
параметр,
пропорциональный
концентрации
по оси ординат: логарифм
концентрации (или
логарифм отношения
концентраций) или
величину,
пропорциональную этому
логарифму
по оси ординат: 1 производную
от логарифма концентрации
(или интенсивности
пропорционального ей
свойства) по объему
прибавляемого титранта
dlg с(Х )/d V(X)

33.

2.2 Линейные кривые титрования
Резкий перегиб в точке эквивалентности наблюдается, если константа
равновесия реакции достаточно велика (K >> 103 ). В противном случае
вблизи точки эквивалентности происходит искривление прямолинейых
участков. В этом случае точку эквивалентности находят экстраполяцией
(графической или расчетной) линейных участков, достаточно удаленных
от точки эквивалентности, когда реакция практически смещена влево
или вправо.

34.

монологарифмическая
билогарифмическая

35.

2.3 Логарифмические кривые
титрования
монологарифмическая
продукты реакции титрования
практически не влияют на равновесные
концентрации определяемого вещества
[А] или титранта [Т].
• при титровании сильной кислоты
сильным основанием,
• при осадительном
• комплексонометрическом титровании
продукты (молекулы воды,
малорастворимые соединения или
комплексы) практически выводятся из
реакции. В этих случаях при построении
кривых титрования по оси ординат

36.

2.3 Логарифмические кривые
билогарифмическая
титрования
продукты реакции каким-либо образом
влияют на равновесную концентрацию [А]
или [Т], то при расчете [А] следует
учитывать равновесные концентрации
продуктов.
• при титровании слабых кислот (или
оснований)
• окислительно-восстановительном
титровании
Образуются сопряженные пары веществ:
при титровании слабой кислоты —
сопряженное основание, при титровании
окислителя — его восстановленная форма.
Переменный параметр (рН или Е) будет
определяться отношением концентраций
веществ сопряженной пары. Кривые, по
оси ординат которых отложен логарифм

37.

2.4 Требования к реакции титрования
1) быть строго
стехиометричной
4) должен
существовать
способ
2) протекать быстро
фиксирования
точки
эквивалентности
3) протекать
количественно, т. е.
константа
равновесия должна
быть высокой

38.

2.4 Требования к реакции титрования
визуальн
о
Изменение цвета
инструментально
Потенциометрическ
ое титрование
Скачок
потенциала
Кондуктометрическ
ое титрование
Изменение
проводимости
Фотометрическое
титрование
Термометрическое
Изменение
поглощения
Прекращение
тепловыделен
ия/
поглощения

39.

2.5 Реактивы
Первичный стандарт— вещество высокой чистоты, которое
применяется для установления концентрации титранта — для
стандартизации титранта, в основе чего лежит стехиометричность
их взаимодействия, или может быть само использовано для
приготовления раствора титранта с точно известной
концентрацией.
Вторичный стандарт — вещество, используемое для
стандартизации; содержание активного компонента в нем находят
с помощью первичного стандарта.

40.

Бура
(десятиводный кристаллогидрат
тетрабората натрия)
Na2B407 • 10Н2О
безводный карбонат натрия
Na2C03
бикарбонат калия
КНСОз
карбонат таллия(1)
Тl2С03
дигидрат щавелевой кислоты
Н2С204 • 2Н20
триметоксиметиламин
(HOCH2)3CNH2
дихромат калия
К2Сr207
бромат калия
КВrO3
йодат калия
КIO3
ЭДТА
(Этилендиаминтетрауксусная
кислота)
Трилон Б
(двунатриевая соль
этилендиаминтетрауксусной
кислоты)

41.

2.7 Растворы
Первичный стандартный раствор — приготовленный из первичного
стандартного вещества стандартный раствор, концентрация
которого известна по массе этого вещества в определенном
объеме (или массе) раствора.
Вторичный стандартный раствор — раствор, концентрация которого
установлена стандартизацией или приготовленный по известной
массе вторичного стандартного вещества.
Фиксанал – запаянные стеклянные ампулы, содержащие точно
известное количество стандартного вещества или раствора
(стандарт-титры).
Стандартизация — процесс нахождения концентрации активного
реагента в растворе (чаще всего путем титрования его стандартным
раствором).

42.

Молярность
Нормальнос
ть
с(А) — количество
растворенного
вещества А в молях,
содержащееся в одном
литре раствора
N - количество
растворенного
вещества А в молях,
соответствующее
эквиваленту А,
содержащееся в одном
литре раствора
Титр
Титр Т(А) растворенного
вещества А— это масса
растворенного
вещества А,
содержащаяся в одном
миллилитре раствора

43.

2.9 Титриметрический фактор пересчета
Титр раствора по определяемому веществу X, или
титриметрический фактор пересчета t(Т/Х), — масса титруемого
вещества X, взаимодействующая с одним миллилитром титранта Т
Закон
эквивалент
ов

44.

2.10 Поправочный коэффициент
Поправочный коэффициент F — число, выражающее отношение
действительной (практической) концентрации вещества A в
растворе к его заданной (теоретической) концентрации
например, требуется приготовить раствор с заданной (теоретической)
концентрацией 0,1000 моль/л. Практически приготовлен раствор с близкой (но
не точно равной 0,1000 моль/л) концентрацией 0,1056 моль/л. Тогда
поправочный коэффициент
F = 0,1056/0,1000= 1,056.
дальнейшем при применении
приготовленного
раствора можно
общаяВфармакопейная
статья «Титрованные
растворы»
(ОФС)во всех
расчетах использовать теоретическую концентрацию, вводя F
Министерства здравоохранения Российской Федерации
обозначила, что поправочный коэффициент (F) титрованного
раствора должен находиться в пределах от 0,98 до 1,02.

45.

2.11 Расчет массы навески стандартного
вещества для приготовления титранта н
определение концентрации титраита при его
стандартизации
Поправочный коэффициент F — число, выражающее отношение
действительной (практической) концентрации вещества A в
растворе к его заданной (теоретической) концентрации
например, требуется приготовить раствор с заданной (теоретической)
концентрацией 0,1000 моль/л. Практически приготовлен раствор с близкой (но
не точно равной 0,1000 моль/л) концентрацией 0,1056 моль/л. Тогда
поправочный коэффициент
F = 0,1056/0,1000= 1,056.
В дальнейшем при применении приготовленного раствора можно во всех
расчетах использовать теоретическую концентрацию, вводя F
общая фармакопейная статья «Титрованные растворы» (ОФС)
Министерства здравоохранения Российской Федерации
обозначила, что поправочный коэффициент (F) титрованного

46.

2.12 Расчет массы навески стандартного
вещества для приготовления титранта
Через
нормальность
Через молярность
Массу навески обычно взвешивают на аналитических весах с ошибкой взвешивания ±0 , 0 0 0 2 г

47.

2.13 Определение концентрации
титранта при его стандартизации
Закон
эквивалент
ов

48.

Метод отдельных
навесок
Метод пипетирования
n навесок вещества массой m1, m2, … ,
отмеренных на аналитических весах,
растворяют в небольших объемах
растворителя (знать их нет необходимости) и
проводят титрование каждого раствора
титрование равных порций раствора (аликвот
Vx), отбираемых пипеткой из мерной колбы
определенного объема V0, в котором
растворена навеска анализируемого
вещества.
Титрование проводят заданное число раз
(обычно от двух до пяти), каждый раз
взвешивая новую навеску вещества А.
Титрование проводят заданное число раз
(обычно от двух до пяти), используя аликвоты
VK— объем всего анализируемого раствора в мерной

49.

2.15 Классификация методов титрования

50.

2.16 Классификация по методу
Заместительн
выполнения
прямое
обратное
ое
титрант добавляют
непосредственно к
раствору
определяемого
вещества
титрование
непрореагировавшего
вещества, которое
прибавлено в избытке к
анализируемому
раствору в виде
стандартного раствора.
титрование, при
котором определяемое
вещество не реагирует
с титрантом
непосредственно, а
определяется косвенно
в результате
использования
стехиометрически
протекающей реакции
с образованием другого
вещества,
реагирующего с
титрантом
Если скорость реакции
мала, или не удается
подобрать индикатор,
или наблюдаются
побочные эффекты,
например потери
определяемого
вещества вследствие
летучести
Если реакция
нестехиометрична или
протекает медленно

51.

2.17 Обратное титрование
титрование непрореагировавшего вещества, которое прибавлено в
избытке к анализируемому раствору в виде стандартного раствора
К аликвотной доле
анализируемого
раствора
объёмом V(X) прибавля
ют в избытке точно
известный
объём V(T1​) стандартног
о раствора вещества
T1 с молярной
концентрацией
эквивалента c(fэT1​)
избыток
Определяемое
вещество X реагирует
с T1 нацело
непрореагировавший
избыток вещества
T1 оттитровывают
стандартным раствором
титранта T2

52.

2.17 Определение кальция в карбонате
кальция методом обратного титрования
1
2
• образец растворяют в хлороводородной кислоте (вещество Т1) с точно известным содержанием НСl
• Избыток непрореагировавшей НСl оттитровывают стандартным раствором NaOH (вещество Т 2) с
известной концентрацией
• В соответствии с законом эквивалентов
3
4
• Зная эквивалентное количество катионов кальция, можно рассчитать массу кальция в анализируемом
образце

53.

2.18 Заместительное (косвенное)
титрование, при котором определяемое вещество не реагирует с
титрование
титрантом непосредственно, а определяется косвенно в результате
использования стехиометрически протекающей реакции с
К анализируемому другого вещества, реагирующего с титрантом
образованием
раствору, содержащему
определяемый
компонент X,
прибавляют реагент A в
избытке (для
обеспечения полноты
протекания реакции) по
сравнению со
стехиометрическим
количеством.
избыток заместитель
образуется вещество B
— заместитель в
количестве,
эквивалентном
прореагировавшему
компоненту X
Образовавшийся
заместитель В
оттитровывают
стандартным раствором
титранта Т

54.

2.18 Определение нитратов методом
заместительного титрования
1
2
• Навеску анализируемого нитрата, например нитрата натрия, растворяют в воде и получают раствор объемом Vк. К
аликвотной части раствора прибавляют металлический цинк в небольшом избытке по сравнению со стехиометрическим
количеством и щелочь
• Образовавшийся аммиак отгоняют в приемник со стандартным раствором НСl объемом V(НСl), где он связывается в
катион аммония
• Непрореагировавшую НСl оттитровывают стандартным раствором щелочи
3
4