Las principales características de cualquier método de química analítica son. Introducción

QUÍMICA ANALÍTICA, la ciencia de determinar la composición química de sustancias y materiales y, hasta cierto punto, la estructura química de los compuestos. La química analítica desarrolla los fundamentos teóricos generales del análisis químico, desarrolla métodos para determinar los componentes de una muestra en estudio y resuelve los problemas de análisis de objetos específicos. El principal objetivo de la química analítica es la creación de métodos y herramientas que proporcionen, dependiendo de la tarea, precisión, alta sensibilidad, rapidez y selectividad de análisis. También se están desarrollando métodos para analizar microobjetos, para realizar análisis locales (en un punto, en la superficie, etc.), análisis sin destruir la muestra, a distancia de ella (análisis remoto), análisis continuo (por ejemplo , en una corriente), y también para establecer, en qué forma de compuesto químico y en qué forma física existe el componente determinado en la muestra (análisis químico de materiales) y en qué fase se incluye (análisis de fase). Las tendencias importantes en el desarrollo de la química analítica son la automatización de los análisis, especialmente en el control de los procesos tecnológicos, y la matematización, en particular el uso generalizado de las computadoras.

La estructura de la ciencia.. Hay tres áreas principales de la química analítica: fundamentos teóricos generales; desarrollo de métodos de análisis; química analítica de objetos individuales. Dependiendo del propósito del análisis, se hace una distinción entre análisis químico cualitativo y análisis químico cuantitativo. La tarea del primero es detectar e identificar los componentes de la muestra analizada, la tarea del segundo es determinar sus concentraciones o masas. Según los componentes que se deban detectar o determinar, existen análisis de isótopos, análisis elementales, análisis de grupos estructurales (incluidos los funcionales), análisis moleculares, análisis de materiales y análisis de fases. Por la naturaleza del objeto analizado, se distingue el análisis de sustancias inorgánicas y orgánicas, así como de objetos biológicos.

La llamada quimiometría, incluida la metrología del análisis químico, ocupa un lugar importante en los fundamentos teóricos de la química analítica. La teoría de la química analítica también incluye enseñanzas sobre la selección y preparación de muestras analíticas, sobre la elaboración de un esquema de análisis y la elección de métodos, sobre los principios y formas de automatizar el análisis, utilizando computadoras, así como los principios del uso racional de los resultados del análisis químico. Una característica de la química analítica es el estudio de propiedades y características específicas no generales, sino individuales, de los objetos, lo que garantiza la selectividad de muchos métodos analíticos. Gracias a los estrechos vínculos con los logros de la física, las matemáticas, la biología y varios campos de la tecnología (esto es especialmente cierto en el caso de los métodos de análisis), la química analítica se está convirtiendo en una disciplina en la intersección de las ciencias. A menudo se utilizan otros nombres de esta disciplina: análisis, ciencia analítica, etc.

En química analítica se distinguen métodos de separación, determinación (detección) y métodos de análisis híbridos, generalmente combinando los métodos de los dos primeros grupos. Los métodos de determinación se subdividen convenientemente en métodos de análisis químicos (análisis gravimétrico, análisis volumétrico, métodos de análisis electroquímicos, métodos de análisis cinéticos), métodos de análisis físicos (espectroscópicos, física nuclear, etc.), métodos de análisis bioquímicos y métodos biológicos. método de análisis. Los métodos químicos se basan en reacciones químicas (la interacción de materia con materia), los métodos físicos se basan en fenómenos físicos (la interacción de materia con radiación, flujos de energía), los métodos biológicos utilizan la respuesta de los organismos o sus fragmentos a los cambios en el medio ambiente .

Casi todos los métodos de determinación se basan en la dependencia de cualquier propiedad medible de las sustancias en su composición. Por lo tanto, una dirección importante en la química analítica es la búsqueda y el estudio de dichas dependencias con el fin de utilizarlas para resolver problemas analíticos. En este caso, casi siempre es necesario encontrar una ecuación para la relación entre una propiedad y la composición, desarrollar métodos para registrar una propiedad (señal analítica), eliminar la interferencia de otros componentes y eliminar la influencia de varios factores (por ejemplo , fluctuaciones de temperatura). El valor de la señal analítica se convierte en unidades que caracterizan la cantidad o concentración de los componentes. Las propiedades medidas pueden ser, por ejemplo, masa, volumen, absorción de luz, intensidad de corriente.

Se presta mucha atención a la teoría de los métodos de análisis. La teoría de los métodos químicos se basa en ideas sobre varios tipos básicos de reacciones químicas ampliamente utilizadas en el análisis (ácido-base, redox, formación de complejos) y varios procesos importantes (precipitación, disolución, extracción). La atención a estos temas se debe a la historia del desarrollo de la química analítica y la importancia práctica de los métodos correspondientes. Sin embargo, dado que la proporción de métodos químicos está disminuyendo, mientras que la proporción de métodos físicos, bioquímicos y biológicos está creciendo, es de gran importancia mejorar la teoría de los métodos de estos últimos grupos e integrar los aspectos teóricos de los métodos individuales. métodos en la teoría general de la química analítica.

La historia del desarrollo. Las pruebas de materiales se llevaron a cabo en la antigüedad; por ejemplo, se examinaron los minerales para determinar su idoneidad para la fundición, varios productos, para determinar el contenido de oro y plata en ellos. Los alquimistas de los siglos XIV-XVI realizaron una gran cantidad de trabajo experimental en el estudio de las propiedades de las sustancias, sentando las bases para los métodos químicos de análisis. En los siglos XVI-XVII (período de la iatroquímica), aparecieron nuevos métodos químicos para la detección de sustancias basados ​​en reacciones en solución (por ejemplo, el descubrimiento de iones de plata por la formación de un precipitado con iones de cloruro). R. Boyle, quien introdujo el concepto de "análisis químico", es considerado el fundador de la química analítica científica.

Hasta mediados del siglo XIX, la química analítica era la principal rama de la química. Durante este período, se descubrieron muchos elementos químicos, se aislaron las partes constituyentes de algunas sustancias naturales, se establecieron las leyes de constancia de composición y relaciones múltiples, y la ley de conservación de la masa. El químico y mineralogista sueco T. Bergman desarrolló un esquema para el análisis cualitativo sistemático, utilizó activamente el sulfuro de hidrógeno como reactivo analítico y propuso métodos de análisis de llama para obtener perlas. En el siglo XIX, los químicos alemanes G. Rose y K. Fresenius mejoraron el análisis cualitativo sistemático. El mismo siglo estuvo marcado por grandes éxitos en el desarrollo del análisis cuantitativo. Se creó un método volumétrico (químico francés F. Decroisille, J. Gay-Lussac), se mejoró significativamente el análisis gravimétrico y se desarrollaron métodos para analizar gases. El desarrollo de métodos para el análisis elemental de compuestos orgánicos (Yu. Liebig) fue de gran importancia. A finales del siglo XIX tomó forma una teoría de la química analítica, que se basaba en la teoría del equilibrio químico en soluciones con participación de iones (principalmente W. Ostwald). En ese momento, los métodos para analizar iones en soluciones acuosas habían ocupado el lugar predominante en la química analítica.

En el siglo XX se desarrollaron métodos para el microanálisis de compuestos orgánicos (F. Pregl). Se propuso un método polarográfico (J. Geyrovsky, 1922). Han aparecido muchos métodos físicos, por ejemplo, espectrometría de masas, rayos X, física nuclear. De gran importancia fue el descubrimiento de la cromatografía (M. S. Tsvet, 1903) y la creación de varias variantes de este método, en particular la cromatografía de partición (A. Martin y R. Sing, 1941).

En Rusia y la URSS, el libro de texto Analytical Chemistry de I. A. Menshutkin fue de gran importancia para la química analítica (pasó por 16 ediciones). M.A. Ilyinsky y L.A. Chugaev introdujeron en la práctica reactivos analíticos orgánicos (finales del siglo XIX - principios del siglo XX), N.A. Tananaev desarrolló el método de la gota de análisis cualitativo (simultáneamente con el químico austriaco F. Feigl, 1920). En 1938 N. A. Izmailov y M. S. Schreiber fueron los primeros en describir la cromatografía en capa fina. Los científicos rusos hicieron una gran contribución al estudio de la formación de complejos y su uso analítico (IP Alimarin, AK Babko), a la teoría de la acción de los reactivos analíticos orgánicos, al desarrollo de la espectrometría de masas, métodos de fotometría, espectrometría de absorción atómica ( BV . Lvov), en la química analítica de elementos individuales, especialmente raros y platino, y una serie de objetos: sustancias de alta pureza, minerales, metales y aleaciones.

Las demandas de la práctica siempre han estimulado el desarrollo de la química analítica. Por lo tanto, en las décadas de 1940 y 1970, en relación con la necesidad de analizar materiales nucleares, semiconductores y otros materiales de alta pureza, se crearon métodos tan sensibles como el análisis radiactivo, la espectrometría de masas por chispa, el análisis espectral químico y la voltamperometría de redisolución, proporcionando la determinación de hasta 10 - 7 -10 -8% de impurezas en sustancias puras, es decir, 1 parte de una impureza por 10-1000 billones de partes de la sustancia principal. Para el desarrollo de la metalurgia ferrosa, especialmente en relación con la transición a la producción de acero BOF de alta velocidad, el análisis rápido se ha vuelto decisivo. El uso de los llamados cuantómetros, dispositivos fotoeléctricos para el análisis espectral óptico o de rayos X de múltiples elementos, permite el análisis durante la fusión.

La necesidad de analizar mezclas complejas de compuestos orgánicos ha llevado al desarrollo intensivo de la cromatografía de gases, que permite analizar las mezclas más complejas que contienen varias decenas o incluso cientos de sustancias. La química analítica ha contribuido en gran medida al dominio de la energía del núcleo atómico, el estudio del espacio y el océano, el desarrollo de la electrónica y el progreso de las ciencias biológicas.

Tema de estudio. El desarrollo de la teoría del muestreo de materiales analizados juega un papel importante; Por lo general, los problemas de muestreo se resuelven en conjunto con especialistas en las sustancias en estudio (por ejemplo, con geólogos, metalúrgicos). La química analítica está desarrollando métodos de descomposición de muestras - disolución, fusión, sinterización, etc., que deben proporcionar una "apertura" completa de la muestra y evitar la pérdida de los componentes determinados y la contaminación desde el exterior. Las tareas de la química analítica incluyen el desarrollo de técnicas para operaciones generales de análisis tales como medición de volumen, filtración y calcinación. Una de las tareas de la química analítica es determinar las direcciones para el desarrollo de instrumentación analítica, la creación de nuevos circuitos y diseños de instrumentos (que en la mayoría de los casos sirve como etapa final en el desarrollo de un método de análisis), así como la síntesis de nuevos reactivos analíticos.

Para el análisis cuantitativo, las características metrológicas de los métodos e instrumentos son muy importantes. En este sentido, la química analítica estudia los problemas de calibración, fabricación y uso de muestras de referencia (incluidas las muestras estándar) y otros medios para garantizar la corrección del análisis. Un lugar importante lo ocupa el procesamiento de los resultados del análisis, especialmente el procesamiento informático. Para optimizar las condiciones de análisis se utilizan la teoría de la información, la teoría del reconocimiento de patrones y otras ramas de las matemáticas. Las computadoras se utilizan no solo para procesar resultados, sino también para controlar instrumentos, teniendo en cuenta las interferencias, calibrando y planificando un experimento; hay tareas analíticas que solo se pueden resolver con la ayuda de computadoras, por ejemplo, la identificación de moléculas de compuestos orgánicos usando sistemas expertos.

La química analítica define enfoques generales para la elección de formas y métodos de análisis. Se están desarrollando métodos para comparar métodos, se determinan las condiciones para su intercambiabilidad y combinaciones, principios y formas de automatizar el análisis. Para el uso práctico del análisis, es necesario desarrollar ideas sobre su resultado como indicador de la calidad del producto, la doctrina del control expreso de los procesos tecnológicos y la creación de métodos económicos. De gran importancia para los analistas que trabajan en varios sectores de la economía son la unificación y estandarización de métodos. Se está desarrollando una teoría para optimizar la cantidad de información necesaria para resolver problemas analíticos.

Métodos de análisis. Según la masa o el volumen de la muestra analizada, los métodos de separación y determinación a veces se dividen en métodos macro, micro y ultramicro.

Normalmente se recurre a la separación de mezclas en los casos en que la detección directa o los métodos de detección no proporcionan el resultado correcto debido a la influencia de interferencia de otros componentes de la muestra. Particularmente importante es la llamada concentración relativa, la separación de pequeñas cantidades de componentes del analito de cantidades significativamente mayores de los componentes principales de la muestra. La separación de mezclas puede basarse en diferencias en las características termodinámicas o de equilibrio de los componentes (constantes de intercambio iónico, constantes de estabilidad de complejos) o parámetros cinéticos. Para la separación se utilizan principalmente cromatografía, extracción, precipitación, destilación, así como métodos electroquímicos, como la electrodeposición. Métodos de determinación: el grupo principal de métodos de química analítica. Los métodos de análisis cuantitativo se basan en la dependencia de cualquier propiedad medible, la mayoría de las veces física, de la composición de la muestra. Esta dependencia debe ser descrita de una manera cierta y conocida. Los métodos híbridos de análisis se están desarrollando rápidamente, combinando la separación y la determinación. Por ejemplo, la cromatografía de gases con varios detectores es el método más importante para analizar mezclas complejas de compuestos orgánicos. Para el análisis de mezclas de compuestos no volátiles y térmicamente inestables, la cromatografía líquida de alta resolución es más conveniente.

Para el análisis se necesita una variedad de métodos, ya que cada uno de ellos tiene sus propias ventajas y limitaciones. Por lo tanto, la radioactivación extremadamente sensible y los métodos espectrales de masas requieren equipos complejos y costosos. Los métodos cinéticos simples, accesibles y muy sensibles no siempre proporcionan la reproducibilidad deseada de los resultados. Al evaluar y comparar métodos, al elegirlos para resolver problemas específicos, se tienen en cuenta muchos factores: parámetros metrológicos, ámbito de uso posible, disponibilidad de equipos, calificaciones de los analistas, tradiciones, etc. Entre estos factores, los más importantes son los parámetros metrológicos como como límite de detección o rango de concentración (cantidades), en el que el método da resultados fiables, y la precisión del método, es decir, la exactitud y reproducibilidad de los resultados. En varios casos, los métodos "multicomponente" son de gran importancia, lo que permite determinar una gran cantidad de componentes a la vez, por ejemplo, análisis espectral de emisión atómica y de rayos X, y cromatografía. El papel de tales métodos está creciendo. Ceteris paribus, se prefieren métodos de análisis directo, es decir, no asociados a la preparación química de la muestra; sin embargo, tal preparación es a menudo necesaria. Por ejemplo, la preconcentración del componente de prueba permite determinar sus concentraciones más bajas, eliminar las dificultades asociadas con la distribución no homogénea del componente en la muestra y la ausencia de muestras de referencia.

Un lugar especial lo ocupan los métodos de análisis local. Entre ellos, desempeñan un papel esencial el microanálisis espectral de rayos X (sonda electrónica), la espectrometría de masas de iones secundarios, la espectroscopia Auger y otros métodos físicos. Son de gran importancia, en particular, en el análisis de capas superficiales de materiales sólidos o inclusiones en rocas.

Un grupo específico lo constituyen los métodos de análisis elemental de compuestos orgánicos. La materia orgánica se descompone de una forma u otra, y sus componentes en forma de los compuestos inorgánicos más simples (CO 2 , H 2 O, NH 3, etc.) se determinan por métodos convencionales. El uso de la cromatografía de gases hizo posible automatizar el análisis elemental; para esto, se producen analizadores C, H, N, S y otros dispositivos automáticos. El análisis de compuestos orgánicos por grupos funcionales (análisis funcional) se realiza mediante diversos métodos químicos, electroquímicos, espectrales (espectroscopia NMR o IR) o cromatográficos.

En el análisis de fases, es decir, la determinación de compuestos químicos que forman fases separadas, estas últimas se aíslan primero, por ejemplo, usando un solvente selectivo, y luego las soluciones resultantes se analizan por métodos convencionales; métodos físicos muy prometedores de análisis de fase sin separación previa de fase.

Valor práctico. El análisis químico proporciona el control de muchos procesos tecnológicos y la calidad del producto en diversas industrias, juega un papel muy importante en la búsqueda y exploración de minerales, en la industria minera. Con la ayuda del análisis químico, se controla la pureza del medio ambiente (suelo, agua y aire). Los logros en química analítica se utilizan en diversas ramas de la ciencia y la tecnología: energía nuclear, electrónica, oceanología, biología, medicina, medicina forense, arqueología e investigación espacial. La importancia económica del análisis químico es grande. Por lo tanto, la determinación exacta de aditivos de aleación en metalurgia permite ahorrar metales valiosos. La transición al análisis automático continuo en laboratorios médicos y agroquímicos permite aumentar drásticamente la velocidad de los análisis (sangre, orina, extractos de suelo, etc.) y reducir el número de empleados del laboratorio.

Lit.: Fundamentos de la química analítica: en 2 libros / Editado por Yu. A. Zolotov. M., 2002; Química analítica: En 2 volúmenes M., 2003-2004.

El curso de química física y coloidal, incluidos los métodos de análisis fisicoquímicos y los métodos de separación y purificación, juega un papel esencial en la formación de especialistas en el campo de la ingeniería ambiental. Las secciones principales de la química física, la cinética química y la termodinámica química, sirven como base teórica para otras secciones de la química, así como para la tecnología química y los métodos para separar y purificar sustancias. Las mediciones de las propiedades fisicoquímicas de las sustancias forman la base de muchos métodos instrumentales (fisicoquímicos) modernos para analizar y monitorear el estado del medio ambiente. Dado que la mayoría de los objetos naturales son sistemas coloidales, es necesario estudiar los conceptos básicos de la química coloidal.

Los peligros de contaminación ambiental por productos: las sustancias nocivas pueden reducirse significativamente mediante una limpieza cuidadosa de los productos. Los métodos de limpieza química incluyen el tratamiento con reactivos que neutralizan los componentes dañinos. Es necesario conocer la velocidad y la integridad de las reacciones, su dependencia de las condiciones externas, para poder calcular la concentración de reactivos que proporcionen el grado de purificación requerido. Los métodos de purificación fisicoquímica también se utilizan ampliamente, como la rectificación, la extracción, la sorción, el intercambio iónico y la cromatografía.

El estudio del curso de química física y coloidal por estudiantes de especialidades ambientales (No. No.) incluye el desarrollo de un curso teórico (conferencia), seminarios sobre química analítica, incluidos métodos de análisis físicos y químicos, métodos de separación y purificación. , cromatografía y secciones de química coloidal, trabajo de laboratorio y ejercicios prácticos, así como trabajo independiente, incluida la realización de tres tareas asignadas. En el curso del trabajo práctico y de laboratorio, los estudiantes adquieren las habilidades para realizar experimentos físicos y químicos, trazados, procesamiento matemático de resultados de medición y análisis de errores. Al realizar tareas de laboratorio, prácticas y tareas, los estudiantes adquieren las habilidades de trabajar con literatura de referencia.

Seminarios de química analítica y coloidal

Seminario 1. La asignatura de química analítica. Clasificación de los métodos de análisis. Metrología. Métodos clásicos de análisis cuantitativo.

Los especialistas que trabajan en el campo de la ecología de la ingeniería necesitan información suficientemente completa sobre la composición química de las materias primas, los productos de producción, los desechos de producción y el medio ambiente: aire, agua y suelo; se debe prestar especial atención a la identificación de sustancias nocivas y la determinación de sus cantidades. este problema esta resuelto Química analítica - la ciencia de determinar la composición química de las sustancias. El análisis químico es el medio principal y necesario para controlar la contaminación ambiental.

Un estudio súper breve de esta sección de química no puede calificar a un químico analítico, su objetivo es familiarizarse con la cantidad mínima de conocimiento suficiente para establecer tareas específicas para los químicos, centrándose en las capacidades de ciertos métodos de análisis y comprender el significado de los resultados del analisis.

Clasificación de los métodos de análisis

Distinguir entre análisis cualitativo y cuantitativo. El primero determina la presencia de ciertos componentes, el segundo, su contenido cuantitativo. Cuando se estudia la composición de una sustancia, un análisis cualitativo siempre precede a un análisis cuantitativo, ya que la elección de un método de análisis cuantitativo depende de la composición cualitativa del objeto en estudio. Los métodos de análisis se dividen en químicos y fisicoquímicos. Los métodos químicos de análisis se basan en la transformación del analito en nuevos compuestos con determinadas propiedades. Mediante la formación de compuestos característicos de elementos, se establece la composición de la sustancia.

El análisis cualitativo de compuestos inorgánicos se basa en reacciones iónicas y permite detectar elementos en forma de cationes y aniones. Por ejemplo, los iones Cu 2+ se pueden identificar por la formación de un ión complejo 2+ azul brillante. Cuando se analizan compuestos orgánicos, generalmente se determinan C, H, N, S, P, Cl y otros elementos. El carbono y el hidrógeno se determinan después de la combustión de la muestra, registrando el dióxido de carbono y el agua liberados. Hay una serie de técnicas para detectar otros elementos.

El análisis cualitativo se divide en fraccionado y sistemático.

El análisis fraccionado se basa en el uso de reacciones específicas y selectivas, con la ayuda de las cuales es posible detectar los iones deseados en cualquier secuencia en porciones individuales de la solución de prueba. El análisis fraccionario permite determinar rápidamente el número limitado de iones (de uno a cinco) contenidos en una mezcla cuya composición se conoce aproximadamente.

El análisis sistemático es una secuencia específica de detección de iones individuales después de que se hayan encontrado y eliminado de la solución todos los demás iones que interfieren con la determinación.

Los grupos separados de iones se aíslan utilizando las similitudes y diferencias en las propiedades de los iones utilizando los llamados reactivos de grupo, sustancias que reaccionan de la misma manera con un grupo completo de iones. Los grupos de iones se dividen en subgrupos, y estos, a su vez, se dividen en iones individuales, que se detectan utilizando los llamados. reacciones analíticas características de estos iones. Tales reacciones necesariamente van acompañadas de un signo analítico, es decir, un efecto externo: precipitación, evolución de gas, un cambio en el color de la solución.

La reacción analítica tiene la propiedad de especificidad, selectividad y sensibilidad.

La especificidad le permite detectar un ion dado bajo ciertas condiciones en presencia de otros iones por uno u otro rasgo característico (color, olor, etc.). Hay relativamente pocas reacciones de este tipo (por ejemplo, la reacción de detectar el ion NH 4 + por la acción de un álcali sobre una sustancia cuando se calienta). Cuantitativamente, la especificidad de la reacción se estima por el valor de la relación límite, que es igual a la relación entre las concentraciones del ion a determinar y los iones de interferencia. Por ejemplo, una reacción de gota en el ion Ni 2+ por la acción de la dimetilglioxima en presencia de iones Co 2+ tiene éxito en una relación límite de Ni 2+ a Co 2+ igual a 1: 5000.

La selectividad (o selectividad) de la reacción está determinada por el hecho de que un efecto externo similar solo es posible con un número limitado de iones con los que la reacción produce un efecto positivo. El grado de selectividad (selectividad) es mayor cuanto menor es el número de iones con los que la reacción da un efecto positivo.

La sensibilidad de la reacción se caracteriza por una serie de valores interrelacionados: el límite de detección y el límite de dilución. Por ejemplo, el límite de detección en una reacción microcristaloscópica al ion Ca 2+ por acción del ácido sulfúrico es de 0,04 μg de Ca 2+ en una gota de solución. La dilución límite (V antes, ml) se calcula mediante la fórmula: V antes \u003d V 10 2 / C min, donde V es el volumen de la solución (ml). La dilución límite muestra en qué volumen de la solución (en ml) está contenido 1 g del ion a determinar. Por ejemplo, en la reacción del ion K + con hexanitrosocobaltato de sodio - Na 3, se forma un precipitado cristalino amarillo K 2 Na. La sensibilidad de esta reacción se caracteriza por una dilución límite de 1:50.000. Esto significa que usando esta reacción, puede abrir un ion de potasio en una solución que contiene al menos 1 g de potasio en 50 000 ml de agua.

Los métodos químicos de análisis cualitativo son de importancia práctica solo para un pequeño número de elementos. Para el análisis de elementos múltiples, moleculares y funcionales (determinación de la naturaleza de los grupos funcionales), se utilizan métodos fisicoquímicos.

Los componentes se dividen en básicos (1 - 100 % en peso), menores (0,01 - 1 % en peso) e impurezas o trazas (menos de 0,01 % en peso).

Según la masa y el volumen de la muestra analizada, se distingue el macroanálisis (0,5 - 1 g o 20 - 50 ml),

semi-microanálisis (0,1 - 0,01 g o 1,0 - 0,1 ml),

microanálisis (10 -3 - 10 -6 g o 10 -1 - 10 -4 ml),

ultramicroanálisis (10 -6 - 10 -9 g, o 10 -4 - 10 -6 ml),

submicroanálisis (10 -9 - 10 -12 g o 10 -7 - 10 -10 ml).

Los componentes analizados pueden ser átomos e iones, isótopos de elementos, moléculas, grupos funcionales y radicales, fases.

Clasificación según la naturaleza de las partículas determinadas:

1.isotópico (físico)

2. elemental o atómico

3. moléculas

4. grupo estructural (intermedio entre atómico y molecular) - la definición de grupos funcionales individuales en las moléculas de compuestos orgánicos.

5. fase - análisis de inclusiones en objetos heterogéneos, como minerales.

Otros tipos de clasificación de análisis:

Grueso y local.

Destructivo y no destructivo.

Contacto y remoto.

discreta y continua.

Las características importantes del procedimiento analítico son la rapidez del método (velocidad de análisis), el costo del análisis y la posibilidad de su automatización.

Dependiendo de la tarea, hay 3 grupos de métodos de química analítica:

• 1) los métodos de detección le permiten determinar qué elementos o sustancias (analitos) están presentes en la muestra. Se utilizan para el análisis cualitativo;
• 2) los métodos de determinación permiten establecer el contenido cuantitativo de analitos en la muestra y se utilizan para análisis cuantitativos;
• 3) los métodos de separación permiten aislar el analito y separar los componentes que interfieren. Se utilizan en análisis cualitativos y cuantitativos. Existen varios métodos de análisis cuantitativo: químicos, fisicoquímicos, físicos, etc.

Los métodos químicos se basan en el uso de reacciones químicas (neutralización, redox, formación de complejos y precipitación) en las que entra el analito. En este caso, una señal analítica cualitativa es un efecto externo visual de la reacción: un cambio en el color de la solución, la formación o disolución de un precipitado, la liberación de un producto gaseoso. En las determinaciones cuantitativas, el volumen del producto gaseoso desprendido, la masa del precipitado formado y el volumen de una solución de reactivo con una concentración conocida con precisión, gastada en la interacción con el analito, se utilizan como señal analítica.

Los métodos físicos no utilizan reacciones químicas, sino que miden las propiedades físicas (ópticas, eléctricas, magnéticas, térmicas, etc.) del analito, que son función de su composición.

Los métodos fisicoquímicos utilizan un cambio en las propiedades físicas del sistema analizado como resultado de reacciones químicas. Los métodos fisicoquímicos también incluyen métodos cromatográficos de análisis basados ​​en los procesos de sorción-desorción de una sustancia en un sorbente sólido o líquido en condiciones dinámicas, y métodos electroquímicos (potenciometría, voltamperometría, conductometría).

Los métodos físicos y fisicoquímicos a menudo se combinan bajo el nombre general de métodos instrumentales de análisis, ya que se utilizan instrumentos y aparatos analíticos para el análisis que registran las propiedades físicas o su cambio. Al realizar un análisis cuantitativo, se mide una señal analítica, una cantidad física asociada con la composición cuantitativa de la muestra. Si el análisis cuantitativo se lleva a cabo utilizando métodos químicos, entonces la determinación siempre se basa en una reacción química.

Hay 3 grupos de métodos de análisis cuantitativo:

• - Análisis de gases
• - Análisis volumétrico
• - Análisis gravimétrico

Los más importantes entre los métodos químicos de análisis cuantitativo son los métodos gravimétricos y volumétricos, que se denominan métodos clásicos de análisis. Estos métodos son estándar para evaluar la corrección de una definición. Su principal campo de aplicación es la determinación de precisión de grandes y medianas cantidades de sustancias.

Los métodos clásicos de análisis son ampliamente utilizados en la industria química para controlar el progreso del proceso tecnológico, la calidad de las materias primas y productos terminados y los desechos industriales. Sobre la base de estos métodos, también se lleva a cabo el análisis farmacéutico, que determina la calidad de los medicamentos y los medicamentos que producen las empresas químicas y farmacéuticas.

Su objeto como ciencia es la mejora de los existentes y el desarrollo de nuevos métodos de análisis, su aplicación práctica, el estudio de los fundamentos teóricos de los métodos analíticos.

Dependiendo de la tarea, la química analítica se subdivide en análisis cualitativo, cuyo objetivo es determinar si qué o que tipo sustancia, en qué forma se encuentra en la muestra, y análisis cuantitativo destinado a determinar cómo una sustancia dada (elementos, iones, formas moleculares, etc.) está en la muestra.

La determinación de la composición elemental de los objetos materiales se llama análisis elemental. El establecimiento de la estructura de los compuestos químicos y sus mezclas a nivel molecular se denomina análisis molecular. Uno de los tipos de análisis molecular de compuestos químicos es el análisis estructural destinado a estudiar la estructura atómica espacial de las sustancias, establecer fórmulas empíricas, pesos moleculares, etc. Las tareas de la química analítica incluyen determinar las características de los objetos orgánicos, inorgánicos y bioquímicos. El análisis de compuestos orgánicos por grupos funcionales se denomina análisis funcional.

Historia

La química analítica existe desde que existe la química en su sentido moderno, y muchas de las técnicas utilizadas en ella se remontan a una época aún anterior, la era de la alquimia, una de cuyas tareas principales era precisamente la determinación de la composición de diversos sustancias naturales y el estudio de los procesos de sus transformaciones mutuas. Pero, con el desarrollo de toda la química en su conjunto, los métodos de trabajo utilizados en ella también mejoraron significativamente y, junto con su significado puramente auxiliar de uno de los departamentos auxiliares de la química, la química analítica en la actualidad tiene el significado de un departamento completamente independiente de conocimiento químico con cuestiones teóricas muy serias e importantes. Una influencia muy importante en el desarrollo de la química analítica fue la química física moderna, que la enriqueció con una serie de métodos de trabajo y fundamentos teóricos completamente nuevos, que incluyen la doctrina de las soluciones (ver), la teoría de la disociación electrolítica, la ley de acción de masas (ver Equilibrio químico) y toda la doctrina de la afinidad química.

Métodos de química analítica.

Comparación de métodos de química analítica

Agregar métodos tradicionales la determinación de la composición de una sustancia por su descomposición química secuencial se denominó "química húmeda" ("análisis húmedo"). Estos métodos tienen una precisión relativamente baja, requieren una calificación relativamente baja de los analistas y ahora han sido reemplazados casi por completo por los métodos modernos. métodos instrumentales(métodos ópticos, espectrométricos de masas, electroquímicos, cromatográficos y otros métodos físicos y químicos) Determinación de la composición de una sustancia. Sin embargo, la química húmeda tiene su ventaja sobre los métodos espectrométricos: permite, a través de procedimientos estandarizados (análisis sistemático), determinar directamente la composición y varios estados de oxidación de elementos como el hierro (Fe + 2, Fe + 3), titanio, etc.

Los métodos analíticos se pueden dividir en brutos y locales. Los métodos brutos de análisis generalmente requieren una sustancia separada y detallada (muestra representativa). Métodos locales determinar la composición de una sustancia en un pequeño volumen en la propia muestra, lo que permite elaborar "mapas" de la distribución de las propiedades químicas de la muestra sobre su superficie y/o profundidad. También se deben destacar los métodos análisis directo, es decir, no asociado a la preparación preliminar de la muestra. A menudo es necesaria la preparación de la muestra (por ejemplo, trituración, preconcentración o separación). Al preparar muestras, interpretar resultados, estimar el número de análisis, se utilizan métodos estadísticos.

Métodos de análisis químico cualitativo

Para determinar la composición cualitativa de cualquier sustancia, es necesario estudiar sus propiedades, que, desde el punto de vista de la química analítica, pueden ser de dos tipos: las propiedades de la sustancia como tal y sus propiedades en las transformaciones químicas.

Los primeros incluyen: el estado físico (sólido, líquido, gaseoso), su estructura en estado sólido (sustancia amorfa o cristalina), color, olor, sabor, etc. sentimientos de una persona, es posible establecer la naturaleza de este sustancia. En la mayoría de los casos, es necesario transformar una sustancia dada en alguna nueva con propiedades características claramente expresadas, utilizando para este propósito algunos compuestos especialmente seleccionados llamados reactivos.

Las reacciones utilizadas en química analítica son sumamente diversas y dependen de las propiedades físicas y el grado de complejidad de la composición de la sustancia en estudio. En el caso de que un compuesto químico homogéneo, obviamente puro, se someta a análisis químico, el trabajo se lleva a cabo con relativa facilidad y rapidez; cuando uno tiene que tratar con una mezcla de varios compuestos químicos, la cuestión de su análisis, por lo tanto, se vuelve más complicada, y en la producción del trabajo es necesario adherirse a un cierto sistema definido para no pasar por alto un solo elemento que ingresa. la substancia. Hay dos tipos de reacciones en química analítica: reacciones vía húmeda(en soluciones) y reacciones secas..

Reacciones en soluciones

En el análisis químico cualitativo, solo se utilizan reacciones en soluciones que son fácilmente percibidas por los sentidos humanos, y el momento en que ocurre la reacción se reconoce por uno de los siguientes fenómenos:

1. la formación de un precipitado insoluble en agua,
2. cambiar el color de la solución
3. liberación de gases

Precipitación en las reacciones de análisis químico depende de la formación de alguna sustancia insoluble en agua; si, por ejemplo, se añade ácido sulfúrico o su sal soluble en agua a una solución de sal de bario, se forma un precipitado pulverulento blanco de sulfato de bario:

BaCl 2 + H 2 SO 4 \u003d 2HCl + BaSO 4 ↓

Teniendo en cuenta que algunos otros metales, por ejemplo, el plomo, capaces de formar la sal sulfato insoluble PbSO 4 , pueden dar una reacción similar a la de formación de un precipitado blanco bajo la acción del ácido sulfúrico, para estar completamente seguros de que es este o ese metal, es necesario producir más reacciones de verificación, sometiendo el precipitado formado en la reacción a un estudio apropiado.

Para llevar a cabo con éxito la reacción de formación de precipitación, además de la selección del reactivo apropiado, también es necesario observar una serie de condiciones muy importantes con respecto a la fuerza de las soluciones de la sal y el reactivo estudiados, la proporción de ambos, temperatura, duración de la interacción, etc. Al considerar la precipitación formada en el análisis de reacciones químicas, es necesario prestar atención a su apariencia, es decir, al color, estructura (precipitados amorfos y cristalinos), etc., así como a sus propiedades en relación con el efecto del calor, ácidos o álcalis, etc.. Cuando interactúan soluciones débiles, a veces es necesario esperar a que se forme un precipitado hasta 24-48 horas, siempre que se mantengan a una temperatura cierta cierta temperatura.

La reacción de formación de precipitados, independientemente de su importancia cualitativa en el análisis químico, a menudo se usa para separar ciertos elementos entre sí. Para ello, una solución que contiene compuestos de dos o más elementos se trata con un reactivo apropiado capaz de convertir algunos de ellos en compuestos insolubles, y luego el precipitado formado se separa de la solución (filtrado) por filtración, examinándolos luego por separado. Si tomamos, por ejemplo, sales de cloruro de potasio y cloruro de bario y les agregamos ácido sulfúrico, entonces se forma un precipitado insoluble de sulfato de bario BaSO 4 y sulfato de potasio K 2 SO 4 soluble en agua, que se puede separar por filtración. . Al separar el precipitado de una sustancia insoluble en agua de la solución, primero se debe tener cuidado de que obtenga una estructura adecuada que permita realizar sin dificultad el trabajo de filtración, y luego, después de recogerlo en el filtro, es necesario lavarlo a fondo de impurezas extrañas. Según los estudios de W. Ostwald, debe tenerse en cuenta que cuando se usa una cierta cantidad de agua para lavar, es más conveniente lavar el sedimento muchas veces con pequeñas porciones de agua que viceversa, varias veces con grandes porciones. . En cuanto al éxito de la reacción en sí misma de separar un elemento en forma de precipitado insoluble, entonces, sobre la base de la teoría de las soluciones, W. Ostwald descubrió que para una separación suficientemente completa de un elemento en forma de precipitado insoluble precipitado, siempre es necesario tomar un exceso del reactivo utilizado para la precipitación.

Cambiando el color de la solución. es una de las características muy importantes en las reacciones del análisis químico y es muy importante, especialmente en relación con los procesos de oxidación y reducción, así como en el trabajo con indicadores químicos (ver más abajo - alcalimetría y acidimetría).

Ejemplos reacciones de color lo siguiente puede servir en el análisis químico cualitativo: el tiocianato de potasio KCNS da una coloración roja sangre característica con sales de óxido de hierro; con sales de óxido ferroso, el mismo reactivo no da nada. Si a una solución de cloruro férrico FeCl 2 , de color ligeramente verde, se le añade cualquier agente oxidante, por ejemplo agua clorada, la solución se torna amarilla debido a la formación de cloruro férrico, que es el estado de oxidación más alto de este metal. Si toma dicromato de potasio naranja K 2 Cr 2 O 7 y agrega un poco de ácido sulfúrico y algún agente reductor, por ejemplo, alcohol de vino, en una solución, el color naranja cambia a verde oscuro, correspondiente a la formación de la más baja estado de oxidación del cromo en forma de sal sulfato de cromo Cr 3 (SO 4) 3.

Dependiendo del curso del análisis químico, estos procesos de oxidación y reducción a menudo tienen que llevarse a cabo en él. Los agentes oxidantes más importantes son: halógenos, ácido nítrico, peróxido de hidrógeno, permanganato de potasio, dicromato de potasio; los agentes reductores más importantes son: hidrógeno en el momento del aislamiento, sulfuro de hidrógeno, ácido sulfuroso, cloruro de estaño, yoduro de hidrógeno.

Reacciones de desgasificación en soluciones en la producción de análisis químicos de alta calidad, la mayoría de las veces no tienen un significado independiente y son reacciones auxiliares; la mayoría de las veces tiene que encontrarse con la liberación de dióxido de carbono CO 2, bajo la acción de ácidos sobre sales carbónicas, sulfuro de hidrógeno, durante la descomposición de metales sulfurosos con ácidos, etc.

Reacciones por vía seca

Estas reacciones se utilizan en el análisis químico, principalmente en las denominadas. "prueba preliminar", cuando se prueba la pureza de los precipitados, para reacciones de verificación y en el estudio de minerales. Las reacciones más importantes de este tipo consisten en probar una sustancia en relación con:

1. su fusibilidad cuando se calienta,
2. la capacidad de colorear la llama no luminosa de un quemador de gas,
3. volatilidad cuando se calienta,
4. capacidad de oxidar y reducir.

Para la producción de estas pruebas, en la mayoría de los casos, se utiliza una llama no luminosa de un quemador de gas. Los componentes principales del gas de iluminación (hidrógeno, monóxido de carbono, gas de pantano y otros hidrocarburos) son agentes reductores, pero cuando se quema en el aire (ver Combustión), se forma una llama, en varias partes de las cuales se pueden encontrar las condiciones. necesario para la reducción o la oxidación, e igual al calentamiento a una temperatura más o menos alta.

prueba de fusibilidad Se lleva a cabo principalmente en el estudio de los minerales, para lo cual se introduce un fragmento muy pequeño de ellos, reforzado con un fino hilo de platino, en la parte de la llama que tiene mayor temperatura, y luego mediante una lupa se observa. qué tan redondeados están los bordes de la muestra.

Prueba de color de llama se produce introduciendo una pequeña muestra de sepia una pequeña muestra de la sustancia sobre un hilo de platino, primero en la base de la llama, y ​​luego en la parte de esta con mayor temperatura.

Prueba de volatilidad Se produce calentando una muestra de una sustancia en un cilindro de ensayo o en un tubo de vidrio sellado en un extremo, y las sustancias volátiles se convierten en vapores, que luego se condensan en la parte más fría.

Oxidación y reducción en seco se puede producir en bolas de bórax fundido ( 2 4 7 + 10 2 ) La sustancia problema se introduce en una pequeña cantidad en bolas obtenidas fundiendo estas sales sobre hilo de platino, y luego se calientan en la parte oxidante o reductora de la llama . La restauración se puede hacer de varias otras maneras, a saber: calentamiento en un palo carbonizado con soda, calentamiento en un tubo de vidrio con metales: sodio, potasio o magnesio, calentamiento en carbón con un soplete, calentamiento simple.

Clasificación de elementos

La clasificación de elementos adoptada en química analítica se basa en la misma división de ellos que es habitual en química general: en metales y no metales (metaloides), siendo estos últimos considerados con mayor frecuencia en forma de los ácidos correspondientes. Para producir un análisis cualitativo sistemático, cada una de estas clases de elementos se divide a su vez en grupos con algunas características grupales comunes.

Rieles en química analítica se dividen en dos departamentos, que a su vez se dividen en cinco grupos:

1. Metales cuyos compuestos de azufre son solubles en agua- la distribución de los metales de este departamento en grupos se basa en las propiedades de sus sales carbónicas. 1er grupo: potasio, sodio, rubidio, cesio, litio. Los compuestos de azufre y sus sales carbónicas son solubles en agua. No existe un reactivo común para la precipitación de todos los metales de este grupo en forma de compuestos insolubles. 2do grupo: bario, estroncio, calcio, magnesio. Los compuestos de azufre son solubles en agua, las sales carbónicas son insolubles. Un reactivo común que precipita todos los metales de este grupo en forma de compuestos insolubles es el carbonato de amonio.
2. Metales cuyos compuestos de azufre son insolubles en agua- para dividir este departamento en tres grupos, usan la proporción de sus compuestos de azufre a ácidos débiles y al sulfuro de amonio. 3er grupo: aluminio , cromo , hierro , manganeso , zinc , níquel , cobalto .

El aluminio y el cromo no forman compuestos de azufre en el agua; los metales restantes forman compuestos de azufre que, como sus óxidos, son solubles en ácidos débiles. De una solución ácida, el sulfuro de hidrógeno no los precipita, el sulfuro de amonio precipita óxidos o compuestos de azufre. El sulfuro de amonio es un reactivo común para este grupo y un exceso de sus compuestos de azufre no se disuelve. 4to grupo: plata, plomo, bismuto, cobre, paladio, rodio, rutenio, osmio. Los compuestos de azufre son insolubles en ácidos débiles y se precipitan con sulfuro de hidrógeno en una solución ácida; también son insolubles en sulfuro de amonio. El sulfuro de hidrógeno es un reactivo común para este grupo. 5to grupo: estaño, arsénico, antimonio, oro, platino. Los compuestos de azufre también son insolubles en ácidos débiles y se precipitan con sulfuro de hidrógeno de una solución ácida. Pero son solubles en sulfuro de amonio y forman sulfasales solubles en agua con él.

No metales (metaloides) han de descubrirse en el análisis químico siempre en forma de los ácidos que forman o de sus correspondientes sales. La base para dividir los ácidos en grupos son las propiedades de sus sales de bario y plata en relación con su solubilidad en agua y parcialmente en ácidos. El cloruro de bario es un reactivo común para el primer grupo, nitrato de plata en una solución de nitrato; para el segundo grupo, las sales de bario y plata del tercer grupo de ácidos son solubles en agua. 1er grupo: en solución neutra, el cloruro de bario precipita sales insolubles; Las sales de plata son insolubles en agua, pero solubles en ácido nítrico. Estos incluyen ácidos: crómico, sulfuroso, sulfuroso, acuoso, carbónico, silícico, sulfúrico, fluorosilícico (sales de bario insolubles en ácidos), arsénico y arsénico. 2do grupo: en una solución acidificada con ácido nítrico, precipita nitrato de plata. Estos incluyen ácidos: clorhídrico, bromhídrico y yodhídrico, cianhídrico, sulfuro de hidrógeno, hierro y cianuro de hierro y yodo. 3er grupo: ácido nítrico y ácido clórico, que no se precipitan ni con nitrato de plata ni con cloruro de bario.

Sin embargo, debe tenerse en cuenta que los reactivos indicados para ácidos no son reactivos generales que puedan usarse para separar ácidos en grupos. Estos reactivos solo pueden dar una indicación de la presencia de un ácido u otro grupo, y para descubrir cada ácido individual, uno tiene que usar sus reacciones particulares. La clasificación anterior de metales y no metales (metaloides) para fines de química analítica se adoptó en la escuela y los laboratorios rusos (según NA Menshutkin), en los laboratorios de Europa occidental se adoptó otra clasificación, basada, sin embargo, esencialmente en el mismo principios

Fundamentos teóricos de las reacciones.

Los fundamentos teóricos de las reacciones de análisis químico cualitativo en soluciones deben buscarse, como ya se indicó anteriormente, en los departamentos de química general y física sobre soluciones y afinidad química. Una de las primeras y más importantes cuestiones es el estado de todos los minerales en soluciones acuosas, en las que, según la teoría de la disociación electrolítica, todas las sustancias pertenecientes a las clases de sales, ácidos y álcalis se disocian en iones. Por lo tanto, todas las reacciones del análisis químico ocurren no entre moléculas enteras de compuestos, sino entre sus iones. Por ejemplo, la reacción del cloruro de sodio NaCl y el nitrato de plata AgNO 3 ocurre según la ecuación:

Na + + Cl - + Ag + + (NO 3) - = AgCl↓ + Na + + (NO 3) - ion sodio + ion cloruro + ion plata + anión ácido nítrico = sal insoluble + anión ácido nítrico

En consecuencia, el nitrato de plata no es un reactivo para el cloruro de sodio o el ácido clorhídrico, sino solo para el ion cloro. Así, para cada sal en solución, desde el punto de vista de la química analítica, su catión (ión metálico) y anión (residuo ácido) deben considerarse por separado. Para un ácido libre, se deben considerar los iones de hidrógeno y un anión; finalmente, para cada álcali, un catión metálico y un anión hidroxilo. Y, en esencia, la tarea más importante del análisis químico cualitativo es estudiar las reacciones de varios iones y las formas de abrirlos y separarlos entre sí.

Para lograr este último objetivo, por la acción de reactivos apropiados, los iones se convierten en compuestos insolubles que precipitan de la solución en forma de precipitación, o se separan de las soluciones en forma de gases. En la misma teoría de la disociación electrolítica, se deben buscar explicaciones de la acción de los indicadores químicos, que a menudo encuentran aplicación en el análisis químico. Según la teoría de W. Ostwald, todos los indicadores químicos se encuentran entre los ácidos relativamente débiles, parcialmente disociados en soluciones acuosas. Además, algunos de ellos tienen moléculas enteras incoloras y aniones coloreados, otros, por el contrario, tienen moléculas coloreadas y un anión incoloro o un anión de otro color; expuestos a la influencia de iones de hidrógeno libres de ácidos o iones de hidroxilo de álcali, los indicadores químicos pueden cambiar el grado de su disociación y, al mismo tiempo, su color. Los indicadores más importantes son:

1. el naranja de metilo, que en presencia de iones de hidrógeno libres (reacción ácida) da un color rosa, y en presencia de sales neutras o álcalis da un color amarillo;
2. Fenolftaleína: en presencia de iones hidroxilo (reacción alcalina) da un color rojo característico, y en presencia de sales neutras o ácidos es incoloro;
3. Tornasol: se enrojece bajo la influencia de los ácidos y se vuelve azul bajo la influencia de los álcalis y, finalmente,
4. La curcumina: bajo la influencia de los álcalis, se vuelve marrón y, en presencia de ácidos, vuelve a adquirir un color amarillo.

Los indicadores químicos tienen una aplicación muy importante en el análisis químico a granel (ver más abajo). En las reacciones del análisis químico cualitativo, a menudo también se encuentra el fenómeno de la hidrólisis, es decir, la descomposición de las sales bajo la influencia del agua, y la solución acuosa adquiere una reacción alcalina o ácida más o menos fuerte.

Progreso del análisis químico cualitativo

En un análisis químico cualitativo es importante determinar no sólo qué elementos o compuestos están incluidos en la composición de una determinada sustancia, sino también en qué cantidades relativas aproximadas se encuentran estos constituyentes. Para este propósito, siempre es necesario partir de ciertas cantidades del analito (generalmente es suficiente tomar 0,5-1 gramo) y, en el curso del análisis, comparar la magnitud de la precipitación individual entre sí. También es necesario usar soluciones de reactivos de cierta concentración, a saber: normal, seminormal, un décimo normal.

Cada análisis químico cualitativo se divide en tres partes:

1. prueba preliminar,
2. descubrimiento de metales (cationes),
3. descubrimiento de no metales (metaloides) o ácidos (aniones).

Con respecto a la naturaleza del analito, pueden darse cuatro casos:

1. una sustancia sólida no metálica,
2. una sustancia sólida en forma de un metal o una aleación de metales,
3. líquido (solución)

Al analizar sustancia sólida no metálica En primer lugar, se lleva a cabo un examen externo y un examen microscópico, así como una prueba preliminar mediante los métodos de análisis anteriores en forma seca. La muestra de la sustancia se disuelve, según su naturaleza, en uno de los siguientes disolventes: agua, ácido clorhídrico, ácido nítrico y agua regia (una mezcla de ácido clorhídrico y nítrico). Las sustancias que no pueden disolverse en ninguno de los disolventes indicados se disuelven mediante algunos métodos especiales, tales como: fusión con sosa o potasa, ebullición con una solución de soda, calentamiento con ciertos ácidos, etc. La solución resultante se somete a análisis sistemáticos. análisis con aislamiento preliminar de metales y ácidos por grupos y luego dividiéndolos en elementos separados, usando sus propias reacciones particulares.

Al analizar aleación de metal una determinada muestra se disuelve en ácido nítrico (en casos raros en agua regia), y la solución resultante se evapora hasta sequedad, después de lo cual el residuo sólido se disuelve en agua y se somete a análisis sistemático.

Si la sustancia es líquido En primer lugar, llama la atención su color, olor y reacción al tornasol (ácido, alcalino, neutro). Para asegurarse de que no haya sólidos en la solución, se evapora una pequeña porción del líquido sobre una placa de platino o un vidrio de reloj. Después de estas pruebas preliminares, el líquido se apaliza por métodos convencionales.

Análisis gases producido por algunos métodos especiales indicados en el análisis cuantitativo.

Métodos de análisis químico cuantitativo

El análisis químico cuantitativo tiene como objetivo determinar la cantidad relativa de constituyentes individuales de un compuesto químico o mezcla. Los métodos empleados en él dependen de las cualidades y composición de la sustancia, por lo que el análisis químico cuantitativo siempre debe ir precedido de un análisis químico cualitativo.

Se pueden utilizar dos métodos diferentes para producir un análisis cuantitativo: gravimétrico y volumétrico. Con el método del peso, los cuerpos a determinar se aíslan en forma de compuestos, si es posible, insolubles o difícilmente solubles de una composición química conocida, y se determina su peso, a partir del cual es posible encontrar la cantidad de el elemento deseado por cálculo. En el análisis volumétrico, se miden los volúmenes de soluciones tituladas (que contienen una cierta cantidad de reactivo) utilizadas para el análisis. Además, difieren varios métodos especiales de análisis químico cuantitativo, a saber:

1. electrolítico, basado en el aislamiento de metales individuales por electrólisis,
2. colorimétrico, producido al comparar la intensidad del color de una solución dada con el color de una solución de cierta concentración,
3. análisis orgánico, consistente en la combustión de materia orgánica en dióxido de carbono CO 2 y agua H 2 0 y en la determinación de la cantidad de su contenido relativo en la sustancia de carbono e hidrógeno,
4. análisis de gases, consistente en la determinación por algunos métodos especiales de la composición cualitativa y cuantitativa de los gases o sus mezclas.

Un grupo muy especial es análisis químico médico, que abarca una serie de métodos diferentes para examinar la sangre, la orina y otros productos de desecho del cuerpo humano.

Análisis químico cuantitativo ponderado

Los métodos de análisis químico cuantitativo de peso son de dos tipos: método de análisis directo y método de análisis indirecto (indirecto). En el primer caso, se aísla el componente a determinar en forma de algún compuesto insoluble, y se determina el peso de este último. El análisis indirecto se basa en el hecho de que dos o más sustancias sometidas al mismo tratamiento químico experimentan cambios desiguales en su peso. Teniendo, por ejemplo, una mezcla de cloruro de potasio y nitrato de sodio, se puede determinar el primero de ellos por análisis directo, precipitando el cloro en forma de cloruro de plata y pesándolo. Si hay una mezcla de sales de cloruro de potasio y sodio, se puede determinar su relación por un método indirecto precipitando todo el cloro, en forma de cloruro de plata, y determinando su peso, seguido de cálculo.

Análisis químico volumétrico

Análisis de electrólisis

Métodos colorimétricos

Análisis orgánico elemental

Análisis de gases

Clasificación de métodos de química analítica.

• Métodos de análisis elemental
  • Análisis espectral de rayos X (fluorescencia de rayos X)
  • Análisis de activación de neutrones ( inglés) (ver análisis radiactivo)
  • Espectrometría de electrones Auger (EOS) ( inglés); ver efecto Auger
  • La espectrometría atómica analítica es un conjunto de métodos basados ​​en la transformación de las muestras analizadas al estado de átomos libres individuales, cuyas concentraciones se miden espectroscópicamente (en ocasiones esto también incluye el análisis de fluorescencia de rayos X, aunque no se basa en la atomización de la muestra y no está asociado con la espectroscopia de vapor atómico).
    • MS - espectrometría de masas con registro de masas de iones atómicos
      • ICP-MS: espectrometría de masas de plasma acoplado inductivamente (ver plasma acoplado inductivamente en espectrometría de masas)
      • LA-ICP-MS: espectrometría de masas con plasma acoplado inductivamente y ablación láser
      • LIMS - espectrometría de masas por chispa láser; ver ablación láser (ejemplo de implementación comercial: LAMAS-10M)
      • SIMS - Espectrometría de masas de iones secundarios (SIMS)
      • TIMS - Espectrometría de masas de ionización térmica (TIMS)
      • Acelerador de partículas Espectrometría de masas de alta energía (AMS)
    • AAS - espectrometría de absorción atómica
      • ETA-AAS - espectrometría de absorción atómica con atomización electrotérmica (ver espectrómetros de absorción atómica)
      • CVR - Espectroscopía de tiempo de caída del resonador (CRDS)
      • VRLS - espectroscopia láser intracavitaria
    • AES - espectrometría de emisión atómica
      • chispa y arco como fuentes de radiación (ver descarga de chispa; arco eléctrico)
      • ICP-AES: espectrometría de emisión atómica de plasma acoplado inductivamente
      • LIES - espectrometría de emisión de chispas láser (LIBS o LIPS); ver ablación láser
    • APS - espectrometría de fluorescencia atómica (ver fluorescencia)
      • ICP-AFS: espectrometría de fluorescencia atómica de plasma acoplado inductivamente (dispositivos de Baird)
      • LAFS - espectrometría de fluorescencia atómica láser
      • APS de cátodo hueco (ejemplo comercial: AI3300)
    • AIS - Espectrometría de ionización atómica
      • LAIS (LIIS) - ionización atómica láser o espectroscopia de ionización intensificada por láser (ing. Ionización mejorada por láser, LEI )
      • RIMS - espectrometría de masas de ionización por resonancia láser
      • OG - optogalvánica (LOGS - espectroscopia láser optogalvánica)

• Otros métodos de análisis
  • titulometría, análisis volumétrico
  • análisis de peso - gravimetría, electrogravimetría
  • espectrofotometría (generalmente absorción) de gases moleculares y materia condensada
    • espectrometría electrónica (espectro visible y espectrometría UV); ver espectroscopia electrónica
    • espectrometría vibracional (espectrometría IR); ver espectroscopia vibracional
  • espectroscopia Raman; ver efecto raman
  • análisis luminiscente
  • espectrometría de masas con registro de masas de iones moleculares y de racimo, radicales
  • espectrometría de movilidad de iones (

VF Yustratov, G. N. Mikileva, IA Mochalova

QUÍMICA ANALÍTICA

Análisis químico cuantitativo

Tutorial

para estudiantes universitarios

2ª edición, revisada y ampliada

educación profesional superior para uso interuniversitario

como libro de texto de química analítica para estudiantes de las áreas de formación 552400 "Tecnología de los alimentos", 655600 "Producción de alimentos a partir de materiales vegetales",

655900 "Tecnología de materias primas, productos de origen animal"

y 655700 "Tecnología de productos alimenticios

catering especial y público”

Kémerovo 2005

CDU 543.062 (07)

VF Yustratov, G. N. Mikileva, IA Mochalova

Editado por VF Yustratova

Revisores:

VIRGINIA. Nevostruev, cabeza Departamento de Química Analítica

Universidad Estatal de Kemerovo, Dr. de Chem. ciencias, profesor;

AI. Gerasimov, Profesor Asociado, Departamento de Química y Tecnología

sustancias inorgánicas del Estado Técnico de Kuzbass

Universidad, Ph.D. química Ciencias

Instituto Tecnológico Kemerovo

Industria de alimentos

Yustratova V.F., Mikileva G.N., Mochalova I.A.

Yu90 Química analítica. Análisis químico cuantitativo: Proc. tolerancia. - 2ª ed., revisada. y adicional - / V. F. Yustratov, G. N. Mikileva, IA Mochalova; ed. VF Yustratova; Instituto Tecnológico de la Industria Alimentaria de Kemerovo - Kemerovo, 2005. - 160 p.

ISBN 5-89289-312-X

Se describen los conceptos básicos y las secciones de la química analítica. Se consideran en detalle todas las etapas del análisis químico cuantitativo desde el muestreo hasta la obtención de resultados y métodos para su procesamiento. El manual incluye un capítulo sobre métodos instrumentales de análisis, como el más prometedor. Se indica el uso de cada uno de los métodos descritos en el control tecnoquímico de la industria alimentaria.

El libro de texto se compila de acuerdo con los estándares educativos estatales en las áreas de "Tecnología de los alimentos", "Producción de alimentos a partir de materias primas vegetales y productos de origen animal", "Tecnología de productos alimenticios para fines especiales y restauración pública". Contiene recomendaciones metodológicas para estudiantes sobre cómo tomar notas de clases y trabajar con un libro de texto.

Diseñado para estudiantes de todas las formas de aprendizaje.

CDU 543.062 (07)

BBC 24.4 y 7

ISBN 5-89289-312-X

© V. F. Yustratov, G. N. Mikileva, IA Mochalova, 1994

© V. F. Yustratov, G. N. Mikileva, IA Mochalova, 2005, además

© KemTIPP, 1994

PREFACIO

El libro de texto está destinado a estudiantes de especialidades tecnológicas de universidades del perfil alimentario. Segunda edición, revisada y ampliada. Al procesar el material, los consejos y comentarios del jefe del Departamento de Química Analítica de la Academia Tecnológica del Estado de Voronezh, Trabajador de Honor de Ciencia y Tecnología de la Federación Rusa, Doctor en Ciencias Químicas, Profesor Ya.I. Korenman. Los autores le expresan su profundo agradecimiento.

En los últimos diez años desde la publicación de la primera edición, han aparecido nuevos libros de texto sobre química analítica, pero ninguno de ellos cumple completamente con los estándares educativos del Estado en las áreas de Tecnología de Alimentos, Producción de Alimentos a partir de Materias Primas Vegetales, Tecnología de Materias Primas y productos de origen animal”, “Tecnología de productos alimenticios para usos especiales y restauración pública”.

En el manual, el material se presenta de tal manera que el alumno vea la "tarea de la química analítica" como un todo: desde el muestreo hasta la obtención de los resultados del análisis, los métodos para procesarlos y la metrología analítica. Se da una breve historia del desarrollo de la química analítica, su papel en la producción de alimentos; se dan los conceptos básicos de análisis químicos cualitativos y cuantitativos, formas de expresar la composición de soluciones y preparar soluciones, fórmulas para calcular los resultados del análisis; teoría de los métodos de análisis volumétrico: neutralización (titulación ácido-base), redoximetría (titulación redox), complexometría, precipitación y gravimetría. Se indica la aplicación de cada uno de ellos en la industria alimentaria. Al considerar los métodos de análisis volumétricos, se propone un esquema lógico-estructural que simplifica su estudio.

A la hora de presentar el material se tiene en cuenta la nomenclatura moderna de los compuestos químicos, los conceptos e ideas modernos generalmente aceptados, se utilizan nuevos datos científicos para argumentar las conclusiones.

El manual incluye adicionalmente un capítulo sobre métodos instrumentales de análisis, como el más prometedor, y muestra las tendencias actuales en el desarrollo de la química analítica.

De acuerdo con la forma de presentación, el texto del manual está adaptado para estudiantes de cursos I-II, que aún carecen de las habilidades de trabajo independiente con literatura educativa.

Las secciones 1, 2, 5 fueron escritas por V.F. Yustratova, secciones 3, 6, 8, 9 - G.N. Mikileva, sección 7 - I.A. Mochalova, sección 4 - G.N. Mikileva y I.A. Mochalova.

LA QUÍMICA ANALÍTICA COMO CIENCIA

La química analítica es una de las ramas de la química. Si damos la definición más completa de la química analítica como ciencia, entonces podemos usar la definición propuesta por el académico I.P. Alimarina.

"La química analítica es una ciencia que desarrolla los fundamentos teóricos del análisis de la composición química de las sustancias, desarrolla métodos para identificar y detectar, determinar y separar elementos químicos, sus compuestos, así como métodos para establecer la estructura química de los compuestos".

Esta definición es bastante voluminosa y difícil de recordar. En los libros de texto de la escuela secundaria, se dan definiciones más concisas, cuyo significado es el siguiente.

Química analíticaes la ciencia de los métodos para determinar la composición química y la estructura de las sustancias (sistemas).

1.1. De la historia del desarrollo de la química analítica.

La química analítica es una ciencia muy antigua.

Tan pronto como aparecieron en la sociedad bienes y materiales, los más importantes de los cuales eran el oro y la plata, se hizo necesario comprobar su calidad. La cupelación, la prueba de fuego, fue la primera técnica ampliamente utilizada para el análisis de estos metales. Esta técnica cuantitativa consiste en pesar el analito antes y después del calentamiento. La mención de esta operación se encuentra en tablillas de Babilonia fechadas entre 1375 y 1350. ANTES DE CRISTO.

Las escalas han sido conocidas por la humanidad desde antes de los tiempos de la civilización antigua. Los pesos encontrados para las escalas se remontan al 2600 a.

De acuerdo con el punto de vista generalmente aceptado, el Renacimiento puede considerarse el punto de partida, cuando las técnicas analíticas individuales tomaron forma en métodos científicos.

Pero el término "análisis" en el sentido moderno de la palabra fue introducido por el químico inglés Robert Boyle (1627-1691). Usó el término por primera vez en 1654.

El rápido desarrollo de la química analítica comenzó a finales del siglo XVII. en relación con la aparición de fábricas, el rápido crecimiento de su número. Esto dio lugar a una variedad de problemas que solo podían resolverse utilizando métodos analíticos. La necesidad de metales, en particular de hierro, aumentó considerablemente, lo que contribuyó al desarrollo de la química analítica de los minerales.

El análisis químico fue elevado al estado de una rama separada de la ciencia, la química analítica, por el científico sueco Thornburn Bergman (1735-1784). El trabajo de Bergman puede considerarse el primer libro de texto de química analítica, que proporciona una descripción sistemática de los procesos utilizados en química analítica, agrupados según la naturaleza de las sustancias analizadas.

El primer libro conocido dedicado íntegramente a la química analítica es The Complete Chemical Assay Office, escrito por Johann Goetling (1753-1809) y publicado en 1790 en Jena.

Heinrich Rose (1795-1864) sistematiza una gran cantidad de reactivos utilizados para el análisis cualitativo en su libro "Una guía para la química analítica". Se dedican capítulos separados de este libro a algunos elementos y reacciones conocidas de estos elementos. Así, en 1824, Rose fue el primero en describir las reacciones de los elementos individuales y dio un esquema de análisis sistemático, que se ha conservado en sus características principales hasta el día de hoy (para el análisis sistemático, consulte la sección 1.6.3).

En 1862, se publicó el primer número de la "Revista de Química Analítica", una revista dedicada exclusivamente a la química analítica, que se publica hasta el día de hoy. La revista fue fundada por Fresenius y publicada en Alemania.

T. Bergman sentó las bases del análisis de peso (gravimétrico), el método más antiguo y lógico de análisis cuantitativo.

Los métodos de análisis volumétrico comenzaron a incluirse ampliamente en la práctica analítica solo en 1860. La descripción de estos métodos apareció en los libros de texto. En ese momento, se habían desarrollado dispositivos (dispositivos) para la titulación y se proporcionó una justificación teórica de estos métodos.

Los principales descubrimientos que permitieron fundamentar teóricamente los métodos volumétricos de análisis incluyen la ley de conservación de la masa de la materia, descubierta por M.V. Lomonosov (1711-1765), una ley periódica descubierta por D.I. Mendeleev (1834-1907), la teoría de la disociación electrolítica desarrollada por S. Arrhenius (1859-1927).

Los cimientos de los métodos volumétricos de análisis se establecieron durante casi dos siglos, y su desarrollo está estrechamente relacionado con las exigencias de la práctica, en primer lugar, los problemas de blanqueo de telas y la producción de potasa.

Se han invertido muchos años en el desarrollo de instrumentos convenientes y precisos, el desarrollo de operaciones para clasificar el material de vidrio volumétrico, manipulaciones cuando se trabaja con material de vidrio de precisión y métodos para fijar el final de la titulación.

No sorprende que incluso en 1829 Berzelius (1779-1848) creyera que los métodos volumétricos de análisis solo podían usarse para estimaciones aproximadas.

Por primera vez ahora términos generalmente aceptados en química "pipeta"(Fig. 1) (del francés pipa - pipa, pipeta - tubos) y "bureta"(Fig. 2) (del francés bureta - botella) se encuentran en la publicación de J.L. Gay-Lussac (1778-1850), publicado en 1824. Aquí también describió la operación de titulación en la forma en que se hace ahora.

Arroz. 1. Pipetas Fig. 2. Buretas

El año 1859 resultó ser significativo para la química analítica. Fue en este año que G. Kirchhoff (1824-1887) y R. Bunsen (1811-1899) desarrollaron el análisis espectral y lo convirtieron en un método práctico de química analítica. El análisis espectral fue el primero de los métodos instrumentales de análisis, que marcó el comienzo de su rápido desarrollo. Consulte la sección 8 para obtener más detalles sobre estos métodos de análisis.

A finales del siglo XIX, en 1894, el físico químico alemán V.F. Ostwald publicó un libro sobre los fundamentos teóricos de la química analítica, cuya teoría fundamental era la teoría de la disociación electrolítica, en la que todavía se basan los métodos químicos de análisis.

Iniciado en el siglo XX (1903) estuvo marcado por el descubrimiento del botánico y bioquímico ruso M.S. El color del fenómeno de la cromatografía, que fue la base para el desarrollo de varias variantes del método cromatográfico, cuyo desarrollo continúa hasta el día de hoy.

En el siglo veinte la química analítica se desarrolló con bastante éxito. Hubo un desarrollo de métodos de análisis tanto químicos como instrumentales. El desarrollo de métodos instrumentales se debió a la creación de dispositivos únicos que permiten registrar las propiedades individuales de los componentes analizados.

Los científicos rusos han hecho una gran contribución al desarrollo de la química analítica. En primer lugar, los nombres de N.A. Tananaeva, IP Alimarina, A. K. Babko, Yu.A. Zolotov y muchos otros.

El desarrollo de la química analítica siempre ha tenido en cuenta dos factores: la industria en desarrollo se ha formado un problema que necesita ser resuelto, por un lado; por otro lado, los descubrimientos de la ciencia adaptados a la solución de problemas de química analítica.

Esta tendencia continúa hasta el día de hoy. Las computadoras y los láseres se utilizan ampliamente en el análisis, están surgiendo nuevos métodos de análisis, se están introduciendo la automatización y la matematización, se están creando métodos y medios de análisis local no destructivo, remoto y continuo.

1.2. Problemas generales de química analítica.

Tareas generales de la química analítica:

1. Desarrollo de la teoría de los métodos químicos y fisicoquímicos de análisis, fundamentación científica, desarrollo y perfeccionamiento de técnicas y métodos de investigación.

2. Desarrollo de métodos de separación de sustancias y métodos de concentración de microimpurezas.

3. Mejora y desarrollo de métodos para el análisis de sustancias naturales, medio ambiente, materiales técnicos, etc.

4. Asegurar el control químico-analítico en el proceso de realización de diversos proyectos de investigación en el campo de la química y campos afines de la ciencia, la industria y la tecnología.

5. Mantenimiento de los procesos productivos químico-tecnológicos y físico-químicos en un determinado nivel óptimo basado en un control químico-analítico sistemático de todas las partes de la producción industrial.

6. Creación de métodos para el control automático de procesos tecnológicos, combinados con sistemas de control basados ​​en el uso de máquinas, instrumentos y dispositivos electrónicos de computación, registro, señalización, bloqueo y control.

De lo anterior puede verse que las posibilidades de la química analítica son amplias. Esto permite que se utilice para resolver una amplia variedad de problemas prácticos, incluso en la industria alimentaria.

1.3. El papel de la química analítica en la industria alimentaria

Los métodos de química analítica permiten resolver los siguientes problemas en la industria alimentaria:

1. Determinar la calidad de las materias primas.

2. Controlar el proceso de producción de alimentos en todas sus etapas.

3. Controlar la calidad de los productos.

4. Analizar los residuos de producción con el fin de su eliminación (uso posterior).

5. Determinar en materias primas y productos alimenticios sustancias tóxicas (nocivas) para el organismo humano.

1.4. Método de análisis

La química analítica estudia métodos de análisis, varios aspectos de su desarrollo y aplicación. De acuerdo con las recomendaciones de la organización química internacional autorizada IUPAC *, el método de análisis son los principios subyacentes al análisis de una sustancia, es decir. el tipo y naturaleza de la energía que causa la perturbación de las partículas químicas de la materia. El principio de análisis está a su vez determinado por los fenómenos de la naturaleza en los que se basan los procesos químicos o físicos.

En la literatura educativa sobre química, la definición del método de análisis, por regla general, no se da. Pero dado que es lo suficientemente importante, debe formularse. En nuestra opinión, la definición más aceptable es la siguiente:

El método de análisis es la suma de las reglas y técnicas para realizar el análisis, que permiten determinar la composición química y la estructura de las sustancias (sistemas).

1.5. Clasificación de los métodos de análisis

En química analítica, existen varios tipos de clasificación de métodos de análisis.

1.5.1. Clasificación basada en las propiedades químicas y físicas de las sustancias analizadas (sistemas)

Dentro de esta clasificación, se consideran los siguientes grupos de métodos de análisis:

1. Métodos químicos de análisis.

Este grupo de métodos de análisis incluye aquellos en los que los resultados del análisis se basan en una reacción química que ocurre entre sustancias. Al final de la reacción, se registra el volumen de uno de los participantes en la reacción o la masa de uno de los productos de reacción. Luego se calculan los resultados del análisis.

2. Métodos físicos de análisis.

Los métodos físicos de análisis se basan en la medición de las propiedades físicas de las sustancias analizadas. Más ampliamente, estos métodos fijan propiedades ópticas, magnéticas, eléctricas y térmicas.

3. Métodos físicos y químicos de análisis.

Se basan en la medición de alguna propiedad física (parámetro) del sistema analizado, que cambia bajo la influencia de una reacción química que ocurre en él.

* IUPAC - Unión Internacional de Química Pura y Aplicada. Instituciones científicas de muchos países son miembros de esta organización. La Academia Rusa de Ciencias (como sucesora de la Academia de Ciencias de la URSS) ha sido miembro desde 1930.

En la química moderna, los métodos de análisis físicos y fisicoquímicos se denominan instrumental metodos de analisis "Instrumental" significa que este método de análisis puede llevarse a cabo únicamente con el uso de un "instrumento": un dispositivo capaz de registrar y evaluar las propiedades físicas (consulte la Sección 8 para obtener más detalles).

4. Métodos de separación.

Al analizar mezclas complejas (y esta es la mayoría de los objetos naturales y productos alimenticios), puede ser necesario separar el analito de los componentes que interfieren.

A veces, en la solución analizada del componente determinado hay mucho menos de lo que se puede determinar mediante el método de análisis elegido. En este caso, antes de determinar tales componentes, es necesario preconcentrarlos.

concentración- esta es una operación, después de la cual la concentración del componente determinado puede aumentar de n a 10 n veces.

Las operaciones de separación y concentración a menudo se combinan. En la etapa de concentración en el sistema analizado, alguna propiedad puede manifestarse claramente, cuya fijación nos permitirá resolver el problema de la cantidad de analito en la mezcla. El método de análisis puede comenzar con una operación de separación, a veces también incluye concentración.

1.5.2. Clasificación basada en la masa de una sustancia o volumen

solución tomada para el análisis

En la Tabla se presenta una clasificación que demuestra las posibilidades de los métodos modernos de análisis. 1. Se basa en la masa de sustancias o volumen de solución tomada para el análisis.

tabla 1

Clasificación de los métodos de análisis según la masa de la sustancia.

o volumen de solución tomada para el análisis

1.6. Analisis cualitativo

El análisis de una sustancia se puede realizar para establecer su composición cualitativa o cuantitativa. En consecuencia, se hace una distinción entre análisis cualitativo y cuantitativo.

La tarea del análisis cualitativo es establecer la composición química del objeto analizado.

objeto analizado puede ser una sustancia individual (simple o muy compleja, como el pan), así como una mezcla de sustancias. Como parte de un objeto, sus diversos componentes pueden ser de interés. Es posible determinar de qué iones, elementos, moléculas, fases, grupos de átomos se compone el objeto analizado. En los productos alimenticios, los iones suelen ser sustancias determinadas, simples o complejas que son útiles (Ca 2+, NaCl, grasas, proteínas, etc.) o perjudiciales para el cuerpo humano (Cu 2+ , Pb 2+ , pesticidas, etc. . ). Esto se puede hacer de dos maneras: identificación y descubrimiento.

Identificación- establecer la identidad (identidad) del compuesto químico en estudio con una sustancia conocida (estándar) mediante la comparación de sus propiedades físicas y químicas .

Para ello, se estudian previamente ciertas propiedades de los compuestos de referencia dados, cuya presencia se supone en el objeto analizado. Por ejemplo, se llevan a cabo reacciones químicas con cationes o aniones (estos iones son patrones) en el estudio de sustancias inorgánicas, o se miden las constantes físicas de sustancias orgánicas de referencia. Luego realice las mismas pruebas con el compuesto de prueba y compare los resultados.

Detección- comprobar la presencia en el objeto analizado de ciertos componentes principales, impurezas, etc. .

El análisis químico cualitativo se basa principalmente en la transformación del analito en algún compuesto nuevo con propiedades características: un color, un estado físico determinado, una estructura cristalina o amorfa, un olor específico, etc. Estas propiedades características se denominan características analíticas.

Una reacción química, durante la cual aparecen signos analíticos, se llama reacción analítica de alta calidad.

Las sustancias que se utilizan en las reacciones analíticas se denominan reactivos o reactivos.

Las reacciones analíticas cualitativas y, en consecuencia, los reactivos utilizados en ellas, según el campo de aplicación, se dividen en grupo (general), característico y específico.

Reacciones de grupo le permiten aislar de una mezcla compleja de sustancias bajo la influencia de un reactivo grupal grupos completos de iones que tienen la misma característica analítica. Por ejemplo, el carbonato de amonio (NH 4) 2 CO 3 pertenece al grupo de reactivos, ya que forma carbonatos blancos insolubles en agua con iones Ca 2+, Sr 2+, Ba 2+.

característica llamadas reacciones en las que participan reactivos que interactúan con uno o un pequeño número de iones. La característica analítica en estas reacciones, con mayor frecuencia, se expresa en un color característico. Por ejemplo, la dimetilglioxima es un reactivo característico para el ion Ni 2+ (precipitado rosa) y para el ion Fe 2+ (compuesto rojo soluble en agua).

Las más importantes en el análisis cualitativo son las reacciones específicas. específico una reacción a un ion dado es una reacción que hace posible detectarlo en condiciones experimentales en una mezcla con otros iones. Tal reacción es, por ejemplo, una reacción de detección de iones, que se desarrolla bajo la acción de un álcali cuando se calienta:

El amoníaco liberado se puede identificar por un olor específico fácilmente reconocible y otras propiedades.

1.6.1. Marcas de reactivos

Dependiendo del área específica de aplicación de los reactivos, se les impone una serie de requisitos. Uno de ellos es el requisito de la cantidad de impurezas.

La cantidad de impurezas en los reactivos químicos está regulada por documentación técnica especial: estándares estatales (GOST), condiciones técnicas (TU), etc. La composición de las impurezas puede ser diferente y generalmente se indica en la etiqueta de fábrica del reactivo.

Los reactivos químicos se clasifican según el grado de pureza. Dependiendo de la fracción de masa de impurezas, al reactivo se le asigna una marca. Algunas marcas de reactivos se presentan en la Tabla. 2.

Tabla 2

Marcas de reactivos

Por lo general, en la práctica del análisis químico se utilizan reactivos que cumplen con la calificación de "grado analítico" y "químicamente puros". La pureza de los reactivos se indica en la etiqueta del envase original del reactivo. Algunas industrias introducen sus propias calificaciones de pureza adicionales para los reactivos.

1.6.2. Métodos para realizar reacciones analíticas

Se pueden realizar reacciones analíticas. "mojado" y "seco" formas. Al realizar una reacción "mojado" por la interacción del analito y los reactivos correspondientes se produce en solución. Para su aplicación, la sustancia de ensayo debe estar previamente disuelta. El disolvente suele ser agua o, si la sustancia es insoluble en agua, otro disolvente. Las reacciones húmedas ocurren entre iones simples o complejos, por lo tanto, cuando se aplican, son estos iones los que se detectan.

El método "seco" para realizar reacciones significa que la sustancia de prueba y los reactivos se toman en estado sólido y la reacción entre ellos se lleva a cabo calentándolos a una temperatura alta.

Ejemplos de reacciones realizadas por la vía "seca" son las reacciones de coloración de la llama con sales de ciertos metales, la formación de perlas coloreadas (vidrios) de tetraborato de sodio (bórax) o hidrógeno fosfato de sodio y amonio al fusionarlos con sales de ciertos metales, así como fusionar el sólido en estudio con "fluxes", por ejemplo: mezclas de Na 2 CO 3 y K 2 CO 3 sólidos, o Na 2 CO 3 y KNO 3.

Las reacciones llevadas a cabo por la vía "seca" también incluyen la reacción que ocurre cuando el sólido de prueba se tritura con algún reactivo sólido, como resultado de lo cual la mezcla adquiere un color.

1.6.3. Análisis sistemático

El análisis cualitativo del objeto puede llevarse a cabo por dos métodos diferentes.

Análisis sistemático - este es un método para realizar análisis cualitativos de acuerdo con el esquema, cuando la secuencia de operaciones para agregar reactivos está estrictamente definida.

1.6.4. Análisis fraccionario

Un método de análisis basado en el uso de reacciones que pueden usarse para detectar los iones deseados en cualquier secuencia en porciones individuales de la solución inicial, es decir, sin recurrir a un esquema específico de detección de iones, se llama análisis fraccionario.

1.7. Análisis cuantitativo

La tarea del análisis cuantitativo es determinar el contenido (masa o concentración) de un componente particular en el objeto analizado.

Conceptos importantes del análisis cuantitativo son los conceptos de "sustancia determinada" y "sustancia de trabajo".

1.7.1. Sustancia que se identifica. sustancia de trabajo

Un elemento químico, ion, sustancia simple o compleja, cuyo contenido se determina en una determinada muestra del producto analizado, se denomina comúnmente "sustancia identificable" (V.O.).

La sustancia con la que se lleva a cabo esta determinación se denomina sustancia de trabajo (RV).

1.7.2. Formas de expresar la composición de una solución utilizada en química analítica.

1. La forma más conveniente de expresar la composición de una solución es la concentración . La concentración es una cantidad física (dimensional o adimensional) que determina la composición cuantitativa de una solución, mezcla o masa fundida. Cuando se considera la composición cuantitativa de una solución, la mayoría de las veces se refieren a la relación entre la cantidad de soluto y el volumen de la solución.

La más común es la concentración molar de equivalentes. Su símbolo, escrito, por ejemplo, para ácido sulfúrico es C eq (H 2 SO 4), la unidad de medida es mol/dm 3.

(1)

Hay otras designaciones para esta concentración en la literatura. Por ejemplo, C (1/2H 2 SO 4). La fracción delante de la fórmula del ácido sulfúrico indica qué parte de la molécula (o ión) es equivalente. Se llama el factor de equivalencia, denotado por f equiv. Para H 2 SO 4 f equiv = 1/2. El factor de equivalencia se calcula en base a la estequiometría de la reacción. El número que muestra cuántos equivalentes contiene la molécula se denomina número de equivalencia y se denota por Z*. f equiv \u003d 1 / Z *, por lo tanto, la concentración molar de equivalentes también se denota de esta manera: C (1 / Z * H 2 SO 4).

2. En las condiciones de los laboratorios analíticos, cuando lleva mucho tiempo realizar una serie de análisis individuales utilizando una fórmula de cálculo, a menudo se utiliza un factor de corrección o K de corrección.

Muy a menudo, la corrección se refiere a la sustancia de trabajo. El coeficiente muestra cuántas veces la concentración de la solución preparada de la sustancia de trabajo difiere de la concentración expresada en números redondos (0,1; 0,2; 0,5; 0,01; 0,02; 0,05), uno de los cuales puede estar en la fórmula de cálculo:

. (2)

K se escribe como números con cuatro decimales. Del registro: K \u003d 1.2100 a C eq (HCl) \u003d 0.0200 mol / dm 3 se deduce que C eq (HCl) \u003d 0.0200 mol / dm 3 es la concentración molar estándar de equivalentes de HCl, luego se calcula la verdadera por fórmula:

3. título es la masa de la sustancia contenida en 1 cm 3 del volumen de la solución.

El título generalmente se refiere a una solución de la sustancia de trabajo.

(3)

La unidad de título es g/cm 3 , el título se calcula al sexto lugar decimal. Conociendo el título de la sustancia de trabajo, es posible calcular la concentración molar de los equivalentes de su solución.

(4)

4. El título de la sustancia de trabajo según el analito.- esta es la masa de la sustancia a determinar, equivalente a la masa de la sustancia de trabajo contenida en 1 cm 3 de la solución.

(5)

(6)

5. La fracción de masa del soluto es igual a la relación entre la masa del soluto A y la masa de la solución:

. (7)

6. Fracción de volumen soluto es igual a la relación entre el volumen del soluto A y el volumen total de la solución:

. (8)

Las fracciones de masa y volumen son cantidades adimensionales. Pero la mayoría de las veces, las expresiones para calcular las fracciones de masa y volumen se escriben como:

; (9)

. (10)

En este caso, la unidad de w y j es un porcentaje.

Se debe prestar atención a las siguientes circunstancias:

1. Al realizar un análisis, la concentración de la sustancia de trabajo debe ser precisa y expresada como un número que contiene cuatro decimales si la concentración es en equivalentes molares; o un número que contenga seis decimales si se trata de un título.

2. En todas las fórmulas de cálculo adoptadas en química analítica, la unidad de volumen es cm 3. Dado que el material de vidrio utilizado en el análisis para medir volúmenes le permite medir el volumen con una precisión de 0,01 cm 3, es con esta precisión que se deben registrar los números que expresan los volúmenes de las soluciones de analitos y sustancias de trabajo involucradas en el análisis. .

1.7.3. Métodos para preparar soluciones.

Antes de proceder con la preparación de la solución, se deben responder las siguientes preguntas.

1. ¿Con qué propósito se prepara la solución (para usar como RV, para crear un cierto valor de pH del medio, etc.)?

2. ¿En qué forma es más apropiado expresar la concentración de la solución (en forma de concentración molar de equivalentes, fracción de masa, título, etc.)?

3. ¿Con qué precisión, es decir, ¿Hasta qué decimal se debe determinar el número que expresa la concentración seleccionada?

4. ¿Qué volumen de solución se debe preparar?

5. Según la naturaleza de la sustancia (líquida o sólida, estándar o no estándar), ¿qué método de preparación de la solución debe usarse?

La solución se puede preparar de las siguientes maneras:

1. Enganche preciso.

Si sustancia a partir de la cual preparar la solución, es estándar, es decir. cumple con ciertos requisitos (enumerados a continuación), entonces la solución se puede preparar con una muestra precisa. Esto significa que el peso de la muestra se calcula y mide en una balanza analítica con una precisión de cuatro decimales.

Los requisitos para las sustancias patrón son los siguientes:

a) la sustancia debe tener una estructura cristalina y corresponder a una determinada fórmula química;

c) la sustancia debe ser estable durante el almacenamiento en forma sólida y en solución;

d) es deseable un equivalente de masa molar grande de la sustancia.

2. Desde el canal fijo.

Una variación del método de preparación de una solución para una muestra precisa es el método de preparación de una solución a partir de fixanal. El papel de una muestra precisa se realiza mediante la cantidad exacta de sustancia en la ampolla de vidrio. Debe tenerse en cuenta que la sustancia en la ampolla puede ser estándar (ver párrafo 1) y no estándar. Esta circunstancia afecta los métodos y la duración del almacenamiento de soluciones de sustancias no estándar preparadas a partir de fixanals.

FIXANAL(título estándar, dosis estándar) es una ampolla sellada, en la que se encuentra en forma seca o en forma de una solución de 0,1000, 0,0500 u otro número de moles de equivalentes de sustancia.

Para preparar la solución requerida, la ampolla se rompe sobre un embudo equipado con un dispositivo de perforación especial (golpe). Su contenido se trasvasa cuantitativamente a un matraz aforado de la capacidad requerida y se ajusta el volumen con agua destilada hasta la marca anular.

Una solución preparada por una muestra exacta o de fixanal se llama titulado, estándar o solución estándar I, porque su concentración después de la preparación es exacta. Escríbelo como un número con cuatro decimales si es una concentración molar de equivalentes, y con seis decimales si es un título.

3. Por peso aproximado.

Si la sustancia a partir de la cual se va a preparar la solución no cumple con los requisitos para las sustancias estándar y no hay un fijador adecuado, entonces la solución se prepara por un peso aproximado.

Calcular la masa de la sustancia que se debe tomar para preparar la solución, teniendo en cuenta su concentración y volumen. Esta masa se pesa en balanzas técnicas con precisión del segundo decimal, disuelta en un matraz aforado. Obtenga una solución con una concentración aproximada.

4. Diluyendo una solución más concentrada.

Si la industria produce una sustancia en forma de solución concentrada (está claro que no es estándar), entonces su solución con una concentración más baja solo se puede preparar diluyendo la solución concentrada. Al preparar una solución de esta manera, debe recordarse que la masa del soluto debe ser la misma tanto en el volumen de la solución preparada como en la parte de la solución concentrada que se toma para la dilución. Conociendo la concentración y el volumen de la solución a preparar, calcule el volumen de la solución concentrada a medir, teniendo en cuenta su fracción de masa y densidad. Medir el volumen con una probeta graduada, verter en un matraz aforado, diluir hasta la marca con agua destilada y mezclar. La solución así preparada tiene una concentración aproximada.

La concentración exacta de soluciones preparadas por una muestra aproximada y por dilución de una solución concentrada se establece mediante la realización de un análisis gravimétrico o volumétrico, por lo tanto, las soluciones preparadas por estos métodos, después de determinar sus concentraciones exactas, se denominan soluciones con un título fijo, soluciones estandarizadas o soluciones estándar II.

1.7.4. Fórmulas utilizadas para calcular la masa de una sustancia necesaria para preparar una solución

Si se prepara una solución con una concentración molar dada de equivalentes o un título a partir de la sustancia seca A, entonces el cálculo de la masa de la sustancia que se debe tomar para preparar la solución se realiza de acuerdo con las siguientes fórmulas:

; (11)

. (12)

Nota. La unidad de medida del volumen es cm 3.

El cálculo de la masa de una sustancia se lleva a cabo con tanta precisión, que está determinada por el método de preparación de la solución.

Las fórmulas de cálculo utilizadas en la preparación de soluciones por el método de dilución están determinadas por el tipo de concentración a obtener y el tipo de concentración a diluir.

1.7.5. Esquema de análisis

El principal requisito para el análisis es que los resultados obtenidos correspondan al verdadero contenido de los componentes. Los resultados del análisis satisfarán este requisito solo si todas las operaciones de análisis se realizan correctamente, en una determinada secuencia.

1. El primer paso en cualquier determinación analítica es el muestreo para el análisis. Como regla general, se toma una muestra promedio.

Muestra promedio- esta es una parte del objeto analizado, pequeña en comparación con su masa total, cuya composición y propiedades promedio son idénticas (iguales) en todos los aspectos a su composición promedio.

Los métodos de muestreo para diferentes tipos de productos (materias primas, productos semielaborados, productos terminados de diferentes industrias) son muy diferentes entre sí. Al tomar muestras, se guían por las reglas descritas en detalle en los manuales técnicos, GOST e instrucciones especiales dedicadas al análisis de este tipo de producto.

Según el tipo de producto y el tipo de análisis, la muestra se puede tomar en forma de un volumen determinado o de una masa determinada.

Muestreo- esta es una operación preparatoria muy responsable e importante del análisis. Una muestra seleccionada incorrectamente puede distorsionar completamente los resultados, en cuyo caso generalmente no tiene sentido realizar más operaciones de análisis.

2. Preparación de muestras para análisis. Una muestra tomada para análisis no siempre se prepara de alguna manera especial. Por ejemplo, cuando se determina el contenido de humedad de la harina, el pan y los productos de panadería mediante el método de arbitraje, se pesa una determinada muestra de cada producto y se coloca en un horno. Muy a menudo, el análisis se somete a soluciones obtenidas mediante el procesamiento adecuado de la muestra. En este caso, la tarea de preparación de la muestra para el análisis se reduce a lo siguiente. La muestra se somete a dicho procesamiento, en el que se conserva la cantidad del componente analizado y se disuelve por completo. En este caso, puede ser necesario eliminar las sustancias extrañas que pueda haber en la muestra analizada junto con el componente a determinar.

La preparación de muestras para el análisis, así como el muestreo, se describen en la documentación reglamentaria y técnica, según la cual se analizan las materias primas, los productos semielaborados y los productos terminados. De las operaciones químicas que se incluyen en el procedimiento para preparar una muestra para análisis, podemos nombrar una que a menudo se usa en la preparación de muestras de materias primas, productos semiacabados, productos terminados en la industria alimentaria: esta es la incineración. operación.

Ceniza es el proceso de convertir un producto (material) en cenizas. Se prepara una muestra por incineración al determinar, por ejemplo, iones metálicos. La muestra se quema bajo ciertas condiciones. La ceniza restante se disuelve en un disolvente adecuado. Se obtiene una solución, que se somete a análisis.

3. Obtención de datos analíticos. Durante el análisis, la muestra preparada se ve afectada por una sustancia reactiva o algún tipo de energía. Esto da lugar a la aparición de señales analíticas (cambio de color, aparición de nueva radiación, etc.). La señal aparecida puede ser: a) registrada; b) considerar el momento en que es necesario medir un determinado parámetro en el sistema analizado, por ejemplo, el volumen de la sustancia de trabajo.

4. Tratamiento de datos analíticos.

A) Los datos analíticos primarios obtenidos se utilizan para calcular los resultados del análisis.

Hay diferentes formas de convertir datos analíticos en resultados de análisis.

1. Método de cálculo. Este método se utiliza muy a menudo, por ejemplo, en el análisis químico cuantitativo. Después de completar el análisis, se obtiene el volumen de la sustancia de trabajo gastada en la reacción con el analito. Luego, este volumen se sustituye en la fórmula adecuada y se calcula el resultado del análisis: la masa o concentración del analito.

2. Gráfico del método de calibración (calibración).

3. Método de comparación.

4. Método de las adiciones.

5. Método diferencial.

Estos métodos de procesamiento de datos analíticos se utilizan en métodos instrumentales de análisis, durante cuyo estudio será posible conocerlos en detalle.

B) Los resultados obtenidos del análisis deben procesarse de acuerdo con las reglas de la estadística matemática, que se discuten en la sección 1.8.

5. Determinar la importancia socioeconómica del resultado del análisis. Esta etapa es definitiva. Habiendo completado el análisis y recibido el resultado, es necesario establecer una correspondencia entre la calidad del producto y los requisitos de la documentación reglamentaria para ello.

1.7.6. Método y técnica de análisis.

Para pasar de la teoría de cualquier método de química analítica a un método específico de realizar un análisis, es importante distinguir entre los conceptos de "método de análisis" y "método de análisis".

Cuando se trata del método de análisis, esto significa que se consideran las reglas, siguiendo las cuales se pueden obtener datos analíticos e interpretarlos (ver sección 1.4).

Método de análisis- esta es una descripción detallada de todas las operaciones para realizar el análisis, incluida la toma y preparación de muestras (indicando las concentraciones de todas las soluciones de prueba).

En la aplicación práctica de cada método de análisis, se desarrollan muchos métodos de análisis. Difieren en la naturaleza de los objetos analizados, el método de toma y preparación de muestras, las condiciones para llevar a cabo operaciones de análisis individuales, etc.

Por ejemplo, en un taller de laboratorio de análisis cuantitativo, entre otros, se realizan trabajos de laboratorio “Determinación permanganométrica de Fe 2+ en solución salina de Mohr”, “Determinación yodométrica de Cu 2+”, “Determinación dicromatométrica de Fe 2+”. Los métodos para su implementación son completamente diferentes, pero se basan en el mismo método de análisis "Redoximetría".

1.7.7. Características analíticas de los métodos de análisis.

Para que los métodos o métodos de análisis puedan compararse o evaluarse entre sí, lo que juega un papel importante en su elección, cada método y método tiene sus propias características analíticas y metrológicas. Las características analíticas incluyen las siguientes: coeficiente de sensibilidad (límite de detección), selectividad, duración, rendimiento.

Límite de detección(C min., p) es el contenido más bajo en el que la presencia del componente determinado con una probabilidad de confianza dada puede detectarse por este método. Probabilidad de confianza - P es la proporción de casos en que la media aritmética del resultado para un número dado de determinaciones estará dentro de ciertos límites.

En química analítica, por regla general, se utiliza un nivel de confianza de P = 0,95 (95%).

En otras palabras, P es la probabilidad de que ocurra un error aleatorio. Muestra cuántos experimentos de 100 dan resultados que se consideran correctos dentro de la precisión especificada del análisis. Con P \u003d 0.95 - 95 de 100.

Selectividad del análisis caracteriza la posibilidad de determinar este componente en presencia de sustancias extrañas.

Versatilidad- la capacidad de detectar muchos componentes de una muestra al mismo tiempo.

Duración del análisis- el tiempo dedicado a su ejecución.

Rendimiento del análisis- el número de muestras paralelas que se pueden analizar por unidad de tiempo.

1.7.8. Características metrológicas de los métodos de análisis

Evaluando los métodos o técnicas de análisis desde el punto de vista de la ciencia de las medidas - metrología - se observan las siguientes características: el intervalo de contenidos determinados, corrección (exactitud), reproducibilidad, convergencia.

Intervalo de contenidos determinados- esta es el área proporcionada por esta técnica, en la que se ubican los valores de las cantidades determinadas de componentes. Al mismo tiempo, también es costumbre señalar límite inferior de contenidos determinados(C n) - el valor más pequeño del contenido determinado, limitando el rango de contenidos determinados.

Corrección (precisión) del análisis- es la proximidad de los resultados obtenidos al valor real del valor determinado.

Reproducibilidad y convergencia de resultados están determinados por la dispersión de resultados de análisis repetidos y están determinados por la presencia de errores aleatorios.

Convergencia caracteriza la dispersión de resultados bajo condiciones fijas del experimento, y reproducibilidad- bajo condiciones cambiantes del experimento.

Todas las características analíticas y metrológicas del método o método de análisis se informan en sus instrucciones.

Las características metrológicas se obtienen procesando los resultados obtenidos en una serie de análisis repetidos. Las fórmulas para su cálculo se dan en la sección 1.8.2. Son similares a las fórmulas utilizadas para el procesamiento estático de los resultados del análisis.

1.8. Errores (errores) en el análisis.

No importa cuán cuidadosamente se lleve a cabo una u otra determinación cuantitativa, el resultado obtenido, por regla general, difiere un poco del contenido real del componente determinado, es decir, el resultado del análisis siempre se obtiene con alguna inexactitud: un error.

Los errores de medición se clasifican en sistemáticos (ciertos), aleatorios (inciertos) y graves o errores.

Errores sistemáticos- estos son errores que son constantes en valor o varían según una cierta ley. Pueden ser metódicos, dependiendo de las especificaciones del método de análisis utilizado. Pueden depender de los instrumentos y reactivos utilizados, de la realización incorrecta o insuficientemente cuidadosa de las operaciones analíticas, de las características individuales de la persona que realiza el análisis. Los errores sistemáticos son difíciles de notar, ya que son constantes y aparecen durante determinaciones repetidas. Para evitar errores de este tipo, es necesario eliminar su origen o introducir una corrección adecuada en el resultado de la medición.

Errores aleatorios Se llaman errores los que son indefinidos en magnitud y signo, en la apariencia de cada uno de los cuales no se observa regularidad.

Los errores aleatorios ocurren en cualquier medición, incluida cualquier determinación analítica, sin importar cuán cuidadosamente se lleve a cabo. Su presencia se refleja en el hecho de que determinaciones repetidas de uno u otro componente en una misma muestra, realizadas por el mismo método, suelen dar resultados ligeramente diferentes.

A diferencia de los errores sistemáticos, los errores aleatorios no se pueden tener en cuenta ni eliminar mediante la introducción de correcciones. Sin embargo, pueden reducirse significativamente aumentando el número de determinaciones paralelas. La influencia de los errores aleatorios en el resultado del análisis puede tenerse en cuenta teóricamente procesando los resultados obtenidos en una serie de determinaciones paralelas de este componente utilizando los métodos de la estadística matemática.

Disponibilidad errores graves o extraña se manifiesta en el hecho de que entre resultados relativamente cercanos se observan uno o varios valores que se destacan notablemente en magnitud de la serie general. Si la diferencia es tan grande que podemos hablar de un gran error, entonces esta medida se descarta inmediatamente. Sin embargo, en la mayoría de los casos, uno no puede reconocer inmediatamente ese otro resultado como incorrecto solo sobre la base de "saltar" de la serie general y, por lo tanto, es necesaria una investigación adicional.

Hay opciones cuando no tiene sentido realizar estudios adicionales y, al mismo tiempo, no es deseable utilizar datos incorrectos para calcular el resultado general del análisis. En este caso, la presencia de errores graves o faltas se determina de acuerdo con los criterios de las estadísticas matemáticas.

Se conocen varios de tales criterios. La más simple de ellas es la prueba Q.

1.8.1. Determinación de la presencia de errores graves (misses)

En el análisis químico, el contenido de un componente en una muestra se determina, por regla general, mediante un pequeño número de determinaciones paralelas (n £ 3). Para calcular los errores de las definiciones en este caso, utilizan los métodos de estadística matemática desarrollados para un pequeño número de definiciones. Los resultados de este pequeño número de determinaciones se consideran seleccionados al azar: muestreo- de todos los resultados concebibles de la población general bajo las condiciones dadas.

Para muestras pequeñas con el número de mediciones n<10 определение грубых погрешностей можно оценивать при помощи rango de variación por criterio Q. Para hacer esto, haz la relación:

donde X 1 - resultado sospechosamente distinguido del análisis;

X 2 - el resultado de una sola definición, el valor más cercano a X 1 ;

R - rango de variación - la diferencia entre los valores más grande y más pequeño de una serie de medidas, es decir R = X máx. - X mín.

El valor calculado de Q se compara con el valor tabular de Q (p, f). La presencia de un error grosero se prueba si Q > Q(p, f).

El resultado, reconocido como un error grave, se excluye de una consideración posterior.

El criterio Q no es el único indicador cuyo valor se puede utilizar para juzgar la presencia de un error grave, pero se calcula más rápido que otros, porque. le permite eliminar inmediatamente los errores graves sin realizar otros cálculos.

Los otros dos criterios son más precisos, pero requieren un cálculo completo del error, es decir la presencia de un error grave solo se puede decir realizando un procesamiento matemático completo de los resultados del análisis.

Los errores graves también se pueden identificar:

A) desviación estándar. El resultado X i se reconoce como un error grave y se descarta si

. (14)

B) Precisión de la medición directa. El resultado X i se descarta si

. (15)

Sobre las cantidades indicadas por signos , consulte la sección 1.8.2.

1.8.2. Procesamiento estadístico de resultados de análisis

El procesamiento estadístico de los resultados tiene dos tareas principales.

La primera tarea es presentar el resultado de las definiciones en forma compacta.

La segunda tarea es evaluar la fiabilidad de los resultados obtenidos, es decir. el grado de su correspondencia con el contenido real del componente determinado en la muestra. Este problema se resuelve calculando la reproducibilidad y precisión del análisis utilizando las fórmulas siguientes.

Como ya se señaló, la reproducibilidad caracteriza la dispersión de los resultados de análisis repetidos y está determinada por la presencia de errores aleatorios. La reproducibilidad del análisis se evalúa mediante los valores de desviación estándar, desviación estándar relativa, varianza.

La característica de dispersión general de los datos está determinada por el valor de la desviación estándar S.

(16)

A veces, al evaluar la reproducibilidad de un ensayo, se determina la desviación estándar relativa Sr.

La desviación estándar tiene la misma unidad que la media o el valor verdadero m de la cantidad que se determina.

El método o técnica de análisis es mejor reproducible cuanto menor sea el valor absoluto (S) y relativo (Sr) de desviación de los mismos.

La dispersión de los datos de análisis sobre la media se calcula como la varianza S 2 .

(18)

En las fórmulas presentadas: Xi - valor individual de la cantidad obtenida durante el análisis; - media aritmética de los resultados obtenidos para todas las mediciones; n es el número de mediciones; i = 1…n.

La corrección o precisión del análisis se caracteriza por el intervalo de confianza del valor promedio de p, f. Esta es el área dentro de la cual, en ausencia de errores sistemáticos, se encuentra el verdadero valor de la cantidad medida con una probabilidad de confianza P.

, (19)

donde p, f - intervalo de confianza, es decir límites de confianza dentro de los cuales puede encontrarse el valor de la cantidad determinada X.

En esta fórmula, t p, f es el coeficiente de Student; f es el número de grados de libertad; f = n - 1; P es el nivel de confianza (ver 1.7.7); t p, f - dado tabular.

Desviación estándar de la media aritmética. (veinte)

El intervalo de confianza se calcula como un error absoluto en las mismas unidades en que se expresa el resultado del análisis, o como un error relativo DX o (en %):

. (21)

Por lo tanto, el resultado del análisis se puede representar como:

. (23)

El procesamiento de los resultados del análisis se simplifica enormemente si se conoce el contenido real (m) del componente determinado al realizar los análisis (muestras de control o muestras estándar). Calcular los errores absolutos (DX) y relativos (DX o, %).

DX \u003d X - m (24)

(25)

1.8.3. Comparación de dos resultados promedio del análisis realizado

diferentes métodos

En la práctica, hay situaciones en las que un objeto necesita ser analizado por diferentes métodos, en diferentes laboratorios, por diferentes analistas. En estos casos, los resultados promedio difieren entre sí. Ambos resultados caracterizan alguna aproximación al verdadero valor del valor deseado. Para saber si se puede confiar en ambos resultados, se determina si la diferencia entre ellos es estadísticamente significativa, es decir, "demasiado grande. Los valores medios del valor deseado se consideran compatibles si pertenecen a la misma población general. Esto se puede resolver, por ejemplo, mediante el criterio de Fisher (criterio F).

donde están las dispersiones calculadas para diferentes series de análisis.

F ex - siempre es mayor que uno, porque es igual a la relación entre la varianza mayor y la menor. El valor calculado de F ex se compara con el valor de tabla de F table. (la probabilidad de confianza P y el número de grados de libertad f para los valores experimentales y tabulares deben ser los mismos).

Al comparar las opciones de tabla F ex y F son posibles.

A) Pestaña F ex >F. La discrepancia entre las varianzas es significativa y las muestras consideradas difieren en la reproducibilidad.

B) Si F ex es significativamente menor que la tabla F, entonces la diferencia en la reproducibilidad es aleatoria y ambas varianzas son estimaciones aproximadas de la misma varianza de la población general para ambas muestras.

Si la diferencia entre las varianzas no es significativa, puede averiguar si existe una diferencia estadísticamente significativa en los resultados promedio del análisis obtenidos por diferentes métodos. Para ello, utilice el coeficiente de Student t p, f. Calcule la desviación estándar promedio ponderada y t ex.

; (27)

(28)

donde están los resultados promedio de las muestras comparadas;

n 1 , n 2 - el número de mediciones en la primera y segunda muestra.

Compare t ex con la tabla t con el número de grados de libertad f = n 1 +n 2 -2.

Si al mismo tiempo t ex > t tabla, entonces la discrepancia entre es significativa, las muestras no pertenecen a la misma población general y los valores verdaderos en cada muestra son diferentes. Si t ex< t табл, можно все данные рассматривать как единую выборочную совокупность для (n 1 +n 2) результатов.

PREGUNTAS DE CONTROL

1. ¿Qué estudia la química analítica?

2. ¿Cuál es el método de análisis?

3. ¿Qué grupos de métodos de análisis considera la química analítica?

4. ¿Qué métodos se pueden utilizar para realizar un análisis cualitativo?

5. ¿Qué son las características analíticas? ¿Qué pueden ser?

6. ¿Qué es un reactivo?

7. ¿Qué reactivos se necesitan para realizar un análisis sistemático?

8. ¿Qué es el análisis fraccionario? ¿Qué reactivos se necesitan para su implementación?

9. ¿Qué significan las letras “químicamente puro”, “ch.d.a.”? en la etiqueta química?

10. ¿Cuál es la tarea del análisis cuantitativo?

11.¿Cuál es la sustancia de trabajo?

12. ¿De qué manera se puede preparar una solución de sustancia de trabajo?

13. ¿Qué es una sustancia estándar?

14. ¿Qué significan los términos “solución estándar I”, “solución estándar II”?

15. ¿Cuál es el título y el título de la sustancia de trabajo según el analito?

16. ¿Cómo se indica brevemente la concentración molar de equivalentes?