Методы исследования в количественном анализе.

Количественный анализ, как и качественный, проводят химическими или приборными (физико-химическими, физическими) методами. Во всех методах количественного анализа прибегают к точному измерению определенной физической величины, например, массы, объема, интенсивности окраски, электрической проводимости и т.д.

К достоинствам инструментальных методов анализа относятся: низкий предел обнаружения (до 10^-9 мкг, предельная концентрация до 10^-15 г/мл определяемого вещества), а также селективность (определение основных компонентов без их разделения), быстрота проведения анализа, возможность их автоматизации. Недостатки их - сравнительно большая ошибка определения по сравнению с химическими методами (от 5% до 20%, а для химического анализа - 0,1 – 0,5 %). Поэтому методы химического анализа по-прежнему являются стандартными при оценке правильности определений другими методами.

Среди химических методов различают весовые (гравиметрические) и объемные (титриметрические и газоволюметрические). Эти методы основаны на измерении массы осадка (продукта реакции), образовавшегося в результате химической реакции, или объема реагента (одного из исходных веществ), затраченного на химический процесс.

Химические методы количественного анализа связаны с определённой химической реакцией (или системой реакций), например:

Х + Р → П

где Х - определяемый компонент; Р – реагент в аналитической реакции; П – продукт реакции.

Для определения количества компонента Х можно:

1) определить количество продукта реакции П;

2) определить количество затраченного реагента Р.

Вариант 1) используется в гравиметрическом, а вариант 2) - в титриметрическомметодах химического количественного анализа.

Гравиметрический анализ – метод химического количественного анализа, основанный на точном измерении массы продукта реакции П, выделенного в химически чистом состоянии в виде соединения точно известного состава.

Титриметрический анализ – метод химического количественного анализа, основанный на измерении объёма раствора реактива Р точно известной концентрации, израсходованного на реакцию с данным количеством определяемого вещества Х. В основе расчётов в титриметрическом методе лежит закон эквивалентов.

Основной недостаток гравиметрического метода – его длительность по сравнению с титриметрическим ( от нескольких часов до нескольких суток).

Преимуществом титриметрического метода является его более высокая скорость выполнения анализа (экспрессность).

Гравиметрический и титриметрический методы являются классическими методами аналитической химии. Несмотря на широкое использование приборных методов анализа, они применяются как в исследовательской, так и в производственной практике и в ряде случаев незаменимы.

В основе химических методов обнаружения (определения) лежат химические реакции трёх типов: кислотно-основные, окислительно-восстановительные и реакции комплексообразования.

К реакциям в химическом анализе предъявляются определённые требования, важнейшими из которых являются следующие:

1. реакции должны протекать быстро, до конца, по возможности при комнатной температуре;

2. исходные вещества, вступающие в реакцию, должны реагировать в строго определённых, т.е. стехиометрических соотношениях и без побочных процессов;

3. примеси не должны мешать проведению количественного анализа.

1. Гравиметрический анализ.

1.1 Основные понятия гравиметрического анализа.или по другому?

Гравиметрический метод анализа основан на точном измерении массы вещества, выделенного в виде соединения известного состава или в элементарном виде. Метод базируется на законе сохранения массы в химических реакциях. Для определения веществ методом гравиметрии используют способы осаждения или отгонки. При отгонке определяемое вещество отгоняют в виде летучего соединения. Способ отгонки менее распространён, чем осаждение.

Общая схема гравиметрического анализа состоит из следующих этапов:

1) расчёт массы навески анализируемой пробы и массы (или объёма) осадителя;

2) взвешивание навески анализируемого образца;

3) переведение образца в раствор;

4) осаждение соединения, содержащего определяемый компонент, в виде осаждаемой формы;

5) отфильтровывание и промывание осадка;

6) высушивание в сушильном шкафу при температуре 100 -125°С;

7) прокаливание осаждённой формы при 600 – 900 °С для превращения её в гравиметрическую;

8) взвешивание полученной гравиметрической формы;

9) расчёт содержания определяемого компонента в образце.

Например, ионы Ca²⁺ в солях можно определить методом осаждения, используя в качестве реактива оксалат аммония:

CaCl₂ + (NH₄)₂C₂O₄ = CaC₂O_4(тв.) + 2NH₄Cl.

Осадок CaC₂O₄ промывают, высушивают и прокаливают. При этом оксалат кальция переходит в оксид кальция:

CaC₂O₄ = CaO +CO₂↑ + CO↑ (t > 200 °C).

Образовавшийся оксид кальция взвешивают и по его количеству рассчитывают содержание кальция в анализируемом веществе.

В связи с тем, что многие осадки при последующем прокаливании изменяют свой состав, различают осаждаемую и гравиметрическую, или весовую форму осадка. В примере с определением кальция CaC₂O₄ – осаждаемая форма - перешла в весовую - CaO.