Figura 1. Classificação dos métodos de análise

Além dos três grupos principais, existem híbrido métodos. Na Figura 1. eles não são mostrados. Nos métodos híbridos, a separação, identificação e determinação de componentes são combinadas organicamente em um dispositivo (ou em um único complexo de instrumentos). O mais importante desses métodos é cromatográfico análise. Em um dispositivo especial (cromatógrafo), os componentes da amostra de teste (mistura) são separados à medida que se movem em diferentes velocidades através de uma coluna cheia de pó sólido (sorvente). No momento em que um componente sai da coluna, sua natureza é julgada e, assim, todos os componentes da amostra são identificados. Os componentes que saem da coluna, um por um, entram em outra parte do dispositivo, onde um dispositivo especial - um detector - mede e registra os sinais de todos os componentes. Freqüentemente, os sinais são atribuídos automaticamente a determinadas substâncias, assim como o conteúdo de cada componente da amostra é calculado. É claro que cromatográfico a análise não pode ser considerada apenas um método de separação de componentes, ou apenas um método de determinação quantitativa; é precisamente um método híbrido.

1.4. Métodos de análise e requisitos para eles

Os conceitos não devem ser confundidos método E técnicas.

Uma metodologia é uma descrição clara e detalhada de como uma análise deve ser realizada, aplicando algum método para resolver um problema analítico específico.

Normalmente um método é desenvolvido por especialistas, passa por testes preliminares e certificação metrológica, é oficialmente registrado e aprovado. O nome do método indica o método utilizado, o objeto de determinação e o objeto de análise

Pegar ótimo(melhor) técnica, em cada caso uma série de requisitos práticos devem ser levados em conta.

1. T precisão. Este é o requisito principal. Isso significa que o erro relativo ou absoluto da análise não deve exceder um determinado valor limite

2. Sensibilidade. Esta palavra no discurso coloquial é substituída por termos mais estritos “limite de detecção” e “limite inferior de concentrações detectáveis”" Métodos altamente sensíveis são aqueles pelos quais podemos detectar e identificar um componente mesmo quando seu conteúdo no material em estudo é baixo. Quanto menor o conteúdo esperado, mais sensível será a técnica necessária. .

3. Seletividade (seletividade).É importante que o resultado da análise não seja influenciado por substâncias estranhas incluídas na amostra.

4. Expressividade . Estamos falando da duração da análise de uma amostra - desde a amostragem até a emissão de uma conclusão. Quanto mais rápido os resultados forem obtidos, melhor.

5.C custo. Esta característica da técnica dispensa comentários. Apenas ensaios relativamente baratos podem ser usados ​​em grande escala. O custo do controle analítico na indústria geralmente não ultrapassa 1% do custo do produto. Análises únicas em sua complexidade e raramente realizadas são muito caras.

Existem outros requisitos para a metodologia - segurança da análise, capacidade de realizar análises sem participação humana direta, estabilidade dos resultados a flutuações aleatórias nas condições, etc.

1.5. Principais etapas (etapas) da análise quantitativa

A técnica de análise quantitativa pode ser dividida mentalmente em vários estágios (estágios) sucessivos, e quase qualquer técnica possui os mesmos estágios. O diagrama lógico correspondente da análise é mostrado na Figura 1.2.As principais etapas na condução da análise quantitativa são: formulação do problema analítico e escolha da metodologia, amostragem, Preparação de amostra, medição de sinal, cálculo e apresentação de resultados.

Enunciado do problema analítico e escolha da metodologia. O trabalho de um analista especialista geralmente começa com a obtenção ordem para análise. O surgimento de tal ordem geralmente decorre da atuação profissional de outros especialistas, do surgimento de alguns Problemas. Tal problema poderia ser, por exemplo, fazer um diagnóstico, descobrir a causa de um defeito durante a produção de alguns produtos, determinar a autenticidade de uma peça de museu, a possibilidade da presença de alguma substância tóxica na água da torneira, etc. Com base nas informações recebidas de um especialista (químico orgânico, engenheiro industrial, geólogo, dentista, investigador do Ministério Público, agrônomo, arqueólogo, etc.), o analista deve formular problema analítico. Naturalmente, devemos levar em consideração as capacidades e desejos do “cliente”. Além disso, é necessário coletar informações adicionais (principalmente sobre a composição qualitativa do material que deverá ser analisado).

A configuração de um problema analítico requer um analista altamente qualificado e é a parte mais difícil da próxima pesquisa. Não basta determinar qual material deverá ser analisado e o que exatamente deverá ser determinado nele. É necessário entender em que nível de concentração a análise deverá ser realizada, quais componentes estranhos estarão presentes nas amostras, com que frequência as análises deverão ser realizadas, quanto tempo e dinheiro podem ser gastos em uma análise , se será possível entregar as amostras ao laboratório ou será necessária a realização da análise diretamente “no local”, se haverá restrições de peso e reprodutibilidade propriedades do material em estudo, etc. Mais importante ainda, você precisa entender: que precisão dos resultados da análise precisará ser garantida e como essa precisão será alcançada!

Um problema analítico claramente formulado é a base para a escolha da metodologia ideal. A pesquisa é realizada por meio de coleções de documentos normativos (incluindo métodos padrão), livros de referência e revisões de objetos ou métodos individuais. Por exemplo, se eles vão determinar o conteúdo de produtos petrolíferos em águas residuais usando um método fotométrico, então eles examinam monografias dedicadas, em primeiro lugar, à análise fotométrica, em segundo lugar, métodos para analisar águas residuais e, em terceiro lugar, vários métodos para determinar produtos petrolíferos . Existem séries de livros, cada um dedicado à química analítica de um elemento. Manuais foram publicados sobre métodos individuais e sobre objetos individuais de análise. Caso não tenha sido possível encontrar métodos adequados em livros de referência e monografias, a busca continua por meio de revistas científicas e abstratas, buscadores na Internet, consultas com especialistas, etc. .

Freqüentemente, para resolver um problema específico, não apenas não existem métodos padrão, mas também não existem soluções técnicas previamente descritas (problemas analíticos particularmente complexos, objetos únicos). Esta situação é frequentemente encontrada durante a condução pesquisa científica... Nestes casos, você mesmo deve desenvolver uma técnica de análise. Porém, ao realizar análises usando seus próprios métodos, você deve verificar com especial cuidado a exatidão dos resultados obtidos.

Amostragem. Desenvolva um método de análise que permita medir a concentração do componente que nos interessa diretamente no objeto em estudo é bastante raro. Um exemplo seria um sensor de teor de dióxido de carbono no ar, instalado em submarinos e outros espaços fechados. Muito mais frequentemente, uma pequena parte é retirada do material em estudo - amostra- e entregá-lo ao laboratório analítico para futuras pesquisas. A amostra deve ser representante(representativo), ou seja, suas propriedades e composição devem coincidir aproximadamente com as propriedades e composição do material que está sendo estudado como um todo. Para objetos de análise gasosos e líquidos é bastante fácil obter uma amostra representativa, pois são homogêneos . Você só precisa escolher a hora e o local certos de seleção. Por exemplo, ao coletar amostras de água de um reservatório, leva-se em consideração que a água da camada superficial difere em composição da água da camada inferior, a água próxima às margens é mais poluída, a composição da água do rio não é o mesmo em diferentes épocas do ano, etc. Nas grandes cidades, as amostras de ar atmosférico são coletadas levando-se em consideração a direção do vento e a localização das fontes de emissão de impurezas. A amostragem não causa problemas mesmo quando são examinados produtos químicos puros, mesmo sólidos ou pós finos homogêneos.

É muito mais difícil selecionar corretamente uma amostra representativa de uma substância sólida heterogênea (solo, minério, carvão, grãos, etc.). Se você coletar amostras de solo em locais diferentes do mesmo campo, ou em profundidades diferentes, ou em momentos diferentes, os resultados da análise do mesmo tipo de amostras serão diferentes. Eles podem diferir várias vezes, especialmente se o material em si for heterogêneo e consistir em partículas de diferentes composições e tamanhos.

A questão é complicada pelo facto de a amostragem ser muitas vezes efectuada não pelo próprio analista, mas por trabalhadores insuficientemente qualificados ou, o que é muito pior, por pessoas interessadas em obter um determinado resultado de análise. Assim, nas histórias de M. Twain e Bret Harte, é descrito de forma colorida como, antes de vender um sítio contendo ouro, o vendedor procurou selecionar para análise pedaços de rocha com inclusões óbvias de ouro, e o comprador - rocha vazia. Não surpreendentemente, os resultados das análises correspondentes deram o contrário, mas em ambos os casos, uma caracterização incorreta da área em estudo.

Para garantir a exatidão dos resultados da análise, regras especiais e esquemas de amostragem foram desenvolvidos e adotados para cada grupo de objetos. Um exemplo seria a análise do solo. Neste caso, você deve selecionar alguns grandes porções do material de teste em diferentes locais da área de estudo e depois combiná-los. É calculado antecipadamente quantos pontos de amostragem devem existir e a que distância uns dos outros esses pontos devem estar localizados. É indicado a partir de que profundidade cada porção de solo deve ser retirada, qual deve ser a massa, etc. Existe até uma teoria matemática especial que permite calcular a massa mínima da amostra combinada, levando em consideração o tamanho das partículas , a heterogeneidade de sua composição, etc. Quanto maior a massa da amostra, mais representativa ela é; portanto, para material não homogêneo, a massa total da amostra combinada pode atingir dezenas e até centenas de quilogramas. A amostra combinada é seca, triturada, bem misturada e a quantidade do material testado é gradualmente reduzida (existem técnicas e dispositivos especiais para esse fim), mas mesmo após reduções repetidas, o peso da amostra pode atingir várias centenas de gramas. A amostra reduzida é entregue ao laboratório em recipiente hermeticamente fechado. Lá eles continuam a moer e misturar o material de teste (para calcular a média da composição), e só então levam uma porção pesada da amostra média em uma balança analítica para análise posterior. Preparação de amostra e subsequente medição do sinal.

A amostragem é a fase mais importante da análise, uma vez que os erros que ocorrem nesta fase são muito difíceis de corrigir ou contabilizar. Os erros de amostragem são frequentemente o principal contribuinte para a incerteza analítica global. Se a amostragem estiver incorreta, mesmo a execução ideal das operações subsequentes não ajudará - não será mais possível obter o resultado correto.

Preparação de amostra . Este é o nome coletivo de todas as operações às quais uma amostra ali entregue é submetida no laboratório antes da medição do sinal analítico. Durante Preparação de amostra realizar diversas operações: evaporação, secagem, calcinação ou combustão da amostra, sua dissolução em água, ácidos ou solventes orgânicos, oxidação preliminar ou redução do componente a ser determinado com reagentes especialmente adicionados, remoção ou mascaramento de impurezas interferentes. Muitas vezes é necessário concentrar o componente que está sendo determinado - a partir de uma amostra de grande volume, o componente é transferido quantitativamente para um pequeno volume de solução (concentrado), onde o sinal analítico é então medido. Exemplos de componentes com propriedades semelhantes durante Preparação de amostra eles tentam separá-los uns dos outros para facilitar a determinação da concentração de cada um individualmente. Preparação de amostra requer mais tempo e trabalho do que outras operações de análise; é muito difícil automatizar. Deve ser lembrado que cada operação Preparação de amostra- esta é uma fonte adicional de erros de análise. Quanto menos operações desse tipo houver, melhor. Os métodos ideais são aqueles que não incluem o estágio Preparação de amostra(“veio, medido, calculado”), mas existem relativamente poucos métodos desse tipo.

Medição de sinal analítico requer a utilização de instrumentos de medição adequados, principalmente instrumentos de precisão (balanças, potenciômetros, espectrômetros, cromatógrafos, etc.), bem como utensílios de medição pré-calibrados. Os instrumentos de medição devem ser certificados (“verificados”), ou seja, deve-se saber antecipadamente qual erro máximo pode ser obtido medindo um sinal com este dispositivo. Além dos instrumentos, as medições de sinal, em muitos casos, exigem padrões de composição química conhecida (amostras de comparação, por exemplo, amostras padrão estaduais). Eles são usados ​​para calibrar a metodologia (ver Capítulo 5), verificar e ajustar os instrumentos. O resultado da análise também é calculado por meio de padrões.

Cálculo e apresentação de resultados - a etapa de análise mais rápida e fácil. Basta escolher o método de cálculo adequado (utilizando uma fórmula ou outra, de acordo com um cronograma, etc.). Assim, para determinar o urânio no minério de urânio, a radioatividade da amostra é comparada com a radioatividade de uma amostra padrão (minério com teor de urânio conhecido) e, em seguida, o teor de urânio na amostra é encontrado resolvendo a proporção usual. No entanto, este método simples nem sempre é adequado e a utilização de um algoritmo de cálculo inadequado pode levar a erros graves. Alguns métodos de cálculo são muito complexos e requerem o uso de um computador. Nos capítulos subsequentes serão descritos detalhadamente os métodos de cálculo utilizados nos diferentes métodos de análise, suas vantagens e as condições de aplicabilidade de cada método. Os resultados da análise devem ser processados ​​estatisticamente. Todos os dados relativos à análise de uma determinada amostra são refletidos no diário do laboratório, e o resultado da análise é inserido em um protocolo especial. Às vezes, o próprio analista compara os resultados da análise de várias substâncias entre si ou com certos padrões e tira conclusões significativas. Por exemplo, sobre a conformidade ou não conformidade da qualidade do material em estudo com os requisitos estabelecidos ( controle analítico).

ANÁLISES QUÍMICAS

Química Analítica. Tarefas e etapas da análise química. Sinal analítico. Classificações de métodos de análiseatrás. Identificação de substâncias. Análise fracionária. Análise sistemática.

Principais tarefas da química analítica

Uma das tarefas na implementação de medidas de proteção ambiental é compreender os padrões de relações de causa e efeito entre os vários tipos de atividade humana e as mudanças que ocorrem no ambiente natural. Análise- Este é o principal meio de controlar a poluição ambiental. A base científica da análise química é a química analítica. Química Analítica - a ciência dos métodos e meios de determinação da composição química de substâncias e materiais. Método- esta é uma forma bastante universal e teoricamente justificada de determinar a composição.

Requisitos básicos para métodos e técnicas de química analítica:

1) precisão e boa reprodutibilidade;

2) baixo limite de detecção- este é o teor mais baixo ao qual, utilizando este método, a presença do componente analito pode ser detectada com uma determinada probabilidade de confiança;

3) seletividade (seletividade)- caracteriza a influência interferente de diversos fatores;

4) gama de conteúdos medidos(concentrações) usando este método usando este método;

5) expressividade;

6) facilidade de análise, possibilidade de automação, custo-benefício de determinação.

Análises químicas- este é um complexo de vários estágios sobre processo, que é um conjunto de técnicas prontas e serviços correspondentes.

Tarefas de análise

1. Identificação do objeto, ou seja, estabelecer a natureza do objeto (verificar a presença de certos componentes principais, impurezas).

2. Determinação quantitativa do conteúdo de um determinado componente do objeto analisado.

Etapas de análise de qualquer objeto

1. Apresentação do problema e escolha do método e esquema de análise.

2. Amostragem (a seleção adequada de parte da amostra permite tirar uma conclusão correta sobre a composição de toda a amostra). Tentar- faz parte do material analisado, representativamente negativo A comprimindo sua composição química. Em alguns casos, todo o material analítico é utilizado como amostra. O tempo de armazenamento das amostras coletadas deve ser reduzido ao mínimo. eu não. As condições e métodos de armazenamento devem excluir perdas descontroladas de compostos voláteis e quaisquer outras alterações físicas e químicas na composição da amostra analisada.

3. Preparação de amostras para análise: transferência da amostra para o estado desejado (solução, vapor); separação de componentes ou separação de interferentes; concentração de componentes;

4. Obtenção de um sinal analítico. Sinal analítico- trata-se de uma alteração em qualquer propriedade física ou físico-química do componente a ser determinado, funcionalmente relacionada ao seu conteúdo (fórmula, tabela, gráfico).

5. Processamento do sinal analítico, ou seja, separação de sinal e ruído. Ruídos- sinais espúrios provenientes de instrumentos de medição, amplificadores e outros dispositivos.

6. Aplicação dos resultados da análise. Dependendo das propriedades da substância utilizada como base para a definição, os métodos de análise são divididos em:

Sobre métodos químicos análise baseada em uma reação química analítica, que é acompanhada por um efeito pronunciado. Estes incluem métodos gravimétricos e titulométricos;

- métodos físicos e químicos, com base na medição de quaisquer parâmetros físicos de um sistema químico que dependem da natureza dos componentes do sistema e mudam durante a reação química (por exemplo, a fotometria é baseada em uma mudança na densidade óptica de uma solução como resultado de a reação);

- métodos físicos análises não relacionadas ao uso de reações químicas. A composição das substâncias é determinada medindo as propriedades físicas características de um objeto (por exemplo, densidade, viscosidade).

Dependendo do valor medido, todos os métodos são divididos nos seguintes tipos.

Métodos para medir quantidades físicas

Identificação de substâncias baseia-se em métodos de reconhecimento qualitativo de objetos elementares (átomos, moléculas, íons, etc.) que constituem substâncias e materiais.

Muitas vezes, a amostra da substância analisada é convertida em uma forma conveniente para análise, dissolvendo-a em um solvente adequado (geralmente água ou soluções aquosas de ácidos) ou fundindo-a com algum composto químico e depois dissolvendo-a.

Os métodos químicos de análise qualitativa são baseados em usando reações de íons identificados com certas substâncias - reagentes analíticos. Tais reações devem ser acompanhadas de precipitação ou dissolução de um precipitado; o aparecimento, alteração ou desaparecimento da cor da solução; liberação de gás com odor característico; a formação de cristais de uma determinada forma.

Reações que ocorrem em soluções por método de execução classificados em tubo de ensaio, microcristalscópico e tipo gota. As reações microcristaloscópicas são realizadas em uma lâmina de vidro. Observa-se a formação de cristais de formato característico. As reações de gotículas são realizadas em papel de filtro.

As reações analíticas usadas na análise qualitativa são por área de aplicação dividido:

1.) em reações de grupo- são reações para a precipitação de todo um grupo de íons (é usado um reagente, que é chamado grupo);

2;) reações características:

a) seletivo (seletivo)- fornecer reações analíticas iguais ou semelhantes com um número limitado de íons (2 a 5 unidades);

b) específico (altamente seletivo)- seletivo em relação a sozinho componente.

Existem poucas reações seletivas e específicas, por isso são utilizadas em combinação com reações de grupo e técnicas especiais para eliminar a influência interferente dos componentes presentes no sistema junto com a substância que está sendo analisada.

Misturas simples de íons são analisadas usando o método fracionário Sem separação prévia dos íons interferentes, os íons individuais são determinados usando reações características. M íon negativo- trata-se de um íon que, nas condições de detecção do desejado, dá efeito analítico semelhante ao mesmo reagente ou efeito analítico que mascara a reação desejada. A detecção de diferentes íons na análise fracionária é realizada em porções separadas da solução. Se for necessário eliminar íons interferentes, use o seguinte métodos de separação e camuflagem.

1. Transferência de íons interferentes para sedimentos. A base é a diferença no valor do produto de solubilidade dos precipitados resultantes. Neste caso, o PR da ligação do íon determinado com o reagente deve ser maior que o PR do composto do íon interferente.

2. Ligação de íons interferentes em um composto complexo estável. O complexo resultante deve ter a estabilidade necessária para conseguir a ligação completa do ião interferente, e o ião desejado não deve reagir de todo com o reagente introduzido ou o seu complexo deve ser frágil.

3. Mudança no estado de oxidação dos íons interferentes.

4. Uso de extração. O método baseia-se na extração de íons interferentes de soluções aquosas com solventes orgânicos e na separação do sistema em partes componentes (fases) de forma que os componentes interferentes e determinados fiquem em fases diferentes.

Vantagens da análise fracionária:

Velocidade de execução, pois reduz o tempo para operações demoradas de separação sequencial de alguns íons de outros;

As reações fracionárias são facilmente reproduzíveis, ou seja, eles podem ser repetidos várias vezes. No entanto, se for difícil selecionar reações seletivas (específicas) para detectar íons, mascarar reagentes e calcular a completude

remoção de íons e outros motivos (complexidade da mistura) recorrem à realização de uma análise sistemática.

Análise sistemática- trata-se de uma análise completa (detalhada) do objeto em estudo, que se realiza dividindo todos os componentes da amostra em vários grupos em uma determinada sequência. A divisão em grupos é baseada nas semelhanças (dentro do grupo) e diferenças (entre grupos) das propriedades analíticas dos componentes. Em um grupo de análise dedicado, uma série de reações de separação sequenciais é usada até que apenas os componentes que dão reações características com reagentes seletivos permaneçam em uma fase (Fig. 23.1).

Várias classificações analíticas foram desenvolvidas ka tions e ânions em grupos analíticos, que são baseados no uso de reagentes de grupo (isto é, reagentes para isolar um grupo inteiro de íons sob condições específicas). Os reagentes de grupo na análise de cátions servem tanto para detecção quanto para separação, e na análise de ânions servem apenas para detecção (Fig. 23.2).

Análise de misturas de cátions

Os reagentes do grupo na análise qualitativa de cátions são ácidos, bases fortes, amônia, carbonatos, fosfatos, sulfatos de metais alcalinos, agentes oxidantes e agentes redutores. O agrupamento de substâncias em grupos analíticos baseia-se na utilização de semelhanças e diferenças em suas propriedades químicas. As propriedades analíticas mais importantes incluem a capacidade de um elemento formar vários tipos de íons, a cor e solubilidade dos compostos, a capacidade de entrar V certas reações.

Os reagentes de grupo são selecionados dos reagentes comuns porque o reagente de grupo é necessário para liberar um número relativamente grande de íons. O principal método de separação é a precipitação, ou seja, a divisão em grupos é baseada nas diferentes solubilidades dos precipitados de cátions em determinados ambientes. Ao considerar a ação dos reagentes de grupo, os seguintes grupos podem ser distinguidos (Tabela 23.2).

Além disso, restam três cátions (Na +, K +, NH4), que não formam precipitação com os reagentes do grupo indicado. Eles também podem ser separados em um grupo separado.

Grupos de cátions

Além da abordagem geral indicada, na escolha dos reagentes do grupo, eles partem dos valores dos produtos de solubilidade da precipitação, pois variando as condições de precipitação é possível separar substâncias de um grupo pela ação do mesmo reagente .

A mais utilizada é a classificação ácido-base dos cátions. Vantagens do método ácido-base de análise sistemática:

a) são utilizadas as propriedades básicas dos elementos - sua relação com ácidos e álcalis;

b) grupos analíticos de cátions em maior medida com correspondem a grupos do sistema periódico de elementos D.I. Mendeleiev;

c) o tempo de análise é significativamente reduzido em comparação com o método do sulfeto de hidrogênio. O estudo começa com testes preliminares, nos quais o pH da solução é estabelecido por meio de um indicador universal e os íons NH 4, Fe 3+, Fe 2+ são detectados por meio de reações específicas e seletivas.

Divisão em grupos. Esquema geral de divisão em grupos dado na tabela. 23.3. Na solução analisada, em primeiro lugar, os cátions dos grupos I e II são separados. Para fazer isso, 10-15 gotas da solução são colocadas em um tubo de ensaio e uma mistura de HCl 2M e H2S04 1M é adicionada gota a gota. Deixar o precipitado por 10 minutos, depois centrifugar e lavar com água acidificada com HC1. Uma mistura de cloretos e sulfatos Ag +, Pb 2+, Ba 2+, Ca 2+ permanece no sedimento. A presença de sais básicos de antimônio é possível. Na solução existem cátions dos grupos III-VI.

O Grupo III é separado da solução adicionando algumas gotas de H 2 0 2 a 3% e excesso de NaOH com aquecimento e agitação. O excesso de peróxido de hidrogênio é removido por fervura. No precipitado existem hidróxidos de cátions dos grupos IV-V, na solução existem cátions dos grupos III e VI e parcialmente Ca 2+, que podem não precipitar completamente na forma de CaS0 4 durante a separação dos grupos I e II .

Os cátions do grupo V são separados do sedimento. O precipitado é tratado com Na2CO3 2N e depois com excesso de NH3 enquanto aquece. Os cátions do grupo V passam para a solução na forma de amônia, no sedimento - carbonatos e sais básicos dos cátions do grupo IV.

A virtude da análise sistemática- obtenção de informações suficientemente completas sobre a composição do objeto. Imperfeição- volume, duração, intensidade de trabalho. Projetos completos para análise qualitativa sistemática raramente são implementados. Geralmente são utilizados parcialmente se houver informações sobre a origem, composição aproximada da amostra, Então o mesmo nos cursos de formação em química analítica.

O hidróxido de magnésio se dissolve em uma mistura de NH 3 + NH 4 C1. Assim, após a separação dos cátions em grupos, foram obtidos quatro tubos de ensaio contendo a) um precipitado de cloretos e sulfatos de cátions dos grupos I-P; b) uma solução de uma mistura de cátions dos grupos III e VI; c) uma solução de cátions de amônia do grupo V; d) sedimento de carbonatos e sais básicos de cátions do grupo IV. Cada um desses objetos é analisado separadamente.

Análise de misturas de ânions

Características gerais dos ânions estudados. Os ânions são formados principalmente por elementos dos grupos IV, V, VI e VII da tabela periódica. O mesmo elemento pode formar vários ânions que diferem em suas propriedades. Por exemplo, o enxofre forma ânions S 2 -, S0 3 2 ~, S0 4 2 ~, S 2 0 3 2 ~, etc.

Todos os ânions são constituintes de ácidos e razão sais correspondentes. Dependendo da substância da qual o ânion faz parte, suas propriedades mudam significativamente. Por exemplo, o íon SO 4 2 "na composição do ácido sulfúrico concentrado é caracterizado por reações de oxidação-redução, e na composição dos sais - reações de precipitação.

O estado dos ânions em uma solução depende do ambiente da solução. Alguns ânions se decompõem sob a ação de ácidos concentrados com a liberação dos gases correspondentes: CO 2 (ânion CO 2-3), H 2 S (ânion S 2 "), N0 2 (ânion N0 3), etc. Sob a ação de ácidos diluídos, ânions MoO 4 2 - , W0 4 2 ~, SiO 3 2 "formam ácidos insolúveis em água (H 2 Mo0 4, H 2 W0 4 * H 2 0, H 2 SiSOBRE 3 ). Ânions de ácidos fracos (C0 3 2 ~, P0 4 ", Si0 3 2 ~, S 2") em soluções aquosas são parcial ou totalmente hidrolisados, por exemplo:

S 2 " + H 2 0 →HS" + OH _ .

A maioria dos elementos que formam ânions possuem valência variável e, quando expostos a agentes oxidantes ou redutores, alteram o grau de oxidação e a composição do ânion muda. O íon cloreto, por exemplo, pode ser oxidado em C1 2, ClO", ClO 3, ClO 4. Os íons iodeto, por exemplo, são oxidados em I 2, IO 4; íon sulfeto S 2 ~ - em S0 2, SO 4 2 - ; Os ânions N0 3 podem ser reduzidos a N0 2, NO, N 2, NH 3.

A redução dos ânions (S 2 ~, I -, CI -) reduz os íons Mn0 4 - em ambiente ácido, causando sua descoloração. Íons oxidantes (NÃO3 , CrO 4 2 ", V0 3 - , Mn0 4 ~) oxidar íons iodeto em ácido Ai meio para um íon livre, a difenilamina é de cor azul. Essas propriedades são usadas para análise qualitativa; as propriedades redox dos íons cromato, nitrato, iodeto, vanadato, molibdato e tungstato são a base deles reações características.

Reações de grupo de ânions. Os reagentes baseados em sua ação sobre os ânions são divididos nos seguintes grupos:

1) reagentes que decompõem substâncias com liberação de gases. Tais reagentes incluem ácidos minerais diluídos (HC1, H 2 SO 4);

2) reagentes que liberam ânions de soluções na forma de precipitação levemente dissolvida (Tabela 23.4):

a) BaCl 2 em ambiente neutro ou na presença de Ba(OH) 2 precipita: SO 2-, SO, 2 ", S 2 0 3 2 ~, CO 3 2", PO 4 2 ", B 4 0 7 2 ~, As0 3 4", SiO 3 2";

b) AgNO 3 em 2n HNO 3 precipita: SG, Br -, I -, S 2- (SO 4 2 apenas em soluções concentradas);

3) reagentes redutores (KI) (Tabela 23.5);

4) reagentes oxidantes (KMn0 4, solução de I 2 em KI, HNO 3 (conc), H 2 S0 4).

Durante a análise, os ânions geralmente não interferem na detecção uns dos outros, portanto, as reações de grupo são utilizadas não para separação, mas para verificação preliminar da presença ou ausência de um determinado grupo de ânions.

Métodos sistemáticos para análise de uma mistura de ânions, baseados em novo ao dividi-los em grupos, raramente são utilizados, principalmente zoom para estudar misturas simples. Quanto mais complexa a mistura de ânions, mais complicados se tornam os esquemas de análise.

A análise fracionária permite detectar ânions que não interferem entre si em porções individuais da solução.

Os métodos semi-sistemáticos envolvem a separação de ânions em grupos usando reagentes de grupo e subsequente detecção fracionada dos ânions. Isto leva a uma redução no número de operações analíticas sequenciais necessárias e, em última análise, simplifica o esquema de análise para uma mistura de ânions.

O estado actual da análise qualitativa não se limita ao esquema clássico. Na análise como inorgânica, Então e substâncias orgânicas, são frequentemente utilizados métodos instrumentais, como métodos luminescentes, espectroscópicos de absorção, vários métodos eletroquímicos, “que são variantes da cromatografia, etc. Porém, em vários casos (laboratórios de campo, laboratórios expressos de fábrica, etc.), a análise clássica, por sua simplicidade, acessibilidade e baixo custo, não perdeu seu significado.

No centro métodos químicos a detecção e determinação são baseadas em três tipos de reações químicas: ácido-base, ORR e complexação. Os mais importantes são gravimétricos e titulométricos.

Gravimétrico a análise consiste em isolar a substância em sua forma pura e pesá-la.

Na maioria das vezes, o isolamento é realizado por precipitação. A desvantagem dos métodos gravimétricos é a duração da determinação, especialmente em análises seriadas de um grande número de amostras, bem como a não seletividade - os reagentes precipitantes raramente são específicos, portanto, muitas vezes são necessárias separações preliminares.

Análise titulométrica consiste em determinar com precisão o volume de uma solução de um reagente químico com concentração conhecida, necessário para a reação completa com um determinado volume da solução analisada.

A análise titulométrica é amplamente utilizada em laboratórios clínicos e sanitários para análise de sangue, suco gástrico, urina, alimentos, água potável e águas residuais.

Métodos físico-químicos

Além dos métodos químicos de análise qualitativa, são conhecidos outros métodos de identificação de elementos químicos e seus compostos. Assim, uma determinada substância pode ser detectada por métodos físicos de análise, sem recorrer a reações químicas, ou por métodos físico-químicos, estudando e observando os fenômenos físicos que ocorrem durante as reações químicas.

Tais métodos, muitas vezes chamados de instrumentais, incluem os seguintes métodos de análise qualitativa:

Espectral;

Luminescente;

Cromatográfico;

Polarográfico

alguns outros.

Muitas vezes, os métodos químicos são combinados com métodos de análise físicos e físico-químicos, o que proporciona maior sensibilidade e resultados de análise mais precisos. Aumentar a sensibilidade e a seletividade dos métodos é de grande importância para a análise de substâncias altamente puras contendo vestígios de impurezas. Para determinar pequenas quantidades (vestígios) de impurezas, são utilizados métodos de isolamento preliminar e concentração (enriquecimento) de microimpurezas. Esses métodos incluem:

métodos cromatográficos;

Extração;

coprecipitação;

destilação (remoção) de compostos voláteis e alguns outros métodos.

Ao combinar certos métodos de concentração com métodos de análise físicos ou físico-químicos, é possível alcançar um alto grau de sensibilidade, muitas vezes maior do que a sensibilidade de métodos individuais.

Métodos eletroquímicos análise e pesquisa baseiam-se no estudo e uso de processos que ocorrem na superfície do eletrodo ou no espaço próximo ao eletrodo. Qualquer parâmetro elétrico (potencial, corrente, resistência, etc.), funcionalmente relacionado à concentração da solução analisada e medida, pode servir como sinal analítico.

Distinguir métodos eletroquímicos diretos e indiretos. EM métodos diretos use a dependência da intensidade da corrente (potencial, etc.) na concentração do componente que está sendo determinado. EM métodos indiretos A intensidade da corrente (potencial, etc.) é medida para encontrar o ponto final da titulação do componente que está sendo determinado com um titulante adequado, ou seja, A dependência do parâmetro medido no volume do titulante é usada.

Existem diferentes maneiras de classificar os métodos eletroquímicos.

Classificação dos métodos eletroquímicos de análise de acordo com o parâmetro medido da célula eletroquímica.

Como criminologistas, arqueólogos, médicos e historiadores da arte utilizam métodos de análise química em seu trabalho?

Respostas:

Os cientistas forenses determinam a composição das substâncias, as causas da morte e a identidade de uma pessoa. Os arqueólogos determinam a idade e a composição dos artefatos durante as escavações. Os médicos determinam a composição química do sangue ou da urina e, assim, diagnosticam doenças humanas. Os historiadores da arte determinam a idade das antiguidades e estabelecem sua autenticidade. Usando análises químicas, os cientistas forenses podem usar manchas para determinar a composição qualitativa do líquido que saiu da mancha. Por exemplo, este líquido era sangue ou vinho, etc. A partir dos vestígios e restos de solo, eles podem determinar por onde uma pessoa caminhou ou um carro passou e que tipo de solo, e conhecendo a composição dos solos circundantes, podem determinar em quais lugares uma pessoa passou ou um carro passou. Com a ajuda da análise química, os arqueólogos podem determinar como viviam, com que construíam, o que as pessoas vestiam numa determinada época; pelos restos de comida deixados em cacos e recipientes, podem determinar o que as pessoas comiam. Utilizando análises químicas qualitativas e quantitativas na medicina, comparando sangue, urina e outros líquidos do corpo humano com a norma, é possível fazer um diagnóstico e realizar um curso de tratamento sob controle, acompanhando a dinâmica das alterações nos exames, observando o sucesso ou falha deste curso de tratamento e a necessidade de ajustar o curso de tratamento. Os antigos mestres preparavam suas próprias tintas e vernizes. Sabendo quais composições um determinado mestre preparou, os historiadores da arte, por meio da análise química, podem afirmar com grande segurança a autoria de uma obra de arte. Os restauradores também utilizam análises químicas e descobrem os segredos dos antigos mestres.’ Como é que criminologistas, arqueólogos, médicos e historiadores de arte utilizam métodos de análise química no seu trabalho? Prepare um relatório sobre isso usando literatura adicional. Os cientistas forenses determinam a composição das substâncias, as causas da morte e a identidade de uma pessoa. Os arqueólogos determinam a idade e a composição dos artefatos durante as escavações. Os médicos determinam a composição química do sangue ou da urina e, assim, diagnosticam doenças humanas. Os historiadores da arte determinam a idade das antiguidades e estabelecem sua autenticidade. Usando análises químicas, os cientistas forenses podem usar manchas para determinar a composição qualitativa do líquido que saiu da mancha. Por exemplo, este líquido era sangue ou vinho, etc. A partir dos vestígios e restos de solo, eles podem determinar por onde uma pessoa caminhou ou um carro passou e que tipo de solo, e conhecendo a composição dos solos circundantes, podem determinar em quais lugares uma pessoa passou ou um carro passou. Com a ajuda da análise química, os arqueólogos podem determinar como viviam, com que construíam, o que as pessoas vestiam numa determinada época; pelos restos de comida deixados em cacos e recipientes, podem determinar o que as pessoas comiam. Utilizando análises químicas qualitativas e quantitativas na medicina, comparando sangue, urina e outros líquidos do corpo humano com a norma, é possível fazer um diagnóstico e realizar um curso de tratamento sob controle, acompanhando a dinâmica das alterações nos exames, observando o sucesso ou falha deste curso de tratamento e a necessidade de ajustar o curso de tratamento. Os antigos mestres preparavam suas próprias tintas e vernizes. Sabendo quais composições um determinado mestre preparou, os historiadores da arte, por meio da análise química, podem afirmar com grande segurança a autoria de uma obra de arte. Os restauradores também usam análises químicas e descobrem os segredos dos antigos mestres.’