Теоретичні основи аналітичної хімії

ЗМІСТ

навчальної програми з аналітичної хімії для студентів II курсу фармацевтичного факультету за спеціальністю “Клінічна фармація”

ВСТУП

 

Аналітична хімія як фундаментальна наука. Філософське розуміння нерозривності зв’язку аналізу та синтезу. Предмет і завдання аналітичної хімії, її значення в народному господарстві.

Хімічний аналіз як метод хімії.

Різновиди хімічного аналізу: технічний, біохімічний, фармацевтичний, санітарно-хімічний, токсикологічний, медико-біологічний. Значення аналітичної хімії для підготовки провізора. Аналітична служба у фармації.

Найважливіші розділи хімічного аналізу:

-якісний, кількісний, фазовий, структурний.

Методи аналізу: хімічні, інструментальні (фізичні та фізико-хімічні), біологічні. Хімічні реагенти.

Історія розвитку аналітичної хімії.

Внесок вітчизняних та іноземних вчених у створення теорії і методів хімічного аналізу (М.В.Ломоносов, В.Н.Северін, М.С.Цвет, Р.Бойль, Лавуазье, Ж.Гей-Люссак, Ф.Файгль, Л.А.Чугаєв, Н.А.Тананаєв, Я.І.Михайленко, Ф.М.Шемякін, Е.П.Алімарін, М.П.Комар, Л.П.Адамович, М.А.Ізмайлов та ін.). Перспективи розвитку аналітичної хімії.

 

ТЕОРЕТИЧНІ ОСНОВИ АНАЛІТИЧНОЇ ХІМІЇ

Аналітичні властивості речовин і їх зв’язок з положенням елементів у періодичній системі Д.І.Менделєєва.

Аналітичні властивості речовин та аналітичні ефекти хімічних реакцій.

Реакції, які використовуються в аналітичній хімії, вимоги до них (чутливість, специфічність, селективність, швидкість і повнота перебігу та ін.).

Періодичний закон Д.І.Менделєєва – основа вивчення хіміко-аналітичних властивостей речовин. Зв’язок між будовою атомів, іонів і їх аналітичними властивостями. Закономірне змінювання хіміко-аналітичних властивостей іонів і сполук (заряд і радіус іона, забарвлення, окислювально-відновний потенціал, кислотно-основні властивості, здатність до комплексоутворення, розчинність) і залежність їх від положення елементів у періодичній системі Д.І.Менделєєва. Характерні і групові реакції іонів. Групові реагенти. Типи класифікації іонів. Аналітичні групи катіонів аніонів.

 

Теорія розчинів електролітів в аналітичній хімії

Розчини як середовище для проведення аналітичних реакцій. Вода як розчинник. Теорія розчинів, іонні реакції в розчинах, їх значення в аналітичній хімії. Сильні та слабкі електроліти. Основні положення теорії сильних електролітів. Аналітична концентрація іонів, активність, коефіцієнт активності, зв’язок між ними.

Іонна сила розчину, її залежність від різних факторів.

Закон діючих мас, його застосування в аналітичній хімії. Застосування ЗДМ до рівноваги іонізації води. Іонний добуток води. Шкала рН водних розчинів.

 

Застосування закону діючих мас (ЗДМ)

До різних типів іонних рівноваг в аналітичній хімії

 

Основні типи хімічних реакцій, що застосовуються в аналізі: кислотно-основні, осаджувальні, комплексоутворюючі, окислювально-відновні. Оборотні хімічні реакції. Рівновага у водних та неводних розчинах. Константи рівноваги для різних типів рівноваг. Термодинамічна і концентраційна константи рівноваги, їх вирази, зв’язок між ними, показник константи рівноваги.

 

Кислотно-основні рівноваги

 

Протолітична теорія розчинів Бренстеда-Лоурі, її розвиток М.І.Усановичем та українськими учаними М.А.Ізмайловим, М.П.Комарем, В.В.Александровим. Кислотно-основні реакції, що використовуються в аналітичній хімії,- нейтралізації, гідролізу. Характеристика сили слабких електролітів. Константа кислотності, рКа. Константа основності, рКв. Розрахунок рН і рОН розчинів сильних, слабких кислот та основ, багатоосновних кислот та багатокислотних основ. Використання констант дисоціації в аналітичній хімії.

Теоретичні основи гідролізу солей. Ступінь, константа гідролізу. Розрахунок рН розчинів солей, що піддаються гідролізу. Використання процесу гідролізу в аналізі.

Протолітичні рівноваги в буферних системах. Буферні системи, їх характеристики, механізм дії. Розрахунок рН у буферних розчинах. Буферна ємність. Застосування в аналізі.

Амфотерність. Рівновага в розчинах амфолітів. Константи електролітичної дисоціації амфотерних гідроксидів. Розрахунок рН в розчинах амфолітів. Застосування явища амфотерності в аналізі.

Протолітичні рівноваги в неводних розчинах. Класифікація розчинників. Вплив властивостей неводних розчинників на силу кислот і основ у неводних розчинах. Константа автопротолізу. Диференціююча та нівелююча дія розчинників. Застосування неводних розчинників в аналізі.

 

Рівноваги комплексоутворення

Будова комплексних сполук. Рівноваги в розчинах комплексних сполук. Константа стійкості. Умовні константи комплексних сполук. Розрахунок іонних рівноваг у розчинах. Типи комплексних сполук, що використовуються в аналітичній хімії, вимоги до них (стійкість, розчинність, забарвлення та ін.). Комплексні сполуки металів з неорганічними і органічними лігандами. Функціонально-аналітичні, хромофорні та ауксохромні групи в органічних реагентах. Основні типи сполук з органічними реагентами, що застосовуються в аналізі: внутрішньокомплексні сполуки (хелати), іонні асоціати. Стійкість хелатних сполук. Найважливіші органічні реагенти, що застосовуються в аналізі: 1-нітрозо-2-нафтол, диметилгліоксим (діацетилдіоксим), алізарин, дитизон, 8-гідроксихінолін, антипірин, дифенілкарбазид, купрон, купферон, магнезон, комплексони та ін. Використання комплексних сполук з органічними та неорганічними лігандами в аналізі.

 

Окислювально-відновні рівноваги

Характеристика реакцій окислення-відновлення. Оборотні окислювально-відновні системи. Рівняння Нернста. Стандартні електродні потенціали окислювально-відновних пар. Електрорушійна сила реакції (ЕРС). Фактори, що впливають на величину потенціалів окислювально-відновних пар, напрямок перебігу реакції в розчинах (рН, концентрація іонів, температура, комплексоутворення та ін.). Константи рівноваги окислювально-відновних реакцій. Застосування окислювально-відновних реакцій в аналізі. Найбільш важливі окисники (калію перманганат, азотна кислота, калію дихромат, амонію персульфат, водню пероксид) та відновники (натрію сульфіт, тіосульфат, оксалат та ін.), що використовуються в аналітичній хімії.

Гетерогенні рівноваги

Розчинність сполук у воді.

Рівноваги між розчином та твердою фазою. Іонний добуток, добуток розчинності, добуток активності. Умови утворення осаду. Вплив надлишку осаджувача на повноту осадження іонів. Дробне осадження. Розрахунок повноти осадження. Переведення одних малорозчинних сполук в інші. Розрахунок розчинності осадів з добутку розчинності. Вплив різних речовин на розчинність осаду (сторонніх електролітів у розчині; сильних кислот та основ, комплексоутворюючих реагентів). Використання ЗДМ для вибору умов проведення аналітичних реакцій з утворенням або розчиненням осаду. Застосування реакцій осадження-розчинення в аналітичній хімії.

 

2.МЕТОДИ АНАЛІЗУ (ЯКІСНИЙ І КІЛЬКІСНИЙ АНАЛІЗ)

Правила роботи в хімічній лабораторії. Оформлення робочого місця, ведення лабораторного журналу. Техніка безпеки і перша допомога. Правила роботи з отруйними і сильнодіючими речовинами. Хімічні реактиви. Кваліфікація реактивів за ступенем чистоти. Обладнання і хімічний посуд.

Підготовка зразків до аналізу

Хімічні та фізичні властивості речовин, які аналізуються. Наважки речовин, їх оптимальні величини. Відбір проби для аналізу однорідних та неоднорідних речовин: подрібнення, просіювання, змішування, ділення.

Правильність відбору проби.

Засоби переведення речовини, що аналізується, у розчинений стан: розчинення у воді, в інших розчинниках, у кислотах і лугах, сплавлення.

 

Методи вилучення, розділення та концентрування

Основні методи розділення та концентрування, їх вибір, оцінка. Сполучення різних методів розділення, концентрування між собою, з фізико-хімічними та фізичними методами визначення.

Осадження та співосадження

Осади, їх властивості. Кристалічні і аморфні осади. Залежність структури осаду від його індивідуальних властивостей (розчинності, полярності молекул) та умов осадження (концентрації іонів, що осаджуються, і осаджувача, сольового складу, рН та температури розчину). Умови одержання кристалічних та аморфних осадів.Старіння осаду. Принципи забруднення осаду: адсорбція, оклюзія, ізоморфізм (правило Хлюпіна). Позитивне та негативне значення явища співосадження в аналізі. Роль колоїдних розчинів у хімічному аналізі. Коагуляція та пептизація. Розділення елементів з використанням реакцій осадження. Застосування неорганічних та органічних реагентів для осадження.

Екстракція

Теорія екстракційних методів, закони розподілу. Константи екстракції. Коефіцієнт розподілу. Фактор вилучення. Фактор розподілу. Класифікація екстракційних процесів. Умови екстракції органічних та неорганічних сполук.

ГРАВІМЕТРИЧНИЙ АНАЛІЗ

Сутність гравіметричного аналізу. Класифікація методів гравіметричного аналізу (методи відгонки, методи осадження).

Можливості методу відгонки. Техніка виконання прямої та непрямої відгонки. Визначення вологості у лікарських препаратах. Розрахунок результатів аналізу.

Техніка виконання методу осадження (хімічний посуд та обладнання, розрахунок наважки, зважування, розчинення, вибір реагента осаджувача, осадження, старіння, фільтрування, промивання, висушування, прожарювання).

Вимоги до осадів у гравіметричному аналізі. Осаджувальна та гравіметрична форми речовини, що визначається. Вибір реагента осаджувача (найважливіші органічні та неорганічні осаджувачі) умови осадження. Вимоги до осаджувача, осадженої та гравіметричної форм.

Гравіметричний фактор. Розрахунок результатів аналізу.

Використання гравіметричних методів в аналізі. Лабораторні роботи: визначення масової частки солей магнію, заліза (III) методом осадження.

Визначення вологості у речовинах: ВаСl₂ каоліні та ін.

 

Кислотно-основне титрування

Сутність методу. Можливості методу кислотно-основного титрування. Алкаліметрія. Титранти, їх приготування та стандартизація. Стандартні речовини. Визначення кінцевої точки титрування. Індикатори методу кислотно-основного титрування. Теорії індикаторів (іонна, іонно-хромофорна). Інтервал переходу забарвлення індикатора. Показник титрування індикатора. Вибір індикатора за продуктами реакції.

Розрахунок, побудова, аналіз кривих титрування (сильних, слабких кислот та основ). Вплив сили кислот та основ на характер кривих титрування.

Залежність стрибка на кривих титрування від величин констант дисоціації кислот та основ, їх концентрації. Вибір індикатора за кривими титрування. Індикаторні помилки титрування (воднева, гідроксидна та ін.) причини їх появи, засоби зменшення, розрахунок.

Приклади визначення за методом кислотно-основного титрування індивідуальних речовин (сильних, слабких кислот та основ, солей, які гідролізуються), багатоосновних кислот, багатокислотних основ, диференціальне титрування, титрування сумішей речовини.

Лабораторні роботи. Визначення кислот, основ, солей, сумішей речовин. Зворотне титрування (визначення аміаку, оцтової кислоти). Визначення лугів та карбонатів, карбонатів та гідрокарбонатів у спільній присутності.

Осаджувальне титрування

Сутність та класифікація методів. Вимоги до реакцій в осаджувальному титруванні. Побудова та аналіз кривих титрування. Індикатори осаджувального титрування: осаджувальні, адсорбційні, комплексоутворюючі.

Аргентометрія. Класифікація методів. Сутність методу Мора, титрант, його приготування та стандартизація. Індикатор, його дія. Умови титрування, застосування методу в аналізі. Сутність методу Фаянса-Ходакова. Адсорбційні індикатори, механізм їх дії. Умови титрування. Використання методу в аналізі.

Тіоціанатометрія. (Роданометрія). Сутність методу Фольгарда. Титранти, їх приготування та стандартизація. Пряме, зворотне титрування. Індикатор методу. Умови титрування. Застосування методу в аналізі.

Меркурометрія. Сутність методу, титрант, його приготування та стандартизація. Індикатори, умови титрування, застосування методу в аналізі.

Лабораторна робота. Визначення галогенідів.

Сульфатометрія та гексаціанофератометрія. Сутність методів, титранти, їх приготування та стандартизація. Застосування методів в аналізі.

 

Оптичні методи аналізу

Сутність та класифікація оптичних методів аналізу. Атомні і молекулярні спектри, їх особливості. Електронні, обертові, коливальні спектри. Спектри речовин в ультрафіолетовій, видимій та інфрачервоній ділянках спектру.

Спектральні методи аналізу

Емісійний спектральний та атомно-абсорбційний аналіз. Атомно-абсорбційне визначення мікроелементів у біологічних об’єктах. Методи абсорбційного аналізу. Теоретичні основи абсорбційного аналізу. Спектри поглинання та їх походження. Об’єднаний закон Бугера-Ламберта-Бера. Оптичне поглинання. Молярний і питомий коефіцієнти світлопоглинання, їх фізичний зміст. Поняття про істинний та умовний молярний коефіцієнт світлопоглинання. Фотометрія. Різновиди. Різновиди фотометричного аналізу: фотоколориметрія, спектрофотометрія.

Способи визначення концентрацій у фотоколориметрії та спектрофотометрії.

Екстракційно-фотометричний аналіз. Методи фотометричного титрування. Поняття про диференціальну та двохвильову спектрофотометрію. Основні типи приладів, що застосовуються у фотометричному аналізі. Застосування оптичних методів в аналізі хімічних сполук і лікарських речовин.

Роль українських вчених у розвитку фотометричних методів аналізу (О.К.Бабко, О.Т.Пилипенко, М.П.Комар, Л.П.Адамович, В.П.Крамаренко та ін.). Перспективи розвитку фотометричних методів аналізу.

Лабораторні роботи. Фотометричне визначення солей заліза (III), міді (II), нікелю (II), ціанкоболаміну (вітаміну В₁₂), калію дихромату, калію перманганату, саліцилової кислоти, аніліну, уротропіну, сумішей речовин: калію дихромату та калію перманганату, амідопірину і кофеїну та ін.

 

Інші оптичні методи

Поняття про турбідиметрію, нефелометрію, ЯМР-спектроскопію, масспектроскопію, рентгено-спектральний метод. Застосування цих методів у аналізі хімічних сполук та лікарських речовин.

 

Кондуктометричний аналіз

Теоретичні основи методу. Апаратура. Пряма кондуктометрія. Кондуктометричне титрування. Типи кривих кондуктометричного титрування. Високочастотне титрування. Використання методу в аналізі. Перспективи розвитку кондуктометрії.

Лабораторні роботи. Кондуктометричне визначення кислот, основ у розчинах, сумішей кислот (наприклад, сірчаної та оцтової), солей (наприклад, калію йодиду та калію хлориду).

 

Потенціометричний аналіз

Теоретичні основи методу. Апаратура. Електроди порівняння та індикатори, їх вибір. Іонселективні електроди. Пряме потенціометричне визначення концентрацій іонів у розчині. Потенціометричне титрування. Типи кривих потенціометричного титрування. Застосування методу в аналізі хімічних сполук та лікарських речовин. Перспективи розвитку методу.

Лабораторні роботи. Іонометрія: визначення рН, нітрат-, галогенід-іонів, іонів лужних та лужноземельних металів. Визначення концентрацій кислот, основ, заліза (II), сумішей кислот, основ та солей методом потенціометричного титрування.

 

Кулонометричний аналіз

Теоретичні основи методу. Закон Фарадея. Прямий кулонометричний аналіз та кулонометричне титрування. Визначення кінцевої точки титрування. Кулонометрія при постійному струмі, при постійному потенціалі. Апаратура. Застосування в аналізі. Перспективи розвитку методу.

Лабораторні роботи. Кулонометричне визначення домішок галогенід-іонів у фармацевтичних препаратах.

 

ЗМІСТ

навчальної програми з аналітичної хімії для студентів II курсу фармацевтичного факультету за спеціальністю “Клінічна фармація”

ВСТУП

 

Аналітична хімія як фундаментальна наука. Філософське розуміння нерозривності зв’язку аналізу та синтезу. Предмет і завдання аналітичної хімії, її значення в народному господарстві.

Хімічний аналіз як метод хімії.

Різновиди хімічного аналізу: технічний, біохімічний, фармацевтичний, санітарно-хімічний, токсикологічний, медико-біологічний. Значення аналітичної хімії для підготовки провізора. Аналітична служба у фармації.

Найважливіші розділи хімічного аналізу:

-якісний, кількісний, фазовий, структурний.

Методи аналізу: хімічні, інструментальні (фізичні та фізико-хімічні), біологічні. Хімічні реагенти.

Історія розвитку аналітичної хімії.

Внесок вітчизняних та іноземних вчених у створення теорії і методів хімічного аналізу (М.В.Ломоносов, В.Н.Северін, М.С.Цвет, Р.Бойль, Лавуазье, Ж.Гей-Люссак, Ф.Файгль, Л.А.Чугаєв, Н.А.Тананаєв, Я.І.Михайленко, Ф.М.Шемякін, Е.П.Алімарін, М.П.Комар, Л.П.Адамович, М.А.Ізмайлов та ін.). Перспективи розвитку аналітичної хімії.

 

ТЕОРЕТИЧНІ ОСНОВИ АНАЛІТИЧНОЇ ХІМІЇ