К.х.н. Доктор философии Виктор Мельник.

Предметом дисциплины являются методы определения химического состава.

Научные основы дисциплины - теоретические основы физико-химических явлений, обусловливающих аналитический сигнал: теоретические представления о аналитических свойствах элементов и химических форм, о связи химического состава и свойств вещества.

Цель: сформировать теоретические представления о методах, которыми получают фундаментальные химические данные о составе химических соединений, веществ и материалов и навыки практического применения этих методов.

Задачи преподавания состоят в том, чтобы научить учащихся теоретическим основам химического анализа, выработать представления о роли и месте каждого метода измерения химического состава в системе химического анализа, подготовить учащихся для самостоятельных измерений химического состава отдельных объектов анализа и самостоятельного выполнения простейших операций химического эксперимента.

 

Содержание программы

Введение

Предмет и задачи аналитической химии. Классификация методов химического анализа. Методы выявления и определения: химические, физические, физико-химические, биологические методы; структурный, элементный и компонентный анализ; макро-, микро- и ультрамикроанализ. Методы распределения. Аналитический сигнал. Градуировочная характеристика. Требования к методам анализа: правильность, воспроизводимость, селективность, экспрессность, аппаратное оформление, трудоемкость, стоимость. Аналитический контроль в службе охраны природы, биологии и медицины.

 

 

Химическое равновесие

 

Реакции в растворах, которые используют в аналитической химии. Основные типы: кислотно-основные,

осаждения-растворения, окисления-восстановления, комплексообразования. Активность и концентрация. Ионная сила раствора. Константы равновесий - Константы закона действия масс (ЗОМ): термодинамическая и концентрационная.

Справочная литература.

Концентрационно-логарифмические диаграммы (КЛД). Алгоритм их построения для гомогенных систем. Примеры построения КЛД. Уравнение материального баланса компонентов, их сочетания с уравнением ЗДМ. Уравнения для расчета равновесного состава. Приближение в расчетах равновесного состава. Системы буферные и не буферные в химии и биологии. Особенности расчета их равновесного состава.

 

Органические реагенты в аналитической химии

Понятие о функционально-аналитические группы. Комплексные соединения ионов металлов с органическими лигандами как модели биологически важных соединений. Влияние различных факторов на стабильность циклов: природа центрального атома, пространственные факторы. Хелатный эффект. Важнейшие органические реагенты, используемые в анализе:

8-оксихинолин, диметилглиоксим, ЭДТА, дитизон.

 

Основные метрологические характеристики методов

определения

Составные части погрешности систематические и случайные. Промахи. Правильность и воспроизводимость. Методы оценки правильности анализа: использование стандартных образцов, метод добавок, сравнение с другими методами анализа. Оценка воспроизводимости результатов анализа. Дисперсия, среднеквадротическое отклонение, расхождения между результатами параллельных определений. Сравнение методов по Критерию Фишера.

 

Методы определения

( качественный анализ )

 

Аналитические реакции и реагенты. Повышение селективности аналитических реакций путем распределения и маскирования компонентов. Дробный и систематический анализ. Схема систематического анализа как сочетание методов разделения и определения. Принципы распределения компонентов на аналитические группы на примере кислотно-основной схемы анализа катионов.

Другие схемы систематического анализа катионов.

Систематический анализ анионов, отличия от анализа

катионов. Принцип распределения анионов на аналитические группы. Аналитические реакции анионов. Физические методы определения элементов.

 

Методы определения

( количественный анализ)

 

Задачи количественного анализа. Методы количественного анализа: химический (гравиметры и титриметрия), физико-химические и физические, биологические и биохимические.

 

Титриметрия

Введения к тетриметрии

 

Принцип метода и основные понятия: титрант, точка Стехиометричности(ТС) и конечная точка титрования (КТТ). Расчеты в титриметрии. Использование величин, связанных с эквивалентом вещества.

Число эквивалентности. Титрант, способы стандартизации, требования к веществам - первичных стандартов. Измерения объема вещества. Мерная посуда. Погрешности измерения объема. Поверка мерной посуды.

Классификация методов титриметрии по типу реакции, способа индикации КТТ. Прямые, обратные и побочные титриметрические определения. Кривые титрования.

 

Кислотно-основное титрование

 

Изменение рН в процессе титрования. Факторы, влияющие на вид кривых титрования - рН-расходы титранта: сила кислоты или основания, концентрация. Кислотно-основные индикаторы. Равновесие в растворах индикаторов. Константа ионизации. Интервал перехода окраски индикатора и показатель титрования. Выбор индикатора для определения конечной точки титрования. Погрешность титрования. Примеры практического применения кислотно-основного титрования. Приготовление растворов гидроксида натрия и хлористоводородной кислоты. Стандарты для установления концентрации.

 

Комплексонометрическое титрование

Аминополикарбоновые кислоты, их комплексы с металлами. Преимущества комплексонов как титрантов. Металохромные индикаторы. Способы комплексонометрического определения: прямое, обратное, побочное, по вытеснению. Кривые титрования. Факторы, влияющие на вид кривых: концентрация ионов металла, стабильность комплекса, конкурирующие реакции.

Условные константы устойчивости комплексов, их зависимость от рН. Селективность титрования и способы ее повышения.

Примеры практического применения комплексонометрии.
Определение металлов в смеси.

 

Окислительно-восстановительное титрование

Потенциал системы в процессе титрования. Вычисление потенциала системы в ТС. Кривые титрования. Факторы, влияющие на вид кривых: разница стандартных потенциалов взаимодействующих веществ, комплексообразования, рН. Способы индикации КТТ: самоиндикация, специфические индикаторы, редокс-индикаторы. Интервал перехода окраски индикаторов рН-зависимых и рН-независимых редокс-индикаторов.

Примеры практического применения редоксиметрии. Перманганатометрия. Кинетические особенности, источники погрешностей. Определение пероксида, оксалата.

Дихроматометрия. Йодометрия, уравнения реакций, компоненты, которые определяются. Источники погрешностей в
йодометрии (летучесть и диспропорционирования йода, окисления йода, нестабильность раствора тиосульфата) и способ их устранения. Крахмал как специфический индикатор на йод.

Броматометрия. Бромирующая смесь, определения органических соединений.

 

Оптические методы анализа

Спектрофотометрия

Сущность спектрофотометрии. Закон Бера. Величины, характрезующие поглощения электромагнитного излучения:
оптическая плотность, пропускания, молярный коэффициент поглощения. Причины отклонения от закона Бера. Спектры поглощения молекул и других частиц в растворе, их характеристики: максимум поглощения, полуширина полосы поглощения. Выбор фотометрической реакции и оптимальных условий измерения поглощения света: длина волны, интервал оптимальных плотностей, длина кюветы. Способы определения концентрации в спектрофотометрии:

метод градуировочного графика, метод молярного коэффициета поглощения, метод добавок, дифференциальный метод. Определение токсичных и жизненно важных микроэлементов в растительных и животных образцах.