640 Л И ТИ Ч Е С К А Я Х И М И Яwindow.edu.ru/resource/530/42530/files/omsu265.pdf · 2015. 1. 12. · для студентов химического факультета

Федеральное агентство по образованию

Омский государственный университет им. Ф.М. Достоевского

А Н А Л И ТИ Ч Е С К А Я Х И М И Я

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ для студентов химического факультета

Изд-во Омск ОмГУ 2005

2

УДК 54 ББК 24

А640

Рекомендовано к изданию редакционно-издательским советом ОмГУ

А640 Аналитическая химия: учебно-методическое пособие / сост.: В.И. Вершинин, И.В. Власова, Т.В. Антонова, С.В. Усо-ва. – Омск: Изд-во ОмГУ, 2005. – 84 с.

ISBN 5-7779-0579-X Пособие раскрывает содержание курса «Аналитическая хи-

мия», включает планы лекций, практикумов, разработанных в со-ответствии с Государственным образовательным стандартом спе-циальностей 011000 «Химия» и 250400 «Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов». Приведе-ны рекомендуемые библиографические списки, вопросы к коллок-виумам, указания по выполнению расчетных заданий.

Для студентов химического факультета дневной формы обучения.

УДК 54 ББК 24

ISBN 5-7779-0579-X © Омский госуниверситет, 2005

3

Содержание

Аналитическая химия ОмГУ ......................................................................... 4

Специальность 011000 «ХИМИЯ» Содержание курса.................................................................................... 10 Рекомендуемый библиографический список ........................................ 24 План лекций ............................................................................................. 27 План практикума ..................................................................................... 31 Вопросы к коллоквиумам ....................................................................... 37 Методические рекомендации по выполнению индивидуальных расчетных заданий ..................................................... 53

Специальность 250400 «ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПРИРОДНЫХ ЭНЕРГОНОСИТЕЛЕЙ И УГЛЕРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ»

Содержание курса.................................................................................... 57 Рекомендуемый библиографический список ........................................ 64 План лекций ............................................................................................. 66 План практикума ..................................................................................... 69 Вопросы к коллоквиумам ....................................................................... 72

Учебный план специализации «Аналитическая химия»........................... 83

4

АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ В ОмГУ

В соответствии с Государственными образовательными

стандартами 2000 г. курс аналитической химии (АХ) является для студентов всех химических специальностей обязательной обще-профессиональной дисциплиной. Содержание курса и объем под-готовки по аналитике (так часто называют аналитическую химию) несколько различаются с учетом специальности, формы обучения (дневная или заочная), но они не зависят от последующей специа-лизации студентов на той или иной кафедре. Для студентов специ-альности «Химия» объем подготовки по курсу АХ должен быть несколько больше, чем для специальности «Химическая техноло-гия природных энергоносителей и углеродных материалов» (далее – «Химическая технология»).

Учебные планы, принятые в ОмГУ в 2000 г. и действующие в настоящее время, определяют, что аналитику на химическом фа-культете ОмГУ студенты дневной формы обучения должны изу-чать на втором курсе в течение всего года, т. е. в 3-м и 4-м семест-рах. В каждом из них студент должен сдать и зачет по практику-му, и устный экзамен. Количество лекций, лабораторных работ и других занятий у студентов специальностей «Химия» и «Химиче-ская технология» различается (см. табл.).

Изучают аналитику и студенты-технологи, обучающиеся по очно-заочной (вечерней) форме обучения. По учебному плану это происходит на первом курсе, в 4-м семестре. Объем аудиторных часов, выделяемый на курс АХ, для этих студентов существенно меньше. В данное учебно-методическое пособие планы лекций и занятий по АХ для студентов вечернего отделения химического факультета не включены.

Объем подготовки студентов химического факультета по курсу аналитической химии

Объем аудиторных часов по учебному плану ОмГУ

Специаль-ность

Форма обучения

Общая трудоем-

кость по Гос-стандарту в часах

Лекции

Лабораторные работы

(в подгруппах)

Практические занятия

(в группах)

Всего

Объем самостоя-тельной работы в часах

011000

«Химия»

Дневная

Не менее 500

90

288

–

378

132

Дневная

54

86

52

192

200

250400

«Химическая технология»

Вечерняя

Не менее 391

34

76

–

110

281

6

Общий объем подготовки по аналитике у студентов-химиков такой же, как и по другим основным химическим дисци-плинам – неорганической, физической и органической химии. Студент, обучающийся по специальности «Химия», имеет воз-можность прослушать лекции общим объемом 90 часов (1–2 лек-ции в неделю). Он обязан выполнить все лабораторные работы, участвовать в семинарах и сдать 6 коллоквиумов. Каждую неделю в течение года у студента-химика есть два 4-часовых занятия, ко-торые проводятся в лаборатории аналитической химии (каб. 307).

Во внеучебное время студент-химик должен выполнять ин-дивидуальные контрольные задания (их два – по одному в каждом семестре), готовиться к семинарам и зачетам, оформлять отчеты по лабораторным работам и т. п. Индивидуальные задания обычно предполагают самостоятельное решение в компьютерном классе ряда расчетных задач повышенной сложности. Студент дневной формы обучения, обучающийся по специальности «Химическая технология», слушает по АХ 1–2 лекции в неделю. 4-часовые рас-четные занятия или лабораторные работы у студентов-технологов – один раз в неделю. Контрольных заданий, рассчитанных на са-мостоятельное выполнение в компьютерном классе, у студентов-технологов нет.

Студенты-химики дневной формы обучения, освоившие ба-зовый курс аналитики, могут на старших курсах пройти специали-зацию по АХ. Это набор специальных дисциплин по различным методам и объектам анализа, а также по организации и метрологии аналитического контроля, истории и методологии аналитической химии. Утвержденный ученым советом химического факультета перечень спецкурсов, которые входят в программу специализации «Аналитическая химия», приведен в конце данного пособия. По всем спецкурсам предусмотрены зачеты или экзамены. Всего спе-циализация займет у будущего аналитика около 500 аудиторных часов. Программы и планы спецкурсов изложены в другой книге (Антонова Т.В. и др. Специализация «Аналитическая химия»).

Студенту-старшекурснику в ходе его специализации пред-стоит выполнение курсовых работ, прохождение ряда практик и, наконец, выполнение итоговой квалификационной (дипломной)

7

работы. Дипломирование – это целый семестр самостоятельной исследовательской работы в лабораториях кафедры или на другой базе, но по теме, утвержденной кафедрой, и под руководством ее преподавателей. Поскольку кафедра аналитической химии органи-зует производственную практику большинства своих студентов в лабораториях омских промышленных предприятий и государст-венных контролирующих организаций, некоторые курсовые и ди-пломные работы выполняются там же, и студенты в это время продолжают исследования, начатые еще в период практики.

Кроме дисциплин специализации, преподаватели кафедры аналитической химии ОмГУ ежегодно организуют дополнитель-ную платную образовательную программу химико-аналитической направленности, рассчитанную на старшекурсников химического факультета ОмГУ и студентов других вузов. Так, программа «Хи-мическая экспертиза» представляет собой набор взаимосвязанных факультативных курсов общим объемом 250 аудиторных часов, приводящий не только к более высокой квалификации будущего аналитика, но и к получению специального сертификата, учиты-ваемого при трудоустройстве выпускника.

Выпускников кафедры АХ можно встретить практически на всех крупных промышленных предприятиях Омска: лаборатории есть везде, всюду нужны квалифицированные специалисты-анали- тики. Много выпускников-аналитиков работает в научных и обра-зовательных учреждениях, государственных контрольно-испыта- тельных лабораториях экологического, санитарно-гигиенического и криминалистического профилей, а также в коммерческих фирмах, связанных с изготовлением, торговлей или применением аналити-ческой аппаратуры, химических реактивов, нефтепродуктов и др.

По традиции, берущей начало с основания ОмГУ (1974 г.), основной курс АХ для студентов специальности «Химия» в ОмГУ читает завкафедрой АХ, д-р хим. наук, проф. В.И. Вершинин. Лекции для студентов-технологов читают его ученики: канд. хим. наук, доцент И.В. Власова и канд. пед. наук, ст. преподаватель С.В. Усова. Практикум по аналитике ведут, кроме вышеперечис-ленных, ст. преподаватель Т.В. Антонова и канд. хим. наук П.В. Панфилов. В учебном процессе принимают участие и аспи-

8

ранты кафедры. На кафедре созданы специальные компьютерные программы для учебного процесса, помогающие студенту освоить такой нелегкий, но интересный предмет, как АХ.

Научные исследования в области аналитической химии вы-полняются в Омском госуниверситете с самого основания этого вуза. Здесь разработано немало методик анализа, ценность и новиз-ну которых подтверждают полученные сотрудниками кафедры па-тенты и авторские свидетельства. Защищено несколько диссерта-ций, опубликованы десятки статей в научных журналах. Для кафед-ры характерен уклон исследований в анализ органических веществ, в том числе нефтепродуктов и лекарственных препаратов. В част-ности, сейчас на кафедре ведутся исследования:

– по оптическим методам определения лекарственных ве-ществ в сложных смесях (И.В. Власова);

– определению токсичных органических веществ в питьевой воде (Т.В. Антонова);

– новым методам комплексометрического титрования с при-менением органических реагентов (низкодентатных лигандов) и компьютерному моделированию таких процессов (П.В. Панфилов);

– методике преподавания аналитической химии в высшей школе и анализу нефтепродуктов (С.В. Усова).

Интересной и важной областью исследований является тео-рия идентификации (опознания с заданной степенью надежности) органических молекул в сложных смесях. В.И. Вершининым недав-но издана первая в России монография по компьютерной иденти-фикации органических соединений, содержащая результаты таких исследований. Результаты научной работы сотрудников кафедры находят свое практическое применение. Примером могут быть ра-боты по люминесцентному определению полициклических арома-тических углеводородов, проводившиеся на кафедре в течение ряда лет. Этим методом не только выявляли особо опасные (канцероген-ные) вещества в окружающей среде, но и исследовали состав сма-зочных масел, сажи и других объектов, успешно искали залежи нефти (В.И. Вершинин и И.В. Власова много лет сотрудничали с сибирскими геологами-нефтяниками в этой области).

9

Во всех перечисленных областях научных исследований (как и в других, не указанных здесь) могут принять участие сту-денты любой специальности, начиная с первого курса. Особенно мы ждем третьекурсников – распределение студентов по специа-лизациям на химическом факультете традиционно проходит в кон-це 5-го семестра, а попавшие на нашу кафедру к началу четверто-го курса должны выбрать научного руководителя и получить соб-ственную тему исследовательской работы.

В настоящее пособие включены содержание курса АХ, план лекций и список рекомендуемой литературы, календарный план практикума, вопросы к коллоквиумам, рекомендации по выполне-нию расчетных заданий. Все эти материалы приведены в двух ва-риантах: первая часть пособия адресована студентам-химикам, вторая – студентам-технологам. Кроме того, в пособие включен учебный план специализации «Аналитическая химия» (для сту-дентов-химиков).

Кафедра желает каждому студенту, начинающему изучение аналитической химии со знакомства с этим пособием, серьезного и внимательного отношения к делу, заинтересованности в получе-нии современных и глубоких профессиональных знаний и, естест-венно, успехов в работе.

10

СПЕЦИАЛЬНОСТЬ 011000 «ХИМИЯ»

Содержание курса

1. Предмет и методы аналитической химии Аналитическая химия как наука, ее цели и задачи, связь с

другими науками. Взаимосвязь между аналитической химией и химическим анализом. Значение химического анализа в науке, технике, охране окружающей среды. Аналитическая служба. Виды анализа. Объекты анализа. Объекты определения. Классификация методов анализа. Методы и методики анализа. Требования к мето-дике. Стадии анализа.

Основные этапы развития аналитической химии, тенденции ее развития и актуальные проблемы современности. Важнейшая учебная и справочная литература по аналитической химии.

2. Точность химического анализа Химическая метрология. Абсолютные и относительные по-

грешности анализа. Понятия правильности, прецизионности (схо-димости и воспроизводимости), точности. Случайные и система-тические погрешности, их происхождение и способы оценки. Ад-дитивные и мультипликативные систематические погрешности. Проверка правильности анализа. Стандартные образцы. ГОСТы. Способы предупреждения и исключения систематических по-грешностей.

Случайные погрешности, виды их распределения. Нормаль-ное распределение. Грубые промахи, способы их выявления. Дрейф. Выборочные параметры. Оценка воспроизводимости ме-тодики анализа, связь ее с концентрацией. Нижняя и верхняя гра-ницы области определяемых концентраций. Статистическая обра-ботка результатов: правила записи исходных данных, округление результатов расчета, оценка границ доверительных интервалов по Лапласу и по Стьюденту, сопоставление выборок, выявление сис-

11

тематических погрешностей на фоне случайных. Понятие о мет-рологической аттестации методики.

3. Химические методы анализа Химические методы определения и обнаружения. Основные

типы химических реакций, применяемых в анализе. Требования к ним. Равновесия этих реакций, управление ими. Формы сущест-вования вещества в растворе. Общие и равновесные концентрации (Сх и [X]). Описание равновесий с помощью констант разного ти-па. Учет ионной силы и побочных реакций. Связь термоди-намических, концентрационных и условных констант.

Принципы гравиметрического анализа, области его приме-нения и основные преимущества. Прямые и косвенные методы отгонки. Понятие об элементном органическом анализе. Грави-метрические методы осаждения. Важнейшие осадители, их выбор. Требования к осаждаемой и весовой формам. Аморфные и кри-сталлические осадки, механизм их формирования. Рекристаллиза-ция. Загрязнение осадков посторонними веществами. Виды со-осаждения, преимущественно протекающие на осадках разной дисперсности. Изоморфная сокристаллизация, критерии изомор-физма. Окклюзионные явления. Адсорбция примесей на осадках. Ионообменная адсорбция. Правила получения осадков разного типа в гравиметрическом анализе (Тананаев).

Основные расчеты в гравиметрии: масса исходной навески, потери при осаждении и промывании, количество осадителя, рН осаждения. Аналитические множители (факторы). Расчет ре-зультатов гравиметрического анализа. Устройство аналитических весов. Техника фильтрования и прокаливания. Термогравиметри-ческие кривые.

Основные принципы, преимущества, недостатки, области применения титриметрического анализа. Классификация титри-метрических методов. Понятие о точке эквивалентности и конеч-ной точке титрования (к.т.т). Индикаторы, общие требования к ним. Смешанные индикаторы. Моделирование процесса титрова-

12

ния с помощью линейных и логарифмическх кривых титрования. Применение инструментальных методов для регистрации кривых титрования и нахождения к.т.т. Техника титриметрии (титрование отдельных навесок, титрование аликвот, способы определения к.т.т.). Особенности титрования в неводных средах. Рабочие рас-творы, необходимость и способы их стандартизации. Требования к стандартным веществам. Расчет результатов титриметрического анализа. Эквиваленты веществ в реакциях различного типа.

4. Реакции осаждения в химическом анализе Способы количественного выражения растворимости осад-

ков; факторы, позволяющие регулировать растворимость. Расчет растворимости в различных условиях по величине ПР. Выбор кон-центрации осадителя при получении осадков. Солевой эффект. Влияние рН на растворимость гидроксидов и солей. Влияние мас-кирующих лигандов.

Реакции осаждения в титриметрии. Значение скорости и стехиометрии реакции образования осадков, влияние адсорбции. Важнейшие седиметрические методы. Кривые седиметрического титрования. Понятие о границах скачка для заданной погрешности определения к.т.т. Выбор индикатора по кривой седиметрического титрования. Аргентометрия по Мору, Фаянсу, Фольгарду. Воз-можность раздельного определения галогенидов.

5. Протолитические реакции в анализе Основные теории кислот и оснований. Преимущества и об-

ласти использования теории Бренстеда-Лоури, ее сравнение с тео-рией Аррениуса. Понятие о протолизе. Сопряженные кислотно-основные пары. Влияние растворителей на силу кислот и основа-ний. Константы кислотности и основности.

Понятие об автопротолизе. Классификация растворителей по их способности к автопротолизу, роли в протолитическом про-цессе. Важнейшие неводные растворители, применяемые в анали-зе. Лиат и лионий. Обобщенные представления о кислых, щелоч-ных и нейтральных средах, шкала рН в разных растворителях.

13

Протолитическое равновесие и шкала рН в водном растворе. Со-стояние вещества в растворе при различных значениях рН, ионные диаграммы, их построение и использование. Расчет рН растворов. Расчет доли заданной формы вещества при данном рН.

Буферные растворы в анализе. Механизм буферного дейст-вия, буферная емкость. Выбор буферной системы. Расчет состава буферного раствора и изменения его рН при введении сильных кислот или щелочей. Индивидуальные вещества с буферными свойствами.

Протолитические реакции в титриметрии (метод нейтрали-зации). Области применения, основные реакции, рабочие раство-ры, стандартные вещества, индикаторные системы. Инструмен-тальные методы установки к.т.т. в методе нейтрализации. Кривые титрования для сильных и слабых кислот (оснований). Влияние природы и концентрации титруемого вещества на вид кривой тит-рования. Высота скачка титрования в разных условиях. Предель-ное разбавление титруемого раствора для заданной погрешности анализа. Выбор кислотно-основного индикатора по кривой тит-рования. Титрование многопротонных кислот (оснований). Ионно-хромофорная теория цветных кислотно-основных индикаторов, зона перехода, показатель титрования. Индикаторные погреш-ности, их классификация и учет.

Применение неводных растворителей в методе нейтрализа-ции. Влияние природы растворителя на высоту скачка. Понятие о дифференцирующих и нивелирующих растворителях. Выбор рас-творителя для различных случаев титрования.

6. Реакции комплексообразования Применение реакций комплексообразования в анализе.

Важнейшие комплексные соединения, используемые в анализе. Координационное число, дентатность, хелатообразование, хелато-эффект. Ступенчатый характер комплексообразования в растворе. Количественные характеристики равновесия комплексообразова-ния: константы общие и ступенчатые; устойчивости и нестойко-

14

сти; закомплексованность; степень образования, среднее коорди-национное число.

Влияние концентрации свободного лиганда на равновесие комплексообразования, расчет закомплексованности центрального атома. Определение минимальной концентрации лиганда, необ-ходимой для достижения заданной степени закомплексованности. Диаграммы распределения комплексов разного состава, определе-ние доминирующих комплексов и зон доминирования. Расчет ус-ловий для максимального выхода комплекса заданного состава. Маскирование и маскирующие реагенты. Связь растворимости осадков с концентрацией маскирующего реагента.

Реакции комплексообразования в титриметрическом анали-зе. Значение дентатности лиганда. Возможность применения низ-кодентатных лигандов в качестве титрантов. Использование ЭДТА и других комплексонов в анализе и в других областях хи-мии и технологии. Состояние ЭДТА в растворе при разных рН, особенности взаимодействия ЭДТА с разными металлами. Ла-бильные и инертные комплексонаты. Относительная прочность комплексонатов различного типа. Использование условных кон-стант для определения возможности и порядка титрования раз-личных металлов. Кривые комплексонометрического титрования, скачок рМ и выбор рН. Селективность комплексонометрического титрования и пути ее повышения. Способы установления к.т.т. в комплексонометрии. Металлохромные индикаторы. Блокировка индикаторов и борьба с ней. Приготовление и стандартизация рас-творов комплексонов; расчет результатов титрования.

7. Окислительно-восстановительные реакции в анализе Применение редокс-процессов в анализе. Направление ре-

докс-процесса в растворе, предсказание этого направления с по-мощью потенциалов. Стандартные, реальные (формальные), изме-ряемые (равновесные) редокс-потенциалы; способы их измерения или расчета. Расчет констант равновесия через потенциалы. Важ-нейшие окислители и восстановители, используемые в анализе;

15

способы направленного изменения их силы. Устойчивость раство-ров реагентов при взаимодействии с водой, кислородом, а также при дисмутации. Влияние рН на устойчивость растворов окисли-телей и восстановителей.

Реакции окисления-восстановления в титриметрическом анализе. Классификация редоксметрических методов. Преимуще-ства, недостатки, области применения различных редоксметриче-ских методов, способы контроля к.т.т. Основные принципы и тех-ника методов перманганатометрии, хроматометрии, йодометрии. Расчет кривых редоксметрического титрования, скачок потен-циала вблизи к.т.т. Выбор редокс-индикатора. Инструментальные методы контроля к.т.т. в редоксметрии. Методы предварительного окисления и восстановления веществ.

«Обратимые» и «необратимые» редокс-реакции в анализе. Сложный механизм необратимых реакций, необходимость учета этого механизма для получения правильных и воспроизводимых результатов. Понятие о химической индукции и ее роль в редокс-метрии. Возможность раздельного определения близких по свой-ствам веществ за счет кинетических факторов. Понятие о кинети-ческих методах анализа. Определение катализаторов и ингибито-ров по скорости индикаторных редокс-реакций. Преимущества, ограничения и области применения кинетических методов. Фер-ментативные реакции в кинетических методах анализа.

8. Инструментальные методы количественного анализа (общие вопросы)

Общие принципы и классификация инструментальных ме-тодов. Понятие об аналитическом сигнале. Первичные и вторич-ные сигналы, их связь с концентрацией определяемого компонен-та (градуировочные функции). Построение градуировочных гра-фиков. Чувствительность и селективность методики. Фон, его происхождение и способы уменьшения. Холостой опыт. Предел обнаружения и способы его оценки. Пути снижения предела обна-

16

ружения. Связь между пределом обнаружения и нижней границей определяемых концентраций.

Основные способы расчета концентрации по величине ана-литического сигнала (способы сравнения, добавок, градуировоч-ного графика и др.). Расчетный вариант метода градуировочного графика (МНК). Применимость и преимущества каждого из спо-собов расчета.

Автоматизация методик количественного анализа. Автосем-плеры. Понятие о проточно-инжекционном методе. Применение компьютеров в анализе.

9. Электрохимические методы 9.1. Потенциометрия Классификация потенциометрических методов. Индикатор-

ные электроды, электроды сравнения. Классификация электродов по механизму возникновения электродного потенциала. Принцип действия и применение ионселективных электродов. Измерение разности потенциалов компенсационным и некомпенсационным методами. Прямая потенциометрия. рН-метрия. Потенциометри-ческий контроль к.т.т. в титриметрическом анализе. Определение к.т.т. по кривым потенциометрического титрования. Техника по-тенциометрического титрования, преимущества и области приме-нения этого метода.

9.2. Вольтамперометрические методы Классический полярографический анализ по Гейровскому.

Поляризация ртутного электрода. Деполяризаторы. Общая харак-теристика полярографической (вольт-амперной) кривой. Диффу-зионный ток. Назначение фона. Полярографические максимумы. Зависимость диффузионного тока от различных факторов. Урав-нение Ильковича. Полярографические кривые при анализе много-компонентных систем. Потенциал полуволны как качественная характеристика деполяризатора, способы определения потенциала полуволны. Изменение потенциала полуволны при комплексооб-разовании в растворе, использование этого эффекта для повыше-

17

ния селективности полярографического анализа. Расчет результа-тов полярографического анализа. Полярографическая аппаратура. Ограничения и недостатки классической полярографии.

Применение твердых электродов. Осциллографическая и переменнотоковая вольтамперометрия, преимущества этих мето-дов по сравнению с классической полярографией и их области применения. Инверсионная вольтамперометрия как метод опреде-ления микропримесей.

Амперометрическое титрование с одним индикаторным электродом. Выбор электрода и рабочего потенциала. Вид кривых титрования. Определение к.т.т., точность и селективность метода. Амперометрическое титрование с двумя индикаторными электро-дами (биамперометрия).

9.3. Электрогравиметрический анализ. Кулонометрический анализ

Законы электролиза. Принципы, преимущества, область применения электрогравиметрии и кулонометрии. Расчет напря-жения разложения. Перенапряжение. Структура осадка при раз-ных условиях выделения металла на электроде. Цементация. Электролиз при контролируемом потенциале. Ускоренный элек-тролиз, внутренний электролиз. Электролиз с ртутным катодом. Аппаратура электрогравиметрии, требования к электродам.

Классификация кулонометрических методов. Определение электроактивных и неактивных компонентов. Кулонометрическая аппаратура. Способы определения количества электричества. Оп-ределение конца электролиза. Внешняя и внутренняя генерация титранта в ходе кулонометрического титрования. Расчет результа-тов анализа в кулонометрии.

9.4. Кондуктометрия Принципы кондуктометрии, возможности и области приме-

нения этого метода. Зависимость электропроводности от природы растворенных веществ, их концентрации и температуры раствора. Понятие о подвижности ионов. Устранение влияния электролиза.

18

Аппаратура. Прямая кондуктометрия. Использование кондукто-метрических датчиков. Кондуктометрическое титрование, кривые титрования для реакций различного типа. Определение к.т.т. по кривым кондуктометрического титрования.

10. Оптические (спектроскопические) методы 10.1 Общие вопросы Классификация оптических методов, области применения

разных методов. Использование электромагнитного излучения разного типа для установления структуры атомов и молекул, идентификации веществ, количественного определения, анализа смесей. Понятие о спектрах поглощения и излучения атомов и мо-лекул. Аналитические сигналы в спектроскопических методах. Определение концентрации веществ без измерения интенсивности светового потока (рефрактометрия, поляриметрия), области при-менения и аналитические возможности соответствующих методов.

10.2. Атомно-эмиссионный спектральный анализ Принцип метода, основные стадии анализа. Пламя, дуговой

и искровой разряды как способы атомизации и возбуждения. При-менение индуктивно связанной плазмы. Температура плазмы, со-стояние вещества и химические реакции в ней. Зависимость ин-тенсивности спектральной линии от различных факторов. Уравне-ние Ломакина-Шейбе. Эффекты самопоглощения, ионизации, об-разования труднолетучих соединений; их влияние на форму гра-дуировочного графика.

Аппаратура эмиссионного спектрального анализа. Спектро-скопы, спектрографы, одноканальные и многоканальные спектро-метры. Преимущества фотографической и фотоэлектрической ре-гистрации спектров. Идентификация элементов по положению спектральных линий.

Пламя как источник возбуждения в эмиссионном спек-тральном анализе. Основные виды и температура пламени. Спосо-бы расчета результатов анализа в пламенной фотометрии. Аппара-тура метода, его точность и пределы обнаружения. Селективность

19

анализа при использовании пламенных фотометров и спектрофо-тометров. Особенности спектрального анализа с дуговым и искро-вым разрядом. Измерение интенсивности спектральной линии при фотографической регистрации. Абсолютное и относительное по-чернение. Метод трех эталонов. Преимущества и недостатки атомно-эмиссионного спектрального анализа по сравнению с дру-гими оптическими методами.

10.3. Атомно-абсорбционный спектральный анализ История и принцип метода. Принципиальная схема атомно-

абсорбционного спектрометра. Источники света. Способы атоми-зации определяемого компонента. Зависимость оптической плот-ности плазмы от концентрации элементов в анализируемом рас-творе. Факторы, влияющие на точность атомно-абсорбционного анализа. Области применения, возможности, преимущества и ог-раничения этого метода.

10.4. Молекулярная абсорбционная спектроскопия (спектро-фотометрия)

Вращательные, колебательные и электронные переходы в молекулах. Форма спектральных кривых при поглощении молекул в видимой, УФ- и ИК-области. Использование спектров погло-щения молекул в разных диапазонах длин волн для установления их структуры, идентификации, количественного анализа смесей.

Количественные характеристики поглощения света, их взаимосвязь. Измерение светопоглощения по однолучевой схеме, необходимость раствора сравнения. Основные узлы и схемы спек-трофотометрической аппаратуры. Особенности аппаратуры для разных диапазонов длин волн. Регистрация спектров поглощения.

Закон Бугера – Ламберта – Бера. Молярный коэффициент светопоглощения как характеристика чувствительности. Отклоне-ния от закона Бера, их причины и способы предупреждения. Спек-трофотометрия и фотометрия (сопоставление возможностей и пре-имуществ). Выбор длины волны и светофильтра. Определение веществ по собственному поглощению их растворов. Важнейшие

20

фотометрируемые системы (неорганические и органические), электронные переходы в них. Связь спектра поглощения с состоя-нием вещества в растворе (влияние рН и комплексообразования). Отклонения от закона Бера, связанные с химическими процессами в растворе. Перевод определяемых веществ в поглощающие со-единения (фотометрические реакции и требования к ним). Орга-нические фотометрические реагенты.

Способы определения концентрации поглощающего веще-ства в растворе: визуальная колориметрия, метод уравнивания, метод сравнения, определение по градуировочному графику, ме-тод добавок. Точность фотометрического анализа. Расчет предела обнаружения (два способа). Особые варианты спектрофотомет-рии: понятие о дифференциальной фотометрии, фотометрическом титровании, экстракционно-фотометрическом анализе.

10.5. Люминесцентный анализ Люминесценция и ее основные характеристики. Классифи-

кация видов люминесценции. Аппаратура для исследования лю-минесценции. Регистрация спектров возбуждения и испускания люминесцирующих веществ. Основные закономерности молеку-лярной люминесценции: независимость спектра люминесценции от длины волны возбуждающего света, закон Стокса – Ломмеля, правило Левшина, закон Вавилова. Тушение люминесценции (температурное, концентрационное, посторонними примесями). Эффект Шпольского, его аналитическое применение.

Количественный люминесцентный анализ: области приме-нения, важнейшие определяемые вещества, связь интенсивности люминесценции с концентрацией, точность, пределы обнаруже-ния. Определение неорганических и органических веществ по их собственной люминесценции. Первичные и вторичные свето-фильтры, их выбор. Анализ смесей люминесцирующих веществ. Определение нелюминесцирующих веществ.

21

11. Методы разделения и концентрирования 11.1. Общие вопросы Необходимость разделения и концентрирования компонен-

тов пробы, классификация таких методов по типу используемых фазовых равновесий. Количественные характеристики: коэффи-циент распределения, степень извлечения, коэффициент обогаще-ния, степень разделения. Абсолютное и относительное концентри-рование. Многоступенчатые процессы. Гибридные методы.

11.2. Осадительные, сорбционные и ионообменные методы Разделение ионов при дробном осаждении, выбор разде-

ляющей концентрации. Соосаждение как способ концентрирова-ния. Особенности соосаждения с разными коллекторами. Сорбен-ты, используемые при улавливании и концентрировании микро-примесей. Использование сорбционного концентрирования в ста-тическом и динамическом вариантах. Ионный обмен в анализе. Природные ионообменники и синтетические ионообменные смо-лы, их классификация и свойства. Количественные характеристи-ки и практическое применение ионного обмена. Понятие об ионо-обменной хроматографии.

11.3. Экстракция как метод разделения и концентрирования Терминология экстракционного метода. Важнейшие экстра-

генты и требования к ним. Экстракционные реагенты при извле-чении металлов. Закон Бертло – Нернста. Факторы, влияющие на степень извлечения при однократной экстракции. Степень извле-чения при многократной экстракции. Выбор рН при экстракции. Экстракция хелатов: влияние концентрации реагента, величины рН. Возможности разделения микропримесей в ходе их экстрак-ционного извлечения из растворов.

11.4. Хроматография История хроматографии как аналитического метода, ее ос-

новные принципы. Классификация хроматографических методов по механизмам распределения, применяемым фазам, способам технической реализации. Получение хроматограмм (вытеснитель-

22

ные, фронтальные и другие варианты). Концепция теоретических тарелок. Скорость движения компонента через колонку как функ-ция коэффициента распределения. Вид хроматограмм и парамет-ры пика. Форма пика в зависимости от вида изотермы сорбции. Критерии разделения веществ в хроматографическом процессе, селективность и эффективность. Идентификация компонентов смеси по хроматограмме. Количественный анализ по хромато-граммам: метод абсолютной калибровки, метод внутреннего стан-дарта, метод нормализации.

Жидкостная колоночная хроматография, применение и ог-раничения этого метода. Сорбенты для ЖХ. Жидкостная хромато-графия высокого давления (ВЭЖХ). Устройство и применение жидкостных хроматографов. Ионные хроматографы. Тонкослой-ная и бумажная хроматография.

Газотвердофазная и газожидкостная хроматография, требо-вания к подвижным и стационарным фазам. Схема газового хро-матографа. Основные узлы хроматографической аппаратуры. Ви-ды колонок. Выбор детектора. Аналитические возможности мето-да ГЖХ, перспективы его развития.

12. Методы идентификации компонентов. Введение в качественный анализ

Общие подходы к проблеме идентификации. Аналитические признаки, их характеристичность и устойчивость (аддитивность). Повышение надежности идентификации компонентов (использо-вание многих признаков, выбор наиболее характеристических признаков, способы повышения характеристичности признаков).

Химические методы обнаружения. «Качественные реакции», их классификация и аналитические эффекты. Специфические, се-лективные, групповые реагенты. Дробный анализ. Применение специфических реагентов, капельный анализ, пирохимические ме-тоды, микрокристаллоскопия. Способы повышения селективности качественной реакции. Характеристики чувствительности реак-ций. Маскирование мешающих компонентов, способы их предва-

23

рительного удаления. Систематический ход анализа сложных сме-сей. Выбор групповых реагентов, требования к ним. Систематиче-ский анализ смеси катионов по сероводородному методу. Бессеро-водородные методы.

Инструментальные методы идентификации. Качественный спектральный анализ, использование спектров различного типа для идентификации компонентов пробы. Понятие о масс-спектро- метрии. Резонансные методы. Использование электрохимических характеристик компонентов для качественного анализа. Иденти-фикация веществ в хроматографии. Использование банков данных и компьютерных алгоритмов для решения идентификационных задач.

13. Обзор методов анализа реальных объектов Особенности и виды анализа органических веществ (эле-

ментный, функциональный, молекулярный). Необходимость ана-лиза объектов окружающей среды (воды, воздух, почвы, рас-тения). Понятие о ПДК. Супертоксиканты. Лабораторные и вне-лабораторные методы анализа объектов окружающей среды. Правила пробоотбора при их анализе. Тест-методы. Определение обобщенных показателей состава. Биологические методы анали-за. Основные объекты технического анализа: минералы, металлы и их сплавы, нефтепродукты; методы, преимущественно исполь-зуемые для анализа объектов каждой группы. Агрохимический анализ. Методы и особенности клинического и фармацевтиче-ского анализа.

24

Рекомендуемый библиографический список

Основной 1. Золотов Ю.А. Основы аналитической химии: в 2 т. / Ю.А. Зо-лотов. – М.: Высшая школа, 2000. 2. Васильев В.П. Аналитическая химия: в 2 т. / В.П. Васильев. – М.: Дрофа, 2003. 3. Алексеев В.Н. Количественный анализ / В.Н. Алексеев. – М.: Химия, 1972. (Устаревший в научном отношении, но очень до-ступный по стилю изложения, «классический» учебник.) 4. Янсон Э.Ю. Теоретические основы аналитической химии / Э.Ю. Янсон. – М.: Высшая школа, 1987. (Современное пособие повышенного уровня. Краткое математизированное изложение наиболее трудных теоретических вопросов по химическим мето-дам анализа.) 5. Скуг Д. Основы аналитической химии: в 2 т. / Д. Скуг, Д. Уэст. – М.: Мир, 1979. (Лучший американский учебник по аналитической химии.) 6. Аналитическая химия. Проблемы и подходы: в 2 т. / под ред. Р. Кельнера, Ж.-М. Мерли, M. Отто, М. Видмера. – М.: Мир, 2004. (Лучший европейский учебник по аналитической химии.) 7. Вершинин В.И. Практикум по аналитической химии / В.И. Вер-шинин, Т.В. Антонова, С.В. Усова. – Ч. 1. – Омск: ОмГУ, 1998. 8. Вершинин В.И. Практикум по аналитической химии / В.И. Вер-шинин, Т.В. Антонова, И.В. Власова, С.В. Усова. – Ч. 2. – Омск: ОмГУ, 2002.

Дополнительный 9. Сабадвари Ф. История аналитической химии / Ф. Сабадвари, А. Робинсон. – М.: Мир, 1984. 10. Золотов Ю.А. Аналитическая химия: проблемы и достижения / Ю.А. Золотов. – М.: Наука, 1992. 11. Данцер К. Аналитика. Систематический обзор / К. Данцер, Э. Тан, Д. Мольх. – М.: Химия, 1981. 12. Чарыков А.К. Математическая обработка результатов химиче-ского анализа / А.К. Чарыков. – Л.: Химия, 1984.

25

13. Дерффель К. Статистика в аналитической химии / К. Дерф-фель. – М.: Мир, 1994. 14. Вершинин В.И. Лекции по математической обработке резуль-татов химического эксперимента / В.И. Вершинин. – Омск: ОмГУ, 1999. 15. Марьянов Б.М. Избранные главы хемометрики / Б.М. Марья-нов. – Томск: Изд-во Том. ун-та, 2004. 16. Булатов М.И. Расчеты равновесий в аналитической химии / М.И. Булатов. – Л.: Химия, 1984. 17. Гуляницкий А. Реакции кислот и оснований в аналитической химии / А. Гуляницкий. – М.: Мир, 1975. 18. Крешков А.П. Аналитическая химия неводных растворов / А.П. Крешков. – М.: Химия, 1982. 19. Индикаторы: в 2 т. / под ред. Э. Бишопа. – М.: Мир, 1976. 20. Инцеди Я. Применение комплексов в аналитической химии / Я. Инцеди. – М.: Мир, 1979. 21. Шварценбах Г. Комплексонометрическое титрование / Г. Швар-ценбах, Г. Флашка. – М.: Химия, 1970. 22. Вершинин В.И. Обучающая программа «Теория комплексоно-метрического титрования» / В.И. Вершинин. – Томск: Изд-во ТГУ, 1980. 23. Турьян Я.И. Окислительно-восстановительные реакции и по-тенциалы в аналитической химии / Я.И. Турьян. – М.: Высшая школа, 1989. 24. Васильев В.П. Теоретические основы физико-химических ме-тодов анализа / В.П. Васильев. – М.: Химия, 1979. 25. Будников Г.К. Основы современного электрохимического ана-лиза / Г.К. Будников, В.Н. Майстренко, М.Р. Веселов. – М.: Бином, 2003. 26. Терек Т. Эмиссионный спектральный анализ / Т. Терек, И. Ми-ка, Э. Гегуш. – М.: Мир, 1982. 27. Прайс В. Аналитическая атомно-абсорбционная спектроско-пия / В. Прайс. – М.: Мир, 1986. 28. Бабко А.К. Фотометрический анализ: в 2 т. – Т. 1. Общие принципы и аппаратура / А.К. Бабко, А.Т. Пилипенко. – М.: Хи-мия, 1968.

26

29. Вершинин В.И. Теория фотометрических реакций / В.И. Вер-шинин. – Омск: ОмГУ, 1985. 30. Булатов М.И. Практическое руководство по фотометрическим методам анализа / М.И. Булатов, И.П. Калинкин. – Л.: Химия, 1986. 31. Головина А.П. Люминесцентный анализ неорганических ве-ществ / А.П. Головина, В.В. Левшин. – М.: Химия, 1981. 32. Кузьмин Н.М. Концентрирование следов элементов / Н.М. Кузь-мин, Ю.А. Золотов. – М.: Наука, 1988. 33. Айвазов Б.В. Введение в хроматографию / Б.В. Айвазов. – М.: Высшая школа, 1983. 34. Лурье Ю.Ю. Справочник по аналитической химии / Ю.Ю. Лу-рье. – М.: Химия, 1989. 35. Кунце У. Основы качественного и количественного анализа / У. Кунце, Г. Шведт. – М.: Мир, 1997. 36. Отто М. Аналитическая химия. Проблемы и подходы: в 2 т. / М. Отто. – М.: Мир, 2004. 37. Основы аналитической химии: практическое руководство / под ред. Ю.А. Золотова. – М.: Высшая школа, 2001. 38. Основы аналитической химии. Задачи и вопросы / под ред. Ю.А. Золотова. – М.: Высшая школа, 2002. 39. Аналитическая химия: сборник вопросов, упражнений и задач / под ред. В.П. Васильева. – М.: Дрофа, 2003. 40. Дорохова Е.Н. Задачи и вопросы по аналитической химии / Е.Н. Дорохова, Г.В. Прохорова. – М.: Мир, 2001.

Для самостоятельной работы рекомендуется пользоваться

следующими источниками: Раздел курса Литература

1. Предмет и методы аналитической химии [9, 10]

2. Точность химического анализа [11–15]

3. Химические методы анализа [16–23]

4. Инструментальные методы анализа [24–31]

5. Методы разделения и концентрирования [32–35]

27

План лекций

Осенний семестр

1. Организационные вопросы. Химический анализ и анали-тическая химия как наука. Объекты определения, объекты анали-за. Виды и методы анализа. Методики. Основные стадии анализа. Требования к методике.

2. Химические методы анализа. Требования к реакции. Ре-акции, используемые в химических методах. Управление равнове-сием аналитических реакций. Скорость установления равновесия в реакциях разного типа. Термодинамические, концентрационные и условные константы равновесия. Связь между ними (на примере реакций осаждения).

3. Введение в гравиметрический анализ. Получение кристал-лических и аморфных осадков. Механизм образования осадков.

4. Растворимость осадков и способы ее регулирования. Расчет концентрации осадителя. Возможность разделения ионов при осаждении.

5. Введение в титриметрический анализ. Классификация методов титриметрического анализа. Расчет результатов титрова-ния. Кривые титрования. Реакции осаждения в титриметрии.

6. Кислотно-основные процессы (по Бренстеду). Протолиз и автопротолиз. Шкала рН. Константы кислотности и основности. Расчет рН водных растворов.

7. Состояние определяемых веществ и реагентов в растворе в зависимости от рН. Ионные диаграммы. Буферные растворы в анализе. Выбор и расчет состава буферного раствора.

8. Введение в теорию метода нейтрализации. Расчет и при-менение кривых нейтрализации. Факторы, влияющие на высоту скачка. Выбор индикатора.

9. Индикаторы, их виды и требования к ним. Ионно-хромофорная теория кислотно-основных индикаторов. Титрова-

28

ние в неводных средах. Выбор растворителя. Дифференцирующие и нивелирующие растворители.

10. Реакции комплексообразования в анализе. Инертные и лабильные комплексы. Теория ступенчатого комплексообразова-ния. Распределительные диаграммы. Расчеты закомплексованно-сти. Получение комплекса заданного состава.

11. Маскирование ионов. Определение концентрации мас-кирующего реагента. Реакции комплексообразования в титримет-рическом анализе. Комплексоны в технике и науке.

12. Комплексонометрическое титрование. Выбор условий титрования с помощью условных констант. Факторы, влияющие на высоту скачка. Металлохромные индикаторы. Блокировка ин-дикаторов.

13. Точность анализа. Случайные и систематические погреш-ности. Проверка правильности. ГОСТы. Стандартные образцы.

14. Сходимость и воспроизводимость результатов анализа. Случайные погрешности.

15. Понятие доверительного интервала. Статистическая об-работка данных при их нормальном распределении.

16. Окислительно-восстановительные реакции в анализе. Важнейшие окислители и восстановители. Стандартные и реаль-ные редокс-потенциалы. Управление силой окислителей и восста-новителей. Предсказание возможности и степени протекания ре-акции с помощью реальных редокс-потенциалов.

17. Редоксметрические методы. Кривые титрования в ре-доксметрии. Редокс-индикаторы. Предварительное окисление и восстановление компонентов пробы.

18. Обратимые и необратимые редокс-пары. Кинетические факторы в редокс-процессах. Химическая индукция. Кинетиче-ские методы анализа.

19. Потенциометрический анализ. Классификация электро-дов. Измерение разности потенциалов. Прямая потенциометрия. Потенциометрическое титрование.

29

20. Сигнал и фон в инструментальных методах. Пределы обнаружения.

21. Методы расчета концентраций по аналитическому сиг-налу. Метод наименьших квадратов в расчете градуировочных графиков.

22. Вольтамперометрические методы. Полярография на ртутном катоде.

23. Неклассические методы вольтамперометрии. Амперомет-рическое титрование.

24. Электрогравиметрический анализ. Разделение металлов при контролируемом катодном потенциале. Кулонометрия.

25. Кондуктометрия. Кондуктометрическое титрование. 26. Классификация оптических методов. Виды спектров.

Использование спектров разного типа в анализе. Понятие об ИК-спектрометрии.

27. Введение в спектральный анализ. Атомные спектры и способы их возбуждения.

28. Влияние разных факторов на интенсивность аналитиче-ского сигнала. Способы регистрации атомно-эмиссионных спек-тров. Пламенная фотометрия.

29. Качественный и количественный спектральный анализ. 30. Атомно-абсорбционный спектральный анализ.

Весенний семестр 1. Спектрофотометрический анализ. Области применения

метода. Характеристики светопоглощения. Измерение светопо-глощения. Закон Бугера – Ламберта – Бера. Причины отклонений от закона Бера.

2. Спектрофотометрическая аппаратура. Фотометрический анализ. Особые варианты СФ-анализа: дифференциальная фото-метрия, фотометрическое титрование. Спектрофотометрический анализ смесей.

30

3. Определение веществ по собственному светопоглоще-нию. Фотометрические реакции. Органические фотометрические реагенты. Спектрофотометрическое определение органических веществ.

4. Люминесцентный анализ, области применения и пре-имущества. Возбуждение и регистрация люминесценции. Аппара-тура люминесцентного анализа.

5. Зависимость интенсивности люминесценции от разных факторов. Практика люминесцентного анализа. Способы повыше-ния селективности. Метод Шпольского.

6. Методы разделения и концентрирования. Общие прин-ципы и термины. Ионный обмен и соосаждение.

7. Экстракция и ее применение в анализе. Экстрагенты. 8. Количественные закономерности экстракции. Оптимиза-

ция методик экстракционного концентрирования и разделения. 9. Хроматографический анализ (история хроматографии,

основные принципы, классификация методов, использование в науке и технике). Понятие об адсорбционной хроматографии. ТСХ.

10. Принципы и закономерности распределительной хрома-тографии. Выбор неподвижной фазы. Аппаратура ГЖХ.

11. Параметры хроматограммы. Селективность и эффектив-ность. Хроматографическая идентификация.

12. Количественный хроматографический анализ. Метод ВЭЖХ.

13. Введение в качественный анализ. Химические методы качественного анализа.

14. Инструментальные методы идентификации. 15. Особенности анализа объектов разного типа.

31

План практикума


№ недели п/п

Семинар Лабораторная работа

Техника безопасности и ор-ганизация работы в лабора-тории. Правила взвешивания и вычислений

Техника работы на аналитиче-ских весах

1

Ход л. р. № 1. Техника фильт-рования и промывания осадков

Л. р. № 1. Гравиметрическое определение железа

Принципы гравиметрического анализа. Расчет навески. Реак-ции осаждения

Л.р. № 1 (окончание). Решение задач

2

Равновесия в системе «осадок–раствор». Расчеты растворимо-сти, концентрации осадителя. Дробное осаждение

–

Принципы титриметрического анализа. Основные расчеты в титриметрическом анализе. Приготовление и стандарти-зация растворов

Решение задач 3

Аргентометрия Л. р. № 2. Аргентометрическое титрование галогенидов (де-монстрационно)

Кривые титрования. Расчет кривой аргентометрического титрования

Демонстрационный экспери-мент (построение кривых тит-рования галогенидов)

4

Протолитическая теория. Ки-слотные константы. Расчет рН растворов

Решение задач

32



Метод нейтрализации. Ход л. р. № 3

Л. р. № 3. Кислотно-основное титрование сильных электро-литов

5

Ионные диаграммы. Буферные растворы

Демонстрационный экспери-мент (измерение рН буферных растворов)

Ход л. р. № 4 Л. р. № 4. Титрование слабых электролитов и метод замеще-ния

6

Кривые титрования в методе нейтрализации. Выбор индика-торов


Теория индикаторов. Индика-торные ошибки


Теория и практика неводного титрования. Ход л. р. № 5

Л. р. № 5. Титрование в невод-ных растворах (демонстраци-онно)

Коллоквиум № 1 Реакции осаждения и прото-лиза в анализе

8

Выдача индивидуальных рас-четных заданий. Инструктаж по работе с ЭВМ в компьютер-ном классе

–

Реакции комплексообразования в анализе. Теория ступенчатого комплексообразования


Ход л. р. № 6 Л. р № 6. Комплексонометри-ческое титрование металлов

Теория комплексонометриче-ского титрования. Анализ сме-сей


Метрологические аспекты ана-лиза. Проверка правильности результатов анализа


33



Статистическая обработка ре-зультатов измерений анализа


Сравнение результатов анализа Решение задач Коллоквиум № 2 Реакции комплексообразова-

ния в анализе. Метрологиче-ские аспекты анализа

12

Отчет по расчетному заданию № 1 –

Редокс-процессы в анализе. Оцен-ка силы окислителей и восстано-вителей в реальных условиях


Техника перманганатометриче-ского титрования

Л. р. № 7. Перманганатомет-рия

Теория редоксметрического тит-рования. Редокс-индикаторы и их выбор


Техника хроматометрического титрования

Л. р. № 8. Хроматометрия

Техника иодометрического тит-рования

Л. р. № 9. Иодометрия 15

Устойчивость растворов окисли-телей и восстановителей


Предварительное окисление и восстановление пробы. Сопос-тавление возможностей разных редокс-методов


Аналитический сигнал. Фон. Расчет пределов обнаружения


Способы расчета концентраций в инструментальных методах. МНК


Коллоквиум № 3 Реакции окисления восста-новления в анализе

Резерв – 18 Зачетное занятие –

34

Весенний семестр



Организация практикума по инструментальным методам анализа. Техника безопасности при работе с приборами 1-го цикла. Работа на приборе рН-340. Ход л. р. № 1

Л. р. № 1. Определение концен-трации ионов в растворе потен-циометрическим методом

1

Ход л. р. № 2 Л. р. № 2. Потенциометриче-ское титрование

Техника измерений на приборе АУ-4М

Л. р. № 3 . Полярографический анализ. Амперометрическое титрование

2

Ход л. р. № 4 Л. р. № 4. Биамперометриче-ское титрование

Ход лабораторной работы № 5 Л. р. № 5. Определение меди в сплаве электрогравиметриче-ским методом

3

Техника кондуктометрических измерений.

Л. р. № 7. Кондуктометриче-ский анализ

Потенциометрический анализ Решение задач

4

Вольтамперометрический ана-лиз. Классическая полярогра-фия


Кулонометрический анализ и электрогравиметрия


Коллоквиум № 4 Электрохимические методы анализа

Техника безопасности при ра-ботах на приборах 2-го цикла. Классификация оптических ме-тодов

– 6

Техника работы на рефрак-тометре Аббе

Л. р. № 8. Рефрактометрический анализ

35

№

недели п/п


Техника атомной спектроско-пии

Л. р. № 9. Эмиссионная фото-метрия пламени

7

Теоретические основы визу-альной колориметрии

Л. р. № 10. Колориметрический анализ

Теоретические основы фото-метрического анализа

Л. р. № 11. Фотометрический анализ

8

Возможности спектрофотомет-рического анализа

Л. р. № 12. Спектрофотометри-ческий анализ

Основы люминесцентного ана-лиза

Л.р. № 14. Люминесцентный анализ

9

Теория атомно-эмиссионного и атомно-абсорбционного спек-трального анализа


Спектрофотометрический ана-лиз


Люминесцентный анализ


Коллоквиум № 5 Оптические методы анализа 11 Техника безопасности при ра-ботах на приборах 3-го цикла. Ионообменная хроматография. Выдача индивидуального зада-ния № 2

Л. р. № 15. Ионный обмен на катионитах

Техника экстракции Л. р. № 17. Экстракционное концентрирование металлов

12

Решение задач по экстракции Л. р. № 18. Экстракционное разделение элементов

Решение задач по хроматогра-фии

Л. р. № 19. Метод ТСХ 13

Методы идентификации в хро-матографии

Л. р. № 20. Качественный хро-матографический анализ смеси

36



Расчет результатов хромато-графического анализа

Л. р. № 21. Количественный анализ в методе газожидкост-ной хроматографии

14

Методы разделения и концен-трирования. Теория экстракци-онных равновесий


Теория хроматографического анализа, ТСХ, ВЭЖХ. Качест-венный и количественный хро-матографический анализ. Метод ГЖХ


Химический качественный ана-лиз

Л. р. № 23. Качественный ана-лиз смеси катионов

Инструментальные методы идентификации


Коллоквиум № 6 Разделение, концентрирова-ние, идентификация

Отчет по расчетному заданию № 2 – 17

Зачетное занятие –

37

Вопросы к коллоквиумам

КОЛЛОКВИУМ № 1. Реакции осаждения и протолиза в анализе

1. Правила работы на аналитических весах. Устройство весов. 2. Правила расчетов в аналитической химии. Количество

значащих цифр, оставляемых при округлении результатов. 3. Константы равновесий: термодинамические, концентраци-

онные и условные. Влияние ионной силы (на примере величины ПР). 4. Общие принципы и области применения гравиметриче-

ского анализа. 5. Методы отгонки. Элементный анализ органических ве-

ществ. 6. Реакции осаждения в гравиметрии. Важнейшие осадители. 7. Техника фильтрования и промывания осадков. Потери

при промывании. 8. Соосаждение, его виды, борьба с ним. 9. Требования к весовой форме. Выбор температуры прока-

ливания. Техника прокаливания осадков. 10. Кристаллические осадки и правила их получения. 11. Аморфные осадки и правила их получения. 12. Расчеты результатов гравиметрического анализа. Фактор

пересчета. 13. Факторы, влияющие на растворимость осадков. Расчет

растворимости по величине ПР (в чистой воде и в присутствии посторонних веществ, но без избытка осадителя).

14. Расчет растворимости в присутствии избытка осадителя. Выбор концентрации осадителя в гравиметрии.

15. Разделение ионов по способу дробного осаждения. 16. Влияние рН на растворимость осадков. Растворимость

гидроксидов при заданном рН.

38

17. Влияние рН на растворимость солей. Выбор рН осажде-ния солей.

18. Общие принципы титриметрического анализа. Класси-фикация его видов, способы определения к.т.т.

19. Расчет результатов в титриметрическом анализе при раз-ных способах проведения титрования.

20. Использование реакций осаждения в титриметрическом анализе. Кривые осадительного титрования. Связь высоты скачка с величиной ПР и концентрацией титруемого иона.

21. Аргентометрия. Приготовление и стандартизация рас-творов, индикация к.т.т. Другие реакции осаждения в титриметри-ческом анализе.

22. Способы аргентометрического титрования, сопоставле-ние их по точности, избирательности и другим свойствам. Воз-можность раздельного определения галогенидов в смеси.

23. Основные термины протолитической теории. Примеры кислот и оснований. Преимущества этой теории для описания и управления реакциями в анализе.

24. Кислотно-основное равновесие в протолитических рас-творителях. Кислые, нейтральные и щелочные среды. Обобщенное понятие о рН. Шкала рН в разных растворителях.

25. Ионное произведение воды, шкала рН водных растворов. Расчет рН растворов сильных кислот и оснований.

26. Количественная характеристика силы растворенных ки-слот и оснований по Бренстеду. Сопряженные кислотно-основные пары.

27. Расчет рН водных растворов слабых кислот и оснований, амфотерных и многопротонных электролитов.

28. Важнейшие буферные растворы. Расчет рН буферного раствора.

29. Выбор буферной системы и расчет состава раствора для заданной величины рН.

30. Механизм буферного действия. Буферная емкость.

39

31. Состояние вещества в растворе при разных рН. Ионные диаграммы.

32. Связь общей концентрации растворенного вещества и равновесных концентраций его форм разной протонированности.

33. Метод нейтрализации в титриметрическом анализе. Ра-бочие растворы, их приготовление и стандартизация.

34. Кривые титрования сильных кислот (оснований). Выбор индикатора.

35. Кривые титрования слабых кислот (оснований). Выбор индикатора.

36. Предельное разбавление титруемого раствора в методе нейтрализации (расчет по высоте скачка).

37. Титрование многопротонных электролитов и смесей ве-ществ по методу нейтрализации.

38. Ионно-хромофорная теория цветных кислотно-основных индикаторов.

39. Индикаторные ошибки в методе нейтрализации. 40. Использование неводных растворителей в титриметри-

ческом анализе. Химизм реакций нейтрализации в протолитиче-ских растворителях.

41. Техника неводного титрования: рабочие растворы, стан-дартизация, особенности определения к.т.т.

42. Влияние растворителя на силу растворенных в нем ки-слот (оснований). Выбор растворителя для титрования одного ве-щества.

43. Нивелирующий и дифференцирующий эффект. Выбор растворителя для раздельного и суммарного определения кислот (оснований) в их смесях.

Основные типы стандартных расчетных задач к коллок-виуму № 1:

а) расчет результатов гравиметрического и титриметриче-ского анализа;

40

б) расчет растворимости осадка в различных условиях по величине ПР;

в) определение условий осаждения в гравиметрии, выбор навески, рН осаждения и способа промывания;

г) определение возможности разделения ионов при дробном осаждении;

д) расчеты, связанные с приготовлением раствора титранта и переводом одних концентраций в другие;

е) расчет рН растворов разного состава; ж) построение ионных диаграмм: взаимосвязь общих и рав-

новесных концентраций; з) расчет состава буферного раствора и изменения рН буфе-

ра при добавлении к нему кислоты (щелочи); и) определение границ скачка в методе нейтрализации (или

седиметрии), выбор индикатора и расчет индикаторных ошибок. КОЛЛОКВИУМ № 2. Реакции комплексообразования в

анализе. Метрология 1. Для чего используют реакции комплексообразования в

анализе? Какие реагенты-лиганды применяют? 2. Какие органические молекулы могут быть лигандами?

Что такое дентантность и хелатоэффект? 3. Количественные характеристики равновесия комплексо-

образования, их взаимосвязь. Как сдвинуть это равновесие в же-лаемую сторону?

4. Определение закомплексованности и доли свободного ме-талла при заданной концентрации лиганда.

5. Как меняется закомплексованность и состав смеси ком-плексов при изменении концентрации свободного лиганда?

6. Построение и применение диаграмм распределения в сис-теме М–R при ступенчатом комплексообразовании.

7. Маскирование. Выбор маскирующего реагента и расчет его концентрации.

41

8. Реакции комплексообразования в титриметрическом ана-лизе. Титрование металлов низкодентатными лигандами.

9. Важнейшие комплексоны, их достоинства и недостатки. Состояние ЭДТА в растворе при разных рН. Химизм образования комплексонатов.

10. Количественные характеристики равновесия образова-ния комплексонатов. Относительная прочность разных комплек-сонатов.

11. Определение возможности титрования при разных зна-чениях рН с помощью условных констант. Определение мини-мальной величины рН для комплексонометрического титрования. Кривая Рингбома.

12. Кривые комплексонометрического титрования. Влияние концентрационных условий на высоту скачка титрования.

13. Определение точки эквивалентности в комплексономет-рии. Металлохромные индикаторы.

14. Блокировка металлохромного индикатора и ее предот-вращение.

15. Приготовление, стандартизация и хранение растворов комплексонов. Расчет результатов комплексонометрического тит-рования.

16. Как раститровать смесь металлов комплексонометриче-ским методом?

17. Прямое, обратное и заместительное титрование в ком-плексонометрии. Косвенные методы в комплексонометрии.

18. Абсолютные и относительные погрешности анализа. 19. Точность (правильность и воспроизводимость) анализа.

Понятие о систематических и случайных погрешностях. Источни-ки погрешностей.

20. Выявление и предупреждение систематических погреш-ностей.

21. Случайные погрешности, их распределение. 22. Выборочные параметры. Отбраковка промахов.

42

23. Количественная оценка воспроизводимости анализа, связь содержания компонента с воспроизводимостью анализа. Нижняя граница определяемых содержаний.

24. Расчет доверительных интервалов по малой выборке. 25. Выявление значимых систематических погрешностей на

фоне случайных. 26. Сравнение методик анализа по воспроизводимости и

среднему результату.


а) расчет результатов комплексонометрического титрования; б) расчет закомплексованности для заданной концентрации

лиганда; в) подбор концентрации маскирующего вещества для обес-

печения заданной закомплексованности (или для предотвращения осаждения);

г) построение диаграмм распределения для смеси комплекс-ных соединений в системе М–R;

д) выяснение возможности комплексонометрического тит-рования в заданных условиях (с помощью условных констант);

е) определение границ скачка при комплексонометрическом титровании, подбор металлохромного индикатора;

ж) отбраковка промахов и расчет доверительных интервалов; з) выявление систематических погрешностей на фоне слу-

чайных; и) сравнение выборок по воспроизводимости и среднему ре-

зультату. КОЛЛОКВИУМ № 3. Реакции окисления восстановления

в анализе 1. Для чего используют редокс-реакции в анализе? 2. Какие окислители и восстановители применяют обычно в

качестве реагентов?

43

3. Редокс-потенциал и факторы, влияющие на величину ре-докс-потенциала. Расчет и измерение потенциалов.

4. Использование стандартных редокс-потенциалов для предсказания направления реакций в растворах. Расчет констант равновесия.

5. Характеристика силы окислителей (восстановителей) в не-стандартных условиях с помощью реальных потенциалов. Способы направленного изменения силы окислителей и восстановителей.

6. Зависимость реального потенциала от величины рН. 7. Зависимость реального потенциала от концентрации ли-

ганда. 8. Устойчивость водных растворов окислителей и восстано-

вителей. 9. Зачем и как именно проводят предварительное окисление

определяемых компонентов? Какие способы дезактивации вспо-могательных реагентов применяют при этом?

10. Применение редукторов и амальгам. 11. Редоксметрия: принцип, классификация методов, опре-

деляемые вещества. 12. Способы определения к.т.т. в редоксметрии. 13. Кривые редоксметрического титрования. В чем различие

кривых титрования в редоксметрии и в методе нейтрализации? 14. Редокс-индикаторы и их выбор. Теория действия редокс-

индикаторов. 15. Перманганатометрия. Характеристика метода, стандар-

тизация рабочих растворов, осложнения в процессе титрования. 16. Хроматометрия. Общая характеристика метода, его дос-

тоинства, недостатки, области применения. 17. Иодометрия. Общая характеристика метода. Приготов-

ление и стандартизация рабочих растворов. Побочные реакции. 18. Как йодометрическим методом определяют сильные (сла-

бые) окислители? Сильные (слабые) восстановители? Кислоты?

44

19. Кинетические эффекты в редокс-процессах. Обратимые и необратимые полуреакции.

20. Химическая индукция. 21. Кинетические методы анализа. Принцип метода. Опре-

деляемые вещества. Достоинства и недостатки этого аналитиче-ского метода.

22. Основные индикаторные реакции в кинетических мето-дах анализа. Как измерить их скорость и рассчитать концентра-цию определяемого реагента?

23. Аналитический сигнал в инструментальных методах. Связь сигнала с концентрацией определяемого компонента.

24. Фон. Его источники и способы снижения. 25. Чувствительность инструментальных методов анализа.

Зачем аналитики стремятся повышать чувствительность и как это делается?

26. Селективность инструментальных методов анализа. 27. Понятие о пределе обнаружения. Статистический расчет

предела обнаружения. Другие методы расчета. 28. Способы расчета концентрации по величине аналитиче-

ского сигнала. 29. Условия применимости и преимущества метода сравне-

ния с эталоном при расчете концентрации по величине сигнала. 30. Условия применимости и преимущества метода добавок

при расчете концентрации по величине сигнала. 31. Условия применимости и преимущества расчета концен-

траций по методу градуировочного графика. 32. Правила построения градуировочных графиков в инст-

рументальных методах анализа. 33. Метод наименьших квадратов и расчет уравнения гра-

дуировочного графика для определения концентрации по величи-не аналитического сигнала.

45


а) расчет результатов анализа по данным редоксметрическо-го титрования (прямого, заместительного, обратного);

б) расчет результатов анализа по величине аналитического сигнала (для разных способов расчета);

в) определение возможности реакции и расчет константы равновесия по стандартным или реальным потенциалам, подбор титранта;

г) выбор рН или лиганда для изменения силы окислителя (восстановителя) до заданного значения потенциала;

д) расчет границ скачка на кривой редокс-титрования и под-бор редокс-индикатора;

е) определение потенциала, при котором следует заканчи-вать титрование, расчет индикаторных ошибок;

ж) расчет предела обнаружения. КОЛЛОКВИУМ № 4. Электрохимические методы анализа 1. Общие принципы и классификация потенциометрических

методов анализа. Уравнение Нернста. Требования к индикатор-ным электродам и электродам сравнения. Важнейшие электроды, используемые в анализе.

2. Классификация электродов по механизму возникновения электродного потенциала. Ионселективные электроды. Ионометрия.

3. Измерение рН потенциометрическим методом. 4. Измерение ЭДС компенсационным и некомпенсационным

методом в потенциометрии. 5. Способы определения концентрации раствора по потен-

циалу электрода в аналитической практике. Недостатки прямой потенциометрии.

6. Потенциометрическое титрование: принцип, определяе-мые вещества, способы определения к.т.т., преимущества.

46

7. Особые случаи потенциометрического титрования (без за-писи кривой титрования).

8. Общие принципы вольтамперометрических методов. Клас-сическая полярография. Работы Гейровского. Схема полярографа.

9. Зависимость ток-потенциала для ртутного капающего микроэлектрода. Уравнение полярографической волны. Необхо-димость ввода фонового электролита.

10. Потенциал полуволны. Качественный полярографиче-ский анализ.

11. Предельный диффузионный ток. Уравнение Ильковича. 12. Полярографические максимумы и борьба с ними. Опре-

деление ПАВ. 13. Количественный полярографический анализ. 14. Недостатки классической полярографии и пути их пре-

одоления в других вольтамперометрических методах. 15. Особенности вольтамперометрии на твердых электродах.

Вольтамперометрические методы особой чувствительности, по-вышение селективности вольтамперометрии.

16. Амперометрическое титрование. Принципы, преимуще-ства, использование на практике.

17. Биамперометрия. Определяемые вещества, электроды, применение метода. Биамперометрическое титрование.

18. Общие принципы электрогравиметрии. Определяемые вещества. Законы Фарадея.

19. Электроды в гравиметрии. Техника метода. 20. Электролиз при контролируемом потенциале. Выбор на-

пряжения для электролиза. Возможности анализа смесей. 21. Особые варианты электрогравиметрии: внутренний элек-

тролиз, ускоренный электролиз, электролиз на ртутном катоде. 22. Принципы кулонометрии. Преимущества этого метода

по сравнению с электрогравиметрией. Кулонометрический анализ при постоянном потенциале и постоянном токе. Определение кон-ца электролиза.

47

23. Кулонометры. Расчет результатов кулонометрического анализа.

24. Кулонометрическое титрование. 25. Кондуктометрический анализ. Общие принципы, облас-

ти применения. Измерение проводимости. Связь концентрации и природы растворенных веществ с электропроводностью раствора.

26. Расчет концентрации по электропроводности раствора. Кондуктометрические датчики.

27. Кондуктометрическое титрование. Преимущества и ог-раничения метода по сравнению с обычным объемным анализом.

28. Кривые кондуктометрического титрования. Построение их по известным подвижностям ионов.


а) расчет результатов в электрогравиметрическом методе анализа;

б) выбор напряжения и массы пробы для проведения ЭГА с уче-том выхода по току и ожидаемым содержанием компонента в пробе;

в) расчет концентрации определяемого компонента по вели-чине потенциала индикаторного электрода;

г) расчет потенциала индикаторного электрода в т.э. при по-тенциометрическом титровании;

д) нахождение к.т.т. и дальнейший расчет результатов при амперометрическом (кондуктометрическом, кулонометрическом) титровании;

е) нахождение потенциала полуволны по уравнению поля-рографической волны;

ж) определение концентрации определяемого компонента по величине предельного тока (электропроводности, количества электричества) разными способами;

з) построение кривой кондуктометрического титрования для заданной реакции;

и) оценка Сmin в электрохимических методах.

48

КОЛЛОКВИУМ № 5. Оптические методы анализа 1. Шкала электромагнитных волн. Применение в анализе

различных диапазонов электромагнитного излучения. Оптический диапазон.

2. Классификация оптических методов анализа. 3. Рефрактометрический анализ: аналитические возможно-

сти и аппаратура. 4. Эмиссионные и абсорбционные спектры. Атомные и мо-

лекулярные спектры, их вид, происхождение и применение в ана-лизе.

5. Атомно-эмиссионный спектральный анализ. Возможно-сти метода, область применения.

6. Способы возбуждения атомных спектров. 7. Способы регистрации атомных спектров. 8. Пламенная фотометрия, определяемые элементы, аппа-

ратура. Процессы в пламени. Влияние температуры на величину сигнала.

9. Зависимость интенсивности излучения элемента от его концентрации в плазме и в пробе.

10. Фотоэлектрическая регистрация сигнала в эмиссионной спектроскопии. Устройство спектрометров и квантометров.

11. Фотографическая регистрация сигнала в атомно-эмиссионном спектральном анализе.

12. Приемы количественного эмиссионного спектрального анализа. Необходимость внутреннего стандарта и его выбор. Ме-тод трех эталонов, метод добавок и т. д.

13. Качественный атомно-эмиссионный спектральный анализ. 14. Атомно-абсорбционный анализ: общие принципы и ап-

паратура. 15. Атомно-абсорбционный анализ: зависимость сигнала от

различных факторов, предел обнаружения. Преимущества и не-достатки.

49

16. Молекулярно-эмиссионный спектральный анализ. Лю-минесценция, ее происхождение и виды.

17. Спектры возбуждения и испускания люминесценции. 18. Люминесцентный анализ. Определяемые вещества, объ-

екты анализа, пределы обнаружения. 19. Зависимость интенсивности люминесценции от концен-

трации определяемого вещества. 20. Квантовый выход люминесценции и факторы, влияющие

на него. Тушение люминесценции. 21. Аппаратура люминесцентного анализа. Выбор длин волн

возбуждения и регистрации. 22. Практические приемы люминесцентного анализа. Реаген-

ты для этого анализа. Особые случаи (эффект Шпольского и т. п.) 23. Молекулярно-абсорбционный (спектрофотометрический)

анализ: общие принципы. Виды анализа. Область применения. 24. Характеристики поглощения света раствором (D, ε, Т,

А), связь между ними. 25. Аппаратура спектрофотометрии. Одно- и двулучевые

схемы спектрофотометров. 26. Необходимость раствора сравнения для измерения опти-

ческой плотности. Выбор длины волны (светофильтра). 27. Визуальная колориметрия. Фотоэлектроколориметры. 28. Вещества, определяемые по их светопоглощению в рас-

творе. Фотометрические реакции. Пределы обнаружения. 29. Закон Бугера – Ламберта – Бера. Отклонения от прямо-

линейности при построении градуировочных графиков, причины этого явления и способы предотвращения.

30. Количественный спектрофотометрический анализ: мето-ды сравнения, градуировочного графика, добавок. Фотометриче-ское титрование.

31. Необходимость монохроматизации света в спектрофото-метрическом анализе. Сопоставление возможностей фотометриче-ского и спектрофотометрического анализа.

50


а) установление длины волны линии в атомно-эмиссионном спектре;

б) расчет концентрации элемента в атомно-эмиссионном спектральном анализе (для разной техники регистрации и с при-менением разных методов расчета);

в) нахождение и пересчет различных характеристик свето-поглощения;

г) определение величины молярного коэффициента светопо-глощения и подбор реакции;

д) расчет концентрации раствора по известной величине оп-тической плотности (или светопропускания);

е) расчет предела обнаружения для любого оптического ме-тода.

КОЛЛОКВИУМ № 6. Методы разделения и концентриро-

вания 1. Классификация и необходимость методов концентрирова-

ния и разделения. 2. Количественные характеристики процессов концентриро-

вания и разделения. 3. Экстракция. Общие принципы и терминология. Закон

Бертло – Нернста. 4. Требования к экстрагентам, экстракционным реагентам. 5. Техника экстракции. Реэкстракция. 6. Влияние рН и других факторов на коэффициент распреде-

ления при экстракции. 7. Факторы, влияющие на степень извлечения компонента в

экстракционных методах (при постоянном коэффициенте распре-деления).

8. Расчет числа экстракций, обеспечивающих заданную сте-пень извлечения.

51

9. Экстракция хелатов. 10. Использование ионообменных материалов в анализе. 11. Ионообменная хроматография. Ионные хроматографы. 12. Общие принципы и терминология хроматографии. Клас-

сификация хроматографических методов. 13. Почему компоненты смеси разделяются в хроматогра-

фической колонке? Скорость движения компонента как функция разных переменных.

14. Теория тарелок в хроматографии. Селективность и эф-фективность, определение этих характеристик по эксперимен-тальным данным.

15. Адсорбционная колоночная хроматография. Адсорбенты. 16. Распределительная хроматография, ее механизм и пре-

имущества. 17. Требования к неподвижной фазе и носителям в методе ГЖХ. 18. Схема газового хроматографа. Типы детекторов. 19. Использование программирования температуры колонки

в ГЖХ. 20. Идентификация компонентов по хроматограмме. 21. Тонкослойная хроматография. Бумажная хроматография. 22. Принципы и преимущества ВЭЖХ. Схема прибора. Де-

текторы для ВЭЖХ. 23. Методы расчета концентрации компонентов по хромато-

грамме. 24. Понятие идентификации. Методы идентификации. 25. Химические методы идентификации. Качественные ре-

акции. Требования к ним. Предельное разбавление и открываемый минимум.

26. Дробный и систематический качественный анализ слож-ных смесей.

27. Требования к групповым реагентам при систематиче-ском разделении смесей. Групповые реагенты при анализе смеси катионов.

52

28. Классические схемы качественного анализа. Сероводо-родная схема качественного анализа. Бессероводородные методы.

29. Инструментальные методы идентификации. Признаки, по которым можно опознавать компоненты смеси, требования к ним. От чего зависит достоверность идентификации?

30. Применение справочных данных для идентификации. Банки данных и автоматизированные системы идентификации.

31. Методы анализа объектов окружающей среды и их осо-бенности.

32. Методы анализа органических веществ. Понятие об эле-ментном, молекулярном, структурно-групповом анализах органи-ческих веществ.

33. Особенности клинического и фармацевтического анализов. 34. Анализ металлов и сплавов. 35. Анализ нефтепродуктов.


а) расчет степени извлечения за однократную и многократ-ную экстракции;

б) расчет требуемого числа экстракций; в) расчет степени извлечения компонента при заданном зна-

чении рН (с учетом констант распределения); г) расчет концентрации вещества по хроматограмме; д) расчет времени удерживания компонентов при заданных

условиях проведения хроматографического анализа (длина колон-ки, скорость газа-носителя и т. д.);

е) расчет числа теоретических тарелок и ВЭТТ по хромато-графическим данным;

ж) расчет возможности разделения пары веществ с извест-ными свойствами в колонке при заданных условиях хроматогра-фического анализа;

з) подбор длины колонки или условий, обеспечивающих ко-личественное разделение пары веществ при хроматографическом анализе.

53

Методические рекомендации по выполнению индивидуальных расчетных заданий

В 3–4-м семестрах все студенты дневной формы обучения должны выполнить два расчетных задания по аналитической хи-мии: а) по реакциям протолиза и комплексообразования; б) по хроматографическому анализу. Задания выдаются индивидуально каждому студенту после первоначального знакомства с соответст-вующим разделом (темой), т. е. на основе прослушанных лекций, после выполнения типовых расчетов в ходе лабораторных работ и обсуждения материала на семинарских занятиях. В каждое зада-ние входит несколько нестандартных задач (разного типа). Каждое задание выполняется в течение 2–3 недель. Для выполнения зада-ний могут быть использованы компьютеры, установленные в фа-культетском компьютерном классе или в лабораториях кафедры АХ. Задания выполняются во внеучебное время по графику рабо-ты компьютерного класса и лабораторий кафедры. Для выполне-ния расчетных задач используются программы Protolis, Complex, Chromat и другие, разработанные на кафедре АХ ОмГУ. Справоч-ные данные для выполнения работ (константы равновесий и т. п.) студент должен найти самостоятельно.

Для решения нестандартных задач по курсу аналитической химии требуется большой объем вспомогательных расчетов. Не-которые из них (например, проверка характера распределения по-грешностей или расчет закомплексованности) можно выполнить с применением калькулятора, однако для этого потребуется слиш-ком много времени, и применение компьютера желательно. Дру-гие расчеты, связанные с решением уравнений высокой степени, без компьютера вообще невозможны. В обоих случаях необходи-мы специальные компьютерные программы, ориентированные на применение их студентами. В ОмГУ используются следующие программы (или пакеты программ).

54

PROTOLIZ – для расчетов, связанных с кислотно-основным взаимодействием в растворе (состояние вещества в рас-творе, расчет состава буферных растворов и т. п.). Эта программа требует ввода пользователем констант ионизации кислот (основа-ний).

COMPLEX – для расчетов, связанных с реакциями ком-плексообразования (определение условий, обеспечивающих полу-чение комплекса заданного состава; построение диаграмм распре-деления; выбор природы и концентрации маскирующего вещества и т. д.). Программа требует ввода констант устойчивости соответ-ствующих комплексных соединений.

SOLUTION – для расчетов, связанных с реакциями осажде-ния и растворения осадков. Программа требует ввода произведе-ний растворимости малорастворимых веществ, а также данных по конкурирующим равновесиям.

STATIC – для статистической обработки результатов (про-верка характера распределения, расчет доверительных интервалов, сравнение результатов анализа, расчет градуировочных графиков и другие традиционные процедуры). Эта программа не требует ввода пользователем каких-либо статистических критериев, они включены в саму программу (встроенные базы данных). Пользо-ватель должен лишь указать доверительную вероятность, с кото-рой должны быть произведены соответствующие расчеты.

CHROMAT – предназначена для проведения компьютерно-го эксперимента в условиях линейной равновесной хроматогра-фии. Моделирование хроматографического разделения компонен-тов позволяет предсказать времена удерживания, ширину пиков, получить хроматограмму смеси и наблюдать динамику разделения компонентов во времени. Теоретической базой для проведения расчетов служит модель «тарелок».

55

Для проведения компьютерного эксперимента программа CHROMAT запускается: Chemical / Chromat / CHROMAT.EXE. Исходными данными для программы служат: 1. Число компонентов хроматографируемой смеси (1–5). 2. Длина хроматографической колонки (100–50 000) см. 3. Число теоретических тарелок (100–100 000). 4. Линейная скорость подвижной фазы (газа-носителя) в колонке

(1–1 000), см/мин. 5. Фазовое отношение в колонке (0–1). 6. Компоненты смеси. 7. Коэффициенты распределения компонентов. 8. Относительное количество компонентов в смеси. 9. Коэффициент чувствительности детектора к компоненту.

Данные вводятся посредством нажатия клавиши Enter. Для возвращения в строку, в которой были неправильно введены дан-ные, следует воспользоваться сочетанием клавиш Shift+Tab. Неко-торые данные находят, пользуясь расчетными формулами (см. справочные материалы). Следует обращать внимание на то, чтобы все величины были введены в программу в тех единицах измере-ния, которые требуются для проведения расчетов (например, ско-рость подвижной фазы именно в см/мин, а не в л /ч). Заполнив все графы первой панели (данные 1–5), следует перейти ко второй таблице. Это делается нажатием клавиши F6. В графе «Компонен-ты смеси» можно вводить как буквенное название данного компо-нента, так и какое-либо условное цифровое обозначение. Коэффи-циенты распределения компонентов рассчитываются исходя из удельных удерживаемых объемов компонентов (справочные мате-риалы). Относительное количество всех компонентов считать рав-ным (то есть, если имеется двухкомпонентная смесь – в обе графы вводится 50, если трех – 33,3). Коэффициенты чувствительности детектора к компонентам принимаются равными единице. После проверки правильности ввода данных выходят из окна ввода ис-ходных данных. Для этого нажимается клавиша Esc. Теперь, когда

56

все исходные данные загружены, их можно сохранить (F2), или, войдя в строку ПРОВЕДЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТА, затем – РЕ-ЗУЛЬТАТЫ, просмотреть выходные данные программы. Резуль-таты программы CHROMAT включают в себя:

1. Протокол эксперимента, который включает в себя, кроме исходных данных, также общее время хроматографирования сме-си, характеристики пиков компонентов, описываемые кривой Га-усса (время удерживания, стандартное отклонение, полуширина пика, значение относительной площади пика), и характеристики аддитивной хроматограммы смеси (коэффициенты разделения ря-дом стоящих компонентов).

2. Модельную хроматограмму. Это рассчитанная хромато-грамма, являющаяся суммой индивидуальных концентрационных профилей. Кроме вывода на экран, возможен также вывод рассчи-танной хроматограммы на принтер.

3. Динамику разделения в колонке. На экране компьютера можно наблюдать процесс разделения компонентов во времени и по длине колонки. Таким образом, достигается наглядность про-цесса разделения компонентов на хроматографической колонке.

Для выхода из программы используется сочетание клавиш Alt – X. При проведении некоторых расчетов необходимо исполь-зовать некоторые справочные материалы, которые находятся в файле spravka.doc.

Рекомендации по пользованию пакетами расчетных про-граммами Protolis, Complex, Statik, Solution приведены в [7].

57

СПЕЦИАЛЬНОСТЬ 250400 «ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПРИРОДНЫХ ЭНЕРГОНОСИТЕЛЕЙ

И УГЛЕРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ»

Содержание курса

1. Предмет и методы аналитической химии Аналитическая химия как наука, ее цели и задачи, связь с

другими науками. Взаимосвязь между аналитической химией и химическим анализом. Значение химического анализа для хими-ческой и нефтехимической промышленности, в других областях техники, научных исследованиях, охране окружающей среды. Ви-ды анализа. Объекты анализа. Объекты определения. Стадии ана-лиза. Правила пробоотбора. Классификация методов анализа. Со-поставление достоинств и недостатков химических и инструмен-тальных методов, области применения.

2. Точность химического анализа Абсолютные и относительные погрешности анализа. Поня-

тия правильности, воспроизводимости, сходимости, точности. Случайные и систематические погрешности, их происхождение. Выявление систематических погрешностей. Стандартные образцы. ГОСТы. Способы уменьшения влияния систематических погреш-ностей. Постоянные и пропорциональные погрешности. Учет сис-тематических погрешностей.

Случайные погрешности, виды их распределения. Нормаль-ное распределение и его закономерности. Грубые промахи, спосо-бы их выявления. Дрейф. Выборочные параметры. Оценка вос-производимости анализа. Статистическая обработка результатов: расчет доверительных интервалов по Стъюденту, сопоставление выборок, выявление систематических погрешностей на фоне слу-чайных.

58

3. Химические методы анализа Химические методы анализа. Основные типы химических

реакций, применяемых в анализе и требования к ним. Равновесия этих реакций, управление ими (на примере реакций осаждения). Формы существования вещества в растворе. Общие и равновесные концентрации (Сх и [Х]). Описание равновесий с помощью кон-стант разного типа. Учет ионной силы и побочных реакций (про-тонирование , комплексообразование).

Принципы гравиметрического анализа, его области приме-нения и аналитические возможности. Методы отгонки. Понятие об элементном органическом анализе. Важнейшие осадители, их вы-бор. Требования к осаждаемой и весовой формам. Аморфные и кристаллические осадки. Правила получения осадков разного типа в гравиметрическом анализе. Основные расчеты в гравиметрии.

Основные принципы титриметрического анализа, области его применения и аналитические возможности. Классификация титриметрических методов. Рабочие растворы, необходимость и способы их стандартизации. Требования к стандартным вещест-вам. Техника метода (титрование отдельных навесок, титрование аликвот, способы определения к.т.т.). Понятие об индикаторах, общие требования к ним. Расчет результатов анализа. Эквивален-ты веществ в реакциях различного типа. Титр раствора, титр по определяемому веществу. Реакции осаждения в титриметрическом анализе. Важнейшие седиметрические методы. Возможность раз-дельного определения галогенидов.

4. Протолитические реакции в анализе Основные теории кислот и оснований. Влияние растворите-

лей на силу кислот и оснований. Константы кислотности и основ-ности. Понятие об автопротолизе. Классификация растворителей по их способности к автопротолизу и роли в протолитическом процессе. Важнейшие неводные растворители, применяемые в анализе. Лиат и лионий. Обобщенные представления о кислых, щелочных и нейтральных средах, шкала рН в разных растворите-

59

лях. Состояние вещества в водном растворе при различных рН, ионные диаграммы, их использование. Расчет рН растворов. Бу-ферные растворы в анализе. Механизм буферного действия, бу-ферная емкость. Выбор буферной системы. Расчет рН буферного раствора. Индивидуальные вещества с буферными свойствами.

Протолитические реакции в титриметрическом анализе (ме-тод нейтрализации). Области применения, основные реакции, ра-бочие растворы, их стандартизация, индикаторные системы. Кри-вые титрования для сильных и слабых кислот (оснований) (каче-ственно). Влияние природы и концентрации титруемого вещества на вид кривой титрования. Скачок титрования. Выбор кислотно-основного индикатора. Применение неводных растворителей в методе нейтрализации. Техника неводного титрования. Понятие о дифференцирующих и нивелирующих растворителях. Выбор рас-творителя для различных случаев титрования. Метод нейтрализа-ции в анализе нефтепродуктов.

5. Реакции комплексообразования в анализе Применение реакций комплексообразования в анализе.

Важнейшие комплексные соединения, используемые в анализе. Координационное число, дентантность. Образование хелатов. Хе-латообразующие аналитические реагенты. Ступенчатый характер комплексообразования в растворе. Количественные характеристи-ки равновесия комплексообразования: общие и ступенчатые кон-станты устойчивости. Закомплексованность. Влияние концентра-ции свободного лиганда на равновесие комплексообразования. Маскирование и маскирующие реагенты.

Реакции комплексообразования в титриметрическом анали-зе. Значение дентантности лиганда. Использование ЭДТА. Отно-сительная прочность комплексонатов. Использование условных констант для определения возможности и порядка титрования раз-личных металлов. Селективность комплексонометрического тит-рования и пути ее повышения. Способы установления к.т.т. в ком-плексонометрии. Металлохромные индикаторы.

60

6. Окислительно-восстановительные реакции в анализе Применение редокс-процессов в анализе. Направление ре-

докс-процесса в растворе, предсказание этого направления с по-мощью потенциалов. Стандартные, реальные (формальные), изме-ряемые (равновесные) редокс-потенциалы; способы их измерения или расчета. Расчет констант равновесия через потенциалы. Важ-нейшие окислители и восстановители, используемые в анализе; способы изменения силы окислителей и восстановителей (качест-венно).

Реакции окисления-восстановления в титриметрическом анализе. Способы контроля к.т.т. в различных редоксметрических методах. Выбор редокс-индикатора. Техника перманганатометрии, йодометрии. Методы предварительного окисления и восстановле-ния определяемых веществ. Редоксметрическое титрование в ана-лизе нефтепродуктов.

7. Инструментальные методы анализа. Общие вопросы Общие принципы и классификация инструментальных ме-

тодов. Области применения различных методов и сопоставление их возможностей. Выбор метода для решения конкретной анали-тической задачи.

Понятие об аналитическом сигнале. Первичные и вторичные сигналы, их связь с концентрацией определяемого компонента. Связь сигнала с концентрацией определяемого компонента. Чув-ствительность и селективность методики. Фон, его происхождение и способы уменьшения. Предел обнаружения и его оценка. Пути снижения предела обнаружения. Границы определяемых концен-траций.

Способы расчета концентрации по величине аналитического сигнала (методы градуировочного графика, сравнения, добавок). Расчетный вариант градуировочного графика – метод наименьших квадратов. Применимость и преимущества каждого из способов расчета.

61

8. Электрохимические методы анализа Классификация потенциометрических методов. Индикатор-

ные электроды, электроды сравнения. Классификация электродов по механизму возникновения электродного потенциала. Прямая потенциометрия, рН метрия. Потенциометрическое титрование. Применение потенциометрического метода в анализе нефтепро-дуктов.

Вольтамперометрический метод анализа. Общие принципы полярографии. Качественный и количественный анализ по вольт-амперной кривой. Неклассические вольтамперометрические мето-ды. Инверсионная вольтамперометрия. Амперометрическое тит-рование с одним индикаторным электродом.

Электрогравиметрия и кулонометрия. Законы электролиза. Расчет результатов анализа в прямой кулонометрии и кулономет-рическом титровании. Кондуктометрия и кондуктометрическое титрование.

9. Оптические методы анализа 9.1 Общие вопросы. Классификация оптических методов, области применения

разных методов. Использование электромагнитного излучения разного типа для установления структуры атомов и молекул, идентификации веществ, количественного определения, для ана-лиза смесей. Понятие о спектрах поглощения и излучения атомов и молекул. Аналитические сигналы в спектроскопических мето-дах. Определение концентрации веществ без измерения интенсив-ности светового потока (рефрактометрия, поляриметрия), области применения и аналитические возможности соответствующих ме-тодов.

9.1. Атомно-эмиссионный спектральный анализ. Принцип метода. Основные стадии анализа. Особенности и

аналитические возможности спектрального анализа при использо-вании дугового разряда, искрового разряда, индуктивно связанной плазмы. Плазма разного типа как средство атомизации и возбуж-

62

дения. Температура плазмы, состояние вещества и химические реакции в ней. Зависимость интенсивности спектральной линии от различных факторов. Уравнение Ломакина-Шейбе. Аппаратура эмиссионного спектрального анализа. Принципы и преимущества фотографической и фотоэлектрической регистрации спектров. Пламя как источник возбуждения в эмиссионном спектральном анализе. Фотометрия пламени. Преимущества и недостатки спек-трального анализа по сравнению с другими оптическими метода-ми анализа. Использование метода в анализе нефтей и других уг-леродных материалов.

9.2. Атомно-абсорбционный анализ. Принцип метода. Способы атомизации определяемого ком-

понента. Источник света. Аппаратура. Количественный анализ. Возможности, преимущества и недостатки метода атомно-абсорбционной спектроскопии.

9.3. Молекулярная абсорбционная спектроскопия (спектро-фотометрический анализ).

Использование спектров поглощения в видимой, УФ- и ИК- областях для установления структуры молекул, идентификации веществ, выбора условий количественного анализа. Понятие об ИК-спектрометрии. Аналитические возможности метода.

Принципиальная схема приборов для измерения светопо-глощения. Величины, характеризующие поглощение: оптическая плотность, пропускание, молярный коэффициент поглощения. За-кон Бугера – Ламберта – Бера. Причины отклонения от основного закона светопоглощения. Фотоэлектроколориметры и спектрофо-тометры. Выбор оптимальных условий измерения светопоглоще-ния. Диапазон определяемых концентраций. Способы определе-ния концентрации растворов в спектрофотометрическом анализе. Особые варианты метода: дифференциальная фотометрия, фото-метрическое титрование.

63

9.4. Люминесцентный анализ. Принцип метода. Аппаратура. Аналитические возможности

метода, его применение в анализе нефтепродуктов. Низкотемпера-турная люминесценция (НЛ), ее аналитическое применение.

Определение концентрации молекул в растворе без измене-ния интенсивности светового потока (рефрактометрия, поляри-метрия). Возможности соответствующих методов.

10. Методы разделения и концентрирования веществ Необходимость методов разделения и концентрирования, их

классификация по типу используемых фазовых равновесий. Коли-чественные характеристики: коэффициент распределения, степень извлечения, коэффициент обогащения, степень разделения. Абсо-лютное и относительное концентрирование. Многоступенчатые процессы.

Ионный обмен как способ разделения и концентрирования. Ионообменные материалы, их свойства.

10.1 Экстракция. Терминология экстракционного метода. Важнейшие экстра-

генты и требования к ним. Экстракционные реагенты при извле-чении металлов. Закон распределения. Факторы, влияющие на сте-пень извлечения при однократной экстракции. Кратность экстрак-ции. Влияние рН на экстракцию органических веществ. Экстрак-ция хелатов.

10.2. Хроматографические методы анализа. История хроматографии как аналитического метода. Клас-

сификация хроматографических методов. Вид хроматограммы и параметры пика. Концепция теоретических тарелок. Факторы, влияющие на скорость движения компонентов в хроматографиче-ской колонке. Критерии разделения веществ. Эффективность и селективность хроматографического разделения.

Классическая жидкостная колоночная хроматография, при-менение метода и его ограничения. Сорбенты для ЖХ. Жидкост-ная хроматография высокого давления. Устройство и применение

64

жидкостных хроматографов. Тонкослойная и бумажная хромато-графия.

Газотвердофазная (адсорбционная) и газожидкостная (рас-пределительная) хроматография, требования к подвижным и ста-ционарным фазам. Схема хроматографа. Основные узлы хромато-графической аппаратуры. Способы ввода пробы. Виды колонок. Детекторы. Идентификация компонентов смеси по хроматограм-ме. Количественный хроматографический анализ: методы абсо-лютной калибровки, внутреннего стандарта, нормализации. Ана-литические возможности метода ГЖХ. Хроматографические ме-тоды в анализе нефтепродуктов.

11. Методы идентификации Общие подходы к проблеме идентификации. Аналитические

признаки, их характеристичность. Инструментальные методы ка-чественного анализа, в том числе с применением компьютерных технологий. Химические методы обнаружения. Дробный анализ. Систематический анализ. Выбор групповых реагентов. Качествен-ные реакции и их эффекты. Фазовый анализ.

Рекомендуемый библиографический список

Основной 1. Васильев В.П. Аналитическая химия: в 2 т. / В.П. Васильев. – М.: Дрофа, 2003. 2. Вершинин В.И. Практикум по аналитической химии / В.И. Вер-шинин, Т.В. Антонова, С.В. Усова. – Ч. 1. – Омск: ОмГУ, 1998. 3. Вершинин В.И. Практикум по аналитической химии / В.И. Вер-шинин, Т.В. Антонова, И.В. Власова, С.В. Усова. – Ч. 2. – Омск: ОмГУ, 2002. 4. Лурье Ю.Ю. Справочник по аналитической химии / Ю.Ю. Лу-рье. – М.: Химия, 1989.

65

Дополнительный 5. Алексеев В.Н. Количественный анализ / В.Н. Алексеев. – М.: Химия, 1972. 6. Золотов Ю.А. Аналитическая химия: проблемы и достижения / Ю.А. Золотов. – М.: Наука, 1992. 7. Дворкин В.И. Метрология и обеспечение качества количест-венного анализа / В.И. Дворкин. – М.: Химия, 2001. 8. Чарыков А.К. Математическая обработка результатов химиче-ского анализа / А.К. Чарыков. – Л.: Химия, 1984. 9. Вершинин В.И. Лекции по планированию и математической обработке результатов химического эксперимента / В.И. Верши-нин. – Омск: ОмГУ, 1999. 10. Гуляницкий А. Реакции кислот и оснований в аналитической химии / А. Гуляницкий. – М.: Мир, 1975. 11. Шварценбах Г. Комплексонометрическое титрование / Г. Швар-ценбах, Г. Флашка. – М.: Химия, 1970. 12. Турьян Я.И. Окислительно-восстановительные реакции и по-тенциалы в аналитической химии / Я.И. Турьян. – М.: Высшая школа, 1989. 13. Физико-химические методы анализа / под ред. В.Б. Алесков-ского. – Л.: Химия, 1988. 14. Будников Г.К. Основы электроаналитической химии / Г.К. Буд-ников. – Казань: Изд-во Казан. н-та, 1986. 15. Булатов М.И. Практическое руководство по фотометрическим методам анализа / М.И. Булатов, И.П. Калинкин. – Л.: Химия, 1986. 16. Терек Т. Эмиссионный спектральный анализ / Т. Терек, И. Ми-ка, Э. Гегуш. – М.: Мир, 1982. 17. Прайс В. Аналитическая атомно-абсорбционная спектроско-пия / В. Прайс. – М.: Мир, 1986. 18. Кузьмин Н.М. Концентрирование следов элементов / Н.М. Кузь-мин, Ю.А. Золотов. – М.: Наука, 1988. 19. Айвазов Б.В. Введение в хроматографию / Б.В. Айвазов. – М.: Высшая школа, 1983. 20. Ляликов Ю.С. Теоретические основы качественного анализа / Ю.С. Ляликов, Ю.А. Клячко. – М.: Химия, 1978.

66

План лекций

Осенний семестр 1. Аналитическая химия и химический анализ. Виды ана-

лиза. Объекты анализа. Объекты определения. Стадии анализа. Правила пробоотбора. Классификация методов анализа.

2. Химические методы анализа. Аналитические реакции, их равновесия и управление ими (на примере реакций осаждения).

3. Основные теории кислот и оснований. Константы ки-слотности и основности. Понятие об автопротолизе. Классифика-ция растворителей по их способности к автопротолизу. Лиат и лионий. Шкала рН в разных растворителях.

4. Состояние вещества в водном растворе при различных рН. Расчет рН растворов. Буферные растворы в анализе. Механизм буферного действия, буферная емкость.

5. Титриметрический анализ. Классификация титриметриче-ских методов. Техника титриметрического анализа. Понятие об ин-дикаторах, общие требования к ним. Расчет результатов анализа.

6. Протолитические реакции в титриметрическом анализе. Кривые титрования для сильных и слабых кислот (оснований). Выбор кислотно-основного индикатора. Применение неводных растворителей в методе нейтрализации. Техника неводного титро-вания. Выбор растворителя для различных случаев титрования смесей. Метод нейтрализации в анализе нефтепродуктов.

7. Реакции комплексообразования в анализе. Количествен-ные характеристики равновесия комплексообразования: общие и ступенчатые константы устойчивости. Закомплексованность. Мас-кирование и маскирующие реагенты.

8. Реакции комплексообразования в титриметрическом анализе. Использование условных констант для определения воз-можности и порядка титрования различных металлов. Металло-хромные индикаторы.

67

9. Применение редокс-процессов в анализе. Важнейшие окислители и восстановители, используемые в анализе; способы изменения силы окислителей и восстановителей.

10. Реакции окисления-восстановления в титриметрическом анализе. Выбор редокс-индикатора. Методы предварительного окисления и восстановления определяемых веществ. Редоксмет-рическое титрование в анализе нефтепродуктов.

11. Точность анализа. Случайные и систематические по-грешности. Проверка правильности анализа.

12. Воспроизводимость анализа. Статистическая обработка результатов анализа.

13. Реакции осаждения в анализе. Гравиметрический анализ. Возможности метода. Основные расчеты в гравиметрии. Важней-шие седиметрические методы.

14. Общие принципы и классификация инструментальных методов анализа. Аналитический сигнал. Фон. Чувствительность. Предел обнаружения.

15. Способы расчета концентрации по величине аналитиче-ского сигнала.

16. Потенциометрический метод анализа. 17. Вольтамперометрический методы. Классический поля-

рографический анализ. Инверсионная вольтамперометрия. 18. Амперометрическое титрование. Другие электрохимиче-

ские методы (кондуктометрия, электрогравиметрия).

Весенний семестр 1. Виды спектров. Применение спектров разного типа в хи-

мическом анализе. Понятие об ИК-спектрометрии. 2. Атомно-эмиссионный спектральный анализ. 3. Атомно-абсорбционный анализ. Люминесцентный анализ. 4. Принципиальная схема приборов для измерения светопо-

глощения. Закон Бугера – Ламберта – Бера. Выбор оптимальных условий измерения светопоглощения. Диапазон определяемых

68

концентраций. Способы определения концентрации растворов в спектрофотометрическом анализе. Особые варианты метода: диф-ференциальная фотометрия, фотометрическое титрование.

5. Методы разделения и концентрирования. Экстракцион-ный метод. Факторы, влияющие на степень извлечения. Экстрак-ция хелатов.

6. Хроматография (история, классификация методов). Мето-ды получения хроматограмм. Вид хроматограмм и параметры пи-ка. Критерии разделения веществ в хроматографическом процессе. Факторы, влияющие на скорость движения компонентов в хрома-тографической колонке.

7. Газотвердофазная (адсорбционная) и газожидкостная (распределительная) хроматография. Аппаратура ГЖХ и ВЭЖХ. Другие варианты хроматографического анализа.

8. Идентификация компонентов смеси по хроматограмме. Количественные методы хроматографического анализа. Хромато-графические методы в анализе нефтей и углеродных материалов. Общие вопросы идентификации веществ.

9. Химические методы обнаружения. Дробный и системати-ческий анализ. Инструментальные методы качественного анализа.

69

План практикума



Семинары Лабораторные занятия

1 – – 2 Протолитическая теория. Ки-

слотные константы. Состояние вещества при различных рН

Техника безопасности и орга-низация работы лаборатории. Правила взвешивания. Точ-ность записи результатов ана-лиза. Концентрации раство-ров. Работа со справочниками

3 Расчет рН Кислотно-основное равнове-сие. Метод нейтрализации

4 Буферные растворы. Индика-торы

Кислотно-основное титрова-ние в водных растворах (силь-ные электролиты)

5 Реакции комплексообразова-ния в анализе. Маскирование

Кислотно-основное титрова-ние в водных растворах (сла-бые электролиты)

6 Реакции комплексообразова-ния в анализе. Маскирование

Неводные среды. Неводное титрование (определение ще-лочности нефтепродуктов)

7 Точность анализа. Проверка правильности. Оценки вос-производимости (расчетное занятие с применением ком-пьютеров)

Комплексонометрическое тит-рование

8 Статистическая обработка и сравнение результатов анализа

Коллоквиум № 1

9 Редокс-процессы в анализе, их направление, реальные потен-циалы

Статистическая обработка и сравнение результатов анализа

70

№

недели п/п


10 Редокс-индикаторы. Устойчи-вость растворов

Редокс-процессы в анализе, их направление, реальные потен-циалы. Перманганатометрия

11 Решение задач по теме «Ре-докс-равновесие»

Предварительные методы окисления и восстановления. Йодометрия, определение йодного числа нефтепродук-тов

12 Гравиметрический анализ Расчет растворимости осад-ков и управление им. ПРТ, ПРс, ПРусл

13 Инструментальные методы. Аналитический сигнал. Фон

Коллоквиум № 2

14 Пределы обнаружения. Расчет результатов по величине ана-литического сигнала

Ионометрия

15 Классификация электрохими-ческих методов анализа. По-тенциометрический анализ.

Потенциометрическое титро-вание (аргентометрия)

16 Вольтамперометрический анализ

С. Электрохимические мето-ды анализа. Л. Р. Амперометрическое тит-рование (демонстр.)

17 Решение задач Зачетное занятие

71

Весенний семестр



1–2 – Пламенная фотометрия

3–4 – Фотометрическое определе-ние железа

5–6 Коллоквиум № 3 Спектрофотометрический анализ

7–8 Атомно-эмиссионный и атомно-абсорбционный ана-лиз

Основы молекулярной аб-сорбционной спектроскопии

9–10 Методы разделения и концен-трирования. Теория экстрак-ционных равновесий

Экстракционный анализ (разделение и концентриро-вание)

11–12 Теория хроматографического анализа

Газожидкостная хромато-графия (качественный ана-лиз). ТСХ

13–14 Методы идентификации Газожидкостная хромато-графия (количественный анализ)

15–16 – Коллоквиум № 4

72

Вопросы к коллоквиумам

КОЛЛОКВИУМ № 1. Реакции протолиза и комплексообразова-ния в анализе

1. Предмет и методы аналитической химии. Объекты ана-лиза и объекты определения. Классификация методов анализа.

2. Основные этапы (стадии) анализа. Правила пробоотбора. 3. Химические методы анализа. Типы химических реакций,

применяемых в анализе, и основные требования к ним. 4. Константы равновесия реакций, используемых в химиче-

ских методах анализа. Связь констант разного типа (термодина-мических, концентрационных, условных) и их применение.

5. Основные принципы, преимущества, недостатки, облас-ти применения титриметрического анализа. Классификация тит-риметрических методов.

6. Способы установления конечной точки титрования в объемном анализе. Понятие об индикаторах, общие требования к ним.

7. Расчет результатов титриметрического анализа. Рабочие растворы, необходимость и способы их стандартизации. Требова-ния к стандартным веществам.

8. Протолитические реакции в объемном анализе (метод нейтрализации). Области применения, основные реакции, рабочие растворы, их стандартизация. Установление конечной точки тит-рования.

9. Основные положения теории Бренстеда–Лоури. 10. Автопротолиз. Классификация растворителей по их спо-

собности к автопротолизу и роли в протолитическом процессе. 11. Константы кислотности и основности. Влияние раство-

рителей на силу растворенных кислот и оснований. 12. Буферные растворы. Выбор буферной системы. Расчет

рН буферного раствора.

73

13. Состояние вещества в водном растворе при различных значениях рН, ионные диаграммы, их построение и использова-ние.

14. Механизм буферного действия, буферная емкость. Ин-дивидуальные вещества с буферными свойствами.

15. Вид кривых титрования сильных кислот и оснований. Скачок титрования. Влияние концентрации титруемого вещества на его высоту.

16. Вид кривых нейтрализации слабых кислот и оснований. Влияние природы и концентрации титруемого вещества на вид кривых титрования и величину скачка титрования.

17. Ионно-хромофорная теория цветных кислотно-основных индикаторов, зона перехода, показатель титрования. Выбор инди-катора.

18. Обобщенные представления о кислых, щелочных и ней-тральных средах, шкала рН в разных растворителях. Важнейшие неводные растворители, применяемые в анализе.

19. Кислотно-основное титрование в неводных средах. Вы-бор растворителя. Дифференцирующие и нивелирующие раство-рители.

20. Применение реакций комплексообразования в анализе. Важнейшие комплексные соединения, используемые в анализе. Маскирование и маскирующие реагенты.

21. Координационное число, дентантность. Образование хе-латов. Хелатообразующие аналитические реагенты.

22. Ступенчатый характер комплексообразования в раство-ре. Количественные характеристики равновесия комплексообразо-вания.

23. Закомплексованность. Влияние концентрации свободно-го лиганда на равновесие комплексообразования.

24. Реакции комплексообразования в титриметрическом анализе. Значение дентантности лиганда. Хелатоэффект. Исполь-зование ЭДТА в анализе.

74

25. Использование условных констант для определения воз-можности и порядка комплексонометрического титрования раз-личных металлов. Селективность титрования и пути ее повыше-ния.

26. Способы установления к.т.т. в комплексонометрии. Ме-таллохромные индикаторы.

Основные типы стандартных расчетных задач к коллок-

виуму № 1: а) расчет рН растворов разного состава; б) расчет состава буферного раствора и изменения рН буфе-

ра при добавлении к нему кислоты (щелочи); в) определение границ скачка в методе нейтрализации, вы-

бор индикатора; г) расчет результатов комплексонометрического титрования; д) расчет закомплексованности для заданной концентрации

лиганда; е) подбор концентрации маскирующего вещества для обес-

печения заданной закомплексованности; ж) выяснение возможности комплексонометрического тит-

рования в заданных условиях (с помощью условных констант); з) определение границ скачка при комплексонометрическом

титровании, подбор металлохромного индикатора.

КОЛЛОКВИУМ № 2. Метрология. Реакции окисления-восста- новления и осаждения в анализе

1. Абсолютные и относительные погрешности анализа. Правильность и воспроизводимость. Способы проверки правиль-ности анализа. Выборочные параметры.

2. Систематические погрешности, их виды и происхожде-ние. Выявление систематических погрешностей на фоне случай-ных.

75

3. Случайные погрешности, виды их распределения. Нор-мальное распределение.

4. Грубые промахи, способы их выявления. Дрейф. Выбо-рочные параметры.

5. Воспроизводимость результатов анализа. Связь воспро-изводимости с концентрацией определяемого компонента.

6. Расчет доверительных интервалов. Сопоставление ре-зультатов анализа по среднему результату и по воспроизводимо-сти.

7. Применение редокс-процессов в анализе. Стандартные, реальные (формальные), измеряемые (равновесные) редокс-потен- циалы; способы их измерения или расчета.

8. Направление редокс-процесса в растворе, предсказание этого направления с помощью потенциалов. Расчет константы равновесия.

9. Важнейшие окислители и восстановители, используемые в анализе; способы изменения силы окислителей и восстановите-лей (качественно).

10. Реакции окисления-восстановления в титриметрическом анализе. Методы предварительного окисления и восстановления определяемых веществ.

11. Техника перманганатометрии, йодометрии. Редоксмет- рическое титрование нефтепродуктов.

12. Способы контроля к.т.т. в различных редоксметрических методах. Выбор редокс-индикатора.

13. Расчеты растворимости осадков. Способы регулирова-ния растворимости.

14. Влияние pH на растворимость гидроксидов (количест-венно) и солей (качественно). Влияние маскирующих лигандов на растворимость осадков (качественно).

15. Механизм формирования аморфных и кристаллических осадков. Правила получения осадков разного типа в гравиметри-ческом анализе.

76

16. Принципы гравиметрического анализа, области его при-менения и возможности. Методы отгонки. Понятие об элементном органическом анализе.

17. Гравиметрические методы осаждения. Требования к осаждаемой и весовой формам. Важнейшие осадители, их выбор.

18. Реакции осаждения в титриметрическом анализе. Арген-тометрия. Возможность раздельного определения галогенидов.

Основные типы стандартных расчетных задач к коллок-

виуму № 2: а) отбраковка промахов и расчет доверительных интервалов; б) выявление систематических погрешностей на фоне слу-

чайных; в) сравнение выборок по воспроизводимости и среднему ре-

зультату; г) расчет результатов анализа по данным редоксметрическо-

го титрования (прямого, заместительного, обратного); д) определение возможности реакции и расчет константы

равновесия по стандартным или реальным потенциалам, подбор титранта;

е) расчет границ скачка на кривой редокститрования и под-бор редокс-индикатора;

ж) определение потенциала, при котором следует заканчи-вать титрование;

з) расчет результатов гравиметрического и объемного ана-лиза;

и) расчет растворимости осадка в различных условиях по величине ПР;

к) определение условий осаждения в гравиметрии, выбор навески, рН осаждения и способа промывания;

л) расчеты, связанные с приготовлением раствора титранта, и перевод одних концентраций в другие.

77

КОЛЛОКВИУМ № 3. Общие вопросы инструментальных ме-тодов. Электрохимические методы анализа

1. Общие принципы и классификация инструментальных методов. Области применения различных методов и сопоставле-ние их возможностей. Выбор метода для решения конкретной ана-литической задачи.

2. Понятие об аналитическом сигнале. Связь сигнала с концентрацией определяемого компонента.

3. Фон, его происхождение и способы уменьшения. 4. Предел обнаружения и его оценка. Пути снижения пре-

дела обнаружения. 5. Границы определяемых концентраций. 6. Способы расчета концентрации по величине аналитиче-

ского сигнала (методы градуировочного графика, сравнения, до-бавок).

7. Правила построения градуировочных графиков в инст-рументальных методах анализа.

8. Расчетный вариант градуировочного графика – метод наименьших квадратов.

9. Общие принципы и классификация потенциометриче-ских методов анализа. Уравнение Нернста. Требования к индика-торным электродам и электродам сравнения. Важнейшие электро-ды, используемые в анализе.

10. Классификация электродов по механизму возникновения электродного потенциала. Индикаторные электроды, электроды сравнения.

11. Прямая потенциометрия, рН-метрия. 12. Измерение ЭДС компенсационным и некомпенсацион-

ным методом в потенциометрии. 13. Потенциометрическое титрование. 14. Применение потенциометрического метода в анализе

нефтепродуктов.

78

15. Вольтамперометрический метод анализа. Общие прин-ципы полярографии.

16. Качественный полярографический анализ по вольт-ампер-ной кривой.

17. Полярографические максимумы и борьба с ними. Опре-деление ПАВ.

18. Количественный полярографический анализ. 19. Неклассические вольтамперометрические методы. 20. Амперометрическое титрование с одним индикаторным

электродом. Принципы, преимущества, использование на практике. 21. Электрогравиметрия и кулонометрия. Законы электролиза. 22. Расчет результатов анализа в прямой кулонометрии и в

кулонометрическом титровании. Основные типы стандартных расчетных задач к коллок-

виуму № 3: а) расчет результатов анализа по величине аналитического

сигнала (для разных способов расчета); б) расчет предела обнаружения; в) расчет концентрации определяемого компонента по вели-

чине потенциала индикаторного электрода; г) расчет потенциала индикаторного электрода в т.э. при по-

тенциометрическом титровании; д) нахождение к.т.т. и дальнейший расчет результатов при

амперометрическом (кулонометрическом) титровании; е) нахождение потенциала полуволны по уравнению поля-

рографической волны; ж) определение концентрации определяемого компонента по

величине предельного тока (количества электричества) разными способами;

з) оценка Сmin в электрохимических методах.

79

КОЛЛОКВИУМ № 4. Оптические методы анализа. Методы разделения и концентрирования

1. Классификация оптических методов. Области электро-магнитного спектра, используемые в оптических методах анализа. Атомные и молекулярные спектры, их форма и происхождение. Спектры поглощения и излучения для атомов и молекул. Примене-ние спектров разного типа в химическом анализе.

2. Происхождение аналитического сигнала в атомно-эмиссионном спектральном анализе. Основные стадии анализа. Аналитические возможности метода.

3. Плазма разного типа как средство атомизации и возбуж-дения. Температура плазмы, состояние вещества и химические реакции в ней. Пламя как источник возбуждения в эмиссионном спектральном анализе.

4. Фотометрия пламени. Особенности и аналитические возможности спектрального анализа при использовании дугового разряда, искрового разряда, индуктивно связанной плазмы.

5. Аппаратура эмиссионного спектрального анализа. Прин-ципы и преимущества фотографической и фотоэлектрической ре-гистрации спектров. Уравнение Ломакина-Шейбе.

6. Преимущества и недостатки спектрального анализа по сравнению с другими оптическими методами анализа. Использо-вание метода в анализе нефтей и других углеродных материалов.

7. Атомно-абсорбционный анализ. Принцип метода. Спо-собы атомизации определяемого компонента. Источник света. Аппаратура. Количественный анализ. Возможности, преимущест-ва и недостатки метода атомно-абсорбционной спектроскопии.

8. Молекулярная абсорбционная спектроскопия (спектро-фотометрический анализ). Использование спектров поглощения в видимой, УФ- и ИК- областях для установления структуры моле-кул, идентификации веществ, выбора условий количественного анализа.

80

9. Понятие об ИК-спектрометрии. Аналитические возмож-ности метода.

10. Принципиальная схема приборов для измерения свето-поглощения. Фотоэлектроколориметры и спектрофотометры.

11. Величины, характеризующие поглощение: оптическая плотность, пропускание, молярный коэффициент поглощения. За-кон Бугера – Ламберта – Бера. Причины отклонения от основного закона светопоглощения.

12. Выбор оптимальных условий измерения светопоглоще-ния. Диапазон определяемых концентраций. Способы определе-ния концентрации растворов в спектрофотометрическом анализе. Особые варианты метода: дифференциальная фотометрия, фото-метрическое титрование.

13. Люминесцентный анализ. Принцип метода. Аппаратура. Аналитические возможности метода, его применение в анализе нефтепродуктов. Низкотемпературная люминесценция (НЛ), ее аналитическое применение.

14. Определение концентрации молекул в растворе без из-менения интенсивности светового потока (рефрактометрия, поля-риметрия). Возможности соответствующих методов.

15. Необходимость методов разделения и концентрирова-ния, классификация таких методов по типу используемых фазовых равновесий.

16. Количественные характеристики: коэффициент распре-деления, степень извлечения, коэффициент обогащения, степень разделения. Абсолютное и относительное концентрирование. Многоступенчатые процессы.

17. Ионный обмен как способ разделения и концентрирова-ния. Ионообменные материалы, их свойства.

18. Экстракция. Терминология экстракционного метода. Важнейшие экстрагенты и требования к ним. Экстракционные реагенты при извлечении металлов.

81

19. Закон распределения. Факторы, влияющие на степень извлечения при однократной экстракции. Кратность экстракции.

20. Влияние рН на экстракцию органических веществ. Экс-тракция хелатов.

21. Хроматографические методы анализа. История хромато-графии как аналитического метода. Классификация хроматогра-фических методов.

22. Факторы, влияющие на скорость движения компонентов в хроматографической колонке. Вид хроматограммы и параметры пика. Критерии разделения веществ.

23. Классическая жидкостная колоночная хроматография, применение метода и его ограничения. Сорбенты для ЖХ. Жидко-стная хроматография высокого давления. Устройство и примене-ние жидкостных хроматографов.

24. Тонкослойная и бумажная хроматография. 25. Газотвердофазная (адсорбционная) и газожидкостная

(распределительная) хроматография, требования к подвижным и стационарным фазам.

26. Схема хроматографа. Основные узлы хроматографиче-ской аппаратуры. Способы ввода пробы. Виды колонок. Детекторы.

27. Идентификация компонентов смеси по хроматограмме. 28. Количественный хроматографический анализ: методы

абсолютной калибровки, внутреннего стандарта, нормализации. 29. Аналитические возможности метода ГЖХ. Хроматогра-

фические методы в анализе нефтепродуктов. 30. Общие подходы к проблеме идентификации. Аналитиче-

ские признаки, их характеристичность. 31. Инструментальные методы качественного анализа, в том

числе с применением компьютерных технологий. 32. Химические методы обнаружения. Дробный анализ.

Систематический анализ. Выбор групповых реагентов. 33. Качественные реакции и их эффекты. Фазовый анализ.

82


а) расчет концентрации элемента в атомно-эмиссионном спектральном анализе (для разной техники регистрации и разных методов расчета);

б) нахождение и пересчет различных характеристик свето-поглощения;

в) определение величины молярного коэффициента светопо-глощения;

г) расчет концентрации раствора по известной величине оп-тической плотности (или светопропускания);

д) расчет предела обнаружения для любого оптического ме-тода;

е) расчет степени извлечения за однократную и многократ-ную экстракции;

ж) расчет требуемого числа экстракций; з) расчет степени извлечения компонента при заданном зна-

чении рН (с учетом констант распределения); и) расчет концентрации вещества по хроматограмме; к) расчет числа теоретических тарелок и ВЭТТ по хромато-

графическим данным; л) подбор длины колонки или условий, обеспечивающих ко-

личественное разделение пары веществ при хроматографическом анализе.

УЧЕБНЫЙ ПЛАН СПЕЦИАЛИЗАЦИИ «АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ»

Объем ауд.часов Курс Се-

местр Название Лекции Семи-нары

Лабор. Всего Контроль

III 6-й Планирование и обработка результатов химического эксперимента (электив) 24 – 14 38 зачет

III 6-й Спектральный анализ 20 6 24 50 зачет IV 7-й Хроматографический анализ 44 – 52 96 экз., зачет IV 8-й Спектрофотометрический анализ 36 – 66 102 экз., зачет IV 8-й Электрохимические методы анализа 24 – 28 52 зачет IV 8-й Работа с литературой (электив) 6 10 – 16 зачет IV 8-й Организация и метрология аналитического контроля 20 12 12 44 зачет IV 8-й Методы анализа и исследования нефтепродуктов 20 12 24 56 зачет V 9-й Анализ объектов окружающей среды 26 20 20 66 экз., зачет V 9-й История и методология аналитической химии 18 12 – 30 зачет

V 10-й Элементный и функциональный анализ органических соединений (факультатив) 12 – 28 40 зачет

Итого (без учета факультативов и элективов) 208 62 226 496 3 экз., 8 зачетов

Ознакомительная практика – 7-й с. (1 раз в неделю) Курсовые работы – 7–9-й с. Дипломирование – 10-й с. (10 недель) Производственная практика – 8-й с. (4 недели) Защита курсовой работы – 8-й с. Защита дипломной работы Практика по специализации – 9-й с. (1 раз в неделю) Госэкзамен по химии – 9-й с. Преддипломная практика – 10-й с. (11 недель)

Учебное издание

Составители В.И. Вершинин, И.В. Власова, Т.В. Антонова, С.В. Усова

А Н А Л И ТИ Ч Е С К А Я Х И М И Я

Учебно-методическое пособие

для студентов химического факультета

Технический редактор М.В. Быкова Редактор О.А. Сафонова

______________________________________________________________________ Подписано к печати 13.04.2005. Формат бумаги 60х84 1/16.

Печ. л. 5,25. Уч.-изд. л. 4,6. Тираж 100 экз. Заказ 169. _______________________________________________________________________________ Издательство ОмГУ 644077, г. Омск-77, пр. Мира, 55а, госуниверситет

Documents

640 Л И ТИ Ч Е С К А Я Х И М И Яwindow.edu.ru/resource/530/42530/files/omsu265.pdf · 2015. 1. 12. · для студентов химического факультета