КАТЕГОРИИ: АстрономияБиологияГеографияДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника

Восстановители. ⇐ ПредыдущаяСтр 32 из 64Следующая ⇒

54Оксидиметрия — совокупность объемных (титриметрических) методов анализа, в основе которых лежат окислительно-восстановительные реакции. Оксидиметрия подразделяется на йодометрию, бромометрию, перманганатометрию и др. Все эти методы широко применяются в клинических и санитарно-гигиенических лабораториях.
Йодометрия основана на окислительно-восстановительной реакции:
которая в зависимости от природы анализируемых веществ и условий проведения может протекать как в прямом, так и обратном направлении. При определении восстановителей используют прямую реакцию:
В этом случае объем анализируемого раствора, к которому добавлено несколько капель индикатора (раствор крахмала), титруют рабочим раствором йода известной концентрации до появления синей окраски. Изменение окраски указывает на то, что весь определяемый восстановитель окислился. При определении окислителей используют обратную реакцию:
В этом случае анализируемый раствор подкисляют и добавляют к нему значительный избыток раствора йодида калия. Выделившийся при этом йод в количестве, эквивалентном определяемому окислителю, титруют рабочим раствором тиосульфата натрия, концентрация которого известна. Перед концом титрования (титруемый раствор окрашен йодом в слабый желтый цвет) к раствору добавляют несколько капель раствора крахмала и титрование продолжают до исчезновения синей окраски. Тиосульфат реагирует с йодом по уравнению: 2Na₂S₂O₃ + I₂ = 2NaI + Na₂S₄O₆.
Нормальную концентрацию (H) анализирующего вещества вычисляют по формуле:
, где Hp — нормальная концентрация рабочего раствора, V — объем анализируемого раствора, Vp — объем рабочего раствора, пошедший на титрование.
В основе перманганатометрии лежит реакция между перманганатом калия KMnO₄, являющимся окислителем, и каким-либо восстановителем. Реакцию проводят в кислой среде. При этом семивалентный марганец восстанавливается до двухвалентного:
При определении восстановителей анализируемый раствор, подкисленный серной кислотой, титруют рабочим раствором перманганата калия до появления слабой розовой окраски раствора, указывающей на то, что весь определяемый восстановитель окислился и в растворе появились ионы MnO₄. Нормальную концентрацию восстановителя вычисляют по формуле (1). При определении окислителей анализируемый раствор подкисляют серной кислотой и добавляют к нему измеренный объем восстановителя (обычно FeS0₄), взятый в избытке по сравнению с определяемым окислителем. Не вступивший в реакцию избыток FeS0₄ титруют рабочим раствором перманганата. Нормальную концентрацию определяемого окислителя вычисляют по формуле:
где V, V₁ и V₂ — объемы анализируемого раствора, раствора FeSO₄ и рабочего раствора перманганата, пошедшего на титрование избытка FeSO₄, соответственно; H₁, H₂— нормальные концентрации растворов FeSO₄ и KMnO₄.
См. также Концентрация, Титрование.

Оксидиметрия — совокупность методов объемного химического анализа, в основе которых лежат окислительно-восстановительные реакции. В результате этих реакций одни вещества (восстановители) окисляются, а другие (окислители) восстанавливаются; при этом окисляющееся вещество теряет электроны, а восстанавливающееся их приобретает. Например, при взаимодействии трехвалентных ионов железа с ионами йода
2Fe³++2J^-=2Fe²++J₂
ионы йода теряют электроны и окисляются до свободного йода: 2J^-—2e=J₂, а ионы трехвалентного железа, присоединяя электроны, восстанавливаются до ионов двухвалентного железа— Fe³⁺+e=Fe²⁺. В каждой окислительно-восстановительной реакции число электронов, теряемых восстановителем, равно числу электронов, приобретаемых окислителем. Сущность оксидиметрии состоит в измерении посредством титрования (см.) объема рабочего раствора данного окислителя (восстановителя), который необходимо затратить на полное окисление (или восстановление) исследуемого вещества, содержащегося в данном объеме его раствора, взятого для титрования. По данным титрования вычисляют нормальность и или титр Т (см. Концентрация) исследуемого раствора:
где н₀ и V₀ — нормальность и объем рабочего раствора, V и Э — объем раствора и эквивалентный вес определяемого вещества.
Из многочисленных методов оксидиметрии в санитарно-гигиенических, клинических, фармацевтических и биохимических лабораториях наиболее широко применяют перманганатометрию и йодометрию. В перманганатометрии в качестве рабочего раствора применяют раствор перманганата калия — КМп04, концентрация которого точно установлена и обычно близка к 0,05 н. Определение восстановителей производят прямым титрованием исследуемого раствора рабочим раствором КMnO₄. Определение окислителей проводят методом обратного титрования (см.). Титрование раствором КМп04 обычно производят без индикатора и заканчивают, как только титруемый раствор приобретает слабую малиновую окраску вследствие появления в конце титрования небольшого избытка ионов MnO₄.
В йодометрии применяют два рабочих раствора: раствор йода — J₂ и раствор тиосульфата (гипосульфита) натрия — Na₂S₂O₃, концентрации которых точно установлены и обычно близки к 0,05 н. Йодометрическое определение восстановителей производят методом обратного титрования. Для этого к данному раствору восстановителя приливают точно измеренный объем (взятый в избытке) рабочего раствора йода. Часть йода, не вошедшую в реакцию с определяемым восстановителем, титруют рабочим раствором тиосульфата натрия. Йодометрическое определение окислителей производят, добавляя к данному объему раствора окислителя избыток раствора йодистого калия— KJ. При этом ионы йода — J - окисляются до свободного йода — J₂, который титруется тиосульфатом натрия. Таким образом, йодометрическое определение как окислителей, так и восстановителей сводится к титрованию свободного йода рабочим раствором тиосульфата натрия. Для определения конца титрования (точки эквивалентности) в качестве индикатора используют раствор крахмала, 2—3 мл которого добавляют к титруемому раствору. При наличии свободного йода крахмал окрашивается в синий цвет, титрование ведут до исчезновения синей окраски раствора.

55Инструментальные методы анализа — количественные аналитические методы, для выполнения которых требуется электрохимическая оптическая, радиохимическая и иная аппаратура. К инструментальным методам анализа обычно относят:

· электрохимические методы — потенциометрию, полярографию, кондуктометрию и др.;

· методы, основанные на испускании или поглощении излучения,— эмиссионный спектральный анализ, фотометрические методы, рентгеноспектральный анализ и др.;

· масс-спектральный анализ;

· методы, основанные на измерении радиоактивности.

Имеются и другие инструментальные методы анализа.

отоколориметрический метод анализа основан на измере­нии поглощения света немонохроматического излучения окра­шенными соединениями в видимой области спектра.

Если исследуемые соединения бесцветны, их переводят в-окрашенные соединения путем взаимодействия с различными-реактивами. В этом случае окрашенные соединения в большин­стве своем являются комплексными или внутрикомилфсными соединениями. Последние должны быть прочными, иметц посто­янный состав, высокую интенсивность окраски. ,

В зависимости от способа измерения концентрации веществ-в окрашенных растворах, от применяемой аппаратуры методы фотоколориметрического анализа подразделяются в основном на два вида: визуальные и фотоэлектрические.

При визуальном методе, называемом колориметрическим, интенсивность окраски исследуемых растворов сравнивается с интенсивностью окраски стандартных растворов, в которых кон­центрация вещества известна.

При фотоэлектрических методах анализа интенсивность ок­раски, т. е. погашение (А)окрашенного раствора исследуемого-вещества, измеряют с помощью приборов - фотоэлектроколо-риметров (ФЭК) (рис. 7) или спектрофотометра в видимой области спектра.

Методы анализа, связанные с измерением поглощения света (спектрофотометрия, фотоколориметрия) базируются на объединенном законе Бугера - Ламберта - Бера, который уста­навливает зависимость между поглощающей способностью ис­следуемого раствора, концентрацией вещества этого раствора и толщиной поглощающего слоя.

Спектрофотометрия (абсорбционная) — физико-химический метод исследования растворов и твёрдых веществ, основанный на изучении спектров поглощения в ультрафиолетовой (200—400 нм), видимой (400—760 нм) и инфракрасной (>760 нм) областях спектра. Основная зависимость, изучаемая в спектрофотометрии, — зависимость интенсивности поглощения (как правило измеряется оптическая плотность - логарифм светопропускания т.к. она зависит линейно от концентрации вещества) падающего света от длины волны. Спектрофотометрия широко применяется при изучении строения и состава различных соединений (комплексов, красителей, аналитических реагентов и др.), для качественного и количественного определения веществ (определения следов элементов вметаллах, сплавах, технических объектах). Приборы спектрофотометрии — спектрофотометры.

56Хроматография – процесс, основанный на многократном повторении актов сорбции и десорбции вещества при перемещении его в потоке подвижной фазы вдоль неподвижного сорбента. Разделение сложных смесей хроматографическим способом основано на различнойсорбируемости компонентов смеси. В процессе хроматографирования так называемая подвижная фаза (элюент), содержащая анализируемую пробу, перемещается через неподвижную фазу. Обычно неподвижная фаза представляет собой вещество с развитой поверхностью, а подвижная – поток газа или жидкости, фильтрующейся через слой сорбента. При этом происходит многократное повторение актов сорбции – десорбции, что является характерной особенностью хроматографического процесса и обуславливает эффективность хроматографического разделения.

Качественный хроматографический анализ, т.е. индетификация вещества по его хроматограмме, может быть выполнен сравнением хроматограических характеристик, чаще всего удерживаемого объема (т.е. объема подвижной фазы, пропущенной через колонку от начала ввода смеси до появления данного компонента на выходе из колонки), найденных при определенных условиях для компонентов анализируемой смеси и для эталона.

Количественный хроматографический анализ проводят обычно на хроматографе. Метод основан на измерении различных параметров хроматографического пика, зависящих от концентрации хроматографируемых веществ – высоты, ширины, площади и удерживаемого объема или произведения удерживаемого объема на высоту пика.

В количественной газовой хроматографии применяют методы абсолютной градуировки и внутренней нормализации, или нормировки. Используется также метод внутреннего стандарта. При абсолютной градуировке экспериментально определяют зависимость высоты или площади пика от концентрации вещества и строят градуировочные графики или рассчитывают соответствующие коэффициенты. Далее определяют те же характеристики пиков в анализируемой смеси, и по градуировочному графику находят концентрацию анализируемого вещества. Этот простой и точный метод является основным при определении микропримесей.

При использовании метода внутренней нормализации принимают сумму каких-либо параметров пиков, например сумму высот всех пиков или сумму их площадей, за 100%. Тогда отношение высоты отдельного пика к сумме высот или отношение площади одного пика к сумме площадей при умножении на 100 будет характеризовать массовую долю (%) компонента в смеси. При таком подходе необходимо, чтобы зависимость величины измеряемого параметра от концентрации была одинаковой для всех компонентов смеси.

По агрегатному состоянию применяемых фаз. Согласно этой классификации хроматографию подразделяют на газовую и жидкостную. Газовая включает газо-жидкостную и газо-адсорбционную хроматографию. Жидкостная хроматография подразделяется на жидкостно – жидкостную, жидкостно – адсорбционную и жидкостно – гелевую. Первое слово в этой классификации характеризует агрегатное состояние подвижной фазы.

По механизмам разделения, т.е. по характеру взаимодействия между сорбентом и сорбатом. По этой классификации хроматографию подразделяют на следующие виды:

1. адсорбционная хроматография – разделение основано на различии в адсорбируемости разделяемых веществ твердым адсорбентом;

2. распределительная хроматография – разделение основано на различии в растворимости разделяемых веществ в неподвижной фазе (газовая хроматография) и на различии в растворимости разделяемых веществ в подвижной и неподвижной жидких фазах;

3. ионообменная хроматография – разделение основано на различии в способности разделяемых веществ к ионному обмену;

4. проникающая хроматография – разделение основано на различии в размерах или формах молекул разделяемых веществ, например, при применении молекулярных сит (цеолитов);

5. осадочная хроматография – разделение основано на образовании различных по растворимости осадков разделяемых веществ с сорбентом;

6. адсорбционно-комплексообразовательная хроматография – разделение основано на образовании координационных соединений различной прочности в фазе или на поверхности адсорбента.

Следует иметь в виду, что очень часто процесс разделения протекает по нескольким механизмам.

По применяемой технике:

1) колоночная хроматография – разделение веществ проводится в специальных колонках;

2) плоскостная хроматография: а – бумажная – разделение веществ проводится на специальной бумаге; б – тонкослойная – разделение веществ проводится в тонком слое сорбента.

В колоночной и тонкослойной хроматографии можно использовать любой из приведенных выше механизмов разделения, в бумажной хроматографии чаще всего применяют распределительный и ионообменный механизмы.

По способу относительного перемещения фаз различают фронтальную, или элюэнтную, и вытеснительную хроматографию.

Фронтальный метод. Это простейший по методике вариант хроматографии. Он состоит в том, что через колонку с адсорбентом непрерывно пропускают анализируемую смесь, например, компонентов А и В в растворителе Solv. В растворе, вытекающем из колонки, определяют концентрацию каждого компонента и строят график в координатах концентрация вещества – объем раствора, прошедшего через колонку. Эту зависимость обычно и называют хроматограммой или выходной кривой.

Вследствие сорбции веществ А и В сначала из колонки будет вытекать растворитель Solv, а затем растворитель и менее сорбирующийся компонент А, затем и компонент В и, таким образом, через некоторое время состав раствора при прохождении через колонку меняться не будет. Метод применяется, например, для очистки раствора от примесей, если они сорбируются существенно лучше, чем основной компонент, или для выделения из смеси наиболее слабо сорбирующегося вещества.

Проявительный (элюентный) метод.При работе по этому методу в колонку водят порцию анализируемой смеси, содержащей компоненты А и В в растворителе Solv, и колонку непрерывно промывают газом-носителем или растворителем Solv. При этом компоненты анализируемой смеси разделяются на зоны: хорошо сорбирующееся вещество В занимает верхнюю часть колонки, а менее сорбирующийся компонент А будет занимать нижнюю часть.

В газе или растворе, вытекающем из колонки, сначала появляетсякомпонент А, далее – чистый растворитель, а затем компонент В. Чем больше концентрация компонента, тем выше пик и больше его площадь, что составляет основу количественного хроматографическогоанализа. Проявительный метод дает возможность разделять сложные смеси, он наиболее часто применяется в практике. Недостатком метода является уменьшение концентрации выходящих растворов за счет разбавления растворителем или газом-носителем.

Вытеснительный метод. В этом методе анализируемую смесь компонентов А и В в растворителе Solv вводят в колонку и промывают раствором вещества D (вытеснитель), которое сорбируется лучше, чем любой из компонентов анализируемой смеси.

Концентрация раствора при хроматографировании не уменьшается, в отличие от проявительного метода. Существенным недостатком вытеснительного метода является возможное наложение зоны одного вещества на зону другого, поскольку зоны компонентов в этом методе не разделены зоной растворителя.

В хроматографии чаще всего используют методику проявительного (элюентного) анализа, в этом случае наблюдаемый пик в координатах концентрация - объем называют хроматографическим пиком и характеризуют высотой, шириной и площадью.

В аналитической практике широко используют метод газожидкостной хроматографии (ГЖХ). Это связано с чрезвычайным разнообразием жидких неподвижных фаз, что облегчает выбор селективной для данного анализа фазы. Для обеспечения селективности колонки важно правильно выбрать неподвижную жидкую фазу. Эта фаза должна быть хорошим растворителем для компонентов смеси (если растворимость мала, компоненты выходят из колонки очень быстро), нелетучей (чтобы не испарялась при рабочей температуре колонки), химически инертной, должна обладать небольшой вязкостью (иначе замедляется процесс диффузии) и при нанесении на носитель образовывать равномерную пленку, прочно с ним связанную. Разделительная способность неподвижной фазы для компонентов данной пробы должна быть максимальной.

Носители неподвижных жидких фаз. Твердые носители для диспергирования неподвижной жидкой фазы в виде однородной тонкой пленки должны быть механически прочными с умеренной удельной поверхностью (порядка 20 м²/г), небольшим и одинаковым размером частиц, а также быть достаточно инертными, чтобы адсорбция на поверхности раздела твердой и газообразной фаз была минимальной. Самая слабая адсорбция наблюдается на носителях из силанизированного хромосорбата, стеклянных гранул и флуоропака(фторуглеродный полимер). Кроме того, твердые носители не должны реагировать на повышение температуры и должны легко смачиваться жидкой фазой. В газовой хроматографии хелатов в качестве твердого носителя чаще используют силанизированныедиатомитовые носители – диамитовый кремнезем, или кизельгур

57Биологически значимые элементы (в противоположность биологически инертным элементам) — химические элементы, необходимые живым организмам для обеспечения нормальной жизнедеятельности. Биологически значимые элементы классифицируют на макроэлементы (содержание которых в живых организмах составляет больше 0,01 %) и микроэлементы (содержание менее 0,001 %).

Содержание

[убрать]

· 1 Использование термина «минерал» по отношению к биологически значимым элементам

· 2 Макроэлементы

o 2.1 Биогенные элементы

o 2.2 Другие макроэлементы

· 3 Микроэлементы

o 3.1 Основные микроэлементы

· 4 Совместимость

· 5 Недостаток микроэлементов в организме

· 6 См. также

· 7 Литература

Использование термина «минерал» по отношению к биологически значимым элементам[править | править вики-текст]

Микро- и макроэлементы (кроме кислорода, водорода и азота), попадают в организм, как правило, при приёме пищи. Для их обозначения в английском языке существует термин Dietary mineral.

В конце XX века российские производители некоторых лекарственных препаратов и биологически активных добавокстали использовать для обозначения макро- и микроэлементов термин минерал. С научной точки зрения такое употребление термина «минерал» является неправильным, так как оно используется только для обозначения геологического природного тела с кристаллической структурой. Тем не менее, производители т. н. «биологических добавок» (возможно, в рекламных целях) стали называть свою продукцию витаминно-минеральными комплексами.

Макроэлементы[править | править вики-текст]

Эти элементы слагают плоть живых организмов. К макроэлементам относят те элементы, рекомендуемая суточная доза потребления которых составляет более 200 мг. Макроэлементы, как правило, поступают в организм человека вместе с пищей.

Биогенные элементы[править | править вики-текст]

· Кислород — 65 %

· Углерод — 18 %

· Водород — 10 %

· Азот — 3 %

Эти макроэлементы называют биогенными (органогенными) элементами или макронутриентами(англ. macronutrient). Из макронутриентов преимущественно построены такие органические вещества, как белки, жиры,углеводы и нуклеиновые кислоты. Для обозначения макронутриентов иногда используют акроним CHNO, состоящий из обозначений соответствующих химических элементов в таблице Менделеева.

Другие макроэлементы[править | править вики-текст]

Рекомендуемая суточная доза > 200 мг:

· Калий

· Кальций

· Магний

· Натрий

· Сера

· Фосфор

· Хлор

Микроэлементы[править | править вики-текст]

Термин «микроэлементы» получил особое распространение в медицинской, биологической и сельскохозяйственной научной литературе в середине XX века. В частности, для агрономов стало очевидным, что даже достаточное количество «макроэлементов» в удобрениях (троица NPK — азот, фосфор, калий) не обеспечивает нормального развития растений.

Микроэлементами называются элементы, содержание которых в организме мало, но они участвуют в биохимическихпроцессах и необходимы живым организмам. Рекомендуемая суточная доза потребления микроэлементов для человека составляет менее 200 мг. В последнее время стал использоваться заимствованный из европейских языков термин микронутриент (англ. micronutrient).

Поддержание постоянства внутренней среды (гомеостаза) организма предусматривает в первую очередь поддержание качественного и количественного содержания минеральных веществ в тканях органов на физиологическом уровне.

Основные микроэлементы[править | править вики-текст]

По современным данным более 30 микроэлементов считаются необходимыми для жизнедеятельности растений,животных и человека. Среди них (в алфавитном порядке):

· Бром

· Железо

· Йод

· Кобальт

· Марганец

· Медь

· Молибден

· Селен

· Фтор

· Хром

· Цинк

Чем меньше концентрация соединений в организме, тем труднее установить биологическую роль элемента, идентифицировать соединения, в образовании которых он принимает участие. К числу несомненно важных относят бор, ванадий, кремний и др.

58Человеческий организм состоит из 70-80% воды, в некоторых растениях воды содержится до 90% и более. Такое высокое содержание воды в живом организме невольно наводит на мысль о более значимой ее роли, нежели простой нейтральный растворитель или некая нейтральная среда.

Но какова же действительная реальная роль воды в организме? Какие основные функции и как она их исполняет? Ведь по этому поводу уже имеется достаточный объем научных сведений, которыми можно описать практически весь наблюдаемый спектр воз действия воды на организм. Конечно, можно придумать и сочинить любые другие самые невероятные варианты воздействий и взаимодействий воды с организмом. Как различить реальное с нереальным, с искусственно придуманным? Само собой разумеется, единст венным критерием в этом споре может служить аргумент научного обоснования того или иного утверждения. Другого нам не дано. Все остальное лежит в области догадок, версий, предположений, фантазий и даже конъюнктурных спекуляций.

Живые организмы строят свои тела, структуры, органы и жизнеобеспечивающие функции из тех материалов, которые их окружают в их естественной окружающей среде. Во-первых, эти материалы должны быть относительно легко доступны, во-вторых, они должны удовлетворять требованиям обеспечения комфортного существования организма, и, в-третьих, исполнять необходимые функции основного жизнеобеспечения, возложен ные на них живым организмом.

Эти положения общеизвестны и наукой пока не обнаружено чего-то необычного в этом роде, что отсутствовало бы в обычной окружающей среде. Среди компонентов ок ружающей среды, используемых живыми организмами, особое место, в силу своих специ фических свойств, занимает вода. Рассмотрим эти ее специфические особенности.