Основы количественного анализа

Задачей аналитической химии является разработка методов определения состава различных объектов, как природного, так и искусственного происхождения. Методы химического анализа включают качественный анализ – идентификация (обнаружение) компонентов анализируемого объекта и количественный анализ – определение содержания (массы, концентрации) или количественного соотношения компонентов в анализируемом объекте.

Методы количественного анализа широко применяются во всех областях деятельности человека, в том числе в биохимии и медицине, где диагностика многих заболеваний основана на сравнении результатов анализа крови, мочи, желудочного сока, спинномозговой жидкости и др., взятых у конкретного больного, с нормальным содержанием определяемых компонентов в этих биожидкостях. Количественный анализ используется также при определении качества пищевых продуктов, питьевой воды, лекарственных препаратов и др.

Методы количественного анализа.Методы количественного анализа моно разделить на химические и физико-химические. Химические методы основаны на проведении химических реакций между изучаемым объектом и специально подобранным реактивом. Объектом как правило служит раствор. Определение проводится по количеству затраченного реактива или по количеству полученного продукта реакции. Различают гравиметрический и титриметрический методы анализа. Гравиметрический анализ основан на полном количественном выделении компонента раствора (как правило, в виде осадка) и последующем его взвешивании. Титриметрический анализ заключается в точном определении объема раствора реактива с известной концентрацией, необходимого для полного протекания реакции с данным объемом анализируемого раствора.

Физико-химические методы анализа – это аппаратурные методы, основанные на количественном изучении зависимости «состав – физическое свойство объекта». К ним относится потенциометрия, кулонометрия, спектрофотометрия и другие.

Вне зависимости от метода количественный анализ включает следующие этапы: отбор и подготовка пробы для анализа; перевод анализируемой части пробы в состояние, удобное для анализа; расчет результата единичного определения; расчет результата анализа путем усреднения результатов единичных определений.

Теоретические основы титриметрического анализа.Титриметрия – совокупность методов количественного анализа, основанных на измерении количества реагента, необходимого для взаимодействия с определяемым веществом в растворе в соответствии со стехиометрией химической реакции между ними.

В основе титриметрического метода анализа лежит один из законов стехиометрии – закон эквивалентов.

Химическим эквивалентом называется реальная или условная частица вещества, в обменной реакции присоединяющая или замещающая один однозарядный ион (протон), а в окислительно-восстановительной реакции – участвующая в переносе одного электрона. Химический эквивалент вещества Х обозначается .

В обменных реакциях:

Al₂(SO₄)₃ + 3 BaCl₂ → 2 AlCl₃ + 3 BaSO₄

H₃PO₄ + 2 KOH → K₂HPO₄ + 2 H₂O

эквиваленты реагирующих веществ равны:

Фактор эквивалентности показывает, какая часть структурной или формульной единицы вещества соответствует ее эквиваленту в данной реакции.

Для окислительно-восстановительной реакции:

2 KMnO₄ + 5 H₂O₂ + 3 H₂SO₄ → 2 MnSO₄ + 5 O₂ + K₂SO₄ + 8 H₂O

эквивалент перманганата калия (MnO₄ ^- + 8Н⁺ + 5е^- → Mn²⁺ + 4 H₂O) равен

а эквивалент пероксида водорода (H₂O₂ – 2е^-→ O₂ + 2Н⁺) равен

Таким образом, в реакцию вступают равные количества веществ эквовалентоа окислителя и восстановителя: