Аналитична химия

[Mozo]

КОЛИЧЕСТВЕН АНАЛИЗ


Задачата на количествения анализ е да се определят точните количествени съотношения, в които са застъпени отделните компоненти, влизащи в състава на изследваното вещество. Най-често се налага да се определи чистотата на дадено вещество или концентрацията на разтвори. След като въз основа на резултатите от качествения анализ или други предварително събрани данни съставът на пробата е известен и е получена ориентация за количеството на компонентите, може да се прецени количеството на изходната проба, както и да се подбере подходящ количествен метод за анализ.
За провеждането на количествен анализ трябва да се познават:
• свойствата на веществата
• стехиометрията на взаимодействието
• степента на протичане на реакцията (химично равновесие)
Всяко количествено определение се състои от три основни операции:
• претегляне на определено количество от пробата за анализ
• химическо взаимодействие между определения компонент и съответния реактив
• и физическо измерване.
Според характера и физическото измерване методите за количествен анализ се делят на три групи:
- определяне количеството на продукта от реакцията.Тук спада преди всичко тегловният анализ, а така също и електроаналитичните определения .
- определяне количеството на изразходвания реактив. Тази група обхваща методите на обемния анализ.
- измерване на някакво характерно свойство на системата, изменящо се пропорционално на количеството на интересуващият ни компонент. Тук са обединени методите, основани на способността на системата да абсорбира, излъчва, пречупва или разсейва светлина (спектрофотометрия, ренгенови и електрон дифракционни методи, нефелометрия и турбидиметрия, и др.). При тях измерването се извършва с подходяща апаратура, поради което те се наричат инструментални или физични методи.

ОБЕМЕН АНАЛИЗ
(Титриметрия)

1. Обща характеристика на метода.

Обемният анализ е най-достъпният и широко използван метод на количествения анализ. Отличава се с бързина, точност и широк обхват и не изисква скъпо струваща апаратура. Тези му предимства го правят предпочитан в клинико-диагностичните и производствените лаборатории.
Принципът на обемно аналитичното определяне се състои в това, че към разтвор от определяното вещество (аналит) се прибавя разтвор от реактив с точно известна концентрация до момента, в който веществото и реактивът си взаимодействат стехиометрично, т.е. с равен брой еквиваленти. Въз основа на изразходвания обем от разтвора на реактива (който се отчита точно), неговата концентрация на химично взаимодействие, се изчисляват еквивалентите на изразходващия реактив, които всъщност са равни на еквивалентите на аналита. Разтворът на реактива с точно известна концентрация се нарича стандартен разтвор или титрант. Той се прибавя към разтвора на определяното вещество на малки порции с помощта на бюрета. Тази операция се нарича титруване. Моментът на стехиометричното взаимодействие се нарича край на реакцията (еквивалентен пункт), а съответният обем от стандартния разтвор – еквивалентен обем. Установяването на еквивалентния пункт става с помощта на подходящо избрани вещества, наречени индикатори, които имат способността да променят цвета си в близост до еквивалентния пункт. Всеки процес на титруване може да се представи графично чрез теоретична крива на титруване. След като се построи тази крива, съобразно с нейната еквивалентна част може да се избере и подходящ индикатор.
1.1. Основни понятия.
титрант – стандартен или стандартизиран разтвор
титроустановител – първичен стандарт, чиято концентрация е позната (с известна точност и прецизност)
титрувална крива – графично изобразяване на промяната в концентрацията на аналита в хода на титруване
индикатор – вещество, което променя цвета си при определени условия (тази промяна показва завършването на реакцията: титрант - аналит)
еквивалентна точка (еквивалентен пункт) – точка от кривата на титруване, в която количеството добавен титрант е химически еквивалентно на количеството аналит в пробата
крайна точка – моментът на прекратяване на титруването, когато се наблюдава физическа промяна в разтвора на пробата (най-често свързана с присъствието на индикатор).

1.2. Изисквания към аналитичните реакции.
Приложение в обемния анализ намират само реакции, като отговарят на следните
условия:
- реакцията да е необратима, т. е. химичното взаимодействие да протича в една посока и то в строго стехиометрично съотношение.
- реакциите да протичат бързо и практически докрай, т.е. при прибавяне на
еквивалентно количество титрант от определяното вещество да реагира най-
малко 99,9%.
- реакцията да е селективна, т. е. протичането на реакцията да не се влияе от присъствието на чужди йони.
- да може точно и сигурно да бъде установен еквивалентния пункт.

1.3. Класификация на обемноаналитичните методи.
1.3.1. В зависимост от вида на химичното взаимодействие:
- Киселинно-основен (неутрализационен). Към него се отнасят обемни
определения, изградени върху киселинно-основни взаимодействия –
преразпределяне на протони между киселини и основи.
- Окислително-редукционен (редоксиметрия). Основава се на окислително-
редукционни процеси, при които става обмен на електрони между окислители
и редуктори.
- Комплексообразувателен (комплексометрия). В основата му стоят ком-
плексообразувателни процеси, като най-голямо приложение намират тези,
протичащи между метални йони и етилендиаминотетраоцетна киселина
(ЕДТА) или нейната динатриева сол.
- Утаечен. Приложение в този вид обемен анализ намират реакции, водещи до
получаване на малко разтворими съединения.
1.3.2. В зависимост от начина на титруване:
- Директно титруване. Химичното взаимодействие между титранта и аналита протича директно.
- Остатъчно (индиректно). Извършва се химично взаимодействие между аналита и подходящ реагент взет в излишък, но с точен обем и концентрация. След което се титрува остатъка от реагента.
- Заместително титруване. Извършва се химично взаимодействие между аналита и подходящ реагент взет в излишък, в следствие на което се получава някакъв продукт. След което се титрува този продукт.
1.3.3. В зависимост от начина на отчитане на крайния пункт.
- Визуално. Отчитането се извършва с помощта на индикатори.
- Инструментално. Спектрофотометрично (отчита се абсорбцията с определена дължина на вълната λ). Потенциометрично (отчита се потенциала на галванична клетка съставена от сравнителен и индикаторен електрод).
Независимо от това, какъв метод на титруване е избран и към кой от разделите принадлежи обемно аналитичното определение, за практическото му провеждане са необходими: точни мерителни съдове, стандартни разтвори и подходящи индикатори.

При индиректното титруване, реагента трябва да е в излишък, но само при остатъчно титруване трябва да знаем точният му обем и концентрация.

2. Мерителни съдове.
Прецизното измерване на обема в титриметрията се извършва в мерителни колби, пипети и бюрети. При отмерване на обеми, които не се вземат под внимание при изчисленията (спомагателни разтвори, вода за разреждане и др.) се ползват съдове с по-груба калибровка – мерителни цилиндри, мензури. Самото титруване се провежда в ерленмайерови колби, колби за йодно число или обикновени чаши с вместимост 100-250 cm3.
Всички стъклени съдове преди употреба трябва да бъдат безупречно чисти, така че при стичане на течността по вътрешните стени на съда да не остават капки. Това изискване е особено важно за бюретите и пипетите, тъй като неизпълнението му води до несъгласуване на отчетения обем с изразходвания при титруването. Почистването на съдовете става чрез накисване в бихромна смес, след което се изплакват обилно с дистелирана вода.

2.1. Мерителни колби (фиг. 5).
Използват се за приготвяне на стандартни разтвори или разтваряне на точно претеглена проба от определен обем разтвор.
Преди работа чистата колба се изплаква с дестилирана вода. Претегленото вещество се прехвърля количествено в колбата с помощта на малка фунийка с къса опашка. Колбата се долива до 2/3 от обема с вода и се хомогенизира до пълно разтваряне на веществото. Често се практикува предварително разтваряне на веществото в чашка и количествено прехвърляне на разтвора в мерителна колба. При приготвяне на разтвори от течност, отмереният с пипета обем се прехвърля в мерителна колба и се разрежда с вода. След пълното разтваряне на изходното вещество колбата се долива до 1 cm под мярката и разтворът се темперира във вана с вода при температура, указана на самата колба. Долива се с вода внимателно (с помощта на малка пипета или пръскалка) на капки, докато долната част на мениска достигне до марката. За установяване точното положение на мениска очите трябва да се намират на нивото на марката – пръстеновидният белег се вижда като линия. Колбата се затваря с шлифована запушалка и се обръща неколкократно за пълно хомогенизиране на разтвора. За препоръчване е приготвеният в мерителната колба разтвор да не се съхранява в нея, а да се прехвърли в чисто и сухо реактивно стъкло.


2.2. Пипети (фиг.6).
Те служат за отмерване на определен обем от разтвора, който се титрува. Ползват се като фол- (фиг.6,а) така и мес – (фиг.6,б) пипети. Ако пипетата е добре измита и суха, с нея направо се пристъпва към измерване на определен обем. При непрекъсната работа, поради липса на време пипетите не се сушат, а след измиване се изплакват 2-3 пъти с малко количество с разтвора, който предстои да се отпипетирва. След тази предварителна операция пипетата се потапя достатъчно дълбоко в разтвора и внимателно с уста се всмуква течност на височина 1-2 cm над белега. Горният край се затваря бързо, с показалеца. Пипетата се изважда от разтвора и се държи на такова разстояние, че очите да са на нивото на марката и пръстеновидният белег да се вижда като линия. Чрез леко повдигане на показалеца се оставя да изтича течност, докато долната част на мениска достигне марката. Висящата на долния край капка се отстранява чрез докосване до чиста повърхност, например филтърна хартия или гърлото на съда с разтвора. При работа с фол-пипета отмерената проба се пренася в съответния съд, като долният край на пипетата се опира до стената му, повдига се показалецът и разтвора се оставя да изтече спокойно. Изчакват се 20-30 s, за да се стече течността от вътрешните стени на пипетата, като от време на време долният край на последната се допира до стената на съда. След пипетирането в капилярния край на пипетата се задържа част от течността. Това количество не се издухва, защото е взето под внимание при калибрирането. Изключение се прави при работа с микропипети от 0,1 до 0,2 cm3, особено когато се отмерват вискозни материали като кръв, серуми и др.


Мерителни пипети „резила”, „фол”и „пастьор”
2.3. Бюрети (фиг.7).
Основната им функция е отмерване на обема на титранта по време на самото титруване. Предварително измитата бюрета се закрепва на статив в строго вертикално положение посредством специална щипка. С помощта на малка фунийка с къса опашка в бюретата се налива известно количество дестилирана вода и се проверява дали кранът е в изправност. Ако кранът не е смазан добре или е запушен, той се изважда от бюретата и се почиства от смазката посредством памук, напоен с етер, след което отново се намазва с много тънък и равномерен слой смазка (вазелин и ланолин в съотношение 2:1 и няколко капки глицерол. В последно време се предлагат и специални силиконови смазки. Преди започване на работа бюретата се изплаква два-три пъти с възможно малко количество от титранта. Отново с помощта на фунийка бюретата се напълва с титруващия разтвор малко над нулевото деление, след което фунийката се отстранява. Появилите се в долния край въздушни мехурчета се отстраняват чрез енергично, широко отваряне на кранчето и изпускане на малко от разтвора. Ако при това нивото на течността е спаднало под нулевото деление, бюретата се допълва над нулата и чрез внимателно отваряне на кранчето менискус се довежда до нулевото деление. С това бюретата е готова за работа. За избягване на груби грешки при отчитането за предпочитане е преди всяко титруване бюретата да се нулира. След работа от нея се източва останалият разтвор (последният не се връща в реактивното стъкло, а се изхвърля), промива се неколкократно, напълва се догоре с дестилирана вода и се покрива с малка чаша за предпазване от замърсяване. По време на титруването с помощта на кранчето от бюретата изтича на капки разтворът на титранта и когато се достигне еквавалентният пункт, кранчето се затваря, изчаква се около една минута и достигнатото ниво се отчита и записва. Точното отчитане и записване на достигнатото деление на бюретата е съществен момент от титруването. За да не се прави грешка, очите трябва да са на нивото на менискуса. Отчитането се прави по мислената линия, до която допира най-долната част на мениска. Ако титруването е започнало от нулата на бюретата, то отчетеното деление е равно на изразходвания обем.

Целият материал: