Лекция Историческая справка и основные положения аналитической химии
 Скачать 287.62 Kb.
|
|
Содержание
3 Лекция №1. Историческая справка и основные положения аналитической химии История развития аналитической химии Аналитическая химия сформировалась в современную науку в процессе длительного исторического развития. С глубокой древности известны простейшие приемы качественного распознавания веществ по их твердости, вкусу, цвету и запаху, а также несложные приемы очистки их с помощью перекристаллизации, фильтрования или перегонки. В IX-X в.в. на Руси уже умели определять чистоту некоторых металлов, например чистоту серебра по его плотности, а в XVII-XVIII в.в. довольно широко пользовались так называемым „пробирным методом‖. Его в совершенстве освоил Петр I при исследовании руд. Термин „химический анализ‖ был введен англичанином Бойлем в первой половине XVII в. Становление аналитической химии как науки относят к XIX в. К этому времени относится открытие законов кратных отношений (Ж. Гей-Люссак), разработка теории электрохимического дуализма (И.Я. Берцеллиус), на основе которых создана теория электролитической диссоциации. В середине XIX в. накопились сведения о частных реакциях веществ и появились первые учебники с разработанной системой качественного и количественного анализа. Однако аналитическая химия начала формироваться в самостоятельную науку лишь после работ М.В. Ломоносова, который открыл закон сохранения массы вещества и ввел количественный учет при химических процессах. В книге „Первые основания металлургии или рудных дел‖ он описал многие методы анализа. Периодический закон позволил систематизировать знания о соединениях, важных для химического анализа. Аналитическая классификация катионов связана с положением элементов в периодической системе. Методы разделения также базируются на периодическом законе. Таким образом, труды Д.И. Менделеева составили теоретический фундамент методов аналитической химии и определили основные направления ее развития. Основы качественного и количественного анализа в его современном виде заложил Карл Ремигиус Фрезениус (1818-1897г.г.), предложив в 1841г. усовершенствованную схему разделения неорганических ионов. Развитию аналитической химии в России как науки способствовали работы академика В.М. Севергина (1796 г.) „Руководство к испытанию минеральных вод‖, „Пробирное искусство или руководство к химическому испытанию металлических руд и других ископаемых тел‖(1801). XVII – XIX в.в. большой вклад в разработку методов анализа ряда неорганических веществ внесли шведские химики Бергман (1732-1784) и Берцелиус (1779-1848), немецкий химик Фрезениус (1818-1837). Французский ученый Гей-Люссак (1778-1850) впервые осуществил количественное определение веществ с помощью объемного анализа. В результате работ немецких ученых Бунзена и Кирхгофа в 1859 г. был основан метод спектрального анализа. Начиная с середины XIX в., сначала для целей идентификации, а затем и для количественных определений в аналитической химии стали использовать инструментальные методы анализа, обладающие преимуществами в чувствительности, скорости, точности выполнения анализа. Развитие инструментальных методов привело к появлению новых методов: хроматография (М.С. Цвет, 1906г.), фотометрические методы 4 анализа (И.П. Алимарин, В.И. Кузнецов), радиометрических (В.Г. Хлопин), электрохимических (В.И. Вернадский, А.П. Виноградов, Б.П. Никольский, И.П. Алимарин). С развитием ЭВМ изменилась принципиально методология проведения химического анализа – моделирование, алгоритмизация, системного подхода – все это привело к „перестройке‖ в аналитической химии, которую теперь квалифицируют как науку, занимающуюся получением информации о химическом составе вещественных систем. Развитие аналитической химии осуществляется в следующих направлениях: в области теории: развитие теории химических процессов, расчет сложных химических систем на основе термодинамических и квантово-химических представлений с применением алгоритмов и вычислительной техники. в методическом аспекте: внедрение автоматизации в аналитический контроль на основе новых методов, устанавливающих зависимость между составом и свойствами химических систем без их измерения (физико-химический анализ, лазерная, электронная, полупроводниковая техника). в прикладном аспекте: повышение предела обнаружения, то есть снижение минимальных концентраций и количеств определяемых веществ, что связано с получением вещества особой чистоты; увеличение точности анализа; создание методов анализа, обладающих высокой избирательностью, исключающих необходимость устранения мешающих компонентов; разработка экспрессных методов анализа, позволяющих исследовать процессы, протекающие в короткие промежутки времени (ядерные реакции); разработка методов микроанализа; разработка безразрушительных и дистанционных методов анализа (радиоактивные вещества, морские воды на больших глубинах, космические объекты). развитие этих направлений большой вклад внесли русские аналитики: всемирно известны их работы по анализу веществ высокой чистоты, разработке органических аналитических реагентов, фотометрии и другие. В нашей стране создан ряд методов, которые используют во многих странах (тонкослойная хроматография, бесстружковый метод анализа). Согласно академика И.П. Алимарина дадим определение науки – аналитической химии. Аналитическая химия – наука, развивающая теоретические основы анализа химического состава веществ, разрабатывающая методы идентификации и обнаружения, определения и разделения химических элементов, их соединений, а также методы установления химического строения соединений. 5 Аналитические задачи и принципы аналитических определений соответствии с определением аналитической химии как науки, занимающейся разработкой методов определения химического состава вещества, можно выделить следующие аналитические задачи: 1.Установление химического состава анализируемого объекта: качественный анализ,который включает идентификацию*объекта иобнаружение† тех или иных компонентов; количественный анализ решает задачу определения содержания(количество и концентрации) того или иного компонента в анализируемом объекте. Между качественным и количественным анализом нет принципиального различия. Качественный анализ можно рассматривать как количественный с приближенными показаниями. 2.Определение структуры соединения, то есть установление взаимного расположения и связей элементарных составных частей в молекулах (структурный анализ). 3.Обнаружение неоднородностей на поверхности или в объеме твердых тел, распределение элементов в поверхностных слоях осуществляют методом локально-распределительного анализа. 4.Исследование процессов во времени в ходе производственного процесса. Для решения перечисленных задач разрабатывают различные методы, основанные на зависимости свойств вещества от его состава, и составляют методики анализа. В основе методики анализа лежат принципы аналитических определений. Принцип анализа определяется явлениями природы, лежащими в основе химического или физического процесса. Например, весовой метод, в котором количество вещества определяют путем измерения массы, основан на законе всемирного тяготения; титриметрический анализ основан на законе эквивалентов – по количеству продукта реакции можно рассчитывать количество определяемого вещества; либо проводят измерение физических свойств веществ или продуктов их химических реакций. Из физических свойств используют плотность, цвет, электрическую проводимость растворов и веществ.  Идентификация –установление идентичности(тождества)исследуемого химического соединения с уже известным веществом путем сравнения их физических и химических свойств. Обнаружение –проверка присутствия в анализируемом объекте тех или иных основныхкомпонентов, примесей, наличие функциональной группы и т.п. 6 Классификация аналитических методов анализа Согласно рекомендации ИЮПАК (Международный союз чистой и прикладной химии) аналитический процесс включает в себя несколько уровней. Методом анализа называют принципы,положенные в основу анализавещества, то есть вид и природу энергии, вызывающей возмущение химических частиц вещества. основе анализа лежит зависимость между фиксируемым аналитическим сигналом от наличия или концентрации определяемого вещества. Аналитический сигнал –это фиксируемое и измеряемое свойство объекта. аналитической химии методы анализа классифицируют по характеру определяемого свойства и по способу регистрации аналитического сигнала: 1.химические 2.физические 3.физико-химические Физико-химические методы называют инструментальными или измерительными, так как они требуют применения приборов, измерительных инструментов. Рассмотрим полную классификацию химических методов анализа. Химические методы анализа - основаны на измерении энергии химической реакции. ходе реакции изменяются параметры, связанные с расходом исходных веществ или образованием продуктов реакции. Эти изменения можно либо наблюдать непосредственно (осадок, газ, цвет), либо измерять такие величины, как расход реагента, массу образующегося продукта, время реакции и т.д. По цели проведения методы химического анализа подразделяют на две группы: I.Качественный анализ – заключается в обнаружении отдельных элементов (или ионов), из которых состоит анализируемое вещество. Методы качественного анализа классифицируются: анализ катионов анализ анионов анализ сложных смесей. 7 II.Количественный анализ – заключается в определении количественного содержания отдельных составных частей сложного вещества. Количественные химические методы классифицируют:
веществом. Волюмометрические методы в зависимости от агрегатного состояния реагента делят на: а) газоволюметрические методы, которые основаны на избирательном поглощении определяемого компонента газовой смеси и измерением объема смеси до и после поглощения; б) ликвидоволюметрические (титриметрические или объѐмные) методы основаны на измерении объема жидкого реагента, израсходованного на взаимодействие с определяемым веществом. зависимости от типа химической реакции выделяют методы объемного анализа: протолитометрия – метод, основанный на протекании реакции нейтрализации; редоксометрия – метод, основанный на протекании окислительно-восстановительных реакциях; комплексонометрия – метод, основанный на протекании реакции комплексообразования; методы осаждения – методы, основанные на протекании реакций образования осадков. Кинетические методы анализа основаны на определении зависимостискорости химической реакции от концентрации реагирующих веществ. 8 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||