вопросы аналитическая химия. Предмет аналитической химии. Предмет аналитической химии. Методы аналитической химии. Химические, физические и биологические методы
 Скачать 32.96 Kb.
|
|
Предмет аналитической химии. Методы аналитической химии. Химические, физические и биологические методы. Химические методы базируются на химических (в том числе электрохимических) реакциях. Сюда можно отнести и методы, называемые физико-химическими. Физические методы-совокупность методов качественного и количественного анализа веществ, основанных на измерении физических характеристик, обусловливающих химическую индивидуальность определяемых компонентов.(спектроскопические, ядерно-физические и радиохимические). Биологические методы анализа,- методы качеств. обнаружения и количеств. определения неорг. и орг. соединений, основанные на применении живых организмов в кач-ве аналит. индикаторов. В кач-ве индикаторов применяются микроорганизмы (бактерии, дрожжи, плесневые грибы), водоросли и высшие растения, водные беспозвоночные и позвоночные животные (простейшие, ракообразные, моллюски, личинки комаров, олигохеты, пиявки, рыбы и др.), насекомые, черви, а также ткани, разл. органы и системы (нервная, кровеносная, половая и др.) теплокровных. Требования, предъявляемые к методам анализа - правильность(достоверность рез-та) Воспроизводимость(стабильность сигнала в разн.время,на разн.приборах,на разн.напр-ях) - Точность(с какой ошибкой мы находим рез-тат) предел обнаружения(мин-ое содерж.в-ва которое мы сможем обнаружить) - чувствительность(величина изм-я сигнала,в зав-ти от изм-я конц-ии) - избирательность (селективность)(опред-е 1 комп.в присутств.других) - экспрессность(быстрота) - простота исполнения - экономичность(стоимость ед-го анализа) - производительность(кол-во проб в час) - локальность (возм-ть анализа разных частей целого объекта) - автоматизация(искл-е человеческого труда) - дистанционность(возм-ть анализа на расст.) 2. Аналитические задачи: обнаружение, идентификация, определение веществ. Можно выделить три функции аналитической химии как области знаний: 1.Решение общих вопросов анализа (например, развитие его метрологии). 2.Разработка аналитических методов. 3.Решение конкретных задач анализа (например, создание аналитической химии пестицидов). Анализ–это метод исследования, основанный на разложении данного сложного вещества на более простые составные части и последующим определении этих составных частей особыми способами. Противоположностью анализа в химии является синтез –получение сложного вещества из менее простых веществ. Цель аналитической химии‒установление качественного и количественного состава вещества или смеси веществ. В соответствии с этим аналитическая химия состоит из двух больших разделов –качественного и количественного анализа. Качественный анализ –обнаружение и идентификация компонентов анализируемого образца. Количественный анализ–определение концентраций или масс компонентов анализируемого образца. При определении микропримесей грань между этими видами анализа подчас стирается. 3. Методы обнаружения, идентификации, разделения и концентрирования, определения; гибридные и комбинированные методы. Методы прямые и косвенные. Задачи и выбор метода обнаружения и идентификации атомов, ионов и химических соединений. Качественный химический анализ. Аналитические признаки веществ и аналитические реакции. Типы аналитических реакций и реагентов (специфические, селективные, групповые). Характеристики чувствительности качественных аналитических реакций (предельное разбавление, предельная концентрация, минимальный объём предельно разбавленного раствора, предел обнаружения, показатель чувствительности). Дробный и систематический анализ. Качественный анализ катионов. Классификация катионов по аналитическим группам в соответствии с сероводородной (сульфидной), аммиачно-фосфатной, кислотно-основной схемами анализа. Систематический анализ катионов по кислотно-основной схеме. Аналитические реакции катионов различных аналитических групп. Качественный анализ анионов. Классификация анионов по аналитическим группам (по способности к образованию малорастворимых соединений, по окислительно-восстановительным свойствам). Систематический анализ анионов по кислотно-основной схеме. Аналитические реакции анионов различных аналитических групп. Качественный анализ смесей катионов и анионов, лекарственных средств. Микрокристаллоскопический анализ, пирохимический анализ (окрашивание пламени, возгонка, образование перлов). Капельный анализ. Анализ растиранием порошков. Хроматографические методы качественного анализа. Физические методы обнаружения и идентификациинеорганических и органических веществ.Экспрессный качественный анализ в заводских и полевых условиях. Тест-методы и тест-средства. Примеры практического применения методов обнаружения. Использование качественного анализа в фармации. Методы выделения, разделения и концентрирования Основные методы разделения и концентрирования, их роль в химическом анализе. Сочетание методов разделения и концентрирования с методами определения; гибридные методы. Одноступенчатые и многоступенчатые процессы разделения. Константы распределения. Коэффициент распределения. Степень извлечения. Фактор разделения. Коэффициент концентрирования. В общем, сочетания методов разделения и методов определения можно подразделить на две группы. В комбинациях первой группы разделение и определение органически не связаны между собой; здесь нет строгой привязки метода разделения к какому-то определенному методу определения и продукт разделения (концентрат) может быть проанализирован любым подходящим методом. Важно подчеркнуть, что в этом случае определение проводят не в концентрате, а в растворе, полученном после дополнительной подготовки концентрата с целью переведения определяемого микрокомпонента в форму, пригодную для определения. В сочетаниях такого рода – их еще называют комбинированными методами анализа, по существу, безразлично, каким путем был получен концентрат, концентрирование и определение здесь просто последовательно используемые и более или менее независимые стадии анализа. В сочетаниях второй группы определение проводят непосредственно в концентрате, как правило, без его дополнительной обработки. Для такого рода сочетаний был предложен термин "гибридные методы анализа". Гибридными называют методы, основанные на тесном сочетании методов разделения (концентрирования) и последующего определения, приводящем к образованию устойчивой, нерасторжимой комбинации, нередко реализуемом в виде единого аналитического прибора. Аналитический цикл в гибридном методе часто проще, чем в комбинированном. Концентрат или продукт разделения в большинстве случаев не надо подвергать дополнительной подготовке и приспосабливать к последующему определению. Гибридные методы часто превосходят комбинированные по метрологическим характеристикам и затратам времени, их проще автоматизировать. Так, например, к гибридным методам анализа относят методы, основанные на сочетании экстракционного концентрирования с определением выделенного компонента непосредственно в экстракте с применением спектрофотомерии (экстракционно-фотометрические методы), спектрофлуориметрии (экстракционно-флуориметрические методы), атомно-абсорбционной (экстракционно-атомно-абсорбционные методы) или атомно-эмиссионной спектрометрии (экстракционно-атомно-эмиссионные методы), а также экстракционно-кинетические методы, когда кинетическое или каталитическое определение также проводят не в водном растворе, а в экстракте. В последние годы широкое распространение получили сорбционно-спектроскопические методы, сочетающие сорбционное концентрирование микрокомпонентов с их определением непосредственно в твердом концентрате с применением рентгенофлуоресцентной спектроскопии, спектрофотометрии, спектроскопии диффузного отражения, люминесценции или цветометрии. Существуют прямые и косвенные методы. Прямые методы - это методы, основанные на номенклатуре критериев, включающей как минимум качество (уровень качества) и цену, и позволяющие рассчитывать интегральный показатель качества или оценивать отношение качество - цена. Если субъект оценки не располагает информацией о качестве (уровне качества) или же оцениваемые товары-аналоги идентичны по качеству, то применяются косвенные методы, т.е. методы, с помощью которых косвенно судят о качестве как главном критерии или конкурентоспособности в целом. Таким образом, косвенные методы - это методы, основанные на номенклатуре критериев, заменяющих или дополняющих показатели качества товара. 4. Основные характеристики методов определения: чувствительность, предел обнаружения, диапазон определяемых содержаний, воспроизводимость, правильность, селективность. В настоящее время известно большое количество разнообразных методов химического анализа. Однако одного, «лучшего» метода анализа не существует, поэтому выбор оптимального среди них для решения конкретной практической задачи требует знания сущности и возможностей каждого из них. Для описания возможностей метода (методики) анализа используют характеристики, называемые аналитическими характеристиками. К аналитическим характеристикам методов относят: чувствительность, селективность (избирательность), предел обнаружения, рабочий диапазон (диапазон определяемых содержаний), нижнюю и верхнюю границы определяемых содержаний, робастность и др. Чувствительность — параметр, характеризующий изменение интенсивности измеряемого сигнала Yпри изменении концентрации определяемого компонента. Для количественной оценки чувствительности служит коэффициент чувствительности S: S = dY/dC или S = AY/AC Диапазон определяемых содержаний — область значений определяемых содержаний, предусмотренная данным методом (методикой) и ограниченная нижней и верхней границами определяемых содержаний. Верхняя граница определяемых содержаний (Св) — наибольшее значение количества или концентрации компонента, определяемое по данной методике. Нижняя граница определяемых содержаний (Сн) — наименьшее значение количества или концентрации компонента, определяемое по данной методике. Обычно за Сн принимают то минимальное количество или концентрацию, которые можно определить при относительном стандартном отклонении (коэффициенте вариации метода или методики) < 0,33. Селективность (избирательность) характеризует, насколько посторонние компоненты пробы мешают определению данного компонента. Специфичность характеризует то, что никакие компоненты пробы, кроме определяемого, не влияют на величину аналитического сигнала. Робастность (помехоустойчивость) характеризует отсутствие влияния основы (матрицы) и межкомпонентных влияний на результаты анализа. Метод и методика. Продолжительность, трудоемкость, стоимость, приборное обеспечение методики анализа. Для решения этого вопроса может быть использовано несколько методов: • опытно-статистический; • нормативно-аналоговый; • экспертный; • директивный; • расчетно-аналитический. Опытно-статистический метод.Метод основывается на перенесении опыта предыдущих исследований на предстоящую работу. На основе сопоставления особенностей предстоящего исследования с накопленной статистикой ранее выполненных исследований разрабатываются нормативы продолжительности и трудоемкости планируемых работ. В качестве аналогов при сравнении могут использоваться данные фирм, проводящих маркетинговые исследования на коммерческой основе. Нормативно-аналоговый метод.Метод, как и предыдущий, основывается на накоплении информации о продолжительности и трудоемкости ранее проводимых исследований, однако в этом случае нормативы вычисляются с помощью переводных коэффициентов, учитывающих сложность и новизну предстоящей работы. Экспертный метод.Метод применяется в тех случаях, когда нет возможности использовать нормативы трудоемкости и продолжительности исследования по аналогии или отсутствует опыт планирования и организации исследований. Опытные специалисты способны предложить «оптимистические», т. е. минимальные, оценки продолжительности работ и «пессимистические», или максимальные, значения. Директивный метод.Этот метод стоит упомянуть для полноты обзора. При его использовании руководитель определяет крайний срок предоставления результатов исследования, однако здесь необходимо помнить, что резервы сокращения продолжительности исследования за счет привлечения большего числа сотрудников небезграничны. Расчетно-аналитический метод.Этим методом определяется трудоемкость и продолжительность исследования на основе нормирования продолжительности отдельных этапов и операций. Предстоящая работа разделяется на отдельные элементы, для которых производятся расчеты ожидаемой трудоемкости и продолжительности с помощью эмпирически установленных формул. В самом названии каждого из приведенных методов нормирования подчеркиваются его специфические черты, отличающие данный метод от других. Вместе с тем каждый из методов, за исключением директивного, содержит некоторые элементы других методов. Например, эксперты, принимая решение о показателях трудоемкости и продолжительности исследования, стремятся к максимальному овладению статистической информацией и активно прибегают к заключению по аналогии. В свою очередь, расчет переводных коэффициентов не является строго аналитической процедурой и в значительной мере основан на мнении экспертов. Разработка нормативов трудоемкости и продолжительности исследования.Процесс разработки нормативов трудоемкости и продолжительности исследования состоит из следующих шагов (рис. 5): 1. Определяются объекты и методы нормирования. 2. Классифицируются объекты нормирования. 3. Устанавливается система оценки трудоемкости и продолжительности. Основными критериями трудоемкости и продолжительности служат сложность работ, их новизна Определение обьектов и методов нормирования ; классификация обьектов нормирования;выбор критериев оценки трудоемкости и продолжительности сложность работ их новизна и т.п.; сбор исходной статистической базы для нормирования исследовательских процедур; разработка нормативов затрат труда и продолжительности выполнения работ. 4. Создается исходная статистическая база нормирования в процессе сбора и систематизации информации, отражающей трудоемкость и продолжительность ранее выполненных работ. Источником информации служат данные самофотографии рабочего дня, материалы наблюдений, учетные графики и т. д. 5. Разрабатываются сводные нормативные материалы и устанавливаются (в соответствии с принятым способом нормирования) нормативы трудозатрат и продолжительности выполнения работ. Основой для разработки нормативов является выделение структурных элементов процесса исследования. Выделение объектов нормирования.Анализ методической литературы позволяет выделить наиболее крупные структурные компоненты организации исследовательской работы (основные этапы). Этап первый — разработка заказа на исследование или постановка задач. Цель этапа заключается в детальной проработке задания на исследование, формулируемого «заказчиком». При этом тщательно обсуждаются цели и задачи исследования, уточняется характер и объем информации, требуемой «заказчику» для принятия управленческого решения, назначается уровень надежности данных, сроки проведения этапов и отдельных операций исследования, конкретизируются особенности организации сбора информации. Этап второй — составление программы по сбору необходимой информации, где разрабатываются или уточняются процедуры сбора информации, их концепция и характеристика. Этап третий — разработка полевых документов. Содержание этапа связано с созданием рабочих вариантов методик, их апробацией, утверждением (согласованием с заказчиком) полевых документов и соответствующих инструкций для полевого персонала. Этап четвертый — разработка выборки. В хронологии этот этап осуществляется одновременно с разработкой полевых документов. В содержание этапа входят сбор статистических данных о генеральной совокупности, построение выборочной модели, разработка плана организационных мероприятий, подготовка всей документации, необходимой для формирования выборки. Этап пятый — тиражирование полевых документов (передача документов в типографию). Этап шестой — сбор первичной информации. Действия на этом этапе обусловлены спецификой используемых методов сбора данных, характером исследуемой совокупности и типом собираемой информации, сроками проведения исследования. Этап содержит всю совокупность процедур по подготовке документов для их заполнения, по обучению сборщиков первичных данных (интервьюеров, кодировщиков, наблюдателей и др.), координации и управлению их деятельностью, по приемке и первичному контролю поступающих полевых документов. Этап седьмой — обработка информации. Здесь учитываются трудоемкость необходимых предварительных преобразований первичной информации (кодирование, перфорация, ввод данных в ЭВМ и их контроль) и период машинной обработки. Этап восьмой — анализ результатов обработки и подготовка отчета об исследовании. На этом этапе выполняются следующие виды работ: составляется макет отчета, анализируются результаты машинной обработки первичной информации, подготавливаются отчеты (эксцресс-отчет, промежуточный отчет, итоговый документ), разрабатываются практические рекомендации на основе итогов исследования и формулируются новые задачи для последующих исследований. Этап девятый — консервация материалов исследования. Консервация заключается не только в пакетировании и описи всех имеющихся документов, но и в создании машинного архива данных, а также тщательной фиксации хода исследования с целью анализа его организации. труктура и конкретные значения нормативных показателей зависят от типа исследования. Первый тип — углубленное исследование малоизученных проблем; ориентировано на выработку совокупности практических рекомендаций или характеризуется комплексным, многоуровневым характером исследования процессов и явлений, как правило, с использованием разнообразных методов и приемов сбора информации по нескольким методикам. Второй тип — регулярное исследование; оно проводится по более узкому спектру проблем для конкретизации и углубления имеющихся разработок и эмпирических данных. Сбор данных осуществляется на выборке, не превышающей трех тысяч респондентов, по одной методике. Исследования третьего типа — зондажные. К ним близки исследования четвертого типа — экспресс-исследования; они проводятся для оценки конкретных состояний объекта исследования. Зондажи связаны с изучением отдельных явлений, а экспресс-исследования — с изучением отдельных характеристик этих явлений и процессов. Специальные приемы повышения надежности данных не разрабатываются. Используется уже накопленный опыт и разработанные ранее, апробированные методики. Объем выборки не превышает 2000 респондентов. Общая продолжительность исследований значительно меньше суммы продолжительностей этапов. Дело в том, что отдельные этапы исследования реализуются одновременно. Обоснование показателей продолжительности и трудоемкости требует выделения более мелких итераций, нежели этап. Маркетинговые исследования отличаются значительной вариабельностью качественных и количественных параметров этапов, поэтому невозможно ориентироваться при определении продолжительности исследования только на укрупненные нормативы. Для обозначения итераций, составляющих этап исследования, можно использовать термин «процедура». Конечно, выделить границы, дать точное описание содержания процедур в отдельных случаях затруднительно, однако даже обобщенное описание будет применимо для обоснования нормативов на подготовку и проведение исследований. 6. Виды химического анализа: изотопный, атомный, структурно-групповой (функциональный), молекулярный, вещественный, фазовый. Виды анализа (качественный, количественный, структурный). анализ изотопный, молекулярный, функциональный, фазовый. Методы анализа (физ, хим и физ-хим) 1)Классиф-ия анализа в зависимости от цели: Качественный анализ –идентификация компонентов анализируемого в-ва. Количественный-определение конц. Или масс компонентов. Структурный-установление хим. И пространственного строения исслед.в-ва 2)класс-ция в зависимости от того,какие компоненты необходимо обнаружить: Изотопный(отдельные изотопы) Молекулярный(индивидуальное хим. Соед-ие, харак-ся определённой молекулярной Массой) Функциональный(функциональные группы) Фазовый(отдельные фазы в неоднородном объекте) Химические методы основаны на исп.хим.р-й(гравиметрия- определение масс малорастворимых осадков или газообразных продуктов р-ии,титриметрия-опред.к-во в-ва реагента,взаим. С определяемым в-вом) Физические методы анализа–измерение с пом.прибров физ.св-в определяемых в-в: эти св-ва изм-ся при изменении содержания в-ва в анализируемом объекте.Хим.р-ции не исп.К физ.методам относ.-спектроскопич.,электрометр.,термометрич.,радиометр. Физико-хим.-сочетают черты и физ. и хим. Измеряют физ. св-ва в-ва изм-ся в процессе протекания хим. р-ии.(молекулярно-абсорбционная спектроскопия-метод,осованный на измерении оптической плотности р-ра в-ва-физ. метод.Но если оптическая плотность измен-ся в процессе хим. р-ии,то метод становится физ-хим.) Важанейшие хар-ки аналитической р-ии. Системат. метод анализа. Дробный метод анализа Предел обнаружения показывает какое минимальное количество определяемого вещества можно обнаружить с помощью данной методики. Избирательностьпоказывает число в-в , вступающих в данную р-ию или взаимодействующих с данным реагентом. В зависимости от избирательности аналитические р-ии бывают : специфическими (обнаруживают 1 в-во), избирательными (позволяет обнаружить при данных условиях небольшое число в-в),групповыми(для выделения нек-ой группы в-в). Систематическимназывается метод качественного анализа, основанный на разделении смеси ионов с помощью групповых реагентов на группы и подгруппы и последующем обнаружении ионов в пределах этих подгрупп с помощью селективных реакций. Название систематических методов определяется применяемыми групповыми реагентами. Известны систематические методы анализа: (сероводородный, кислотно-основный, аммиачно-фосфатный). Каждый систематический метод анализа имеет свою групповую аналитическую классификацию. Недостатком всех систематических методов анализа является необходимость проведения большого числа операций, длительность, громоздкость, значительные потери обнаруживаемых ионов и т.д. Дробнымназывается метод качественного анализа, предполагающий обнаружение каждого иона в присутствии других с использованием специфических реакций либо проведение реакций в условиях, исключающих влияние других ионов.Обычно обнаружение ионов дробным методом проводят по следующей схеме – вначале устраняют влияние мешающих ионов, затем обнаруживают искомый ион с помощью селективной реакции Способы устранения мешающего действия инов: - маскирование.исп. хим.р-ии,приводящие к уменьш. конц. мешающего ионами протекающие в той же фазе ,что и основная р-ция.Для маскирования исп.р-ии комплексообразования и ОВР либо создают опреелённые значения рН.(при обнаруж. Ионов хрома(3) в виде дихромат ионов мешающие ионы железа(3) переводят в бесцветный фосфатный комплекс. -разделение.мешающие ионы удаляются из фазы, в кот.протекает р-ция.Разделение ионов м.б. проведено при пом. осаждения,экстракции, хроматографии.Напр.,Обнаружение ионов висмута(3) в присутствии ионов Со(2) в водном р-ре посредством р-ии с тиоцианат-ионами невозможно,т.к. комплекс(Со(SCN)4)2--синий,а (Вi(SCN)4—жёлтый.Изоамиловый спирт экстрагирует тиоционатный комплекс кобальта, а комплекс висмута ост. в р-ре. Макро-, микро-, ультрамикроанализ. Локальный, неразрушающий, дистанционный, непрерывный, внелабораторный (полевой). В зависимости от количества исследуемого вещества, объема раствора и техники выполнения операций аналитические методы качественного анализа подразделяют на макро-, микро- и полумикрометоды. 1.Макрометод - наиболее старый метод химического анализа, при котором для анализа берут сравнительно большие количества вещества и реактивов: 1 г сухого вещества или 20-30 мл реактива, 2.Микрометод - при этом методе для исследования берут примерно в 100 раз меньшие количества вещества, чем в макрометоде: 5-10 мг сухого вещества или 0.2-0.3 мл раствора, При микрометоде используют высокочувствительные реакции – микрокристаллоскопические и капельные, которые проводят на предметном стекле, а о наличии определяемого вещества судят по форме кристаллов, рассматривая их под микроскопом, 3.Полумикрометод - занимает промежуточное положение между макро- и микрометодом. Для анализа берут: 50 мг сухого вещества или 0.1-1.0 мл раствора. Применяют в основном те же реакции, что и при макрометоде, но выполняют их с меньшим количеством реагирующих веществ. Этот метод анализа наиболее удобен, так как требует наименьших затрат, времени, реактивов и оборудования. Количественная классификация методов
|