Лекция 1. Инструментальные методы анализа. Классификация ИМА.

⇐ ПредыдущаяСтр 23 из 46Следующая ⇒

2. Цель лекции: Дать понятие об инструментальных методах анализа. Рассмотреть понятия правильности и воспроизводимости ИМА.

3. Тезисы лекции: Физические и физико-химические методы анализа основаны на использовании зависимости между измеряемыми физическими свойствами веществ и их качественным и количественным составом. Эти методы анализа называют также инструментальными методами.

Классификация физических и физико-химических методов анализаоснована на учете измеряемых физических и физико-химических свойств вещества или изучаемой системы.

Оптические методы основаны на измерении оптических свойств веществ.

Хроматографические методы основаны на использовании способности различных веществ к избирательной сорбции.

Электрохимические методы основаны на измерении электрохимических свойств систем.

Радиометрические методы основаны на измерении радиоактивных свойств веществ.

Термические методы основаны на измерении тепловых эффектов соответствующих процессов.

Масс-спектрометрические методы основаны на изучении ионизированных фрагментов («осколков») веществ.

Применяются также и другие методы анализа (ультразвуковые, магнитохимические, пикнометрические и др.).

Чувствительность метода определяется двумя факторами: интенсивностью измеряемого физического свойства и чувствительностью детекторов сигнала в приборе для инструментального анализа.

Фотометрические методы обладают чувствительностью от 10^{-6 г, а радиометрические − до 1· 10-15 г}. Высокая чvвствительность многих методов объясняется свойствами применяемых детекторов сигнала в приборах. Электрохимические методы имеют высокую чувствительность благодаря применению высокочувствительных регистраторов тока и потенциала.

Важным преимуществом многих инструментальных методов является их высокая избирательность − селективность. Ряд инструментальных методов, (рефрактометрия, интерферометрия) - неселективны и используются в тех случаях, когда анализируются либо индивидуальные вещества, либо несложные смеси. Высокая степень селективности присуща методам, основанным на характерных свойствах молекул, функциональных группировок, атомов, обладающих эмиссионными и абсорбционными спектрами, радиоактивностью, способностью к электрохимическому восстановлению или окислению

Правильность инструментальных методов анализа зависит от того, насколько свойство адекватно отражает состав и связано с ним строго определенными закономерностями. Закономерности, связывающие свойство и состав, устанавливают экспериментально. Поэтому при проведении инструментального анализа предварительно проводят калибровку аналитических приборов и выявление зависимости физического свойства от состава. Эти задачи решаются с помощью стандартных образцов.

Для получения точных результатов на приборе производят обычно не менее 3-5 измерений образца, затем их обрабатывают методами математической статистики. Точность инструментальных методов сильно колеблется в зависимости от метода (от 0,001 % до 0,1 %).

В инструментальном анализе применяют несколько методов определения концентраций веществ. В общем виде их можно разделить на две группы использованием стандартов веществ и с применением аналитических факторов (показателей) веществ. Стандарты используют в следующих методах аналитических определений.

Метод калибровочного графика. Готовят серию разведений стандартного раствора вещества с известной концентрацией, замеряют на приборе характеристику свойства приготовленных растворов. По полученным данным строят калибровочный график. Затем измеряют характеристику анализируемого раствора и по графику определяют его концентрацию.

Метод сравнения (метод стандарта). Используется в тех случаях, когда линия зависимости состав − свойство имеет прямолинейный характер и проходит через начало осей координат. На приборе замеряют характеристики свойств стандартного и анализируемого растворов. При этом отношение концентраций стандартного и анализируемого растворов равно отношению характеристик:

С_с /С_х =f_c/f_x (1.1)

Метод сравнения обладает меньшей точностью, чем метод калибровочного графика (используется только одно измерение стандарта).

Метод добавок. Замеряют сначала свойство анализируемого paствopa, затем повторяют измерение, добавив к раствору определенное количество стандарта. Если зависимость состав свойство прямолинейна, то приращение концентрации анализируемого раствора С_с вызывает соответствующее приращение характеристики свойств fc и можно записать равенства:

(С_х + С_с) / С_с = (f_x + f_c) / f_c (1.2)

Откуда С_х = С_с f_x / f_c (1.3)

Метод аналитических факторов (показателей). Этот метод основан на использовании численных значений свойства, отвечающих единице концентрации вещества. Аналитические факторы употребляют в расчетах при строгом соблюдении определенных закономерностей, связывающих характеристику свойства вещества с его концентрацией в растворе. Применяют два вида аналитических факторов: молярные показатели F_м- соответствующие молярной концентрации вещества (моль/дм³); удельные показатели F_% - соответствующие процентной концентрации вещества. Расчет концентраций при использовании аналитических факторов значительно упрощается. Измеряют свойство раствора и делят его на фактор. При этом получают концентрацию вещества в растворе в соответствующих единицах:

С = f / F (моль/дм³); С = а / F (в %). (1.4)

Кривые инструментального титрования строят в координатах: свойство титруемого раствора − объем добавленного титранта. В точке эквивалентности на кривой титрования наблюдается перелом. В общем случае различают интегральные кривые − на графике откладывается значение свойства и дифференциальные − на графике откладывается разностное значение свойства (разность между двумя последовательными измерениями свойства).

4. Иллюстративный материал:

Табл.1