5 Виды химического анализа
Вид химического анализа отражает следующую информацию – зачем определяют химический состав вещества (цель анализа), что анализируют, что определяют и в каких условиях.
Существует несколько классификаций по различным признакам видов химического анализа вещества объекта анализа. Признаком вида может служить цель и объект химического анализа, определяемый компонент и его количество. Каждая цель анализа будет охарактеризована конкретной совокупностью видов анализа.
1. По конечной цели анализа выделяют качественный и количественный анализ вещества объекта анализа.
Качественный анализ вещества объекта анализа — экспериментальное определение химической природы одного или нескольких компонентов в веществе объекта анализа. Иначе, это обнаружение и идентификация компонента в веществе объекта анализа.
Результат качественного химического анализа – принятие решения о наличии или отсутствии искомого компонента в пробе вещества объекта анализа.
Количественный анализ вещества объекта анализа – экспериментальное определение содержания одного или нескольких компонентов в веществе объекта анализа.
Результат количественного химического анализа – значение количества определяемого (искомого) компонента или его массы, отнесенное к единице массы (процентное содержание компонента) или отнесенное к единице объёма пробы вещества (концентрация компонента) объекта анализа.
(А) = [m (А)/ mвещ]100, %.
Сm(А) = m(А)/Vм.к., г/дм 3
2. По природе объекта анализа выделяют:
— анализ неорганического вещества объекта анализа природного или искусственного происхождения;
— анализ органического вещества объекта анализа природного или искусственного происхождения.
3. По агрегатному состоянию объекта анализа выделяют:
— анализ твердого вещества объекта анализа;
— анализ жидкого вещества объекта анализа;
— анализ газообразного вещества объекта анализа;
— анализ гетерогенно-фазового вещества объекта анализа.
4. По структурным образованиям химических частиц выделяют элементный, изотопный, функциональный, молекулярный, структурно-групповой, фазовый анализ.
Элементный анализ вещества объекта анализа — это вид анализа, в результате которого будет определено, из каких химических элементов состоит данное вещество и каково их содержание, но какова их степень окисления элемента (например, Fe 2+ или Fe 3+ ) и как элементы связаны между собой, этот вид анализа определить не позволяет.
Изотопный анализ вещества объекта анализа — это вид анализа, в результате которого будет определено, из каких изотопов химических элементов состоит данное вещество и каково их содержание. Такие анализы проводят физики, геологи, биологи. Например, определение дейтерированной воды (D2O) в обычной воде, а также «тяжелого» кислорода (изотоп 18 О) в смеси с распространенным изотопом 16 О. Для геологов изучение изотопного состава кислорода, углерода, серы, водорода, аргона, стронция, свинца и других элементов в различных природных образованиях дает ценную информацию о факторах, определяющих породо- и рудообразование. Изотопный анализ необходим также для оценки времени жизни геологических образований.
Молекулярный анализ вещества объекта анализа. Это вид анализа, в результате которого будет определено, из каких конкретных химических соединений состоит данное вещество и каково их содержание. Типичным примером молекулярного анализа является анализ смеси газов. Например, определение содержания в атмосферном воздухе основных компонентов – молекул газов N2, 02, С02, Н2, СН4, Н2О позволяет судить о наличии месторождения нефти или природного газа, так как на газовых и нефтяных месторождениях в атмосферном воздухе преобладают газы С02, СН4, N2, Н2, H2S и их соотношение иное, чем фоновое.
Структурно-групповой или функциональный анализ вещества объекта анализа или компонента вещества объекта анализа. Это вид анализа, в результате которого будет определено, из каких функциональных групп органических соединений, например, метильной, карбоксильной, гидроксильной, аминной и др., определяющих химические свойства органических соединений, состоит вещество объекта анализа (функциональный анализ). В этом варианте вещество объекта анализа состоит практически на 100 % из органических молекул одного наименования, например, функциональный анализ гуминовой кислоты, выделенной из пробы болотной воды. Здесь болотная вода – объект анализа, вода – вещество объекта анализа, гуминовая кислота – определяемый компонент, обнаружение наличия карбоксильной и гидроксильной функциональных групп в гуминовой кислоте и (или) их количества – это функциональный анализ компонента вещества объекта анализа. К структурно-групповому анализу вещества объекта анализа может быть отнесен вид анализа, в результате которого будет определено, каково содержание молекул, имеющих определённые функциональные группы, в веществе объекте анализа. Например, это может быть определение содержания суммы нефтепродуктов в 1 дм 3 подземной воды в районе Томского подземного водозабора или суммы гуминовых кислот в 1 дм 3 воды Васюганского болота.
Фазовый анализ вещества объекта анализа. Это вид анализа гетерогенных систем, в результате которого будет определено, сколько фаз присутствуют в веществе объекта анализа, в виде какого химического соединения и в составе какой фазы существует в образце определяемый компонент. Анализ включений в минералах – это фазовый анализ. Например, сульфид (CuS) и оксид меди (CuO) не распределены в минерале гомогенно, а образуют отдельные фазы в его объёме.
Вещественный анализ вещества объекта анализа. Такое словосочетание противоречит нормам русского языка (масло масляное). Однако в геологической практике такой термин используется. Это вид анализа, в результате которого будут определены формы нахождения элемента, например, будет определено, в какой степени окисления – As 3+ или As 5+ , присутствует элемент мышьяк в природной воде, Fe 2+ или Fe 3+ в руде и каково содержание этих форм. Однако по рассмотренной выше классификации видов анализа – это задачи функционального анализа. В каком химическом соединении (задача молекулярного анализа) находится элемент медь в минерале – он может быть в виде оксида (CuO), или сульфида (CuS), или соли (CuSО4) или смеси этих соединений, распределенных равномерно или неравномерно по объёму минерала (задача фазового анализа). Вещественный анализ имеет много общего с функциональным, молекулярным и фазовым и это, скорее профессиональная, чем научно-обоснованная классификационная терминология. По крайней мере, всегда требуется дополнительно сообщить химику – аналитику, какой вид химического анализа заказывает геолог.
Источник
2 Основные понятия аналитической химии и анализа веществ
Объект химического анализа – это может быть партия минерального (руда) и вторичного (металлолом) сырья, партия химического продукта (метанол, полиэтилен), партия металлургического продукта (выплавленная сталь,), партия пищевого продукта (сок), партия материала (полиэтиленовая плёнка, кремниевая пластина, жесть), партия продукта бытовой химии (шампунь, стиральный порошок), природная, сточная, технологическая или питьевая вода, атмосферный воздух, воздух рабочей зоны, изделие из ювелирного сплава, товарная нефть из резервуара, листья или корни растения, зерно, кровь человека и т.д. и т.п.
Вещество объекта химического анализа — механическая или физико-химическая смесь атомов (элементов) и химических и соединений.
Например, речная вода это объект анализа, а вода, представляющая собой механическую (взвешенные частицы) и физико-химическую смесь (гидратированные ионы, аквакомплексы и др.) множества растворимых и нерастворимых в ней химических соединений органической и неорганической природы как природного (гуминовые вещества, гидрокарбонаты, сульфаты, хлориды кальция и магния и другие компоненты), так и техногенного (пестициды и другие компоненты) происхождения – это вещество объекта химического анализа.
Вещество объекта химического анализа может находиться в различных агрегатных состояниях. Например, растение – это объект анализа, а зола, полученная после сжигания растения и содержащая смесь твердых неорганических химических соединений — углерод, окислы и соли металлов, – это вещество объекта анализа.
Химический состав вещества объекта анализа – совокупность компонентов, из которых состоит вещество объекта анализа. Под компонентом понимают химический элемент, изотоп, молекулу, радикал, функциональную группу, группу или класс химических соединений, обладающих определёнными свойствами и т.д.
Химический анализ вещества объекта анализа – определение компонентов химического состава вещества объекта анализа, например, компонентов подземной воды.
Часть вещества объекта анализа, переданная в аналитическую лабораторию для проведения химического анализа, принято называть пробой.
Научная основа химического анализа – аналитическая химия. Это наука о принципах, методах, средствах измерения и способах определения химического состава веществ и установления его химического строения (структуры).
Можно выделить три крупных направления исследований в области аналитической химии: общие теоретические основы принципов, методов, средств и способов определения состава веществ; разработка методов анализа (например, в ТПУ на кафедре физической и аналитической химии разработан в 60-е – 80-е годы 20-го века метод инверсионной вольтамперометрии); аналитическая химия отдельных элементов (например, аналитическая химия вольфрама) и объектов (например, аналитическая химия атмосферы). В теоретических основах аналитической химии существенное место занимает метрология химического анализа, в том числе статистическая обработка результатов анализа, проверка правильности результатов анализа.
Теория аналитической химии включает учение
— о новых принципах и методах химического анализа
— об отборе рабочих и подготовке аналитических проб к анализу (средство и способ);
— о схемах анализа и выборе методов анализа (способ);
— о принципах и путях автоматизации химического анализа и применения ЭВМ (средство и способ);
— об основах народнохозяйственного использования результатов химического анализа (достоверность результатов и выводов).
На современном этапе развития аналитическая химия – это междисциплинарная наука, основанная на теоретических и практических достижениях
— физической, неорганической, органической химии, физики (принципы, методы, средства измерения и способы определения состава веществ);
— математики, информатики (способы обработки аналитических сигналов и результатов анализа),
— материаловедения, измерительной техники, (средства измерения состава веществ);
— биологии и генной инженерии (принципы, методы, средства измерения и способы определения состава веществ).
Конечная практическая цель аналитической химии как науки теоретически обосновать и разработать схемы химического анализа вещества различных объектов, позволяющие получать сопоставимые и достоверные результаты о химическом составе вещества объекта анализа. Схема анализа на практике обычно представляют в виде методики химического анализа конкретного вещества.
Источник