Вступ
Предмет аналітичної хімії, її місце у системі наук. Завдання аналітичної хімії.
Види аналізу: елементний, структурно-груповий (функціональний), молекулярний, фазовий, ізотопний. Метод та методика аналізу. Класифікація методів аналізу: за походженням аналітичного сигналу, за діапазоном визначених змістів та розміром проби. Відмінність методів аналізу за чутливістю, роздільною здатністю, апаратурним оформленням і характером об'єктів. Хімічні, фізико-хімічні, фізичні, біологічні, біохімічні методи аналізу.
Проблеми та напрями розвитку науки в теоретичному, методичному та прикладному аспектах: зниження межі виявлення; підвищення точності та вибірковості; забезпечення експресності; аналіз без руйнування; локальний аналіз; дистанційний аналіз. Використання аналітичної хімії в практичної діяльностілюдини.
Основні етапи розвитку аналітичної хімії. Сучасний стан та тенденції розвитку аналітичної хімії: інструменталізація, автоматизація, математизація, мініатюризація, збільшення частки фізичних методів, перехід до багатокомпонентного аналізу. Створення та використання сенсорів та тест-методів. Літературно-інформаційне забезпечення аналітичної хімії.
Метрологічні основи хімічного аналізу
Основні стадії хімічного аналізу. Вибір методу аналізу та складання схем аналізу. Абсолютні (безеталонні) та відносні методи аналізу. Основні метрологічні поняття та уявлення: вимірювання, методи та засоби вимірювання, метрологічні вимоги до результатів вимірювань, основні принципи та способи забезпечення достовірності результатів вимірювань, похибки. Аналітичний сигнал та перешкоди. Обсяг інформації у аналітичному сигналі. Способи визначення змісту за даними аналітичних вимірів.
Основні характеристики методу аналізу: правильність та відтворюваність, коефіцієнт чутливості, межа виявлення, нижня та верхня межі визначених змістів. Класифікація похибок аналізу. Систематичні та випадкові похибки. Похибки окремих стадій хімічного аналізу. Способи оцінки правильності: використання стандартних зразків, метод добавок, метод варіювання наважок, зіставлення коїться з іншими методами. Стандартні зразки, їх виготовлення, атестація та використання.
Статистична обробка результатів вимірів. Закон нормального розподілу випадкових помилок, t- та F-розподілу. Середнє, дисперсія, стандартне відхилення. Порівняння дисперсії та середніх двох методів аналізу.
Вимоги до метрологічної оцінки в залежності від об'єкта та мети аналізу. Способи підвищення відтворюваності та правильності аналізу. Організація та методологія метрологічного забезпечення діяльності аналітичної служби. Перевірка апаратури, атестація нестандартних засобів вимірювань та методик аналізу. Акредитація лабораторій
Застосування ЕОМ в аналітичній хімії.
Теоретичні основианалітичної хімії
Типи хімічних реакційта процесів в аналітичній хімії.Основні типи хімічних реакцій в аналітичній хімії: кислотно-основні, окислення-відновлення, комплексоутворення. Використані процеси: осадження-розчинення, екстракція, сорбція. Константи рівноваги реакцій та процесів.
Стан речовин в ідеальних та реальних системах. Іони. Сольватація, іонізація, дисоціація. Поведінка електролітів та неелектролітів у розчинах. Теорія Дебая – Хюккеля. Коефіцієнти активності. Концентраційні константи.
Опис складних рівноваг. Загальна та рівноважна концентрації. Умовні константи. Графічний опис рівноваг (розподільні та концентраційно-логарифмічні діаграми).
Швидкість реакцій у хімічному аналізі. Швидкі та повільні реакції. Елементарні стадії реакції. Чинники, що впливають на швидкість. Каталізатори, інгібітори. Автокаталітичні реакції. Індуковані та пов'язані реакції. Поняття про індуктора, актора, акцептора. Індукційний фактор. Приклади прискорення та уповільнення реакцій та процесів, що використовуються в хімічному аналізі. Управління реакціями та процесами в аналітичній хімії.
Рівновага в системі розчин - осад. Константа рівноваги гетерогенної системи осад - розчин. Константа розчинності (твір розчинності) малорозчинних електролітів: термодинамічна, концентраційна, умовна. Умови утворення та розчинення. Повнота осадження. Фракційне осадження та розчинення. Обчислення розчинності опадів за величиною констант та констант за розчинністю. Фактори, що впливають розчинність опадів: температура, іонна сила, дія однойменного іона, реакції протонування, комплексоутворення, окислення-відновлення, структура і розмір часток. Приклади використання реакцій осадження та розчинення в аналізі. Принципи розрахунку втрат під час промивання опадів.
Схема утворення осаду. Кристалічні та аморфні опади. Залежність структури осаду від його індивідуальних властивостей та умов осадження. Залежність форми осаду від швидкості утворення та зростання первинних частинок. Гомогенне осадження (метод МВР). Умови одержання кристалічних опадів. Старіння осаду. Причини забруднення осаду. Класифікація різних видів співосадження. Позитивне та негативне значення явища співосадження в аналізі. Особливості утворення колоїдно-дисперсних систем та попередження цього явища.
Кислотно-основні реакції. Сучасні уявлення про кислоти та основи. Теорія Льюїса. Теорія Бренстеда – Лоурі. Рівновага в системі кислота - сполучена основа та розчинник. Константи кислотності та основності. Кислотні та основні властивості розчинників. Константа автопротолізу. Вплив природи розчинника на силу кислоти та основи. Нивелирующий і диференціюючий ефект розчинника.
Кислотно-основна рівновага у багатокомпонентних системах. Буферні розчини та їх властивості. Буферна ємність. Обчислення рН розчинів незаряджених і заряджених кислот та основ, багатоосновних кислот та основ, суміші кислот та основ. Розрахунок рН при взаємодії кислоти та основи.
Реакції комплексоутворення. Типи комплексних сполук, що використовуються в аналітичній хімії та їх класифікації. Ступінчасте комплексоутворення.
Кількісні характеристики комплексних сполук: константи стійкості (ступінчасті та загальні), функція освіти (середнє лігандне число), функція закомплексованості, ступінь утворення комплексу. Чинники, що впливають комплексоутворення: будова центрального атома і ліганду, концентрація компонентів, рН, іонна сила розчину, температура. Термодинамічна та кінетична стійкість комплексних сполук та її значення у титриметрії. Властивості комплексних сполук, що мають аналітичне значення: стійкість, розчинність, фарбування, леткість.
Вплив комплексоутворення на розчинність сполук, кислотно-основну рівновагу, окислювально-відновний потенціал систем, стабілізацію різних ступенівокиснення елементів. Способи підвищення чутливості та селективності аналізу з використанням комплексних сполук. приклади.
Основні напрямки використання органічних реагентів у хімічному аналізі. Поняття про функціонально-аналітичні групи. Вплив їхньої природи в молекулі реагенту на його взаємодію з неорганічними іонами. Теорія аналогій взаємодії іонів металів з неорганічними реагентами типу H 2 O, NH 3 і H 2 S і кисень-, азот-, органами, що містять сірки.
Основні типи сполук, що утворюються за участю органічних реагентів. Хелати, внутрішньокомплексні сполуки. Чинники, що визначають стійкість хелатів: природа донорних атомів та структура реагенту, розмір циклу, число циклів, характер зв'язку метал – ліганд. Хелатний ефект.
Найважливіші органічні реагенти, які застосовуються в аналізі для маскування, поділу, виявлення, визначення іонів металів. Основні напрямки використання ЕДТА – двонатрієвої солі етилендіамінтетраоцтової кислоти.
Вступ
Предмет аналітичної хімії, її структура; місце у системі наук, зв'язок із практикою. Основні аналітичні проблеми: зниження межі виявлення; підвищення точності та вибірковості; забезпечення експресності; аналіз без руйнування; локальний аналіз; дистанційний аналіз. Види аналізу: ізотопний, елементний, структурно-груповий (функціональний), молекулярний, речовий, фазовий. Хімічні, фізичні та біологічні методи аналізу. Макро-, мікро- та ультрамікроаналіз.
Основні етапи розвитку аналітичної хімії. Сучасний стан та тенденції розвитку аналітичної хімії: інструменталізація, автоматизація, математизація, мініатюризація, збільшення частки фізичних методів, перехід до багатокомпонентного аналізу, створення сенсорів та тест-методів. Наукова хіміко-аналітична література
Метрологічні основи хімічного аналізу
Основні стадії хімічного аналізу. Вибір методу аналізу та складання схем аналізу. Основні метрологічні поняття та уявлення: вимір, методи та засоби вимірювань, похибки. Аналітичний сигнал та перешкоди. Способи визначення змісту за даними аналітичних вимірів.
Основні характеристики методу та методики аналізу: правильність та відтворюваність, коефіцієнт чутливості, межа виявлення, нижня та верхня межі визначених змістів.
Класифікація похибок аналізу. Систематичні та випадкові похибки. Похибки окремих стадій хімічного аналізу. Способи оцінки правильності: використання стандартних зразків, метод добавок, метод варіювання наважок, зіставлення коїться з іншими методами. Статистична обробка результатів вимірів. Закон нормального розподілу випадкових помилок, t- та F-розподілу. Середнє, дисперсія, стандартне відхилення. Перевірка гіпотези нормальності, гіпотези однорідності результатів вимірів. Порівняння дисперсії та середніх двох методів аналізу. Регресійний аналіз.
Вимоги до метрологічних характеристик методів та методик залежно від об'єкта та мети аналізу. Способи підвищення відтворюваності та правильності аналізу
Типи хімічних реакцій та процесів в аналітичній хімії
Основні типи хімічних реакцій в аналітичній хімії: кислотно-основні, комплексоутворення, окислення-відновлення. Константи рівноваги реакцій та процесів. Стан речовин в ідеальних та реальних системах. Сольватація, іонізація, дисоціація. Поведінка електролітів та неелектролітів у розчинах. Теорія Дебая-Хюккеля. Коефіцієнти активності. Концентраційні константи. Загальна та рівноважна концентрації. Умовні константи.
Швидкість реакцій у хімічному аналізі. Швидкі та повільні реакції. Чинники, що впливають на швидкість. Каталізатори, інгібітори. Автокаталітичні реакції. Індуковані та пов'язані реакції. Поняття про індуктора, актора, акцептора.
Кислотно-основні реакції.
Сучасні уявлення про кислоти та основи (теорія Льюїса). Теорія Бренстеда-Лоурі. Константи кислотності та основності. Кислотні та основні властивості розчинників. Константа автопротолізу. Вплив природи розчинника на силу кислоти та основи; нівелюючий та диференціювальний ефект розчинника.
Буферні розчини та їх властивості. Буферна ємність. Обчислення рН розчинів кислот і основ, багатоосновних кислот та основ, суміші кислот та основ. Поняття про ізоелектричну точку амінокислот і білків.
Реакції комплексоутворення
. Типи комплексних сполук, що використовуються в аналітичній хімії. Класифікація комплексних сполук за характером взаємодії центральний іон (комплексоутворювач) ─ ліганд, за однорідністю ліганду та центрального іону: внутрішньосферні комплекси та іонні асоціати (зовнішньосферні комплекси та іонні пари); одноріднолігандні та змішанолігандні; поліядерні (гетерополіядерні та гомополіядерні). Властивості комплексних сполук, що мають аналітичне значення: стійкість, розчинність, фарбування, леткість.
Ступінчасте комплексоутворення. Ступінчасті та загальні константи стійкості комплексних сполук. Чинники, що впливають комплексоутворення: будова центрального атома і ліганду, концентрація компонентів, рН, іонна сила розчину, температура. Класифікація комплексних сполук з термодинамічної та кінетичної стійкості.
Вплив комплексоутворення на розчинність сполук, кислотно-основну рівновагу, окислювально-відновлювальний потенціал систем, стабілізацію різних ступенів окислення елементів. Способи підвищення чутливості та селективності аналізу з використанням комплексних сполук.
Органічні реагенти в хімічному анализе.Вплив загальної структури органічних реагентів з їхньої властивості. Функціонально-аналітичні групи (ФАГ). Вплив природи, розташування ФАГ, стереохімії молекул реагенту з його взаємодію Космосу з неорганічними іонами. Використання теорій аналогій та «м'яких» і «жорстких» кислот та підстав для пояснень дії органічних реагентів. Основні типи сполук, що утворюються за участю органічних реагентів. Хелати, внутрішньокомплексні сполуки. Чинники, що визначають стійкість хелатів: характер зв'язку метал-ліганд, обсяг циклу, число циклів.
Найважливіші органічні реагенти, що застосовуються для виявлення та визначення іонів металів, для маскування та демаскування, поділу. Органічні реагенти, що найчастіше використовуються в біохімічних методах аналізу.
Можливості використання органічних реагентів у різних методах аналізу.
Окисно-відновні реакції
. Електродний потенціал. Рівняння Нернста. Стандартний та формальний потенціали. Зв'язок константи рівноваги із стандартними потенціалами. Напрямок реакції окислення та відновлення. Чинники, що впливають напрямок окислювально-відновних реакцій. Основні неорганічні та органічні окислювачі та відновники, що застосовуються в аналізі. Методи попереднього окислення та відновлення обумовленого компонента.
Хроматографічні методи аналізу
Визначення хроматографії. Поняття про рухому та нерухому фази. Класифікація методів по агрегатному стану рухомої та нерухомої фаз, за механізмом поділу, за технікою виконання. Способи одержання хроматограм (фронтальний, витіснювальний, елюентний). Основні характеристики хроматограми. Основне рівняння хроматографії. Селективність та ефективність хроматографічного поділу. Теорія теоретичних тарілок. Кінетична теорія. Якісний та кількісний хроматографічний аналіз.
Газова хроматографія
. Газо-адсорбційна (газо-твердофазна) та газо-рідинна хроматографія
. Сорбенти та носії, вимоги до них. Механізм поділу. Колонки. Детектори, їх чутливість та селективність. Області застосування газової хроматографії.
Рідина хроматографія
. Види рідинної хроматографії: адсорбційна (нормально-фазовий та обернено-фазовий варіанти), іонообмінна, екслюзійна. Переваги високоефективної рідинної хроматографії (ВЕРХ). Особливості нерухомих та рухомих фаз. Механізми поділу. Насоси, колонки. Основні типи детекторів, їх чутливість та селективність. Області застосування рідинної хроматографії.
Площинна хроматографія
. Загальні засади поділу. Способи отримання площинних хроматограм (висхідний, низхідний, круговий, двовимірний). Реагенти прояви хроматограмм. Паперова хроматографія
. Механізми поділу. Рухливі фази. Переваги і недоліки. Тонкошарова хроматографія. Механізми поділу. Сорбенти та рухливі фази. Області застосування.
Титриметричні методи аналізу
Методи титриметричного аналізу. Класифікація. Вимоги до реакції в титриметричному аналізі. Види титриметричних визначень: пряме, зворотне, опосередковане титрування. Способи вираження концентрацій розчинів у титриметрії. Еквівалент. Молярна маса еквівалента. Первинні стандарти, вимоги до них. Фіксали. Вторинні стандарти. Види кривих титрування. Стрибок титрування. Точка еквівалентності та кінцева точка титрування. Автоматичні титратори.
Кислотно-основне титрування
. Побудова кривих титрування. Вплив величини констант кислотності або основності, концентрації кислот або основ, температури, іонної сили на величину стрибка на кривій титрування. Кислотно-основне титрування у неводних середовищах. Кислотно-основні індикатори. Похибки титрування щодо сильних і слабких кислот і основ, сумішей кислот і основ.
Окисно-відновне титрування.
Побудова кривих титрування. Фактори, що впливають на величину стрибка на кривій титрування: концентрація іонів водню, утворення комплексів та малорозчинних сполук, іонна сила, температура. способи визначення кінцевої точки титрування; індикатори. Похибки титрування.
Методи окисно-відновного титрування. Перманганатометрія. Іодометрія та іодиметрія. Система йод-іодид як окислювач чи відновник. Біхроматометрія. Первинні та вторинні стандартні розчини, способи фіксування кінцевої точки титрування. Індикатори
Комплексонометричне титрування.
Використання амінополікарбонових кислот. Побудова кривих титрування. Металохромні індикатори та вимоги до них. Найважливіші універсальні та специфічні металохромні індикатори. Способи комплексонометричного титрування: пряме, зворотне, опосередковане. Селективність титрування та способи її підвищення. Похибки титрування.
Приклади практичного застосування.
Електрохімічні методи аналізу
Загальна характеристикаелектрохімічні методи. Класифікація. Електрохімічні осередки. Індикаторний електрод та електрод порівняння. Рівноважні та нерівноважні електрохімічні системи та їх використання у різних електрохімічних методах.
Потенціометрія
Пряма потенціометрія . Вимірювання потенціалу. Оборотні та незворотні окислювально-відновлювальні системи. Індикаторні електроди. Іонометрія. Класифікація іонселективних електродів. Характеристики іонселективних електродів: електродна функція, коефіцієнт селективності, час відгуку.
Приклади практичного застосування іонометрії.
Потенціометричне титрування . Зміна електродного потенціалуу процесі титрування. Способи виявлення кінцевої точки титрування. Використання реакцій кислотно-основних, осадження, комплексоутворення, окислення-відновлення.
Приклади практичного застосування.
Спектроскопічні методи аналізу
Спектр електромагнітного випромінювання (енергія, способи її вираження; терміни, символи та одиниці енергії випромінювання; діапазони випромінювання, типи енергетичних переходів). Основні типи взаємодії речовини з випромінюванням: емісія (теплова, люмінесценція), поглинання, розсіювання. Класифікація спектроскопічних методів з енергії. Класифікація спектроскопічних методів з урахуванням спектра електромагнітного випромінювання (атомна, молекулярна, абсорбційна, емісійна спектроскопія).
Спектри атомів. Основні та збуджені стани атомів, характеристики станів. Енергетичні переходи. Правила добору. Закони випромінювання та поглинання. Імовірності електронних переходів та часи життя збуджених станів. Характеристики спектральних ліній: положення у спектрі, інтенсивність, напівширина.
спектри молекул; їх особливості. Схема електронних рівнів молекули. Уявлення про повну енергію молекул як суми електронної, коливальної та обертальної. Залежність видів спектру від агрегатного стану речовини.
Зв'язок аналітичного сигналу з концентрацією з'єднання, що визначається.
Апаратура. Способи монохроматизації променистої енергії. Класифікація спектральних приладів. Інструментальні перешкоди.
Методи атомної оптичної спектроскопії
Атомно-емісійний
метод
. Джерела атомізації та збудження: електричні розряди (дугові, іскрові, зниженого тиску), полум'я, індуктивно-пов'язана плазма, лазери. Основні характеристики джерела атомізації: температура плазми, склад полум'я, концентрація електронів. Фізичні та хімічні процесиу джерелах атомізації та збудження.
Якісний та кількісний аналіз. Рівняння Ломакіна-Шайбе та причини відхилення від закону Больцмана. Спектральні, хімічні та фізико-хімічні перешкоди, способи їх усунення.
Методи атомно-емісійної спектроскопії. Емісійна фотометрія полум'я, атомно-емісійна спектроскопія з індуктивно-зв'язаною плазмою, іскрова атомно-емісійна спектроскопія та їх порівняння. Метрологічні характеристики та аналітичні можливості.
Атомно-флуоресцентний метод.
принцип методу; особливості та застосування.
Атомно-абсорбційний метод
. Атомізатори (полум'яні та неполум'яні). Основний закон світлопоглинання в атомно-абсорбційній спектроскопії. Джерела випромінювання (лампи з порожнім катодом, джерела суцільного спектра, лазери), їх характеристики. Спектральні та фізико-хімічні перешкоди, способи їх усунення. Можливості, переваги та недоліки методу, його порівняння з атомно-емісійними методами (точність, вибірковість, чутливість, експресність).
Приклади практичного застосування атомно-емісійного та атомно-абсорбційного методів у біохімічних методах аналізу.
Методи молекулярної оптичної спектроскопії
Молекулярна абсорбційна спектроскопія (спектрофотометрія).
Зв'язок хімічної структури сполуки з спектром абсорбції. Функціональний аналіз з коливальних та електронних спектрів.
Основний закон світлопоглинання (Бугера-Ламберта-Бера). Відхилення від закону, причини (хімічні, фізико-хімічні, інструментальні). Поняття про істинний і здається молярному коефіцієнті поглинання. Фотометрична реакція та фотометричні аналітичні реагенти; вимоги до них. Прилади у спектрофотометрії. Методи визначення концентрації речовин. Аналіз багатокомпонентних систем. Аналітичні можливості та обмеження методу. Роль пробопідготовки у спектрофотометрії. Приклади практичного застосування методу.
Молекулярна спектроскопія люмінесцентна.
Загальна класифікація молекулярної люмінесценції. Схема Яблонської. Флуоресценція та фосфоресценція. Закон Стокс-Ломмеля. Правило дзеркальної симетрії Левшина. Енергетичний та квантовий вихід. Закон Вавілова. Гасіння люмінесценції. Люмінесцентний якісний та кількісний аналіз. Переваги люмінесцентної спектроскопії при ідентифікації та визначенні органічних сполук. Прилади у люмінесценції. Метрологічні характеристики та аналітичні можливості методу.
Приклади практичного застосування методу біохімічних методах аналізу.
Пробовідбір та пробопідготовка
Представительність проби; проба та об'єкт аналізу; проба та метод аналізу. Способи одержання представницької проби твердих, рідких та газоподібних речовин. Відбір проб гомогенного та гетерогенного складу. Пристрої та прийоми, які використовуються при відборі проб; первинна обробка та зберігання проб. Основні способи перекладу проби у форму, необхідну конкретного виду аналізу: розчинення у різних середовищах; спікання, сплавлення, розкладання під впливом високих температур, тиску, високочастотного розряду; комбінування різних прийомів; особливості розкладання органічних сполук Особливості пробовідбору та пропідготовки під час роботи з біологічними зразками. Способи усунення та обліку забруднень та втрат компонентів при пробопідготовці.
- Основи аналітичної хімії (за ред. Ю.А. Золотова). У 2-х кн. Загальні питання. Методи розподілу. Методи хімічного аналізу. М.: вища школа. 2004. 361, 503 с. Серія "Класичний університетський підручник".
- Основи аналітичної хімії. Практичний посібник. Навчальний посібникдля вузів. За ред. Ю.А. Золотова. М: Вища школа. 2001. 463 с.
- Основи аналітичної хімії. Завдання та питання. Навчальний посібник для вишів. За ред. Ю.А. Золотова. М: Вища школа. 2004. 412 с.
Додаткова
- Золотов Ю.А. Аналітична хімія: проблеми та досягнення. М: Наука, 1992, 288 с.
- Васильєв В.П. Аналітична хімія. У двох книжках. М: Дрофа, Кн. 1. 2004, Кн. 2. 2005.
- Дорохова О.М., Прохорова Г.В. Завдання та вправи з аналітичної хімії. М: Вид-во Моск. ун-ту, 1984. 215 с.
- Отто М. Сучасні методианалітичної хімії (у 2-х томах). / Пер. з ним. та за ред. А.В. Гармаша. Т.1. М: Техносфера, 2003. 412 с. Т.2. М: Техносфера, 2004. 281 с.
- Аналітична хімія. Проблеми та підходи. У 2-х томах. (Пер. з англ. За ред. Ю.А. Золотова) М.: Світ. 2004.
- Лур'є Ю.Ю. Довідник з аналітичної хімії. М: Хімія, 1989.
Програму складено
доц. Веселова І.А.
Редактор проф.Шеховцова Т.М.
2.1. Загальні питання теорії розчинів
Розчин як середовище щодо аналітичних реакцій. Вплив фізико-хімічних характеристик розчинника на хіміко-аналітичні властивості іонів. Основи теорії потужних електролітів. Активність, коефіцієнт активності, іонна сила розчинів.
Основні типи хімічних реакцій, що використовуються в аналітичній хімії
Кислотно-основна рівновага.Рівнавага у водних розчинах кислот, основ та амфолітів. Буферні розчини, їх склад та властивості. Розрахунок рН протолітичних систем на основі теорії Бренстеда-Лоурі. Застосування реакцій кислотно-основної взаємодії в аналітичній хімії. Значення буферних систем у хімічному аналізі.
Окисно-відновна рівновага.Сполучена окислювально-відновна пара. Окислювально-відновний потенціал і фактори, що впливають на його значення. Окисно-відновні реакції, їх константа рівноваги, напрямок і швидкість. Автокаталітичні та індуковані реакції, їх роль у хімічному аналізі. Застосування реакцій окислення-відновлення в аналітичній хімії.
Рівновага комплексоутворення.Будова та властивості комплексних сполук. Полідентантні ліганди, хелатні комплекси, хелатний ефект. рівноваги в розчинах комплексних сполук, константи стійкості комплексних іонів. Використання реакцій комплексоутворення в аналітичній хімії.
Рівновага в системі осад-розчин.Гетерогенна хімічна рівновага в розчинах малорозчинних електролітів. Правило добутку розчинності та його використання в аналітичній хімії. Константа розчинності (твір активностей). Чинники, що впливають розчинність малорозчинних сполук: сольовий ефект, вплив однойменних іонів і конкуруючих реакцій. Використання гетерогенних систем у аналітичних цілях.
Органічні аналітичні реагенти
Особливості органічних аналітичних реагентів: висока чутливість та вибірковість дії. Застосування органічних аналітичних реагентів у аналізі.
Хімічні МЕТОДИ РОЗДІЛУ ТА ВИЯВЛЕННЯ
3.1. Загальні питання якісного аналізу
Цілі та завдання якісного аналізу. Класифікація методів якісного аналізу, залежно від величини проби. Техніка експерименту: якісні пробіркові, крапельні та мікрокристалоскопічні реакції.
Аналітичний ефект. Аналітичні хімічні реакції та умови їх проведення. Загальні, групові та характерні (селективні та специфічні) реакції.
Аналітичні класифікації катіонів та аніонів. Аналітичні групи іонів та Періодичний закон Д. І. Менделєєва. Систематичний та дробовий якісний аналіз.
Використання реакцій осадження, комплексоутворення, кислотно-основних та окислювально-відновних реакцій у якісному аналізі. Органічні аналітичні реагенти, їх переваги та застосування у якісному аналізі.
Методи поділу та виявлення іонів, що мають найбільше значення у хімічній технології
І аналітична група катіонів.Загальна характеристика. Характерні реакції іонів Na+, K+, NH4+ та Mg2+. Методи розкладання та видалення солей амонію. Систематичний перебіг аналізу суміші катіонів І групи.
ІІ аналітична група катіонів. Загальна характеристика, груповий реагент. Характерні реакції іонів Ca 2+ та Ba 2+ . Оптимальні умови осадження катіонів ІІ групи. Систематичний хід аналізу суміші катіонів ІІ групи та суміші катіонів І-ІІ груп.
ІІІ аналітична група катіонів. Загальна характеристика, груповий реагент. Характерні реакції іонів Al 3+ , Сr 3+ , Fe 3+ , Fe 2+ , Mn 2+ та Zn 2+ . Оптимальні умови осадження катіонів ІІІ групи. Систематичний хід аналізу суміші катіонів III групи та суміші катіонів I–III груп.
I аналітична група аніонів.Загальна характеристика, груповий реагент. Характерні реакції іонів CO 3 2-, SO 4 2-, PO 4 3-.
ІІ аналітична група аніонів.Загальна характеристика, груповий реагент. Характерні реакції іонів Cl – , I – .
ІІІ аналітична група аніонів.Загальна характеристика. Характерні реакції іонів NO 2 - , NO 3 -. Аналіз суміші аніонів І-ІІІ груп.
Аналіз невідомої речовини
Основні етапи проведення якісного хімічного аналізу: підготовка речовини до аналізу, відбір середньої проби, розчинення твердих речовин, попередні випробування, аналіз катіонів та аніонів.
Програма дисципліни для студентів факультету фундаментальної медицини МДУ
(спеціальність "Фармація")
Вступ
Предмет аналітичної хімії, її місце у системі наук, зв'язок із практикою. Аналітична хімія та хімічний аналіз. Метод, методика та засоби хімічного аналізу. Види аналізу: якісний та кількісний; ізотопний, елементний, структурно-груповий (функціональний), молекулярний, речовий, фазовий аналіз; валовий (локальний), деструктивний (недеструктивний), дискретний (безперервний), контактний (дистанційний); макро-, напівмікро-, мікро- та ультрамікроаналіз. Хімічні, фізичні та біологічні методи аналізу. Класичні інструментальні методи аналізу. Основні етапи хімічного аналізу. Вибір методу аналізу та складання схем аналізу. Об'єкти аналізу.
Сучасний стан та тенденції розвитку аналітичної хімії: інструменталізація, автоматизація, математизація, мініатюризація, збільшення частки та ролі фізичних методів, перехід до багатокомпонентного аналізу, створення сенсорів та тест-методів.
Значення аналітичної хімії для фармації Короткий нарисрозвитку аналітичної хімії та фармацевтичних наук в історичних паралелях. Фармацевтичний аналіз. Фармакопейні методи.
Метрологічні основи хімічного аналізу
Аналітичний сигнал та перешкоди. Контрольний досвід. Абсолютні (безеталонні) та відносні методи аналізу. Поодинокі та паралельні визначення. Способи визначення вмісту речовини за даними аналітичних вимірів (метод градуювального графіка, метод стандартів, метод добавок). Основні характеристики методу аналізу: точність (правильність та відтворюваність), чутливість (коефіцієнт чутливості, межа виявлення, нижня та верхня межі визначених змістів) та селективність.
Похибки хімічного аналізу: абсолютні та відносні; систематичні та випадкові; грубі промахи. Похибки окремих стадій хімічного аналізу. Способи оцінки правильності: застосування стандартних зразків, метод добавок, метод варіювання наважок, зіставлення коїться з іншими методами. Стандартні зразки, їх виготовлення, атестація та використання.
Статистична обробка результатів вимірів. Закон нормального розподілу випадкових похибок, t-
і F-Розподілу. Деякі поняття математичної статистики: обсяг вибірки (генеральна та вибіркова сукупність); середнє, дисперсія, стандартне відхилення, відносне стандартне відхилення, вірогідність, довірчий інтервал. Східність та повторюваність. Оцінка допустимого розбіжності результатів паралельних определений. Порівняння дисперсій та середніх двох методів аналізу.
Регресійний аналіз. Використання методу найменших квадратівдля побудови градуювальних функцій. Приклади метрологічної обробки та подання результатів кількісного фармацевтичного аналізу. Вимоги до метрологічної оцінки в залежності від об'єкта та мети аналізу. Способи підвищення відтворюваності та правильності аналізу.
Типи хімічних реакцій та процесів в аналітичній хімії
Основні типи хімічних реакцій в аналітичній хімії: кислотно-основні, комплексоутворення, окислення-відновлення. Використані процеси: осадження-розчинення, екстракція, сорбція. Константи рівноваги реакцій та процесів. Стан речовин в ідеальних та реальних системах. Поведінка електролітів та неелектролітів у розчинах. Коефіцієнти активності. Теорія Дебая-Хюккеля та її обмеження. Концентраційні константи. Опис складних рівноваг. Загальна та рівноважна концентрації. Умовні константи.
Швидкість реакцій у хімічному аналізі. Чинники, що впливають на швидкість. Каталізатори, інгібітори. Автокаталітичні реакції. Індуковані та пов'язані реакції. Приклади прискорення та уповільнення реакцій та процесів, що використовуються в хімічному аналізі.
Кислотно-основні реакції.Сучасні уявлення про кислоти та основи. Теорія Бренстеда-Лоурі. Рівновага в системі кислота - сполучена основа та розчинник. Гідроліз як окремий випадок кислотно-основної рівноваги. Константа та ступінь гідролізу. Константи кислотності та основності. Кислотні та основні властивості розчинників. Константа автопротолізу. Вплив природи розчинника на силу кислоти та основи. Нивелирующий і диференціюючий ефект розчинника.
Кислотно-основна рівновага у багатокомпонентних системах. Буферні розчини та їх властивості. Буферна ємність. Використання буферних систем у аналізі. Обчислення рН розчинів незаряджених і заряджених кислот та основ, багатоосновних кислот та основ, сумішей кислот та основ.
Реакції комплексоутворення. Теорія Льюїса-Пірсона. Типи комплексних сполук, що використовуються в аналітичній хімії. Класифікація комплексних сполук за характером взаємодії метал-ліганд, за однорідністю ліганду та центрального іона (комплексоутворювача). Властивості комплексних сполук мають аналітичне значення: стійкість, розчинність, леткість, спектральні характеристики.
Ступінчасте комплексоутворення. Кількісні характеристики комплексних сполук: константи стійкості (ступінчасті та загальні), ступінь утворення комплексу. Чинники, що впливають комплексоутворення: будова центрального атома і ліганду, концентрація компонентів, рН, іонна сила розчину, температура. Термодинамічна та кінетична стійкість комплексних сполук.
Вплив комплексоутворення на розчинність сполук, кислотно-основну рівновагу, окислювально-відновлювальний потенціал систем, стабілізацію різних ступенів окислення елементів. Способи підвищення чутливості та вибірковості аналізу з використанням комплексних сполук.
Теоретичні основи взаємодії органічних реагентів із неорганічними іонами. Вплив їхньої природи, розташування функціонально-аналітичних груп, стереохімії молекул реагенту на його взаємодію з неорганічними іонами. Теорія аналогій взаємодії іонів металів з неорганічними реагентами типу H 2 O, NH 3 і H 2 S і кисень-, азот-, органами, що містять сірки. Основні типи сполук, що утворюються за участю органічних реагентів. Хелати, внутрішньокомплексні сполуки. Чинники, що визначають стійкість хелатів. Найважливіші органічні реагенти, що застосовуються в аналізі для поділу, виявлення, визначення іонів металів для маскування і демаскування. Організаційні реагенти для фармацевтичного аналізу. Можливості використання комплексних сполук та органічних реагентів у різних методах аналізу.
Окисно-відновні реакції. Електродний потенціал. Рівняння Нернста та його зв'язок із законами хімічної термодинаміки. Стандартний та формальний потенціали. Зв'язок константи рівноваги із стандартними потенціалами. Напрямок реакцій окислення-відновлення. Чинники, що впливають напрямок окислювально-відновних реакцій. Поняття про змішані потенціали. Механізми окислювально-відновних реакцій та їх значення для аналітичної хімії.
Основні неорганічні та органічні окислювачі та відновники, що застосовуються в аналізі. Методи попереднього окислення та відновлення обумовленого елемента.
Процеси осадження та співосадження.Рівнавага в системі розчин ¾ осад. Опади та їх властивості. Схема утворення осаду. Кристалічні та аморфні опади. Залежність структури осаду від його індивідуальних властивостей та умов осадження. Залежність форми осаду від швидкості утворення та зростання первинних частинок. Константи розчинності малорозчинного сильного електроліту (термодинамічна, реальна та умовна). Способи вираження розчинності малорозчинних електролітів. Фактори, що впливають розчинність опадів: температура, іонна сила, дія однойменного іона, реакції протонізації, комплексоутворення, окислення-відновлення, структура і розмір часток. Умови одержання кристалічних опадів. Гомогенне осадження. Повне та дробове осадження, дробове розчинення. Старіння осаду. Причини забруднення осаду. Класифікація різних видів співосадження. Позитивне та негативне значення явища співосадження в аналізі. Особливості утворення колоїдно-дисперсних систем. Використання колоїдних систем у хімічному аналізі.
Методи виявлення та ідентифікації
Завдання та вибір методу виявлення та ідентифікації атомів, іонів та хімічних сполук. Якісний хімічний аналіз Аналітичні ознаки речовин та аналітичні реакції. Типи аналітичних реакцій та реагентів (специфічні, селективні, групові). Характеристики чутливості якісних аналітичних реакцій (граничне розведення, гранична концентрація, мінімальний обсяг гранично розбавленого розчину, межа виявлення, показник чутливості).
Дробний та систематичний аналіз. Якісний аналіз катіонів. Класифікація катіонів за аналітичними групами відповідно до сірководневої (сульфідної), аміачно-фосфатної, кислотно-основної схем аналізу. Систематичний аналіз катіонів за кислотно-основною схемою. Аналітичні реакції катіонів різних аналітичних груп. Якісний аналіз аніонів. Класифікація аніонів за аналітичними групами (за здатністю до утворення малорозчинних сполук, за окислювально-відновними властивостями). Систематичний аналіз аніонів за кислотно-основною схемою. Аналітичні реакції аніонів різних аналітичних груп. Якісний аналіз сумішей катіонів та аніонів, лікарських засобів.
Мікрокристаллоскопічний аналіз, пірохімічний аналіз (фарбування полум'я, сублімація, утворення перлів). Краплинний аналіз. Аналіз розтирання порошків. Хроматографічні методи якісного аналізу Фізичні методи виявлення та ідентифікації неорганічних та органічних речовин. Експресний якісний аналіз у заводських та польових умовах. Тест-методи та тест-засоби. Приклади практичного застосування методів виявлення. Використання якісного аналізу у фармації.
Методи виділення, поділу та концентрування
Основні методи поділу та концентрування, їх роль у хімічному аналізі. Поєднання методів поділу та концентрування з методами визначення; гібридні методи. Одноступінчасті та багатоступінчасті процеси поділу. Константи розподілу. Коефіцієнт розподілу. Ступінь вилучення. Чинник поділу. Коефіцієнт концентрування.
Методи екстракції. Теоретичні засади методів. Закон розподілу Нернста-Шилова. Класифікація екстракційних процесів. Швидкість екстракції. Типи екстракційних систем: неіонізовані сполуки (молекулярні речовини, хелатні сполуки, комплекси металів зі змішаною координаційною сферою, що включає неорганічний ліганд і нейтральний екстракційний реагент) та іонні асоціати (металвмісні кислоти та їх солі, мінеральні кислоти, координаційно-не- кисневмісними розчинниками, інші іонні асоціати). Умови екстракції неорганічних та органічних сполук. Реекстракція. Природа та характеристика екстрагентів. Поділ та концентрування елементів методом екстракції. Основні органічні реагенти, які використовуються для поділу елементів методом екстракції. Селективний поділ елементів методом підбору органічних розчинників, зміни рН водної фази, маскування та демаскування. Використання процесів екстракції у фармацевтичному аналізі.
Методи осадження та співосадження. Застосування неорганічних та органічних реагентів для осадження. Способи поділу осадженням або розчиненням при різних значеннях рН, за рахунок утворення комплексних сполук та застосування окисно-відновних реакцій. Групові реагенти та вимоги до них. Характеристики малорозчинних сполук, що найчастіше використовуються в аналізі. Концентрування мікроелементів з осадженням на неорганічних та органічних носіях (колекторах).
Інші методи.Відгін (дистиляція, сублімація). Іонний обмін. Поняття про електрофорез.
Хроматографічні методи аналізу
Визначення хроматографії.Поняття про рухому та нерухому фази. Класифікація методів по агрегатному стану рухомий і нерухомої фаз, за механізмом поділу, за технікою виконання, за метою та завданнями аналізу. Способи одержання хроматограм (фронтальний, витіснювальний, елюентний). Основні характеристики хроматограми. Основне рівняння хроматографії. Селективність та ефективність хроматографічного поділу. Теорія теоретичних тарілок. Кінетична теорія. Якісний та кількісний хроматографічний аналіз.
Газова хроматографія. Газо-адсорбційна (газо-твердофазна) та газо-рідинна хроматографія. Сорбенти та носії, вимоги до них. Механізм поділу. Схема газового хроматографа Колонки. Детектори, їх чутливість та селективність. Поняття про хромато-мас-спектрометрію. Області застосування газової хроматографії. Переваги та недоліки газової хроматографії.
Рідинна колонкова хроматографія. Види рідинної хроматографії. Переваги високоефективної рідинної хроматографії (ВЕРХ). Схема рідинного хроматографу. Насоси, колонки. Основні типи детекторів, їх чутливість та селективність. Переваги та недоліки ВЕРХ.
Адсорбційна та розподільча рідинна хроматографія. Нормально-фазовий та обернено-фазовий варіанти. Полярні та неполярні нерухомі фази та принципи їх вибору. Модифіковані силікагелі як сорбенти. Рухливі фази та принципи їх вибору. Області застосування рідинної хроматографії.
Іонна та іонообмінна хроматографія. Будова та фізико-хімічні властивості іонообмінників. Іонообмінна рівновага. Селективність іонного обміну та фактори його визначальні. Області застосування іонообмінної хроматографії. Особливості будови та властивості сорбентів для іонної хроматографії. Одноколоночна та двоколоночна іонна хроматографія, їх переваги та недоліки. Іонохроматографічне визначення катіонів та аніонів.
Іон-парна та лігандообмінна хроматографія.Загальні принципи. Рухливі та нерухомі фази. Області застосування.
Ексклюзивна хроматографія. Загальні засади методу. Особливості нерухомих фаз та механізму поділу. Визначаються речовини та сфери застосування методу.
Площинна хроматографія.
Загальні засади поділу. Способи отримання площинних хроматограм (висхідний, низхідний, круговий, двовимірний). Реагенти прояви хроматограмм. Переваги і недоліки.
Тонкошарова хроматографія.Механізми поділу. Сорбенти та рухливі фази. Області застосування.
Паперова хроматографія.Механізми поділу. Вимоги до паперу щодо хроматографічного аналізу. Рухливі фази. Області застосування.
Використання різних хроматографічних методів у фармацевтичному аналізі.
Гравіметричний метод аналізу
Сутність гравіметричного аналізу, переваги та недоліки методу. Прямі та непрямі методи визначення. Методи відгону та осадження. Найважливіші органічні та неорганічні осадники. Похибки у гравіметричному аналізі. Загальна схема визначень. Вимоги до обложеної та гравіметричної форм. Зміни складу осаду при висушуванні та прожарюванні. Термогравіметричний аналіз.
Аналітичні ваги. Чутливість терезів та її математичний вираз. Чинники, що впливають на точність зважування. Техніка зважування.
Приклади практичного застосування гравіметричного методу аналізу. Визначення води у фармацевтичних препаратах. Визначення елементів (заліза. алюмінію, титану) як оксидів. Визначення кальцію та магнію; джерела похибок за її визначенні. Визначення сірки, галогенів у неорганічних та органічних сполуках. Різні методи визначення фосфору та кремнію. Застосування органічних реагентів для визначення нікелю, кобальту, цинку та магнію.
Титриметричні методи аналізу
Методи титриметричного аналізу. Класифікація. Вимоги до реакції в титриметричному аналізі (загальні та спеціальні, що залежать від конкретного титриметричного методу). Види титриметричних визначень (прямі, обернені, непрямі). Способи визначення концентрації речовини, що титрується (способи окремих наважок і піпетування). Способи вираження концентрацій розчинів у титриметрії. Еквівалент, молярна маса еквівалента, молярна концентрація, молярна концентрація еквівалента, титр, титриметричний фактор перерахунку (титр з визначеної речовини), поправний коефіцієнт. Первинні та вторинні стандартні розчини. Фіксали. Криві титрування, їх основні параметри та зв'язок з основними законами хімічної рівноваги, види кривих титрування. Чинники, що впливають характер кривих титрування і величину стрибка титрування у різних методах. Точка еквівалентності. Точка електронейтральності. Способи визначення кінцевої точки титрування у різних методах. Індикатори Інтервали зміни фарбування індикаторів. Сучасні методи титриметричного аналізу та прилади.
Кислотно-основне титрування. Побудова кривих титрування. Вплив величин констант кислотності чи основності, концентрації кислот чи основ, температури характер кривих титрування. Кислотно-основне титрування у неводних середовищах. Чинники, що визначають вибір неводного розчинника. Кислотно-основні індикатори. Іонно-хромофорна теорія кислотно-основних індикаторів. Похибки титрування щодо сильних і слабких кислот і основ, багатоосновних кислот і основ.
Приклади практичного застосування. Первинні стандартні розчини для встановлення концентрації розчинів кислот та основ. Приготування та стандартизація розчинів соляної, сірчаної кислот та гідроксиду натрію. Титрування кислот, основ, сумішей кислот та сумішей основ, амфолітів. Аналіз сумішей карбонату та гідрокарбонату натрію, карбонату та гідроксиду натрію. Визначення азоту за методом К'єльдаля та солей амонію прямим та непрямим методами. Визначення нітратів та нітритів; формальдегіду. Застосування кислотно-основного титрування в неводних середовищах (визначення борної та соляної кислот у їх суміші, амінокислот).
Окисно-відновне титрування.Криві титрування: розрахунок, побудова, аналіз. Вплив концентрації іонів водню, комплексоутворення, утворення та розчинення малорозчинних сполук, іонної сили розчину на характер кривих титрування. Способи визначення кінцевої точки титрування. Індикатори в окислювально-відновних процесах. Похибки титрування.
Методи окисно-відновного титрування. Перманганатометрія. Визначення заліза (ІІ), оксалатів, пероксиду водню, нітритів. Дихроматометрія. Визначення заліза (ІІ).
Іодометрія та іодиметрія. Система йод-іодид як окислювач чи відновник. Визначення арсенітів, арсенатів, заліза (III), міді (II), галогенід-іонів, пероксидів, кислот. Визначення води та функціональних групорганічних сполук.
Хлоріодометрія, йодатометрія, бромометрія, броматометрія, цериметрія, нітритометрія. Первинні та вторинні стандартні розчини методів, які використовуються індикатори. Визначення неорганічних та органічних сполук.
Застосування методів окисно-відновного титрування у фармацевтичному аналізі.
Комплексометричне титрування .
Неорганічні та органічні титранти у комплексометрії. Меркуриметричне титрування. Сутність методу. Індикатори методу. Застосування меркуриметрії.
Використання амінополікарбонових кислот у комплексонометрії. Побудова кривих титрування. Металохромні індикатори та вимоги до них. Найважливіші універсальні та специфічні металохромні індикатори. Способи комплексонометричного титрування: пряме, зворотне, опосередковане. Селективність титрування та способи її підвищення. Похибки титрування. Приклади практичного застосування: визначення кальцію, магнію, заліза, алюмінію, міді, цинку в розчинах чистих солей та при спільній присутності.
Осаджувальне титрування. Методи осадового титрування: аргентометрія (методи Гей-Люссака, Мора, Фаянса-Фішера-Ходакова, Фольгарда), тіоціанатометрія, меркурометрія, гексаціанофератометрія, сульфатометрія, бариметрія. Первинні та вторинні стандартні розчини різних методів осадового титрування, їх приготування, стандартизація. Криві осадового титрування, їхній розрахунок, побудова, аналіз. способи визначення кінцевої точки титрування; осаджувальні, металохромні, адсорбційні індикатори. Похибки осадового титрування: їхнє походження, розрахунок, способи усунення. Приклади практичного використаннярізних методів осадового титрування у фармацевтичному аналізі .
Інші титриметричні методи аналізу. Термометричне, радіометричне титрування. Сутність методів, практичне застосування.
Електрохімічні методи аналізу
Загальна характеристика методів. Класифікація. Електрохімічні осередки. Індикаторні електроди та електроди порівняння. Рівноважні та нерівноважні електрохімічні системи. Явища, що виникають при перебігу струму (омічне падіння напруги, концентраційна та кінетична поляризація).
Потенціометрія
Пряма потенціометрія. Вимірювання потенціалу. Оборотні та незворотні окислювально-відновлювальні системи. Індикаторні електроди: металеві та іонселективні. Іонометрія. Класифікація іонселективних електродів. Рівняння Микільського-Ейзенмана. Характеристики іонселективних електродів: електродна функція, крутість електродної функції, межа виявлення, потенціометричний коефіцієнт селективності, час відгуку. Приклади практичного застосування іонометрії. Визначення рН, іонів лужних та лужноземельних металів, галогенід- та нітрат-іонів.
Потенціометричне титрування. Зміна електродного потенціалу у процесі титрування. Способи виявлення кінцевої точки титрування в реакціях: кислотно-основних, комплексоутворення, окислення-відновлення; процесах осадження.
Приклади практичного застосування. Титрування фосфорної, сумішей соляної та борної, соляної та оцтової кислот у водному та водно-органічних середовищах. Визначення йодидів та хлоридів при спільній присутності.
Кулонометрія
Теоретичні засади методу. Закони Фарадея. Пряма кулонометрія та кулонометричне титрування. Умови проведення кулонометричних вимірювань при постійному потенціалі та постійному струмі. Способи визначення кількості електрики у прямій кулонометрії та кулонометричному титруванні. Зовнішня та внутрішня генерація кулонометричного титранта. Титрування електроактивних та електронеактивних компонентів. Визначення кінцевої точки титрування. Переваги та обмеження методу кулонометричного титрування порівняно з іншими титриметричними методами. Застосування кулонометричного титрування для визначення малих кількостей кислоти та лугу, тіосульфату натрію, окислювачів-іонів металів, води.
Вольтамперометрія
Класифікація вольтамперометричних методів. Індикаторні електроди. Отримання та характеристика вольтамперної кривої. Граничний дифузійний струм. Полярографія. Рівняння Ільковіча. Рівняння полярографічної хвилі Ільковича – Гейровського. Потенціал напівхвилі. Ідентифікація та визначення неорганічних та органічних сполук. Сучасні видивольтамперометрії: пряма та інверсійна, зміннострумова; хроноамперометрія з лінійною розгорткою (осцилографія) Переваги та обмеження порівняно з класичною полярографією. Реєстрація та розшифрування полярограми індивідуального деполяризатора - іона металу. Реєстрація полярографічного спектра. Визначення концентрації речовин методом градуювального графіка та методом добавок з використанням класичної, осцилографічної, зміннострумової полярографії.
Амперометричне титрування. Сутність методу. Індикаторні електроди. Вибір потенціалу індикаторного електрода. Види кривих титрування. Поняття про амперометрическое титрування з двома індикаторними електродами. Амперометричне титрування неорганічних та органічних речовин.
Приклади практичного застосування вольтамперометричних методів та амперометричного титрування у фармацевтичному аналізі.
Кондуктометрія
Сутність методу. Пряма кондуктометрія та кондуктометричне титрування. Постійнострумова та зміннострумова; контактна та безконтактна кондуктометрія. Визначення концентрації аналізованого розчину за даними вимірювання електропровідності (розрахунковий метод, метод градуювального графіка). Кондуктометричне титрування. Поняття про високочастотне кондуктометричне титрування. Види кривих кислотно-основного та осаджувального кондуктометричного титрування. Переваги та недоліки кондуктометрії.
Порівняльна характеристика чутливості та вибірковості, областей застосування електрохімічних методів.
Спектроскопічні методи аналізу
Місце та роль спектроскопічних методів в аналітичній хімії та хімічному аналізі. Порівняльна характеристика чутливості та вибірковості, областей застосування спектроскопічних методів.
Електромагнітне випромінювання та його характеристики. спектр електромагнітного випромінювання. Основні типи взаємодії речовини з випромінюванням: поглинання, емісія (теплова, люмінесценція), розсіювання, світлозаломлення, відбиття. Класифікація спектроскопічних методів з енергії. Класифікація спектроскопічних методів на основі спектра електромагнітного випромінювання та об'єкта: атомна, молекулярна, абсорбційна, емісійна спектроскопія.
Енергетичні переходи. Правила добору. Закони випромінювання та поглинання, рівняння Ейнштейна. Ймовірності переходів та часи життя збуджених станів. Основні види світлорозсіювання (Релея-Мі та Тіндаля), комбінаційне розсіювання. Основні закони поглинання (Бугера-Ламберта) та випромінювання електромагнітного випромінювання (Больцмана, Мозлі). Зв'язок аналітичних сигналів з концентрацією з'єднання, що визначається.
Спектри атомів. Основні та збуджені стани атомів, характеристики станів. Характеристики атомних спектральних ліній: положення у спектрі, інтенсивність, ширина. Чинники, що впливають на ширину атомних ліній.
спектри молекул; їх особливості. Схема електронних рівнів молекули. Уявлення про повну енергію молекул як суми електронної, коливальної та обертальної. Зв'язок хімічної структури сполуки з молекулярними спектрами. Функціональний аналіз з коливальних та електронних спектрів.
Апаратура. Джерела випромінювання. Методи монохроматизації електромагнітного випромінювання. Класифікація спектральних приладів, характеристики. Приймачі випромінювання. Інструментальні перешкоди. Шуми та відношення сигнал-шум; оцінка мінімального аналітичного сигналу
Методи атомної оптичної спектроскопії
Атомно-емісійний метод. Термодинаміка процесів в атомно-емісійній спектроскопії (випаровування, атомізація, збудження, іонізація). Джерела атомізації та збудження: полум'я, плазмотрони, індуктивно-пов'язана плазма, електричні розряди (іскрові, тліючий розряд, дугові), лазери; їх основні характеристики. Фізичні та хімічні процеси в джерелах атомізації та збудження.
Якісний та кількісний аналіз методом атомно-емісійної спектроскопії. Рівняння Ломакіна-Шайбе та причини відхилення від закону Больцмана. Спектральні, хімічні та фізико-хімічні перешкоди, способи їх усунення.
Методи атомно-емісійної спектроскопії. Емісійна фотометрія полум'я, атомно-емісійна спектроскопія з індуктивно-зв'язаною плазмою, іскрова атомно-емісійна спектроскопія та їх порівняння. Метрологічні характеристики та аналітичні можливості.
Атомно-абсорбційний метод. Атомізатори (полум'яні та неполум'яні), основні переваги. Основний закон світлопоглинання в атомно-абсорбційній спектроскопії, його особливості. Джерела випромінювання (газорозрядні лампи, джерела суцільного спектра, лазери), їх характеристики, причина основного використання газорозрядних ламп. Спектральні та фізико-хімічні перешкоди, способи їх усунення. Основні вузли атомно-абсорбційного спектрометра. Метрологічні характеристики, можливості, переваги та недоліки методу, його порівняння з атомно-емісійним методом.
Атомно-флуоресцентний метод.принцип методу; особливості та застосування.
Приклади практичного застосування атомно-емісійного та атомно-абсорбційного методів у фармацевтичному аналізі.
Методи молекулярної оптичної спектроскопії
Молекулярна абсорбційна спектроскопія в оптичній ділянці (спектрофотометрія).Основний закон світлопоглинання у спектрофотометрії (Бугера-Ламберта-Бера). Основні причини відхилення від закону (інструментальні, фізико-хімічні та хімічні). Поняття про істинний і здається молярний коефіцієнт поглинання, питомий коефіцієнт поглинання (Е1% 1 см).
Фотометрична реакція. Фотометричні аналітичні реагенти; вимоги до них. Приклади фотометричних реакцій для визначення лікарських речовинрізної природи. Роль пробопідготовки в спектрофотометрії. Екстракційно-фотометричний аналіз. Способи визначення концентрації речовин: метод стандартних серій, метод зрівнювання забарвлень, метод розведення; їх застосування у фармації.
Вимірювання високих, низьких оптичних густин ( диференціальний метод). Аналіз багатокомпонентних систем. Похідна спектрофотометрія. Застосування методу для дослідження реакцій у розчинах (комплексоутворення, протолітичних, процесів агрегації), що супроводжуються зміною спектрів поглинання. Основні типи та характеристики приладів. Поняття про спектрофотометричне титрування. Метрологічні характеристики та аналітичні можливості. Приклади практичного застосування методу фармацевтичного аналізу.
Коливальна спектроскопія.
Порівняльна характеристика ІЧ-спектроскопії та спектроскопії комбінаційного розсіювання (КР-спектроскопії). Причини відмінності ІЧ-спектроскопії від спектрофотометрії. Можливості ІЧ-спектроскопії у якісному, кількісному, функціональному та структурному аналізі. Основні прилади (спектрофотометри, інтерферометри), переваги ІЧ-спектроскопії із перетворенням Фур'є. Основний закон світлопоглинання у ІЧ-спектроскопії, чутливість методу. Застосування ІЧ-спектроскопії у фармацевтичному аналізі (ідентифікація лікарських речовин, доказ справжності лікарських засобів, кількісний аналіз у ІЧ-області спектру). Обмеження ІЧ-спектроскопії. Використання КР-спектроскопії в неорганічному та органічному аналізі, при неруйнівному аналізі біологічних та фармацевтичних об'єктів.
Молекулярна спектроскопія люмінесцентна.Особливості люмінесценції як явища. Класифікація видів люмінесценції за джерелами збудження (хемілюмінесценція, біолюмінесценція, електролюмінесценція, фотолюмінесценція та ін.), механізму та тривалості світіння. Флуоресценція та фосфоресценція. Діаграма Тереніна-Льюїса (Яблонського). Закони та правила люмінесценції: Стокса-Ломмеля, Каші, Вавілова, Левшина (дзеркальної симетрії). Кількісний аналіз люмінесцентним методом, основне рівняння методу, вимоги до реакцій. Чинники, що впливають інтенсивність люмінесценції. Гасіння люмінесценції. Основні прилади у люмінесценції, вимоги до джерел випромінювання. Спектральні та фізико-хімічні перешкоди. Метрологічні характеристики та аналітичні можливості методу. Порівняння можливостей молекулярної абсорбційної та люмінесцентної спектроскопії при визначенні неорганічних сполук. Переваги люмінесцентної спектроскопії при ідентифікації та визначенні органічних сполук. Екстракційно-флуоресцентний аналіз. Титрування із застосуванням флуоресцентних індикаторів. Приклади використання люмінесцентної спектроскопії у фармацевтичному аналізі.
Спектроскопія світлорозсіювання.Основні типи світлорозсіювання та їх використання в аналітичній хімії. Нефелометрія та турбідиметрія, їх порівняльна характеристика та зіставлення з люмінесцентною спектроскопією та спектрофотометрією. Основні рівняння методів, вимоги до об'єктів дослідження та реакцій. Основні прилади, чутливість та селективність методів. Приклади практичного застосування. Уявлення про сучасні методи спектроскопії розсіювання.
Інші методи молекулярної спектроскопії.Рефрактометрія. Поляриметрія. Спектроскопія дифузного відображення в оптичній та ІЧ-областях. Флуоресцентна мікроскопія Оптичні рецептори.
Мас-спектрометрія
Основні засади методів. Ідентифікація та визначення органічних речовин; елементний та ізотопний аналіз. Основні вузли мас-спектрометра та їх призначення. Основні типи іонізації та джерела іонів (електронний удар, хімічна іонізація, іонізація електророзпорошенням, індуктивно-пов'язана плазма, бомбардування атомами, лазерна десорбція). Характеристика мас-аналізаторів, їх основні типи (магнітний секторний аналізатор, квадрупольний фільтр мас, квадрупольна іонна пастка, часопрогоновий мас-аналізатор циклотронно-резонансний аналізатор). Основні типи детекторів. Мас-спектр та його інтерпретація та обробка. Приклади використання мас-спектрометрії. Хромато-мас-спектрометрія та її використання у варіантах рідинної та газової хроматографії.
Кінетичні методи аналізу
Сутність методів. Каталітичний та некаталітичний варіанти кінетичних методів; їх чутливість та селективність. Типи використовуваних каталітичних та некаталітичних реакцій: окислення-відновлення, обміну лігандів у комплексах, перетворення органічних сполук, фотохімічні та ферментативні реакції. Способи визначення концентрації за даними кінетичних вимірів.
Приклади практичного застосування. Визначення неорганічних та органічних сполук. Використання каталітичних реакцій визначення малих кількостей речовин.
Теорія та практика пробовідбору та пробопідготовки
Представительність проби; взаємозв'язок з об'єктом та методом аналізу. Чинники, що зумовлюють розмір та спосіб відбору представницької проби. Відбір проб гомогенного та гетерогенного складу. Способи отримання середньої проби твердих, рідких та газоподібних речовин; пристрої та прийоми, що використовуються при цьому; первинна обробка та зберігання проб; дозуючі пристрої.
Основні способи перекладу проби у форму, необхідну конкретного виду аналізу: розчинення у різних середовищах; спікання, сплавлення, розкладання під впливом високих температур, тиску, високочастотного розряду; комбінування різних прийомів; особливості розкладання органічних сполук Способи усунення та обліку забруднень та втрат компонентів при пробопідготовці.
Особливості пробопідготовки твердих, рідких та м'яких лікарських форму фармацевтичному аналізі.
рекомендована література
Основна
1. Харітонов Ю.Я. Аналітична хімія. аналітика. У двох книжках. 3-тє видання. М: Вища. шк., 2005.
2. Практикум з аналітичної хімії. / За ред. Пономарьова В.Д., Іванової Л.І. М: Вища. шк., 1983.
3. Харитонов Ю.Я., Григор'єва В.Ю. Аналітична хімія. Практикум. Якісний хімічний аналіз М.: Видавнича група "ГЕОТАР-Медіа", 2007.
4. Лур'є Ю.Ю. Довідник з аналітичної хімії. М: Хімія, 1989.
Додаткова
1. Пономарев В.Д. Аналітична хімія. М: Вища. шк., 1982.
2. Основи аналітичної хімії (за ред. Ю.А. Золотова). У двох книжках. Загальні питання. Методи розподілу. Методи хімічного аналізу. М: Вища. шк.. 2004. Серія «Класичний університетський підручник».
3. Основи аналітичної хімії. Завдання та вправи. / За ред. Ю.А. Золотова. М: Вища. шк., 2004.
4. Дорохова О.М., Прохорова Г.В. Аналітична хімія. Фізико-хімічні методианалізу. М: Вища. шк., 1991.
5. Дорохова О.М., Прохорова Г.В. Завдання та вправи з аналітичної хімії. М: Світ, 2001.
6. Васильєв В.П. Аналітична хімія. У двох книжках. М: Дрофа, Кн. 1. 2004, Кн. 2. 2005.
7. Державна Фармакопея СРСР. XI видання. Вип. 1. Загальні засади аналізу. М: Медицина, 1987.
8. Державна Фармакопея СРСР. XI видання. Вип. 2. Загальні методи аналізу. Лікарська рослинна сировина. М: Медицина, 1990.
9. Державна Фармакопея СРСР. Х видання. М: Медицина, 1968.
10. Джабаров Д.М. Збірник вправ та завдань з аналітичної хімії. М: Російський лікар, 1997.
11. Келнер Р. Аналітична хімія. Проблеми та підходи. У двох томах. М: Світ, 2004.
12. Отто М. Сучасні методи аналітичної хімії (у двох томах). / Пер. з ним. та за ред. А.В. Гармаша. Т.1. М: Техносфера, 2003. Т.2. М: Техносфера, 2004.
13. Аналітична хімія. Проблеми та підходи. У 2-х томах. / Пер. з англ., за ред. Ю.А. Золотова. М: Світ, 2004.
14. Марченко З., Бальцежак М. Методи спектрофотометрії в УФ та видимій областях у неорганічному аналізі. М: Біном. Лабораторія знань, 2009.
15. Хенце Г. Полярографія та вольтамперометрія. Теоретичні основи та аналітична практика. М: Біном. Лабораторія знань, 2008.
16. Кунце У., Шведт Г. Основи якісного та кількісного аналізу. М: Світ, 1997.
17. Пилипенко А.Т., П'ятницький І.В. Аналітична хімія. У двох томах. М: Хімія, 1990.
18. Петрухін О.М., Власова Є.Г., Жуков А.Ф. та ін. Аналітична хімія. Хімічні методи аналізу. М: Хімія, 1993.
19. Лайтінен Г.А., Харріс В.Є. Хімічний аналіз М: Хімія, 1979.
20. Петерс Д., Хайєс Дж., Хіфтье Г. Хімічний поділ і вимір. У двох книжках. М: Хімія, 1978.
21. Скуг Д., Вест Д. Основи аналітичної хімії. У двох книжках. М: Світ, 1979.
22. Фрітц Дж., Шенк Г. Кількісний аналіз. М: Світ, 1978.
23. Юїнг Д. Інструментальні методи хімічного аналізу. М: Світ, 1989.
22. Янсон Е.Ю. Теоретичні засади аналітичної хімії. М: Вища. шк., 1987.
23. Дерффель К. Статистика в аналітичній хімії. М.: Світ, 1994.
24. Журнал аналітичної хімії. Щомісячне видання видавництва "МАІК".
Програму складено
доц. Мугінова С.В.
Редактор проф. Шеховцова Т.М.