МЕТОДЫ АНАЛИТИЧЕСКОЙ ХИМИИ

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. Эти понятия наглядно иллюстрирует рис. 2.3, из которого видно, что тангенс угла наклона функции Y = /(С) представляет собой не что иное, как чувствительность аналитического метода.

Графическая интерпретация понятия «чувствительность»

Рис. 2.3. Графическая интерпретация понятия «чувствительность»

Чем выше чувствительность метода (методики), тем меньше определяемое с его (ее) помощью количество вещества.

Нижний предел обнаружения (НПО) — наименьшее содержание, или концентрация (С j ), при которых по данной методике можно обнаружить присутствие компонента с заданной доверительной вероятностью. В аналитической практике для характеристики предела обнаружения нередко используют величину pCmjn, которую вычисляют как отрицательный логарифм минимально определяемой концентрации. Если аналитический сигнал превышает предел обнаружения, то это свидетельствует о наличии обнаруживаемого вещества, а если ниже — о его отсутствии. Предел обнаружения: высокий (pCmin = 3-4); средний (рСт[п = 5-6); низкий (pCmin = 7-8).

Диапазон определяемых содержаний — область значений определяемых содержаний, предусмотренная данным методом (методикой) и ограниченная нижней и верхней границами определяемых содержаний.

Верхняя граница определяемых содержанийв) — наибольшее значение количества или концентрации компонента, определяемое по данной методике.

Нижняя граница определяемых содержанийн) — 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.

В настоящее время существует несколько различных подходов к классификации аналитических методов в зависимости от того, что положено в основу градации методов.

  • 1. По природе анализируемого объекта различают методы неорганического и органического анализа.
  • 2. По целям и решаемым задачам подразделяют методы качественного, количественного, структурного, фазового, элементного, функционального, молекулярного и других видов анализа. Общая схема такой классификации методов представлена на рис. 2.4.
  • 3. По количеству анализируемого вещества классификация аналитических методов представлена в табл. 2.2.

Диапазон концентраций (содержания) вещества в анализируемой пробе и общепринятый термин, характеризующий количество определяемого компонента, взаимосвязаны:

а) если массовая доля анализируемого вещества составляет более 10%, то речь идет об определении (анализе) основного компонента;

Таблица 2.2

Классификация методов по количеству анализируемого вещества

Наименование метода

Масса анализируемого вещества, г

Объем анализируемого вещества, см3

Макрометод

0,1-1,0

1-10

Полумикрометод

0,01-0,10

0,1-1,0

Микрометод

0,001-0,010

0,01-0,10

Ультрамикрометод

<0,001

<0,01

Схема классификации аналитических методов по целям и решаемым задачам б) если массовая доля анализируемого вещества составляет от 0,01 до 10%, то говорят об определении примесей

Рис. 2.4. Схема классификации аналитических методов по целям и решаемым задачам б) если массовая доля анализируемого вещества составляет от 0,01 до 10%, то говорят об определении примесей;

в) если массовая доля анализируемого вещества находится в интервале 10-6— 10_2%, то проводится анализ следовых количеств (определение следов вещества).

В зависимости от содержания примесей в составе химические вещества могут иметь разные квалификационные уровни. Промышленностью выпускаются химические препараты соответствующих марок: «ч», «хч», «осч» и др., степень очистки которых отражена в табл. 2.3.

Таблица 2.3

Классификация химических веществ по содержанию примесей

Условное обозначение вещества

Содержание примесей, %

Квалификация вещества (марка)

А 1

ю-'

Обычное вещество: технической чистоты — «тех. ч.» или чистое — «ч»

А 2

ю-2

ВЗ

10“3

Химически чистое вещество — «хч» или чистое для анализа — «чда»

В 4

ю-4

В 5

О

1

В6

ю-6

С 7

Г"-

1

О

Вещество особой чистоты — «осч»

С 8

О

1

сю

С 10

О

1

о

В химическом анализе используются реактивы, квалификация которых не ниже «чда».

4. По происхождению и способу регистрации аналитического сигнала. Классификация методов аналитической химии по происхождению аналитического сигнала является наиболее полной, поскольку практически все методы анализа основаны на изучении зависимости какого-либо свойства вещества от его состава, и в наглядном виде представлена на рис. 2.5.

Под аналитическим сигналом (АС) понимают сигнал, функционально связанный с химическим составом анализируемого вещества и измеряемый в ходе выполнения методики анализа.

Наличие аналитического сигнала свидетельствует о качественном составе вещества, а интенсивность сигнала (J) дает информацию о количестве того или иного компонента в составе анализируемой пробы.

Классификация методов по происхождению и способу регистрации аналитического сигнала

Рис. 2.5. Классификация методов по происхождению и способу регистрации аналитического сигнала

Аналитический сигнал может возникать в системе в результате:

  • а) протекания химической реакции, аналитический сигнал при этом фиксируется с помощью органов чувств человека (главным образом визуально). На этом основаны химические методы анализа (ХМА). Фактором интенсивности аналитического сигнала является либо масса образовавшегося осадка, либо объем выделившегося газа или объем раствора реагента известной концентрации, прореагировавшего с определяемым веществом;
  • б) протекания химической реакции, сопровождающейся изменением какого-либо физического свойства системы, измеряемого с помощью приборов (инструментов). Методы анализа, которые основаны на измерении физического свойства системы при проведении химической реакции, называют физико-химическими (ФХМА). Фактором интенсивности аналитического сигнала в данном случае является физическая величина (сила тока, разность потенциалов, электропроводность, оптическая плотность раствора и др.);
  • в) использования физического явления, не связанного с протеканием химической реакции. Такие методы получили название физических методов анализа (ФМА). Аналитическим сигналом в данном случае, как и в предыдущем, является измеряемое физическое свойство, величина которого характеризует интенсивность сигнала.

Совокупность методов ФХМА и ФМА объединяют под названием «инструментальные методы анализа» (ИМА).

При сравнении ХМА, ФХМА и ФМА следует отметить, что ни один из методов не является универсальным. Каждый из них обладает достоинствами и недостатками. Основными достоинствами химических методов являются простота выполнения анализа, отсутствие сложного аппаратурного оформления и достаточно высокая точность (0,10—0,01%). К недостаткам химических методов следует отнести большую продолжительность анализа (недостаточно высокую экспрессность) и сравнительно высокий предел обнаружения

(10-1—ю-2%).

Инструментальные методы анализа обладают рядом преимуществ: высокая экспрессность; хорошая чувствительность; объективность результатов анализа; одновременное получение качественной и количественной информации; возможность автоматизации и использования компьютерной техники; возможность проведения неразрушающего и дистанционного анализов.

Одновременно с этим инструментальные методы обладают и недостатками, среди которых можно выделить:

  • • необходимость использования стандартных образцов и эталонов для градуировки аналитического сигнала;
  • • наличие достаточно трудоемкой стадии предварительной подготовки пробы, которая наиболее часто осуществляется с помощью химических методов разделения и концентрирования.

Вопросы для самоконтроля к главе 2

  • 1. Объясните значение следующих терминов: «принцип анализа», «метод анализа», «методика анализа». Каковы соотношение этих понятий и их роль в аналитическом процессе?
  • 2. Перечислите основные стадии аналитического процесса. Каково содержание этих стадий?
  • 3. Что означает термин «проба»? Какие виды проб в зависимости от способа их получения вам известны?
  • 4. В чем заключается процедура отбора пробы? Какие существуют способы пробоотбора?
  • 5. В чем заключается процедура подготовки пробы? Какие существуют способы пробоподготовки?
  • 6. Какова сущность процесса концентрирования? Какие способы концентрирования вам известны?
  • 7. Изложите суть таких способов концентрирования и разделения, как выпаривание, экстракция, сорбция, ионный обмен, хроматографирование и электролиз.
  • 8. Что такое аналитический сигнал?
  • 9. Что понимают под измерением в ходе аналитического процесса? Для чего его проводят?
  • 10. Что означает термин «погрешность измерения»? Чем различаются случайная и систематическая погрешности?
  • 11. Какие наиболее распространенные практические приемы обнаружения систематической погрешности (проверки правильности результатов аналитических определений) вы знаете?
  • 12. Дайте определение следующих терминов: «правильность», «прецизионность», «сходимость (повторяемость)», «воспроизводимость», «достоверность», «точность анализа». Объясните их значение в аналитической химии.
  • 13. В чем состоит статистическая обработка результатов измерений? Каков алгоритм расчета результата измерения?
  • 14. В каком виде следует представлять результат анализа?
  • 15. Каковы основные подходы к классификации методов анализа?
  • 16. На какие основные классы (с точки зрения происхождения аналитического сигнала) делятся методы анализа?
  • 17. Каковы основные достоинства и недостатки ХМА, ФХМА и ФМА (проведите сравнительный анализ методов)?
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >