ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Методы определения микроконцентраций в современном химическом анализе из "Катализ в аналитической химии" Наибольшее распространение получили методы хроматографии и экстрагирования. Эти методы очень удобны тем, что с их помощью можно не только уменьшить объем анализируемого раствора, но и отделить определяемое вещество от большинства примесей, а в некоторых случаях даже измерить его количественно. Метод экстрагирования (извлечения) основан на применении таких несмешивающихся с основным раствором растворителей, в которых соединения данного элемента растворяются лучше, чем в исходном растворителе. При смешивании таких двух растворителей концентрируемое вещество переходит из большого объема основного раствора в малый объем растворителя, так называемого экстрагента. [c.19] В методе хроматографии используются разная степень поглощаемости и разная подвижность химических соединений в растворе. Благодаря этим различиям каждое из веществ смеси занимает на хроматограмме свою область, свою зону. В таких зонах примеси других элементов невелики. [c.19] Концентрирование — это первый этап анализа следующий и основной этап — непосредственное определение количества искомого элемента или соединения. [c.19] Когда речь идет об очень малых количествах элементов, чувствительность методов играет решающую роль. В аналитической химии для характеристики чувствительности наиболее часто пользуются двумя понятиями открываемым минимумом — наименьшим количеством данного вещества, открываемого в данных условиях данным методом, и минимальной концентрацией — наименьшей концентрацией данного вещества, открываемой в данных условиях данным методом. Открываемый минимум выражают обычно в весовых единицах (микрограммы, нанограммы, пикограммы и т. д.), а минимальную концентрацию— в весовых единицах на единицу объема (например, в мкг1мл) или в молях на единицу объема (например, в моль/л или молярностью). Обычно, если говорят о минимальной концентрации, указывают и необходимый минимальный объем. Между открываемым минимумом и минимальной концентрацией существует простое соотношение первый равен минимальной концентрации, умноженной на объем раствора (или общее количество анализируемого объекта). [c.20] Однако при этом очень важна и точность метода, которая тем больше, чем ближе полученный результат анализа к истинному содержанию микропримеси. К сожалению, с увеличением чувствительности анализа обычно уменьшается его точность, так как на результатах анализа все в большей степени начинают сказываться такие факторы, как количество примесей, чистота посуды, реактивов, воды. [c.20] основанный на измерении электропроводности раствора, называется кондуктометрическим, а на измерении разности потенциалов — потенциометрическим. Если, допустим, измерить электропроводность чистого раствора соляной кислоты или потенциал стеклянного электрода в этом же растворе, можно точно определить концентрацию соляной кислоты. Однако такое определение невозможно, когда в растворе присутствуют еще и другие вещества. В этом случае проводится химическая реакция взаимодействия с определяемым веществом (в нашем примере — реакция нейтрализации кислоты щелочью). В момент, когда последнее полностью прореагировало, показатель измеряемого свойства системы (электропроводность, потенциал) резко изменяется. Зная количество реактива, пошедшего на химическую реакцию, рассчитывают неизвестную концентрацию. [c.22] Зависимость электрохимической характеристики системы от объема добавляемого реактива можно представить графически (рис. 1). [c.23] Пожалуй, самыми чувствительными и избирательными электрометрическими методами определения малых концентраций являются полярографические и амперометрические. [c.23] Очень близок к полярографическому амперометрический метод анализа, сущность которого заключается в измерении силы тока при постоянном напряжении на электродах. Это напряжение должно быть достаточным для восстановления анализируемых ионов. Вместо ртутных в ам-перометрии часто употребляются твердые электроды. [c.24] Электрометрические методы анализа обладают достаточно высокой чувствительностью и большой надежностью, во многих случаях они имеют и большую избирательность и поэтому применяются для определения микроконцентраций элементов. Конечно, возможности определения того или другого элемента зависят от свойств и природы самого элемента. [c.24] К достоинствам электрометрических методов следует от нести их доступность автоматизации, возможность работы с малым количеством веществ. Их общим недостатком можно считать необходимость помещать в рабочие растворы электроды. При этом возникают различные поверхностные явления, мешающие анализу происходит загрязнение рас- творов. Кроме того, прохождение электрического тока че рез раствор очень часто вызывает не только электрохимическую реакцию, необходимую для анализа, но и побочные процессы, связанные с наличием в растворе других веществ. Безусловно, все это увеличивает ошибки анализа, и чтобы свести их к минимуму, надо прибегать к дополнительным усложнениям методов. [c.25] Спектральный метод очень удобен для массового анализа многих элементов без разложения пробы (например, при анализах горных пород). Однако из-за наложения полос элементов точность метода Невелика, особенно если речь идет о микросодержаниях веществ. [c.26] Если эмиссионный спектр вызван переходом электрона из возбужденного состояния в основное, то в принципе спектрофотометрического метода анализа лежит переход электрона из основного состояния в возбужденное под действием поглощенного веществом света. Количество энергии, необходимое для осуществления такого перехода, зависит от электронного строения окрашенного вещества. Оптическая плотность раствора окрашенного соединения максимальна при определенной длине волны света эта длина волны соответствует энергии, при которой переход электрона наиболее вероятен. [c.26] Оптические методы, использующие поглош,ение света окрашенным веш,еством, условно подразделяются на три группы. 1. Визуальная колориметрия, когда окрашенные растворы различной концентрации сравниваются на глаз. 2. Фотоэлектроколориметрия, при которой оптическую плотность растворов сравнивают с помощ,ью фотоэлементов, а для освещения растворов применяют монохроматический свет, пропускаемый через светофильтры. 3. Спектро-фотометрия — с помощью сложных оптических схем измеряется оптическая плотность для каждой длины волны на выбранном участке спектра. Легко видеть, что малую концентрацию удобно измерять методами фотоэлектроколориметрии и спектрофотометрии, дающими точную и объективную оценку оптической плотности раствора, а следовательно, и концентрации окрашенного вещества. Напомним, что чувствительность оптических методов, основанных на измерении поглощения света окрашенными растворами, ограничена величиной молярного коэффициента погашения г. [c.27] Одним из наиболее чувствительных и селективных методов определения малых концентраций веществ можно считать люминесцентный (флуоресцентный) метод анализа. Суть его в простейшем виде заключается в следующем. При поглощении кванта света электрон переходит из основного состояния в возбужденное. Возвращаясь в исходное состояние, он может потерять часть полученной энергии в виде тепловых колебаний и оказаться при этом в промежуточном состоянии. Переход электрона из промежуточного состояния в основное сопровождается выделением кванта света с большей длиной волны. Специальные оптические приборы фиксируют полученный таким образом спектр люминесценции, и эти данные можно использовать для анализа. Спосдбностью к люминесценции обладают далеко не все элементы и соединения, что обусловливает исключительно высокую избирательность люминесцентного метода его точность и чувствительность тоже достаточно высоки. [c.27] Оптические методы имеют много достоинств во многих случаях высокую чувствительность (на рис. 5 показана чувствительность некоторых оптических методов определения железа), точность, возможность автоматизации измерений, относительную простоту и доступность аппаратуры. Например, о больших возможностях методов говорит тот факт, что только с их помощью ученые смогли открыть присутствие некоторых химических элементов на других небесных телах. Гелий был открыт спектральным анализом сначала только на Солнце (1868 г.), и лишь 7 лет спустя его обнаружили на Земле. Такая же судьба была и у другого химического элемента — технеция, найденного вначале в спектрах некоторых звезд. [c.28] Более сложным, но и гораздо более чувствительным методом, чем описанные, является активационный анализ. Он основан на взаимодействии нейтронов с атомами определяемого элемента, в результате которого образуются легко обнаруживаемые радиоактивные изотопы данного элемента количество изотопов однозначно определяет содержание элемента в анализируемом образце. [c.29] Значение активационного метода для анализа микропримесей трудно переоценить. Его иногда используют в самых экзотических случаях. Более 100 лет прошло со дня смерти Наполеона, и столько же лет существовало подозрение, что император был отравлен. 0)всем недавно, облучив во лосы Наполеона в ядерном реакторе, ученые нашли, что содержание мышьяка, одного из самых ядовитых веществ, в них намного выше нормы. Было не только доказано, что Наполеона отравили, но и показано по степени распределения мышьяка по длине волос, что отравление происходило постепенно. [c.29] Однако активационный анализ относится к малодоступным методам из-за сложности аппаратуры и высокой стоимости защитного оборудования при работе с радиоактивными веществами, а также из-за короткого периода существования многих изотопов. Кроме того, проведение массовых анализов этим методом еозможно только при наличии атомного реактора. [c.29] Вернуться к основной статье