Аналитическая химия как наука. Лекция 1

Аналитическая химия – это то, чем занимаются химики аналитики
Аналитическая химия – это раздел химической науки, разрабатывающий на основе фундаментальных законов химии и физики принципиальные методы и приемы качественного и количественного анализа атомного, молекулярного и фазового состава вещества
Аналитическая химия – это научная дисциплина, которая развивает и применяет методы, средства и общую методологию получения информации о составе и природе веществ (в пространстве и времени)

Аналитическая химия – наука о методах исследования состава и отчасти химического строения веществ
Аналитическая химия вооружает методами исследования

Задачи аналитической химии
1) накопление и поддерживание базы положительного опыта приемов и принципов реализации методов исследования веществ;
2) развитие теории методов анализа, процессов и операций исследования веществ;
3) усовершенствование и научное обоснование уже существующих методов;
4) разработка новых методов определения веществ.

История развития аналитической химии
Первое систематическое изложение пробирного искусства приведено в труде итальянского металлурга Ванночио Берингуччио, впервые опубликованном в 1540 г.
Работа у муфельной печи

Термин «химический анализ» был введен англичанином Р. Бойлем в 1654 г.
В 1871 году появилась «Аналитическая химия» Н. А. Меншуткина, выдержавшая 16 переизданий. Это учебник, составивший эпоху в преподавании аналитической химии не только в России, но и за рубежом. Это было первое руководство по качественному и количественному анализу.
Н. А. Меншуткин
(1842–1907)
Учебник
«Аналитическая химия» Н. А. Меншуткина

Качественный химический анализ
Аналитические реакции
Необходимым условием проведения химического анализа является наличие у определяемого компонента (аналита) аналитических признаков.
Аналитические признаки – свойства аналита или продуктов его превращения, которые позволяют судить о его наличии. В качественном химическом анализе аналитические признаки обнаруживаются в результате аналитических реакций.
Аналитическая реакция – химическое превращение аналита при действии аналитического реагента (реактива) с образованием продуктов, свидетельствующих о наличии определяемого компонента.
Аналитический эффект – физическое явление, возникающее в результате аналитической реакции. Эффект, сигнализирующий о наличии аналита, называется аналитическим сигналом.

Требования, предъявляемые к аналитическим реакциям
Реакция должна сопровождаться внешним эффектом
[Fe(Н2O)6]3+ + 6NCS- = [Fe(NCS)6]3- + 6Н2O
2Ag+ + СrO42- = Ag2СrO4↓
ионы серебра – аналит,
аналитический эффект – выпадение осадка, аналитический сигнал – кирпично-красный цвет осадка

Интересными и очень перспективными являются реакции, в ходе которых образуются кристаллы характерной формы. Результат реакции наблюдают под микроскопом – микрокристаллоскопические реакции.
Микрокристаллоскопической реакцией на ионы натрия является реакция с гексагидроксостибатом(V) калия, в результате которой выпадает белый микрокристаллический осадок): Na+ + [Sb(OH)6]- = Na[Sb(OH)6]↓.
Вид кристаллов гексагидроксостибата(V) натрия
под микроскопом при увеличении в 400 раз

Для открытия ионов кальция применяют реакцию с серной кислотой:
Сa2+ + SO42- = CaSO4↓.
Вид кристаллов сульфата кальция

Кристаллы формазана в
клетках цианобактерий
Кристаллы мочевой кислоты
в крови

2. Реакция должна идти мгновенно и практически необратимо.
3. Реакция должна быть чувствительной и селективной.
Чувствительность реакции характеризуется тремя основными характеристиками: открываемым минимумом, предельным разбавлением и предельной концентрацией.

Открываемый минимум (абсолютная чувствительность, предел обнаружения) – это наименьшее количество вещества, которое еще может быть обнаружено данным реактивом при определенных условиях наблюдения продуктов реакции. Обозначается m, измеряется в мкг, рассчитывается по формуле:
m = Сlim . Vmin . 106.

Предельное разбавление – максимальный объем раствора, в котором можно однозначно обнаружить один грамм аналита при помощи данной аналитической реакции. Обозначается Vlim, измеряется в мл/г, рассчитывается по формуле:
Vlim = 1 / Сlim.

Предельная концентрация – наименьшая концентрация определяемого вещества, при которой оно может быть обнаружено в растворе данной реакцией по данной методике. Обозначается Сlim, измеряется в г/мл, рассчитывается по формуле:
Сlim = 1 / Vlim или Сlim = (m / Vmin . 106).

В качественном анализе имеют дело в основном с избирательными (селективными), специфичными и групповыми реакциями и реагентами.
Специфичными (или специфическими, характерными) называют реакции или реактивы, при помощи которых можно в определенных условиях обнаруживать одни ионы в присутствии других ионов по специфическому изменению цвета, образованию характерного осадка, выделению газа и т. д.
Специфические реактивы образуют характерный осадок или окрашивание только с определенным ионом. Например, реактив К3[Fе(СN)6] образует темно-синий осадок только с ионами Fe2+. Такие реакции еще называют частными, когда реагент образует характерное соединение с конкретным ионом.
Избирательные (селективные) реактивы реагируют с двумя-тремя ионами, принадлежащими к одной или к разным группам. Например, реактив KI реагирует с ионами Pb2+, Ag+, [Hg2]2+, а также с ионами Hg2+ и Сu2+.
Групповые реактивы и реакции позволяют открывать ионы определенной аналитической группы.