Физические методы количественного анализа

Физические методы количественного химическогоанализа основаны на явлении зависимости интенсивности какого-либо физического свойства вещества объекта анализа от содержания в нём определяемого компонента.

Способ сравнения с эталоном при проведении количественного анализа физическим методом следующий. Экспериментально устанавливают функциональную зависимость интенсивности конкретного физического свойства от содержания определяемого компонента А в веществе сравнения. Этот процесс называется градуировкой средства измерения по определяемому компоненту (атому, изотопу, функциональной группе, иону, молекуле). Для градуировки средства измерения используют вещества сравнения. Это могут быть химические реактивы соответствующей степени чистоты, содержащие определяемый компонент в количестве более 99 %, или это могут быть стандартные образцы состава вещества, в которых содержание определяемого компонента известно с наивысшей точностью.

Например, путём растворения точной навески вещества сравнения готовят стандартный раствор определяемого компонента. Из стандартных растворов путём разбавления готовят растворы для градуировки (градуировочные растворы) и проводят градуировку средства измерения. Если необходимо, готовят градуировочные газовые или твердые смеси.

По данным градуировки строят градуировочный график, отражающий зависимость интенсивности измеренного физического свойства от содержания определяемого компонента. График строят в координатах, откладывая по оси «Y» значения интенсивности измеряемого физического свойства, по оси «X» – содержание определяемого компонента в градуировочных смесях. Градуировочные данные не могут быть табличными значениями, потому что градуировочный график отражает зависимость физического свойства от химического состава одного и того же вещества, имеющую смысл только для конкретного средства измерения в конкретной аналитической лаборатории, иногда и в конкретных условиях измерения (некоторые средства измерения градуируют ежедневно).

Содержание определяемого компонента в пробе анализируемого вещества находят из градуировочного графика следующим образом. Окладывают на числовой оси «Y» значение измеренного физического свойства у пробы анализируемого вещества, далее проводят перпендикуляр до пересечения с градуировочным графиком и опускают перпендикуляр из точки пересечения до оси «Х», рис.1.7.

Например, при определении хлорид-ионов в природной воде методом ионометрии измеряют окислительно-восстановительный потенциал хлорид-селективного электрода в природной воде относительно электрода сравнения. Величина потенциала зависит от содержания хлорид-ионов в пробе воды.

Рис.1.7. Градуировочный график в физических методах химического анализа

Путём растворения точной навески вещества сравнения – реактива KCl, х.ч., готовят стандартный раствор в пересчете на молярную концентрацию хлорид-ионов, С_М(Cl^-). Из стандартного раствора путём разбавления готовят градуировочные растворы для градуировки конкретного средства измерения – иономера. Содержание хлорид-ионов в пробе природной воды находят из градуировочного графика, построенного для конкретного иономера в конкретной аналитической лаборатории в координатах «Потенциал хлорид-селективного электрода (Е_ок/вос) – отрицательный логарифм молярной концентрация Cl^- – ионов (pC_M(Cl^-))в градуировочных растворах», рис.1.8.

Рис.1.8. Градуировочный график для определения хлорид-ионов методом ионометрии

Количественный спектральный анализ заключается в сравнении интенсивности аналитического сигнала конкретной длины волны с интенсивностью этого же сигнала в спектрах градуировочных смесей, сходных с пробой, но различающихся по концентрациям определяемого элемента.

Например, в атомно-эмиссионном спектральном анализе, измерив интенсивность светового излучения с длиной волны 327,3961 нм, можно определить содержание элемента меди в пробе анализируемого вещества, а измерив интенсивность светового излучения с длиной волны 288,1581 нм – содержание элемента кремния.

Содержание определяемого компонента в пробе вещества находят из градуировочного графика по общепринятому способу. Для градуировки атомно-эмиссионного спектрометра используют градуировочные смеси твёрдых или жидких веществ, приготовленные из вещества сравнения.

В одних средствах измерения физического свойства вещества аналитический сигнал регистрируют в виде числового значения на шкале измерительного прибора (иономеры, радиометры, однолучевые фотоколориметры, пламенные фотометры, атомно-абсорбционные спектрометры и др.). В других средствах измерения физического свойства вещества аналитический сигнал изменяется во времени его регистрации и имеет форму пика (вольтамперометрические измерительные приборы, спектрометры, хроматографы и др., см. например, рис. 1.6). Для количественных анализа измеряют значения высоты (h, мм) или площади (S_Δ,мм²) пика аналитического сигнала, которые пропорциональны величине физического свойства и, следовательно, количеству определяемого компонента.

Например, при проведении химического анализа хроматографическим методом градуировочный график строят в координатах h – С (A), или S_Δ – С (A), см. рис. 3.90. Здесь С (A)–концентрация в соответствующих единицах (%. мг/дм³) определяемого компонента в приготовленных из веществ сравнениягазовых или жидких градуировочных смесях.

Результат количественного химического анализа, полученный с помощью физического метода– значение количества определяемого компонента или его массы, отнесенное к единице массы или объёма анализируемого вещества объекта анализа.