Введение в ХФХМА.

Аналитическая химия или Химические и физическо-химические методы анализа

(ХФХМА)

Тема 1. Основные понятия и определения

План

1. Аналитическая химия, аналитический контроль и химический

анализ. (Основные понятия и определения)

2. Классификация методов анализа.

3. Анализ как комплекс взаимосвязанных операций.

4. Значение химического анализа для металлургического

производства. Связь аналитического контроля с проблемами

экологии.

Основные понятия и определения

• Аналитическая химия – наука о методах изучения химического состава вещества (различных конкретных объектов и материалов) и его химической структуры. Состав вещества имеет качественные и количественные характеристики.
• Аналитическая химия (а. х.) – наука о методах и средствах химического анализа и в известной мере установления химического строения.
• Анализ – метод исследования, основанный на разложении данного сложного вещества на более простые составные части.

Основные понятия и определения

• Средства анализа – то, что необходимо для проведения анализа: приборы, реактивы, расчетные программы, стандартные образцы.
• Метод анализа – совокупность принципов приемов, положенных в основу анализа без относительно к конкретному объекту и определяемому веществу.

Особое место в аналитической химии занимает технический анализ, который основывается на всех методах количественного и качественного анализа.

Основные понятия и определения

• Аналитический контроль (а. к.) – раздел аналитической химии, объединяющий методы анализа химического состава: сырья, полуфабрикатов, промежуточных продуктов, вспомогательных материалов и готовой продукции.
• Методика анализа – подробное указание всех условий и операций проведенного анализа данного объекта с использованием данного метода ( в методиках указывается определенный компонент, объект анализа, применяемый метод).

Структура аналитической химии опирается на её методы

• Цель и назначение : методы делятся на пробоотбор, разложение пробы, разделение компонентов, обнаружение или идентификация и определение;
• Анализ - процедура получения опытным путем данных о химическом составе вещества.
• химический состав имеет качественную и количественную характеристики, то анализ подразделяют на качественный и количественный .

Первым устанавливают, из каких компонентов состоит вещество (атомов, ионов, молекул, фаз, функциональных и структурных групп и др.), а вторым – их количественное содержание в веществе.

Способы определения химического состава вещества называют методами анализа

Классификация методов анализа

Различают методы количественного и качественного анализа:

• Качественный анализ – подразумевает обнаружение элементов (фазы и т. д.), содержащихся в исследуемом веществе или смеси веществ.
• Количественный анализ – определение количественного содержания и соотношения компонентов в анализируемом веществе или смеси.

Классификация методов анализа

По использованию химических реакций:

• Химические методы – методы, основанные на использовании химических реакций и сопровождающиеся наглядным внешним эффектом (появление или изменение окраски, растворение или выпадение осадка, выделение газа);
• Физические методы – методы, в которых не используются химические реакции, а изменяется какое-либо физическое свойство вещества (электродный потенциал, электропроводность, оптическая плотность, спектр).
• Физико-химические методы – методы, основанные на измерении изменения физического свойства, происходившего в результате химической реакции.

Основные  этапы  анализа:

• постановка задачи,
• выбор метода и схемы анализа,
• отбор пробы,
• подготовка пробы к анализу,
• проведение измерений,
• обработка результатов измерений.

Выбор метода анализа

  определяется постановкой  аналитической задачи .

При этом учитывают : 

• химический состав объекта анализа, возможные интервалы содержаний определяемого и сопутствующих компонентов;
• метрологические требования к методике;
• характеристику объекта анализа – его физические свойства, форму, интервалы колебания массы объекта, реакционную способность анализируемого вещества по отношению к атмосфере;
• назначение методики, экономический эффект от внедрения методики;
• происхождение анализируемого материала.
• приборы, реагенты, имеющиеся в распоряжении аналитика, трудоемкость анализа и т.д.

Методы анализа классифицируют по таким их характеристикам как

• предел обнаружения, диапазон определяемых содержаний, экспрессность, трудоемкость, эффективность, разрешающая способность,
• точность, воспроизводимость и надежность получаемых результатов, стоимость.

Предел обнаружения – это наименьшее количество (масса, концентрация) определяемого вещества, при котором вещество уверенно обнаруживается (идентифицируется) данным методом во всех повторных экспериментах.

Диапазон определяемых содержаний – это диапазон количеств, выявляемого в ходе анализа вещества, которые можно измерить данным методом. По диапазону определяемых содержаний выделяют макро-, полумикро-, микро- и ультрамикрометоды:

Трудоемкость и эффективность

Аналитический сигнал (АС)

Экспрессность

Вид анализа

а) производственный, медицинский, экологический, судебный и т.п.;

б) маркировочный, экспрессный, арбитражный;

в) статический или динамический (непрерывный в потоке вещества, например, речной воды);

г) «сухой» или «мокрый»;

д) полный или частичный элементный (атомный), молекулярный (вещественный), функциональный (на наличие функциональных групп), структурный или фазовый;

е) качественный, полуколичественный, количественный основного компонента, примесей или их следов.

Тема 2. Метрология и стандартизация аналитического контроля

План

• Расчет и обработка результата анализа. Значащие

цифры.

2. Метрологические характеристики.

3. Ошибки или погрешности анализа.

4. Расчет основных метрологических характеристик.

5. Метрологическое обеспечение результатов анализа.

1. Расчет и обработка результата анализа. Значащие цифры

Числовые значения подразделяют на точные и приближенные.

• Точные – (пример) число выполненных анализов, порядковый номер элемента в таблице Менделеева,
• приближенные – измеренные значения массы или объема;
• Значащими цифрами приближенного числа называют все его цифры, кроме нулей, стоящих слева от запятой, и нулей, стоящих справа после запятой.

Нули, стоящие в середине числа, являются значащими.

Например, в числе

427,205 – 6 значащих цифр;

0,00365 – 3 значащие цифры;

244,00 – 3 значащие цифры

1. Расчет и обработка результата анализа. Значащие цифры

Точность вычислений определяется ГОСТ, ОСТ или ТУ на анализ.

Если погрешность вычислений не оговорена заранее, то следует иметь ввиду, что

концентрация вычисляется до 4-ой значащей цифры после запятой,

масса – до 4-го десятичного знака после запятой,

массовая доля (процентное содержание) – до сотых долей.

Каждый результат анализа не может быть точнее, чем это позволяют измерительные приборы (поэтому в массе, выраженной в граммах, не может быть больше 4-5 знаков после запятой, т.е. больше точности аналитических весов 10 –4 -10 –5 г).

5, добавляют единицу к предыдущей, если равна 5, а перед ней четная цифра, то добавляют единицу к предыдущей, а если нечетная, то отнимают (например, 12,465 - 12,46; 12,475 - 12,48). 2. В суммах и разностях приближенных чисел сохраняют столько десятичных знаков, сколько их было в числе с наименьшим их числом. При делении и умножении – сохраняют столько десятичных знаков, сколько требуется для данной измеряемой величины (например при вычислении массы по формуле m(A)= T(B / A) · V(B) несмотря на то, что V измеряют до сотых, результат должен быть вычислен до 10 –4 -10 –5 г). 3. При возведении в степень в результате брать столько значащих цифр, сколько их было у возводимого в степень числа. 4. В промежуточных результатах брать на одну десятичную цифру больше, чем по правилам округления, а для оценки порядка вычислений округлять все числа до первой значащей. " width="640"

Правила округления чисел

1 . Последнюю цифру, если она ≤ 4, отбрасывают, если 5, добавляют единицу

к предыдущей, если равна 5, а перед ней четная цифра, то добавляют единицу к

предыдущей, а если нечетная, то отнимают (например, 12,465 - 12,46; 12,475 - 12,48).

2. В суммах и разностях приближенных чисел сохраняют столько десятичных знаков,

сколько их было в числе с наименьшим их числом.

При делении и умножении – сохраняют столько десятичных знаков, сколько требуется для данной измеряемой величины (например при вычислении массы по формуле

m(A)= T(B / A) · V(B)

несмотря на то, что V измеряют до сотых, результат должен быть вычислен до 10 –4 -10 –5 г).

3. При возведении в степень в результате брать столько значащих цифр, сколько их было

у возводимого в степень числа.

4. В промежуточных результатах брать на одну десятичную цифру больше, чем по

правилам округления, а для оценки порядка вычислений округлять все числа до

первой значащей.

2. Метрологические характеристики

Метрология – наука об измерениях, методов и средствах обеспечения их единства и способов достижения требуемой точности.

• Правильность результата анализа – близость результатов к истинному содержанию определяемого компонента.
• Воспроизводимость – близость друг к другу единичных определений т.е. возможность получения аналогичных результатов при повторных определениях.
• Сходимость результатов анализа – относительно одинаковые результаты у разных лаборантов.
• Экспрессность анализа – быстрота выполнения анализа.
• Селективность – возможность определить одновременно несколько компонентов за короткий промежуток времени.
• Чувствительность – возможность определения малых количеств определяемых компонентов в пробе.
• Стоимость – стоимость используемой аппаратуры, рабочей времени аналитика, а иногда и самой пробы.
• Специфические требования к анализу:

• Недеструктивный.
• Локальный – способность различать близкорасположенные участки образца.
• Проведение химического анализа на расстоянии - дистанционность.

3.Ошибки или погрешности анализа

• Погрешностью измерения называют отклонение результата от истинного значения измеряемой величины.

Степень отклонения результата от истинного содержания элемента в анализируемом образце определяет точность метода.

• Результат любого тщательно выполненного анализа (х) отличается от истинного содержания элемента в образце (х ист ). Средний результат параллельных определений (х ср ) считается результатом анализа.
• Отклонение результатов измерений анализа (x i )от истинного содержания компонента (х ист ) называется ошибкой или погрешностью определения.

Классификация ошибок по способу их получения

• Случайные погрешности.
• Систематические.
• Грубые ошибки, промахи.

Систематические – это погрешности которые повторяются при повторных измерениях без изменения величины и знака и зависят от постоянно действующих причин.

Эти ошибки могут быть выявлены и устранены в результате ремонта прибора построения для каждого анализа своей калибровочной кривой использования точно измеренных объемов измеренных объемов жидкости, откалиброванной посуды.

Способ выявления ошибки:

• Варьирование пробы – удвоение пробы в кратное число раз. Определение содержания исследуемого компонента и по изменению.
• Введено – найдено , к пробе добавляется точно известное количество добавляемого компонента. Компонент добавляется в той же форме что и исследуемый объект и проводится через все стадии анализа.
• Сравнение результата анализа с результатом другого независимого метода.
• Анализ нестандартного образца .

Классификация ошибок по способу их получения

Случайные погрешности – это погрешности зависящие от неопределенных причин, неповторяющиеся при повторном анализе.

Причины появления :

• Состояние органов чувств.
• Колебание температур, влажности.

Устранение ошибок:

• Увеличим число параллельных определений.
• Проверить методику выполнения анализа.
• Создание постоянных условий.

• Грубые ошибки – сильно искажен результат.

Причина : ошибочное действие аналитика,

Способ устранения : соблюдение методики анализа. При вычислении среднего результата грубую ошибку не учитывают.

4. Метрологическое обеспечение результатов анализа

• Метрологическое обеспечение - это установление и применение организационных и научных основ тех средств, правил и норм необходимых для достижения единства и требуемой точности измерения.
• Единство измерений - это такое их состояние, при котором результаты измерения выражены в законных единицах и погрешности с известной заданной вероятностью.
• Организационной основой метрологического обеспечения является метрологическая служба, состоящая из государственной и ведомственной метрологических служб.
• Государственными испытаниями называются экспертизы технической документации на вновь разрабатываемые или импортируемые системы измерений и их экспериментальные исследования, которые проводятся органами государственных метрологических служб.

4. Метрологическое обеспечение результатов анализа

• Поверка СИ определение метрологическим органом погрешностей СИ и установление их пригодности к применению. Поверка проводится органами государственной метрологической службы.

Поверка может быть:

• поэлементной, когда погрешности Си определяют по погрешностям отдельных частей.
• комплексной, при которой определяют погрешности свойственные Си как единому целому.

Государственный надзор - это надзор за внедрением и соблюдением стандартов, технических условий за метрологическим обеспечением и качеством готовой продукции; осуществляется государственной метрологической службой.

Ведомственный контроль - контрольная деятельность ведомственной метрологической службы, направленная на достижение единства и требуемой точности измерения на предприятии.

Источники информации

• скачать учебник по аналитике:

https://s.11klasov.ru/7956-analiticheskaja-himija-glubokov-jum-i-dr-pod-red-ischenko-aa.html