
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).

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