Основные типы химических реакций в аналитической химии: кислотно-основные, комплексообразования, окисления-восстановления. Используемые процессы: осаждение-растворение, экстракция, сорбция. Константы равновесия реакций и процессов. Состояние веществ в идеальных и реальных системах. Структура растворителей и раствора. Сольватация, ионизация, диссоциация. Поведение электролитов и неэлектролитов в растворах. Теория Дебая-Хюккеля. Коэффициенты активности. Концентрационные константы. Описание сложных равновесий. Общая и равновесная концентрации. Условные константы.
Скорость реакций в химическом анализе. Элементарные стадии реакции. Кинетические уравнения. Факторы, влияющие на скорость. Катализаторы, ингибиторы. Автокаталитические реакции. Индуцированные и сопряженные реакции. Индукционный фактор. Примеры ускорения и замедления реакций и процессов, используемых в химическом анализе.
Кислотно-основные реакции. Современные представления о кислотах и основаниях. Теория Бренстеда-Лоури. Равновесие в системе кислота - сопряженное основание и растворитель. Константы кислотности и основности. Кислотные и основные свойства растворителей. Константа автопротолиза. Влияние природы растворителя на силу кислоты и основания. Нивелирующий и дифференцирующий эффект растворителя.
Кислотно-основное равновесие в многокомпонентных системах. Буферные растворы и их свойства. Буферная емкость. Вычисления рН растворов незаряженных и заряженных кислот и оснований, многоосновных кислот и оснований, смеси кислот и оснований.
Реакции комплексообразования . Типы комплексных соединений, используемых в аналитической химии. Классификация комплексных соединений по характеру взаимодействия металл-лиганд, по однородности лиганда и центрального иона (комплексообразователя). Свойства комплексных соединений, имеющие аналитическое значение: устойчивость, растворимость, окраска, летучесть.
Ступенчатое комплексообразование. Количественные характеристики комплексных соединений: константы устойчивости (ступенчатые и общие), функция образования (среднее лигандное число), функция закомплексованности, степень образования комплекса. Факторы, влияющие на комплексообразование: строение центрального атома и лиганда, концентрация компонентов, рН, ионная сила раствора, температура. Термодинамическая и кинетическая устойчивость комплексных соединений.
Влияние комплексообразования на растворимость соединений, кислотно-основное равновесие, окислительно-восстановительный потенциал систем, стабилизацию различных степеней окисления элементов. Способы повышения чувствительности и избирательности анализа с использованием комплексных соединений.
Теоретические основы взаимодействия органических реагентов с неорганическими ионами. Влияние их природы, расположения функционально-аналитические групп, стереохимии молекул реагента на его взаимодействие с неорганическими ионами. Теория аналогий взаимодействия ионов металлов с неорганическими реагентами типа H 2 O, NH 3 и H 2 S и кислород-, азот-, серосодержащими органическими реагентами. Основные типы соединений, образуемых с участием органических реагентов. Хелаты, внутрикомплексные соединения. Факторы, определяющие устойчивость хелатов Важнейшие органические реагенты, применяемые в анализе для разделения, обнаружения, определения ионов металлов, для маскирования и демаскирования. Органические реагенты для органического анализа. Возможности использования комплексных соединений и органических реагентов в различных методах анализа.
Окислительно-восстановительные реакции . Электродный потенциал. Уравнение Нернста. Стандартный и формальный потенциалы. Связь константы равновесия со стандартными потенциалами. Направление реакции окисления и восстановления. Факторы, влияющие на направление окислительно-восстановительных реакций. Понятие о смешанных потенциалах. Механизмы окислительно-восстановительных реакций.
Основные неорганические и органические окислители и восстановители, применяемые в анализе. Методы предварительного окисления и восстановления определяемого элемента.
Процессы осаждения и соосаждения. Равновесие в системе раствор - осадок. Осадки и их свойства. Схема образования осадка. Кристаллические и аморфные осадки. Зависимость структуры осадка от его индивидуальных свойств и условий осаждения. Зависимость формы осадка от скорости образования и роста первичных частиц. Факторы, влияющие на растворимость осадков: температура, ионная сила, действие одноименного иона, реакции протонизации, комплексообразования, окисления-восстановления, структура и размер частиц. Условия получения кристаллических осадков. Гомогенное осаждение. Старение осадка. Причины загрязнения осадка. Классификация различных видов соосаждения. Положительное и отрицательное значение явления соосаждения в анализе. Особенности образования коллоидно-дисперсных систем. Использование коллоидных систем в химическом анализе.
I. Химия и медицина
1. Предмет, цели и задачи аналитической химии. Краткий исторический очерк развития аналитической химии. Место аналитической химии среди естественных наук и в системе медицинского образования.
Аналитическая химия – наука о методах определения состава веществ. Предмет ее - решение общих проблем теории химического анализа, совершенствование существующих и разработка новых, более быстрых и точных методов анализа (т.е теория и практика хим. анализа). Задача - развитие теории химических и физико-химических методов анализа, процессов и операций в научном исследовании, совершенствование старых методов анализа, разработка экспрессных и дистанционных м.а, разработка методов ультра- и микроанализа.
В зависимости от объекта исследования аналитическую химию делят на неорганический и органический анализ . Аналитическая химия относится к прикладным наукам. Практическое значение ее весьма разнообразно. С помощью методов химического анализа были открыты некоторые законы - закон постоянства состава, закон кратных отношений, определены атомные массы элементов,
химические эквиваленты, установлены химические формулы многих соединений и т. д.
Аналитическая химия в значительной степени способствует развитию естественных наук: геохимии, геологии, минералогии, физики, биологии, агрохимии, металлургии, химической технологии, медицины и др.
Предмет качественного анализа - развитие теоретических основ, усовершенствование существующих и разработка новых, более совершенных методов определения элементарного состава веществ. Задача качественного анализа - определение “качества” веществ или обнаружение отдельных элементов или ионов, входящих в состав исследуемого соединения.
Качественные аналитические реакции по способу их выполнения делятся на реакции “мокрым” и “сухим” путем . Наибольшее значение имеют реакции “мокрым” путем. Для проведения их исследуемое вещество должно быть предварительно растворено.
В качественном анализе находят применение только те реакции, которые сопровождаются какими-либо хорошо заметными для наблюдателя внешними эффектами: изменением окраски раствора; выпадением или растворением осадка; выделением газов, обладающих характерным запахом или цветом.
Особенно часто применяются реакции, сопровождающиеся образованием осадков и изменением окраски раствора. Такие реакции называются реакциями “открытия ”, так как с их помощью обнаруживаются присутствующие в растворе ионы.
Широко используются также реакции идентификации , с помощью которых проверяется правильность “открытия” того или иного иона. Наконец, применяются реакции осаждения, с помощью которых обычно отделяется одна группа ионов от другой или один ион от других ионов.
В зависимости от количества анализируемого вещества, объема раствора и техники выполнения отдельных операций химические методы качественного анализа делятся на макро-, микро-, полумикро- и ультрамикроанализ и др.
II. Качественный анализ
2. Основные понятия аналитической химии. Типы аналитических реакций и реагентов. Требования, предъявляемые к анализу, чувствительности, селективности определения состава веществ.
Аналитическая реакция - хим. реакция, используемая для разделения, обнаружения и количественного определения элементов, ионов, молекул. Она должна сопровождаться аналитическим эффектом (выпадением осадка, выделением газа, изменением окраски, запаха).
По типу химических реакций:
Общие – аналитические сигналы одинаковы для многих ионов. Реагент – общий. Пример: осаждение гидроксидов, карбонатов, сульфидов и т.д.
Групповые – аналитические сигналы характерны для определенной группы ионов, обладающих близкими свойствами. Реагент – групповой. Пример: осаждение ионов Ag + , Pb 2+ реагентом – соляной кислотой с образованием белых о садков AgCl, PbCl 2
Общие и групповые реакции применяют для выделения и разделения ионов сложной смеси.
Селективные – аналитические сигналы одинаковы для ограниченного количества ионов. Реагент – селективный. Пример: при действии реагента NH 4 SCN на смесь катионов только два катиона образуют окрашенные комплексные со единения: кроваво-красное 3-
и синее 2-
Специфические – аналитический сигнал характерен только для одного иона. Реагент – специфический. Таких реакций крайне мало.
По типу аналитического сигнала:
Цветные
Осадительные
Газовыделительные
Микрокристаллические
По функции:
Реакции обнаружения (идентификации)
Реакции разделения (отделения) для удаления мешающих ионов путем осаждения, экстракции или возгонки.
По технике выполнения:
Пробирочные – выполнятся в пробирках.
Капельные выполняются:
На фильтровальной бумаге,
На часовом или предметном стекле.
При этом на пластинку или на бумагу наносят 1-2 капли анализируемого раствора и 1-2 капли реагента, дающего характерное окрашивание или образование кристаллов. При выполнении реакций на фильтровальной бумаге используются адсорбционные свойства бумаги. Капля жидкости, нанесенная на бумагу, быстро рассасывается по капиллярам, а окрашенное соединение адсорбируется на небольшой площади листа. При наличии в растворе нескольких веществ скорость движения их может быть различной, что дает распределение ионов в виде концентрических зон. В зависимости от произведения растворимости осадка – или в зависимости константы устойчивости комплексных соединений: чем больше их значения, тем ближе к центру или в центре определенная зона.
Капельный метод разработал советский ученый-химик Н.А. Тананаев.
Микрокристаллические реакции основаны на образовании химических соединений, имеющих характерную форму, цвет и светопреломляющую способность кристаллов. Они выполняются на предметных стеклах. Для этого на чистое стекло наносят капиллярной пипеткой 1-2 капли анализируемого раствора и рядом 1-2 капли реагента, осторожно соединяют их стеклянной палочкой, не перемешивая. Затем с текло помещают на предметный столик микроскопа и рассматривают осадок, образовавшийся на месте
соприкосновения капель.
Для правильного использования в аналитике реакций следует учитывать чувствительность реакции . Она определяется наименьшим количеством искомого вещества, которое может быть обнаружено данным реактивом в капле раствора (0,01-0,03 мл). Чувствительность выражается рядом величин:
Открываемый минимум - наименьшее количество вещества, содержащееся в исследуемом растворе и открываемое данным реактивом при определенных условиях выполнения реакции.
Минимальная (предельная) концентрация показывает при какой наименьшей концентрации раствора данная реакция позволяет еще однозначно открывать обнаруживаемое вещество в небольшой порции раствора.
Предельное разбавление - максимальное количество разбавителя, при котором еще определяется вещество.
Вывод: аналитическая реакция тем чувствительней, чем меньше открываемый минимум, меньше минимальная концентрация, но чем больше предельное разбавление.
Введение
Предмет аналитической химии, ее структура; место в системе наук, связь с практикой. Основные аналитические проблемы: снижение предела обнаружения; повышение точности и избирательности; обеспечение экспрессности; анализ без разрушения; локальный анализ; дистанционный анализ. Виды анализа: изотопный, элементный, структурно-групповой (функциональный), молекулярный, вещественный, фазовый. Химические, физические и биологические методы анализа. Макро-, микро- и ультрамикроанализ.
Основные этапы развития аналитической химии. Современное состояние и тенденции развития аналитической химии: инструментализация, автоматизация, математизация, миниатюризация, увеличение доли физических методов, переход к многокомпонентному анализу, создание сенсоров и тест-методов. Научная химико-аналитическая литература.
Метрологические основы химического анализа
Основные стадии химического анализа. Выбор метода анализа и составление схем анализа. Основные метрологические понятия и представления: измерение, методы и средства измерений, погрешности. Аналитический сигнал и помехи. Способы определения содержания по данным аналитических измерений.
Основные характеристики метода и методики анализа: правильность и воспроизводимость, коэффициент чувствительности, предел обнаружения, нижняя и верхняя границы определяемых содержаний.
Классификация погрешностей анализа. Систематические и случайные погрешности. Погрешности отдельных стадий химического анализа. Способы оценки правильности: использование стандартных образцов, метод добавок, метод варьирования навесок, сопоставление с другими методами. Статистическая обработка результатов измерений. Закон нормального распределения случайных ошибок, t- и F-распределения. Среднее, дисперсия, стандартное отклонение. Проверка гипотезы нормальности, гипотезы однородности результатов измерений. Сравнение дисперсии и средних двух методов анализа. Регрессионный анализ.
Требования к метрологическим характеристикам методов и методик в зависимости от объекта и цели анализа. Способы повышения воспроизводимости и правильности анализа
Типы химических реакций и процессов в аналитической химии
Основные типы химических реакций в аналитической химии: кислотно-основные, комплексообразования, окисления-восстановления. Константы равновесия реакций и процессов. Состояние веществ в идеальных и реальных системах. Сольватация, ионизация, диссоциация. Поведение электролитов и неэлектролитов в растворах. Теория Дебая-Хюккеля. Коэффициенты активности. Концентрационные константы. Общая и равновесная концентрации. Условные константы.
Скорость реакций в химическом анализе. Быстрые и медленные реакции. Факторы, влияющие на скорость. Катализаторы, ингибиторы. Автокаталитические реакции. Индуцированные и сопряженные реакции. Понятие об индукторе, акторе, акцепторе.
Кислотно-основные реакции.
Современные представления о кислотах и основаниях (теория Льюиса). Теория Бренстеда-Лоури. Константы кислотности и основности. Кислотные и основные свойства растворителей. Константа автопротолиза. Влияние природы растворителя на силу кислоты и основания; нивелирующий и дифференцирующий эффект растворителя.
Буферные растворы и их свойства. Буферная емкость. Вычисления рН растворов кислот и оснований, многоосновных кислот и оснований, смеси кислот и оснований. Понятие об изоэлектрической точке аминокислот и белков.
Реакции комплексообразования
. Типы комплексных соединений, используемых в аналитической химии. Классификация комплексных соединений по характеру взаимодействия центральный ион (комплексообразователь) ─ лиганд, по однородности лиганда и центрального иона: внутрисферные комплексы и ионные ассоциаты (внешнесферные комплексы и ионные пары); однороднолигандные и смешанолигандные; полиядерные (гетерополиядерные и гомополиядерные). Свойства комплексных соединений, имеющие аналитическое значение: устойчивость, растворимость, окраска, летучесть.
Ступенчатое комплексообразование. Ступенчатые и общие константы устойчивости комплексных соединений. Факторы, влияющие на комплексообразование: строение центрального атома и лиганда, концентрация компонентов, рН, ионная сила раствора, температура. Классификация комплексных соединений по термодинамической и кинетической устойчивости.
Влияние комплексообразования на растворимость соединений, кислотно-основное равновесие, окислительно-восстановительный потенциал систем, стабилизацию различных степеней окисления элементов. Способы повышения чувствительности и селективности анализа с использованием комплексных соединений.
Органические реагенты в химическом анализе.Влияние общей структуры органических реагентов на их свойства. Функционально-аналитические группы (ФАГ). Влияние природы, расположения ФАГ, стереохимии молекул реагента на его взаимодействие с неорганическими ионами. Использование теорий аналогий и «мягких» и «жестких» кислот и оснований для объяснений действия органических реагентов. Основные типы соединений, образуемых с участием органических реагентов. Хелаты, внутрикомплексные соединения. Факторы, определяющие устойчивость хелатов: характер связи металл-лиганд, размер цикла, число циклов.
Важнейшие органические реагенты, применяемые для обнаружения и определения ионов металлов, для маскирования и демаскирования, разделения. Органические реагенты, наиболее часто используемые в биохимических методах анализа.
Возможности использования органических реагентов в различных методах анализа.
Окислительно-восстановительные реакции
. Электродный потенциал. Уравнение Нернста. Стандартный и формальный потенциалы. Связь константы равновесия со стандартными потенциалами. Направление реакции окисления и восстановления. Факторы, влияющие на направление окислительно-восстановительных реакций. Основные неорганические и органические окислители и восстановители, применяемые в анализе. Методы предварительного окисления и восстановления определяемого компонента.
Хроматографические методы анализа
Определение хроматографии. Понятие о подвижной и неподвижной фазах. Классификация методов по агрегатному состоянию подвижной и неподвижной фаз, по механизму разделения, по технике выполнения. Способы получения хроматограмм (фронтальный, вытеснительный, элюентный). Основные параметры хроматограммы. Основное уравнение хроматографии. Селективность и эффективность хроматографического разделения. Теория теоретических тарелок. Кинетическая теория. Качественный и количественный хроматографический анализ.
Газовая хроматография
. Газо-адсорбционная (газо-твердофазная) и газо-жидкостная хроматография
. Сорбенты и носители, требования к ним. Механизм разделения. Колонки. Детекторы, их чувствительность и селективность. Области применения газовой хроматографии.
Жидкостная хроматография
. Виды жидкостной хроматографии: адсорбционная (нормально-фазовый и обращенно-фазовый варианты), ионообменная, эксклюзионная. Преимущества высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ). Особенности неподвижных и подвижных фаз. Механизмы разделения. Насосы, колонки. Основные типы детекторов, их чувствительность и селективность. Области применения жидкостной хроматографии.
Плоскостная хроматография
. Общие принципы разделения. Способы получения плоскостных хроматограмм (восходящий, нисходящий, круговой, двумерный). Реагенты для проявления хроматограмм. Бумажная хроматография
. Механизмы разделения. Подвижные фазы. Преимущества и недостатки. Тонкослойная хроматография
. Механизмы разделения. Сорбенты и подвижные фазы. Области применения.
Титриметрические методы анализа
Методы титриметрического анализа. Классификация. Требования, предъявляемые к реакции в титриметрическом анализе. Виды титриметрических определений: прямое, обратное, косвенное титрование. Способы выражения концентраций растворов в титриметрии. Эквивалент. Молярная масса эквивалента. Первичные стандарты, требования к ним. Фиксаналы. Вторичные стандарты. Виды кривых титрования. Скачок титрования. Точка эквивалентности и конечная точка титрования. Автоматические титраторы.
Кислотно-основное титрование
. Построение кривых титрования. Влияние величины констант кислотности или основности, концентрации кислот или оснований, температуры, ионной силы на величину скачка на кривой титрования. Кислотно-основное титрование в неводных средах. Кислотно-основные индикаторы. Погрешности титрования при определении сильных и слабых кислот и оснований, смесей кислот и оснований.
Окислительно-восстановительное титрование.
Построение кривых титрования. Факторы, влияющие на величину скачка на кривой титрования: концентрация ионов водорода, образование комплексов и малорастворимых соединений, ионная сила, температура. Способы определения конечной точки титрования; индикаторы. Погрешности титрования.
Методы окислительно-восстановительного титрования. Перманганатометрия. Иодометрия и иодиметрия. Система иод-иодид как окислитель или восстановитель. Бихроматометрия. Первичные и вторичные стандартные растворы, способы фиксирования конечной точки титрования. Индикаторы.
Комплексонометрическое титрование.
Использование аминополикарбоновых кислот. Построение кривых титрования. Металлохромные индикаторы и требования, предъявляемые к ним. Важнейшие универсальные и специфические металлохромные индикаторы. Способы комплексонометрического титрования: прямое, обратное, косвенное. Селективность титрования и способы ее повышения. Погрешности титрования.
Примеры практического применения.
Электрохимические методы анализа
Общая характеристика электрохимических методов. Классификация. Электрохимические ячейки. Индикаторный электрод и электрод сравнения. Равновесные и неравновесные электрохимические системы и их использование в различных электрохимических методах.
Потенциометрия
Прямая потенциометрия . Измерение потенциала. Обратимые и необратимые окислительно-восстановительные системы. Индикаторные электроды. Ионометрия. Классификация ионселективных электродов. Характеристики ионселективных электродов: электродная функция, коэффициент селективности, время отклика.
Примеры практического применения ионометрии.
Потенциометрическое титрование . Изменение электродного потенциала в процессе титрования. Способы обнаружения конечной точки титрования. Использование реакций кислотно-основных, осаждения, комплексообразования, окисления-восстановления.
Примеры практического применения.
Спектроскопические методы анализа
Спектр электромагнитного излучения (энергия, способы ее выражения; термины, символы и единицы энергии излучения; диапазоны излучения, типы энергетических переходов). Основные типы взаимодействия вещества с излучением: эмиссия (тепловая, люминесценция), поглощение, рассеяние. Классификация спектроскопических методов по энергии. Классификация спектроскопических методов на основе спектра электромагнитного излучения (атомная, молекулярная, абсорбционная, эмиссионная спектроскопия).
Спектры атомов. Основные и возбужденные состояния атомов, характеристики состояний. Энергетические переходы. Правила отбора. Законы испускания и поглощения. Вероятности электронных переходов и времена жизни возбужденных состояний. Характеристики спектральных линий: положение в спектре, интенсивность, полуширина.
Спектры молекул; их особенности. Схемы электронных уровней молекулы. Представление о полной энергии молекул как суммы электронной, колебательной и вращательной. Зависимость виды спектра от агрегатного состояния вещества.
Связь аналитического сигнала с концентрацией определяемого соединения.
Аппаратура. Способы монохроматизации лучистой энергии. Классификация спектральных приборов. Инструментальные помехи.
Методы атомной оптической спектроскопии
Атомно-эмисионный
метод
. Источники атомизации и возбуждения: электрические разряды (дуговые, искровые, пониженного давления), пламена, индуктивно-связанная плазма, лазеры. Основные характеристики источников атомизации: температура плазмы, состав пламени, концентрация электронов. Физические и химические процессы в источниках атомизации и возбуждения.
Качественный и количественный анализ. Уравнение Ломакина-Шайбе и причины отклонения от закона Больцмана. Спектральные, химические и физико-химические помехи, способы их устранения.
Методы атомно-эмиссионной спектроскопии. Эмиссионная фотометрия пламени, атомно-эмиссионная спектроскопия с индуктивно-связанной плазмой, искровая атомно-эмиссионная спектроскопия и их сравнение. Метрологические характеристики и аналитические возможности.
Атомно-флуоресцентный метод.
Принцип метода; особенности и применение.
Атомно-абсорбционный метод
. Атомизаторы (пламенные и непламенные). Основной закон светопоглощения в атомно-абсорбционной спектроскопии. Источники излучения (лампы с полым катодом, источники сплошного спектра, лазеры), их характеристики. Спектральные и физико-химические помехи, способы их устранения. Возможности, преимущества и недостатки метода, его сравнение с атомно-эмиссионными методами (точность, избирательность, чувствительность, экспрессность).
Примеры практического применения атомно-эмиссионного и атомно-абсорбционного методов в биохимических методах анализа.
Методы молекулярной оптической спектроскопии
Молекулярная абсорбционная спектроскопия (спектрофотометрия).
Связь химической структуры соединения с абсорбционным спектром. Функциональный анализ по колебательным и электронным спектрам.
Основной закон светопоглощения (Бугера-Ламберта-Бера). Отклонения от закона, их причины (химические, физико-химические, инструментальные). Понятие об истинном и кажущемся молярном коэффициенте поглощения. Фотометрическая реакция и фотометрические аналитические реагенты; требования к ним. Приборы в спектрофотометрии. Способы определения концентрации веществ. Анализ многокомпонентных систем. Аналитические возможности и ограничения метода. Роль пробоподготовки в спектрофотометрии. Примеры практического применения метода.
Молекулярная люминесцентная спектроскопия.
Общая классификация молекулярной люминесценции. Схема Яблонского. Флуоресценция и фосфоресценция. Закон Стокса-Ломмеля. Правило зеркальной симметрии Левшина. Энергетический и квантовый выход. Закон Вавилова. Тушение люминесценции. Люминесцентный качественный и количественный анализ. Преимущества люминесцентной спектроскопии при идентификации и определении органических соединений. Приборы в люминесценции. Метрологические характеристики и аналитические возможности метода.
Примеры практического применения метода в биохимических методах анализа.
Пробоотбор и пробоподготовка
Представительность пробы; проба и объект анализа; проба и метод анализа. Способы получения представительной пробы твердых, жидких и газообразных веществ. Отбор проб гомогенного и гетерогенного состава. Устройства и приемы, используемые при отборе проб; первичная обработка и хранение проб. Основные способы перевода пробы в форму, необходимую для конкретного вида анализа: растворение в различных средах; спекание, сплавление, разложение под действием высоких температур, давления, высокочастотного разряда; комбинирование различных приемов; особенности разложения органических соединений. Особенности пробоотбора и проподготовки при работе с биологическими образцами. Способы устранения и учета загрязнений и потерь компонентов при пробоподготовке.
- Основы аналитической химии (под ред. Ю.А. Золотова). В 2-х кн. Общие вопросы. Методы разделения. Методы химического анализа. М.: Высшая школа. 2004. 361, 503 с.Серия «Классический университетский учебник».
- Основы аналитической химии. Практическое руководство. Учебное пособие для вузов. Под ред. Ю.А. Золотова. М.: Высшая школа. 2001. 463 с.
- Основы аналитической химии. Задачи и вопросы. Учебное пособие для вузов. Под ред. Ю.А. Золотова. М.: Высшая школа. 2004. 412 с.
Дополнительная
- Золотов Ю.А. Аналитическая химия: проблемы и достижения. М.: Наука, 1992, 288 с.
- Васильев В.П. Аналитическая химия. В двух книгах. М.: Дрофа, Кн. 1. 2004, Кн. 2. 2005.
- Дорохова Е.Н., Прохорова Г.В. Задачи и упражнения по аналитической химии. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1984. 215 с.
- Отто М. Современные методы аналитической химии (в 2-х томах). / Пер. с нем. и под ред. А.В. Гармаша. Т.1. М.: Техносфера, 2003. 412 с. Т.2. М.: Техносфера, 2004. 281 с.
- Аналитическая химия. Проблемы и подходы. В 2-х томах. (Пер. с англ. под ред. Ю.А. Золотова) М.: Мир. 2004.
- Лурье Ю.Ю. Справочник по аналитической химии. М.: Химия, 1989.
Программа составлена
доц. Веселовой И.А.
Редактор проф.Шеховцова Т.Н.
Программа дисциплины для студентов факультета фундаментальной медицины МГУ
(специальность «Фармация»)
Введение
Предмет аналитической химии, её место в системе наук, связь с практикой. Аналитическая химия и химический анализ. Метод, методика и средства химического анализа. Виды анализа: качественный и количественный; изотопный, элементный, структурно-групповой (функциональный), молекулярный, вещественный, фазовый анализ; валовый (локальный), деструктивный (недеструктивный), дискретный (непрерывный), контактный (дистанционный); макро-, полумикро-, микро- и ультрамикроанализ. Химические, физические и биологические методы анализа. Классические, инструментальные методы анализа. Основные этапы химического анализа. Выбор метода анализа и составление схем анализа. Объекты анализа.
Современное состояние и тенденции развития аналитической химии: инструментализация, автоматизация, математизация, миниатюризация, увеличение доли и роли физических методов, переход к многокомпонентному анализу, создание сенсоров и тест-методов.
Значение аналитической химии для фармации. Краткий очерк развития аналитической химии и фармацевтических наук в исторических параллелях. Фармацевтический анализ. Фармакопейные методы.
Метрологические основы химического анализа
Аналитический сигнал и помехи. Контрольный опыт. Абсолютные (безэталонные) и относительные методы анализа. Единичные и параллельные определения. Способы определения содержания вещества по данным аналитических измерений (метод градуировочного графика, метод стандартов, метод добавок). Основные характеристики метода анализа: точность (правильность и воспроизводимость), чувствительность (коэффициент чувствительности, предел обнаружения, нижняя и верхняя границы определяемых содержаний) и селективность.
Погрешности химического анализа: абсолютные и относительные; систематические и случайные; грубые промахи. Погрешности отдельных стадий химического анализа. Способы оценки правильности: применение стандартных образцов, метод добавок, метод варьирования навесок, сопоставление с другими методами. Стандартные образцы, их изготовление, аттестация и использование.
Статистическая обработка результатов измерений. Закон нормального распределения случайных погрешностей, t
-
и F
-распределения. Некоторые понятия математической статистики: объём выборки (генеральная и выборочная совокупность); среднее, дисперсия, стандартное отклонение, относительное стандартное отклонение, доверительная вероятность, доверительный интервал. Сходимость и повторяемость. Оценка допустимого расхождения результатов параллельных определений. Сравнение дисперсий и средних двух методов анализа.
Регрессионный анализ. Использование метода наименьших квадратов для построения градуировочных функций. Примеры метрологической обработки и представления результатов количественного фармацевтического анализа. Требования к метрологической оценке в зависимости от объекта и цели анализа. Способы повышения воспроизводимости и правильности анализа.
Типы химических реакций и процессов в аналитической химии
Основные типы химических реакций в аналитической химии: кислотно-основные, комплексообразования, окисления-восстановления. Используемые процессы: осаждение-растворение, экстракция, сорбция. Константы равновесия реакций и процессов. Состояние веществ в идеальных и реальных системах. Поведение электролитов и неэлектролитов в растворах. Коэффициенты активности. Теория Дебая-Хюккеля и ее ограничения. Концентрационные константы. Описание сложных равновесий. Общая и равновесная концентрации. Условные константы.
Скорость реакций в химическом анализе. Факторы, влияющие на скорость. Катализаторы, ингибиторы. Автокаталитические реакции. Индуцированные и сопряженные реакции. Примеры ускорения и замедления реакций и процессов, используемых в химическом анализе.
Кислотно-основные реакции.
Современные представления о кислотах и основаниях. Теория Бренстеда-Лоури. Равновесие в системе кислота - сопряженное основание и растворитель. Гидролиз как частный случай кислотно-основного равновесия. Константа и степень гидролиза. Константы кислотности и основности. Кислотные и основные свойства растворителей. Константа автопротолиза. Влияние природы растворителя на силу кислоты и основания. Нивелирующий и дифференцирующий эффект растворителя.
Кислотно-основное равновесие в многокомпонентных системах. Буферные растворы и их свойства. Буферная емкость. Использование буферных систем в анализе. Вычисления рН растворов незаряженных и заряженных кислот и оснований, многоосновных кислот и оснований, смесей кислот и оснований.
Реакции комплексообразования
. Теория Льюиса-Пирсона. Типы комплексных соединений, используемых в аналитической химии. Классификация комплексных соединений по характеру взаимодействия металл-лиганд, по однородности лиганда и центрального иона (комплексообразователя). Свойства комплексных соединений, имеющие аналитическое значение: устойчивость, растворимость, летучесть, спектральные характеристики.
Ступенчатое комплексообразование. Количественные характеристики комплексных соединений: константы устойчивости (ступенчатые и общие), степень образования комплекса. Факторы, влияющие на комплексообразование: строение центрального атома и лиганда, концентрация компонентов, рН, ионная сила раствора, температура. Термодинамическая и кинетическая устойчивость комплексных соединений.
Влияние комплексообразования на растворимость соединений, кислотно-основное равновесие, окислительно-восстановительный потенциал систем, стабилизацию различных степеней окисления элементов. Способы повышения чувствительности и избирательности анализа с использованием комплексных соединений.
Теоретические основы взаимодействия органических реагентов с неорганическими ионами. Влияние их природы, расположения функционально-аналитические групп, стереохимии молекул реагента на его взаимодействие с неорганическими ионами. Теория аналогий взаимодействия ионов металлов с неорганическими реагентами типа H 2 O, NH 3 и H 2 S и кислород-, азот-, серосодержащими органическими реагентами. Основные типы соединений, образуемых с участием органических реагентов. Хелаты, внутрикомплексные соединения. Факторы, определяющие устойчивость хелатов. Важнейшие органические реагенты, применяемые в анализе для разделения, обнаружения, определения ионов металлов, для маскирования и демаскирования. Органические реагенты для фармацевтического анализа. Возможности использования комплексных соединений и органических реагентов в различных методах анализа.
Окислительно-восстановительные реакции
. Электродный потенциал. Уравнение Нернста и его связь с законами химической термодинамики. Стандартный и формальный потенциалы. Связь константы равновесия со стандартными потенциалами. Направление реакций окисления-восстановления. Факторы, влияющие на направление окислительно-восстановительных реакций. Понятие о смешанных потенциалах. Механизмы окислительно-восстановительных реакций и их значение для аналитической химии.
Основные неорганические и органические окислители и восстановители, применяемые в анализе. Методы предварительного окисления и восстановления определяемого элемента.
Процессы осаждения и соосаждения.
Равновесие в системе раствор ¾ осадок. Осадки и их свойства. Схема образования осадка. Кристаллические и аморфные осадки. Зависимость структуры осадка от его индивидуальных свойств и условий осаждения. Зависимость формы осадка от скорости образования и роста первичных частиц. Константы растворимости малорастворимого сильного электролита (термодинамическая, реальная и условная). Способы выражения растворимости малорастворимых электролитов. Факторы, влияющие на растворимость осадков: температура, ионная сила, действие одноименного иона, реакции протонизации, комплексообразования, окисления-восстановления, структура и размер частиц. Условия получения кристаллических осадков. Гомогенное осаждение. Полное и дробное осаждение, дробное растворение. Старение осадка. Причины загрязнения осадка. Классификация различных видов соосаждения. Положительное и отрицательное значение явления соосаждения в анализе. Особенности образования коллоидно-дисперсных систем. Использование коллоидных систем в химическом анализе.
Методы обнаружения и идентификации
Задачи и выбор метода обнаружения и идентификации атомов, ионов и химических соединений. Качественный химический анализ. Аналитические признаки веществ и аналитические реакции. Типы аналитических реакций и реагентов (специфические, селективные, групповые). Характеристики чувствительности качественных аналитических реакций (предельное разбавление, предельная концентрация, минимальный объём предельно разбавленного раствора, предел обнаружения, показатель чувствительности).
Дробный и систематический анализ. Качественный анализ катионов. Классификация катионов по аналитическим группам в соответствии с сероводородной (сульфидной), аммиачно-фосфатной, кислотно-основной схемами анализа. Систематический анализ катионов по кислотно-основной схеме. Аналитические реакции катионов различных аналитических групп. Качественный анализ анионов. Классификация анионов по аналитическим группам (по способности к образованию малорастворимых соединений, по окислительно-восстановительным свойствам). Систематический анализ анионов по кислотно-основной схеме. Аналитические реакции анионов различных аналитических групп. Качественный анализ смесей катионов и анионов, лекарственных средств.
Микрокристаллоскопический анализ, пирохимический анализ (окрашивание пламени, возгонка, образование перлов). Капельный анализ. Анализ растиранием порошков. Хроматографические методы качественного анализа. Физические методы обнаружения и идентификациинеорганических и органических веществ.Экспрессный качественный анализ в заводских и полевых условиях. Тест-методы и тест-средства. Примеры практического применения методов обнаружения. Использование качественного анализа в фармации.
Методы выделения, разделения и концентрирования
Основные методы разделения и концентрирования, их роль в химическом анализе. Сочетание методов разделения и концентрирования с методами определения; гибридные методы. Одноступенчатые и многоступенчатые процессы разделения. Константы распределения. Коэффициент распределения. Степень извлечения. Фактор разделения. Коэффициент концентрирования.
Методы экстракции
. Теоретические основы методов. Закон распределения Нернста-Шилова. Классификация экстракционных процессов. Скорость экстракции. Типы экстракционных систем: неионизированные соединения (молекулярные вещества, хелатные соединения, комплексы металлов со смешанной координационной сферой, включающей неорганический лиганд и нейтральный экстракционный реагент) и ионные ассоциаты (металлсодержащие кислоты и их соли, минеральные кислоты, координационно-несольватированные ионные ассоциаты, гетерополисоединения, экстрагируемые кислородсодержащими растворителями, прочие ионные ассоциаты). Условия экстракции неорганических и органических соединений. Реэкстракция. Природа и характеристика экстрагентов. Разделение и концентрирование элементов методом экстракции. Основные органические реагенты, используемые для разделения элементов методом экстракции. Селективное разделение элементов методом подбора органических растворителей, изменения рН водной фазы, маскирования и демаскирования. Использование процессов экстракции в фармацевтическом анализе.
Методы осаждения и соосаждения
. Применение неорганических и органических реагентов для осаждения. Способы разделения осаждением либо растворением при различных значениях рН, за счет образования комплексных соединений и применения окислительно-восстановительных реакций. Групповые реагенты и предъявляемые к ним требования. Характеристики малорастворимых соединений, наиболее часто используемых в анализе. Концентрирование микроэлементов соосаждением на неорганических и органических носителях (коллекторах).
Другие методы.
Отгонка (дистилляция, возгонка). Ионный обмен. Понятие об электрофорезе.
Хроматографические методы анализа
Определение хроматографии.
Понятие о подвижной и неподвижной фазах. Классификация методов по агрегатному состоянию подвижной и неподвижной фаз, по механизму разделения, по технике выполнения, по цели и задачам анализа. Способы получения хроматограмм (фронтальный, вытеснительный, элюентный). Основные параметры хроматограммы. Основное уравнение хроматографии. Селективность и эффективность хроматографического разделения. Теория теоретических тарелок. Кинетическая теория. Качественный и количественный хроматографический анализ.
Газовая хроматография
. Газо-адсорбционная (газо-твердофазная) и газо-жидкостная хроматография
. Сорбенты и носители, требования к ним. Механизм разделения. Схема газового хроматографа. Колонки. Детекторы, их чувствительность и селективность. Понятие о хромато-масс-спектрометрии. Области применения газовой хроматографии. Достоинства и недостатки газовой хроматографии.
Жидкостная колоночная хроматография
. Виды жидкостной хроматографии. Преимущества высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ). Схема жидкостного хроматографа. Насосы, колонки. Основные типы детекторов, их чувствительность и селективность. Достоинства и недостатки ВЭЖХ.
Адсорбционная и распределительная жидкостная хроматография
. Нормально-фазовый и обращенно-фазовый варианты. Полярные и неполярные неподвижные фазы и принципы их выбора. Модифицированные силикагели как сорбенты. Подвижные фазы и принципы их выбора. Области применения жидкостной хроматографии.
Ионная и ионообменная хроматография
. Строение и физико-химические свойства ионообменников. Ионообменное равновесие. Селективность ионного обмена и факторы его определяющие. Области применения ионообменной хроматографии. Особенности строения и свойства сорбентов для ионной хроматографии. Одноколоночная и двухколоночная ионная хроматография, их преимущества и недостатки. Ионохроматографическое определение катионов и анионов.
Ион-парная и лигандообменная хроматография.
Общие принципы. Подвижные и неподвижные фазы. Области применения.
Эксклюзионная хроматография
. Общие принципы метода. Особенности неподвижных фаз и механизма разделения. Определяемые вещества и области применения метода.
Плоскостная хроматография
.
Общие принципы разделения. Способы получения плоскостных хроматограмм (восходящий, нисходящий, круговой, двумерный). Реагенты для проявления хроматограмм. Преимущества и недостатки.
Тонкослойная хроматография.
Механизмы разделения. Сорбенты и подвижные фазы. Области применения.
Бумажная хроматография.
Механизмы разделения. Требования к бумаге для проведения хроматографического анализа. Подвижные фазы. Области применения.
Использование различных хроматографических методов в фармацевтическом анализе.
Гравиметрический метод анализа
Сущность гравиметрического анализа, преимущества и недостатки метода. Прямые и косвенные методы определения. Методы отгонки и осаждения. Важнейшие органические и неорганические осадители. Погрешности в гравиметрическом анализе. Общая схема определений. Требования к осаждаемой и гравиметрической формам. Изменения состава осадка при высушивании и прокаливании. Термогравиметрический анализ.
Аналитические весы. Чувствительность весов и ее математическое выражение. Факторы, влияющие на точность взвешивания. Техника взвешивания.
Примеры практического применения гравиметрического метода анализа.Определение воды в фармацевтических препаратах. Определение элементов (железа. алюминия, титана) в виде оксидов. Определение кальция и магния; источники погрешностей при их определении. Определение серы, галогенов в неорганических и органических соединениях. Различные методы определения фосфора и кремния. Применение органических реагентов для определения никеля, кобальта, цинка и магния.
Титриметрические методы анализа
Методы титриметрического анализа. Классификация. Требования, предъявляемые к реакции в титриметрическом анализе (общие и специальные, зависящие от конкретного титриметрического метода). Виды титриметрических определений (прямые, обратные, косвенные). Способы определения концентрации титруемого вещества (способы отдельных навесок и пипетирования). Способы выражения концентраций растворов в титриметрии. Эквивалент, молярная масса эквивалента, молярная концентрация, молярная концентрация эквивалента, титр, титриметрический фактор пересчёта (титр по определяемому веществу), поправочный коэффициент. Первичные и вторичные стандартные растворы. Фиксаналы. Кривые титрования, их основные параметры и связь с основными законами химического равновесия, виды кривых титрования. Факторы, влияющие на характер кривых титрования и величину скачка титрования в различных методах. Точка эквивалентности. Точка электронейтральности. Способы определения конечной точки титрования в различных методах. Индикаторы. Интервалы изменения окраски индикаторов. Современные методы титриметрического анализа и приборы.
Кислотно-основное титрование
. Построение кривых титрования. Влияние величин констант кислотности или основности, концентрации кислот или оснований, температуры на характер кривых титрования. Кислотно-основное титрование в неводных средах. Факторы, определяющие выбор неводного растворителя. Кислотно-основные индикаторы. Ионно-хромофорная теория кислотно-основных индикаторов. Погрешности титрования при определении сильных и слабых кислот и оснований, многоосновных кислот и оснований.
Примеры практического применения. Первичные стандартные растворы для установления концентрации растворов кислот и оснований. Приготовление и стандартизация растворов соляной, серной кислот и гидроксида натрия. Титрование кислот, оснований, смесей кислот и смесей оснований, амфолитов. Анализ смесей карбоната и гидрокарбоната натрия, карбоната и гидроксида натрия. Определение азота по методу Кьельдаля и солей аммония прямым и косвенным методами. Определение нитратов и нитритов; формальдегида. Применение кислотно-основного титрования в неводных средах (определение борной и соляной кислот в их смеси, аминокислот).
Окислительно-восстановительное титрование.
Кривые титрования: расчёт, построение, анализ. Влияние концентрации ионов водорода, комплексообразования, образования и растворения малорастворимых соединений, ионной силы раствора на характер кривых титрования. Способы определения конечной точки титрования. Индикаторы в окислительно-восстановительных процессах. Погрешности титрования.
Методы окислительно-восстановительного титрования. Перманганатометрия. Определение железа(II), оксалатов, пероксида водорода, нитритов. Дихроматометрия. Определение железа(II).
Иодометрия и иодиметрия. Система иод-иодид как окислитель или восстановитель. Определение арсенитов, арсенатов, железа(III), меди(II), галогенид-ионов, пероксидов,кислот. Определение воды и функциональных групп органических соединений.
Хлориодометрия, иодатометрия, бромометрия, броматометрия, цериметрия, нитритометрия. Первичные и вторичные стандартные растворы методов, используемые индикаторы. Определение неорганических и органических соединений.
Применение методов окислительно-восстановительного титрования в фармацевтическом анализе.
Комплексометрическое титрование.
Неорганические и органические титранты в комплексометрии. Меркуриметрическое титрование. Сущность метода. Индикаторы метода. Применение меркуриметрии.
Использование аминополикарбоновых кислот в комплексонометрии. Построение кривых титрования. Металлохромные индикаторы и требования, предъявляемые к ним. Важнейшие универсальные и специфические металлохромные индикаторы. Способы комплексонометрического титрования: прямое, обратное, косвенное. Селективность титрования и способы ее повышения. Погрешности титрования. Примеры практического применения: определение кальция, магния, железа, алюминия, меди, цинка в растворах чистых солей и при совместном присутствии.
Осадительное титрование
. Методы осадительного титрования: аргентометрия (методы Гей-Люссака, Мора, Фаянса-Фишера-Ходакова, Фольгарда), тиоцианатометрия, меркурометрия, гексацианоферратометрия, сульфатометрия, бариметрия. Первичные и вторичные стандартные растворы различных методов осадительного титрования, их приготовление, стандартизация. Кривые осадительного титрования, их расчёт, построение, анализ. Способы определения конечной точки титрования; осадительные, металлохромные, адсорбционные индикаторы. Погрешности осадительного титрования: их происхождение, расчёт, способы устранения. Примеры практического использования различных методов осадительного титрования в фармацевтическом анализе.
Другие титриметрические методы анализа
. Термометрическое, радиометрическое титрование. Сущность методов, практическое применение.
Электрохимические методы анализа
бщая характеристика методов. Классификация. Электрохимические ячейки. Индикаторные электроды и электроды сравнения. Равновесные и неравновесные электрохимические системы. Явления, возникающие при протекании тока (омическое падение напряжения, концентрационная и кинетическая поляризация).
Потенциометрия
Прямая потенциометрия
. Измерение потенциала. Обратимые и необратимые окислительно-восстановительные системы. Индикаторные электроды: металлические и ионселективные. Ионометрия. Классификация ионселективных электродов. Уравнение Никольского-Эйзенмана. Характеристики ионселективных электродов: электродная функция, крутизна электродной функции, предел обнаружения, потенциометрический коэффициент селективности, время отклика. Примеры практического применения ионометрии. Определение рН, ионов щелочных и щелочноземельных металлов, галогенид- и нитрат-ионов.
Потенциометрическое титрование
. Изменение электродного потенциала в процессе титрования. Способы обнаружения конечной точки титрования в реакциях: кислотно-основных, комплексообразования, окисления-восстановления; процессах осаждения.
Примеры практического применения. Титрование фосфорной, смесей соляной и борной, соляной и уксусной кислот в водной и водно-органических средах. Определение иодидов и хлоридов при совместном присутствии.
Кулонометрия
Теоретические основы метода. Законы Фарадея. Прямая кулонометрия и кулонометрическое титрование. Условия проведения кулонометрических измерений при постоянном потенциале и постоянном токе. Способы определения количества электричества в прямой кулонометрии и кулонометрическом титровании. Внешняя и внутренняя генерация кулонометрического титранта. Титрование электроактивных и электронеактивных компонентов. Определение конечной точки титрования. Преимущества и ограничения метода кулонометрического титрования по сравнению с другими титриметрическими методами. Применение кулонометрического титрования для определения малых количеств кислоты и щелочи, тиосульфата натрия, окислителей-ионов металлов, воды.
Вольтамперометрия
Классификация вольтамперометрических методов. Индикаторные электроды. Получение и характеристика вольтамперной кривой. Предельный диффузионный ток. Полярография. Уравнение Ильковича. Уравнение полярографической волны Ильковича - Гейровского. Потенциал полуволны. Идентификация и определение неорганических и органических соединений. Современные виды вольтамперометрии: прямая и инверсионная, переменнотоковая; хроноамперометрия с линейной разверткой (осциллография). Преимущества и ограничения по сравнению с классической полярографией. Регистрация и расшифровка полярограммы индивидуального деполяризатора ¾ иона металла. Регистрация полярографического спектра. Определение концентрации веществ методом градуировочного графика и методом добавок с использованием классической, осциллографической, переменнотоковой полярографии.
Амперометрическое титрование. Сущность метода. Индикаторные электроды. Выбор потенциала индикаторного электрода. Виды кривых титрования. Понятие об амперометрическом титровании с двумя индикаторными электродами. Амперометрическое титрование неорганических и органических веществ.
Примеры практического применения вольтамперометрических методов и амперометрического титрования в фармацевтическом анализе.
Кондуктометрия
Сущность метода. Прямая кондуктометрия и кондуктометрическое титрование. Постояннотоковая и переменнотоковая; контактная и бесконтактная кондуктометрия. Определение концентрации анализируемого раствора по данным измерения электропроводности (расчётный метод, метод градуировочного графика). Кондуктометрическое титрование. Понятие о высокочастотном кондуктометрическом титровании. Виды кривых кислотно-основного и осадительного кондуктометрического титрования. Достоинства и недостатки кондуктометрии.
Сравнительная характеристика чувствительности и избирательности, областей применения электрохимических методов.
Спектроскопические методы анализа
Место и роль спектроскопических методов в аналитической химии и химическом анализе. Сравнительная характеристика чувствительности и избирательности, областей применения спектроскопических методов.
Электромагнитное излучение и его характеристики. Спектр электромагнитного излучения. Основные типы взаимодействия вещества с излучением: поглощение, эмиссия (тепловая, люминесценция), рассеяние, светопреломление, отражение. Классификация спектроскопических методов по энергии. Классификация спектроскопических методов на основе спектра электромагнитного излучения и объекта: атомная, молекулярная, абсорбционная, эмиссионная спектроскопия.
Энергетические переходы. Правила отбора. Законы испускания и поглощения, уравнения Эйнштейна. Вероятности переходов и времена жизни возбужденных состояний. Основные виды светорассеяния (Релея-Ми и Тиндаля), комбинационное рассеяние. Основные законы поглощения (Бугера-Ламберта) и излучения электромагнитного излучения (Больцмана, Мозли). Связь аналитических сигналов с концентрацией определяемого соединения.
Спектры атомов. Основные и возбужденные состояния атомов, характеристики состояний. Характеристики атомных спектральных линий: положение в спектре, интенсивность, ширина. Факторы, влияющие на ширину атомных линий.
Спектры молекул; их особенности. Схемы электронных уровней молекулы. Представление о полной энергии молекул как суммы электронной, колебательной и вращательной. Связь химической структуры соединения с молекулярными спектрами. Функциональный анализ по колебательным и электронным спектрам.
Аппаратура. Источники излучения. Способы монохроматизации электромагнитного излучения. Классификация спектральных приборов, их характеристики. Приемники излучения. Инструментальные помехи. Шумы и отношение сигнал-шум; оценка минимального аналитического сигнала.
Методы атомной оптической спектроскопии
Атомно-эмиссионный метод
. Термодинамика процессов в атомно-эмиссионной спектроскопии (испарение, атомизация, возбуждение, ионизация). Источники атомизации и возбуждения: пламена, плазмотроны, индуктивно-связанная плазма, электрические разряды (искровые, тлеющий разряд, дуговые), лазеры; их основные характеристики. Физические и химические процессы в источниках атомизации и возбуждения.
Качественный и количественный анализ методом атомно-эмиссионной спектроскопии. Уравнение Ломакина-Шайбе и причины отклонения от закона Больцмана. Спектральные, химические и физико-химические помехи, способы их устранения.
Методы атомно-эмиссионной спектроскопии. Эмиссионная фотометрия пламени, атомно-эмиссионная спектроскопия с индуктивно-связанной плазмой, искровая атомно-эмиссионная спектроскопия и их сравнение. Метрологические характеристики и аналитические возможности.
Атомно-абсорбционный метод
. Атомизаторы (пламенные и непламенные), основные достоинства. Основной закон светопоглощения в атомно-абсорбционной спектроскопии, его особенности. Источники излучения (газоразрядные лампы, источники сплошного спектра, лазеры), их характеристики, причина основного использования газоразрядных ламп. Спектральные и физико-химические помехи, способы их устранения. Основные узлы атомно-абсорбционного спектрометра. Метрологические характеристики, возможности, преимущества и недостатки метода, его сравнение с атомно-эмиссионным методом.
Атомно-флуоресцентный метод.
Принцип метода; особенности и применение.
Примеры практического применения атомно-эмиссионного и атомно-абсорбционного методов в фармацевтическом анализе.
Методы молекулярной оптической спектроскопии
Молекулярная абсорбционная спектроскопия в оптической области (спектрофотометрия).
Основной закон светопоглощения в спектрофотометрии (Бугера-Ламберта-Бера). Основные причины отклонения от закона (инструментальные, физико-химические и химические). Понятия об истинном и кажущемся молярном коэффициенте поглощения, удельном коэффициенте поглощения (Е1% 1 см).
Фотометрическая реакция. Фотометрические аналитические реагенты; требования к ним. Примеры фотометрических реакций для определения лекарственных веществ различной природы. Роль пробоподготовки в спектрофотометрии.Экстракционно-фотометрический анализ. Способы определения концентрации веществ:метод стандартных серий, метод уравнивания окрасок, метод разбавления; их применение в фармации.
Измерение высоких, низких оптических плотностей (дифференциальный метод). Анализ многокомпонентных систем. Производная спектрофотометрия. Применение метода для исследования реакций в растворах (комплексообразования, протолитических, процессов агрегации), сопровождающихся изменением спектров поглощения. Основные типы и характеристики приборов. Понятие о спектрофотометрическом титровании. Метрологические характеристики и аналитические возможности. Примеры практического применения метода в фармацевтическом анализе.
Колебательная спектроскопия.
Сравнительная характеристика ИК-спектроскопии и спектроскопии комбинационного рассеяния (КР-спектроскопии). Причины отличия ИК-спектроскопии от спектрофотометрии. Возможности ИК-спектроскопии в качественном, количественном, функциональном и структурном анализе. Основные приборы (спектрофотометры, интерферометры), преимущества ИК-спектроскопии с преобразованием Фурье. Основной закон светопоглощения в ИК-спектроскопии, чувствительность метода. Применение ИК-спектроскопии в фармацевтическом анализе (идентификация лекарственных веществ, доказательство подлинности лекарственных средств, количественный анализ в ИК-области спектра). Ограничения ИК-спектроскопии. Использование КР-спектроскопии в неорганическом и органическом анализе, при неразрушающем анализе биологических и фармацевтических объектов.
Молекулярная люминесцентная спектроскопия.
Особенности люминесценции как явления. Классификация видов люминесценции по источникам возбуждения (хемилюминесценция, биолюминесценция, электролюминесценция, фотолюминесценция и др.), механизму и длительности свечения. Флуоресценция и фосфоресценция. Диаграмма Теренина-Льюиса (Яблонского). Законы и правила люминесценции: Стокса-Ломмеля, Каши, Вавилова, Левшина (зеркальной симметрии). Количественный анализ люминесцентным методом, основное уравнение метода, требования к реакциям. Факторы, влияющие на интенсивность люминесценции. Тушение люминесценции. Основные приборы в люминесценции, требования к источникам излучения. Спектральные и физико-химические помехи. Метрологические характеристики и аналитические возможности метода. Сравнение возможностей молекулярной абсорбционной и люминесцентной спектроскопии при определении неорганических соединений. Преимущества люминесцентной спектроскопии при идентификации и определении органических соединений. Экстракционно-флуоресцентный анализ. Титрование с применением флуоресцентных индикаторов. Примеры использования люминесцентной спектроскопии в фармацевтическом анализе.
Спектроскопия светорассеяния.
Основные типы светорассеяния и их использование в аналитической химии. Нефелометрия и турбидиметрия, их сравнительная характеристика и сопоставление с люминесцентной спектроскопией и спектрофотометрией. Основные уравнения методов, требования к объектам исследования и реакциям. Основные приборы, чувствительность и селективность методов. Примеры практического применения. Представления о современных методах спектроскопии рассеяния.
Другие методы молекулярной спектроскопии.
Рефрактометрия. Поляриметрия. Спектроскопия диффузного отражения в оптической и ИК-областях. Флуоресцентная микроскопия. Оптические сенсоры.
Масс-спектрометрия
Основные принципы методов. Идентификация и определение органических веществ; элементный и изотопный анализ. Основные узлы масс-спектрометра и их назначение. Основные типы ионизации и источники ионов (электронный удар, химическая ионизация, ионизация электрораспылением, индуктивно-связанная плазма, бомбардировка атомами, лазерная десорбция). Характеристика масс-анализаторов, их основные типы (магнитный секторный анализатор, квадрупольный фильтр масс, квадрупольная ионная ловушка, времяпролетный масс-анализатор циклотронно-резонансный анализатор). Основные типы детекторов. Масс-спектр и его интерпретация и обработка. Примеры использования масс-спектрометрии. Хромато-масс-спектрометрия и ее использование в вариантах жидкостной и газовой хроматографии.
Кинетические методы анализа
Сущность методов. Каталитический и некаталитический варианты кинетических методов; их чувствительность и селективность. Типы используемых каталитических и некаталитических реакций: окисления-восстановления, обмена лигандов в комплексах, превращения органических соединений, фотохимические и ферментативные реакции. Способы определения концентрации по данным кинетических измерений.
Примеры практического применения. Определение неорганических и органических соединений. Использование каталитических реакций для определения малых количеств веществ.
Теория и практика пробоотбора и пробоподготовки
Представительность пробы; взаимосвязь с объектом и методом анализа. Факторы, обусловливающие размер и способ отбора представительной пробы. Отбор проб гомогенного и гетерогенного состава. Способы получения средней пробы твердых, жидких и газообразных веществ; устройства и приемы, используемые при этом; первичная обработка и хранение проб; дозирующие устройства.
Основные способы перевода пробы в форму, необходимую для конкретного вида анализа: растворение в различных средах; спекание, сплавление, разложение под действием высоких температур, давления, высокочастотного разряда; комбинирование различных приемов; особенности разложения органических соединений. Способы устранения и учета загрязнений и потерь компонентов при пробоподготовке.
Особенности пробоподготовки твёрдых, жидких и мягких лекарственных форм в фармацевтическом анализе.
Рекомендуемая литература
Основная
1. Харитонов Ю.Я. Аналитическая химия. Аналитика. В двух книгах. 3-е издание. М.: Высш. шк., 2005.
2. Практикум по аналитической химии. / Под ред. Пономарёва В.Д., Ивановой Л.И. М.: Высш. шк., 1983.
3. Харитонов Ю.Я., Григорьева В.Ю. Аналитическая химия. Практикум. Качественный химический анализ. М.: Издательская группа «ГЭОТАР-Медиа», 2007.
4. Лурье Ю.Ю. Справочник по аналитической химии. М.: Химия, 1989.
Дополнительная
1. Пономарёв В.Д. Аналитическая химия. М.: Высш. шк., 1982.
2. Основы аналитической химии (под ред. Ю.А. Золотова). В двух книгах. Общие вопросы. Методы разделения. Методы химического анализа. М.: Высш. шк.. 2004. Серия «Классический университетский учебник».
3. Основы аналитической химии. Задачи и упражнения. / Под ред. Ю.А. Золотова. М.: Высш. шк., 2004.
4. Дорохова Е.Н., Прохорова Г.В. Аналитическая химия. Физико-химические методы анализа. М.: Высш. шк., 1991.
5. Дорохова Е.Н., Прохорова Г.В. Задачи и упражнения по аналитической химии. М.: Мир, 2001.
6. Васильев В.П. Аналитическая химия. В двух книгах. М.: Дрофа, Кн. 1. 2004, Кн. 2. 2005.
7. Государственная Фармакопея СССР. XI издание. Вып. 1. Общие основы анализа. М.: Медицина, 1987.
8. Государственная Фармакопея СССР. XI издание. Вып. 2. Общие методы анализа. Лекарственное растительное сырьё. М.: Медицина, 1990.
9. Государственная Фармакопея СССР. Х издание. М.: Медицина, 1968.
10. Джабаров Д.Н. Сборник упражнений и задач по аналитической химии. М.: Русский врач, 1997.
11. Кёлнер Р. Аналитическая химия. Проблемы и подходы. В двух томах. М.: Мир, 2004.
12. Отто М. Современные методы аналитической химии (в двух томах). / Пер. с нем. и под ред. А.В. Гармаша. Т.1. М.: Техносфера, 2003. Т.2. М.: Техносфера, 2004.
13. Аналитическая химия. Проблемы и подходы. В 2-х томах. / Пер. с англ., под ред. Ю.А. Золотова. М.: Мир, 2004.
14. Марченко З., Бальцежак М. Методы спектрофотометрии в УФ и видимой областях в неорганическом анализе. М.: Бином. Лаборатория знаний, 2009.
15. Хенце Г. Полярография и вольтамперометрия. Теоретические основы и аналитическая практика. М.: Бином. Лаборатория знаний, 2008.
16. Кунце У., Шведт Г. Основы качественного и количественного анализа. М.: Мир, 1997.
17. Пилипенко А.Т., Пятницкий И.В. Аналитическая химия. В двух томах. М.: Химия, 1990.
18. Петрухин О.М., Власова Е.Г., Жуков А.Ф. и др. Аналитическая химия. Химические методы анализа. М.: Химия, 1993.
19. Лайтинен Г.А., Харрис В.Е. Химический анализ. М.: Химия, 1979.
20. Петерс Д., Хайес Дж., Хифтье Г. Химическое разделение и измерение. В двух книгах. М.: Химия, 1978.
21. Скуг Д., Уэст Д. Основы аналитической химии. В двух книгах. М.: Мир, 1979.
22. Фритц Дж., Шенк Г. Количественный анализ. М.: Мир, 1978.
23. Юинг Д. Инструментальные методы химического анализа. М.: Мир, 1989.
22. Янсон Э.Ю. Теоретические основы аналитической химии. М.: Высш. шк., 1987.
23. Дерффель К. Статистика в аналитической химии. М.: Мир, 1994.
24. Журнал аналитической химии. Ежемесячное издание издательства «МАИК».
Программа составлена
доц. Мугиновой С.В.
Редактор проф. Шеховцова Т.Н.
Модуль II . Типы реакций и процессов в аналитической химии
Тема 4. «Основные типы химических реакций в аналитической химии»
Основные типы химических реакций в аналитической химии: кислотно-основные, комплексообразования, окисления-восстановления. Используемые процессы: осаждение-растворение, экстракция, сорбция. Константы равновесия реакций и процессов. Состояние веществ в идеальных и реальных системах. Структура растворителей и раствора. Сольватация, ионизация, диссоциация. Поведение электролитов и неэлектролитов в растворах. Теория Дебая-Хюккеля. Коэффициенты активности. Концентрационные константы. Описание сложных равновесий. Общая и равновесная концентрации. Условные константы.
4.1. Кислотно-основные реакции . Современные представления о кислотах и основаниях. Теория Бренстеда-Лоури. Равновесие в системе кислота - сопряженное основание и растворитель. Константы кислотности и основности. Кислотные и основные свойства растворителей. Константа автопротолиза. Влияние природы растворителя на силу кислоты и основания. Нивелирующий и дифференцирующий эффект растворителя.Кислотно-основное равновесие в многокомпонентных системах. Буферные растворы и их свойства. Буферная емкость. Вычисления рН растворов незаряженных и заряженных кислот и оснований, многоосновных кислот и оснований, смеси кислот и оснований.4.2. Реакции комплексообразования . Типы комплексных соединений, используемых в аналитической химии. Классификация комплексных соединений по характеру взаимодействия металл-лиганд, по однородности лиганда и центрального иона (комплексообразователя). Свойства комплексных соединений, имеющие аналитическое значение: устойчивость, растворимость, окраска, летучесть.Ступенчатое комплексообразование. Количественные характеристики комплексных соединений: константы устойчивости (ступенчатые и общие), функция образования (среднее лигандное число), функция закомплексованности, степень образования комплекса. Факторы, влияющие на комплексообразование: строение центрального атома и лиганда, концентрация компонентов, рН, ионная сила раствора, температура. Термодинамическая и кинетическая устойчивость комплексных соединений.Влияние комплексообразования на растворимость соединений, кислотно-основное равновесие, окислительно-восстановительный потенциал систем, стабилизацию различных степеней окисления элементов. Способы повышения чувствительности и избирательности анализа с использованием комплексных соединений.Теоретические основы взаимодействия органических реагентов с неорганическими ионами. Влияние их природы, расположения функционально-аналитические групп, стереохимии молекул реагента на его взаимодействие с неорганическими ионами. Теория аналогий взаимодействия ионов металлов с неорганическими реагентами типа H 2 O, NH 3 и H 2 S и кислород-, азот-, серосодержащими органическими реагентами. Основные типы соединений, образуемых с участием органических реагентов. Хелаты, внутрикомплексные соединения. Факторы, определяющие устойчивость хелатов Важнейшие органические реагенты, применяемые в анализе для разделения, обнаружения, определения ионов металлов, для маскирования и демаскирования. Органические реагенты для органического анализа. Возможности использования комплексных соединений и органических реагентов в различных методах анализа.4.3. Окислительно-восстановительные реакции . Электродный потенциал. Уравнение Нернста. Стандартный и формальный потенциалы. Связь константы равновесия со стандартными потенциалами. Направление реакции окисления и восстановления. Факторы, влияющие на направление окислительно-восстановительных реакций. Понятие о смешанных потенциалах. Механизмы окислительно-восстановительных реакций.Основные неорганические и органические окислители и восстановители, применяемые в анализе. Методы предварительного окисления и восстановления определяемого элемента.4.4. Процессы осаждения и соосаждения . Равновесие в системе раствор - осадок. Осадки и их свойства. Схема образования осадка. Кристаллические и аморфные осадки. Зависимость структуры осадка от его индивидуальных свойств и условий осаждения. Зависимость формы осадка от скорости образования и роста первичных частиц. Факторы, влияющие на растворимость осадков: температура, ионная сила, действие одноименного иона, реакции протонизации, комплексообразования, окисления-восстановления, структура и размер частиц. Условия получения кристаллических осадков. Гомогенное осаждение. Старение осадка. Причины загрязнения осадка. Классификация различных видов соосаждения. Положительное и отрицательное значение явления соосаждения в анализе. Особенности образования коллоидно-дисперсных систем. Использование коллоидных систем в химическом анализе. Модуль I II . Методы обнаружения и идентификации Тема 5. «Методы обнаружения и идентификации» 0,2 (8 часов)Задачи и выбор метода обнаружения и идентификации атомов, ионов и химических соединений. Дробный и систематический анализ. Физические методы обнаружения и идентификациинеорганических и органических веществ.Микрокристаллоскопический анализ, пирохимический анализ (окрашивание пламени, возгонка, образование перлов). Капельный анализ. Анализ растиранием порошков. Хроматографические методы качественного анализа. Экспрессный качественный анализ в заводских и полевых условиях. Примеры практического применения методов обнаружения. Модуль IV . Методы выделения, разделения и концентрирования Тема 6. «Методы выделения, разделения и концентрирования» 0,1 (4 часа)Основные методы разделения и концентрирования, их роль в химическом анализе, выбор и оценка. Сочетание методов разделения и концентрирования с методами определения; гибридные методы. Одноступенчатые и многоступенчатые процессы разделения. Константы распределения. Коэффициент распределения. Степень извлечения. Фактор разделения. Коэффициент концентрирования.6.1. Методы экстракции . Теоретические основы методов. Закон распределения. Классификация экстракционных процессов. Скорость экстракции. Типы экстракционных систем. Условия экстракции неорганических и органических соединений. Реэкстракция. Природа и характеристика экстрагентов. Разделение и концентрирование элементов методом экстракции. Основные органические реагенты, используемые для разделения элементов методом экстракции. Селективное разделение элементов методом подбора органических растворителей, изменение рН водной фазы, маскирования и демаскирования.6.2. Методы осаждения и соосаждения . Применение неорганических и органических реагентов для осаждения. Способы разделения осаждением либо растворением при различных значениях рН, за счет образования комплексных соединений и применения окислительно-восстановительных реакций. Групповые реагенты и предъявляемые к ним требования. Характеристики малорастворимых соединений, наиболее часто используемых в анализе. Концентрирование микроэлементов соосаждением на неорганических и органических носителях (коллекторах). 6.3. Другие методы . Электрохимические методы. Отгонка (дистилляция, возгонка). Зонная плавка.Тема 7. Хроматографические методы анализа 0,2 (6 часов)7.1. Определение хроматографии. Понятие о подвижной и неподвижной фазах. Классификация методов по агрегатному состоянию подвижной и неподвижной фаз, по механизму разделения, по технике выполнения. Способы получения хроматограмм (фронтальный, вытеснительный, элюентный). Основные параметры хроматограммы. Основное уравнение хроматографии. Селективность и эффективность хроматографического разделения. Теория теоретических тарелок. Кинетическая теория. Разрешение как фактор оптимизации хроматографического процесса. Качественный и количественный хроматографический анализ.7.2. Газовая хроматография . Газо-адсорбционная (газо-твердофазная) и газо-жидкостная хроматография . Сорбенты и носители, требования к ним. Механизм разделения. Схема газового хроматографа. Колонки. Детекторы, их чувствительность и селективность. Области применения газовой хроматографии.7.3. Жидкостная хроматография . Виды жидкостной хроматографии. Преимущества высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ). Схема жидкостного хроматографа. Насосы, колонки. Основные типы детекторов, их чувствительность и селективность.7.3.1. Адсорбционная жидкостная хроматография . Нормально-фазовый и обращенно-фазовый варианты. Полярные и неполярные неподвижные фазы и принципы их выбора. Модифицированные силикагели как сорбенты. Подвижные фазы и принципы их выбора. Области применения адсорбционной жидкостной хроматографии.7.4. Ионообменная хроматография . Строение и физико-химические свойства ионообменников. Ионообменное равновесие. Селективность ионного обмена и факторы его определяющие. Области применения ионообменной хроматографии. Ионная хроматография как вариант высокоэффективной ионообменной хроматографии. Особенности строения и свойства сорбентов для ионной хроматографии. Одноколоночная и двухколоночная ионная хроматография, их преимущества и недостатки. Ионохроматографическое определение катионов и анионов. Ион-парная и лигандообменная хроматография. Общие принципы. Подвижные и неподвижные фазы. Области применения.7.5. Эксклюзионная хроматография . Общие принципы метода. Подвижные и неподвижные фазы. Особенности механизма разделения. Определяемые вещества и области применения метода.7.6. Плоскостная хроматография. Общие принципы разделения. Способы получения плоскостных хроматограмм. Реагенты для их проявления. Бумажная хроматография . Механизмы разделения. Подвижные фазы. Преимущества и недостатки. Тонкослойная хроматография . Механизмы разделения. Сорбенты и подвижные фазы. Области применения.Модуль V . Химические методы анализа
Тема 8. «Химические методы анализа»8.1. Гравиметрический метод анализа. Сущность гравиметрического анализа, преимущества и недостатки метода. Прямые и косвенные методы определения. Важнейшие органические и неорганические осадители. Погрешности в гравиметрическом анализе. Общая схема определений. Требования к осаждаемой и гравиметрической формам. Изменения состава осадка при высушивании и прокаливании. Термогравиметрический анализ.Аналитические весы. Чувствительность весов и ее математическое выражение. Факторы, влияющие на точность взвешивания. Техника взвешивания.Примеры практического применения гравиметрического метода анализа. 8.2. Титриметрические методы анализа. Методы титриметрического анализа. Классификация. Требования, предъявляемые к реакции в титриметрическом анализе. Виды титриметрических определений. Способы выражения концентраций растворов в титриметрии. Эквивалент, молярная масса эквивалента, молярная концентрация. Первичные и вторичные стандарты. Фиксаналы. Виды кривых титрования. Факторы. влияющие на характер кривых титрования и величину скачка титрования в различных методах. Точка эквивалентности. Способы определения конечной точки титрования в различных методах.8.3. Кислотно-основное титрование. Построение кривых титрования. Влияние величины констант кислотности или основности, концентрации кислот или оснований, температуры на характер кривых титрования. Кислотно-основное титрование в неводных средах. Кислотно-основные индикаторы. Погрешности титрования при определении сильных и слабых кислот и оснований, многоосновных кислот и оснований.8.4. Окислительно-восстановительное титрование. Построение кривых титрования. Влияние концентрации ионов водорода, комплексообразования, ионной силы раствора на характер кривых титрования. Способы определения конечной точки титрования. Погрешности титрования.Методы окислительно-восстановительного титрования. Перманганатометрия. Определение железа(II), марганца(II), оксалатов, пероксида водорода, нитритов.Иодометрия и иодиметрия. Система иод-иодид как окислитель или восстановитель. Броматометрия, цериметрия, ванадатометрия, титанометрия, хромометрия. Первичные и вторичные стандарты. Используемые индикаторы. Определение неорганических и органических соединений. 8.5. О садительное титрование . Построение кривых титрования. Способы определения конечной точки титрования; индикаторы. Погрешности титрования. Примеры практического применения. 8.6. Комплексометрическое титрование . Неорганические и органические титранты в комплексометрии. Использование аминополикарбоновых кислот в комплексонометрии. Построение кривых титрования. Металлохромные индикаторы и требования, предъявляемые к ним. Важнейшие универсальные и специфические металлохромные индикаторы. Способы комплексонометрического титрования: прямое, обратное, косвенное. Селективность титрования и способы ее повышения. Погрешности титрования.Примеры практического применения. Определение кальция, магния, железа, алюминия, меди, цинка в растворах чистых солей и при совместном присутствии.8.7.Другие титриметрические методы анализа . Термометрическое, радиометрическое титрование. Сущность методов.8.8. Кинетические методы анализа. Сущность методов. Каталитический и некаталитический варианты кинетических методов; их чувствительность и селективность. Типы используемых каталитических и некаталитических реакций: окисления-восстановления, обмена лигандов в комплексах, превращения органических соединений, фотохимические и ферментативные реакции. Способы определения концентрации по данным кинетических измерений. Модуль VI . Электрохимические методы анализа Тема 9. Физико-химические и физические методы анализа. Электрохимические методы анализа9.1. Электрохимические методы анализа . Общая характеристика методов. Классификация. Электрохимические ячейки. Индикаторный электрод и электрод сравнения. Равновесные и неравновесные электрохимические системы. Явления, возникающие при протекании тока (омическое падение напряжения, концентрационная и кинетическая поляризация). Поляризационные кривые и их использование в различных электрохимических методах.9.1.1. Потенциометрия . Прямая потенциометрия. Измерение потенциала. Обратимые и необратимые окислительно-восстановительные системы. Индикаторные электроды. Ионометрия. Классификация ионоселективных электродов. Характеристики ионоселективных электродов: электродная функция, коэффициент селективности, время отклика. Потенциометрическое титрование. Изменение электродного потенциала в процессе титрования. Способы обнаружения конечной точки титрования в реакциях: кислотно-основных, комплексообразования, окисления-восстановления; процессах осаждения.9.2. Кулонометрия . Теоретические основы метода. Закон Фарадея. Способы определения количества электричества. Прямая кулонометрия и кулонометрическое титрование. Кулонометрия при постоянном токе и постоянном потенциале. Внешняя и внутренняя генерация кулонометрического титранта. Титрование электроактивных и электронеактивных компонентов. Определение конечной точки титрования. Преимущества и ограничения метода кулонометрического титрования по сравнению с другими титриметрическими методами.9.3. Вольтамперометрия . Индикаторные электроды. Классификация вольтамперометрических методов. Получение и характеристика вольтамперной кривой. Предельный диффузионный ток. Полярография. Уравнение Ильковича. Уравнение полярографической волны Ильковича - Гейровского. Потенциал полуволны. Идентификация и определение неорганических и органических соединений. Современные виды вольтамперометрии: прямая и инверсионная, переменнотоковая; хроноамперометрия с линейной разверткой (осциллография). Преимущества и ограничения по сравнению с классической полярографией. Амперометрическое титрование. Сущность метода. Индикаторные электроды. Выбор потенциала индикаторного электрода. Виды кривых титрования.9.4. Другие электрохимические методы анализа. Общая характеристика электрогравиметрических методов. Электропроводность растворов и принципы кондуктометрии. Хронопотенциометрия - вольтамперометрия при постоянном токе. Практическое применение методов. Сравнительная характеристика чувствительности и избирательности, областей применения электрохимических методов.
Модуль VII . Спектроскопические методы анализа
Тема 9. Физико-химические и физические методы анализа. Спетроскопические методы анализа9.15. Спектроскопические методы анализа. Спектр электромагнитного излучения. Основные типы взаимодействия вещества с излучением: эмиссия (тепловая, люминесценция), поглощение, рассеяние. Классификация спектроскопических методов по энергии. Классификация спектроскопических методов на основе спектра электромагнитного излучения: атомная, молекулярная, абсорбционная, эмиссионная спектроскопия.Спектры атомов. Основные и возбужденные состояния атомов, характеристики состояний. Энергетические переходы. Правила отбора. Законы испускания и поглощения. Вероятности электронных переходов и времена жизни возбужденных состояний. Характеристики спектральных линий: положение в спектре, интенсивность, полуширина.Спектры молекул; их особенности. Схемы электронных уровней молекулы. Представление о полной энергии молекул как суммы электронной, колебательной и вращательной. Основные законы поглощения электромагнитного излучения (Бугера) и закон излучения (Ломакина-Шейбе). Связь аналитического сигнала с концентрацией определяемого соединения.Аппаратура. Способы монохроматизации лучистой энергии. Классификация спектральных приборов их характеристики. Приемники излучения. Инструментальные помехи. Шумы и отношение сигнал-шум; оценка минимального аналитического сигнала.9.16. Методы атомной оптической спектроскопии. Атомно-эмиссионный метод. Источники атомизации и возбуждения: электрические разряды (дуговые, искровые, пониженного давления), пламена, плазмотроны, индуктивно-связанная плазма, лазеры; их основные характеристики. Физические и химические процессы в источниках атомизации и возбуждения.Спектрографический и спектрометрический методы анализа, их особенности, области применения. Качественный и количественный анализ методом эмиссионной спектрометрии пламени. Основная аппаратура: спектрографы, квантометры. Пламенные фотометры и спектрофотометры. Метрологические характеристики и аналитические возможности.Атомно-флуоресцентный метод. Принцип метода; особенности и применение.Атомно-абсорбционный метод. Атомизаторы (пламенные и непламенные). Источники излучения (лампы с полым катодом, источники сплошного спектра, лазеры), их характеристики. Спектральные и физико-химические помехи, способы их устранения. Метрологические характеристики, возможности, преимущества и недостатки метода, его сравнение с атомно-эмиссионным методом. Примеры практического применения атомно-эмиссионного и атомно-абсорбционного методов.9.17. Методы атомной рентгеновской спектроскопии Рентгеновские спектры, их особенности. Способы генерации, монохроматизации и регистрации рентгеновского излучения. Виды рентгеновской спектроскопии: рентгеноэмиссионная, рентгеноабсорбционная, рентгенофлуоресцентная. Принцип рентгеноэмиссионной спектроскопии; рентгеноспектральный микроанализ (электронный зонд). Основы рентгенофлуоресцентной спектроскопии; особенности и значение метода (быстрый неразрушающий многоэлементный анализ); примеры использования.9.18. Методы молекулярной оптической спектроскопии 9.18.1. Молекулярная абсорбционная спектроскопия (спектрофотометрия). Связь химической структуры соединения с абсорбционным спектром. Функциональный анализ по колебательным и электронным спектрам. Связь оптической плотности с концентрацией. Основной закон светопоглощения. Основные причины отклонения от закона (инструментальные и физико-химические). Понятие об истинном и кажущемся молярном коэффициенте поглощения.Способы получения окрашенных соединений. Фотометрические аналитические реагенты; требования к ним. Способы определения концентрации веществ. Измерение высоких, низких оптических плотностей (дифференциальный метод). Анализ многокомпонентных систем. Применение метода для исследования реакций в растворах (комплексообразования, протолитических, процессов агрегации), сопровождающихся изменением спектров поглощения. Метрологические характеристики и аналитические возможности. Примеры практического применения метода.9.18.2. Молекулярная люминесцентная спектроскопия. Классификация видов люминесценции по источникам возбуждения (хемилюминесценция, биолюминесценция, электролюминесценция, фотолюминесценция и др.), механизму и длительности свечения. Флуоресценция и фосфоресценция. Схема Яблонского. Закон Стокса-Ломмеля. Правило зеркальной симметрии Левшина. Факторы, влияющие на интенсивность люминесценции. Тушение люминесценции. Спектральные и физико-химические помехи. Количественный анализ люминесцентным методом. Метрологические характеристики и аналитические возможности метода. Сравнение возможностей молекулярной абсорбционной и люминесцентной спектроскопии при определении неорганических соединений. Преимущества люминесцентной спектроскопии при идентификации и определении органических соединений.
Модуль VIII . Анализ конкретных объектов
Тема 10. Анализ объектов10.1. Основные объекты анализаОбъекты окружающей среды: воздух, природные и сточные воды, атмосферные осадки, почвы, донные отложения, . Характерные особенности и задачи их анализа.Биологические и медицинские объекты. Аналитические задачи в этой области. Санитарно-гигиенический контроль.Геологические объекты. Анализ силикатов, карбонатов, железных, никель-кобальтовых руд, полиметаллических руд.Металлы, сплавы и другие продукты металлургической промышленности. Определение черных, цветных, редких, благородных металлов и анализ их сплавов. Анализ неметаллических включений и определение газообразующих примесей в металлах. Контроль металлургических производств.Неорганические соединения. Вещества особой чистоты (в том числе полупроводниковые материалы, материалы высокотемпературной сверхпроводимости); определение в них примесных и легирующих микроэлементов. Послойный и локальный анализ кристаллов и пленочных материалов.Природные и синтетические органические вещества, полимеры. Виды анализа таких объектов и соответствующие методы. Примеры решения задач контроля органических производств. В результате изучения дисциплины студент должен:знать
: метрологические основы химического анализа, принципы пробоотбора, типы химических реакций и процессов в аналитической химии, основные методы качественного анализа, выделения, разделения и концентрирования, выбор соответствующего метода в зависимости от последующего анализа, основные методы количественного анализа.
уметь
:
реферировать научный текст, рассчитывать метрологические характеристики, сравнивать методы анализа по точности, селективности, чувствительности и минимально определяемому содержанию вещества; отбирать минимальную и представительную пробу, выбирать оптимального процесса для проведения анализа, проводить качественный химический анализ пробы, маскировать мешающие ионы, концентрировать определяемый компонент и разделять смеси, определять количественный состав классическими методами анализа, анализировать пробу с помощью современных электрохимических методов, в том числе ионселективными сенсорами, определять качественный и количественный состав современными оптическими методами, анализировать конкретные объекты наиболее оптимальными методами.
владеть
: методиками классического химического анализа и современного физико-химического анализа, навыками работы на электрохимических, спектроскопических приборах, пробоподготовкой образца для различных методов анализа.
Виды учебной работы: лекции, практические и лабораторные занятия, реферат, расчетные задачи
Изучение дисциплины заканчивается зачетом и экзаменом.
Аннотация дисциплины
Аналитическая химия
Общая трудоемкость изучения дисциплины составляет 18 зачетных единиц (648 час.)
Задачи изучения дисциплины: развитие коммуникативных и социокультурных способностей и качеств; овладение умениями и навыками самосовершенствования. Структура дисциплины (2)
ДокументЦелью изучения дисциплины «Иностранный язык» является формирование и развитие коммуникативных компетенций (говорение, письмо, чтение, аудирование), необходимых и достаточных для решения коммуникативно-практических задач в ситуациях
Задачи изучения дисциплины: овладеть практическими знаниями важнейших факторов, событий и явлений из истории России
ДокументЦели дисциплины: достижение высокого уровня знаний по отечественной истории, развитие навыков самостоятельной работы, раскрытие творческих способностей студентов, воспитание многомерной личности, сочетающей в своей профессиональной
Задачи изучения дисциплины: Показать по каким проблемам отечественной истории ведутся сегодня споры и дискуссии в российской и зарубежной историографии. Показать место истории в обществе; формирование и эволюцию исторических понятий и категорий
Самостоятельная работаЦель изучения дисциплины: дать представления об основных этапах и содержании истории России с древнейших времен и до наших дней; показать на примерах из различных эпох органическую взаимосвязь российской и мировой истории; проанализировать
Задачи, принципы, направления развития гимназического образования на современном этапе колесникова В. И. директор моу гимназии №2
ДокументГимназия – это такое учреждение, которое стремиться реализовать целостные образовательные программы, в идеале комплексно влияющие на изменение философских оснований школы, принципиально меняющие характер педагогических отношений,
Вого, научного, делового общения, а так же развитие способностей и качеств, необходимых для коммуникативного и социокультурного саморазвития личности обучаемого (1)
ДокументЦелью изучения дисциплины «Иностранный язык» является: формирование и развитие коммуникативной иноязычной компетенции, необходимой и достаточной, для решения обучаемыми коммуникативно-практических задач в изучаемых ситуациях бытового,