Лекции по аналит.химии

Конспект теоретического материала
по аналитической химии
Лекция 1. Основные понятия аналитической химии (4 часа)
Аналитический сигнал. Классификация методов анализа по характеру измеряемого
свойства и по способу регистрации сигнала. Основные виды и методы химического
анализа. Макро-, микро- и ультрамикроанализ. Основные признаки аналитической
реакции: избирательность и достоверность. Способы повышения избирательности.
Маскирование, дробный и систематический анализ.
Лекция 2. Метрологические основы химического анализа(2 часа)
Виды погрешностей химического анализа. Классификация систематических погрешностей.
Точность анализа (правильность и прецизионность). Статистическая обработка результатов
анализа,
случайные
погрешности.
Среднее,
дисперсия,
стандартное
отклонение,
доверительный интервал.
Лекция 3. Пробоотбор и пробоподготовка (2 часа)
Представительность пробы. Факторы, обусловливающие размер и способ отбора
представительной пробы. Отбор проб гомогенного и гетерогенного состава. Способы
получения средней пробы твердых, жидких и газообразных веществ. Основные способы
перевода пробы в форму, необходимую для данного вида анализа. Первичная обработка и
хранение проб.
Лекция 4. Типы химических реакций и процессов в аналитической химии (4 часа)
Общая характеристика реакций в растворе. Способы выражения концентраций. Состояние
веществ в идеальных и реальных системах. Поведение электролитов и неэлектролитов в
растворах. Ионы. Сольватация, ионизация, диссоциация. Теория Дебая-Хюккеля.
Коэффициенты активности. Концентрационные константы. Общая и равновесная
концентрации. Условные константы. Описание равновесий с помощью констант разного
типа. Связь термодинамических, концентрационных и условных констант равновесия.
Лекция 5. Титриметрический анализ (2 часа)
Сущность
титриметрического
анализа.
Требования,
предъявляемые
к
реакциям,
используемым в титриметрии. Стандартизация раствора титранта. Кривые титрования.
Основные способы титрования. Расчеты в титриметрическом анализе. Принцип
1
эквивалентности. Фактор эквивалентности. Классификация титриметрических методов
анализа.
Лекция 6. Реакции кислотно-основного взаимодействия (2 часа)
Протолитическая теория кислот и оснований Бренстеда-Лоури. Электронная теория
Льюиса. Кислотно-основные свойства растворителей. Константа автопротолиза. Влияние
природы
растворителя
на
силу
кислоты
и
основания.
Нивелирующий
и
дифференцирующий эффект растворителя.
Лекция 7. Протолитические равновесия в водных растворах (2 часа)
Расчет рН растворов протолитов. Протолитические равновесия в водных растворах
амфолитов. Протолитические равновесия в растворах, содержащих нескольких кислот или
оснований. Кислотно-основные буферы. Расчет рН для буферных растворов. Механизм
буферного действия. Буферная емкость.
Лекция 8. Кислотно-основное титрование (4 часа)
Рабочие растворы, стандартные вещества. Кислотно-основные индикаторы, ионнохромофорная теория индикаторов (хромофоры, ауксохромы). Интервал перехода,
показатель титрования индикатора. Кривые титрования и выбор индикатора. Кривые
титрования сильных и слабых кислот (оснований). Скачок титрования. Влияние
температуры, природы и концентрации титруемого вещества на величину скачка
титрования. Индикаторные погрешности, их классификация и учет. Эмпирические
погрешности. Титрование смеси кислот. Титрование многоосновных кислот и их солей.
Практическое применение методов кислотно-основного титрования.
Лекция 9. Реакции комплексообразования в анализе (4 часа)
Основные
характеристики
комплексных
соединений.
Координационное
число,
дентатность, хелатообразование. Типы взаимодействий, приводящие к образованию
комплексных соединений. Комплексоны. Суммарные, ступенчатые и условные константы
устойчивости. Функции, характеризующие глубину процесса комплексообразования.
Скорость реакции комплексообразования в растворе. Устойчивость комплексных
соединений. Классификация ионов металлов и лигандов по Пирсону: «жесткие» и
«мягкие» кислоты и основания.
Лекция 10. Комплексонометрическое титрование (2 часа)
2
Использование аминополикарбоновых кислот в комплексонометрии. Металлохромные
индикаторы и требования, предъявляемые к ним. Важнейшие универсальные и
специфические металлохромные индикаторы.
Лекция 11. Окислительно-восстановительные реакции (4 часа)
Основные окислители и восстановители, применяемые в анализе. Оценка окислительно–
восстановительной
способности
веществ.
Стандартные
электродные
потенциалы.
Классификация окислителей и восстановителей по их силе согласно величинам Е о.
Уравнение Нернста. Формальный потенциал. Факторы, влияющие на величину
окислительно–восстановительного
потенциала:
температура,
концентрация,
рН,
комплексообразование, процессы осаждения. Связь константы равновесия окислительно–
восстановительных
реакций
со
восстановительные
свойства
воды.
стандартными
потенциалами.
Окислительно-
Окислительно-восстановительное
титрование.
Индикация конечной точки окислительно–восстановительного титрования. Выбор
индикатора. Перманганатометрия, дихроматометрия, броматометрия.
Лекция 12. Гетерогенные равновесия в анализе. Осаждение (4 часа)
Равновесие в системе осадок - раствор. Произведение растворимости. Растворимость.
Степень осаждения. Факторы, влияющие на растворимость осадков: температура, ионная
сила, действие одноименного иона, реакции протонизации, комплексообразования,
окисления-восстановления.
Условие
выпадения
осадка,
правило
ПР.
Условное
произведение растворимости. Связь ПР' с реальными и термодинамическими ПР. Влияние
температуры и природы растворителя на растворимость. Равновесия при осаждении двух
малорастворимых соединений.
Лекция 13. Процессы соосаждения (4 часа)
Классификация различных видов соосаждения: адсорбция, окклюзия и изоморфизм.
Правило Панета-Фаянса-Гана и правило Хлопина. Условия получения кристаллических
осадков. Старение осадка. Особенности образования коллоидно-дисперсных систем.
Осадительное титрование. Индикаторы. Аргентометрия по методу Мора, Фольгарда,
Фаянса.
Лекция 14. Гравиметрический анализ (4 часа)
Сущность гравиметрического анализа, преимущества и недостатки метода. Основные
этапы гравиметрического анализа. Важнейшие органические и неорганические осадители.
3
Требования к осаждаемой форме. Кристаллические и аморфные осадки, механизм их
формирования, относительное пересыщение. Метод возникающих реагентов. Основные
причины, вызывающие загрязнение осадков. Правила получения осадков разного типа в
гравиметрическом анализе. Потери при осаждении и промывании. Уравнение Бунзена.
Гравиметрическая форма, гравиметрический фактор.
Лекция 15. Хроматографические методы анализа. Общие положения (4 часа)
Классификация методов хроматографического анализа по агрегатному состоянию фаз,
механизму взаимодействия сорбента и сорбата и по методике проведения эксперимента.
Растворители и сорбенты, наиболее часто применяемые в хроматографии. Способы
получения хроматограмм. Хроматографические параметры: удерживаемый объем, время и
фактор
удерживания,
их
связь
с
коэффициентом
распределения.
Теория
хроматографического разделения. Теория теоретических тарелок. Кинетическая теория
хроматографии. Селективность и разрешение. Аппаратура и обработка хроматограмм.
Схема хроматографа. Способы детектирования, основные типы детекторов: катарометр,
ПИД, ДЭЗ.
Лекция 16. Газовая хроматография (2 часа)
Основные виды газовой хроматографии (газотвердофазная и газожидкостная), их сходства
и различия. Принципиальная схема устройства газового хроматографа. Области
применения газовой хроматографии.
Лекция 17. Жидкостная колоночная хроматография (4 часа)
Виды жидкостной хроматографии. Адсорбционная хроматография. Схема жидкостного
хроматографа. Нормально-фазовый и обращенно-фазовый варианты адсорбционной
жидкостной хроматографии. Модифицированные силикагели как сорбенты. Подвижные
фазы и принципы их выбора. Области применения адсорбционной жидкостной
хроматографии. Преимущества высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ).
Распределительная хроматография.
Лекция 18. Ионообменная и ионная хроматография (2 часа)
Строение и физико-химические свойства ионообменников. Селективность ионного
обмена
и
факторы
его
определяющие.
Области
применения
ионообменной
хроматографии. Ионная хроматография.
4
Лекция 19. Эксклюзионная хроматография (гель-хроматография) (2 часа)
Общие принципы метода. Подвижные и неподвижные фазы. Особенности механизма
разделения. Определяемые вещества и области применения метода.
Лекция 20. Плоскостная хроматография (2 часа)
Общие
принципы
(восходящий,
разделения.
нисходящий,
Способы
круговой,
получения
двумерный).
плоскостных
Реагенты
для
хроматограмм
проявления
хроматограмм. Бумажная хроматография. Механизмы разделения. Подвижные фазы.
Тонкослойная хроматография. Механизмы разделения. Сорбенты и подвижные фазы.
Области применения.
Лекция 21. Электрохимические методы анализа. Общие положения (2 часа)
Электрохимическая ячейка. Индикаторный электрод и электрод сравнения.
Гальванический элемент и электролитическая ячейка. Равновесные и неравновесные
электрохимические системы. Классификация электрохимических методов.
Лекция 22. Потенциометрический метод анализа (2 часа)
Типы индикаторных электродов. Мембранные электроды (типы, механизм действия,
селективность). Ионометрия. Потенциометрическое титрование.
Лекция 23. Кулонометрия (2 часа)
Законы Фарадея. Кулонометры. Варианты кулонометрии. Прямая кулонометрия.
Кулонометрическое титрование. Электрогенерированный титрант.
Лекция 24. Вольтамперометрические методы (4 часа)
Процессы
поляризации
полярография.
электродов.
Качественный
Полярографические
максимумы.
и
Индикаторные
количественный
Осцилографическая
электроды.
Классическая
полярографический
полярография.
анализ.
Импульсная
(нормальная и дифференциальная) и инверсионная полярография. Вольтамперометрия.
Амперометрическое титрование.
Лекция 25. Кондуктометрия (2 часа). Электропроводность растворов. Удельная и
эквивалентная электропроводность электролитов. Принципы кондуктометрии. Кривые
титрования
с
кондуктометрической
индикацией
точки
эквивалентности.
Электрогравиметрия. Общая характеристика электрогравиметрических методов.
5
Лекция 26. Спектроскопические методы анализа. Общие положения (2 часа)
Спектр электромагнитного излучения. Основные типы взаимодействия вещества с
излучением. Классификация спектроскопических методов. Основной закон поглощения
электромагнитного излучения. Отклонения от закона, их причины. Спектральные
приборы: характеристики основных узлов.
Лекция 27.
Молекулярная абсорбционная спектроскопия в УФ и видимой областях (4 часа)
Классификация электронных переходов в органических молекулах, их относительное
положение. Хромофоры и ауксохромы. Электронные переходы в неорганических
веществах. d–d – Переходы. Теория кристаллического поля. Спектрохимический ряд
лигандов. Полосы переноса заряда. Применение спектрофотометрии в анализе. Законы
светопоглощения. Способы определения концентрации веществ по электронным спектрам
поглощения. Анализ многокомпонентных систем. Аппаратура для спектрофотометрии.
Инструментальные
погрешности.
Оптимальный
интервал
измеряемых
значений
оптической плотности.
Лекция 28. Методы атомной спектроскопии (4 часа)
Природа атомных или ионных спектров. Источники атомизации и возбуждения. Атомноэмиссионная
спектроскопия.
спектроскопия.
Рентгеновская
Атомно-абсорбционная
спектроскопия.
Общие
и
атомно-флуоресцентная
принципы
методов,
их
отличительные особенности и области применения. Качественный и количественный
анализ.
Лекция 29. Масс-спектрометрическиий метод (2 часа)
Теоретические основы метода. Сущность метода. Методы ионизации. Типы ионов.
Принципиальная
схема
магнитного
квадрупольный масс-спектрометры.
масс-спектрометра.
Времяпролетный
и
Применение масс-спектрометрии. Корреляция
между молекулярной структурой и масс-спектрами. Молекулярный ион. Изотопные пики.
Азотное правило. Примеры установленных закономерностей фрагментации. Применение
масс-спектрометрии в анализе.
6