Магистерская программа «Аналитическая химия»

Программа вступительных испытаний

ВВЕДЕНИЕ

Программа предназначена для подготовки к сдаче вступительного экзамена при

поступлении в магистратуру по специальности – 510502 «Аналитическая химия».

Программа составлена в предположении, что экзаменующийся должен иметь

качественные и прочные знания по общим вопросам аналитической химии наиболее широко применяемых методов анализа, принципах метрологической обработке аналитических данных.

СОДЕРЖАНИЕ

1. Общие положения Предмет, цели, задачи и особенности аналитической химии и аналити- ческой службы, тенденции их развития. Место аналитической химии среди других наук, ее значение для общества.

Аналитические задачи – обнаружение, идентификация, определение и тестирование вещества. Методы аналитической химии, принципы их классификации. Основные характеристики методов. Принцип, метод и методика анализа.

Виды химического анализа – изотопный, элементный, функциональный, молекулярный, вещественно-фазовый; макро-, микро- и ультрамикроанализ, анализ следовых количеств; валовый и локальный; дистанционный и на месте; разрушающий и неразрушающий; непрерывный и периодический; внелабораторный (полевой). Анализ и контроль, их особенности. Аналитический скрининг, условия его применения.

Аналитический процесс как совокупность и единство этапов.

Аналитический сигнал как информативная функция природы и состава вещества.

Уравнение связи. Градуировка аналитического сигнала. Эталон- ные и калибровочные материалы (стандартные вещества и материалы, образцы сравнения).

2. Химические методы анализа Химические превращения вещества – основа химических методов. Использование законов термодинамики и кинетики для описания и управления реальными гомогенными и гетерогенными системами.

Типы равновесий в растворах, Количественные характеристики равно- весий, методы и способы их определения и расчета, информативность каждого из них. Характеристика отдельных равновесий.

Кислотно-основное равновесие. Сила кислот и оснований, закономер-ности их изменения. Вычисление рН растворов различных кислотно-основных систем. Влияние природы растворителя на силу протолитов. Нивелирующий и дифференцирующий эффекты растворителя Комплексообразование. Полидентатные лиганды, их природа и формы существования (полиаминополикислоты, полиамины, O, N и S – макро- циклы). Протолитические равновесия в их растворах. Особенности взаимо- действия и применения в анализе, способы повышения селективности их взаимодействия. Применение для определения катионов металлов, анионов и органических веществ в водных и неводных растворах.

Окислительно-восстановительные равновесия. Общая характеристика окислительновосстановительной способности веществ. Использование уравнения Нернста для описания реакций. Управления реакциями.

Равновесие в системе осадок-раствор. Условия и механизм образования и растворения осадка. Гомогенное осаждение. Произведение растворимости (активности).

Растворимость осадков; факторы, влияющие на него. Свойства осадков, их загрязнение.

Гравиметрические методы. Границы и области применения. Важнейшие неорганические и органические осадители. Общая схема гравиметрических определений.

Поведение осадков во времени и изменении условий их существования.

Титриметрические методы. Основные типы реакций титрования. Изменение концентрации веществ в процессе титрования. Графическое изображение процесса титрования. Априорные и экспериментальные условия осуществимости титрования веществ и их смесей с заданной погрешностью. Критерии дифференцированного титрования.

Титриметрическая система. Способы фиксирования ее состояния. Основы визуальной индикации. Стандартные растворы, способы приготовления и стандартизации. Способы титрования, условия приме- нения и возможности. Расчет концентрации и массы анализируемого вещества в каждом из них. Основы, принципы, аналитические особенности наиболее широко применяемых методов титрования.

Электрохимические методы. Классификация электрохимических методов по типам электродных процессов, измеряемым электрическим параметрам, способу выполнения определений. Обратимые и необратимые электрохимические процессы. Критерии обратимости.

Вольтамперометрия. Метрологические характеристики, возможности и ограничения основных ее разновидностей. Основные характеристики вольтамперограмм.

Амперометрическое титрование.

Потенциометрия. Равновесные электрохимические системы. Индика- торные электроды. Основные типы ионоселективных мембранных электро- дов, их характеристики.

Кулонометрия. Прямая потенциостатическая и гальваностатическая.

Метрологические характеристики, возможности и ограничения. Кулонометрическое титрование.

3. Физические методы анализа Взаимодействие вещества с электромагнитным излучением, потоками частиц, магнитным полем – основа физических методов.

Методы атомной оптической спектроскопии. Атомные спектры испускания, поглощения и флуоресценции. Резонансное поглощение. Самопоглощение, ионизация.

Аналитические линии, их зависимость от природы и концентрации определяемого компонента.

Атомно-эмиссионная спектроскопия. Способы возбуждения проб. Способы регистрации спектра. Идентификация элементов по спектрам испускания. Способы определения концентрации. Внутренний стандарт. Основные виды помех, способы их устранения. Применение.

Атомно-абсорбционная спектроскопия. Основы метода. Атомизаторы, источники излучения, условия проведения анализа. Способы подготовки пробы. Помехи.

Ограничения метода. Пределы обнаружения и избиратель ность. Применение.

Методы молекулярной оптической спектроскопии. Молекулярный спектр испускания и поглощения. Основные характеристики соответствующих полос, их аналитическая значимость. Основные законы светопоглощения и испускания. Способы измерения аналитического сигнала.

Спектрофотометрия. Электронные спектры и энергетические переходы в молекулах.

Способы монохроматизации излучения. Пути повышения избирательности определения.

Способы определения концентрации веществ. Анализ многокомпонентных систем.

Метрологические характеристики, достоинства и ограничения методов. Применение.

Флуориметрия. Теория молекулярной люминесцентной спектроскопии.

Люминесценция и молекулярная структура. Основные закономерности. Тушение люминесценции. Качественный и количественный анализ. Метрологические характеристики, достоинства и ограничения методов. Применение.

Инфракрасная и рамановская спектроскопия. Колебательные и вращательные спектры, качественный и количественный анализ по ним. Особенности подготовки проб при анализе газов, растворов, твердых образцов, следовых количеств органических веществ.

Методы масс-спектрометрии. Основы метода. Основные способы образования ионов.

Характеристика основных ионов. Масс-спектр, его интерпретация.

4. Методы разделения и концентрирования Место и значение методов разделения и концентрирования, тенденции развития.

Принципы классификации, процессы и реакции, лежащие в основе методов. Принципы выбора метода.

Методы, основанные на образовании новой фазы. Осаждение и соосаждение.

Осаждение и соосаждение матрицы, микрокомпонента, с коллектором. Селективное растворение.

Испарение, сублимация и родственные методы. Классификация методов. Испарение (простая отгонка, отгонка с водяным паром и в токе инертного газа, ректификация, молекулярная дистилляция), сублимация, отгонка после химических превращений.

Количественные характеристики.

Методы, основанные на различиях в распределении веществ между фазами.

Экстракция. Закон распределения. Основные количественные характе- ристики.

Классификация. Физическое распределение. Реакционная экстра- кция, основные типы экстрагентов. Соэкстракция. Синергизм.

Сорбция. Основы метода. Классификация и количественное описание сорбционных процессов. Сорбция на активных углях, силикагелях, оксидах металлов, синтетических ионитах, комплексообразующих сорбентах.

Хроматография. Основные понятия, теория равновесной хроматографии. Граничные условия применимости. Размывание хроматографических пиков и их разрешение.

Уравнение Ван-Дееметра. Способы осуществления хроматографического процесса, элюирования и детектирования.

Газо-адсорбционная хроматография. Изотермы адсобции. Газы-носи- тели и адсорбенты, требования к ним. Влияние температуры на удержива- ние и разделение.

Детекторы. Применение.

Жидкость-жидкостная (распределительная) хроматография. Разно- видности метода в зависимости от полярности неподвижной фазы. Выбор условий разделения. Применение.

Аффинная хроматография. Основы метода, основные адсорбенты. Условия проведения. Применение.

5. Метрологические основы химического анализа Химический анализ как метрологическая процедура. Погрешности, причины их возникновения; классификация. Случайные погрешности в химическом анализе.

Воспроизводимость. Статистические критерии, их физическая сущность. Нормальное распределение, причины отклонения от него. Систематические погрешности в химическом анализе. Правильность, способы ее проверки. Чувствительность.

Коэффициент чувствительности. Предел обнаружения, нижняя граница определяемых содержаний. Пути повышения чувствительности методик анализа.

Градуировка как сравнение. Качество градуировки. Способы градуировки и градуировочные модели. Обработка сигнала.

6. Анализ конкретных объектов Неорганические соединения. Продукты неорганического производства, веществ высокой чистоты, полупроводниковых материалов; определение в них основного вещества, примесных и легирующих микрокомпонентов.

Органические вещества. Особенности анализа органических объектов. Типы аналитических задач в органическом анализе. Основные аналитиче- ские характеристики органических веществ. Элементный анализ. Определение С, Н, N, S, O, галогенов.

1. Аналитическая химия. Проблемы и подходы: В 2-х т: Пер с англ./ Под ред. Р.

Кельнера, Ж.-М. Мерме, М. Отто, М. Видмера. – М.: «Мир»:ООО «Издательство АСТ», 2004. Т.1 –608 с., Т.2. – 728 с.

2.Основы аналитической химии. В 2 кн. Кн. 1. Общие вопросы. Методы разделения.

351 с. Кн.2. Методы химического анализа. 494 с.: Учебник для вузов. Под ред. Ю.А.

Золотова. – М.: Высш. шк.; 2006. 845 с.

3. Аналитическая химия: Учебник для вузов. Под ред. А.А. Ищенко.- М.:

Издательский центр «Академия», 2007.- 696 с.

4. Новый справочник химика и технолога. Аналитическая химия. Ч. 1. – С.- Пб.: АНО НПО «Мир и Семья». 2002. – 964 с.

5. Аналитическая химия. Физические и физико-химические методы анализа: Учебник для вузов. Под ред. О.М. Петрухина.- М.: Химия. 2001.- 496 с.