БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ХИМИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

КАФЕДРА АНАЛИТИЧЕСКОЙ ХИМИИ

ПРОГРАММА

ОБЩЕГО КУРСА

«АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ»

ДЛЯ СТУДЕНТОВ 2 КУРСА ХИМИЧЕСКОГО ФАКУЛЬТЕТА

СПЕЦИАЛЬНОСТИ: 1-31 05 01 – ХИМИЯ

СПЕЦИАЛИЗАЦИИ:

1-31 05 01-01 «Химия (научно-производственная деятельность)»

Лекций – 40 часов Семинарских занятий – 18 часов Лабораторных занятий – 114 часов Контроль самостоятельной работы –18 часов Составители – профессор Мечковский С.А.

профессор Лещев С.М.

Утверждена Советом химического факультета «» _ 2006г.

Председатель Совета химического факультета _ Паньков В.В.

Рассмотрена Утверждена на заседании кафедры аналитической на заседании методической комиссии химии «» _ 2006 г. химического факультета протокол № «_» _ 2006 г.

Зав. кафедрой_ Рахманько Е.М. протокол № Председатель методической комиссии _ Воробьева Т.Н.

Минск –

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Программа общего курса «Аналитическая химия» составлена на основе типовой программы курса для государственных университетов (специальность – химия). Теоретические основы химических методов разделения и концентрирования веществ, обнаружения и идентификации, количественного определения гравиметрическими, титриметрическими и кинетическими методами согласно принятому распределению программного материала рассматриваются с единых позиций. В связи с этим после изложения вводной части курса, включающей общее рассмотрение методов аналитической химии и основ химической метрологии, излагаются обязательные для данного курса представления о химическом равновесии и кинетике. Основное внимание при этом уделяется факторам, определяющим состояние химического равновесия и принципиальным возможностям использования этих факторов для управления химическими превращениями в гомогенных и гетерофазных системах. Все разновидности возможных химических процессов и их сочетаний оцениваются с точки зрения формирования аналитического сигнала и его функциональной связи с природой и концентрацией компонентов исследуемых вещественных систем. Этой цели подчинены предусмотренные программой цикля лабораторных работ: методы разделения, концентрирования и обнаружения компонентов, гравиметрические методы определения, титриметрические методы определения. Тематика практических и семинарских занятий рассчитана на проработку приемов вычислений по изучаемым методам анализа, детальное рассмотрение наиболее важных теоретических положений, обобщение результатов лабораторных работ. Программой предусматривается также написание реферативных (выборочно с включением результатов экспериментов) работ по индивидуальным заданиям.

Введение Предмет аналитической химии, ее место среди других наук, связь с практикой.

Основные аналитические проблемы: снижение пределов обнаружения и определения, повышение точности, обеспечение экспрессности, следовый анализ и анализ микрообъектов, анализ без разрушения, локально-распределительный анализ (анализ процессов), дистанционный анализ.

Химические, физико-химические, физические и биологические методы анализа. Макро-, микро- и ультрамикроанализ.

Основные этапы развития аналитической химии.

Научная химико-аналитическая литература.

Метрологические основы химического анализа Измерение физических величин.

Аналитический сигнал и помехи.

Систематические и случайные погрешности анализа.

Правильность и воспроизводимость результатов анализа, предел обнаружения и коэффициент чувствительности, нижняя и верхняя границы определяемых содержаний.

Статистическая обработка результатов измерений.

Закон нормального распределения случайных ошибок. Среднее, дисперсия, стандартное отклонение.

Способы оценки правильности результатов анализа: использование стандартных образцов, метод добавок, метод варьирования навесок, сопоставление с другими методами.

Способы повышения правильности и воспроизводимости анализа.

Пробоотбор и пробоподготовка Представительность пробы, проба и объект анализа, проба и метод анализа. Факторы, обуславливающие 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 данного 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.

Реакции и процессы, используемые в аналитической химии Полнота и скорость протекания реакции как основные предпосылки ее аналитического использования.

Термодинамические аспекты протекания химической реакции.

Свободная энергия. Энтропия. Стандартные состояния.

Константы равновесия реакций различных типов. Активность.

Термодинамическая и концентрационная константы равновесия.

Условные константы.

Скорость химической реакции. Катализаторы и ингибиторы.

Растворители и их важнейшие характеристики (полярность, донорноакцепторные свойства, структура). Электролиты и неэлектролиты.

Сольватация, ионизация, диссоциация и ассоциация.

Общая оценка способности ионов участвовать в различных типах реакций в связи с положением в Периодической системе Д.И.Менделеева.

Кислотно-основные реакции. Современные представления о кислотах и основаниях. Теория Бренстеда-Лоури.

Равновесия в системах кислотно-сопряженное основание и растворитель.

Константы кислотности и основности.

Константа автопротолиза. Влияние растворителя на силу кислоты и основания. Нивелирующие и дифференцирующие растворители.

Буферные растворы и их свойства. Буферная емкость. Теория кислот и оснований Льюиса. Мягкие и жесткие кислоты и основания (по Пирсону).

Реакции комплексообразования.

Типы комплексных соединений, используемых в аналитической химии.

Свойства комплексных соединений, имеющих аналитическое значение:

устойчивость, растворимость, окраска, летучесть.

Внутрисферные и внешнесферные (ионные пары комплекса).

Комплексы однороднолигандные и смешаннолигандные, моноядерные и полиядерные.

Взаимодействие органических реагентов с неорганическими ионами.

Функционально-аналитические группы. Роль общей структуры органического реагента, заместителей, хромофорных групп. Теория аналогий взаимодействия ионов металлов с неорганическими и органическими реагентами.

Хелатные комплексы, внутрикомплексные соединения.

Константы образования (ступенчатые, общие) комплексных соединений.

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.

Влияние комплексообразования на растворимость соединений, потенциал окислительно-восстановительных систем, кислотно-основное равновесие.

Способы повышения чувствительности и селективности анализа с использованием комплексных соединений.

Важнейшие органические реагенты, применяемые в анализе для разделения и маскирования, обнаружения и определения ионов металлов. Возможности использования комплексных соединений органических реагентов в различных методах анализа.

Окислительно-восстановительные реакции Электродный потенциал. Уравнение Нернста. Стандартный и формальный потенциалы. Связь константы равновесия со стандартными потенциалами.

Факторы, влияющие на направление окислительно-восстановительной реакции. Основные неорганические и органические окислители и восстановители, применяемые в анализе.

Осаждение и соосаждение Факторы, определяющие растворимость неорганических и органических веществ. Зависимость растворимости ионных соединений от концентраций общих и посторонних ионов, рН, присутствия комплексообразующих реагентов, окислителей, восстановителей.

Влияние природы растворителя и температуры на растворимость.

Взаимосвязь между растворимостью, константой растворимости и константой образования осадка.

Растворимость осадка в зависимости от структуры и размера частиц.

Условия получения кристаллических осадков. Гомогенное осаждение, соосаждение и последующее осаждение. Виды соосаждения:

адсорбция, окклюзия, изоморфизм и др.

Старение осадка. Причины загрязнения осадка.

Образование и разрушение коллоидных систем.

Роль коллоидных систем в анализе.

Методы обнаружения и идентификации Задачи и методы обнаружения и идентификации.

Аналитические реакции, их чувствительность, специфичность.

Дробный и систематический анализ.

Обнаружение на основе образования окрашенных соединений Капельный анализ.

Анализ растиранием порошков.

Хроматографические методы обнаружения.

Спектральные методы обнаружения и идентификации неорганических и органических веществ.

Экспрессный качественный анализ в заводских и полевых условиях.

Методы разделения и концентрирования Основные методы разделения и концентрирования, их выбор и оценка, общие принципы. Групповое и индивидуальное концентрирование (разделение). Отделение матрицы, отделение микрокомпонентов.

Разделение и концентрирование осаждением и соосаждением.

Реагенты-осадители общего назначения: гидроксиды, карбонаты, сульфиды, фосфаты, галогениды, сульфаты, хроматы, оксалаты и другие.

Реагенты: групповые, избирательные, специфичные.

Разделение катионов на группы сульфидным, кислотно-щелочным и аммиачно-фосфатным методами.

Групповые реагенты анионов.

Осаждение как метод концентрирования.

Концентрирование методом соосаждения (неорганические и органические соосадители).

Сущность метода. Важнейшие экстракционные системы.

Закон распределения. Константа распределения. Константа экстракции.

Коэффициент распределения. Степень извлечения.

Важнейшие растворители и реагенты, используемые в экстракции.

Хелатные соединения в экстракции. Скорость экстракции.

Реэкстракция. Приборы для экстракции.

Хроматография.

Основные принципы метода. Типы стационарных и подвижных фаз.

Время удерживания. Объем удерживания. Коэффициент емкости и коэффициент распределения. Подвижность. Разрешение. Число тарелок. Высота тарелки (ВЭТТ). Виды хроматографии: жидкостная, газовая, колоночная, плоскостная, адсорбционная, ионообменная, распределительная. Хроматография высокого разрешения. Гельхроматография. Афинная хроматография.

Другие методы разделения.

Электрохимические методы. Отгонка. Зонная плавка. Мембранные методы.

Гравиметрические методы анализа Сущность гравиметрического анализа и границы его применения.

Разновидность гравиметрического анализа: метод осаждения, метод отгонки, метод выделения, термогравиметрия.

Прямые и косвенные методы определения.

Погрешности в гравиметрическом анализе.

Важнейшие неорганические и органические осадители.

Требования к гравиметрической форме.

Изменение состава осадка при высушивании и прокаливании.

Аналитические весы. Факторы, влияющие на точность взвешивания.

Титриметрические методы анализа Сущность титриметрического анализа, классификация методов.

Требования, предъявляемые к реакциям в титриметрическом анализе.

Определение неорганических и органических соединений.

Виды титриметрических определений: прямое и обратное титрование, определение по замещению.

Способы выражения концентраций в растворах в титриметрии.

Эквивалент. Молярная масса эквивалента.

Молярная концентрация. Первичные стандарты, требования к ним.

Фиксаналы. Вторичные стандарты. Виды кривых титрования (Sобразные, линейные). Скачок титрования.

Точка стехиометричности (эквивалентности) и конечная точка титрования. Автоматические титраторы.

Кислотно-основное титрование.

Построение кривых титрования. Влияние величины констант кислотности или основности на характер кривых титрования. Влияние концентраций кислот или оснований и температуры.

Кислотно-основное титрование в неводных средах.

Кислотно-основные индикаторы.

Погрешности титрования при определении сильных и слабых кислот и оснований, смесей кислот, оснований.

Окислительно-восстановительное титрование Построение кривых титрования. Факторы, влияющие на характер кривых титрования.

Влияние адсорбции на точность титрования (осадительное титрование), комплексообразования, концентрации ионов водорода, ионной силы.

Индикаторы. Погрешности титрования.

Осадительное титрование Построение кривых титрования. Влияние адсорбции на точность титрования. Влияние растворимости соединения, концентраций определяемых ионов, температуры на характер кривых титрования.

Индикаторы. Погрешности титрования.

Комплексометрическое титрование.

Способы определения конечной точки титрования. Погрешности титрования.

Неорганические и органические реагенты в комплексонометрии.

Использование аминополикарбоновых кислот в комплексометрии.

Способы комплексометрического титрования: прямое, обратное, вытеснительное, косвенное.

Металлохромные индикаторы и требования, предъявляемые к ним.

Важнейшие универсальные и специфические индикаторы.

Селективность титрования и способы ее повышения.

Примеры практического применения комплексометрического титрования.

Этилендиаминтетрауксусная кислота и ее динатриевая соль (ЭДТА) как реагенты в комплексометрии. Определение кальция, магния, железа, алюминия в растворах чистых солей и при совместном присутствии.

Кинетические методы анализа Аналитическое использование связи между скоростью химической реакции и концентрацией реагирующих веществ. Скорость реакции и концентрация катализатора. Индикаторные реакции и индикаторные вещества.

Способы установления концентрации веществ на основе измерения скорости реакции: метод тангенсов, метод фиксированного времени, метод фиксированной концентрации.

Типы каталитических и некаталитических реакций, используемые в кинетических методах: окисление-восстановление, обмена лигандов в комплексах, превращения органических соединений, фотохимические и ферментативные реакции.

Экспериментальные методы измерения скорости реакции (фиксирование времени начала реакции, отсчет времени на последующих ее стадиях).

Чувствительность и специфичность кинетических методов.

Основные объекты анализа Объекты окружающей среды: воздух, природные воды (поверхностные, подземные), 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.

Производственный анализ. Анализ технологических растворов, сточных вод.

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.

Атомные материалы. Определение тория, урана, плутония, трансплутониевых элементов и некоторых продуктов деления.

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 и элементоорганические соединения, полимеры. Виды анализа таких объектов и соответствующие методы. Примеры решения задач контроля органических производств.

1. Основы аналитической химии: В 2 кн./ под ред. Ю.А.Золотова. М.:

Высш. шк., 1996. Кн. 1. 383 с. Кн. 2. 461 с.

2. Васильев В.П. Аналитическая химия: В 2 ч. М.: Высш. шк., 1989. Ч. 1.

3. Пилипенко А.Т., Пятницкий И.В. Аналитическая химия: В 2 кн. М., 4. Янсон Э.Ю. Теоретические основы аналитической химии: Учеб.

пособие. М.: Высш. шк., 1987. 261 с.

5. Скуг Д., Уэст Д. Основы аналитической химии: В 2 т. М.: Мир, 1979.

6. Фритц Дж., Шенк Г. Количественный анализ. М.: Мир, 1978. 557 с.

7. Кунце У., Шведт Г. Основы качественного и количественного анализа.

М.: Мир, 1997. 424 с.

1. Петерс Д., Хайес Дж., Хифтье Г. Химическое разделение и измерение: теория и практика аналитической химии: В 2 кн. М.:

Химия, 1978. Кн. 1.2.

2. Лайтинен Г.А., Харрис В.Е. Химический анализ. 2-е изд. Перераб. М.:

Химия, 1979. 624 с.

концентрирования в аналитической химии. Л.: Химия, 1991.

4. Гуляницкий А. Реакции кислот и оснований в аналитической химии.

М.: Мир. 1975. 239 с.

5. Доерфель К. Статистика в аналитической химии. М.: Мир. 1994.

6. Хольцбехер З. и др. Органические реагенты в неорганическом анализе. М.: Мир. 1979. 752 с.

7. Золотов Ю.А. Аналитическая химия: проблемы и достижения. М.:

Наука. 1992. 288 с.

8. Дорохова Е.Н., Прохорова Г.В. Задачи и упражнения по аналитической химии. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1984. 215 с.

9. Методы обнаружения и разделения элементов / Под ред.

И.П.Алимарина. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1984. 206 с.

ТЕМЫ РЕФЕРАТОВ

1. Анализ природных вод: проблемы определения микрокомпнентов минеральной природы.

2. Анализ природных вод: определение органических токсичных компонентов.

3. Проблемы анализа производственных сточных вод.

4. Проблемы анализа производственных газообразных выбросов.

5. Анализ почв: определение макро- и микрокомпонентов.

6. Анализ веществ растительного и животного происхождения.

7. Анализ медицинских препаратов.

8. Проблемы анализа геологических объектов.

9. Проблемы анализа объектов цветной и черной металлургии.

10. Анализ нефти и нефтепродуктов.

11. Анализ пищевых продуктов.

12. Химический анализ в криминалистике.

13. Анализ полимерных материалов.

14. Проблемы анализа веществ высокой чистоты.

15. Объекты анализа и проблемы пробоотбора.

16. Оптимизация методов первичной обработки и хранения проб.

17. Методы разложения проб минеральной и органической природы.

Методы разделения и концентрирования в 18. Разделение и концентрирование на основе процессов химического осаждения и соосаждения.

19. Электрохимические методы разделения и концентрирования.

20. Разделение методами отгонки и дистилляции.

21. Экстракционные методы разделения и концентрирования.

22. Жидкостная хроматография.

23. Газовая хроматография.

24. Плоскостная (бумажная, тонкослойная) хроматография.

25. Сорбционные методы концентрирования веществ.

26. Разделение и концентрирование на ионообменниках и комплексообразующих сорбентах.

27. Мембранные методы разделения.

28. Электромиграционные методы разделения.

29. Микрокристаллоскопия.

30. Капельный анализ: современные варианты.

31. Хроматографические методы обнаружения.

32. Ионные равновесия в растворах. Вода, ее структура и свойства.

33. Использование неводных растворителей в химическом анализе.

34. Функции кислотности веществ. Твердые кислоты и основания.

35. Современные представления о кислотно-основном взаимодействии.

36. Каталитические методы анализа на основе окислительновосстановительных реакций.

37. Реакции комплексообразования в кинетических методах следового анализа.

38. Хелатные комплексы в химическом анализе.

39. Современные методы исслелдования комплексообразования в гомогенныхи гетерофазных системах.

40. Модифицированные и иммобилизованные аналитические реагенты.

41. Использование этилендиаминтетрауксусной кислоты и ее аналогов в химическом анализе.

42. Серу содержащие органические аналитические реагенты.

43. Азот- и фосфорсодержащие аналитические реагенты.

44. Функция кислотности Хаммета в приложении к кислотно-основным процессам по Бренстеду-Лоури, Льису-Пирсону.

45. Эффекты ионной силы и побочных реакций в химическом равновесии.

46. Коллоидные системы и их использование в химическом анализе.

Количественный химический анализ 47. Современные проблемы гравиметрического анализа.

48. Термогравиметрия как метод химического анализа и метод исследования веществ.

49. Электрогравиметрические методы анализа.

50. Проблемы оптимизации чувствительности и селективности в титриметрическом анализе.

51. Химические стандарты. Стандартные образцы. Стандартизации титрантов.

52. Кривые титрования как средство для определения количества вещества и средство исследования реакционной способности вещества.

53. Индикаторы кислотно-основного титрования.

54. Индикаторы комплексонометрического титрования.

55. Окислительно-восстановительные индикаторы.

56. Адсорбционные индикаторы.

57. Флуоресцентные и хемилюминесцентные индикаторы.

58. Индикаторные реакции и индикаторные вещества в кинетических методах анализа.

59. Ферментативные и иммунохимические методы анализа.

60. Гравиметрические, титриметрические и кинетические методы в анализе органических веществ.

61. Химические методы в анализе лекарственных препаратов.

62. Химические методы в анализе объектов окружающей среды.

63. Хемометрика и химический анализ.

64. Статистика в аналитической химии.

65. Планирование и оптимизация эксперимента.

66. Аналитический сигнал: обнаружение, измерение, обработка.

67. Автоматизация и компъютеризация методов химического анализа.

68. Теория контроля и оптимизации.

69. Аналитическая служба как система.

Аналитическая химия элементов, классов 70-100. Произвольный выбор.