1-дәріс. Аналитикалық химияның теориялық негіздері
жүктеу/скачать 21.31 Kb.
|
|
1-дәріс. Аналитикалық химияның теориялық негіздері. Аналитикалық химия химиялық жүйелердің құрамы мен құрылымын анықтау тәсілдерін зерттейтін ғылым; ол бейорганикалық, физикалық, органикалық химиялармен қатар химия ғылымының тарауы болып есептеледі. Талдаудың химиялық әдістері – аналитикалық химия пәнінің бір бөлімі болып табылады. Аналитикалық химия көптеген ғылымдармен, мысалы: физика, биология, медицина, металлургия, геологиямен тығыз байланыста. Және ол осы ғылымдардың дамуына мүмкіндік туғыза отыра, физикалық, математикалық, биологиялық әдістерді қолдану арқылы өзінің де мүмкіншілігін арттырады. Аналитикалық химияның теориялық негізін Д.И. Менделеевтің периодтық заңы, зат массасы мен энергияның сақталу заңдары, зат құрамының тұрақтылығы, әрекеттесуші массалар заңдары сияқты жаратылыстанудың негізгі заңдары құрайды. Аналитикалық химия физикамен, бейорганикалық, органикалық, физикалық және коллоидтық химиямен, электрохимиямен, химиялық термодинамикамен, ерітінділер теориясымен, метрологиямен, ақпарат теориясымен және басқа көптеген ғылымдармен тығыз байланысты. Мысалы, анализдің спектралды әдістері физикалық теориялар негізінде қарқынды дамуда, электроаналитикалық әдістерде теориялық электрохимия мен ерітінділер термодинамикасының ұстанымдары негізге алынады. Заманауи аналитикалық химияны координациялық қосылыстар, кванттықхимиялық әдістер және зат құрылысы теориясы, реакциялар кинетикасы және т.б. негізгі ілімдерсіз елестету мүмкін емес. Осындай ғылымдардың жетістіктерін қолдану арқылы аналитикалық химияның теориялық негізі байып, оның мүмкіндіктері кеңейіп, жаңа міндеттерді шешуге мүмкіндік алады. Сонымен қатар аналитикалық химия да жоғарыда айтылған ғылымдардың және өндірістің тұтас бір салаларының дамуына маңызды әсерін тигізеді, оларға анализдің жетілдірілген әдістерін ұсынып, дамудың жаңа мүмкіндіктерін ашады. Аналитикалық химияның басқа ғылымдармен, әсіресе өндіріс салаларымен тығыз байланысты болуы оның маңызды ерекшеліктерінің бірі болып табылады. Аналитикалық химиядағы анализ бен синтездің бір-бірімен тығыз байланысты екенінде айта кеткен дұрыс. Анализ түсінігі әдетте заттарды құрамдас бөліктерге бөлумен ассоциацияланады, бірақ химиялық анализ бұл көбінесе өзіне тән бояуы бар, нашар еритін және кристалдарының өзіне тән пішіні бар қосылыстардың синтезіне негізделеді. Сонымен бірге, синтездің нәтижесі әдетте анализ арқылы бақыланатындығы да анализ бен синтездің бірлігін көрсетеді. Химиялық анализ қойылатын мақсаттарына байланысты сапалық талдау және сандық талдау болып екі тарауға бөлінеді. Сапалық талдаудың мақсаты – заттардың сапалық құрамын анықтау, яғни, қандай элементарлық бөлшектерден тұратындығын табу (атомдық, молекулалық, иондық , изотоптық құрамын). Сонымен қатар, белгілі қосылыстармен ұқсастыру (идентификациялау). Органикалық қосылыстардың құрамында жеке элементтерді ғана анықтау жеткіліксіз, функционалды топтарды да анықтау қажет. Сандық талдаудың негізгі мақсаты – зертелетін заттың құрамындағы компоненттердің массалық үлесің немесе олардың бір-біріне қатынасын анықтау. Химиялық талдау белгілі бір тәртіппен жүреді: алдымен заттардың сапалық құрамы содаң соң сол компоненттердің сандық мөлшері анықталады. анализ әдістері: 1) химиялық; 2) физикалық; 3) физика-химиялық; 4) биологиялық; 5) гибридті деп топтастырылады. Химиялық әдістер – химиялық реакцияларға негізделген, анализдің эффектісін визуальды түрде көзбен көріп байқауға болады. Физикалық әдістер – заттардың физикалық қасиеттерін өлшеуге негізделген, бұл әдісте химиялық реакциялар қолданылмайды. Мысалы: поляризациялану кеңістігінің ауысуы, жарық сәулесінің ерітінде сынуы, заттардың оптикалық спектрлері. Физика-химиялық әдістер – химиялық немесе электрохимиялық реакциялардың жүруі барысында заттардың физикалық қасиеттерінің өзгеруін байқауға негізделген әдістер. Физикалық және физика-химиялық әдістерді біріктіріп, құралдық (интрументальды) әдістер деп атайды, өйткені оларды жүзеге асыру үшін міндетті түрде әртүрлі құрылғылар мен қондырғылар қолданылады. Биологиялық әдістер – әртүрлі объектілердің биологиялық активтілігін зерттеуге негізделген және химиялық реагенттердің биологиялық объектілерге әсерін зерттеуге негізделген әдістер. Химиялық талдау әртүлі мәселелерді шешеді: - заттардың табиғатын анықтау; - зат үлгісінде негізгі компоненттің сапасын ( мысалы, құймадағы алтын мөлшерін) және бөгде қоспалардың үлесін анықтау; - белгісіз заттың химиялық формуласын анықтау; - заттың құрылымын анықтау. Шикізаттың сапасын аналитикалық бақылаудан өткізу арқылы өнімдердің, өндірістің үнемділігін арттыруға болады. Талдаусыз жаңа қосылыстарды синтездеу мүмкін болмас еді.Сол себептен, өндірістің түрлі саласында шикі заттардың және алынатын өнімдердің сапасын анықтайтын аналитикалық бақылау қызмет орындары талдау жүргізеді: техникалық анализ, азық-түлік анализі, биохимиялық анализ (қан, зәр), экологиялық және санитарлы-химиялық анализ (қоршаған ортанын сапасы), дәрі-дәрмек анализі (дайын медициналық препараттар мен дәрі-дәрмек жасалатын шикі заттар), криминалистикалық талдау. Химиялық талдаудың атом энергетикасында, космос технологияларында, археология мен геологияда да маңызы зор. Химиялық талдаусыз жаңа қосылыстарды синтездеу мүмкін емес, таза және өте таза заттарды алу да аналитикалық бақылаусыз жүрмейді. Талдау бірнеше сатылардан тұрады: талданатын үлгіні іріктеп алу (қасиеті біртекті сынама дайындау үшін), алынған үлгіні алдын-ала дайындап, аналитикалық сигнал беретін түрге келтіру, талдауды орындау, тәжірибеден алынған нәтижелерді графикалық өңдеу және есептеу жүргізу, анализ нәтижелерін статистикалық өңдеп, сенімді интервалын анықтау. Үлгіні іріктеп алу және дайындау талданатын объектіге – топыраққа, ауаға, суға, биологиялық үлгілерге, өндірістік өнім және т.б. түрлеріне тәуелді. Үлгілерді дайындау талдаудың ең көп уақытын алады. Аналитикалық сигналды алу үшін 2-20 минут қажет болса, ал үлгіні дайындау үшін 3-4 сағат, кейде 20-30 сағатты қажет етеді. Үлгілердің түрлеріне байланысты оларды алдын-ала дайындау келесі әрекеттерден тұрады: еріту, бөгде қоспалардан бөлу, концентрлеу, реагенттер, фондық ерітінді қосып аналитикалық сигнал беретін формаға келтіру. Сапалық талдау әдістерінің жіктелінуі Сапалық талдау әдістері химиялық, физикалық, физика-химиялық және биологиялық деп бөлінеді. Химиялық әдістер - химиялық реакцияларға негізделіп жүргізіледі, ал аналитикалық сигналды көзбен шолып байқайды. Химиялық реакциялардың орындалу тәсілдеріне байланысты а) құрғақ түрінде анализдеу және б) ерітінді түрінде анализдеу деп ажыратады. Физикалық әдістерде – анализ химиялық реакцияларсыз жүреді, бұл әдіс заттардың физикалық қасиеттеріне негізделеді. Мысалы, спектралды, рентгеноструктуралық, масспектрометрия әдістері. Физика-химиялық әдістерде – анализ химиялық немесе электрохимиялық реакциялардың көмегімен жүреді, ал олардың нәтижесінде жүйенің физикалық қасиеттері өзгереді. Осы өзгерістерді түрлі аспаптармен өлшейді. Физика-химиялық әдістерге потенциометрия, фотометрия, амперометрия, полярография т.б. әдістер жатады. Биологиялық әдістер – микроорганизмдердің өмір сүру уақытына негізделеді. Биологиялық әдістер дәрі-дәрмектің, түрлі препараттардың биологиялық активтілігін анықтау үшін қолданылады. Химиялық әдістерге тоқтайық. Құрғақ түрінде анализдеу тек алғаш мәлімет алу ұшін қолданылады. Бұл әдістің пирохимиялық түрінде зерттелетін заттың кристалдарын немесе ерітіндісіне малынған платина немесе нихром сымын жалында қыздырғанда, қосылыстардың ыдырауы, балқуы, айдалуы, булануы нәтижесінде жалын түсі өзгереді. Мысалы, натрий жалынның түссіз бөлігін сары түске бояйды, барий тұздары – жасыл түске, калий тқздары – күлгін түске бояйды. Құрғақ талдаудың екінші түрі – ұнтақтау әдісі. Зерттелетін затты анықтаушы реагентпен көліге салып ұнтақтайды. Реакция нәтижесінде түсті қосылыс түзіледі, түсіне байланысты қорытынды жасалады. Ерітінді түрінде анализдеу сантиграмм-әдісімен кіші пробиркаларда жүргізіледі де аналитикалық сигнал байқалады. Тамшылық әдіспен талдауды фарфор шыныда немесе сүзгіш қағазда орындайды. Зерттелетін ерітіндінің бір тамшысын сүзгіш қағазына тамызып, оның үстіне анықтаушы реагент қосады да өзгерісті көзбен шолып байқайды. Микрокристаллоскопиялық әдісінде реакция нәтижесінде түзілген химиялық қосылыстың өзіне тән пішіні мен түсіне қарап қорытынды жасайды. Ол үшін шыны пластинкаға талданатын ерітіндінің 1-2 тамшысының қасына 1-2 тамшы реагент тамызып, шыны таяқшамен екеуін абайлап қосады және жалында ұстап буландыру аркылы концентрлейді. Содан соң тамшылардың түйіскен жерінде түзілген кристаллдарды микроскоппен қарастырады. Анализге алынған заттың мөлшеріне байланысты да аналитикалық әдістерді келесі түрлерге бөлуге болады: грамм-әдіс макроанализ 1-10 г; сантиграмм-әдіс жартылай микроанализ 0,05-0,5 г; миллиграмм-әдіс микроанализ 10-6 -10-3 г; микрограмм-әдіс ультрамикроанализ 10-9 -10-6 г; нанограмм-әдіс субмикроанализ 10-12 -10-9 г. Әдістің түріне байланысты әртүрлі химиялық ыдыс және аспаптар қолданылады (СӨЖ). Аналитикалық реакциялар мен реагенттер Химиялық талдауды жүзеге асыру үшін зерттелінетін химиялық қосылыстың немесе оны құрайтын бөлшектердің ерекше көзге түсетін химиялық немесе физикалық қасиеттері болуы тиіс . Осындай қасиеттерді байқауға әкелетін реакциялар – аналитикалық реакциялар деп аталады. Химиялық өзгерістерге себеп болатын химиялық реактивтер – реагенттер деп аталады. Реагенттің әсерінен байқалатын өзгерістер –аналитикалық сигнал деп аталады: тұнбаның түзілуі немесе еріп кетуы, газ бөлінуі, түрлі түсті қосылыстар түзілуі ж.т.б. Аналитикалық сигналдың байқалуы заттың сапалық сипаттамасы болып табылады, ал сигналдың интенсивтілігі – оның мөлшері туралы мәлімет береді. Аналитикалық сигналды көзбен шолып және түрлі физикалық аспаптармен де байқауға болады. Аналитикалық реакцияларға қатысатын реагенттерге белгілі талаптар қойылады: ол талғағыштығы, ерекшелігі, тазалығы және сезгіштігі. Сапалық талдауда қолданылатын реакцияларды жалпы және жеке реакциялар деп айырады. Егер бір реагент бірнеше иондармен әрекеттесіп, аналитикалық сигналдың байқалуына әкелетін болса, мұндай реакцияларды жалпы реакцияларға жаткызады. Мысалы, натрий гидроксиді ерітіндісі Cu2+ , Fe2+, Fe3+, Mn2+ ,Bi3+ катиондарымен суда нашар еритін гидроксидтер түзеді. Жалпы аналитикалық реакциялар зерттелетін ерітіндіде бір топ катиондарының болуын болжауға немесе бөліп алуға мүмкіндік береді. Жалпы реакцияларға себеп болатын реагентті топтық реагент деп атайды. Үйге тапсырма: Тақырып бойынша 5 тест сұрағын құрастыру. (5 вариантымен) жүктеу/скачать 21.31 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|