Что такое правильность в химии

Что такое правильность в химии

Статистическая обработка результатов химического эксперимента

Метрологические характеристики методов и результатов, ко­торые получают при статистической обработке эксперименталь­ных данных, позволяют проводить оценку и сравнение как экс­периментальных методик, так и анализируемых объектов, и на этом основании решать прикладные задачи, связанные с опре­делением статистической достоверности результатов исследова­ний.

Ошибки в количественном анализе

Любое измерение имеет определенную ошибку, связанную с точностью измерительной аппаратуры, особенностями метода и случайными причинами. Во время анализа возникают ошибки при выполнении отдельных операций (взятии навески, растворении и т. д.).

Ошибки в количественном анализе делятся на систематичес­кие, случайные и промахи.

Систематические ошибки вызывают однотипные (одного зна­ка) отклонения от истинного значения. Они зависят от особенностей данного метода анализа (методические ошибки), неточности из­мерений (инструментальные ошибки), недостаточной чистоты реагентов (реактивная ошибка), индивидуальных особенностей самого аналитика. Их можно выявить, уменьшить или внести по­правки.

Случайные погрешности не имеют определенного знака, в их появлении отсутствуют любые закономерности. Их нельзя устра­нить введением каких-либо поправок, но они могут быть значи­тельно уменьшены при повышении тщательности работы и увели­чении числа параллельных определений.

Промахи — это грубые погрешности, возникающие при не­верных измерениях, расчетах, неправильных записях и т. д. При обработке экспериментальных данных результаты с грубыми ошиб­ками должны быть выявлены и отброшены.

По способу выражения погрешности количественных опреде­лений делят на абсолютные и относительные.

Относительной ошибкой называется отношение абсолютной ошибки к истинному значению определяемой вели­чины, выраженное в процентах:

Правильность, воспроизводимость и точность анализа

Правильность анализа показывает близость результата или сред­него арифметического нескольких результатов X к истинному значению. Обычно ее обозначают погрешностью ДХ. Правильность анализа указывает на его качество, то есть практическое отсут­ствие систематической ошибки.

Воспроизводимость анализа определяют близостью параллель­но полученных результатов и обозначают величиной отклонения полученных результатов от их среднеарифметического значения. Воспроизводимость анализа зависит от случайных ошибок.

Точность анализа отображает приближение к нулю ошибок всех видов.

Основные статистические характеристики, их вычисление. Проверка однородности выборки

Выборкой называют совокупность статистически эквивалент­ных результатов. Например, ряд результатов, полученных при па­раллельных определениях любого вещества в пробе.

Результаты, полученные при статистической обработке вы­борки, будут достоверны в том случае, если выборка однородна, то есть в полученных результатах анализа отсутствуют грубые ошибки.

Источник

Лекция 1 Введение в аналитическую химию

Введение в аналитическую химию

Предмет и задачи аналитической химии

Методы аналитической химии

Метрологические характеристики методов и методик. Погрешности определения.

Способы определения концентрации вещества в растворе.

«Аналитическая химия чутко реагирует на запросы производства и

черпает для себя в этом силу и импульсы для дальнейшего роста»

1 АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ КАК НАУКА. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

В решении крупнейших общечеловеческих проблем (проблема сырья, продовольствия, атомной энергетики, космонавтики, полупроводниковой и лазерной техники) ведущее место принадлежит аналитической химии. Основой экологического мониторинга является совокупность различных химических наук, каждая из которых нуждается в результатах химического анализа, поскольку химическое загрязнение – основной фактор неблагоприятного антропогенного воздействия на природу. Целью аналитической химии становится определение концентрации загрязняющих веществ в различных природных объектах. Ими являются природные и сточные воды различного состава, донные отложения, атмосферные осадки, воздух, почвы, биологические объекты и т.д. Широкое внедрение высокоэффективных мер контроля над состоянием окружающей природной среды, не ликвидируя болезнь в корне, очень важно для диагностики. Эффект в этом случае может быть получен намного быстрее и с наименьшими затратами. Система контроля дает возможность вовремя обнаружить вредные примеси и локализовать источник загрязнения. Вот почему роль аналитической химии в охране окружающей среды приобретает всебольшее значение.

Аналитическая химия – это наука о способах идентификации химических соединений, о принципах и методах определения химического состава веществ и их структуры. Она является научной основой химического анализа.

Впервые это понятие научно обосновал Р. Бойль в книге «Химик-скептик» (1661 г.) и ввел термин «анализ». Аналитическая химия базируется на знаниях, полученных при изучении курсов неорганической, органической, физической химии, физики и математики.

Цель изучения аналитической химии – освоение современных методов анализа веществ и их применение для решения народно-хозяйственных задач. Тщательный и постоянный контроль производства и объектов окружающей среды основан на достижениях аналитической химии.

В. Оствальд писал: «Аналитическая химия, или искусство распознавать вещества или их составные части, занимает среди приложений научной химии особое место, так как вопросы, на которые она дает возможность ответить, возникают всегда при попытке воспроизвести химические процессы для научных или технических целей. Благодаря такому своему значению аналитическая химия с давних пор

встречает постоянную заботу о себе…».

Аналитическая химия – не просто дисциплина, накапливающая и систематизирующая знания; эта наука имеет огромное практическое значение в жизни общества, она создает средства для химического анализа и обеспечивает его осуществление – в этом ее главное предназначение. Без эффективного химического анализа невозможно функционирование ведущих отраслей народного хозяйства, систем охраны природы и здоровья населения, оборонного комплекса, невозможно развитие многих смежных областей знания.

ОБЩИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ АНАЛИТИЧЕСКОЙ ХИМИИ

Основные понятия и термины

Аналитическая химия – наука, развивающая теоретические основы химического анализа и разрабатывающая методы определения химического состава веществ и химического строения соединений.

Химический анализ – совокупность готовых приемов анализа, в результате применения которых устанавливается химический состав.

Определение – установление содержания (количества, концентрации) какого-либо компонента в изучаемом образце.

Химические методы обнаружения – методы, основанные на использовании аналитических реакций; аналитический сигнал наблюдают главным образом визуально.

Физические и физико – химические методы обнаружения – методы основанные на изучении физических свойств исследуемых веществ (оптические, электрохимические, магнитные и др.); аналитический сигнал получают и регистрируют с помощью специальной аппаратуры.

Реагент специфический – реагент для обнаружения искомых ионов в присутствии других ионов. Применяется при проведении дробного метода анализа.

Реагент избирательный (селективный) – реагент, который реагирует с ограниченным числом ионов. Используют как в дробном, так и в систематическом анализе.

Реагент групповой – реагент на группу ионов с образованием одного и того же аналитического сигнала (чаще всего осадка). Используется в систематическом анализе.

Дробный анализ – анализ, при котором искомые ионы можно обнаружить в отдельной порции исследуемого раствора, не прибегая к определенной схеме обнаружения ионов.

Систематический анализ – определенная последовательность обнаружения ионов – после того, как мешающие обнаружению ионы удалены или замаскированы.

Маскирование – подавление мешающего влияния посторонних ионов путем действия на них окислителей, восстановителей или комплексообразующих веществ.

Микроанализ – количество исследуемого вещества составляет 1 г или 10 мл раствора.

Полумикроанализ – количество исследуемого вещества составляет 0,1 – 0,01 г или 1,0 – 0,1 мл раствора.

Аналитический сигнал – среднее значение результатов измерения физической величины в заключительной стадии анализа, функционально связанное с содержанием определяемых компонентов.

Градуировочная характеристика – зависимость аналитического сигнала от содержания определяемого компонента, устанавливаемая опытным или расчетным путем и выраженная в виде формул (градуировочная функция), таблиц, графиков. Градуировочный график может представлять зависимость между преобразованными величинами аналитического сигнала и определяемого содержания.

Коэффициент чувствительности (S) – значение первой производной градуировочной функции при данном определяемом содержании. Для 5 градуировочных графиков, построеныых без преобразования аналитического сигнала и определяемого содержания, коэффициент чувствительности (S) равен угловому коэффициенту градуировочного графика: S = (dy/dc)ci.

Диапозон определяемых концентраций – предусмотренная данной методикой область значений определяемых содержаний.

Активность (a) – эффективная, кажущаяся концентрация вещества (иона), соответственно которой оно действует в химической реакции. Выражается в тех же единицах, что и концентрация раствора (моль/л).

Коэффициент активности (f) – отношение активности к действительной концентрации иона (c): f = a/c.

Ионная сила раствора (м) – полусумма произведений концентраций всех присутствующих в растворе ионов на квадрат заряда данного иона: м = 0,5·∑ z 2 c.

2. КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ АНАЛИЗА

1. По объектам анализа : неорганический и органический.

2. По цели : качественный и количественный анализ.

3. По способу выполнения: химические, физические и физико-химические (инструментальные) методы.

4. По массе пробы : макро– (>> 0,10 г), полумикро– (0,10 – 0,01г), микро– (0.01 – 10−6 г), ультрамикроанализ ( −6 г ).

Группы методов анализа.

Принято делить методы анализа на три большие группы:

физические методы анализа

К химическим методам относят:

гравиметрический (весовой) анализ

титриметрический (объемный) анализ

К физико–химическим методам относят все способы инструментального анализа:

К физическим относятся:

радиометрический (метод меченых атомов)

эмиссионный анализ (пламенная фотометрия)

Способы выполнения аналитических реакций

Примеры реакций, проводимых «сухим» путем: реакции окрашивания пламени ( Na + – желтый; Sr 2+

Классификация аналитических реакций

2. Избирательные (селективные) реакции.

Пример: йодокрахмальная реакция. Впервые ее описал в 1815 г. немецкий химик Ф. Штромейер.Для этих целей используют органические реагенты.

Пример: диметилглиоксим + Ni 2+ →образование красного осадка диметилглиоксимата никеля. Изменяя условия протекания аналитической реакции, можно неизбирательные реакции сделать избирательными.

Пример: если реакции Ag + Pb 2 + Hg 2+ с Cl − ионом, проводить при нагревании, то PbCl 2 не осаждается, так как он хорошо растворим в горячей воде.

3. Реакции комплексообразования используются для целей маскирования мешающих ионов.

Реакции, используемые в аналитической химии

1 Гидролиз (по катиону, по аниону, по катиону и аниону)

2 Реакции окисления–восстановления

3 Реакции комплексообразования

СuSO 4 + 4NH 4 OH→[Cu(NH 3 ) 4 ]SO 4 + 4H 2 O

4 Реакции осаждения

Ba 2 + +SO 4 2- → BaSO 4 ↓

МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МЕТОДОВ АНАЛИЗА

По своему характеру ошибки анализа подразделяются на систематические, случайные и промахи.

Систематические – погрешности, одинаковые по знаку и влияющие на результат в сторону его увеличения, либо в сторону уменьшения.

а) Методические – это ошибки, которые зависят от особенности применяемого метода (неполное протекание реакции, частичное растворение осадка, свойство индикатора).

б) Оперативные – недостаточное промывание осадка на фильтре, ошибки

приборные или реактивов, неравноплечность весов.

в) Индивидуальные – ошибки лаборантов (способность точно определять

окраску при титровании, психологические ошибки).

г) Приборные или реактивные (эти ошибки связаны с недостаточной точностью используемых приборов, ошибки лаборанта).

Чувствительность, правильность и точность анализа.

Чувствительность – минимальная определяемая концентрация вещества.

Правильность – близость полученного результата к истинному.

Абсолютная ошибка – разность между полученным результатом и истинным или наиболее достоверным значением.

Относительная ошибка – отношение абсолютной ошибки к истинному значению.

1 Правильность – параметр, характеризующий близость экспериментальных и истинных значений измеряемой величины. Она характеризуется систематической погрешностью, которая зависит отработы прибора, индивидуальных особенностей аналитика, ошибок при расчете и методических погрешностей.

2 Воспроизводимость – параметр, отражающий случайные ошибки измерения и показывающий степень разброса повторных (параллельных) определений. Это мера того, как повторяются результаты при многократном проведении анализа. Воспроизводимость определяет вероятность того, что результаты последующих измерений окажутся в некотором заданном интервале, в центре которого находится среднее значение. Ее можно оценить с помощью любого доступного образца, тогда как для оценки правильности метода необходимо располагать стандартными образцами.

В настоящее время готовят государственные стандартные образцы (образцы 1-го разряда) для металлов, сплавов, продуктов и полупродуктов химической промышленности. Для решения ряда проблем, в том числе и правильности анализа, применяют стандартные образцы 2-го разряда, так называемые вторичные стандартные образцы. Это вещества, состав которых тщательно определен после градуировки по эталонам или стандартам, имеющим государственную аттестацию.

3 Точность анализа определяется суммой правильности и воспроизводимости.

4 Предел обнаружения ( ПО ) – это минимальная концентрация вещества, которая может быть определена данным методом с какой-то допустимой погрешностью: (моль/дм 3 ; мкг/см 3 ; % ).

5 Чувствительность – параметр, характеризующий изменение аналитического сигнала, например, оптической плотности или напряжения, с изменением концентрации определяемого компонента, т.е. это тангенс угла наклона градуировочного графика.

6 Избирательность, селективность – возможность определения какого-то вещества (иона) в присутствии других.

В производственных условиях, где анализы носят массовый характер, выбирают наиболее простые, быстрые методы, если они обеспечивают требуемую точность и достаточно низкий предел обнаружения. Выбор метода в каждом конкретном случае определяется целями и задачами исследования, а также производственными возможностями (наличие химических реактивов и приборов).

Метрологическая организация аналитических лабораторий.

В нашей стране государственная аналитическая служба представляет собой совокупность аналитических служб отдельных ведомств, например, в области промышленности, сельского хозяйства, ведомств природы, здравоохранения и т.д. Деятельность аналитических лабораторий, предприятий, называемых ЦЗЛ или просто заводскими лабораториями, имеет исключительное значение для государства в целом. Главная задача производственных лабораторий – каждодневное обслуживание производства: анализ сырья, полупродуктов и конечных продуктов. Для повышения эффективности их работы необходима разработка новых, более совершенных, методов анализа, обеспеченность реактивами и приборами. Многие прикладные лаборатории, располагающие квалифицированными кадрами и современным оборудованием, участвуют в работе. В крупных лабораториях специально организуются методические группы, основная цель которых – разработка, поиск, усовершенствование и приспособление к запросам предприятий методов и приемов анализа. Очень важно укреплять такую научную базу на предприятиях, делать заводские лаборатории центрами исследований.

В наши дни некоторые методы анализа вообще невозможно представить без компьютера (хромато-масспектрометрия, жидкостная хроматография с многоканальным детектированием). Первоначально компьютеры рассматривали как «большие арифмометры». В соответствии с этим представлением их и использовали, прежде всего, для автоматизации научно-технических расчетов. Сейчас ситуация существенно изменилась. Математические задачи аналитической химии стали осмысливаться в общем контексте прикладной математики. Алгоритм и программы активно переносятся на химико-аналитическуюпроблематику. В настоящее время многие полагают, что в рамках аналитической химии оформилась самостоятельная дисциплина –аналитическая химия, основанная на использовании компьютеров. Предметом ее являются все аналитические задачи, которые нельзя решить без помощи компьютера. Внедрение в практику аналитических лабораторий инструментальных методов анализа привело к более широкому использованию ЭВМ, которые применяются в качестве основной части приборов и измерительных устройств, а также для решения многих теоретических и практических задач.

Экспрессность анализа и улучшение контроля производственных процессов полностью зависит от автоматизации и механизации работ в заводских лабораториях. Следует автоматизировать как сам анализ, так и подготовку к нему (так называемые подсобные лабораторные работы – отбор проб, растворение, кипячение и т.д.).

Автоматизация – создание кибернетических машин, выполняющих по определенной программе ряд операций (поступление пробы – анализ –результаты анализа) –требует капитальной перестройки анализа. Это не всегда возможно и удобно. Такая автоматизация оправдана в лабораториях, выполняющих ежедневно сотни однородных анализов.

Оснащение химических лабораторий приборами основано на следующих принципах:

–уменьшение утомляемости человека и возможности ошибок;

–снижение расходов на оплату персонала;

–увеличение экспрессности анализа;

–уменьшение предела обнаружения и возможность определения сложных смесей;

–возможность определения молекулярного и элементного состава.

СПОСОБЫ ВЫРАЖЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ВЕЩЕСТВА В РАСТВОРЕ

Молярная концентрация вещества в растворе (молярность),

Молярная концентрация эквивалента (нормальная концентрация),

Источник

Аналитическая химия. Качественный и количественный анализ, титр

» data-shape=»round» data-use-links data-color-scheme=»normal» data-direction=»horizontal» data-services=»messenger,vkontakte,facebook,odnoklassniki,telegram,twitter,viber,whatsapp,moimir,lj,blogger»>

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ АНАЛИТИЧЕСКОЙ ХИМИИ

Виды и методы проведения химического анализа

Аналитическая химия — наука о методах определения химического состава вещества и его структуры. Выделяют качественный и количественный анализ.

Качественный анализ — установление присутствия или отсутствия отдельных компонентов в анализируемом объекте.

Количественный анализ — определение содержания компонентов в анализируемом объекте. Качественный анализ предшествует количественному. Результат его — «да — нет».

В качественном анализе различают:

В зависимости от массы пробы вещества, используемого для проведения анализа, методы анализа классифицируют следующим образом:

Методы анализа подразделяются на химические и физико-химические (инструментальные). Химические методы анализа основаны на способности определяемого компонента вступать в химическую реакцию с последующим определением его количества.

Достоинства химического метода анализа:

Недостатки химического метода анализа

Химические реакции, пригодные для качественного анализа, должны сопровождаться заметным внешним эффектом. Это может быть:

В первых четырех случаях за протеканием реакции наблюдают невооруженным глазом, кристаллы рассматривают под микроскопом. Классификация видов химического анализа по объектам определения приведена в табл. 1.1.

Таблица 1.1 Классификация видов химического анализа по объектам определения

В физико-химических методах анализа конец реакции определяют не визуально, как в химических методах, а при помощи приборов, которые фиксируют изменения физических свойств исследуемого вещества.

Качественный анализ

Для получения достоверных результатов анализа конкретного иона необходимы реакции, выполнению которых не мешает присутствие других ионов. Для этого нужны специфические реагенты (взаимодействующие только с определяемым ионом).

Примером реакции с участием специфического реагента является выделение газообразного аммиака NH 3 при действии щелочей (KOH или NaOH) на вещество, содержащее ион аммония NH₄ +. Ни один катион не помешает обнаружению иона NH4+, потому что только он реагирует со щелочами с выделением аммиака:

. Еще один пример — специфические реагенты на ионы железа. Специфический реактив гексацианоферрат (III) калия К3[Fе(СN)6] (красная кровяная соль) образует синий осадок (турнбуллева синь) только с ионами двухвалентного железа Fe 2+. Гексацианоферрат (II) калия K4[Fe(CN)6] (желтая кровяная соль) образует синий осадок (берлинская лазурь) только с ионами трехвалентного железа Fe3+. Специфический реагент на ионы меди (II) — аммиак:

Окрашивание пламени горелки является также способом определения некоторых катионов, т. е. качественной реакцией на их присутствие:

Li + — окрашивание пламени в красный цвет;

Na + — окрашивание пламени в желтый цвет;

K + — окрашивание пламени в фиолетовый цвет.

Селективные реагенты — это реагенты, которые реагируют лишь с немногими веществами. Диметилглиоксим (реагент Чугаева) служит примером селективного реагента в щелочной среде он реагирует с ионами Ni +2, Co +2, Fe +2; в кислой — только с ионами Pd +2.

К сожалению, селективных, а тем более специфических реагентов очень мало. Поэтому смеси катионов и анионов разделяют на части с помощью реактива, который называется групповым реактивом.

Действуя на смесь катионов в строго определенном порядке растворами соляной кислоты HCl, серной кислоты H2SO4, аммиака NH3 и гидроксида натрия NaOH, можно разделить содержащиеся в смеси катионы на шесть аналитических групп. Эти растворы называются групповыми реагентами, а схема — кислотно-щелочной (по используемым групповым реагентам).

В сероводородной схеме групповыми реагентами являются соляная кислота HCl, сероводород H2S и карбонат аммония (NH4)2CO3.

Разделение катионов на пять аналитических групп основано на различии свойств образуемых ими хлоридов, сульфидов и карбонатов:

Общепринятой классификации для разделения анионов, как для разделения катионов, не существует. Используют разделение анионов на три аналитические группы по растворимости солей бария и серебра.

Методы качественного анализа классифицируют следующим образом:

— анализ сложных смесей.

Количественный анализ

Количественный анализ проводят после проведения качественного химического анализа, т. е. после установления компонентов анализируемой пробы.

Например, общие свойства спиртов изучают химики-органики, а способы определения спиртов как класса органических соединений и каждого отдельного спирта (например, этанола) разрабатывают аналитики. Для этого они выявляют те особенности химических и физических свойств спиртов, которые отличают их от других органических соединений. Еще важнее выявить характеристические свойства отдельных спиртов (например, этанола), отличающие их друг от друга.

Изучение характеристических свойств индивидуальных объектов особенно важно в тех случаях, когда изучают материалы сложного состава, содержащие смеси родственных веществ.

Также аналитическая химия воспринимает и развивает знания, полученные в рамках смежных научных дисциплин. Разумеется, знания, полученные одной наукой и используемые другой, всегда существенно перерабатываются, подобно тому, как в организме продукты питания превращаются в новые соединения, а уже из них строятся собственные ткани организма. Эта аналогия подходит и для рассматриваемого случая. На основе творчески переработанных достижений других наук и собственных фундаментальных исследований аналитики выявляют общие закономерности химического анализа, создают новые методы и методики.

К химическим методам количественного анализа относятся:

В ходе количественного анализа можно выделить основные его этапы:

Волюмометрические методы анализа основаны на измерении объема реагента, израсходованного на взаимодействие с веществом.

Кинетические методы анализа заключаются в определении зависимости скорости химической реакции от концентрации реагирующих веществ.

Для решения аналитических задач довольно широко применяют биохимические реакции с участием ферментов, а также исключительно специфические реакции, протекающие по схеме «антиген — антитело» (иммуноанализ). Весьма перспективным способом получения информации о составе веществ оказалось изучение реакции живых клеток, тканей, органов и организмов на изменения в составе окружающей их среды. Естественно, соответствующие методы анализа создают на базе достижений биологических наук.

Методика исследования. Чтобы подобрать оптимальную (лучшую) методику химического анализа, в каждом случае следует учитывать ряд практических требований

1. Точность. Это главное требование. Оно означает, что относительная или абсолютная погрешность анализа не должна превышать некоторого предельного значения. Для разных видов анализа, безусловно, требуется разная точность. В одних случаях достаточно, чтобы результат был получен с относительной погрешностью, не превышающей 10 или даже 20%, в других — чтобы погрешность была менее 2 %. При проведении арбитражных анализов относительная погрешность не должна превышать 0,1 или даже 0,01%. Столь высокую точность могут дать лишь некоторые методы и немногие методики. 15 Не следует добиваться высокой точности, если она не требуется, ведь высокая точность обходится очень дорого.

2. Чувствительность. Этим понятием иногда заменяют более строгие термины «предел определения», «нижняя граница определяемых концентраций». Высокочувствительные методики — это те, по которым мы можем обнаружить и определить компонент даже при низком его содержании в исследуемом материале. Чем ниже ожидаемое содержание, тем более чувствительная методика требуется.

3. Селективность. Важно, чтобы на результат анализа не оказывали влияния другие вещества, входящие в состав пробы. Чем меньше таких веществ, чем слабее выражено влияние каждого из них, тем избирательнее методика. Если посторонние вещества вообще не воздействуют на результат анализа, методику называют специфической. Разработать селективную, а тем более специфическую методику анализа очень трудно. Примером может служить методика обнаружения гемоглобина, «созданная» героем одного из произведений А. Конан Дойля. Основным достижением Шерлока Холмса как химика-аналитика стала специфичность разработанной им методики; некий осадок образовывался только в присутствии гемоглобина, что достоверно указывало на наличие следов крови на одежде подозреваемого. На самом деле специфические и высокочувствительные методики обнаружения следов крови появились лишь в середине XX в. С их помощью теперь можно установить, принадлежит обнаруженная кровь человеку или животному, может она принадлежать подозреваемому или нет и т. п.

4. Экспрессность. Речь идет о продолжительности анализа одной пробы — от пробоотбора до выдачи заключения. Чем быстрее будут получены результаты, тем лучше.

5. Стоимость. Эта характеристика методики не требует комментариев. В массовом масштабе можно применять лишь относительно недорогие анализы. Стоимость аналитического контроля в промышленности обычно не превышает 1 % стоимости продукции. Очень дорого стоят уникальные по сложности и редко выполняемые анализы.

Существуют и другие требования к методике — безопасность выполнения анализа, возможность проводить анализ без непоредственного участия человека, устойчивость результатов к случайным колебаниям условий и т. п.

Для наиболее распространенных и часто выполняемых анализов методики изложены в специальных нормативных документах, например государственных стандартах (ГОСТах). В стандартных методиках используют распространенные приборы, общеизвестные способы расчета, привычные приемы анализа. Периодически (один раз в 5–10 лет) ГОСТы обновляют и утверждают заново.

Отбор средней пробы. Это очень важная стадия анализа. С отбора проб начинается проведение химического анализа. Техника отбора средней пробы описывается в специальных инструкциях, ГОСТах. Нужно найти такую пробу по составу, чтобы она отвечала действительному среднему составу анализируемого вещества. Особенно трудно выбрать среднюю пробу твердого вещества. В этом случае используются следующие действия размалывание, высверливание, распиливание, дробление.

При санитарно-эпидемиологической экспертизе отбор проб пищевых продуктов проводит, как правило, врач по гигиене питания, при его отсутствии — помощник санитарного врача. При производственном контроле его проводит специально обученный работник данного предприятия, имеющий свидетельство о прохождении обучения.

Порядок отбора проб пищевых продуктов при экспертизе партии включает выделение однородной партии, определение числа и отбор точечных проб, составление объединенной пробы и формирование из нее средней, которая направляется на лабораторные исследования. Экспертиза партии проводится в соответствии с действующей инструкцией о порядке проведения гигиенической экспертизы пищевых продуктов в учреждениях госсанэпидслужбы. Пример отбора и хранения проб представлен на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Отбор и хранение проб тканей и кормов

Измерения в аналитической химии

Результаты количественного химического анализа оценивают такими метрологическими характеристиками, как правильность, воспроизводимость и точность.

Правильность — качество измерений, отражающее близость к нулю систематических погрешностей.

Воспроизводимость — качество измерений, выполненных в различных условиях, но свидетельствующих о близости результатов друг другу.

Точность — качество измерений, показывающее близость их результатов к истинному значению измеряемой величины. Точность измерения соответствует малым погрешностям всех видов. Количественно она выражается обратной величиной модуля относительной погрешности. Погрешность в расчетах приводит к получению неверных результатов химического анализа. Кроме того, есть еще погрешность (ошибка) измерений (∆). Это отклонение результата измерения (Х) от истинного значения измеряемой величины (μ). Абсолютная погрешность определяется по формуле:

относительная погрешность (%) — по формуле

Истинное значение можно получить путем анализа образца множеством различных независимых методов анализа. Анализ его проводят в форме межлабораторного эксперимента (проводится анализ разными лабораториями). Затем проводят оценку массива данных. Также можно использовать стандартный образец (с известным содержанием компонента) для анализа.

Если погрешность при повторных измерениях остается постоянной, то это систематическая погрешность (имеет знак плюс или минус). Если погрешность изменяется случайным образом, то это случайная погрешность (имеет знак и плюс, и минус). Грубые погрешности, существенно отличающиеся от истинного значения, называются грубой ошибкой.

Все погрешности зависят от класса точности прибора и от профессионализма химика-аналитика. Применение статистической обработки образцов рассмотрим на примере анализа пробы сточной воды. Трижды было определено содержание фенола стандартной методикой (DIN 38 409 H 16). Найдено среднее значение содержания фенола в пробе (0,51 гл). Предельно допустимая концентрация фенола в сточных водах в странах ЕС составляет 0,5 гл. Можно ли сказать, что концентрация превышена Статистические тесты помогут учесть степень разброса данных.

Предел обнаружения — минимальная концентрация вещества, которая может быть обнаружена методом. Возможность обнаружения вещества с помощью любой аналитической методики ограничена. Особенно это важно при определении следовых количеств веществ.

Основной химической величиной является количество вещества (n), а основной единицей измерения — моль. По определению, 1 моль — количество вещества, содержащее столько частиц, сколько атомов содержится в 0,012 кг изотопно чистого простого вещества 12 C. Оно составляет приблизительно 6,02214·10 23 частиц. Таким образом, по смыслу количество вещества есть число частиц, составляющих вещество. Эту величину не следует отождествлять ни с массой, ни с объемом, ни с какими иными физическими характеристиками.

Наряду с количеством вещества в химии широко используют и производные от него величины. Важнейшая из них — концентрация (c), представляющая собой количество вещества (n) в единице объема V:

Единица измерения концентрации — моль/л. В дальнейшем все химические величины, как само количество вещества, так и производные от него, мы будем обозначать собирательным термином «содержание».

При проведении анализа часто компонент переводится в раствор. Состав раствора количественно выражается через относительные величины — доли (массовые, мольные, молярные) и размерные величины — концентрации.

Массовая доля — безразмерная относительная величина, равная отношению массы компонента к общей массе образца, раствора, смеси веществ.

Единицей измерения массовой доли является также процент (сотая доля числа — %), промилле (тысячная доля числа, 110 доля процента — ‰), ppm (миллионная доля числа), ppb (миллиардная доля числа).

1‰ = 0,1 %, 1 ppm = 10 –4 %, 1 ppb = 10 –7 %.

Концентрация показывает отношение массы или количества растворенного вещества к объему раствора или массе растворителя.

Химический эквивалент

Это условная частица, которая может присоединять или высвобождать один ион водорода в кислотно-основных реакциях или один электрон в окислительно-восстановительной реакции. Под частицей понимается молекула, ион, электрон и т. д. Фактор эквивалентности f показывает, какая доля реальной частицы вещества эквивалентна одному иону водорода в реакции или одному электрону в окислительно-восстановительной реакции. Рассмотрим реакцию:

Фактор эквивалентности соляной кислоты f экв (HCl) = 1, f экв (Na2CO3) =12.

Для окислительно-восстановительной реакции:

Для реакций комплексообразования фактор эквивалентности определяют из числа координационных мест у комплексообразователя:

Масса одного моль-эквивалента сложного вещества (Мэ), называемая молярной массой эквивалента, равна молярной массе вещества М, деленной на число реакционноспособных химических связей (n х.св):

Число реакционноспособных химических связей n х.св в зависимости от класса соединения можно определить следующим образом:

— для кислот — число протонов (n H +);

— для оснований — число гидроксильных групп (n OH –);

— для солей — произведение числа катионов на его заряд (nkt * Zkt).

Эквивалентность реагирующих и образующихся веществ отражает закон эквивалентов.

Титр раствора

Титр раствора характеризует его концентрацию. Это масса вещества в 1 мл раствора

Т = m в-ва / V р-р, г/мл.

Например, титр раствора соляной кислоты Т(HCl) = 0,003648 г/мл показывает, что в 1 мл раствора кислоты содержится 0,003648 г HCl.

Запись Т(HCl/NaOH) = 0,004000 г/мл означает, что 1 мл раствора кислоты реагирует с 0,004000 г NaOH.

Титр (Т) раствора вещества связан с молярной концентрацией вещества в растворе:

Таким образом, использование законов аналитической химии позволяет разрабатывать и идентифицировать состав пищевых продуктов, устанавливать механизм их воздействия на организм человека. Необходимость количественной и качественной оценки питания обусловлена его влиянием на здоровье и работоспособность человека. При количественной оценке суточного рациона определяется не его объем, а энергия, высвобождающаяся при метаболизме в организме основных пищевых веществ. Качественная характеристика рациона исходит из содержания в нем отдельных пищевых веществ (белков, жиров, углеводов, витаминов, минеральных веществ) и их соотношений. Только при количественной достаточности и благоприятных соотношениях пищевых веществ обеспечиваются наиболее полное проявление их биологических свойств и максимальное использование, а также оптимальное течение обменных процессов.

Источник