การวิเคราะห์เชิงปริมาณคือ ความหมาย แนวคิด วิธีการวิเคราะห์ทางเคมี วิธีการ และสูตรการคำนวณ

2024 ผู้เขียน: Angel Austin | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-02 17:57

การวิเคราะห์เชิงปริมาณเป็นส่วนสำคัญของเคมีวิเคราะห์ที่ช่วยให้คุณกำหนดองค์ประกอบเชิงปริมาณ (โมเลกุลหรือองค์ประกอบ) ของวัตถุได้ การวิเคราะห์เชิงปริมาณเป็นที่แพร่หลาย มันถูกใช้เพื่อกำหนดองค์ประกอบของแร่ (เพื่อประเมินระดับของการทำให้บริสุทธิ์), องค์ประกอบของดิน, วัตถุพืช ในเชิงนิเวศวิทยา วิธีการวิเคราะห์เชิงปริมาณจะกำหนดเนื้อหาของสารพิษในน้ำ อากาศ และในดิน ในทางการแพทย์จะใช้ตรวจหายาปลอม

ปัญหาและวิธีการวิเคราะห์เชิงปริมาณ

งานหลักของการวิเคราะห์เชิงปริมาณคือการสร้างองค์ประกอบเชิงปริมาณ (เปอร์เซ็นต์หรือโมเลกุล) ของสาร

การวิเคราะห์เชิงปริมาณมีหลายวิธีทั้งนี้ขึ้นอยู่กับวิธีแก้ปัญหา มีสามกลุ่ม:

• กายภาพ
• กายภาพ-เคมี.
• เคมี.

วิธีแรกอิงตามการวัดคุณสมบัติทางกายภาพของสาร - กัมมันตภาพรังสี ความหนืด ความหนาแน่น ฯลฯ วิธีทางกายภาพที่พบบ่อยที่สุดในการวิเคราะห์เชิงปริมาณ ได้แก่ การหักเหของแสง การวิเคราะห์สเปกตรัมด้วยรังสีเอกซ์ และการวิเคราะห์กัมมันตภาพรังสี

ที่สองขึ้นอยู่กับการวัดคุณสมบัติทางเคมีกายภาพของสารที่วิเคราะห์ ซึ่งรวมถึง:

• Optical - สเปกโตรโฟโตเมตรี, การวิเคราะห์สเปกตรัม, การวัดสี
• Chromatographic - โครมาโตกราฟีแบบแก๊ส-ของเหลว การแลกเปลี่ยนไอออน การกระจาย
• อิเล็กโทรเคมี - การไทเทรตแบบ conductometric, โพเทนชิโอเมตริก, คูลอมเมตริก, การวิเคราะห์น้ำหนักด้วยไฟฟ้า, โพลาโรกราฟี

วิธีที่สามในรายการวิธีการนั้นขึ้นอยู่กับคุณสมบัติทางเคมีของสารทดสอบปฏิกิริยาเคมี วิธีการทางเคมีแบ่งออกเป็น:

• การวิเคราะห์น้ำหนัก (gravimetry) - อิงจากการชั่งน้ำหนักที่แม่นยำ
• การวิเคราะห์ปริมาตร (การไทเทรต) - อิงจากการวัดปริมาตรที่แม่นยำ

วิธีการวิเคราะห์ทางเคมีเชิงปริมาณ

ที่สำคัญที่สุดคือกราวิเมตริกและไททริเมตริก พวกเขาเรียกว่าวิธีคลาสสิกของการวิเคราะห์เชิงปริมาณทางเคมี

ค่อยๆเปิดทางให้กับเครื่องดนตรี อย่างไรก็ตาม สิ่งเหล่านี้ยังคงแม่นยำที่สุด ข้อผิดพลาดสัมพัทธ์ของวิธีการเหล่านี้เป็นเพียง 0.1-0.2% ในขณะที่วิธีการใช้เครื่องมือคือ 2-5%

แรงโน้มถ่วง

สาระสำคัญของการวิเคราะห์เชิงปริมาณแบบกราวิเมตริกคือการแยกสารที่น่าสนใจในรูปแบบบริสุทธิ์และการชั่งน้ำหนัก ขับถ่ายบ่อยขึ้นทั้งหมดดำเนินการโดยหยาดน้ำฟ้า บางครั้งส่วนประกอบที่จะถูกกำหนดจะต้องได้รับในรูปแบบของสารระเหย (วิธีการกลั่น) วิธีนี้ทำให้สามารถระบุ ตัวอย่างเช่น ปริมาณน้ำของการตกผลึกในผลึกไฮเดรต วิธีการตกตะกอนกำหนดกรดซิลิซิกในการแปรรูปหิน เหล็ก และอะลูมิเนียมในการวิเคราะห์หิน โพแทสเซียมและโซเดียม สารประกอบอินทรีย์

สัญญาณวิเคราะห์ในการวัดแรงโน้มถ่วง - มวล

วิธีการวิเคราะห์เชิงปริมาณโดยการวัดแรงโน้มถ่วงรวมถึงขั้นตอนต่อไปนี้:

1. การตกตะกอนของสารประกอบที่มีสารที่น่าสนใจ
2. การกรองของผสมที่ได้เพื่อแยกตะกอนจากส่วนลอยเหนือตะกอน
3. ล้างตะกอนเพื่อขจัดสิ่งเหนือตะกอนและขจัดสิ่งสกปรกออกจากพื้นผิว
4. การทำให้แห้งที่อุณหภูมิต่ำเพื่อเอาน้ำออก หรือที่อุณหภูมิสูงเพื่อเปลี่ยนตะกอนให้อยู่ในรูปแบบที่เหมาะสำหรับการชั่งน้ำหนัก
5. ชั่งน้ำหนักตะกอนที่เกิด

ข้อเสียของการหาปริมาณแบบกราวิเมตริกคือระยะเวลาของการกำหนดและการไม่คัดเลือก ดังนั้นจึงจำเป็นต้องแยกกันในเบื้องต้น

การคำนวณด้วยวิธีกราวิเมตริก

ผลการวิเคราะห์เชิงปริมาณที่ดำเนินการโดย Gravimetry จะแสดงเป็นเศษส่วนมวล (%) ในการคำนวณ คุณจำเป็นต้องทราบน้ำหนักของสารทดสอบ - G มวลของตะกอนที่เป็นผลลัพธ์ - m และสูตรสำหรับกำหนดปัจจัยการแปลง F สูตรสำหรับคำนวณเศษส่วนมวลและปัจจัยการแปลงแสดงไว้ด้านล่าง

คุณสามารถคำนวณมวลของสารในตะกอนได้ ด้วยเหตุนี้จึงใช้ปัจจัยการแปลง F

ตัวประกอบกราวิเมตริกคือค่าคงที่สำหรับส่วนประกอบทดสอบที่กำหนดและรูปร่างกราวิเมตริก

การวิเคราะห์ไททริเมตริก (เชิงปริมาตร)

การวิเคราะห์เชิงปริมาณไททริเมทริกเป็นการวัดปริมาตรของสารละลายรีเอเจนต์ที่แม่นยำซึ่งถูกใช้เพื่อการโต้ตอบที่เทียบเท่ากับสารที่น่าสนใจ ในกรณีนี้ ความเข้มข้นของรีเอเจนต์ที่ใช้จะถูกตั้งค่าไว้ล่วงหน้า เมื่อพิจารณาจากปริมาตรและความเข้มข้นของสารละลายรีเอเจนต์ เนื้อหาของส่วนประกอบที่สนใจจะถูกคำนวณ

ชื่อ "ไททริเมทริก" มาจากคำว่า "ไทเทอร์" ซึ่งหมายถึงวิธีหนึ่งในการแสดงความเข้มข้นของสารละลาย ไทเทอร์แสดงจำนวนกรัมของสารที่ละลายในสารละลาย 1 มล.

การไทเทรตเป็นกระบวนการค่อยๆ เติมสารละลายที่มีความเข้มข้นที่ทราบไปยังปริมาตรเฉพาะของสารละลายอื่น มันดำเนินต่อไปจนถึงช่วงเวลาที่สารทำปฏิกิริยากันอย่างสมบูรณ์ ช่วงเวลานี้เรียกว่าจุดสมมูลและถูกกำหนดโดยการเปลี่ยนสีของตัวบ่งชี้

วิธีการวิเคราะห์ไททริเมทริก:

• กรดเบส.
• รีด็อกซ์
• ฝน
• เชิงซ้อน

แนวคิดพื้นฐานของการวิเคราะห์ไททริเมทริก

คำศัพท์และแนวคิดต่อไปนี้ใช้ในการวิเคราะห์ไททริเมทริก:

• ไทแทรนต์ - สารละลายซึ่งถูกเท ความเข้มข้นของมันเป็นที่รู้จัก
• สารละลายที่ไทเทรตเป็นของเหลวที่เติมไทแทรนต์ ต้องกำหนดความเข้มข้นของมัน สารละลายไทเทรตมักจะใส่ในขวด และไทแทรนต์จะถูกใส่ในบิวเรตต์
• จุดสมมูลคือโมเมนต์ของการไทเทรตเมื่อจำนวนเทียบเท่าของไทแทรนต์เท่ากับจำนวนเทียบเท่าของสารที่สนใจ
• ตัวชี้วัด - สารที่ใช้สร้างจุดสมมูล

โซลูชั่นมาตรฐานและการทำงาน

ไทแทรนต์เป็นอุปกรณ์มาตรฐานและใช้งานได้ดี

มาตรฐานได้มาจากการละลายตัวอย่างที่แน่นอนของสารในน้ำปริมาณหนึ่ง (โดยปกติคือ 100 มล. หรือ 1 ลิตร) หรือตัวทำละลายอื่น เพื่อให้คุณสามารถเตรียมวิธีแก้ปัญหา:

• โซเดียมคลอไรด์ NaCl.
• โพแทสเซียมไดโครเมต K₂Cr₂O_7.
• โซเดียมเตตระบอเรต Na₂B₄O₇∙10H_{2 O.}
• กรดออกซาลิก H₂C₂O₄∙2H_{2 O.}
• โซเดียมออกซาเลต Na₂C₂O_4.
• กรดซัคซินิก H₂C₄H₄O_4.

ในห้องปฏิบัติการ สารละลายมาตรฐานถูกจัดเตรียมโดยใช้ฟิกซ์แทนัล นี่คือสารจำนวนหนึ่ง (หรือสารละลาย) ในหลอดปิดผนึก จำนวนนี้คำนวณสำหรับการเตรียมสารละลาย 1 ลิตร Fixanal สามารถเก็บไว้ได้นานเพราะไม่มีอากาศเข้า ยกเว้นอัลคาไลที่ทำปฏิกิริยากับแก้วของหลอดอาหาร

วิธีแก้ปัญหาบางอย่างเป็นไปไม่ได้ที่จะปรุงอาหารด้วยความเข้มข้นที่แม่นยำ ตัวอย่างเช่น ความเข้มข้นของโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนตและโซเดียมไธโอซัลเฟตเปลี่ยนแปลงไปในระหว่างการละลายอันเนื่องมาจากปฏิกิริยากับไอน้ำ ตามกฎแล้วการแก้ปัญหาเหล่านี้เป็นสิ่งจำเป็นในการกำหนดปริมาณของสารที่ต้องการ เนื่องจากไม่ทราบความเข้มข้น จึงต้องกำหนดก่อนการไทเทรต กระบวนการนี้เรียกว่ามาตรฐาน นี่คือการกำหนดความเข้มข้นของโซลูชันการทำงานโดยการไทเทรตเบื้องต้นด้วยสารละลายมาตรฐาน

มาตรฐานที่จำเป็นสำหรับการแก้ปัญหา:

• กรด - ซัลฟิวริก ไฮโดรคลอริก ไนตริก
• อัลคาลิส
• โพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนต
• ซิลเวอร์ไนเตรต

การเลือกอินดิเคเตอร์

ในการหาจุดสมมูลอย่างแม่นยำ นั่นคือ จุดสิ้นสุดของการไทเทรต คุณต้องเลือกตัวบ่งชี้ที่เหมาะสม เหล่านี้คือสารที่เปลี่ยนสีขึ้นอยู่กับค่า pH ตัวบ่งชี้แต่ละตัวเปลี่ยนสีของสารละลายด้วยค่า pH ที่แตกต่างกัน เรียกว่าช่วงการเปลี่ยนภาพ สำหรับตัวบ่งชี้ที่เลือกอย่างเหมาะสม ช่วงการเปลี่ยนภาพจะตรงกับการเปลี่ยนแปลงของ pH ในบริเวณจุดสมมูล ซึ่งเรียกว่าการข้ามของการไทเทรต ในการพิจารณานั้น จำเป็นต้องสร้างกราฟการไทเทรตซึ่งจะทำการคำนวณตามทฤษฎี เส้นกราฟการไทเทรตมีสี่ประเภทขึ้นอยู่กับความแรงของกรดและเบส

การคำนวณในการวิเคราะห์ไททริเมทริก

หากกำหนดจุดสมมูลอย่างถูกต้อง ไทแทรนต์และสารไทเทรตจะทำปฏิกิริยาในปริมาณที่เท่ากัน นั่นคือ ปริมาณของสารไทแทรนต์(n_e1) จะเท่ากับปริมาณของสารไทเทรต (n_e2): n_e1=n e2_{. เนื่องจากปริมาณของสารที่เท่ากันจะเท่ากับผลคูณของความเข้มข้นของโมลาร์ที่เท่ากันและปริมาตรของสารละลาย ดังนั้น ความเท่าเทียมกัน}

C_e1∙V₁=C_e2∙V_{2, ที่ไหน:}

-C_{e1 – ความเข้มข้นของไทแทรนต์ปกติ ค่าที่ทราบ}

-V_{1 – ปริมาตรของสารละลายไทแทรนต์ ค่าที่ทราบ}

-C_{e2 – ความเข้มข้นปกติของสารที่ไทเทรตได้ จะถูกกำหนด;}

-V_{2 – ปริมาตรของสารละลายของสารไทเทรตที่กำหนดระหว่างการไทเทรต}

หลังจากการไทเทรต คุณสามารถคำนวณความเข้มข้นของสารที่สนใจโดยใช้สูตร:

C_e2=C_e1∙V₁/ V₂

กำลังดำเนินการวิเคราะห์ไททริเมทริก

วิธีการวิเคราะห์ทางเคมีเชิงปริมาณโดยการไทเทรตมีขั้นตอนดังต่อไปนี้:

1. การเตรียมสารละลายมาตรฐาน 0, 1n จากตัวอย่างของสาร
2. เตรียมวิธีแก้ปัญหาการทำงานประมาณ 0.1N
3. การปรับมาตรฐานของโซลูชันการทำงานให้เป็นไปตามมาตรฐาน
4. การไทเทรตของสารละลายทดสอบด้วยวิธีการทำงาน
5. ทำการคำนวณที่จำเป็น