Сандық талдау – объектінің сандық (молекулалық немесе элементтік) құрамын анықтауға мүмкіндік беретін аналитикалық химияның үлкен бөлімі. Сандық талдау кеңінен тарады. Ол кендердің құрамын (олардың тазартылу дәрежесін бағалау үшін), топырақтың, өсімдік объектілерінің құрамын анықтау үшін қолданылады. Экологияда сандық талдау әдістері судағы, ауадағы, топырақтағы токсиндердің құрамын анықтайды. Медицинада ол жалған дәрілерді анықтау үшін қолданылады.
Сандық талдаудың мәселелері мен әдістері
Сандық талдаудың негізгі міндеті – заттардың сандық (пайыздық немесе молекулалық) құрамын анықтау.
Бұл мәселенің шешілу жолына байланысты сандық талдаудың бірнеше әдістері бар. Олардың үш тобы бар:
- Физикалық.
- Физика-химиялық.
- Химиялық.
Біріншісі заттардың физикалық қасиеттерін өлшеуге негізделген - радиоактивтілік, тұтқырлық, тығыздық және т.б. Сандық талдаудың ең көп тараған физикалық әдістері рефрактометрия, рентгендік спектрлік және радиоактивті талдау болып табылады.
Екіншісі талданатын заттың физика-химиялық қасиеттерін өлшеуге негізделген. Оларға мыналар жатады:
- Оптикалық - спектрофотометрия, спектрлік талдау, колориметрия.
- Хроматографиялық - газ-сұйықтық хроматографиясы, ион алмасуы, таралуы.
- Электрохимиялық - кондуктометриялық титрлеу, потенциометриялық, кулонометриялық, электрлік салмақты талдау, полярография.
Әдістер тізіміндегі үшінші әдістер зерттелетін заттың химиялық қасиеттеріне, химиялық реакцияларға негізделген. Химиялық әдістер бөлінеді:
- Салмақ талдауы (гравиметрия) - дәл өлшеуге негізделген.
- Көлемді талдау (титрлеу) - көлемді дәл өлшеуге негізделген.
Сандық химиялық талдау әдістері
Ең маңыздылары гравиметриялық және титриметриялық. Олар химиялық сандық талдаудың классикалық әдістері деп аталады.
Бірте-бірте классикалық әдістер өз орнын аспаптық әдістерге береді. Дегенмен, олар ең дәл болып қала береді. Бұл әдістердің салыстырмалы қателігі тек 0,1-0,2% болса, аспаптық әдістер үшін 2-5%.
Гравиметрия
Гравиметриялық сандық талдаудың мәні қызықтыратын затты таза күйінде бөліп алу және оны өлшеу болып табылады. Шығарылуы жиірекбарлығы жауын-шашын арқылы жүзеге асады. Кейде анықталатын компонентті ұшпа зат түрінде алу керек (айдау әдісі). Осылайша, мысалы, кристалдық гидраттардағы кристалдану суының мөлшерін анықтауға болады. Тұндыру әдісі тау жыныстарын өңдеуде кремний қышқылын, тау жыныстарын талдауда темір мен алюминийді, калий мен натрийді, органикалық қосылыстарды анықтайды.
Гравиметриядағы аналитикалық сигнал - масса.
Гравиметрия арқылы сандық талдау әдісі келесі қадамдарды қамтиды:
- Қызықтыратын заты бар қосылыстың тұнбасы.
- Алынған қоспаны сүзгіден өткізіп, тұнбаны үстіңгі қабаттан алыңыз.
- Төбенің үстіңгі қабатын кетіру және оның бетіндегі қоспаларды кетіру үшін тұнбаны жуу.
- Суды кетіру үшін төмен температурада кептіру немесе шөгіндіні өлшеуге жарамды пішінге айналдыру үшін жоғары температурада кептіру.
- Алынған шөгіндіні өлшеу.
Гравиметриялық сандық анықтаудың кемшіліктері анықтау ұзақтығы және таңдалмауы (тұндырғыш реагенттер сирек спецификалық болады). Сондықтан алдын ала бөлу қажет.
Гравиметриялық әдіспен есептеу
Гравиметрия арқылы жүргізілген сандық талдау нәтижелері массалық үлестермен (%) көрсетіледі. Есептеу үшін зерттелетін заттың салмағын - G, алынған тұнбаның массасын - m және оның F түрлендіру коэффициентін анықтау формуласын білу қажет. Массалық үлес пен конверсиялық коэффициентті есептеу формулалары төменде берілген.
Шөгіндідегі заттың массасын есептей аласыз, ол үшін F түрлендіру коэффициенті қолданылады.
Гравиметриялық коэффициент берілген сынақ компоненті мен гравиметриялық пішін үшін тұрақты мән болып табылады.
Титриметриялық (көлемдік) талдау
Титриметриялық сандық талдау – қызықтыратын затпен эквивалентті әрекеттесу үшін жұмсалатын реагент ерітіндісінің көлемін дәл өлшеу. Бұл жағдайда қолданылатын реагенттің концентрациясы алдын ала белгіленеді. Реагент ерітіндісінің көлемі мен концентрациясын ескере отырып, қызығушылық құрайтын компоненттің мазмұны есептеледі.
"Титриметриялық" атауы "титр" сөзінен шыққан, ол ерітінді концентрациясын білдірудің бір тәсілін білдіреді. Титр 1 мл ерітіндіде қанша грамм зат ерігенін көрсетеді.
Титрлеу – белгілі концентрациясы бар ерітіндіні басқа ерітіндінің белгілі бір көлеміне біртіндеп қосу процесі. Ол заттар бір-бірімен толық әрекеттесетін сәтке дейін жалғасады. Бұл сәт эквиваленттік нүкте деп аталады және индикатор түсінің өзгеруімен анықталады.
Титриметриялық талдау әдістері:
- Қышқылдық-негіз.
- Тотықсыздану.
- Жауын-шашын.
- Комплексометриялық.
Титриметриялық талдаудың негізгі түсініктері
Титриметриялық талдауда келесі терминдер мен ұғымдар пайдаланылады:
- Титрант - ерітінді,ол құйылады. Оның концентрациясы белгілі.
- Титрленген ерітінді – титрант қосылған сұйықтық. Оның концентрациясын анықтау керек. Титрленген ерітінді әдетте колбаға, ал титрант бюреткаға салынады.
- Титрант эквиваленттерінің саны қызықтыратын заттың эквиваленттерінің санына тең болған кездегі титрлеу сәті эквиваленттік нүкте болып табылады.
- Индикаторлар – эквиваленттік нүктені белгілеу үшін қолданылатын заттар.
Стандартты және жұмыс шешімдер
Титранттар стандартты және жұмыс істейді.
Стандарттылар заттың нақты үлгісін белгілі (әдетте 100 мл немесе 1 л) суда немесе басқа еріткіште еріту арқылы алынады. Сондықтан шешімдерді дайындауға болады:
- Натрий хлориді NaCl.
- Калий бихроматы K2Cr2O7.
- Натрий тетрабораты Na2B4O7∙10H2 O.
- Қымыздық қышқылы H2C2O4∙2H2 O.
- Натрий оксалаты Na2C2O4.
- Сукцин қышқылы H2C4H4O4.
Зертханалық тәжірибеде стандартты ерітінділер фиксаторлар арқылы дайындалады. Бұл жабық ампуладағы заттың (немесе оның ерітіндісінің) белгілі бір мөлшері. Бұл сома 1 литр ерітіндіні дайындау үшін есептеледі. Фиксаналды ұзақ уақыт сақтауға болады, өйткені ампуланың шынысымен әрекеттесетін сілтілерді қоспағанда, ауа кірмейді.
Кейбір шешімдердәл концентрациямен пісіру мүмкін емес. Мысалы, калий перманганаты мен натрий тиосульфатының концентрациясы олардың су буымен әрекеттесуіне байланысты еріген кезде өзгереді. Әдетте, дәл осы ерітінділер қажетті заттың мөлшерін анықтау үшін қажет. Олардың концентрациясы белгісіз болғандықтан, оны титрлеу алдында анықтау керек. Бұл процесс стандарттау деп аталады. Бұл стандартты ерітінділермен алдын ала титрлеу арқылы жұмыс ерітінділерінің концентрациясын анықтау.
Шешімдерге стандарттау қажет:
- Қышқылдар - күкірт, тұз, азот.
- Сілтілер.
- Калий перманганаты.
- Күміс нитраты.
Индикатор таңдау
Эквиваленттік нүктені, яғни титрлеудің соңын дәл анықтау үшін көрсеткішті дұрыс таңдау қажет. Бұл рН мәніне байланысты түсін өзгертетін заттар. Әрбір индикатор өз ерітіндісінің түсін ауысу аралығы деп аталатын басқа рН мәндерінде өзгертеді. Дұрыс таңдалған индикатор үшін өту аралығы титрлеу секірісі деп аталатын эквиваленттік нүкте аймағындағы рН өзгерісімен сәйкес келеді. Оны анықтау үшін титрлеу қисықтарын тұрғызу керек, олар үшін теориялық есептеулер жүргізіледі. Қышқыл мен негіздің беріктігіне байланысты титрлеу қисықтарының төрт түрі бар.
Титриметриялық талдаудағы есептеулер
Егер эквиваленттік нүкте дұрыс анықталған болса, титрант пен титрленген зат эквивалентті мөлшерде әрекеттеседі, яғни титрлеуші заттың мөлшері.(ne1) титрленген заттың мөлшеріне тең болады (ne2): ne1=n e2. Эквивалентті заттың мөлшері эквиваленттің молярлық концентрациясы мен ерітінді көлемінің көбейтіндісіне тең болғандықтан,теңдігі.
Ce1∙V1=Ce2∙V2, мұнда:
-Ce1 – қалыпты титрант концентрациясы, белгілі мән;
-V1 – титрант ерітіндісінің көлемі, белгілі мәні;
-Ce2 – титрленетін заттың қалыпты концентрациясы, анықталатын;
-V2 – титрлеу кезінде анықталған титрленген зат ерітіндісінің көлемі.
Титрлеуден кейін сіз мына формула бойынша қызықты заттың концентрациясын есептей аласыз:
Ce2=Ce1∙V1/ V2
Титриметриялық талдауды орындау
Титрлеу арқылы сандық химиялық талдау әдісі келесі қадамдарды қамтиды:
- Зат үлгісінен 0, 1 н стандартты ерітіндіні дайындау.
- Шамамен 0,1 Н жұмыс ерітіндісін дайындау.
- Стандартты шешімге сәйкес жұмыс шешімін стандарттау.
- Сынақ ерітіндісін жұмыс ерітіндісімен титрлеу.
- Қажетті есептеулерді жасаңыз.
