Фактически вся «современная химия» развивалась благодаря применению новых аналитических методов и техники измерения. Все это вместе взятое образует интереснейший объект для изучения и исследования. Во всестороннем изучении аналитической химии существует своеобразный сильный синергизм — гораздо плодотворней сосредоточить все усилия на вопросе о правильности химических измерений, чем пытаться делить методы, согласно их современному использованию. Например, хорошо известно, что методы, которые сегодня применяют органики, могут быть завтра взяты на вооружение неорганиками (или наоборот). К тому же ученые в таких смежных областях, как биология, геология и технология, участвуют в развитии методов аналитической химии. Ученые, работающие в этих областях, которые, как правило, считаются «-клиентами» аналитической химии, зачастую совершают важные вклады в иауку'о химическом анализе, а сама эта наука становится важной и стимулирующей «поверхностью раздела» большого числа областей исследований. Нашей целью было увлечь студентов и стимулировать их интерес к этой многогранной роли аналитической химии.
Нам казалось, что было бы неплохо иметь учебник, который знакомил бы студентов с современной практикой аналитической химии без особенно большого исторического экскурса. Широта охватываемого материала в структуре этого учебника делает его довольно трудным, и это усложняется еще и тем, что, по нашему мнению, любая тема, выбранная для обсуждения, должна рассматриваться достаточно глубоко, чтобы ее действительно можно было бы хорошо понять. Для решения такой проблемы мы тщательно отредактировали содержание обычных, классических разделов
9
СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие................... 5
Глава 1. Сущность аналитической химии......... . 17
Что такое аналитическая химия?............ 17
Структура руководства ..... .......... 18
Литература по аналитической химии......,..... 19
Глава 2. Обработка аналитических данных . ........ 22
Основные особенности количественных измерений........ 23
Значащие цифры................ 23
Воспроизводимость и правильность..........., 24
Погрешности................. 25
Основные положения статистики............ 26
Распределения частот ............... 26
Среднее значение и мера разброса..........., 27
Вероятности, выведенные из нормального распределения..... 31
Распространение погрешностей............. 36
Общий случай................. 36
Специальные случаи , ............ 36
/-Распределение и его применения............ 39
Доверительные интервалы для среднего при малых выборках .... 39
Проверка значимости............... .41
Регрессионный анализ............... 46
Распределение калибровочных данных.......... 47
Принцип метода ... ............. 48
Метод расчета............- 49
Недостоверности.........;........ 49
• Исключение наблюдения............... 52
Заключение.........., ....... 53
Вопросы и задачи................ 53
Литература.................. 55
Глава 3. Вода, растворенные вещества и химическое равновесие .... 56
Природа воды............. ... 56
Структура льда и жидкой воды........... 56
Взаимодействие между растворенным веществом и водой...... 57
Методы выражения концентрации растворенных веществ ...... 58
Влияние растворенных веществ на структуру воды ....... 58
Влияние растворенного вещества на свойства растворов..... 60
Активности и коэффициенты активностей......... 61
Упрощенный закон Дебая—Хюккеля . ......... 83
Модификация упрощенной теории Дебая—Хюккеля....... 67
Коэффициенты активности нейтральных молекул....... 71
Химическое равновесие............... 71
Кинетическая концепция равновесия............ 74
Термодинамическая концепция равновесия......... 78
Факторы, влияющие на химическое равновесие........ 83
Введение в расчеты равновесий............ 89
Вопросы и задачи............. . . . 93
Литература.................. 98
Г л-а в а 4. Кислотно-основные реакции в воде......: 99
Основные концепции кислотности и основности........' . 99
Расчеты равновесий для растворов кислот и оснований в воде .... 108
Растворы сильных кислот и оснований.......... 108
Растворы слабых кислот и оснований.......... 109
Буферные растворы............... 116
Амфнпротные соединения.............. 121
Полипротонные кислоты и сопряженные с ними основания..... 125
Кислотно-основная титриметрия............ 129
Приготовление и стандартизация растворов сильных кислот . . . . 130
Приготовление и стандартизация растворов сильных оснований ... 131 Кислотно-основные индикаторы для обнаружения конечной точки
титрования.................. 133
Титрование сильной кислоты сильным основанием ....... 137
Титрование слабой монотфотонной кислоты сильным основанием . . . 141
Титрование слабых оснований сильными кислотами....... 145
Титрование полипротонных кислот и смесей монопротонных кислот . . 146
Вопросы и задачи................ 150
Литература.................. 155
Глава 5. Кислотно-основные реакции в неводных растворителях .... 156
Некоторые свойства растворителей............ 157
Титрование в основных растворителях........... 162
Титрование в ледяной уксусной кислоте.......... 1М
Титрование IB метилизобутилкетоне............ 188
Вопросы и задачи............ ... 170
Литература.................. 174
Глава 6 Комплексометрическое титрование.......... 175
Комплексы ионов металлов.............. 175
Ступенчатые и общие константы образования........ 177
Распределение металла между несколькими комплексами, включающими
монодентатные лиганды.............. J79
Преимущества полидентатных лигандов для комллексометрического
титрования.................. 181
Титрование этилендиаминтетрауксусной кислотой (ЭДТА)..... 182
Аминополикарбоновые кислоты ............ 182
Состав растворов ЭДТА в зависимости от рН........ 184
Комплексы ионов металлов с ЭДТА........... 185
Условные константы образования .... ...... 187
Кривые титрования для реакции цинк(Н) —ЭДГА в аммиачных растворах 189
Техника комплексометрического титрования......... 194
Селективность в комплексометрическом титровании....... 19в
Металлохромные индикаторы для обнаружения конечной точки
титрования . ...... ...... 198
Инструментальные методы обнаружения конечной точки титрования . . 202
Комплексометрическое титрование с ЭДТА......... 204
Вопросы и задачи............ ... 207
Литература.................. 210
Глава 7. Образование и растворение осадков.......... 211
Образование центров кристаллизации и рост кристаллов...... 212
Полнота осаждения................ 214
Растворимость, произведение активности и произведение растворимости 214
Эффект ионной силы............... 218
Эффект общего иона............ 220
Комплексообразование катиона с .посторонним лигандом .' . . . . 222
Реакция аниона с кислотой.......,..... 223
Чистота осадка................. 225
Коллоидное состояние............... 225
Соосаждение ............... 228
Гомогенное осаждение............... 231
Вопросы и. задачи............ ... 234
Литература................... 239
Глава 8. Аналитическое применение реакций осаждения . ..... 240
Гравиметрические определения........, 240
Определение хлорид-иона . ........... 240
Определение сульфат-иона .............. 243
Осаждение гидроксида железа (III)........... 248
Органические осадЯтели.............. 248
Осадительное титрование .............. 250
Требования, предъявляемые к осадительному титрованию..... 251
Титрование хлорида ионом серебра ........... 251
Титрование смесей галогенидов ионом серебра ........ 261
Вопросы и задачи............ ... 262
Литература.................. 285
Глава 9. Принципы и теория окислительно-восстановительных методов . . 266
Электрохимические элементы ............. 266
Схематическое изображение элементов......... 269
Изменение энергии Гиббса и электродвижущая сила....... 270
Термодинамическая и электрохимическая символика....... 274
Стандартные потенциалы и полуреакции.......... 277
Уравнение Нернста ..... ..... , 284
Использование стандартных потенциалов и уравнения Нернста .... 286
Титрование «церий(IV)—^железо(П)»........... 291
Окислительно-восстановительные индикаторы......... 297
Осуществимость титрований ............. 301
Титрование многокомпонентных систем.......... 303
Вопросы и задачи................ 307
Литература.................. 314
Глава 10. Аналитическое применение реакций окисления — восстановления 315
Требования к выбору титранта ............. 315
Предварительное переведение титруемых веществ в определенную степень
окисления . ................. 316
Окислители .................. 316
Восстановители ...... ........ 317
Перманганат калия ............ .... 320
Полуреакции с участием перманганат-иона ... ..... 320
Приготовление и устойчивость пермаяганатных растворов..... 321
Стандартизация растворов перманганата......... 321
Обнаружение конечной точки титрования перманганатом..... 322
Аналитическое применение перманганата калия в кислых растворах . . 322 Определение органических соединений с применением перманганата в щелочной среде ................ 326
Бихромат калия................. 327
Восстановление бихромат-иона . ......... 327
Приготовление и устойчивость стандартных растворов бихромап < . . 327
Обнаружение конечной точки титрования бихрОмато'М...... 328
Аналитическое применение бихромата калия ........ 328
Церий (IV)................... 328
Реакции церия (IV) и церия (III)........ ... 328
Приготовление и устойчивость титрантов церия (IV)...... 329
Стандартизация растворов церия (IV) .... ..... 329
Обнаружение конечной точки титрования раствором церия(IV) . . . 330
Аналитическое применение .растворов церия(^)....... 330
Иод '(трииодид) .... ............ 332
Приготовление и устойчивость растворов иода (трииодида) . . . 333
Обнаружение конечной точки титрования раствором иода..... 334
Стандартизация растворов иода (трииодида)......... 335
Реакция между иодом (трииодидом) и тиосульфатом ...... 335
Приготовление и устойчивость растворов тиосульфата «атрия , 336
Стандартизация растворов тиосульфата «атрия ... ..... 337
Аналитическое .применение системы трииодид-иодид ...... 338
Иодат калия......... ........ 342
Реакции иодата ................ 343
Аналитическое применение растворов иодата калия ....'.. 343
Обнаружение конечной точки титрования иодатом . . .... 344
Йодная кислота................. 345
Природа растворов йодной кислоты , .......... 345
Приготовление и стандартизация растворов лериодата...... 345
Реакции периодата с органическими соединениями....... 346,
Аналитическое применение растворов периодата ........ 347
Бромат калия......... ........ 349
Реакции бромафа................ 349
Обнаружение конечной точки титрования броматом....... 350
Аналитическое применение растворов бромата ........ 350
Титранты-восстановители ............... 352
Железо(П)................... 353
Титан (III)................... 353
Хром (II).................. 354
Вопросы и задачи................ 355
Литература......'............ 362
Глава 11. Прямая потенциометрия и потенциометрическое титрование ..' . . 363
Аппаратура для потенциометрических методов анализа . .... 363
Индикаторные электроды............... 363
Электроды сравнения .... .......... 364
Потенциализмеряющие приборы..... ...... 365
Прямая (потенциометрия ... .........., 366
Принципы и техника прямой потенциометрии........ 366
Жидкостные диффузионные потенциалы....... . . 367
Построение калибровочных графиков в прямой потенциометрии . . , 369
Метод стандартных добавок............ 369
Основные ограничения метода прямой потенциометрии..... . 370
Применение прямой потенциометряи........... 371
Определение рН . . . ....... ... 371
Ионсселективные электроды для определения других катионов и анионов 379
Потенциометрическое титрование............ 388
Техника потенциометрического титрования .......... 389
Определение точки эквивалентности ........... 389
Автоматическое потенциометрическое титрование........ 392
Применение потенциометрического титрования.......,. 393
Осадительное титрование .............. 393
Комплексометрическое титрование........... 394
Кислотно-основное титрование ....... .... 396
Окислительно-восстановительное титрование......... 397
Вопросы и задачи................ 398
Литература.................. 403
Глава 12. Электрогравиметрические и кулонометрические методы анализа . 404
Электрохимические ячейки ..... ........ 404
Кривые ток — потенциал для обратимого элемента . . ... 404
Кривые ток—потенциал для необратимого элемента ....... 410
Соотношение между наложенным напряжением, электродными потенциалами и омическим падением потенциала .......... 412
Электрогравиметрия................ 413
Электролиз при постоянном наложенном напряжении . .... 414
Электролиз при постоянной силе тока.......... 415
Особенности электрогравиметрических определений и разделений . ., . 416
Влияние экспериментальных условий на электролитическое осаждение 417
Аппаратура и техника электрогравиметрических определений и отделений 418
Кулонометрия при контролируемом потенциале..... . . 420
Кривые ток — потенциал , , ............ 420
Особенности кулонометрических разделений и определений .... 422
Зависимость ток — время и закон Фарадея.......... 424
Аппаратура для кулонометрии при контролируемом потенциале . . . 425
Применение кулонометрии при контролируемом потенциале .... 428
Кулонометрическое титрование ............ 430
Принципы кулонометрического титрования...... 430
Достоинства кулонометрического титрования....... 432
Аппаратура и техника кулонометрического титрования . . . . ' . . 432
Аналитическое применение кулонометрического титрования..... 435
Вопросы и задачи................ 437
Литература.................. 442
Глава 13. Полярография и амперометрическое титрование ..... 443
Полярография *................. 443
Полярографическая ячейка и ртутный капающий электрод .... 444
ПГлава 19. Спектрометрия в ультрафиолетовой и видимой областях. Аппаратура и молекулярный анализ , . . ........ 627
Аппаратура для спектрометрии в ультрафиолетовой и видимой областях
спектра .... ............... 628
' Селекторы частоты........ ...... 628
Детекторы ультрафиолетового и видимого излучений ... 833 Молекулярный анализ с помощью абсорбционной спектрофотометрии в ультрафиолетовой и видимой областях ,........ ... 636
Энергетические переходы в молекулах . . ........ 636
Преимущества спектрофотометрии........... 639
СпектрофотометрЛческие измерения ..... ,..... 639
Погрешности в спектрофотометрии....... ... 642
Отклонения от закона Бера . ........ . 646
Выбор длины ;волны............... 648
Анализ многокомпонентных проб . ,......... 649
Спектрофотометрические определения...... ... 650
Молекулярный анализ с помощью люминесцентной спектрометрии. . . 654
Оборудование для изучения люминесценции ... .... 657
Преимущества флуориметрии и фосфориметрии ........ 658
Погрешности в флуориметрии и фосфориметрии . ..... . 660
Люминесцентные определения........... . 661
Специальные методы спектрохимического анализа в ультрафиолетовой и видимой областях ... . .... .... 664
Спектрофотометрическое титрование........... 665
Кинетические методы анализа............. 666
Основы методов................. 667
Измерение начальной скорости реакции .......... 669
Вопросы и задачи ... ............ 670
Литература.................. 675
Глава 20. Спектрометрия в ультрафиолетовой и видимой областях. Атомный
элементный анализ........ ..... 677
Элементный анализ ........ ...... 677
Атомный спектрохимический анализ......., . . 678
Пламенные методы спектрометрического анализа ........ 679
Образование атомов в пламени ............ 680
Пламена, горелки, и распылители........... . 682
Помехи в пламенной спектрометрии .... ... . 684
Приготовление пробы............... 687
Пламенные спектрометрические методы .... ..... 687
Пламенно-эмиссионная спектрометрия.......... 687
Атомно-а'бсорбционная спектрометрия . , .... 693
Сравнение атомно-абсорбционной и пламенно-эмиссионной спектрометрии 697
Атомно-флуоресцентная пламенная спектрометрия..... . 701
Непламенная атомизация , .... ....... 705
Спектрометрия с использованием электрического разряда..... 708
Дуга постоянного тока.............. 708
Высоковольтная искровая спектрометрия...... . . . 714
Радиочастотная плазма.......,..,...,.. 716
Вопросы и задачи................ 717
Литература...............'. 720
Глава 21. Инфракрасная спектрометрия и спектрометрия комбинационного
рассеяния . . ....... ..... 721
Молекулярные колебания . ..... ..... 721
Нормальные колебания , . ........... 721
Колебательные переходы . . ........... 723
Инфракрасная спектрометрия .............. 724
Взаимодействие инфракрасного излучения с молекулами . . . 724
Инфракрасная область спектра.......... , 725
Аппаратура для инфракрасной спектрометрия ... ... 727
Инфракрасные спектрофотометры „........... 729
Бездисперсионные инфракрасные фотометры......... 731
рирода полярограмм ... ........... 445
Остаточный ток................ 447
Полярографический диффузионный ток , ....... 448
Полярографические максимумы............ 450
Уравнение полярографической волны........... 451
Экспериментальная техника полярографии ... ..... 454
Аналитическое применение полярографии.......... 457
Амперометрическое титрование..... ........ 462
Амперометрическое титрование с одним поляризуемым электродом . . . 462
Основные принципы и кривые титрования ........... 463
Аппаратура и техника эксперимента . . ........ 465
Применение................. 466
Амперометрическое титрование с двумя поляризуемыми электродами . . 469
Основные принципы и кривые титрования ........ 469
Применение .,................ 471
Вопросы и задачи................ 472
Литература.................. 477
Глава 14. Химическое разделение..........., . 478
Разделение соединений путем разделения фаз..... ... 478
Дистилляция.................. 483
Аппаратура................. 483
Теоретические основы ............... 484
Практическое рассмотрение............. 489
Вопросы и задачи................ 492
Литература.................. 494
Глава 15. Фазовое равновесие и экстракция......... 495
Фазовое равновесие ... ............ 495
Термодинамика ..... ........... 495
Константа распределения . . .......... 496
Коэффициент распределения............. 496
Теория методов, основанных на контакте фаз ... . ... 499
Однократное установление равновесия .... ...... 499
Многократное установление равновесия...... ... 501
Противоточное распределение ............ 504
Практические аспекты и применение........... 510
Приборы для экстракции............ . . 510
Приборы для противоточного распределения........ 513
Экстракция молекулярных соединений.......... 514
Экстракция комплексов ионов металлов ......... 516
Экстракция ионных пар.............. 520
Заключение................... 521
Вопросы и задачи................ 522
Литература.................. 524
13
Г лава 16. Хроматография.......... .
Миграция растворенного (вещества......
История развития хроматографии........
Основы концепции теоретических тарелок в хроматографии
Связь с противоточным распределением.....
Недостатки концепции теоретических тарелок . Кинетическая теория хроматографии...... .
Механизмы размывания зон ... ......
Влияние скорости передвижения подвижной фазы на высоту
ской тарелки........... . .
Другие факторы а размывании зон...........
Нелинейная хроматография........ . .
Размывание заднего фронта, вызванное активными центра-ми .
Внеколоночные факторы в размывании зон......
Разрешение................
Заключение .... .... ....
Вопросы и задачи .............
Литература...............
Глава 17. Хроматографические системы........
Тонкослойная хроматография...........
Общие принципы . . ....... . .
Слой адсорбента .........
Подвижная фаза.......... ...
Нанесение пробы.........
Проявление хроматограммы . . .......
Обнаружение хроматографических зон.......
Применение........... ....
Газо-жидкостная хроматография.......
Общие принципы ..... ...
Удерживание растворенного вещества и работа колонки Стационарная фаза .... .
Дозаторы.........
Детекторы .... ....
Применение газовой хроматографии . Ионный обмен .... ...
Приготовление и типы ионообменных смол . . . Характеристики ионообменных смол ....
Ионообменное равновесие.......
Разделение -методом ионообменной хроматографии ....
Применение..... .......
Молекулярно-ситовая хроматография........
Основные принципы ... ........
Практические аспекты.....,. . •.....
Применение..... .......
Заключение. Высокоскоростная жидкостная хроматография
Вопросы и задачи ... . ........
Литература...............
Глава 18. Введение в спектрохимические методы анализа . . .
Что такое опектрохимический анализ? -....... .
Рассмотрение электромагнитного излучения с позиции спектрохимии Взаимодействие излучение с веществом ... Поглощение .... . .
Люминесценция .......
Испускание .
Рассеяние........
Спектрохнмичеокие измерения ....
Принципиальная схема спектрохимического прибора . Основные законы спектрохимии . Количественные законы поглощения . Количественный закон люминесценции Вопросы и задачи ......
Литература........
Цена: 250руб.
