CHEMIA

ANALITYCZNA

Zadanie dla analityka:

Podniesienie jakości

smaku ciasteczek

Pewnego dnia firma cukiernicza
postanowiła zmienić dotychczasową
formułę produkcji ciasteczek
polewanych czekoladą. Niestety po tej
zmianie, w trakcie specjalistycznych
testów smaku eksperci stwierdzili
obecność nieprzyjemnego posmaku,
który psuje jakość produktu.

Co można zrobić?

Analiza chemiczna ciasteczka

1) Ekstrakcja chloroformowa ciasteczka

–

przeprowadzenie do roztworu substancji celem
dalszej analizy. Przeanalizowano ciasteczko
wyprodukowane według tradycyjnego przepisu
oraz według nowej receptury.

2)

Analiza jakościowa –

zastosowanie technik analityczne celem ustalenia
składu chemicznego mieszaniny

3)

Analiza ilościowa –

zastosowanie technik analityczne celem ustalenia
składu zawartości poszczególnych produktów

Zadanie dla analityka: Podniesienie jakości smaku ciasteczek

Okazuje się, że nowa wersja ciasteczek, w
przeciwieństwie do tradycyjnej formuły, zawiera
produkt reakcji jodu z krezolem

– jodokrezol.

OH

CH

3

OH

CH

3

+

I

2

I

HI

+

Analiza chemiczna ciasteczka

Doświadczalnie potwierdzono, że jodokrezol tworzony
jest in situ

jako produkt bezpośredniego zmieszania

jodu z krezolem

– składnikiem występującym w

aromacie

jodokrezol

Mieszanina z solą jodowaną

Mi

eszanina z sola pozbawioną jodu

2.4 ppb

0.1 ppb

Rozwiązanie:

nie używać jodowanej soli w
trakcie produkcji ciasteczek!

Analiza chemiczna ciasteczka

Etapy w badaniach analitycznych

1. Sytuacja problemowa

2.

Dobór procedury analitycznej

3.

Próbkowanie

4.

Obróbka wstępna próbki

5. Analiza

6. Raport

i prezentacja wyników

7. Wnioski analityczne

Przedmiot i zadania chemii analitycznej

Chemia analityczna jest to:

• nauka stosowaną zajmującą się odkrywaniem i
formułowaniem praw, kryteriów i metod prowadzących do
ustalenia z określoną precyzją i dokładnością skład
jakościowy i ilościowy
• zajmuje się analizą wszelkiego rodzaju materiałów
spotykanych w przyrodzie lub wytwarzanych przez człowieka
• ustala skład jakościowy i ilościowy badanych substancji
• strukturę i budowę przestrzenną cząsteczek i ciał stałych
• przemiany zachodzące w czasie i (lub) przestrzeni w
obrębie badanych cząsteczek
• interdyscyplinarna nauka, łączącą i wykorzystującą wiedzę z
różnych dziedzin chemii, fizyki, biologii i matematyki oraz
nowoczesnej techniki, elektroniki, automatyki i informatyki.

Przedmiot i zadania chemii analitycznej

Niektóre dziedziny zastosowań chemii analitycznej

:

Przemysł metalurgiczny, geologia, ceramiczny analiza rud i

innych minerałów, nawozów sztucznych oznaczanie m.in.

azotu, fosforu i potasu.

Przemysł elektroniczny oznaczanie śladowych ilości

zanieczyszczeń oraz śladowych ilości pierwiastków celowo

wprowadzonych do .materiałów półprzewodnikowych.

materiałów budowlanych - analiza surowców i produktów

końcowych.

Różne gałęzie przemysłu organicznego:

a) koksownictwo - analiza produktów suchej destylacji węgla,

b) przemysł gumowy i mas plastycznych analiza

półproduktów i produktów finalnych,

c) przemysł farb i lakierów - ocena jakości produktów;

badanie zawartości składników szczególnie szkodliwych dla

środowiska,

d) przemysł petrochemiczny ocena jakości produktów

naftowych,

Przedmiot i zadania chemii analitycznej

Niektóre dziedziny zastosowań chemii analitycznej

:

Przemysł farmaceutyczny - analiza półproduktów syntezy

leków, analiza produktu (leku), oznaczanie głównego

składnika oraz zanieczyszczeń.

Przemysł tłuszczowy - analiza surowców (np. oznaczanie

liczby kwasowej olejów) lub produktów (np. oznaczanie

zawartości niklu w utwardzonych tłuszczach).

Przemysł zielarski - analiza substancji czynnych w ziołach,

mieszankach ziołowych i różnych produktach przemysłu

zielarskiego stosowanych jako leki. Oznaczanie substancji

szkodliwych (środki ochrony roślin, metale ciężkie Pb, Cd, Hg,

Ni, Cr) w ziołach, mieszankach ziołowych i preparatach

przemysłu zielarskiego.

Przemysł spożywczy oznacza nie tylko substancje decydujące

o wartości danego produktu (np. zawartość kwasów

nienasyconych w olejach lub zawartość witamin w owocach,

przetworach owocowych i warzywach), ale także substancje

szkodliwe, m.in. środki ochrony roślin, metale ciężkie, środki

konserwujące, barwniki syntetyczne, azotany (III) i azotany

(V) itd.

Przedmiot i zadania chemii analitycznej

Niektóre dziedziny zastosowań chemii analitycznej

:

Lecznictwo

Laboratoria kontroli leków (m.in. Instytut Leków w

Warszawie). Każdy lek (produkcji krajowej lub z importu)

przed wprowadzeniem do obrotu jest poddawany analizie,

przy czym oznacza się nie tylko zawartość głównych

składników leku, ale także zanieczyszczenia - m.in.

półprodukty syntezy.

Laboratoria analizy klinicznej oznacza się nie tylko stężenie

cukru, cholesterolu, acetonu, jonów sodu, potasu i innych

substancji w płynach ustrojowych (mocz, krew), ale także

stężenie leku i jego metabolitów w moczu lub krwi podczas

terapii. Tego typu analizy nie tylko ułatwiają lub umożliwiają

lekarzowi postawienie odpowiedniej diagnozy, ale także przy

tzw. terapii monitorowanej zastosowanie odpowiednich

dawek leków, które często mają mniejsze lub większe

działanie niepożądane.

Przedmiot i zadania chemii analitycznej

Niektóre dziedziny zastosowań chemii analitycznej

:

Analiza substancji szkodliwych:

Powietrze - oznacza się m.in. zawartość SO

2

i tlenków azotu,

węglowodorów aromatycznych o skondensowanych

pierścieniach, mających właściwości kancerogenne, zawartość

metali ciężkich i różnych innych związków organicznych

występujących w powietrzu, w zakładach przemysłowych i w ich

otoczeniu.

Woda i ścieki oznacza się m.in. zawartość metali ciężkich,

azotanów (III) i azotanów (V), środków ochrony roślin oraz

różnych innych substancji organicznych.

Kryminalistyka i medycyna sądowa oznacza się m.in. zawartość

różnych trucizn, narkotyków, środków psychotropowych.

Sport oznacza się zawartość środków dopingujących i anabolików

(m.in. steroidów) w moczu sportowców. Analizy takie wykonują

specjalistyczne laboratoria, mogące oznaczać kilkaset różnych

związków tego typu m.in. półprodukty syntezy.

Spis zagadnień

chemia analityczna

I. Analiza jakościowa

I.1. Analiza kationów

Pierwsza grupa kationów: Ag, Pb, Hg

Druga grupa kationów

Podgrupa II A Hg, Bi, Cu, Cd

Podgrupa II B As, Sb, Sn

Trzecia grupa kationów Al, Cr, Fe, Ni, Co, Mn, Zn

Czwarta grupa kationów Ba, Ca, Sr

Piąta grupa kationów NH

4

+

, K, Na, Mg

I.2. Analiza anionów .

Pierwsza grupa anionów

Jony: Cl

-

Br

-

I

-

CN

-

Jon tiocyjanianowy (rodankowy), SCN

-

Jon heksacyjanożelazianowy (II), [Fe(CN)

6

]

4-

Jon heksacyjanożelazianowy (III), [Fe(CN)

6

]

3-

Jon chloranowy (I), Cl0

-

Druga grupa anionów

S2- ., CH3C00- , NO3- .

Trzecia grupa anionów

CO

3

2-

, SO

3

2-

, C

2

O

4-

Jon winianowy: C

4

H

4

0

6

-

BO

2-

Czwarta grupa anionów

S

2

0

3

2-

Cr0

4

2-

Cr

2

O

7

2-

PO

4

3-

AsO

4

3-

(III) AsO

3

3-

Piąta grupa anionów

NO

3

-

, ClO

3

-

ClO

4

-

MnO

4

-

Szósta grupa anionów

SO

4

2-

F

-

SiF

6

2-

Siódma grupa anionów

SiO

3

2-

I.3. Analiza substancji prostych i mieszanin

II. Analiza ilościowa

II.1. Analiza wagowa

Oznaczanie jonów baru

Oznaczanie jonów żelaza III

Oznaczanie jonów magnezu obok jonów wapnia

Oznaczanie jonów glinu obok jonów żelaza (III)

Oznaczanie jonów miedzi (II) obok jonów żelaza (III)

Oznaczanie jonów żelaza (III) obok jonów siarczanowych (VI)

Oznaczanie zawartości wody

II.2. Analiza objętościowa

II.2.A. Alkacymetria

II.2.B. Redoksymetria.

II.2.C. Miareczkowe metody wytrąceniowe (precypitometria)

II.2.D. Kompleksonometria

Podstawowe pojęcia

Próbka

podzbiór populacji podlegający bezpośrednio badaniu ze względu

na daną cechę w celu wyciągnięcia wniosków o kształtowaniu się

wartości tej cechy w populacji.

Próbka laboratoryjna

próbka przygotowana z próbki ogólnej, reprezentująca właściwości

partii produktu, przeznaczona do prowadzenia analiz.

Próbka analityczna

część produktu z próbki laboratoryjnej przeznaczona w całości do

jednego oznaczenia lub wykorzystywana bezpośrednio do badania

lub obserwacji.

Próba ślepa (zerowa)

próba (badanie) wykonana w warunkach identycznych jak analiza

badanej próbki, ale bez dodania substancji oznaczanej.

Próbka:

Podstawowe pojęcia

Wykrywanie

czynność mająca na celu stwierdzenie obecności lub nieobecności

określonego jonu lub związku (jonów lub związków) w badanej próbce.

Wykrywalność

najmniejsze stężenie lub ilość wykrywanego składnika w badanej

próbce, przy których można go jeszcze wykryć daną metodą z

określonym prawdopodobieństwem. Wielkość tę określano jako granicę

wykrywalności lub limit detekcji.

Metoda analityczna:

sposób wykrywania lub oznaczania składnika próbki.

Oznaczanie

określenie ilościowej zawartości danego składnika w badanej próbce.

Oznaczalność

najmniejsze stężenie lub ilość oznaczanego składnika w badanej

próbce, przy których można jeszcze ten składnik oznaczyć daną

metodą. Wielkość tę określano także jako granica oznaczalności.

Podstawowe pojęcia

Czułość metody analitycznej

stosunek przyrostu sygnału analitycznego do odpowiadającemu mu

przyrostu stężenia (lub zawartości) oznaczanego składnika.

Dokładność metody analitycznej

stopień zgodności między wynikiem pomiaru (oznaczenia) lub średnią z

serii a wartością prawdziwą mierzonej (oznaczanej) wielkości.

Precyzja metody analitycznej

wielkość charakteryzująca rozrzut wyników uzyskiwanych przy

wielokrotnym oznaczaniu danego składnika daną metodą; określana

odchyleniem standardowym i rozstępem wyników uzyskiwanych w

warunkach powtarzalności lub odtwarzalności.

Selektywność metody

możliwość jej zastosowania do wykrywania lub oznaczania tylko

pewnej niewielkiej liczby składników.

Metoda analityczna:

sposób wykrywania lub oznaczania składnika próbki.

Preparatyka analityczna

Preparatyka osadów

Preparatyka lotnych produktów

Preparatyka roztworów

Preparatyka roztworów

Rozpuszczanie i roztwarzanie próbek nieorganicznych.

Rozpuszczanie

Rozpuszczanie zachodzi wtedy, gdy energia solwatacji jest większa niż

energia sieci krystalicznej. W ten sposób rozpuszczają się w wodzie

związki jonowe, a więc sole, kwasy, zasady oraz niepolarne związki

organiczne w niepolarnych rozpuszczalnikach organicznych.

Roztwarzanie

Bardzo wiele oznaczanych ilościowo substancji, takich jak: metale,

stopy, minerały, gleba, próbki biologiczne, jest nierozpuszczalnych w

wodzie albo rozpuszczają się tylko w sposób ograniczony.

Próbki o charakterze nieorganicznym roztwarza się najczęściej w

kwasach nieutleniających: HCl, HBr, HF, rozcieńczonych H2SO4 i H

3

PO

4

.

W kwasach utleniających: HNO

3

, stężony H

2

SO

4

, stężony HClO

4

, albo w

mieszaninach tych kwasów roztwarza się wiele metali ulegając w

pierwszym etapie utleniania.

Preparatyka analityczna

Przyspieszenie rozpuszczania lub roztwarzania

Rozdrobnienie

- roztwarzanie, jak i rozpuszczanie można przyspieszyć przez

rozdrobnienie próbki (co powoduje zwiększenie powierzchni

zetknięcia między dwiema fazami),

Mieszanie

Wzrost temperatury

Próbki nieorganiczne nierozpuszczalne w kwasach lub alkaliach

stapia się odpowiednio dobranymi topnikami. Stosuje się topniki

alkaliczne (Na

2

CO

3

, K

2

CO

3

, NaOH i Na

2

O

2

), kwasowe (KHSO

4

,

KHF, K

2

S

2

O

7

, B

2

O

3

) i utleniające (Na

2

O

2

, Na

2

CO

3

+ Na

2

O

2

).

Dobór środowiska

Roztwarzanie próbek organicznych

(mineralizacja sucha i mokra).

Podłoże organiczne (materiały roślinne, żywność oraz materiały

biologiczne) - mineralizacja – przeprowadzenie do roztworu z

całkowitym rozkładem matrycy organicznej.

Mineralizacja

sucha – spopielanie, polega na spalaniu próbki w

piecu muflowym w temperaturze 300-500

o

C lub w specjalnie

skonstruowanej rurze kwarcowej. Pozostałość po spaleniu rozpuszcza

się w kwasach i dopiero w tym roztworze oznacza się pierwiastki

nielotne, najczęściej metale.

Mineralizacja mokra

– polega na ogrzewaniu próbki z kwasami lub

ich mieszaninami. w zlewce, parownicy, albo w systemie

zamkniętym: w kolbach z chłodnicą zwrotną.

Preparatyka analityczna

Inne metody mineralizacji.

Mineralizacja ciśnieniowa

– (w bombie teflonowej), to

mineralizacja na drodze mokrej w systemie zamkniętym. Próbkę z

kwasami utleniającymi umieszcza się w pojemniku teflonowym w

obudowie stalowej, szczelnie zamkniętej. Całość ogrzewa się w

temperaturze 180

o

C.

Mineralizacja mikrofalami

– metoda stosowana do

przeprowadzania do roztworu zarówno materiałów organicznych, jak

i nieorganicznych. Jest to pewna odmiana mineralizacji mokrej, która

przebiega kilkakrotnie szybciej pod wpływem ogrzewania w układzie

mikrofalowym. Niekiedy przeprowadza się ją pod ciśnieniem, w

specjalnie do tego celu skonstruowanych naczyniach.

Mineralizacja w strumieniu wzbudzonego tlenu

– tą metodą

można mineralizować tylko bardzo małe próbki. Łódeczkę z bardzo

małym materiałem umieszcza się w rurze kwarcowej w atmosferze

O

2

.

Mineralizacja przez naświetlanie promieniami UV

–

mineralizowaną próbkę w roztworze umieszcza się w tyglu

kwarcowym i przykrywa kwarcowym szkiełkiem zegarowym,

następnie naświetla lampą rtęciową nisko- lub wysokociśnieniową.

Preparatyka analityczna

Ocena jakości oznaczeń analitycznych

Ocena i interpretacja

wyników analizy chemicznej

•Każdy wynik analizy chemicznej, nawet wykonanej zupełnie

prawidłowo, jest obciążony mniejszym lub większym błędem.

•Błędy te mają zróżnicowany charakter

•mogą wynikać z niedoskonałości samej metody pomiarowej

•niedoskonałości przyrządów stosowanych w laboratorium

•istnieniu w analizowanej mieszaninie innych substancji, które

zniekształcają wyniki pomiarów,

•mogą być związane z niedoświadczeniem lub niesumiennością

osoby wykonującej analizę.

Rodzaje błędów

Błąd gruby

Błędem systematycznym

błędy metodyczne, aparaturowe, indywidualne.

Błąd przypadkowy.

Czułość metody

, zwana również limitem oznaczalności (detekcji),

określa najmniejszą ilość substancji lub jej stężenie, jakie można realnie

zmierzyć metodą analityczną. Najlepsze metody analizy klasycznej

charakteryzują się czułością rzędu 10

-5

g, metody analizy instrumentalnej

często pozwalają oznaczać mniejsze ilości. Często dla obniżenia limitu

oznaczalności stosuje się zwłaszcza w metodach instrumentalnych wstępne

zagęszczanie analizowanego składnika, dzięki czemu można oznaczać

niektóre substancje na poziomie 10-15.

Dokładność metody

polega na zgodności otrzymanych wyników z

wartością rzeczywistą. Ilościowo miarą dokładności jest wielkość błędu,

czyli różnica między otrzymanym wynikiem a wartością rzeczywistą; im

mniejszy błąd, tym większa dokładność.

Precyzja metody

analitycznej jest to zgodność kolejnych otrzymywanych

wyników między sobą. Im mniejsze są różnice miedzy wynikami

poszczególnych oznaczeń, tym precyzja jest większa. Osiągnięcie dużej

dokładności jest niemożliwe bez dużej precyzji pomiarów, jednakże sama

precyzja, choćby bardzo znaczna, nie wystarcza do uzyskania wyników

dokładnych.

Czułość, dokładność i precyzja metod analitycznych

Ocena jakości oznaczeń analitycznych

Powtarzalność

metody rozumie się zgodność wyników uzyskiwanych

tą samą metodą i za pomocą tej samej aparatury podczas

wielokrotnego analizowania tych samych próbek przez jedną osobę.

Odtwarzalność

to zgodność wyników uzyskiwanych podczas

analizowania tą samą metodą identycznych próbek, ale przez różnych

wykonawców, pracujących w różnych laboratoriach, lub w tym samym

laboratorium, lecz w innym czasie.

Miarą dokładności metody analitycznej jest błąd systematyczny

popełniany w trakcie analizy. Błąd ten można wyrazić na dwa sposoby:

Błąd bezwzględny

jest to różnica między wynikiem analizy a wartością rzeczywistą.

Błąd względny

to stosunek błędu bezwzględnego do wartości rzeczywistej;

najczęściej błąd względny wyraża się w procentach.

Ocena jakości oznaczeń analitycznych

Ocena statystyczna wyników pomiarów

jest poza zakresem merytorycznym niniejszego wykładu:

Powtórzyć samodzielnie!