Жоспары

Жоспары

v Кіріспе

Химиялық және физико –химиялық талдау

v Негізгі бөлім

1. Бөлу және концентірлеу әдістері.

2. Адсорбция, окклюзия

3. Гравиметрия әдісі.

4. Титриметрия әдісі.

5. Физико-химиялық анализдеу тәсілдері.

6. Экстракциялау әдісі.

7. Хроматография әдісі.

v Қорытынды

Химиялық және физико-химиялық талдаудың медицина мен фармацияда қолданылуы.

v Пайдаланған әдебиеттер

 

Химиялық талдау – бұл заттардың химиялық, кейде фазалық құрамын, бізді қоршаған бұйымдардың (заттардың) және материалдардың, зерттелетін үлгінің құрамына кіретін молекулалардың құрылымдық және кеңістік құрылысын аңықтайтын талдау әдістері туралы ғылым.

Химиялық талдау пәнінің мақсаты жаңа анықтау әдістерін зерттеу немесе белгілерін жетілдіру, сондай-ақ химиялық талдауларды тәжірибе жүзінде іске асыру болып табылады. Сонымен қатар, химиялық талдау зерттелетін заттың талдау әдістерінің теориялық негіздерін жан-жақты және кеңінен зерттеу, әр түрлі ортада элементтер мен олардың қосылыстарының болу формаларын, агрегаттық күйін оқып үйрену, координаттық қосылыстардың тұрақтылығын және құрылысын, құрамын анықтау, заттардың термиялық, оптикалық, электрохимиялық, магниттік және т.б. сипаттамаларын зерртеу болып табылады. Химиялық талдауды меңгере отырып, болашақ технолог теориялық және тәжірибелік алған білімдерін өндірістік мәселелерді шешуге толық пайдалана алады.

Химиялық талдау әдісіне: тұндыру, редокситұндыру, ұшқыш қосылыстардың түзілуі, гравиметрия, титриметрия жатады.

Физико –химиялық талдау әдістері –заттың қандай да болмасын химиялық әрекеттесу кезіндегі физикалық қасиетін өлшеуге негізделген.

Физико –химиялық талдау әдісіне: кристалдау, қайнату (суалту), дистилдеу, экстракциялау, сорбция, хромотография, спектроскопия, электрохимия жатады.

Бөлу және концентірлеу әдістері. Қазіргі аналитикаылқ аспаптардың әр түрлі объектілердегі элементтер ізін анықтаудағы үлкен мүмкіндіктеріне қарамастан, бірқатар жағдайларда, үлкен мүмкіндіктеріне қарамастан, бірқатар жағдайларда, аынқталатын микроэлементтердің концентрациясы берілген аналитикалық әдістің салыстырмалы табу шегін аз болғанда, алдын ала концентрлеуді қолданады. Ол матрицаны, бөгет жасайтын қоспаларды жоюға жағдай туғызады, үлкен өлшендіні (навеска) анализ үшін пайдалануға мүмкіндік жасайды, қомақты татпа алуды жеңілдетеді. Концентрлеу нәтижесінде микроэлеметтердің табу шегін бірнеше ретке елеулі кемітуге болады. Концентрлеудің белгілі көптеген әдістерінің ішінен ең көп дамығандары және кең тарағандары экстракциялық, хромотограифялық, сорбциялық пен кейбір электрохимиялық әдістер.

Концентрлеу компоненттерді бөлумен және оларды әр түрлі фазаларға таратумен байланысты, сондықтан концентрлеу әдісін бөлу әдісі ретінде пайдалануға болады.

Тізіп атаған концентрлеу әдістерінен басқа оларға қоса тұнуды да жатқызамыз. Бұл әдіс жеткілікті дәрежеде зерттелген болса да, процестің ұзақтығына байланысты кең таралмай шектеліп отыр.

Татпа құрамында бір немесе әрбір компонентті аналитикалық анықтауға бөгет жасағанда, оларды бөлу қажет.

Концентрлеу әдісін таңдағанда, анализденетін заттың табиғаты мен химиялық құрамын, барлық операциялардың ұзақтығын, құрал-жабдықтардың бар-жоқтығын және әрі қарай өлшеу әдістерін жетекшілікке алады.

Топтық және жеке концентрлеу деп ажыратады. Бірінші жағдайда бір операцияда бір топ компоненттер бөлініп шығарылады. Концентрлеу не негізін жойып, не микрокомпоненттерді бөліп шығарып жүзеге асырылады.

Концентрлеу әдістері шығарып алу дәрежесімен R (%) және конценртлеу коэффициентімен К сипатталады:

R ═ n¹μ/ nμ∙100 мұндағы nμ және n¹μ – бөлуге дейінгі және кейінгі микрокомпонент мөлшері.

Тұндыру бөлу әдісі. Тұндыру әдістері қазіргі уақытта жүргізілетін сапалық анализдің негізгі әдістері болып табылады.

Тұндыру процесінде нашар еритін қосылыстың тұнбасы қатты фазада түзіледі. Анықталатын А компоненті ерігіштік көбейтіндісінің ережесіне сай фазалар аралығында бөлінеді. Бөліну тиімділігі мына қатынаспен сипатталады:

n₂ / n₁ + n₀ = n₂/ n₀ мұндағы n₀ – заттың бастапқы мөлшері, n₁ – ерітіндіде қалған заттың мөлшері, n₂ – тұнбаға түскен заттың мөлшері.

Тұндырып болғаннан кейінгі ерітіндідегі компоненттің рұқсат етілген мөлшері 0,1% -тен аспау керек, ал тұнбаға бөлінетін элементтің 0,1%-нен артығы өтпеуі керек. Бұл шарт бөлу әдісі үшін қанағаттанарлық болып табылады.

Екі компонентті тұндыру әдісімен бөлу үшін екі тәсіл бар:

- ерітіндіден тұнбаға анализденетін компонентті бөліп шығарады,

- егер екі элемент қатты фазада болса, онда біруін ерітіп ерітіндіге өткізеді.

Сондай-ақ қиыстыру тәсілі де қолданылады: екі компонент те ерітіндіде болады, одан екеуі бірге тұнады, соңынан олардың біреуін ерітіндіге өткізеді, ал екіншісі тұнбада қалады.

Егер кедергі жасайтын тек бір ғана компонент болмаса, мына бөлу тәсілдерінің біреуін таңдап алады:

- селективті тұндырғыш таңдап алады, ол анықталатын компонентті бөліп алуға мүмкіндік жасайды, қалған кедергі жасаушылар ерітіндіде қалады,

- топтық тұндырғыш таңдап алады, ол барлық кедергі жасаушы компоненттерді бөліп алуға мүмкіндік жасайды, анықталатын ион ерітіндіде қалады,

- барлық элементтер бірге тұндырылады, одан соң анықталатын компонентті ерітіндіге өткізеді; кедергі жасаушылар тұнбада қалады.

Күрделі қоспалар болғанда әр түрлі варианттар және оларды қиыстыру мүмкін, сондай-ақ тұндыруды басқа аталған бөлу әдістермен сәйкестендіруге болады. Тұндыру әдісімен заттарды бөлу дәрежесіне әсер ететін факторлар: тұндырылатын қосылыстың ерігіштігі, тұндырғыштың артық мөлшері, ерітіндінің рН-ы, комплекс түзушінің болуы, тотықтырғыш немесе тотықсыздандырғыштың болуы. Барлық есептеулер ерігіштік көбейтіндісі ережесінің негізінде жүргізіледі.

Қоса тұну –концентрлеу әдісі. Ерігіштік көбейтіндісі ережесі бойынша өз бетімен берілген жағдайда тұнбаға түсе алмайтын бөгде иондарды тұнбаның (коллектор) ұстап қалуын қоса тұну дейміз. Қоса тұну кезінде микрокомпоненттің ерітінді мен түзілетін тұнба арасында бөлінуі пайда болады, мұнда бір мезгілде микро- және макроэлементтердің тұнбаның қатты фазасына өтуі жүзеге асады.

Қоса тұну процесін жүргізгенде мөлшерлік анализ мақсатында, берілген жағдайда қатты фазаға әрбір микрокомпоненттен қанша өтетін білу маңызды.

Заттың макрокомпоненттерімен микрокомпоненттер қоса тұнатын келесі механизмдері белгілі: адсорбция, аралас немесе изоморфты аралас кристалдардың түзілуі, аралас тұну (окклюзия) механикалық ұстап қалу. Қоса тұну кезінде қандай болмасын механизімнің басым болуын ескеру қажет. Бірақ қоса тұну кезінде әр түрлі механизмдердің сәйкестігі жие байқалады.

Сондай-ақ түзілетін тұнбадағы фазалар санын ескеру керек. Егер қоса тұну кезінде ерітінді-тұнба тепе-теңдігінде тек қана коллектор қатысатын болса, қоса тұну туралы тек бір ғана қатты фаза қатысады деп атайды. Оның бетінде қоса тұнудың физика-химиялық және микрокомпонентті қайта бөлу процесі жүзеге асады.

Қоса тұнуда бірнеше қатты фаза қатысатын болса, бастапқы жүйеге коллекторды енгізгенде, онда химиялық процесс жүреді де ол бірнеше фазаның түзілуіне алып келеді, оларды коллектордан бөліп аламыз, не бөліп ала алмаймыз.

Фазаларды бөлу үшін флотация, седиметация, центрифуга, селективті еріту, буландыру және т.с.с. қолданылады.

Адсорбция, окклюзия. Түзілетін тұнбалар физика-химиялық қасиеттерімен ерекшеленеді. Тұнбалардың аморфты және кристалды болып ерекше бөлінуі белгілі қасиеттерінің жиынтығы бойынша сипатталады.

Аморфты тұнбалардың жалпы үстіңгі беті үлкен болады, бұған бөгде заттар жиі адсорбцияланады.

Өзара нашар байланысқан ұсақ агрегаттар мөлшерінің көп болуынан жуған кезде коллоидты ерітінділер түзіледі. Аморфты тұнбалардың фазалары айқын білінбейді. Металдардың гидроксидтері мен сульфидтері нақтылы аморфты тұнбалар болып табылады. Оңай ерімейтін барий сульфаты, кальций оксалаты, магний фосфаты және т.б.с. сияқты қосылыстар кристалл түрінде тұнбаға түседі. Кристалды тұнбалар оңай жуылып, қоспаларды едеуір аз дәрежеде адсорбциялайды, қайта кристалданады, кристалл торы болады.

Ерітіндідегі иондар мен бөгде заттардың ерітіндіден тұнбаға өтуі элементтерді гравиметриялық анықтау кезіндегі қателікке жол қояды. Бұл құбылыс қоса тұну деп аталады.

Қоса тұну – ерігіштік көбейтіндісіне әлі жетпеген қосылыстардың тұнбаға түсуі, олар басқа тұнба болмаса, тұнбаға түспейді.

Тіпті анализді өте мұқият жасағанда да, өте дәл әдістер және химик-аналитик жоғары мамандық иесі болған кезінде де қоса тұну байқалады.

Қоса тұну кезінде белгілі жағдайда жақсы еритін зат тұнбаға түседі. Ерітіндіде мардымсыз концентрацияда болатын, аз еритін заттардың тұнбаға өтуі де қоса тұнуға жатады, мұнда қоса тұну иондарының концентрация көбейтіндісі, олардың еріткіштік көбейтіндісінен әлдеқайда аз болады.

Тұнбаның түзіліп, қалыптасуы барысында қоса тұну өтеді. Қоса тұну құбылысы қатты фазаның түзілу механизміне үйлес болады.

Адсорбция - бұл полюсті молекулалар мен басқа қоспалардың тұнба бетінде иондарды тұтып қалуы. Жазық бетті темір және алюминийдің гидроксидтері: кремний қышқылы, әр түрлі фосфаттар (аморфты заттарды тұндырған кезде адсорбция өте жиі кездеседі.

Изоморфты қоса тұну – радиустары жақын орналасқан негізгі компонент пен микрокомпоненттің иондарымен аралас кристалдар түзу процесінің қоса кристалдануы. Мысалы, барий сульфатының тұнбасы ерітіндіден RaSO₄, SrSO₄ қоспаларын, сондай-ақ изоморфты немесе иондық табиғаты бөгде заттарды, мысалы NH₄I, RbI т.б. ілестіре алады, міне осылар да кристалл торын түзеді.

Окклюзия – бұл ерітіндіден түзілетін тұнба ішіндегі қоспаларды тұтып қалу, мұның себебі кейін криталл торының жаңа қабаттарын түзетін қоспаларды тұнбаның механикалық тұрғыда тұтып алуы, сондай-ақ негізгі тұнба мен қоса тұнатын қоспа арасындағы химиялық қосылыстар болуы да мүмкін.

Іс жүзінде қоса тұнудың барлық түрлері (жоғарыда айтылған) окклюзиямен үйлесіп, өзара, біртіндеп, екіншілей процестермен күрделеніп өтеді.

Қоса тұну құбылысы аналитикалық тәжірибеде күшті сұйылтылған ерітіндіден элементтердің ізін жоюдың тиімді де қарапайым әдісі ретінде кеңнен қолданылады.

Гравиметрия әдісі. Анықталатын сынаманың құрамдас бөлігінің массасын дәл өлшеуге негізделген сандық талдауды гравиметрия деп атайды.

Сандық гравиметриялық талдаудың жәрдемімен көптеген есептерді шешуге болады.Мысалы, заттардың атомдық, мольдік және эквиваленттік массасын белгілеп, талданатын зат құрамына енетін құрамдас бөліктердің мөлшерін анықтайды, химиялық құрамы бірдей немесе шамамен тең келетін, бірақ физико –химиялық қасиеттері әр түрлі заттың құрам бөліктерінің ара қатынасын табады.

Гравиметриялық анализ әдістерін жіктеу. Гравиметриялық анализ әдістері үш топқа бөлінеді:

1.Бөлу

2.Тұндыру

3.Айдау

Бөлу әдісі – бұл әдіс зерттелетін заттан немесе материалдан анықталатын құрамдас бөлікті бос күйінде бөліп алып, соңынан дәл өлшеуге негізделген

Айдау әдісі – бұл әдіс анықталатын құрамдас бөлікті ұшқыш қосылыс

түрінде толық бөліп алып, қалдықты немесе тұтылған ұшқыш өнімді өлшеуге

негізделген.

 

Тұндыру әдісі –бұл әдіс талдау жасалатын құрамдас бөлікті аз еритін белгілі химимялық құрамның қосылысы түрінде тұндыруға негізделген. Бөлінген тұнбаны сүзіп, жуады, кептіреді, қыздырып, өлшейді.

 

Титриметрия әдісі. Титриметрия әдісі әрекеттесетін қосылыстарлың ерітіндісінің көлемін нақты өдшеуге негізделген. Ерітіндінің біреуінің концентрациясы нақты белгілі болуы керек.

Титриметрия әдісінің жіктелуі. Заттар талдауы кезінде қолданылатын химиялық реакциялар типі бойынша титрлеу әдісін былай бөлуге болады:

× Қышқылдық –негіздік титрлеу әдісі.

× Тотығу –тотықсыздану титрлеу әдісі

× Тұндыру титрлеу әдісі

× Комплекс түзу титрлеу әдісі

Физико-химиялық анализдеу тәсілдері. Физико-химиялық анализдеу тәсілдері іздестіріп отырған компоненті анықтау үшін қолданатын негізгі әдістер. Физико-химиялық анализде концентрацияны табу үшін аналитикалық сигналды тура өлшеу тәсілі және титрлеу тәсілі қолданылады.

Тура өлшеу тэсілінде аналитикалық сигналдың анықталатын кұраушылардан (ионнан, молекуладан, заттардан т.б.) тәуелділігі тура пропорционалды болу керек. І=кс, мұнда I - аналитикалық сигналдың концентрациясы; С - анықталатын заттың концентрациясы; k - константа, қолданып отырған тәсіл және анализдің нақты шарттары үшін тұрақты өлшем.

Анықталатын заттың концентрациясын табу үшін төмендегідей әдістер қолданылады.

а) Градуирлеу график әдісі. Бұл әдісте стандартты ерітінділер (5-7 ерітінді) үшін аналитикалық сигналдың шамасын өлшейді. Алынған нәтижелер бойынша I=f(c) координатасында градуирлеу графигін тұрғызады. Содан соң сол жағдайларда анализденетін ерітіндінің аналитикалық сигналын өлшейді және суретте көрсетілгендей градирлеу графигі бойынша оның концентрациясын табады.

б) Мольдік қасиет әдісі. Бұл әдіс бойынша бірнеше ерітінді (3 ерітінді жеткілікті) үшін аналитикалық сигналдың шамасын өлшеп, константаның орта мәнін табады. Содан соң сол жағдайларда анализденетін заттың аналитикалық сигнал шамасын өлшеп, константаның орта мэнін қолдана огырып, заттың концентрациясын табады: С(Х) = І(х) к

в) Қосымша әдісі. Бұл әдіс бойынша анализденетін ерітіндінің аналитикалық сигналын есептейді. Содан соң, сондай ерітіндіге стандартты ерітіндінің (қосымша) белгілі көлемі қосылады да, қайтадан аналитикалық сигналын өлшейді. Анализденетін заттың концентрациясын төмендегі теңдеулер арқылы есептейді:

І(х) =кС(х): І(х+ст) = к[С(х)+С(ст)]

І(х)/C(x) = I (х+ст) / C(x) + C(ст) → С(х) = С(ст) ^. I (x) / I (x + ст) - I (x);

Анықталатын компоненттің массалық үлесін табу үшін анализ кезінде анализденетін ерітіндінің сұйылуын есептеу қажет:

m(x)=C(x)- M(x)- У(өлш), мұндағы V (өлш) - аналитикалық сигнал өлшенген өлшеуіш қолба көлемі.

m(жалпы) = m(N) ^. V(жалпы) / V (алик)

мұндағы V (жалпы) - анализденетін ерітіндісі (жалпы) бар колбаның көлемі. V (жалпы) - анализденетін ерітіндінің аликватты көлемі.

ω(жалпы) = m(жалпы) + 100% / m(аликвота)

Градуирлеу графигі бойынша C₁(x) үшін ω₁(х)-ті мольдік касиет әдісі бойынша табылған, с₂ (х) үшін СO₂(х)-ті әдісі бойынша табылған, с₃(х) үшін ω₃(х)-ті табу керек. Соңғы нәтиже ретінде үшеуіне ортақ мәнді аламыз. Титрлеу әдіс терінде кезектен қосылған титранттың өлшемі бойынша аналитикалық сигналды өлшейді, I=f(x) координаттарына графикалық тәуелділікті құрады, қисықтын сызығы бойынша эквивалент нүктесіндегі келемін анықтайды да, титриметрияның формулалары арқылы анализденегін ерітіндінің концентрациясын есептейді.

Экстракциялау әдісі. Экстракциялау (лат. extractіo – бөліп алу) – таңдап алынған еріткіштер көмегімен сұйық немесе қатты заттардан бір немесе бірнеше құраушыларын бөліп алу әдісі. Экстракциялаупроцесі үш сатыдан тұрады: 1) заттардың бастапқы қоспасын экстрагентпен араластыру; 2) түзілген екі фазаны мех. жолмен ажырату; 3) екі фазадағы экстрагентті пайдалану үшін бөліп алу. Мех. жолмен бөлгенде заттың экстрагенттегі ерітіндісі (экстракт) және бастапқы ерітіндінің қалдығы (рафинад) алынады. Олардан экстрагентті дистилдеу, буландыру, кристалдау, т.б. әдістермен алады. Экстракциялау үшін алынған экстрагенттердің төмендегідей ерекшеліктері болуы керек:

× таңдамалылығы,

× жылдам қалпына келуі,

× бастапқы еріткіштен тығыздығы немесе тұтқырлығы бойынша өзгешелігі, ұшқыштығының аз болуы,

× улы болмауы, т.б.

Экстракциялаудың артықшылығына:

× жұмыстық темп-раның төмен болуы,

× сұйытылған ерітіндіден бағалы құраушыны немесе қажетсіз қоспаны бөліп алу тиімділігі,

× қайнау темп-расы жақын заттарды бөлу және ректификациялы біріктіру мүмкіндігі, т.б. жатады.

Экстракциялау мұнай өнімдерінен ароматтық көмірсутектерді, минералдық кендерден металдарды, өсімдік шикізаттарынан органик. қосылыстарды, т.б. бөліп алу үшін қолданылады. Экстракциялау аналитик. химияда: элементтерді химиялық талдау, оларды бөлу және тазалау, т.б. үшін қолданылады. Онда экстрагент ретінде спирт, кетон, жай және күрделі эфирлер, аминдер, т.б. қосылыстар пайдаланылады.

Хроматография әдісі. Хроматографиялық әдістің негізін салушы орыс ботанигі М.С.Цвет (1872-1919). Ол 1903 жылы күрделі зат қоспасын бөліп алудың хроматография (гр. "хроматос" - түс деген сөзі) деп аталатын жаңа әдісін ұсынды. Бұл әдіспен хлорофилл өсімдігінің біртекті деп есептеліп келген жасыл пигментін бірнеше түстегі өнімдерге жіктеді. Ол үшін жасыл жапырақты езіп, органикалық еріткішпен шаймалап алынған затты диаметрі 10-60 мм, ішіне бор ұнтағы толтырылған тік шыны түтікшеге құяды. Мұндай шыны түтіктерді хроматографиялық бағана деп атайды. Түтіктің төменгі ұшында шүмек бар. Бағанадағы шайма үстіне петролейн әтрирін (бензиннің жеңіл ұшатын таза түрін) қосқанда, шаймаланған зат құрамындағы әрбір жеке қосылыс бор ұнтағында әр түрлі жылдамдықпен төмен қарай жылжиды. Олар бағана бойымен әр түрлі сақиналы буындарға бөлінеді. Шүмекті әлсін-әлі ашу арқылы оларды жеке-жеке бөліп алады.