從以上分析結(jié)果可以看出,分析工作是分兩個步驟進行:首先測出物質(zhì)的組成,完成此任務(wù)的方法稱定性分析法;然后再確定這些組分的相對百分含量,完成此任務(wù)的方法稱定量分析法。由此可知分析化學是由定性分析和定量分析兩大部分組成的。
在一般分析工作中,定性分析必先于定量分析。因為只有先知道物質(zhì)中含有哪些組分(或元素),以及它們在物質(zhì)中的大約含量,才能選擇適當?shù)姆椒▉頊y定組分的相對百分含量。但從目前生產(chǎn)實踐情況來看,各種生產(chǎn)原料,輔助材料、產(chǎn)品和副產(chǎn)品,大多為已知的。僅由于產(chǎn)地不同,生產(chǎn)條件不同,各組分的百分含量各有差異。在此情況下,就勿需進行定性分析,可直接選擇定量分析方法測定組分的百分含量。由此可見,在生產(chǎn)實踐中定量分析的應(yīng)用比定性分析要廣泛得多。因此本章只介紹定量分析方法在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用。
二、化工生產(chǎn)分析的任務(wù)和作用
化工生產(chǎn)分析是定量分析在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用。它的任務(wù)是研究各種生產(chǎn)中的原料,輔助材料及產(chǎn)品的分析方法,各種生產(chǎn)過程中的中間產(chǎn)品和副產(chǎn)品的分析方法,及化工生產(chǎn)中燃料,工業(yè)用水,三廢等的分析方法。此外還有動火分析安全生產(chǎn)分析等分析方法。通過上述項目的分析可以評定原料、半成晶和產(chǎn)品的質(zhì)量及檢查生產(chǎn)工藝過程中溫度、壓力等是否正常,以便能最經(jīng)濟,最合理地使用原料和燃料,減少次品廢品,及時消除生產(chǎn)故障保證產(chǎn)品質(zhì)量。避免造成財物的浪費和損失。由此可見化工生產(chǎn)分析在生產(chǎn)中起著指導生產(chǎn)的作用,分析工作常被稱為生產(chǎn)中的眼睛。
在科學領(lǐng)域中,凡是涉及化學變化的內(nèi)容都要運用分析化學來解決。例如在地質(zhì)勘探工作中,礦石的鑒定,冶金部門煉鐵爐前分析,考古學中文物出土分析,衛(wèi)生部門的藥物檢驗及致癌物的分析,糧食部門對食品及霉菌殘毒分析,農(nóng)業(yè)部門關(guān)于土壤化肥的分析,水利部門對水質(zhì)的檢驗以及國防部門對化學毒劑的分析等等,都說明化工生產(chǎn)分析在國民經(jīng)濟建設(shè)中的重要作用。
當前隨著科學技術(shù)和石油化工的迅速發(fā)展、新工藝流程的出現(xiàn),對分析化學工作者也提出了更高更新的研究課題,使化工生產(chǎn)分析方法向著快速、準確,和分析用量少的方向發(fā)展。在任務(wù)上不僅要做成分分析而且還要做形態(tài)、價態(tài)、和結(jié)構(gòu)的分析,這就將分析方法的研究推向一個更高的境界。
綜上所述可知,科學的發(fā)展推動化工生產(chǎn)前進,反過來化工生產(chǎn)分析又為科學研究提供了先進的分析手段。因此分析工作又有科研中的尖兵之稱。
三、分析方法分類
1.無機分析和有機分析
此種分類是根據(jù)測定對象的不同而分的。
無機分析的對象是無機物。它們大多數(shù)是電介質(zhì),因此一般都是測定其離子或原子團來表示各組分的百分含量。
有機分析的對象是有機物。它們大都是非電介質(zhì),因此一般是分析其元素或官能團來確定組分的含量。但也經(jīng)常通過測定物質(zhì)的某些物理常數(shù)如沸點、冰點及沸程等來確定其組成及含量。
2.常量、半微量及微量分析
化學分析方法根據(jù)試樣用量不同,分為以下幾類(表7-1)。
表 7-1 各類方法的樣品用量
方法 |
試樣重量(毫克) |
試液體積(毫升) |
常量分析 |
100~1000 |
10~100 |
半微量分析 |
10~100 |
1~10 |
微量分析 |
0.1~10 |
0.01~1 |
超微量分析 |
0.001~0.1 |
0.001~0.01 |
通常較多地應(yīng)用常量分析和半微量分析法,因為它們所用的容量分析器皿及分析天平較廉價易購置。
3.化學分析和儀器分析
根據(jù)測定原理和使用的儀器不同,分析方法又可分為化學分析法和儀器分析法。
(1)化學分析法 化學分析法是以化學反應(yīng)為基礎(chǔ)的分析方法??捎猛ㄊ奖硎緸?
X+R=P
X代表被測成分,R代表試劑,P代表生成物。由于反應(yīng)類型不同,操作方法不同化學分析法又分為:
①重量分析法:根據(jù)化學反應(yīng)生成物的重量求出被測組分含量的方法。
②容量分析法:根據(jù)化學反應(yīng)中所消耗標準溶液的體積來求出被測組分含量的方法。容量分析法也稱為滴定分析法。
③氣體分析法:根據(jù)化學反應(yīng)中所生成氣體的體積或氣體與吸收劑反應(yīng)生成的物質(zhì)的重量,求出被測組分含量的方法。
(2)儀器分析法a儀器分析法是以物質(zhì)的物理和物理化學性質(zhì)為基礎(chǔ)并借用較精密的儀器測定被測物質(zhì)含量的分析方法。它包括光學分析法、電化學分析法、色譜分析法和質(zhì)譜分析法等。
①光學分析法:主要有分光光度法,在可見光區(qū)稱比色法,在紫外和紅外光區(qū)分別稱為紫外和紅外分光光度法。此外還有原子吸收法,發(fā)射光譜法及熒光分析法等。
②電化學分析法:常用的有電位法、電導法、電解法、極譜法和庫侖分析法等。
③色譜分析法:常用的有氣相色譜法、液相色譜法、薄層層析法和紙層分析法等。
④其它分析法:如質(zhì)譜分析法、X-射線分析法、放射化分析法和核磁共振分析法等。
儀器分析法的特點是快速、靈敏、能測量含量很低的雜質(zhì)含量。但目前由于精密儀器產(chǎn)量尚少,價格昂貴,還不能普及應(yīng)用,因此受到一定限制,而化學分析法使用的儀器簡單,對于大量和中等含量物質(zhì),測量準確度高。因此目前化學分析法仍較廣泛的應(yīng)用于科研和生產(chǎn)實踐中。化學分析法和儀器分析法各有其優(yōu)缺點也各有其局限性,兩者是相輔相成??梢哉f化學分析法是基礎(chǔ),儀器分析法是發(fā)展方向。
4.例行分析和仲裁分析
按生產(chǎn)要求不同,又可將分析工作分為銅行分析和仲裁分析兩類。
(1)例行分析 例行分析是指一般化驗室配合生產(chǎn)的日常分析,也稱常規(guī)分析。為控制生產(chǎn)正常進行需要迅速報出分析結(jié)果,這種例行分析稱為快速分析也稱為中控分析。
(2)仲裁分析 (也稱裁判分析) 在不同單位對分析結(jié)果有爭議時,要求有關(guān)單位用指定的方法進行準確的分析,以判斷原分析結(jié)果的可靠性。這種分析工作稱為仲裁分析。
四、容量分析法的要求和分類
容量分析法是根據(jù)化學反應(yīng)進行分析的方法。例如欲測定鹽酸的準確濃度,可準確量取定體積的鹽酸放于錐形瓶中,把裝在滴定管中的氫氧化鈉標準溶液逐滴加入到錐形瓶內(nèi),這種操作就稱為滴定。在滴定過程中瓶內(nèi)發(fā)生反應(yīng)。
此時稱反應(yīng)到達等當點。為判斷等當點的到達需要加入一種輔助試劑稱為指示劑,當指示劑顏色改變時,滴定到達終點。由此可見等當點和終點意義是不同的,前者是指理論終點,后者指的是實驗終點,二者經(jīng)常是不完全吻合的。因此產(chǎn)生誤差,這種誤差稱為滴定誤差。
在上述測定示例中,鹽酸的濃度可根據(jù)下式計算,其中只有NHcl為未知數(shù)。
容量分析法是以化學反應(yīng)為基礎(chǔ)的分析方法,但并非所有的化學反應(yīng)都能作為容量分析方法的基礎(chǔ),作為容量分析基礎(chǔ)的化學反應(yīng)必須滿足以下幾點:
①反應(yīng)要有確切的定量關(guān)系,即按-定的反應(yīng) 方程式進行,并且反應(yīng)進行得完全;
②反應(yīng)迅速完成,對速度慢的反應(yīng),有加快的措施;
③主反應(yīng)不受共存物質(zhì)的干擾?;蛴邢拇胧?
④有確定等當點的方法。
綜上所述可知進行容量分析,必須具備以下三個條件:
①要有準確稱量物質(zhì)重量的分析天平,和測量溶液體積的器皿;
②要有能進行滴定的標準溶液;
③要有準確確定等當點的指示劑。
有關(guān)各種指示劑的選擇已在第六章中介紹,有關(guān)分析天平的稱量技術(shù)已在第二章第五節(jié)中介紹,有關(guān)容量分析器皿的使用技術(shù)已在第三章第四節(jié)中介紹,有關(guān)標準溶液的配制放在第五章第六節(jié)和本章各種測定方法中介紹。