Kvantitativní analýza

Kvantitativní analýza: klasické metody

Mezi běžně používané klasické analýzy patří gravimetrické a objemové metody. První z nich se spoléhá na stanovení hmotnosti složky, která je předmětem zájmu. Ten umožňuje stanovení složení na základě naměřeného objemu roztoků reagujících látek se známou a neznámou koncentrací.

Gravimetrická analýza

Složku, která má být vážena, lze ze směsi extrahovat dvěma způsoby: chemicky, vysrážením sedimentu nebo separací s vylučujícími těkavými látkami; nebo fyzikálně, centrifugací nebo sušením. Hmotnost testované látky může být získána přímo nebo nepřímo. Pokud fyzicky nezískáme sledovanou sloučeninu, ale složku, která se vylučuje ve stechiometrickém vztahu k testované sloučenině, můžeme také vypočítat její hmotnost. V praxi nejčastěji využíváme srážecí metody, které nám umožňují přímo vážit vysušený sediment zkoušené sloučeniny. Tato metoda však klade několik předpokladů. Aplikovaný sediment by měl vykazovat nízkou rozpustnost, stanovené chemické složení a vhodnou strukturu. Pokud je sediment kontaminován, musí se vyčistit, což je zase jednodušší, pokud jsou krystaly hrubé. Příklady gravimetrických testů:

1. Stanovení procenta obsahu sušiny, používané pro analýzu rostlinných a živočišných materiálů, potravinářských výrobků a léčiv.
2. Stanovení vlhkosti půdy.
3. Stanovení obsahu krystalické vody a stanovení molekulového vzorce hydrátu soli, například pro FeSO ₄ 7H ₂ O.
4. Stanovení železa ve formě Fe ₂ O ₃
5. Stanovení ztráty hmoty po sušení doplňků stravy.

Objemová analýza

Metody tohoto typu jsou založeny na vztahu mezi objemy interagujících látek, když známe koncentraci jedné z nich. Můžeme tak snadno vypočítat hmotnost nebo koncentraci testované látky. Je důležité, aby použité chemické reakce byly prováděny rychle a kvantitativně. To znamená, že by neměly být žádné sekundární reakce. Objemové analýzy v praxi vedou k titraci a jejich průběh je často velmi podobný. Do kónické baňky dáme přesně odměřené množství testované chemické látky a pak pomocí biuretu postupně zavádíme titrační činidlo, tedy titrační roztok o známé koncentraci. Dalším termínem pro titrační činidlo je standardní odměrný roztok, protože známe jeho přesný titr (koncentraci). Nejdůležitějším bodem každé titrace je zachytit její koncový bod, to je konečný bod titrace. To je obvykle možné přidáním vhodného indikátoru, který po ukončení reakce změní barvu. Pro potenciometrickou titraci je to reprezentováno jasnou, náhlou změnou potenciálu. Z hlediska typu reakce, ke které dochází během analýzy, lze volumetrické testy rozdělit do čtyř skupin:

1. Acidobazická titrace , která využívá neutralizační reakci a umožňuje kvantitativní stanovení zásad s použitím standardních odměrných roztoků kyselin nebo naopak. Tato metoda může být také použita pro stanovení obsahu solí , které hydrolyzují a reagují s bázemi nebo kyselinami jedna po druhé. Koncový bod titrace je rozpoznán pomocí acidobazického indikátoru, například fenolftaleinu, který změní svou barvu, jakmile se přidá vhodné množství titračního činidla.
2. Redoxymetrie , která zahrnuje reakce oxidace a redukce, může být použita dvěma způsoby. Oxydimetrické metody se používají ke stanovení redukujících látek, zatímco reduktometrické metody se používají ke stanovení oxidantů. Pozorování změn potenciálu je možné pomocí barevných redoxních indikátorů a také potenciometrií. Náhlá změna potenciálu v koncovém bodě by měla odpovídat změně barvy indikátoru. Mezi běžně používané indikátory patří ferroin a erio green. Existují také specifické ukazatele, jako je škrob v jodimetrii nebo manganan draselný (VII) v manganometrii.
3. Srážkový rozbor , který spočívá ve vysrážení těžko rozpustných sedimentů.
4. Komplexometrie , která využívá reakcí tvořících trvanlivé komplexní sloučeniny, které jsou rozpustné ve vodě. Jedná se o komplexy kovových iontů s komplexonem III (sodná sůl kyseliny ethylendiamintetraoctové), nazývané také versenát disodný nebo EDTA. Tato metoda se používá například pro stanovení celkové tvrdosti vody.

Kolorimetrie

Jedná se o jednu z instrumentálních optických metod, která spoléhá na absorpci viditelného záření roztoky barevných látek. Pomocí UV-Vis spektrofotometru můžeme odečíst absorbanci (A) konkrétního roztoku, a pokud známe jak tloušťku absorbující vrstvy (I), tak molární koeficient absorbance (ɛ), můžeme vypočítat koncentrace roztoku (c) na základě vzorce popisujícího Lambert-Beerův zákon: A = ɛ·c·l

Chromatografie na tenké vrstvě (TLC)

Není to pouze kvalitativní metoda, která umožňuje separovat složky směsi, ale také metoda kvantitativní. TLC je nejjednodušší typ chromatografické techniky. Separace směsi sloučenin je způsobena interakcemi látky se stacionární a mobilní fází v závislosti na její afinitě. Stacionární fáze je nejčastěji tvořena hliníkovými nebo skleněnými deskami pokrytými adsorbenty, jako je silikagel nebo oxid hlinitý. Mobilní fáze může být tvořena rozpouštědlem nebo směsí rozpouštědel, jejichž složení je vhodné pro testované látky. Postup testu zahrnuje aplikaci testované látky spolu s referenčními standardy na destičku a její prodloužení v mobilní fázi až do specifické výšky. Někdy je třeba desku pozorovat ve vhodném (viditelném nebo ultrafialovém) světle, nebo přivolat vhodným sprejem a poté zahřát. Kvantitativní analýza spočívá v porovnání intenzity a velikosti výsledných skvrn analyzované látky a referenčního standardu. Tato metoda se používá například pro testování přírodních pigmentů a pesticidů.

Kapalinová a plynová chromatografie

Jedná se o nejpřesnější techniky kvantitativní analýzy, které nám umožňují přesně stanovit obsah testované látky ve vzorku. V závislosti na typu je mobilní fáze kapalina nebo plyn, zatímco pevná fáze je pevné těleso nebo kapalina s adsorpčními vlastnostmi, umístěné na pevném nosiči. Kvantitativní analýza je založena na posouzení výšky nebo plochy píku. Výpočet by měl začít určením základní linie a poté bychom měli změřit plochu dotyčného píku. Je úměrná množství složky v roztoku. Aplikací standardního roztoku můžeme přesně vypočítat obsah látky v analyzovaném vzorku.