Kwantitatieve analyse

Kwantitatieve analyse: klassieke methoden

Tot de algemeen toegepaste klassieke analyses behoren de gravimetrische en de volumetrische methoden. De eerste is afhankelijk van het bepalen van de massa van het betreffende ingrediënt. Dit laatste maakt het mogelijk de samenstelling te bepalen op basis van het gemeten volume van de oplossingen van reagerende stoffen met een bekende en een onbekende concentratie.

Gravimetrische analyse

Het te wegen ingrediënt kan op twee manieren uit het mengsel worden gehaald: chemisch, door bezinkselprecipitatie of door scheiding met afscheidende vluchtige stoffen; of fysisch, door centrifugeren of drogen. De massa van de geteste stof kan direct of indirect worden verkregen. Als we de betreffende stof niet fysiek verkrijgen, maar een ingrediënt dat in een stechiometrische verhouding tot de geteste stof wordt uitgescheiden, kunnen we ook de massa ervan berekenen. In de praktijk gebruiken we meestal precipitatiemethoden, waarmee we het gedroogde sediment van de geteste verbinding direct kunnen wegen. Deze werkwijze stelt echter enkele randvoorwaarden. Het aangebrachte sediment moet een lage oplosbaarheid, een gespecificeerde chemische samenstelling en een geschikte structuur vertonen. Als het sediment verontreinigd is, moet het worden gezuiverd, wat weer gemakkelijker gaat als de kristallen grof zijn. Voorbeelden van gravimetrische assays:

1. Het testen van het percentage droge stof, gebruikt voor het analyseren van plantaardig en dierlijk materiaal, voedingsproducten en medicijnen.
2. Bodemvocht bepalen.
3. Het bepalen van het gehalte aan kristallijn water en het bepalen van de molecuulformule van zouthydraat, bijvoorbeeld voor FeSO ₄ 7H ₂ O.
4. Analyse van ijzer in de vorm van Fe ₂ O ₃
5. Bepaling van massaverlies na het drogen van voedingssupplementen.

Volumetrische analyse

De methoden van dit type zijn gebaseerd op de relatie tussen de volumes van op elkaar inwerkende stoffen wanneer we de concentratie van een van hen kennen. Zo kunnen we eenvoudig de massa of concentratie van de geteste stof berekenen. Het is belangrijk dat de toegepaste chemische reacties snel en kwantitatief worden uitgevoerd. Dit betekent dat er geen secundaire reacties mogen optreden. Volumetrische analyses komen in de praktijk neer op titratie en hun patroon lijkt vaak sterk op elkaar. We doen een nauwkeurig afgemeten hoeveelheid van de geteste chemische stof in een erlenmeyer en vervolgens gebruiken we een biureet om geleidelijk de titrant in te brengen, dat wil zeggen een titratieoplossing met een bekende concentratie. Een andere term voor titrant is standaard volumetrische oplossing, omdat we de exacte titer (concentratie) kennen. Het belangrijkste punt van elke titratie is het eindpunt, dat is het laatste punt van de titratie. Dit is meestal mogelijk door een geschikte indicator toe te voegen, die van kleur verandert wanneer de reactie voorbij is. Voor potentiometrische titratie wordt dit weergegeven door een duidelijke, plotselinge potentiaalverandering. In termen van het type reactie dat optreedt tijdens analyse, kunnen volumetrische assays worden onderverdeeld in vier groepen:

1. Zuur-base titratie , die de neutralisatiereactie gebruikt en de kwantitatieve analyse van basen mogelijk maakt met behulp van standaard volumetrische oplossingen van zuren of vice versa. Deze methode kan ook worden gebruikt om het gehalte aan zouten te bepalen, die één voor één hydrolyseren en reageren met basen of zuren. Het eindpunt van de titratie wordt herkend met behulp van een zuur-base-indicator, bijvoorbeeld fenolftaleïne, die van kleur verandert zodra een geschikte hoeveelheid titrant is toegevoegd.
2. Redoxymetrie , waarbij de reacties van oxidatie en reductie betrokken zijn, kan op twee manieren worden gebruikt. Oxydimetrische methoden worden gebruikt om reducerende stoffen te testen, terwijl reductometrische methoden worden toegepast voor het testen van oxidanten. De waarneming van potentiaalveranderingen is mogelijk met behulp van gekleurde redox-indicatoren en ook met potentiometrie. De plotselinge verandering in potentiaal op het eindpunt moet overeenkomen met de verandering in de kleur van de indicator. Veelgebruikte indicatoren zijn onder meer ferroïne en eriogroen. Er zijn ook specifieke indicatoren, zoals zetmeel in jodimetrie of kaliummanganaat (VII) in mangometrie.
3. Neerslaganalyse , die bestaat uit het neerslaan van slecht oplosbare sedimenten.
4. Complexometrie , waarbij de reacties worden gebruikt die duurzame complexe verbindingen vormen die oplosbaar zijn in water. Dit zijn metaalioncomplexen met complexon III (ethyleendiaminetetra-azijnzuur-natriumzout), ook wel dinatriumversaat of EDTA genoemd. Deze methode wordt bijvoorbeeld toegepast om de totale waterhardheid te bepalen.

Colorimetrie

Dit is een van de instrumentele optische methoden die berust op de absorptie van zichtbare straling door de oplossingen van gekleurde stoffen. Met behulp van de UV-Vis-spectrofotometer kunnen we de absorptie (A) van een bepaalde oplossing uitlezen, en als we zowel de dikte van de absorberende laag (I) als de molaire absorptiecoëfficiënt (ɛ) kennen, kunnen we de oplossingsconcentratie (c) gebaseerd op de formule die de wet van Lambert-Beer beschrijft: A = ɛ·c·l

Dunnelaagchromatografie (TLC)

Het is niet alleen een kwalitatieve methode die het mogelijk maakt ingrediënten van een mengsel te scheiden, maar ook een kwantitatieve methode. TLC is het eenvoudigste type chromatografische technieken. De scheiding van een mengsel van verbindingen wordt veroorzaakt door interacties van de stof met de stationaire en mobiele fasen, afhankelijk van de affiniteit ervan. De stationaire fase wordt meestal gevormd door aluminium- of glasplaten bedekt met adsorbentia zoals silicagel of aluminiumoxide. De mobiele fase kan worden gevormd door een oplosmiddel of een mengsel van oplosmiddelen, waarvan de samenstelling geschikt is voor de geteste stoffen. De testprocedure omvat het aanbrengen van de geteste stof samen met referentiestandaarden op een plaat en deze in de mobiele fase uitbreiden tot een bepaalde hoogte. Soms moet de plaat in geschikt (zichtbaar of ultraviolet) licht worden geobserveerd, of met een geschikte spray worden aangestraald en vervolgens worden verwarmd. Kwantitatieve analyse bestaat uit het vergelijken van de intensiteit en grootte van de resulterende vlekken van de geanalyseerde stof en van de referentiestandaard. Deze methode wordt bijvoorbeeld gebruikt om natuurlijke pigmenten en pesticiden te testen.

Vloeistof- en gaschromatografie

Dit zijn de meest nauwkeurige technieken van kwantitatieve analyse, waarmee we nauwkeurig de inhoud van de geteste stof in het monster kunnen bepalen. Afhankelijk van het type is de mobiele fase een vloeistof of een gas, terwijl de vaste fase een vast lichaam of een vloeistof is met adsorberende eigenschappen, geplaatst op een vaste drager. Kwantitatieve analyse is gebaseerd op het beoordelen van de piekhoogte of -oppervlak. De berekening moet beginnen met het bepalen van de basislijn en vervolgens moeten we het gebied van de piek in kwestie meten. Het is evenredig met de hoeveelheid van het ingrediënt in de oplossing. Door een standaardoplossing toe te passen, kunnen we nauwkeurig het gehalte van een stof in het geanalyseerde monster berekenen.