Analiza ilościowa

Analiza ilościowa – metody klasyczne

Powszechnie używanymi analizami klasycznymi są metoda wagowa oraz objętościowa. Ta pierwsza polega na określeniu masy interesującego nas składnika. Druga metoda natomiast, pozwala na oznaczenie składu na podstawie pomiaru objętości roztworów reagujących substancji o znanym i nieznanym stężeniu.

Analiza wagowa

Ważony składnik można z mieszaniny otrzymać dwojako – na drodze chemicznej poprzez wytrącenie osadu lub rozdział z wydzieleniem substancji lotnych, bądź na drodze fizycznej poprzez odwirowanie czy też suszenie. Masę oznaczanej substancji można otrzymać bezpośrednio lub pośrednio. Jeżeli nie otrzymujemy fizycznie interesującego nas związku, tylko składnik, który wydziela się w stosunku stechiometrycznym z badanym przez nas związkiem, również możemy obliczyć jego masę. W praktyce najczęściej wykorzystywane są metody strąceniowe, które pozwalają na bezpośrednie zważenie wysuszonego osadu badanego związku. Nie mniej jednak, konieczne jest spełnienie kilku wymagań w celu zastosowania tej metody. Używany osad powinien wykazywać się małą rozpuszczalnością, ściśle określonym składem chemicznym oraz odpowiednią strukturą. W przypadku zanieczyszczonych osadów konieczne jest ich oczyszczenie, co z kolei jest łatwiejsze w przypadku grubych kryształów. Przykłady oznaczeń wagowych:

1. Oznaczanie procentowej zawartości suchej masy, stosowane w analizie materiałów roślinnych i zwierzęcych, artykułów spożywczych oraz leków.
2. Oznaczanie wilgotności gleby.
3. Oznaczanie zawartości wody krystalicznej i ustalanie wzoru sumarycznego soli uwodnionej, na przykład dla FeSO₄7H₂O.
4. Oznaczanie żelaza w postaci osadu Fe₂O₃.
5. Oznaczanie straty masy po suszeniu suplementów diety.

Analiza objętościowa

Ten rodzaj metod opiera się na zależności objętości reagujących ze sobą substancji, z których jedno stężenie jest nam znane. Dzięki temu możemy w łatwy sposób obliczyć masę lub stężenie substancji oznaczanej. Ważnym jest, aby reakcje chemiczne, które wykorzystujemy, przebiegały szybko oraz ilościowo. Oznacza to, że nie powinno być żadnych reakcji pobocznych. Analizy objętościowe w praktyce sprowadzają się do czynności miareczkowania, a schemat zazwyczaj jest bardzo podobny. Do kolby stożkowej przenosi się dokładnie odmierzoną ilość substancji badanej a następnie z biurety stopniowo wprowadza się titrant, czyli roztwór miareczkujący o znanym stężeniu. Inne określenie titrantu to roztwór mianowany, gdyż znane jest jego dokładne miano (stężenie). Najważniejszym punktem każdego miareczkowania jest uchwycenie PK, czyli punktu końcowego miareczkowania. Zazwyczaj jest to możliwe dzięki dodatkowi odpowiedniego wskaźnika, który zmienia barwę w momencie zakończenia przebiegu reakcji. W przypadku miareczkowania potencjometrycznego jest to natomiast wyraźny skok potencjału. Ze względu na typ reakcji, która zachodzi w trakcie analizy, oznaczanie objętościowe można podzielić na cztery typy:

1. Alkacymetrię, która wykorzystuje reakcje zobojętniania, pozwala na ilościowe oznaczenie zasad z wykorzystaniem mianowanych roztworów kwasów lub na odwrót. Tą metodą można oznaczyć również zawartość soli, które hydrolizują i kolejno reagują z zasadami lub kwasami. Punkt końcowy miareczkowania rozpoznaje się z użyciem wskaźnika kwasowo-zasadowego, na przykład fenoloftaleiny, która zmienia kolor po dodaniu odpowiedniej ilości titrantu.
2. Redoksymetrię, w trakcie której dochodzi do reakcji utleniania i redukcji, można ją stosować na dwa sposoby. Metody oksydymetryczne stosuje się w celu oznaczenia substancji redukujących, natomiast w metodach reduktometrycznych oznacza się substancje utleniające. Obserwacja zmian potencjału jest możliwa zarówno przy pomocy barwnych wskaźników redoks, jak i potencjometrycznie. Skok potencjału w PK powinien odpowiadać zmianie zabarwienia wskaźnika. Często używanymi są na przykład ferroina i zieleń erio. Istnieją natomiast również wskaźniki specyficzne, takie jak skrobia w jodometrii czy manganian (VII) potasu w manganometrii.
3. Analizę strąceniową, polegającą na wytrącaniu trudno rozpuszczalnych osadów.
4. Kompleksometrię, która wykorzystuje reakcje tworzenia trwałych związków kompleksowych, rozpuszczalnych w wodzie. Są to kompleksy jonów metali z kompleksonem III (sól sodowa kwasu etyleno-diamino-tetraoctowego), inaczej znanym jako wersenian disodowy lub EDTA. Tym sposobem wykonuje się, między innymi oznaczanie całkowitej twardości wody.

Kolorymetria

Jest jedną z instrumentalnych metod optycznych, opierająca się na zjawisku pochłaniania promieniowania świetlnego przez roztwory barwnych substancji. Z wykorzystaniem spektrofotometru UV-Vis możemy odczytać absorbancję (A) danego roztworu, a znając zarówno grubość warstwy absorbującej (l), jak i molowy współczynnik absorpcji (ɛ), możemy obliczyć stężenie roztworu (c), zgodnie ze wzorem opisującym prawo Lamberta-Beera:

A = ɛ·c·l

Metoda chromatografii cienkowarstwowej (TLC)

Jest nie tylko metodą jakościową, umożliwiającą rozdział składników mieszaniny, ale również metodą ilościową. TLC to najprostszy typ technik chromatograficznych. Rozdział mieszaniny związków zachodzi na skutek oddziaływań substancji z fazą stacjonarną oraz ruchomą, w zależności od jej powinowactwa. Fazą stacjonarną są najczęściej płytki aluminiowe lub szklane z naniesionymi adsorbentami, takimi jak żel krzemionkowy lub tlenek glinu. Fazą ruchomą może być rozpuszczalnik lub mieszanina rozpuszczalników, której skład dostosowany jest do oznaczanych substancji. Wykonanie oznaczenia obejmuje naniesienie substancji badanej wraz z wzorcami na płytkę oraz rozwinięcie jej w fazie ruchomej do określonej wysokości. Czasami konieczne jest obejrzenie płytki w odpowiednim świetle – widzialnym lub nadfioletowym, bądź wywołanie jej odpowiednim spryskiwaczem oraz ogrzanie. Analiza ilościowa polega na porównaniu intensywności oraz wielkości otrzymanych plam analizowanej substancji oraz wzorca. Tą metodą oznacza się, na przykład naturalne pigmenty oraz pestycydy.

Chromatografia cieczowa oraz gazowa

Są to najbardziej precyzyjne techniki analizy ilościowej, pozwalające na dokładne określenie zawartości badanej substancji w próbce. W zależności od typu faza ruchoma jest cieczą lub gazem, natomiast faza stała to ciało stałe lub ciecz o właściwościach adsorpcyjnych, osadzone na nośniku. Analiza ilościowa opiera się na ocenie wysokości piku lub jego powierzchni. Obliczenia należy rozpocząć od ustalenia linii bazowej, a następnie zmierzenia powierzchni interesującego nas piku. Jest on bowiem proporcjonalny do ilości danego składnika w roztworze. Stosując roztwór wzorcowy jesteśmy w stanie dokładnie obliczyć zawartość substancji w analizowanej próbce.