Kvantitatívna analýza

Kvantitatívna analýza: klasické metódy

Bežne používané klasické analýzy zahŕňajú gravimetrické a objemové metódy. Prvý sa spolieha na určenie hmotnosti zložky, ktorá je predmetom záujmu. Ten umožňuje testovanie zloženia na základe nameraného objemu roztokov reagujúcich látok so známou a neznámou koncentráciou.

Gravimetrická analýza

Zložku, ktorá sa má odvážiť, možno zo zmesi extrahovať dvoma spôsobmi: chemicky, zrážaním sedimentu alebo separáciou s vylučujúcimi prchavými látkami; alebo fyzikálne odstredením alebo sušením. Hmotnosť testovanej látky sa môže získať priamo alebo nepriamo. Ak fyzicky nezískame požadovanú zlúčeninu, ale zložku, ktorá sa vylučuje v stechiometrickom vzťahu k testovanej zlúčenine, môžeme tiež vypočítať jej hmotnosť. V praxi najčastejšie využívame precipitačné metódy, ktoré nám umožňujú priamo odvážiť vysušený sediment skúmanej zlúčeniny. Táto metóda však vyžaduje niekoľko podmienok. Aplikovaný sediment by mal vykazovať nízku rozpustnosť, špecifikované chemické zloženie a vhodnú štruktúru. Ak je sediment kontaminovaný, musí sa vyčistiť, čo je zase jednoduchšie, ak sú kryštály hrubé. Príklady gravimetrických testov:

1. Stanovenie percenta obsahu sušiny, používané na analýzu rastlinných a živočíšnych materiálov, potravinárskych výrobkov a liečiv.
2. Stanovenie vlhkosti pôdy.
3. Stanovenie obsahu kryštalickej vody a stanovenie molekulového vzorca hydrátu soli, napríklad pre FeSO ₄ 7H ₂ O.
4. Stanovenie železa vo forme Fe ₂ O ₃
5. Stanovenie úbytku hmotnosti po vysušení potravinových doplnkov.

Objemová analýza

Metódy tohto typu sú založené na vzťahu medzi objemami interagujúcich látok, keď poznáme koncentráciu jednej z nich. Takto môžeme ľahko vypočítať hmotnosť alebo koncentráciu testovanej látky. Je dôležité, aby použité chemické reakcie prebiehali rýchlo a kvantitatívne. To znamená, že by nemali existovať žiadne sekundárne reakcie. Objemové analýzy v praxi vedú k titrácii a ich vzor je často veľmi podobný. Presne odmerané množstvo testovanej chemickej látky dáme do Erlenmeyerovej banky a potom pomocou biuretu postupne zavádzame titračnú látku, teda titračný roztok so známou koncentráciou. Iný výraz pre titračný roztok je štandardný odmerný roztok, keďže poznáme jeho presný titer (koncentráciu). Najdôležitejším bodom každej titrácie je zachytiť jej koncový bod, čiže konečný bod titrácie. To je zvyčajne možné pridaním vhodného indikátora, ktorý po ukončení reakcie zmení svoju farbu. Pre potenciometrickú titráciu je to reprezentované jasnou náhlou zmenou potenciálu. Z hľadiska typu reakcie, ktorá sa vyskytuje počas analýzy, možno objemové testy rozdeliť do štyroch skupín:

1. Acidobázická titrácia , ktorá využíva neutralizačnú reakciu a umožňuje kvantitatívne stanovenie zásad s použitím štandardných odmerných roztokov kyselín alebo naopak. Táto metóda sa môže použiť aj na stanovenie obsahu solí , ktoré hydrolyzujú a reagujú so zásadami alebo kyselinami jedna po druhej. Koncový bod titrácie sa rozpozná pomocou acidobázického indikátora, napríklad fenolftaleínu, ktorý po pridaní vhodného množstva titračného činidla zmení svoju farbu.
2. Redoxymetria , ktorá zahŕňa reakcie oxidácie a redukcie, môže byť použitá dvoma spôsobmi. Oxydimetrické metódy sa používajú na testovanie redukujúcich látok, zatiaľ čo reduktometrické metódy sa používajú na testovanie oxidantov. Pozorovanie zmien potenciálu je možné pomocou farebných redoxných indikátorov a tiež potenciometriou. Náhla zmena potenciálu v koncovom bode by mala zodpovedať zmene farby indikátora. Medzi bežne používané indikátory patrí ferroin a erio green. Existujú aj špecifické ukazovatele, ako je škrob v jodimetrii alebo manganistan draselný (VII) v manganometrii.
3. Rozbor zrážok , ktorý spočíva v vyzrážaní ťažko rozpustných sedimentov.
4. Komplexometria , ktorá využíva reakcie tvoriace trvanlivé komplexné zlúčeniny, ktoré sú rozpustné vo vode. Ide o komplexy kovových iónov s komplexónom III (sodná soľ kyseliny etyléndiamíntetraoctovej), tiež nazývaným versenát disodný alebo EDTA. Táto metóda sa používa napríklad na stanovenie celkovej tvrdosti vody.

Kolorimetria

Ide o jednu z inštrumentálnych optických metód, ktorá sa opiera o absorpciu viditeľného žiarenia roztokmi farebných látok. Pomocou UV-Vis spektrofotometra môžeme odčítať absorbanciu (A) konkrétneho roztoku a ak poznáme hrúbku absorbujúcej vrstvy (I) aj molárny koeficient absorbancie (ɛ), môžeme vypočítať koncentrácia roztoku (c) na základe vzorca opisujúceho Lambertov-Beerov zákon: A = ɛ·c·l

Chromatografia na tenkej vrstve (TLC)

Nie je to len kvalitatívna metóda, ktorá umožňuje separovať zložky zmesi, ale aj kvantitatívna metóda. TLC je najjednoduchší typ chromatografickej techniky. Separácia zmesi zlúčenín je spôsobená interakciami látky so stacionárnou a mobilnou fázou v závislosti od jej afinity. Stacionárna fáza je najčastejšie tvorená hliníkovými alebo sklenenými platňami pokrytými adsorbentmi, ako je silikagél alebo oxid hlinitý. Mobilná fáza môže byť tvorená rozpúšťadlom alebo zmesou rozpúšťadiel, ktorých zloženie je vhodné pre testované látky. Postup testu zahŕňa nanesenie testovanej látky spolu s referenčnými štandardmi na platňu a jej predĺženie v mobilnej fáze do určitej výšky. Niekedy je potrebné platňu pozorovať pri vhodnom (viditeľnom alebo ultrafialovom) svetle, prípadne vyvolať vhodným sprejom a následne zahriať. Kvantitatívna analýza spočíva v porovnaní intenzity a veľkosti výsledných škvŕn analyzovanej látky a referenčného štandardu. Táto metóda sa používa napríklad na testovanie prírodných pigmentov a pesticídov.

Kvapalinová a plynová chromatografia

Ide o najpresnejšie techniky kvantitatívnej analýzy, ktoré nám umožňujú presne určiť obsah testovanej látky vo vzorke. V závislosti od typu je mobilnou fázou kvapalina alebo plyn, zatiaľ čo tuhá fáza je pevné teleso alebo kvapalina s adsorpčnými vlastnosťami, umiestnená na pevnom podklade. Kvantitatívna analýza je založená na hodnotení výšky alebo plochy píku. Výpočet by sa mal začať stanovením základnej línie a potom by sme mali zmerať plochu príslušného píku. Je úmerná množstvu zložky v roztoku. Aplikáciou štandardného roztoku vieme presne vypočítať obsah látky v analyzovanej vzorke.