203 бірігу (қосынды). Интенсивті қасиеттер олар бір-біріне қосылып жинақталмайды, олар теңеседі немесе орташаланады. Интенсивті қасиеттерге – температура, қысым, потенциал, спектр сызықтарының жиілігі жатады. Экстенсивті қасиеттерге – масса, көлем, ток күші, спектральды сызықтар қанықтығы жатады. Осылайша сапалық анализ интенсивті қасиеттерге, ал сандық анализ экстенсивті қасиеттерге негізделетінін көруге болады. Аналитикалық сигнал өз табиғаты бойынша спецификалық, яғни тек белгілі бір атомға, не болмаса молекулаға немесе басқа бөлшектерге ғана тән болады. Бірақ практикада әртүрлі заттардың аналитикалық сигналдары бір-біріне өте жақын орналасқан болады, сондықтан оларды бөліп ажырату қиынға соғады. Сонымен қатар белгілі бір заттың аналитикалық сигналына еріткіштің, басқа да реагенттердің аналитикалық сигналдары қабаттасады. Сондықтан нағыз шын сигналға жақынырақ сигнал алу үшін әртүрлі тәсілдер қолданады. Мысалы, алдын ала бөлу әдістерін қолдану. Әрине кедергі келтіретін қоспалардан толық арылу мүмкін емес. Сондықтан кедергі келтіретін сигналдарды ескеру үшін бос сынама алынады. Бос сынамада барлық компоненттер болады, тек анықталатын компонент қана болмайды. Бос сынама анализдің барлық стадиялары арқылы өткізіледі, бос сынамадан алынған сигналды жалпы сигналдан шегеріп тастайды. Алайда практикада идеалды бос сынама алу мүмкін емес. Оған еріткіш пен қосылатын реагенттердің сигналдары өз әсерін тигізеді. Физика-химиялық әдістерде аналитикалық сигнал сыртқы валенттік электрондардың қатысуымен пайда болады. Бұл аналитикалық сигнал заттың табиғаты және концентрациясымен байланысты болады. Мысалы, тотығу-тотықсыздану потенциалы концентрациямен Нернст теңдігі, ал жұтылған жарықтың мөлшері Бугер-Ламберт-Бер заңы арқылы байланысты. Сигнал заттың энергияның әр түрімен (электр энергиясы, электромагниттік сәуле және т.б.) әрекеттесуі нәтижесінде пайда болады. Физика-химиялық әдісте ерітіндідегі сигнал заттың
204 энергиямен әрекеттесуі нәтижесінде пайда болады. Сондықтан бұндай жүйелерді тек таза аналитикалық мақсатта ғана емес, сонымен қатар химиялық процестерді зерттеуде, ерітіндіде өтетін химиялық тепе-теңдіктерді зерттеуде қолдануға болады. Физикалық әдістердің ерекшелігі бұларда аналитикалық сигнал ішкі электрондардың немесе атом ядроларының қатсуымен пайда болады. Анализдің жүргізілуі көп жағдайда заттардың агрегаттық күйіне байланыссыз болады. Физикалық анализ әдістері мен физика-химиялық анализ әдістерінің арасына дәл шекара қойылмайды. Оларды біріктіріп инструментальды (құралдық) әдістер деп те атайды. Инструментальды әдістердің өзіндік ерекшеліктері бар: 1) құрылғы шкаласын эталондар немесе стандартты үлгілер арқылы калибровка жасау; 2) міндетті түрде бос сынама қолдану. Өйткені бұл әдісте заттың өте аз мөлшері анықталады, сондықтан қоспаның әсерін ескеру және шудан тазарту қажет. Физика-химиялық әдістерге: электрохимиялық, спектральды (оптикалық), экстракция және хроматографиялық әдістер жатады. ФОТОМЕТРЛЕУ Фотометрлеу физикалық-химиялық талдау әдістерінің жеке бір түріне жатады. Фотометрлеу заттың жарық сіңіруі оның химиялық құрамына тәуелділігіне негізделген. Фотометрлік талдау әдісі колориметрлік, фотоэлектрколориметрлік және спектрфотометрлік болып бөлінеді. Жарықтың сіңірілуі оптикалық тығыздықтықтың А (адсорбциялану) шамасымен өрнектеледі. A = lg Io / I мұнда: Io – түскен жарықтың қарқындылығы; I – ерітінді арқылы өткен жарықтың қарқындылығы. Ерітіндінің оптикалық тығыздығының боянды компоненттің концентрациясы мен ерітінді қабатының қалдығына тәуелділігі
205 – жарық сіңірудің негізгі заңы (Бугер-Ламберт-Бер заңы) болып табылады: A = ε· c· l мұнда: ε – жарық сіңірудің молярлық коэффициенті (с = 1 моль/л және l = 1 см болғанда, ε = А) с – боянды компоненттің концентрациясы, моль/л l – ерітінді қабатының қалыңдығы, см. Оптикалық тығыздықты өлшегенде «нөлдік» және боянды ерітінділер арқылы өткен жарық ағындарының қарқындылығын салыстырады. «Нөлдік» ерітіндіге, анықтайтан компоненттен басқа, стандартты және зерттелетін ерітінділердің құрамындағы барлық компоненттер кіреді. Фотоэлектрколориметрлеуде жарық сіңіру дәрежесін (бояуының қарқындылығын) фотоэлектрколориметр (ФЭК) аспабы арқылы анықтайды. ФЭК атқаратын қызметі, сыналатын заттың боянды ерітіндісі арқылы өткен жарық ағынының фотоэлементке түскенде онда пайда болған электр тоғын микроамперметрмен өлшеу болып табылады. ФЭК-тің құрылысы мен онымен жұмыс істеу ережесі тиісті әдебиетте берілген. Өзін-өзі тексеру сұрақтары: 1. Фотометрлік талдау әдісінің мәні неде? 2. Оптикалық тығыздық деген не және ол неге тәуелді? 3. Салыстыру, стандартты, нөлдік және зерттелінетін ерітінділер деген не? 4. Градуирленген графикті қалай тұрғызады және оның қандай маңызы бар? 5. КФК-2 фотоэлектрколориметрде талдау жүргізу әдістемесін айтып бер.
206 29-зертханалық жұмыс ФОТОЭЛЕКТРКОЛОРИМЕТР КӨМЕГІМЕН ЕРІТІНДЕГІ МЫС МӨЛШЕРІН АНЫҚТАУ Жұмыстың мақсаты: КФК-2 фотоэлектрколориметрдің құрылысымен танысу және градуирленген график әдісі бойынша заттың белгісіз концентрациясын анықтау. Керектi құралдар мен реактивтер: 1 миллилитрінде 1 мг Cu2+ бар мыс тұзының стандартты ерітіндісі (3,9270 г CuSO4·5H2O тұзын толығымен сыйымдылығы 1000 мл өлшеуіш колбаға салады, суда ерітеді, үстіне 5 мл концентрлі күкірт қышқылын құяды, ерітіндінің көлемін белгіге дейін дистилденген сумен жеткізеді). NH4OH (1:3) ерітіндісі, фотоэлектрколориметр КФК-2, 50 мл-лік өлшеуіш колбалар, 25, 10, 5 мл өлшегіш тамшуырлар. Әдіс Cu2+ ионы аммиакпен қою көк түсті комплексті ион [Cu(NH3)4] 2+ түзуіне негізделген. СuSО4 + 4 NН4ОН = [Сu(NН3)4]SО4 + 4 Н2О Cu2+ + 4 NH4OH = [Cu(NH3)4] 2+ + 4 H2O Комплексті ионның түсінің қарқындылығы ерітіндідегі мыстың концентрациясына тура тәуелділікте болады. Анықтауды мына сызба нұсқа бойынша жүргізеді: 1. Стандартты ерітінділер сериясын дайындайды. 2. Астаушыларды (кюветаларды) мен жарық сүзгіштерін таңдап алады. 3. Стандартты ерітінділердің оптикалық тығыздығын өлшейді. 4. Градуирленген (калибрлік) графикті тұрғызады. 5. Сыналатын ерітіндіні дайындайды. 6. Сыналатын ерітіндінің оптикалық тығыздығын өлшейді. 7. Сыналатын ерітіндегі мыстың мөлшерін калибрлік график бойынша табады. Калибрлеу графигін тұрғызу үшін стандартты ерітінділерді дайындайды. Сыйымдылығы 50 мл бес өлшеуіш колбаға тамшуырмен 5, 10, 15, 20, 25 мл мыс тұзының стандартты
207 ерітіндісін құяды. Әрқайсысына 10 мл сұйылтылған (1:3) NH4OH ерітіндісін құяды және ерітіндінің көлемін белгіге дейін дистилденген сумен жеткізеді. Колбаны тығынмен жабады және ішіндегісін мұқият араластырады. Фотоэлектрколориметрде концентрациясы төмен ерітіндіден бастап, әрбір ерітіндінің оптикалық тығыздығын 2-3 қайтара өлшейді, орташа арифметикалық мәнін табады. Өлшеулер нәтижелерін кестеге енгізеді: № VCu 2+, мл CCu 2 , мг/мл Ерітіндінің оптикалық тығыздығы 1 5,0 0,1 2 10,0 0,2 3 15,0 0,3 4 20,0 0,4 5 25,0 0,5 Х Миллиметрлік қағазда A – C(Cu 2+) координаталары бойынша калибровкалық график тұрғызады. Зерттелетін ерітіндідегі мыс мөлшерін анықтау жолы: 1. Оқытушыдан құрамында мыстың мөлшері белгісіз ерітіндіні колбада алады. 2. Колбаға ерітінді лайланғанша NH4OH сұйылтылған (1:3) ерітіндісін тамызады, содан соң одан тағы да 10 мл қосады және ерітіндінің көлемін белгіге дейін дистилденген сумен жеткізеді. 3. Ерітіндіні мұқият араластырады және оның оптикалық тығыздығын калибрлік график тұрғызу үшін ерітінділерді колориметрлеу кезіндегідей шарттарда өлшейді. 4. Оптикалық тығыздықтың шамасын біле отырып, калибрлік график бойынша Cu2+ ионының концентрациясын 1 мл ерітіндіге миллиграммен табады. Оны талданатын ерітіндінің жалпы көлеміне (50 мл) көбейтіп, мыстың жалпы мөлшерін есептейді.
208 ХРОМАТОГРАФТАУ Хроматографтау – қозғалмайтын сорбент бойымен қозғалмалы фаза ағынында зат жылжығанда, оның сорбция және десорбция акттарының бірнеше рет қайталануына негізделген талдау әдісі. Хроматографтық әдістер фазаның адсорбциялық, таратылымдылық, ион алмастырғыш және тұнбаға түсіру болып бөлінеді. Өзін-өзі тексеру сұрақтары: 1. Адсорбция деген не? 2. Сұйықтық-газ, қатты дене-газ, қатты дене-ерітінді шекаралық бетіндегі адсорбция. Гиббс, Ленгмюр және Фрейндлих адсорбция изотермалары. 3. Ион алмастырғыш адсорбциясының мәні неде? 4. Тұнбаға түсіру әдісімен заттың сандық мөлшерін анықтаудың мәні неде? 30-зертханалық жұмыс ҚАҒАЗДА ТҰНБАҒА ТҮСІРУ ХРОМАТОГРАФТАУ ӘДІСІМЕН НИКЕЛЬДІ САНДЫҚ АНЫҚТАУ Жұмыстың мақсаты: Тұнбаға түсіру хроматографтау әдісімен танысу. Керектi құралдар мен реактивтер: Хроматографтық қағаз, капилляр; көлемі 500 мл стақан; Петри табақшасы; Ni2+ концентрациясы 0,1 мг/мл, никель тұзының стандартты ерітіндісі; 12% глицерин ерітіндісі; диметилглиоксим ерітіндісі. Тұнбаға түсіру хроматографтық әдісі арнайы сортты хроматографтық қағаздың талдайтын затты адсорбциялау қабілетіне негізделген. Ол үшін алдын-ала тиісті тұнбаға түсіргішпен сіңірілген, хроматографтық қағаз жолағына зерттелетін ерітіндінің белгілі бір көлемін тамызады. Жолақта еріген зат боялған дақ түзеді. Арнайы таңдап алынған айқындағыш (қандай да бір еріткіш) көмегімен дақтың бейнесін
209 шығарып, сол арқылы заттың қаншалықты тұнбаға түскенін табады. Еріткіш қағаз бойымен көтерілгенде, таза тұнбаға түсіргішпен беттесу аумағына, өзімен бірге тұнбаға түспеген заттың артық мөлшерін алып жүреді. Қозғалып бара жатқан айқындағыштың артынан боялған шың пайда болады, оның биіктігі анықтайтын заттың концентрациясына тәуелді. Стандартты және зерттелетін ерітінділер үшін алынған шыңдар биіктіктерін салыстыру арқылы затқа сандық талдау жүргізіледі. Хроматографтық талдау әдісі көмірсулардың, амин қышқылдарының, хлорофилдің және т.б. заттардың биологиялық зерттеулерінде кеңінен қолданылады. Талдау жүргізу жолы: 1. Диметилглиоксиммен сіңірілген хроматографтық қағаз жолағына үш белгіленген нүктелерге капилляр көмегімен құрамында 100, 300 және 600 мкг/мл Ni2+ бар никель тұзының стандартты ерітінділерін тамызады. Әрбір келесі ерітінді алар алдында капиллярды сол ерітіндімен бірнеше рет жуып отыру керек. 2. Басқа хроматографтық қағаздың жолағына сол капиллярмен үш нүктеге есептің зерттелетін ерітіндісін тамызады. Екі жолақты да аспаға бекітеді және оларды 12% глицерин ерітіндісі құйылған стақанға қағаздың төменгі шеті еріткішке тигенше түсіреді. Стақанды Петри табақшасымен жабады және хроматограмма айқындалуы үшін 15-20 минутқа қалдырады. Боялған шекарасының жылжуы тоқталғанда хроматограмманың айқындалуы аяқталды деп есептелінеді. 3. Қағазды кептіреді және шыңдардың центрден төбесіне дейінгі биіктігін өлшейді. 4. Алынған нәтижелерді кестеге енгізеді: № VNi 2+ , мкг/мл hшың, мм 1 2 3
210 4 5 Х 5. Алынған мәндер негізінде «шыңның биіктігі, мм – Ni2+ концентрациясы, мкг/мл» координатасы бойынша градуирленген график тұрғызады. 6. Градуирленген түзу арқылы берілген есеп ерітіндісіндегі Ni2+ концентрациясын анықтайды. Ол үшін графиктің ордината осіне зерттелініп отырған есеп ерітіндісі үшін табылған шыңдардың орташа биіктігін белгілейді. Осы нүктеден абцисса осіне параллель градуирленген түзумен қиылысқанша сызық жүргізеді. Қиылысқан нүктеден абцисса осіне перпендикуляр түсіріп, ерітіндідегі Ni2+ белгісіз концентрациясын табады. 7. Оқытушыдан есептің жауабын тексереді және анықтаудың салыстырмалы қатесін (∆Xc, %) мына формула бойынша есептейді: ∆Xc = (mтеор.- mтдж)·100% / mтеор.
211 ӘДЕБИЕТ ТІЗІМІ 1. Цитович И.К. Курс аналитической химии. – М.: Высшая школа, 2010. 2. Шоқыбаев Ж.Ә. Анорганикалық және аналитикалық химия. – Алматы, 2002. – 288 б. 3. Сағадиева К.Ж., Бадавамова Г.Л. Аналитикалық химияның теориялық негіздері. Алматы: Қазақ университеті, 2004. - 213 б. 4. Өтелбаев Б.Т. Химия-3. Шымкент: М. Әуезов атындағы Оңтүстік Қазақстан мемлекеттік университеті, 2000. - 404 б. 5. Маденова П.С. Аналитикалық химияның қысқаша курсы. – Алматы, 2001. -70 б. 6. Оскомова Л.А., Маденова П.С. Аналитикалық химия. Лабораториялық жұмыстарды жүргізуге арналған әдістемелік құрал. – Алматы, 2002. - 55 б. 7. Васильев В.П. Аналитическая химия. Титриметрические и гравиметрические методы анализа. М.: Дрофа, 2004. -368 с. 8. Молдакалыкова А.Ж. Аналитикалық химия сапалық анализ бөлімі бойынша лабораториялық жұмыстар. - Оқу құралы. Алматы, - 2008. -192 бет.
212 МАЗМҰНЫ 1. Пәнге түсініктеме...........................................................................3 2. Аналитикалық химия зертханасында жұмыс істеу тәртібі және қауіпсіздік техникасын сақтау ережесі......................5 3. Аналитикалық химия пәніне кіріспе............................................8 4. Зат мөлшерінің өлшем бірліктері және концентрацияны өрнектеу жолдары............................................................................23 5. Сапалық талдау............................................................................34 6. Катиондардың сапалық реакциялары........................................35 7. Аниондардың сапалық реакциялары.......................................103 8. Гравиметриялық талдау............................................................135 9. Титриметриялық талдау............................................................148 10. Бейтараптау әдісі......................................................................161 11. Тотығу-тотықсыздану титрлеу әдістері. Перманганатометрлеу...................................................................174 12. Иодметрлеу...............................................................................182 13. Комплексонметрлеу. Трилонметрлеу....................................188 14. Тұндырып титрлеу әдісі..........................................................196 15. Физика-химиялық талдау әдістері..........................................199 16. Фотометрлеу.............................................................................201 17. Хроматографтау.......................................................................205 18. Әдебиеттер тізімі......................................................................208