SlideShare a Scribd company logo
1 of 40
Green
   Analytical
  Methods               Специалност: Медицинска Биология
Academic Centre         Образователна степен: Бакалавър
Ф Н И ДO 02-70 /2008
                        Учебен план: І курс; ІІ семестър



                             Аналитична химия с
                           инструментални методи
                       хорариум: 45 ч лекции, 30 ч упражнения,
                                   5 ECTS кредита


                 ПУ”П. Хилендарски”, Катедра Аналитична химия, Доц. д-р В. Стефанова
КОМПЕТЕНЦИИ:

    Успешно завършилите обучението по тази дисциплина:
                            1. ЩЕ ЗНАЯТ:

       Как да осъществяват въздействие върху равновесни системи до
       постигане на желаното крайно състояние
       Принципите, възможностите и ограниченията на класическите
       титриметрични методи за анализ
       Да изчисляват равновесни концентрации
       Как да формулират и поставят аналитичен проблем
       Как да изберат подходящ метод за анализ на конкретен обект

                             2. ЩЕ МОГАТ:

      Да приготвят разтвори с необходимите концентрации, изразени в
      моларност, нормалност или процентно съдържание.
      Да извършват прости титриметрични анализи на киселини,
      основи, окислители и редуктори
      Да изчисляват, съпоставят и представят резултатите от измерване
2
Учебна програма
    І. Увод в аналитичната химия - предмет, задачи и средства. Аналитичен процес
          Класификация на методите. Качествен и количествен анализ. Начини за
          изразяване на концентрацията в разтвори и смеси. Пределно допустими
          концентрации на токсични компоненти в биологични обекти.
    ІІ. Метрологични основи на аналитичната химия. Представяне на аналитични
          резултати. Точност и прецизност. Сравняване на резултати от измерване
    ІІІ. Теоретични основи на аналитичната химия
    1. Химично равновесие - принципи. Закон за действие на масите. Идеални и реални
          системи. Равновесни константи -термодинамични концентрационни, условни.
    2. Киселинно-основни равновесия. Протолитна теория. Сила на киселини и основи -
          протолитни константи. Автопротолиза на вода. Водороден експонент (рН). Буферни
          разтвори.
    3. Комплексообразувтелни процеси. Стабилитетни константи. Условия, влияещи върху
          стабилността на комплексите. Хелатни комплекси с биологично значение.
    4. Окислително-редукционни процеси. Електрод и електрохимични клетки. Сила на
          окислители и редуктори. Стандартни и реални редокс потенциали.
          Концентрационен потенциал. Мембранен потенциал - биологично значение
     5. Хетерогенни равновесия. Условия за получаване и разтваряне на утайки.
          Произведение на разтворимост и разтворимост.
3
Учебна програма
    ІV. Класически количествен анализ
    1. Обемен анализ – титриметрия. Принцип и основни понятия.
       Изисквания към химическата реакция. Стандартни разтвори. Криви на титруване.
        Еквивалентна и крайна точка. Избор на индикатор. Класификация на методите за
        обемен анализ.
    2. Киселинно-основно титруване (протонометрия). Стандартни разтвори. Киселинно-
        основни индикатори. Титрувални криви – особености при силни и слаби протолити.
        Предимства, недостатъци и приложение
    3. Комплексометрично титруване.Стандартни разтвори. Изисквания към реакцията.
        Криви на титруване. Металохромни индикатори. Аналитично приложение
    4. Редоксиметрия - характеристика и класификация. Изисквания към реакциите.
        Стандартни разтвори и титрувални криви. Перманганометрия и йодометрия.
    V. Инструменталните методи за анализ
    1. Електрохимични методи. Общи понятия. Потенциометрия. Индикаторни и
        сравнителни електроди. Директна потенциометрия. pН-метрия.
    2. Взаимодействие на електромагнитното лъчение с веществото. Методи за атомен и
        молекулен спектрален анализ. Качествен и количествен анализ закон на Буге –
        Ламберт Беер. Спектрални методи и мониторинг на околната среда
    2. Молекулна спектроскопия. Спектрофотометрия - общи принципи.
    3. Атомна спектрометрия. Атомно-абсорбционен и емисионен анализ.
        Приложение за анализ на биологични обекти
4
Литература
    1. Свитък с лекции – разпечатано копие или файл в pdf
        формат
    2. С. Александров, Аналитична Химия, Университетско
        издателство “Св. Климент Охридски”, 1991
    3. Р. Борисова, Основи на химичния анализ, Водолей 2009
    4. О. Будевски, Основи на аналитичната химия, НИ София, 1985
    5. П. Бончев, Увод в аналитичната химия, НИ София, 1985
    6. R. Kellner, J.M. Mermet, M. Otto, H.M. Widmer, Analytical Chemistry
        – An International Undergraduate Textbook, based on DAC
        Curriculum, Willey VCH, 1998

          Изпитът ще бъде тест (активен и пасивен).
                               Означения
                                                      Материал, който ще
                                                Ви помогне да разберете
              Материал, който ще                        количествени или
         изучавате самостоятелно                       логически връзки,
5
                                          но няма да се изисква за изпита
Вашата крайна ОЦЕНКА?

     ОЦЕНКА = 20% от
     колоквиума + 80%
      семестриалния                1 колоквиум
                                    10та седмица
           тест


             30 часа лабораторни
                 упражнения        Тестови изпит
                                      40 въпроса

                   заверка на
                  семестъра

6
Какво ще разгледаме в тази лекция?

    1. Предмет, задачи и средства на аналитичната химия
          какво изучава аналитичната химия
          някои основни понятия
          области на приложение
    2. Класификация на методите на аналитичната химия
          Според характера на основното взаимодействие
          Според обхвата на анализа
          Според вида на изследваните вещества
          Според количеството на изследваната проба
          Според съдържанието на аналита
    3. Качествен и количествен анализ (класификация
      според получаваната информация)
    4. Начини за изразяване на          концентрацията   на
7      вещества в разтвори и смеси
1.1. Какво изучава АНАЛИТИЧНАТА ХИМИЯ?

      “Наука, която развива и прилага МЕТОДИ,
     ИНСТРУМЕНТИ И СТРАТЕГИИ за получаване
     на ИНФОРМАЦИЯ за състава и природата на
    веществото в пространството и времето”

              DAC - Division of Analytical Chemistry
    Federation of European Chemical Societies - chairman of DAC-FECS -
                Prof. Miguel Valcarcel (University of CORDOBA)

    Обезпечаване на достоверност, проследимост и контрол
       върху качеството на произвежданата аналитична
                        информация
      Good Laboratory Practice (GLP) - Добра лабораторна
8
                           практика
Какво е АНАЛИТИЧНА ХИМИЯ?
    “ANALYTICAL CHEMISTRY IS            АНАЛИТИЧНА
    NOT                                 МЕТОДОЛОГИЯ
    SPECTROMETERS,                        ИДЕНТИФИКАЦИЯ
                                          ИЗПИТВАНЕ
    POLAROGRAPHS,
                                          И ЕСКПЕРИМЕНТИРАНЕ
    COMPUTERS & DATA BASES                АНАЛИЗ
                                          ИЗМЕРВАНЕ
    MODERN LABS....                       ВАЛИДИРАНЕ
    IT IS                                 ПОДБОР НА МЕТОДИ
                                          СЪЗДАВАНЕ НА
    EXPERIMENTATION,                      ПРОТОКОЛИ
    OBSERVATION,                          ДОКУМЕНТАЦИЯ
                                          ИЗБОР ТЕХНИКИ
    DEVELOPING FACTS,
    AND DRAWING CONCLUSIONS.”
                                        РЕШАВАНЕ
    in Analytical Chemistry (66) 2004   НА ПРОБЛЕМ
9
1.2. Основни понятия в аналитичната химия

      ПРОБА        Представителна част от обекта,
                   взета за изследване
      АНАЛИТ       Определян компонент в пробата

                   Всички компоненти, съпътстващи
      МАТРИЦА      аналита
                   Подход избран за конкретното
      МЕТОД
                   изследване

     МЕТОДИКА      Точна процедура, която се изпълнява
     за анализ     при конкретното изследване

     ПРЕЧЕЩИ       Компонентни от матрицата, които
     КОМПОНЕНТИ    влияят върху проявата на свойствата
10
                   на аналита
1.3. Области на приложение




     Аналитичната химия е интер-дисциплинарна наука защото, тя
 въздух     аграрни проби         клинични             води
   предоставя ИНФОРМАЦИЯ за СЪСТАВА И СТРОЕЖА на обекти, не
   само при химичните изследвания, но и БИОЛОГИЧНИ, ГЕОЛОЖКИ,
           Ето кои са показаните обекти за анализ!
 МЕДИЦИНСКИ, КРИМИНАЛНИ, СЕЛСКОСТОПАНСКИ, ТЕХНОЛОГИЧНИ
                     И ПРОМИШЛЕНИ проучвания.
 кримина
   Затова основната задача на аналитичните методи е да произвеждат
 -листика ДОСТОВЕРНА И АДЕКВАТНА ИНФОРМАЦИЯ.
                храни              минерали            лекарства




11
1.4. Аналитичен процес (analytical process)

       Проба        Предварителни                Анализ
                      операции

                            Аналитичен сигнал,
                               измерване и
                              преобразуване

                                         Регистриране и
                                       обработка на данни        Резултат


      Тотален аналитичен процес (Total analytical process)

                          Тотален
                        Аналитичен
     ПРОБЛЕМ            Процес (TAP)                        Информация


12
4.1. Тотален Аналитичен процес

        Клиент и
      менажер на                     1. Проблем                7. Решаване
     лабораторията                  идентификация              на проблема


            2. Хипотеза за
             произхода на                     6. Резултатите
         проблема и начина                    потвърждават            ДА!
         за изследването му.   НЕ
                                              ли хипотезата?



                  3. Планиране на                         5. Докладване на
                    аналитичната                          резултати методи
  Менажер                                 АНАЛИЗ
                      работа за                             и ограничения.
     на                                                    (x ± y) единици
 лаборато-           тестване на
   рията,            хипотезата        4. Извършване
 аналитици                               на анализ и
 техници и                               контрол на
    др.                                  качеството
13
4.2.Етапи на тоталния аналитичен процес

     Step by step                    1. Проблем
                                    идентификация

        2. Хипотеза за
        произхода на       А) Лоша успеваемост на учениците?
     проблема и начина
     за изследването му.
                           Б) Защо умира рибата в
                           пристанището?

      В) Защо са увеличени респираторните заболявания на
      децата в Стара Загора?

      Г) Как мога да определя концентрациите на ароматни
      въглеводороди в почвата и водата?
14
4.2.Етапи на тоталния аналитичен процес

                                   1. Проблем
       Step by step               идентификация



        2. Хипотеза за            A) Лоша успеваемост на учениците?
        произхода на
     проблема и начина                        Pb в почвата на училищния
     за изследването му                                 двор?

                                            Събиране на проби и анализ на
       Б) Защо умира рибата в реката?                Pb в почва

       Недостиг на кислород         В) Защо са увеличени респираторните
       поради дисбаланс на             заболявания на деца?
       речната флора и фауна?

       Събиране на водни проби
                                        Събиране на въздушни проби и
          и анализ на О2 и N
                                           анализ на HCl, Cl2, H2S
15
4.2.Етапи на тоталния аналитичен процес
                            1. Проблем
        Step by step       идентификация


        2. Хипотеза за              Pb в училищния двор
        произхода на
     проблема и начина       Събиране на сравнителни незамърсени
     за изследването му.   представителни реални проби – количество,
                                      дълбочина,влага, …


      3. Планиране на       Съхранение и транспорт до лабораторията
        аналитичната
     работа за тестване        Избор на метод за анализ - стандарти за
       на хипотезата         калибриране, налична техника - граници на
                           определяне, подходяща пробоподготовка, цена,
                                               време
     4. Извършване на
      анализ и контрол
                           Решение какви стъпки да се предприемат за
       на качеството
                                    контрол на качеството.
16
4.2.Етапи на тоталния аналитичен процес

                                          Pb в училищния двор
      Step by step
                           Какви са очакваните концентрации [(x ± y) единици]
     4. Извършване                 Как да преценим дали са верни?
       на анализ и
        контрол на
       качеството
                               Прилагане и поддържане на система от
                               правила за вътрешно-лабораторен контрол и
                               управление на качеството, спазване на
        Използване на          принципите на и добра лабораторна практика и
        стандартизиран метод   поддържане на изрядна документация:
        Създаване на нов       ISO 9001 Quality Management Systems –
        метод и доказване на   Requirements
        неговата точност -
                               ISO 17025 – General requirements for the
        валидиране
                               competence of testing and calibration laboratories
                               ISO – International Standards Organization
                               http://www.iso.org

17
4.2.Етапи на тоталния аналитичен процес

        Клиент и
      Step byна
      менажер step      $$           1. Проблем                7. Решаване
     лабораторията                  идентификация              на проблема


           2. Хипотеза за
            произхода на                      6. Резултатите
        проблема и начина                                              ДА!
                                              потвърждават
        за изследването му.    НЕ
                                              ли хипотезата?



             3. Планиране на                              5. Докладване на
               аналитичната                               резултати методи
            работа за тестване                              и ограничения.
               на хипотезата        4. Извършване          (x ± y) единици
       Менажер на                     на анализ и
     лабораторията,                   контрол на
       аналитици,                     качеството
      техници и др.
                        $$$$
18
2. Класификация на методите в АХ

         2.1. Според характера на основното взаимодействие
               КЛАСИЧЕСКА АНАЛИТИЧНА ХИМИЯ -
             изучава и прилага методи, основаващи се на химичните
             свойства на веществата
             ("мокра химия“-analytical reaction chemistry).
                              ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ:
                            ВЕЩЕСТВО ↔ ВЕЩЕСТВО

               ФИЗИЧНИ МЕТОДИ ЗА АНАЛИЗ - изучават и
             прилагат подходи, основани на измерване на физични и
             физикохимични свойства на веществата с подходяща
             апаратура (инструментални методи).

                             ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ:
                            ВЕЩЕСТВО ↔ ЕНЕРГИЯ

19
2.2. Според вида на изследваните вещества

        Елементен: Fe, Ca, Mg, Si, Al, Mn, Cu
        Молекулен: CaCO3, MgCO3, SiO2 , Fe2O3
        Функционален: CO32-, NO3-, NH4+, SO42-
        Форми на присъствие (speciation): As3+, As5+,органо-As с-я
                                                 Детска       Паста за       Паста за
     А) Пример за
                                                 пудра         зъби            зъби
     елементен анализ:                          My Teddy       Bright       Fluorodent
     В козметични продукти          концентр.
     се контролира           еле-                 mg/kg         mg/kg         mg/kg
     съдържанието на         Мент
     токсични елементи
                                    Mn          10.2 ± 0, 7      < 0,5      4.8 ± 0,02

                                    Cu          0.73 ± 0,05   0.59 ± 0,04     < 0,5
     Б) Пример за функционален анализ :
     В плодове и зеленчуци се следи нивото на NO3-, NO2-. При анализ на СОК
     от МОРКОВИ са определени следните съдържания: концентрацията на
20
     NO2- е 0,042±0,001 mg/dm3, а концентрацията на NO3- е 0,310±0,018 mg/dm3
2.2. ...ПРИМЕРИ                   Компонент    Съдържани   Минерал
      В) Пример за молекулен анализ:   - формула       е%
      При геоложки изследвания за        CaCO3       69±1,1     калцит
      определяне вида на минерала се
      анализира количествения състав   CaMg(CO3)2    8,7±0,7    доломит
      на основните компоненти
                                          SiO2       15,3±0,9    кварц


      Г) Пример анализ на форми
      на присъствие (speciation):
      В шоколадови изделия се
      наблюдава съдържанието на
      кофеин и теобромин




21
2.3 Според количеството на изследваната проба

                                            Отпадъци, почви и
      Макро-     > 1g                       геоложки материали,
                                            промишлени
                                            продукти, храни,
                                            метали и сплави


                                            Въздушен прах,
                                            повърхностни
                                            покрития, биологични
      Полумикро - 0,1- 1g                   проби, археологични
                                            находки

                                            Клинични проби,
                                            произведения на
                                            изкуството,
       Микро -    < 0,01g                   криминални
                                            експертизи
      Проблем: Пробата е    Туморна тъкан
      малка и нехомогенна
22
2.4. Според съдържанието на аналита
                                           Какъв е
       Основни > 1%                        минералният
       компоненти                          състав на лунната
                                           повърхност?

                                           Какви концентрации
       Съпътстващи    10-2   - 1%          имат съпътстващите
       компоненти                          компоненти в
                                           лекарствата?

                                       Колко вредни газове се
       Следи 10-4-10-2%                отделят от превозните
       микро-компоненти                средства?

                                       Колко е
                                       радиоактивното
       Ултраследи     < 10-4 %         замърсяване след
                                       аварията в Чернобил?

23
2.5. Според обхвата на анализа
                            Панорамен полуколичествен анализ – определяне съдържанието на
                            голяма група аналити за предварително охарактеризиране на
                            пробата: съдържание е матрични компоненти или произход
                                                                Резултати от панорамен полуколичествен анализ на
                        6                                                                      сборна проба мъх

                        5
     Log (Conc. ng/g)




                        4


                        3


                        2


                        1


                        0     V   Cr   Mn   Fe   Co   Ni   Cu   Zn   Ga   As   Rb   Sr   Y   Zr   Nb   Mo   Ag   Cd   Sn   Sb   Cs   Ba   La   Ce   Pr   Nd   Sm   Eu   Gd   Dy   Ho   Yb   Hf   W   Pb   Bi   Th   U

                                                                                                             elem en t

     Използва се при скринингови, екологични изследвания, криминални
24
     експертизи и като предварително проучване на обекти с неизвестен състав
2.5. Според обхвата на анализа
       ПЪЛЕН АНАЛИЗ –
      определяне
      количеството на всички
      компоненти, от състава
      на обекта
                                              Скъп и рядко се прилага за
     Практическо приложение има при
                                              сложни по състав проби
     определяне състава на сплави
     Пример: Бижутерска 14 каратова златна сплав съдържа
      Au 58,5 ± 0,85%; Ag 9,5 ± 0,4 %; Cu 20.4 ± 0,7 %; Zn 8,5 ± 0,32 %

       ЧАСТИЧЕН АНАЛИЗ
       – определяне
       количеството на отделни
       компоненти от обекта
      Пример:
      • Съдържание на желязо в руда 452 ±29 g/t
      • рН на кръв е 7,42 ±0,08
25    • Съдържание на As във води 47,2 ±0,6 ppb
3. Качествен и количествен анализ
         (класификация според получаваната информация)
         КАЧЕСТВЕН АНАЛИЗ               КОЛИЧЕСТВЕН АНАЛИЗ
                                      КОЛКО е съдържанието на
       КАКВО има в                    изследваните вещества в
       изследвания обект?             обекта?
       Дава информация за състава     Дава информация за количествените
                                      съотношения на отделните вещества,
       на обекта (идентификация)      влизащи в състава на обекта

       Използва свойства, които        Използва свойства на веществата,
       зависят само от химическа       които зависят от тяхното
       природа на веществата,          количество, наречени
       наречени ИНТЕНЗИВНИ.            ЕКСТЕНЗИВНИ.
     Пример:    Присъствието на хлорофил в листа на растенията се
               доказва качествено по зеления цвят на този комплекс на Mg
                 Колкото по-високо е съдържанието на хлорофил, толкова
26             по-наситен е зеленият цвят на листата
Какво трябва да знаете за провеждане на
     качествен е количествен анализ?
     Качественият анализ предхожда количествения!
       За провеждане на качествен анализ трябва да се познават:

      свойствата на веществата - аналитични реакции

       За провеждане на количествен анализ трябва да се
     познават:
      свойствата на веществата

      стехиометрията на взаимодействието

      степента на протичане на реакцията ( химично равновесие)

      начините за изразяване на КОНЦЕНТРАЦИЯТА

27
Какво е КОНЦЕНТРАЦИЯ?

     http://www.chemicool.com/definition/concentration.html
     The amount of substance in a specified space.

     http://www.answers.com/topic/concentration
     Chemistry: The amount of a specified substance in a unit amount of
     another substance.
     http://www.biology-online.org/dictionary/concentration
     Chemistry: The ratio of the mass or volume of a solute to the mass or
     volume of the solution or solvent.

     http://maxpages.com/jpchemical/Basic_Chemistry_CONCENTRATION
     The concentration of a chemical substance expresses the amount of a
     substance present in a mixture.

     http://www.answers.com/library/Encyclopedia-cid-2093731875
     Concentration, in chemistry, measure of the relative proportions of two or
     more quantities in a mixture.

      Концентрацията изразява количествени отношения
        между компоненти в сложни обекти или смеси!
28
4. Начини за изразяване на концентрацията
     С кои величини може да се изрази КОЛИЧЕСТВО ВЕЩЕСТВО?

      ОБЕМ             МАСА               Брой частици - МОЛ

     4.1. Основни дефиниции за количество вещество
       Мол (mol) количество вещество, което съдържа толкова на брой
       частици, колкото има в 0.012 kg 12C.
       Този брой частици равен на числото на Авогадро (NA=6,022 .1023)

       Еквивалент ( Eq ) количество вещество, което по действието си в
       дадена химическа реакция отговаря на един mol ВОДОРОД.

       Моларна маса ( Мm) изразява масата в грамове на един мол от
       дадено вещество. Моларната маса е равна на числената
       стойност на относителната молекулна маса, изразена в грамове.
       Затова тя често се нарича граммол

29
4.2. Връзки между основните величини за
     изразяване на количество вещество

                                           означения

                    МАСА            МОЛ           ОБЕМ

       МАСА            -           Мm             d(ρ)
                     m
                n =                   -            Vm
        МОЛ         M m

                    m                V                 -
       ОБЕМ     d =              n =
                    V                Vm

                   формули

30
4.3. Означения и мерни единици за количество вещество

                   срещани                         Мерни единици
      Величина     означения            система SI        производни извънсис-
                                 междунар българско                     темни
                                      .
        маса        m; M; g;         kg            кг      g; mg; μg;       t
                      G; Q                                 ng; pg; fg
        мол        n ; mol ; N     mol          мол       mmol; μmol
     еквивалент       E ; eq                                eq; meq
                                                           dm3; cm3;   l = dm3;
        обем           V            m3             м3         mm3      ml = cm3;
                                                                       μl = mm3
       моларна       Mm ;M        kg/mol       кг/мол        g/mol;
         маса                                                mg/mol
     еквивалентн   Еm ; Eq; E                             kg/eq; g/eq;
        а маса                                               mg/eq
                                    3            3
       моларен         Vm         m /mol       м /мол       dm3/mol;     l/mol
                                                                3
         обем                                               cm /mol
                                          3           3
       плътност         ρ         kg/dm        кг/дм         g/сm3 ;     g/ml;
     Отн. атомна       Am          amu           аму
         маса
     Забележка :    1 l = 1.000028 dm 3
31
4.4. Безразмерни единици за концентрация (основани на масата)

          m АНАЛИТ
     W% =          .100            процент g/100g
          m ПРОБА
                  m АНАЛИТ
     0
         / 00   =          .1000   промил g/kg
                  m ПРОБА
           m АНАЛИТ
     PPM =          .10 6          ppm (part per million) g/тон
           m ПРОБА
           m АНАЛИТ
     PPB =          .10 9           ppb (part per billion) mg/тон
           m ПРОБА
           m АНАЛИТ
     PPT =          .10 12          ppt (part per trillion) μg/тон
           m ПРОБА
           m АНАЛИТ
     PPQ =          .1015          ppq (part per quadrillion) ng/тон
           m ПРОБА
32
4.5. Изразяване на концентрация чрез броя частици

        mвещество             Моларна концентрация mol/l
     M=
        M m .V (l )           (моларност на разтвора)

        mвещество           Нормална концентрация еq/l
     N=                      (нормалност на разтвора)
        Eqm.V(l )

            Mm        1. Еквивалентата маса отчита най-простият акт
     Eq m =           на взаимодействие между веществата.
             n
                      2. Еквивалентата маса на едно вещество е равна
                      или кратна на моларната му маса и зависи от
                      стехиометрията на реакцията, в която то участва.

                      3. Делителят “n” отчита броя обменени единични
                      частици при реакцията:
                      • протони (Н+) при киселинно-основни реакции
                      • електрони при окислително редукционни реакции
33
ИЗЧИСЛЯВАНЕ НА ЕКВИВАЛЕНТА МАСА (примери)
     І. Определете еквивалентната маса на фосфорна
     киселина, за следните три взаимодействия с КОН, ако        Mm
     знаете, че моларната й маса е 98g/mol
                                                           Eq =
                                                                 n
     1. H3PO4+KOH→ KH2PO4+H2O                                    n=?
                                        Eq1=98 g/eq
     2. H3PO4+2KOH → K2HPO4+2H2O            Eq2=98/2=49 g/eq
     3. H3PO4+3KOH → K3PO4+3H2O                   Eq3=98/3=32,67 g/eq

     II. Определете еквивалентната маса на KMnO4 при следните
        схеми на редукция, ако моларната му маса е 158 g/mol
     1. KMnO4 → MnO2     Eq1=158/3=52,67 g/eq
     2. KMnO4 → Mn2+            Eq2=158/5=31.6 g/eq
     3. KMnO4 → Mn0                       Eq3=158/7=22.57 g/eq
     За реакции, протичащи при еквимолни отношения на веществата
     се използват МОЛАРНИ концентрации
     За реакции, протичащи при различни молни отношения на
     взаимодействащите вещества се използва концентрацията
34   НОРМАЛНОСТ
От каква аналитична информация се нуждае обществото?

                     Пределно допустими съдържания на Pb и Cd в храни
                                         Норма                                    Норма
                     Храна                                    Храна
                                        (mg/kg)                                  (mg/kg)
                  1. ОЛОВО                                  2.КАДМИЙ
       1.1.Краве мляко                   0.02     2.1. Месо-свинско и др.         0.05
       1.2.Храни за кърмачета            0.02     2.2.Черен дроб                  0.5
       1.3.Месо-свинско,говеждо и др.    0.1      2.3. Месо от риба               0.05
       1.4.Месо от риба                  0.2      2.4. Ракообразни                0.5
       1.5.Ракообразни                   0.5      2.5.Зърнени храни – без ориз    0.1
       1.6.Зърнени храни и варива        0.2      2.6.Житни зърна и ориз          0.2
       1.7.Зеленчуци                     0.1      2.7.Плодове и зеленчуци         0.05
       1.8.Плодове                       0.1      2.8.Свежи билки и гъби          0.2
       1.9.Сокове и нектари              0.05     2.9.Картофи - белени            0.1
       1.10.Вино-след 2001г.             0.2

     ДВ Наредба № 31 от 29. 07. 2004                   Стандарти: БДС, ISO, EN
35
Контрол на алкохолни напитки - ПРИМЕР
     Табл. 14. Резултати от FI-ICP-MS анализ на алкохолни концентрати
                                                           ракия          гр. на
                       водка “Руен”                    “Пловдивска      определян
                                                        гроздова”        е FI-ICP-  ПДК*
      метод        FI-ICP-MS           ЕТAAS             FI-ICP-MS          MS     норми
                 съдърж.           съдърж.            съдърж.              (к=6)   (mg.l-1)
      Елем.           -1   RSD%           -1   RSD%              RSD%
                 (mg.l )           (mg.l )            (mg.l-1)            (mg.l-1)
       27
            Al    0.057     9.4     0.061       8.9    0.053     11.7     0.051        -
       53
            Cr    <0.05        -      -          -     0.095     10.4     0.050        -
      55
        Mn       <0.012        -    < 0.01       -    < 0.012      -      0.012        -
      63
           Cu     0.012     8.7     0.011      10.1    0.647      4.3     0.004       30
       64
            Zn    0.045     9.5       -          -    <0.028       -      0.028        -
       75
           As    < 0.009       -      -          -    <0.009       -      0.009       0.2
       88
            Sr    0.008     9.5       -          -    <0.005       -      0.005        -
      114
            Cd   <0.007        -   < 0.005       -    <0.007       -      0.007      0.05
      138
            Ba   < 0.003       -      -          -    <0.003       -      0.003        -
      208
            Pb   <0.005        -   < 0.005       -    <0.005       -      0.006       0.3
       238
         U    <0.009     -        -        -      <0.009     -       0.009        -
     Забележка: *Стойностите за пределно допустими норми за съдържание на тежки и
     токсични елементи в алкохолни напитки са взети от Държавен вестник, бр. 39, стр. 477
     (1994).

36
Оценка за ниво и принос на замърсители - ПРИМЕР
        Съдържания на уран във води, растения и почви от районите на с.
        Балей и Пловдив през май 1999 г. след конфликта в Косово
                            U- общо                                U - общо
           проба          съдържание           проба             съдържание
                                                                                 Общо
                        mg.l-1   RSD%                          mg.kg-1 RSD%      съдържание на
        вода р. Дунав   0.001      4.2      лук с. Балей        0.067     5.1    U във водни
          пит. вода
          с. Балей
                        0.003     3.1    лист маруля с.Балей   0.270    6.2      проби от
                                            дворна почва                         застрашените
        вода р. Тимок   0.0013    2.2                           1.3     7.8
                                              с. Балей 1                         западни
          *ИХМ ПС                           полска почва
        с. Брестовица
                        0.007     3.4
                                               с. Балей
                                                               < 0.01    -       територии на
          *ИХМ ПС                           дворна почва                         България e
                        0.019     2.7                           1.37    3.2
          с. Белозем                          с. Балей 2                         съпоставимо
          *ИХМ ПС
           с. Любен
                        0.014     2.2      ливадна почва        1.00    2.9      с тези от
        питейна вода                                                             Пловдивския
                        0.014     2.7       БДС –2823/83        0.6
           Пловдив                                                               район
     Естественото % разпространение на изотопите на уран в природата е:
     238U=99.28%,   а 235U=0.715%. Изотопното отношение е                    235U/238U=0.0072

     При обеднен уран, съдържанието на силно радиоактивния 235U е
     намалено и изотопното отношение е 235U/238U~0.002-0.003
37
Определяне на 235U/ 238U в проби след военния конфликт в
     Косово 1999 г. (ASDI-ICP-MS метод)

     Изотопно отношение на 235U/238U в проби от районите на с. Балей
     – Видинско и Пловдив през Май 1999 г.

              0.0072                    0.0072               0.0073                0.0073                    0.0072                        0.0073                       0.0072
                               0.0073               0.0071              0.0072                0.0072                         0.0073                        0.0072                  0.0071
     0.0072
      U/ U
     238
     235
      IR




                                                                                                                                                                                               0.0024




     0.0000
                                                     Тимок
                                Дунав




                                                                                                              двор.почва 2




                                                                                                                                                                                               Станд. ME
                                                                                              полска почва
                                                                        Маруля
                                                             с. Балей


                                                                        с. Балей




                                                                                                                                                                        с. Любен
                                                                                                                                                                        ИХМ ПС
               естеств. % IR




                                                                                                                                           с. Брестовица




                                                                                                                                                                                                VI Merck
                                                                                                                                                            ИХМ ПС




                                                                                                                                                                                   Пит. вода
                                        Пит. вода




                                                                                                                             ливад.почва




                                                                                                                                                           с. Белозем




                                                                                                                                                                                   Пловдив
                                                                                   с. Балей
                                                                                     Почва
                                         с. Балей




                                                                Лук




                                                                                                                с. Балей




                                                                                                                                              ИХМ ПС
                                                                                                с. Балей




                                                                                                                              с. Балей
      Средните стойности на измерените отношения 235U/238U са
                   статистически неразличими

38
Какво трябва да запомните от тази лекция!
       Какво изучава аналитичната химия

       Основните понятия, свързани с анализа

       Какво представлява аналитичния процес

       Какви са 5-те основни начина за класифициране на
       аналитичните методи

       Каква информация за изследваните обекти дават качествения и
       количествен анализ

       Какви свойства на веществата използват качествения и
       количествен анализ

       Да научите начините за изразяване на концентрацията на
       вещества в разтвори и смеси чрез моларност, нормалност,

39
       процент
Analytical chemistry for fun




40

More Related Content

What's hot

координационно число и геометрия на комплекснит съединения. изомерия
координационно число и геометрия на комплекснит съединения. изомериякоординационно число и геометрия на комплекснит съединения. изомерия
координационно число и геометрия на комплекснит съединения. изомерияAdrenalincio Mad Chemist
 
ароматни карбоксилни киселини
ароматни карбоксилни киселиниароматни карбоксилни киселини
ароматни карбоксилни киселиниmtrad
 
Дисперсни системи
Дисперсни системиДисперсни системи
Дисперсни системиKalina Boyanova
 
Кръговрат на азота и въглерода
Кръговрат на азота и въглеродаКръговрат на азота и въглерода
Кръговрат на азота и въглеродаmtrad
 
модификационна изменчивост
модификационна    изменчивостмодификационна    изменчивост
модификационна изменчивостdimitrow90
 
Кислород
КислородКислород
КислородAni Vilfan
 
ХЕ от V а група..Азот
ХЕ от V а група..АзотХЕ от V а група..Азот
ХЕ от V а група..Азотmtrad
 
Oлово
OловоOлово
Oловоmtrad
 
първа б група
първа б групапърва б група
първа б групаmtrad
 
леки наркотици васьо васев
леки наркотици   васьо васевлеки наркотици   васьо васев
леки наркотици васьо васевjustbecko
 
Ароматни киселини
Ароматни киселиниАроматни киселини
Ароматни киселиниmtrad
 
желязо(Big)
желязо(Big)желязо(Big)
желязо(Big)mtrad
 
Белтъци
БелтъциБелтъци
БелтъциAni Vilfan
 
Строеж на електронната обвивка
Строеж на електронната обвивкаСтроеж на електронната обвивка
Строеж на електронната обвивкаmtrad
 
Elektroliza
ElektrolizaElektroliza
Elektrolizamaryk26
 
киселинни дъждове
киселинни дъждовекиселинни дъждове
киселинни дъждовеGrace Lake
 

What's hot (20)

координационно число и геометрия на комплекснит съединения. изомерия
координационно число и геометрия на комплекснит съединения. изомериякоординационно число и геометрия на комплекснит съединения. изомерия
координационно число и геометрия на комплекснит съединения. изомерия
 
ароматни карбоксилни киселини
ароматни карбоксилни киселиниароматни карбоксилни киселини
ароматни карбоксилни киселини
 
Дисперсни системи
Дисперсни системиДисперсни системи
Дисперсни системи
 
Кръговрат на азота и въглерода
Кръговрат на азота и въглеродаКръговрат на азота и въглерода
Кръговрат на азота и въглерода
 
модификационна изменчивост
модификационна    изменчивостмодификационна    изменчивост
модификационна изменчивост
 
Кислород
КислородКислород
Кислород
 
ХЕ от V а група..Азот
ХЕ от V а група..АзотХЕ от V а група..Азот
ХЕ от V а група..Азот
 
Oлово
OловоOлово
Oлово
 
първа б група
първа б групапърва б група
първа б група
 
Сърдечно съдова система
Сърдечно   съдова системаСърдечно   съдова система
Сърдечно съдова система
 
Аміни. 9 клас
Аміни. 9 класАміни. 9 клас
Аміни. 9 клас
 
леки наркотици васьо васев
леки наркотици   васьо васевлеки наркотици   васьо васев
леки наркотици васьо васев
 
Ароматни киселини
Ароматни киселиниАроматни киселини
Ароматни киселини
 
желязо(Big)
желязо(Big)желязо(Big)
желязо(Big)
 
Белтъци
БелтъциБелтъци
Белтъци
 
Строеж на електронната обвивка
Строеж на електронната обвивкаСтроеж на електронната обвивка
Строеж на електронната обвивка
 
Dobijanje soli
Dobijanje soliDobijanje soli
Dobijanje soli
 
Elektroliza
ElektrolizaElektroliza
Elektroliza
 
киселинни дъждове
киселинни дъждовекиселинни дъждове
киселинни дъждове
 
Олово
ОловоОлово
Олово
 

Viewers also liked

тема 6 стенни и смесени конструкции
тема 6   стенни и смесени конструкциитема 6   стенни и смесени конструкции
тема 6 стенни и смесени конструкцииMitko Dimitrov
 
оразмеряване и конструиране на стоманобетонна шайба
оразмеряване и конструиране на стоманобетонна шайбаоразмеряване и конструиране на стоманобетонна шайба
оразмеряване и конструиране на стоманобетонна шайбаVasil Kardjiev
 
разпределяне на етажната земетръсна сила между отделните шайби
разпределяне на етажната земетръсна сила между отделните шайбиразпределяне на етажната земетръсна сила между отделните шайби
разпределяне на етажната земетръсна сила между отделните шайбиVasil Kardjiev
 
метални конструкции 8 семестър - уасг 2015
метални конструкции   8 семестър - уасг 2015метални конструкции   8 семестър - уасг 2015
метални конструкции 8 семестър - уасг 2015Mitko Dobrev
 
Сеизмично райониране на Република България
Сеизмично райониране на Република БългарияСеизмично райониране на Република България
Сеизмично райониране на Република БългарияCтроителен Инженер
 
учебник по-биология-за-8-ми-клас
учебник по-биология-за-8-ми-класучебник по-биология-за-8-ми-клас
учебник по-биология-за-8-ми-класВенцислав Петров
 
ток в ел ти и газове
ток в ел ти и газоветок в ел ти и газове
ток в ел ти и газовеmtrad
 
ток в полупроводници
ток в полупроводнициток в полупроводници
ток в полупроводнициmtrad
 

Viewers also liked (11)

тема 6 стенни и смесени конструкции
тема 6   стенни и смесени конструкциитема 6   стенни и смесени конструкции
тема 6 стенни и смесени конструкции
 
оразмеряване и конструиране на стоманобетонна шайба
оразмеряване и конструиране на стоманобетонна шайбаоразмеряване и конструиране на стоманобетонна шайба
оразмеряване и конструиране на стоманобетонна шайба
 
разпределяне на етажната земетръсна сила между отделните шайби
разпределяне на етажната земетръсна сила между отделните шайбиразпределяне на етажната земетръсна сила между отделните шайби
разпределяне на етажната земетръсна сила между отделните шайби
 
Национални параметри за Еврокод 8
Национални параметри за Еврокод 8Национални параметри за Еврокод 8
Национални параметри за Еврокод 8
 
метални конструкции 8 семестър - уасг 2015
метални конструкции   8 семестър - уасг 2015метални конструкции   8 семестър - уасг 2015
метални конструкции 8 семестър - уасг 2015
 
Сеизмично райониране на Република България
Сеизмично райониране на Република БългарияСеизмично райониране на Република България
Сеизмично райониране на Република България
 
учебник по-биология-за-8-ми-клас
учебник по-биология-за-8-ми-класучебник по-биология-за-8-ми-клас
учебник по-биология-за-8-ми-клас
 
Строителство Градът
Строителство ГрадътСтроителство Градът
Строителство Градът
 
Indicators
IndicatorsIndicators
Indicators
 
ток в ел ти и газове
ток в ел ти и газоветок в ел ти и газове
ток в ел ти и газове
 
ток в полупроводници
ток в полупроводнициток в полупроводници
ток в полупроводници
 

More from Иван Иванов

Mавие Kърмехмед - Tумори на белите дробове
Mавие Kърмехмед - Tумори на белите дробовеMавие Kърмехмед - Tумори на белите дробове
Mавие Kърмехмед - Tумори на белите дробовеИван Иванов
 
Теодора Урилова - Хроничен бронхит
Теодора Урилова - Хроничен бронхитТеодора Урилова - Хроничен бронхит
Теодора Урилова - Хроничен бронхитИван Иванов
 
Дарина Велиславова - Тумори и псевдотумори на устната кухина
Дарина Велиславова - Тумори и псевдотумори на устната кухинаДарина Велиславова - Тумори и псевдотумори на устната кухина
Дарина Велиславова - Тумори и псевдотумори на устната кухинаИван Иванов
 
Радка Хаджийска - Ендокардит
Радка Хаджийска - ЕндокардитРадка Хаджийска - Ендокардит
Радка Хаджийска - ЕндокардитИван Иванов
 
Миглена Карабелева - Бъбречно-каменна болест
Миглена Карабелева - Бъбречно-каменна болестМиглена Карабелева - Бъбречно-каменна болест
Миглена Карабелева - Бъбречно-каменна болестИван Иванов
 
Миокарден инфаркт - презентация
Миокарден инфаркт - презентацияМиокарден инфаркт - презентация
Миокарден инфаркт - презентацияИван Иванов
 

More from Иван Иванов (6)

Mавие Kърмехмед - Tумори на белите дробове
Mавие Kърмехмед - Tумори на белите дробовеMавие Kърмехмед - Tумори на белите дробове
Mавие Kърмехмед - Tумори на белите дробове
 
Теодора Урилова - Хроничен бронхит
Теодора Урилова - Хроничен бронхитТеодора Урилова - Хроничен бронхит
Теодора Урилова - Хроничен бронхит
 
Дарина Велиславова - Тумори и псевдотумори на устната кухина
Дарина Велиславова - Тумори и псевдотумори на устната кухинаДарина Велиславова - Тумори и псевдотумори на устната кухина
Дарина Велиславова - Тумори и псевдотумори на устната кухина
 
Радка Хаджийска - Ендокардит
Радка Хаджийска - ЕндокардитРадка Хаджийска - Ендокардит
Радка Хаджийска - Ендокардит
 
Миглена Карабелева - Бъбречно-каменна болест
Миглена Карабелева - Бъбречно-каменна болестМиглена Карабелева - Бъбречно-каменна болест
Миглена Карабелева - Бъбречно-каменна болест
 
Миокарден инфаркт - презентация
Миокарден инфаркт - презентацияМиокарден инфаркт - презентация
Миокарден инфаркт - презентация
 

Лекция 1

  • 1. Green Analytical Methods Специалност: Медицинска Биология Academic Centre Образователна степен: Бакалавър Ф Н И ДO 02-70 /2008 Учебен план: І курс; ІІ семестър Аналитична химия с инструментални методи хорариум: 45 ч лекции, 30 ч упражнения, 5 ECTS кредита ПУ”П. Хилендарски”, Катедра Аналитична химия, Доц. д-р В. Стефанова
  • 2. КОМПЕТЕНЦИИ: Успешно завършилите обучението по тази дисциплина: 1. ЩЕ ЗНАЯТ: Как да осъществяват въздействие върху равновесни системи до постигане на желаното крайно състояние Принципите, възможностите и ограниченията на класическите титриметрични методи за анализ Да изчисляват равновесни концентрации Как да формулират и поставят аналитичен проблем Как да изберат подходящ метод за анализ на конкретен обект 2. ЩЕ МОГАТ: Да приготвят разтвори с необходимите концентрации, изразени в моларност, нормалност или процентно съдържание. Да извършват прости титриметрични анализи на киселини, основи, окислители и редуктори Да изчисляват, съпоставят и представят резултатите от измерване 2
  • 3. Учебна програма І. Увод в аналитичната химия - предмет, задачи и средства. Аналитичен процес Класификация на методите. Качествен и количествен анализ. Начини за изразяване на концентрацията в разтвори и смеси. Пределно допустими концентрации на токсични компоненти в биологични обекти. ІІ. Метрологични основи на аналитичната химия. Представяне на аналитични резултати. Точност и прецизност. Сравняване на резултати от измерване ІІІ. Теоретични основи на аналитичната химия 1. Химично равновесие - принципи. Закон за действие на масите. Идеални и реални системи. Равновесни константи -термодинамични концентрационни, условни. 2. Киселинно-основни равновесия. Протолитна теория. Сила на киселини и основи - протолитни константи. Автопротолиза на вода. Водороден експонент (рН). Буферни разтвори. 3. Комплексообразувтелни процеси. Стабилитетни константи. Условия, влияещи върху стабилността на комплексите. Хелатни комплекси с биологично значение. 4. Окислително-редукционни процеси. Електрод и електрохимични клетки. Сила на окислители и редуктори. Стандартни и реални редокс потенциали. Концентрационен потенциал. Мембранен потенциал - биологично значение 5. Хетерогенни равновесия. Условия за получаване и разтваряне на утайки. Произведение на разтворимост и разтворимост. 3
  • 4. Учебна програма ІV. Класически количествен анализ 1. Обемен анализ – титриметрия. Принцип и основни понятия. Изисквания към химическата реакция. Стандартни разтвори. Криви на титруване. Еквивалентна и крайна точка. Избор на индикатор. Класификация на методите за обемен анализ. 2. Киселинно-основно титруване (протонометрия). Стандартни разтвори. Киселинно- основни индикатори. Титрувални криви – особености при силни и слаби протолити. Предимства, недостатъци и приложение 3. Комплексометрично титруване.Стандартни разтвори. Изисквания към реакцията. Криви на титруване. Металохромни индикатори. Аналитично приложение 4. Редоксиметрия - характеристика и класификация. Изисквания към реакциите. Стандартни разтвори и титрувални криви. Перманганометрия и йодометрия. V. Инструменталните методи за анализ 1. Електрохимични методи. Общи понятия. Потенциометрия. Индикаторни и сравнителни електроди. Директна потенциометрия. pН-метрия. 2. Взаимодействие на електромагнитното лъчение с веществото. Методи за атомен и молекулен спектрален анализ. Качествен и количествен анализ закон на Буге – Ламберт Беер. Спектрални методи и мониторинг на околната среда 2. Молекулна спектроскопия. Спектрофотометрия - общи принципи. 3. Атомна спектрометрия. Атомно-абсорбционен и емисионен анализ. Приложение за анализ на биологични обекти 4
  • 5. Литература 1. Свитък с лекции – разпечатано копие или файл в pdf формат 2. С. Александров, Аналитична Химия, Университетско издателство “Св. Климент Охридски”, 1991 3. Р. Борисова, Основи на химичния анализ, Водолей 2009 4. О. Будевски, Основи на аналитичната химия, НИ София, 1985 5. П. Бончев, Увод в аналитичната химия, НИ София, 1985 6. R. Kellner, J.M. Mermet, M. Otto, H.M. Widmer, Analytical Chemistry – An International Undergraduate Textbook, based on DAC Curriculum, Willey VCH, 1998 Изпитът ще бъде тест (активен и пасивен). Означения Материал, който ще Ви помогне да разберете Материал, който ще количествени или изучавате самостоятелно логически връзки, 5 но няма да се изисква за изпита
  • 6. Вашата крайна ОЦЕНКА? ОЦЕНКА = 20% от колоквиума + 80% семестриалния 1 колоквиум 10та седмица тест 30 часа лабораторни упражнения Тестови изпит 40 въпроса заверка на семестъра 6
  • 7. Какво ще разгледаме в тази лекция? 1. Предмет, задачи и средства на аналитичната химия какво изучава аналитичната химия някои основни понятия области на приложение 2. Класификация на методите на аналитичната химия Според характера на основното взаимодействие Според обхвата на анализа Според вида на изследваните вещества Според количеството на изследваната проба Според съдържанието на аналита 3. Качествен и количествен анализ (класификация според получаваната информация) 4. Начини за изразяване на концентрацията на 7 вещества в разтвори и смеси
  • 8. 1.1. Какво изучава АНАЛИТИЧНАТА ХИМИЯ? “Наука, която развива и прилага МЕТОДИ, ИНСТРУМЕНТИ И СТРАТЕГИИ за получаване на ИНФОРМАЦИЯ за състава и природата на веществото в пространството и времето” DAC - Division of Analytical Chemistry Federation of European Chemical Societies - chairman of DAC-FECS - Prof. Miguel Valcarcel (University of CORDOBA) Обезпечаване на достоверност, проследимост и контрол върху качеството на произвежданата аналитична информация Good Laboratory Practice (GLP) - Добра лабораторна 8 практика
  • 9. Какво е АНАЛИТИЧНА ХИМИЯ? “ANALYTICAL CHEMISTRY IS АНАЛИТИЧНА NOT МЕТОДОЛОГИЯ SPECTROMETERS, ИДЕНТИФИКАЦИЯ ИЗПИТВАНЕ POLAROGRAPHS, И ЕСКПЕРИМЕНТИРАНЕ COMPUTERS & DATA BASES АНАЛИЗ ИЗМЕРВАНЕ MODERN LABS.... ВАЛИДИРАНЕ IT IS ПОДБОР НА МЕТОДИ СЪЗДАВАНЕ НА EXPERIMENTATION, ПРОТОКОЛИ OBSERVATION, ДОКУМЕНТАЦИЯ ИЗБОР ТЕХНИКИ DEVELOPING FACTS, AND DRAWING CONCLUSIONS.” РЕШАВАНЕ in Analytical Chemistry (66) 2004 НА ПРОБЛЕМ 9
  • 10. 1.2. Основни понятия в аналитичната химия ПРОБА Представителна част от обекта, взета за изследване АНАЛИТ Определян компонент в пробата Всички компоненти, съпътстващи МАТРИЦА аналита Подход избран за конкретното МЕТОД изследване МЕТОДИКА Точна процедура, която се изпълнява за анализ при конкретното изследване ПРЕЧЕЩИ Компонентни от матрицата, които КОМПОНЕНТИ влияят върху проявата на свойствата 10 на аналита
  • 11. 1.3. Области на приложение Аналитичната химия е интер-дисциплинарна наука защото, тя въздух аграрни проби клинични води предоставя ИНФОРМАЦИЯ за СЪСТАВА И СТРОЕЖА на обекти, не само при химичните изследвания, но и БИОЛОГИЧНИ, ГЕОЛОЖКИ, Ето кои са показаните обекти за анализ! МЕДИЦИНСКИ, КРИМИНАЛНИ, СЕЛСКОСТОПАНСКИ, ТЕХНОЛОГИЧНИ И ПРОМИШЛЕНИ проучвания. кримина Затова основната задача на аналитичните методи е да произвеждат -листика ДОСТОВЕРНА И АДЕКВАТНА ИНФОРМАЦИЯ. храни минерали лекарства 11
  • 12. 1.4. Аналитичен процес (analytical process) Проба Предварителни Анализ операции Аналитичен сигнал, измерване и преобразуване Регистриране и обработка на данни Резултат Тотален аналитичен процес (Total analytical process) Тотален Аналитичен ПРОБЛЕМ Процес (TAP) Информация 12
  • 13. 4.1. Тотален Аналитичен процес Клиент и менажер на 1. Проблем 7. Решаване лабораторията идентификация на проблема 2. Хипотеза за произхода на 6. Резултатите проблема и начина потвърждават ДА! за изследването му. НЕ ли хипотезата? 3. Планиране на 5. Докладване на аналитичната резултати методи Менажер АНАЛИЗ работа за и ограничения. на (x ± y) единици лаборато- тестване на рията, хипотезата 4. Извършване аналитици на анализ и техници и контрол на др. качеството 13
  • 14. 4.2.Етапи на тоталния аналитичен процес Step by step 1. Проблем идентификация 2. Хипотеза за произхода на А) Лоша успеваемост на учениците? проблема и начина за изследването му. Б) Защо умира рибата в пристанището? В) Защо са увеличени респираторните заболявания на децата в Стара Загора? Г) Как мога да определя концентрациите на ароматни въглеводороди в почвата и водата? 14
  • 15. 4.2.Етапи на тоталния аналитичен процес 1. Проблем Step by step идентификация 2. Хипотеза за A) Лоша успеваемост на учениците? произхода на проблема и начина Pb в почвата на училищния за изследването му двор? Събиране на проби и анализ на Б) Защо умира рибата в реката? Pb в почва Недостиг на кислород В) Защо са увеличени респираторните поради дисбаланс на заболявания на деца? речната флора и фауна? Събиране на водни проби Събиране на въздушни проби и и анализ на О2 и N анализ на HCl, Cl2, H2S 15
  • 16. 4.2.Етапи на тоталния аналитичен процес 1. Проблем Step by step идентификация 2. Хипотеза за Pb в училищния двор произхода на проблема и начина Събиране на сравнителни незамърсени за изследването му. представителни реални проби – количество, дълбочина,влага, … 3. Планиране на Съхранение и транспорт до лабораторията аналитичната работа за тестване Избор на метод за анализ - стандарти за на хипотезата калибриране, налична техника - граници на определяне, подходяща пробоподготовка, цена, време 4. Извършване на анализ и контрол Решение какви стъпки да се предприемат за на качеството контрол на качеството. 16
  • 17. 4.2.Етапи на тоталния аналитичен процес Pb в училищния двор Step by step Какви са очакваните концентрации [(x ± y) единици] 4. Извършване Как да преценим дали са верни? на анализ и контрол на качеството Прилагане и поддържане на система от правила за вътрешно-лабораторен контрол и управление на качеството, спазване на Използване на принципите на и добра лабораторна практика и стандартизиран метод поддържане на изрядна документация: Създаване на нов ISO 9001 Quality Management Systems – метод и доказване на Requirements неговата точност - ISO 17025 – General requirements for the валидиране competence of testing and calibration laboratories ISO – International Standards Organization http://www.iso.org 17
  • 18. 4.2.Етапи на тоталния аналитичен процес Клиент и Step byна менажер step $$ 1. Проблем 7. Решаване лабораторията идентификация на проблема 2. Хипотеза за произхода на 6. Резултатите проблема и начина ДА! потвърждават за изследването му. НЕ ли хипотезата? 3. Планиране на 5. Докладване на аналитичната резултати методи работа за тестване и ограничения. на хипотезата 4. Извършване (x ± y) единици Менажер на на анализ и лабораторията, контрол на аналитици, качеството техници и др. $$$$ 18
  • 19. 2. Класификация на методите в АХ 2.1. Според характера на основното взаимодействие КЛАСИЧЕСКА АНАЛИТИЧНА ХИМИЯ - изучава и прилага методи, основаващи се на химичните свойства на веществата ("мокра химия“-analytical reaction chemistry). ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ: ВЕЩЕСТВО ↔ ВЕЩЕСТВО ФИЗИЧНИ МЕТОДИ ЗА АНАЛИЗ - изучават и прилагат подходи, основани на измерване на физични и физикохимични свойства на веществата с подходяща апаратура (инструментални методи). ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ: ВЕЩЕСТВО ↔ ЕНЕРГИЯ 19
  • 20. 2.2. Според вида на изследваните вещества Елементен: Fe, Ca, Mg, Si, Al, Mn, Cu Молекулен: CaCO3, MgCO3, SiO2 , Fe2O3 Функционален: CO32-, NO3-, NH4+, SO42- Форми на присъствие (speciation): As3+, As5+,органо-As с-я Детска Паста за Паста за А) Пример за пудра зъби зъби елементен анализ: My Teddy Bright Fluorodent В козметични продукти концентр. се контролира еле- mg/kg mg/kg mg/kg съдържанието на Мент токсични елементи Mn 10.2 ± 0, 7 < 0,5 4.8 ± 0,02 Cu 0.73 ± 0,05 0.59 ± 0,04 < 0,5 Б) Пример за функционален анализ : В плодове и зеленчуци се следи нивото на NO3-, NO2-. При анализ на СОК от МОРКОВИ са определени следните съдържания: концентрацията на 20 NO2- е 0,042±0,001 mg/dm3, а концентрацията на NO3- е 0,310±0,018 mg/dm3
  • 21. 2.2. ...ПРИМЕРИ Компонент Съдържани Минерал В) Пример за молекулен анализ: - формула е% При геоложки изследвания за CaCO3 69±1,1 калцит определяне вида на минерала се анализира количествения състав CaMg(CO3)2 8,7±0,7 доломит на основните компоненти SiO2 15,3±0,9 кварц Г) Пример анализ на форми на присъствие (speciation): В шоколадови изделия се наблюдава съдържанието на кофеин и теобромин 21
  • 22. 2.3 Според количеството на изследваната проба Отпадъци, почви и Макро- > 1g геоложки материали, промишлени продукти, храни, метали и сплави Въздушен прах, повърхностни покрития, биологични Полумикро - 0,1- 1g проби, археологични находки Клинични проби, произведения на изкуството, Микро - < 0,01g криминални експертизи Проблем: Пробата е Туморна тъкан малка и нехомогенна 22
  • 23. 2.4. Според съдържанието на аналита Какъв е Основни > 1% минералният компоненти състав на лунната повърхност? Какви концентрации Съпътстващи 10-2 - 1% имат съпътстващите компоненти компоненти в лекарствата? Колко вредни газове се Следи 10-4-10-2% отделят от превозните микро-компоненти средства? Колко е радиоактивното Ултраследи < 10-4 % замърсяване след аварията в Чернобил? 23
  • 24. 2.5. Според обхвата на анализа Панорамен полуколичествен анализ – определяне съдържанието на голяма група аналити за предварително охарактеризиране на пробата: съдържание е матрични компоненти или произход Резултати от панорамен полуколичествен анализ на 6 сборна проба мъх 5 Log (Conc. ng/g) 4 3 2 1 0 V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga As Rb Sr Y Zr Nb Mo Ag Cd Sn Sb Cs Ba La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Dy Ho Yb Hf W Pb Bi Th U elem en t Използва се при скринингови, екологични изследвания, криминални 24 експертизи и като предварително проучване на обекти с неизвестен състав
  • 25. 2.5. Според обхвата на анализа ПЪЛЕН АНАЛИЗ – определяне количеството на всички компоненти, от състава на обекта Скъп и рядко се прилага за Практическо приложение има при сложни по състав проби определяне състава на сплави Пример: Бижутерска 14 каратова златна сплав съдържа Au 58,5 ± 0,85%; Ag 9,5 ± 0,4 %; Cu 20.4 ± 0,7 %; Zn 8,5 ± 0,32 % ЧАСТИЧЕН АНАЛИЗ – определяне количеството на отделни компоненти от обекта Пример: • Съдържание на желязо в руда 452 ±29 g/t • рН на кръв е 7,42 ±0,08 25 • Съдържание на As във води 47,2 ±0,6 ppb
  • 26. 3. Качествен и количествен анализ (класификация според получаваната информация) КАЧЕСТВЕН АНАЛИЗ КОЛИЧЕСТВЕН АНАЛИЗ КОЛКО е съдържанието на КАКВО има в изследваните вещества в изследвания обект? обекта? Дава информация за състава Дава информация за количествените съотношения на отделните вещества, на обекта (идентификация) влизащи в състава на обекта Използва свойства, които Използва свойства на веществата, зависят само от химическа които зависят от тяхното природа на веществата, количество, наречени наречени ИНТЕНЗИВНИ. ЕКСТЕНЗИВНИ. Пример: Присъствието на хлорофил в листа на растенията се доказва качествено по зеления цвят на този комплекс на Mg Колкото по-високо е съдържанието на хлорофил, толкова 26 по-наситен е зеленият цвят на листата
  • 27. Какво трябва да знаете за провеждане на качествен е количествен анализ? Качественият анализ предхожда количествения! За провеждане на качествен анализ трябва да се познават: свойствата на веществата - аналитични реакции За провеждане на количествен анализ трябва да се познават: свойствата на веществата стехиометрията на взаимодействието степента на протичане на реакцията ( химично равновесие) начините за изразяване на КОНЦЕНТРАЦИЯТА 27
  • 28. Какво е КОНЦЕНТРАЦИЯ? http://www.chemicool.com/definition/concentration.html The amount of substance in a specified space. http://www.answers.com/topic/concentration Chemistry: The amount of a specified substance in a unit amount of another substance. http://www.biology-online.org/dictionary/concentration Chemistry: The ratio of the mass or volume of a solute to the mass or volume of the solution or solvent. http://maxpages.com/jpchemical/Basic_Chemistry_CONCENTRATION The concentration of a chemical substance expresses the amount of a substance present in a mixture. http://www.answers.com/library/Encyclopedia-cid-2093731875 Concentration, in chemistry, measure of the relative proportions of two or more quantities in a mixture. Концентрацията изразява количествени отношения между компоненти в сложни обекти или смеси! 28
  • 29. 4. Начини за изразяване на концентрацията С кои величини може да се изрази КОЛИЧЕСТВО ВЕЩЕСТВО? ОБЕМ МАСА Брой частици - МОЛ 4.1. Основни дефиниции за количество вещество Мол (mol) количество вещество, което съдържа толкова на брой частици, колкото има в 0.012 kg 12C. Този брой частици равен на числото на Авогадро (NA=6,022 .1023) Еквивалент ( Eq ) количество вещество, което по действието си в дадена химическа реакция отговаря на един mol ВОДОРОД. Моларна маса ( Мm) изразява масата в грамове на един мол от дадено вещество. Моларната маса е равна на числената стойност на относителната молекулна маса, изразена в грамове. Затова тя често се нарича граммол 29
  • 30. 4.2. Връзки между основните величини за изразяване на количество вещество означения МАСА МОЛ ОБЕМ МАСА - Мm d(ρ) m n = - Vm МОЛ M m m V - ОБЕМ d = n = V Vm формули 30
  • 31. 4.3. Означения и мерни единици за количество вещество срещани Мерни единици Величина означения система SI производни извънсис- междунар българско темни . маса m; M; g; kg кг g; mg; μg; t G; Q ng; pg; fg мол n ; mol ; N mol мол mmol; μmol еквивалент E ; eq eq; meq dm3; cm3; l = dm3; обем V m3 м3 mm3 ml = cm3; μl = mm3 моларна Mm ;M kg/mol кг/мол g/mol; маса mg/mol еквивалентн Еm ; Eq; E kg/eq; g/eq; а маса mg/eq 3 3 моларен Vm m /mol м /мол dm3/mol; l/mol 3 обем cm /mol 3 3 плътност ρ kg/dm кг/дм g/сm3 ; g/ml; Отн. атомна Am amu аму маса Забележка : 1 l = 1.000028 dm 3 31
  • 32. 4.4. Безразмерни единици за концентрация (основани на масата) m АНАЛИТ W% = .100 процент g/100g m ПРОБА m АНАЛИТ 0 / 00 = .1000 промил g/kg m ПРОБА m АНАЛИТ PPM = .10 6 ppm (part per million) g/тон m ПРОБА m АНАЛИТ PPB = .10 9 ppb (part per billion) mg/тон m ПРОБА m АНАЛИТ PPT = .10 12 ppt (part per trillion) μg/тон m ПРОБА m АНАЛИТ PPQ = .1015 ppq (part per quadrillion) ng/тон m ПРОБА 32
  • 33. 4.5. Изразяване на концентрация чрез броя частици mвещество Моларна концентрация mol/l M= M m .V (l ) (моларност на разтвора) mвещество Нормална концентрация еq/l N= (нормалност на разтвора) Eqm.V(l ) Mm 1. Еквивалентата маса отчита най-простият акт Eq m = на взаимодействие между веществата. n 2. Еквивалентата маса на едно вещество е равна или кратна на моларната му маса и зависи от стехиометрията на реакцията, в която то участва. 3. Делителят “n” отчита броя обменени единични частици при реакцията: • протони (Н+) при киселинно-основни реакции • електрони при окислително редукционни реакции 33
  • 34. ИЗЧИСЛЯВАНЕ НА ЕКВИВАЛЕНТА МАСА (примери) І. Определете еквивалентната маса на фосфорна киселина, за следните три взаимодействия с КОН, ако Mm знаете, че моларната й маса е 98g/mol Eq = n 1. H3PO4+KOH→ KH2PO4+H2O n=? Eq1=98 g/eq 2. H3PO4+2KOH → K2HPO4+2H2O Eq2=98/2=49 g/eq 3. H3PO4+3KOH → K3PO4+3H2O Eq3=98/3=32,67 g/eq II. Определете еквивалентната маса на KMnO4 при следните схеми на редукция, ако моларната му маса е 158 g/mol 1. KMnO4 → MnO2 Eq1=158/3=52,67 g/eq 2. KMnO4 → Mn2+ Eq2=158/5=31.6 g/eq 3. KMnO4 → Mn0 Eq3=158/7=22.57 g/eq За реакции, протичащи при еквимолни отношения на веществата се използват МОЛАРНИ концентрации За реакции, протичащи при различни молни отношения на взаимодействащите вещества се използва концентрацията 34 НОРМАЛНОСТ
  • 35. От каква аналитична информация се нуждае обществото? Пределно допустими съдържания на Pb и Cd в храни Норма Норма Храна Храна (mg/kg) (mg/kg) 1. ОЛОВО 2.КАДМИЙ 1.1.Краве мляко 0.02 2.1. Месо-свинско и др. 0.05 1.2.Храни за кърмачета 0.02 2.2.Черен дроб 0.5 1.3.Месо-свинско,говеждо и др. 0.1 2.3. Месо от риба 0.05 1.4.Месо от риба 0.2 2.4. Ракообразни 0.5 1.5.Ракообразни 0.5 2.5.Зърнени храни – без ориз 0.1 1.6.Зърнени храни и варива 0.2 2.6.Житни зърна и ориз 0.2 1.7.Зеленчуци 0.1 2.7.Плодове и зеленчуци 0.05 1.8.Плодове 0.1 2.8.Свежи билки и гъби 0.2 1.9.Сокове и нектари 0.05 2.9.Картофи - белени 0.1 1.10.Вино-след 2001г. 0.2 ДВ Наредба № 31 от 29. 07. 2004 Стандарти: БДС, ISO, EN 35
  • 36. Контрол на алкохолни напитки - ПРИМЕР Табл. 14. Резултати от FI-ICP-MS анализ на алкохолни концентрати ракия гр. на водка “Руен” “Пловдивска определян гроздова” е FI-ICP- ПДК* метод FI-ICP-MS ЕТAAS FI-ICP-MS MS норми съдърж. съдърж. съдърж. (к=6) (mg.l-1) Елем. -1 RSD% -1 RSD% RSD% (mg.l ) (mg.l ) (mg.l-1) (mg.l-1) 27 Al 0.057 9.4 0.061 8.9 0.053 11.7 0.051 - 53 Cr <0.05 - - - 0.095 10.4 0.050 - 55 Mn <0.012 - < 0.01 - < 0.012 - 0.012 - 63 Cu 0.012 8.7 0.011 10.1 0.647 4.3 0.004 30 64 Zn 0.045 9.5 - - <0.028 - 0.028 - 75 As < 0.009 - - - <0.009 - 0.009 0.2 88 Sr 0.008 9.5 - - <0.005 - 0.005 - 114 Cd <0.007 - < 0.005 - <0.007 - 0.007 0.05 138 Ba < 0.003 - - - <0.003 - 0.003 - 208 Pb <0.005 - < 0.005 - <0.005 - 0.006 0.3 238 U <0.009 - - - <0.009 - 0.009 - Забележка: *Стойностите за пределно допустими норми за съдържание на тежки и токсични елементи в алкохолни напитки са взети от Държавен вестник, бр. 39, стр. 477 (1994). 36
  • 37. Оценка за ниво и принос на замърсители - ПРИМЕР Съдържания на уран във води, растения и почви от районите на с. Балей и Пловдив през май 1999 г. след конфликта в Косово U- общо U - общо проба съдържание проба съдържание Общо mg.l-1 RSD% mg.kg-1 RSD% съдържание на вода р. Дунав 0.001 4.2 лук с. Балей 0.067 5.1 U във водни пит. вода с. Балей 0.003 3.1 лист маруля с.Балей 0.270 6.2 проби от дворна почва застрашените вода р. Тимок 0.0013 2.2 1.3 7.8 с. Балей 1 западни *ИХМ ПС полска почва с. Брестовица 0.007 3.4 с. Балей < 0.01 - територии на *ИХМ ПС дворна почва България e 0.019 2.7 1.37 3.2 с. Белозем с. Балей 2 съпоставимо *ИХМ ПС с. Любен 0.014 2.2 ливадна почва 1.00 2.9 с тези от питейна вода Пловдивския 0.014 2.7 БДС –2823/83 0.6 Пловдив район Естественото % разпространение на изотопите на уран в природата е: 238U=99.28%, а 235U=0.715%. Изотопното отношение е 235U/238U=0.0072 При обеднен уран, съдържанието на силно радиоактивния 235U е намалено и изотопното отношение е 235U/238U~0.002-0.003 37
  • 38. Определяне на 235U/ 238U в проби след военния конфликт в Косово 1999 г. (ASDI-ICP-MS метод) Изотопно отношение на 235U/238U в проби от районите на с. Балей – Видинско и Пловдив през Май 1999 г. 0.0072 0.0072 0.0073 0.0073 0.0072 0.0073 0.0072 0.0073 0.0071 0.0072 0.0072 0.0073 0.0072 0.0071 0.0072 U/ U 238 235 IR 0.0024 0.0000 Тимок Дунав двор.почва 2 Станд. ME полска почва Маруля с. Балей с. Балей с. Любен ИХМ ПС естеств. % IR с. Брестовица VI Merck ИХМ ПС Пит. вода Пит. вода ливад.почва с. Белозем Пловдив с. Балей Почва с. Балей Лук с. Балей ИХМ ПС с. Балей с. Балей Средните стойности на измерените отношения 235U/238U са статистически неразличими 38
  • 39. Какво трябва да запомните от тази лекция! Какво изучава аналитичната химия Основните понятия, свързани с анализа Какво представлява аналитичния процес Какви са 5-те основни начина за класифициране на аналитичните методи Каква информация за изследваните обекти дават качествения и количествен анализ Какви свойства на веществата използват качествения и количествен анализ Да научите начините за изразяване на концентрацията на вещества в разтвори и смеси чрез моларност, нормалност, 39 процент