МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ
ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
ХИМИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ
УТВЕРЖДАЮ
Декан ______________Цупак Е.Б.
"_____"__________________2010 г.
Рабочая программа дисциплины
Физико-химические методы анализа
Направление подготовки (специальность)
020100 Химия
Квалификация (степень) выпускника
Бакалавр
Форма обучения
очная
Ростов-на-Дону, 2010
1
1. Цели освоения дисциплины
Изучение курса играет важную роль в решении задачи получения
студентами углубленных профессиональных знаний, умений и навыков в
области
современной
аналитической
химии, а, следовательно, и
в
формировании ключевых профессиональных компетенций. В курсе студенты
углубленно
изучают
современные
физико-химические
методы
и
возможности их применения при контроле качества различных объектов.
Знания и навыки, полученные в ходе изучения курса будут успешно
применены в профессиональной деятельности выпускников при анализе
реальных
объектов
различной
природы
–
окружающей
среды,
фармацевтической, пищевой промышленности, биологических жидкостей.
Программа курса максимально ориентирована на реальные запросы
потенциальных
работодателей
формированиие
профессиональных
компетенций и навыков выпускника в одном из важнейших направлений
химической науки - химическом анализе.
Основные
задачи
курса
–
ознакомить
студентов
с
физико-
химическими методами анализа, показать современные инструментальные
возможности анализа сложных объектов на конкретных примерах.
2. Место дисциплины в структуре ООП специалиста
Место курса в учебном процессе
Предмет
тесно связан с такими общими дисциплинами как
аналитическая химия,
физическая химия, органическая химия,
электрохимия и требует начальных знаний в этих областях.
Для освоения курса необходимы:

знания
«Аналитическая
теоретических
химия»,
и
практических
«Физическая
химия»,
основ
дисциплин:
«Электрохимия»,
«Математика», «Физика», «Хемометрика», «Физика»;

умения и навыки, полученные в ходе их изучения: приготовление
растворов, взятие точных навесок, работа с концентрированными кислотами
2
и щелочами, перегонка органических растворителей, общие сведения о
пробоотборе
и
пробоподготовке,
применение
основ
математической
статистики в оценке правильности и воспроизводимости результатов
количественного анализа.
3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате
освоения дисциплины «Физико-химические методы анализа».
В результате освоения дисциплины частично формируются
компетенции ПК-2, ПК-3, ПК-4, ПК-6, ПК-7, ПК-8, ПК-9, ПК-11.
В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
Знать:
 цели и задачи, которые достигаются и решаются физикохимическими методами анализа;
 основы
физико-химических
методов
анализа
(оптических,
хроматографических, электрохимических);
 основы математической статистики применительно к оценке
правильности и воспроизводимости полученных результатов;
Уметь:

самостоятельно выбирать тот или иной физико-химический метод
для анализа конкретного объекта и обосновывать свой выбор;

проводить качественный и количественный анализ, используя
приемы и методики физико-химических методов;

выполнять расчеты, обрабатывать результаты анализа методами
математической статистики, грамотно интерпретировать их результаты;

владеть техникой выполнения основных аналитических операций;
работать с основными типами приборов, используемых в физикохимическом анализе;
Владеть:
 умением и навыками работы на современном аналитическом
оборудовании;
3
 умением отбирать для анализа пробы реальных объектов (вода
питьевая, вода природная, вода сточная, воздух, пищевые продукты) в
соответствии с нормативно-технической документацией;
 умением выполнять пробоподготовку различных проб;
 умением выполнять исходные вычисления и итоговые расчеты с
использованием статистической обработки результатов анализа;
 умением оформлять отчеты проведенных анализов
4
Самост.
работа
3
Формы текущего
контроля
успеваемости (по
неделям семестра)
Форма
промежуточной
аттестации (по
семестрам)
Лаборат.
работы
2
Основы полярографии
Потенциометрия.
Кулонометрия
Хроматографические
методы анализа.
Оптические методы
анализа
Всего
Виды учебной
работы, включая
самостоятельную
работу студентов
и трудоемкость (в
часах)
Лекции
1
Раздел
Дисциплины
Неделя семестра
№
п/п
Семестр
4. Структура и содержание дисциплины (модуля)
Общая трудоемкость дисциплины составляет 7 зачетных единиц, 252
часов, из них - 90 аудиторных.
10
8
36
тестирование
4
12
24
тестирование
8
20
30
тестирование
8
20
36
контрольная работа
30
60
126
экзамен
5. Образовательные технологии
В процессе обучения используются традиционные (лекции, семинары и
лабораторные работы) и инновационные (семинар в диалоговом режиме с
элементами дискуссии, деловые игры и тренинги, групповые разборы
результатов контрольных работ, проблемные лекции, лекции-консультации)
формы обучения. Удельный вес занятий, проводимых в активных формах,
составляет 20% от общего числа аудиторных занятий.
4
6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов.
Оценочные
средства
для
текущего
контроля
успеваемости,
промежуточной
аттестации по итогам освоения дисциплины.
Раздел
№ учебной
недели
семестра
1
1-4
2
5-7
3
8-12
4
13-18
количеств
вид
о часов на
самостоятельной
самостоят
работы
ельную
работу
36
Изучение
материалов лекций
и рекомендованной
литературы,
24
выполнение
домашних заданий,
решение задач,
подготовка к
30
лабораторным
работам
Учебнометодическое
обеспечение*
М.1
М.2
М.3
М.4
48
Учебно-методическое обеспечение
М.1 Материал раздела «Основы полярографии»
Историческая справка. Основные принципы полярографического
анализа. Схема полярографической установки. Общая характеристика
вольтамперной кривой. Токи в полярографии. Понятие о предельном и
диффузионном токах. Миграционный ток. Емкостный ток. Диффузионный
ток и потенциал полуволны - основные параметры полярографической
волны, используемые в аналитический целях.
Уравнение
зависимости
величины
тока
от
концентрации
деполяризатора и следствие из этого уравнения. 1 и 2 законы диффузии.
Стационарная и нестационарная диффузия. Уравнение мгновенного тока при
линейной диффузии к сферическому и ртутному капающему электродам.
Характер диффузии, контролирующий величину диффузионного тока у РКЭ.
Средний диффузионный ток. Уравнение Ильковича. Исследование уравнения
5
Ильковича.
Факторы,
влияющие
на
величину
диффузионного
тока.
Константа капилляра. Зависимость периода капания и массы вытекающей
ртути от различных факторов. Практическое использование уравнения
Ильковича в анализе.
Уравнение
полярографической
восстановления
потенциалов
простых
полуволн
ионов
при
волны.
металлов
обратимом
Вывод
и
его
для
определение
случая
значения
электродном
процессе.
Восстановление комплексных ионов и определение координационного числа
и
константы
нестойкости
полярографических
волн
комплекса.
Понятие
случая
необратимого
для
об
уравнениях
восстановления
деполяризатора и восстановления из одной степени окисления в другую
(продукт восстановления остается в растворе). Максимумы в полярографии.
Полярографические максимумы 1 и 2 рода. Их природа. Причины,
приводящие к появлению максимумов. Необходимость их устранения и
способы их устранения. Возможность использования полярографических
максимумов для аналитических целей.
Аналитические возможности полярографического метода. Границы и
объекты наиболее рационального его применения (обзор по таблице
Менделеева и наиболее типичным объектам и типам производств).
Задачи, решаемые методом полярографии. Понятие о методах добавки
и
калибровочного
графика.
Использование
полярографии
в
комбинированных методах анализа. Направления совершенствования и
развития полярографии. Пути повышения чувствительности и избирательной
способности.
Понятие дифференциальной, разностной
и
импульсной
полярографии. Синусоидальная переменнотоковая полярография. Понятие о
полярографии на твердых электродах (платиновый и графитовый электроды).
Возможности
и
ограничения
этих
электродов.
Анодные
волны
в
полярографии. Понятие о методе АПН на ртутном стационарном электроде и
инверсионной
вольтамперометрии.
Использование
полярографии
для
физико-химических исследований (определение числа электронов, константы
6
устойчивости, координационного числа, константы диссоциации кислот,
скорости реакции, адсорбционных характеристик).
Полярография и контроль за окружающей средой и
стоками
(аналитический аспект). Место полярографии в рациональной системе
контроля. Примеры использования полярографии в контроле стоков и
чистоты окружающей биосферы.
Полярография
лекарственных
препаратов.
Полярографическое
определение неорганических лекарственных веществ. Соединения галогенов
и элементов подгруппы кислорода и подгруппы азота. Соединения элементов
подгруппы меди и цинка, соединения железа и кобальта и прочих тяжелых
токсичных
металлов.
Органические
лекарственные
препараты.
Галоидпроизводные и спирты, фенолы, альдегиды, сложные эфиры
карбоновых и неорганических кислот, органические соединения серы, амины
и их производные, амиды карбоновых кислот и сульфокислот (сульфамидные
препараты),
гетероциклические
соединения
(соединения
пиридина
и
пиперазина, производные хинолина и пиримидина), алкалоиды, витамины,
антибиотики.
Оценка
возможностей
и
ограничений
метода
при
анализе
лекарственных препаратов.
Полярографические методы определения при анализе пищевых
продуктов.
Определение
токсичных
тяжелых
металлов
в
вине,
виноматериалах, безалкогольных напитках, продуктах детского питания,
консервах, зерне и хлебобулочных изделиях, рыбных и мясных продуктах,
овощах и фруктах.
Определение неметаллов и органических веществ в напитках и
пищевых продуктах. Возможности и ограничения метода при анализе
пищевых
продуктов.
Сравнение
конкурентоспособности
метода
полярографии с другими аналитическими методами, его достоинства и
недостатки.
Контрольные задания к разделу «Вольтамперометрия»
7
1. Для
восходящей
части
обратимой
полярографической
волны
(с= 1,0·10-3 М) при 25°С получены следующие данные:
Е, В
-0,395
-0,406
-0,422
-0,445
I, мкА
0,56
1,13
2,20
3,40
Предельный диффузионный ток 3,78 мкА, m= 1 мг/с, t = 1с. Какую
информацию можно получить из этих данных?
2. На фоне 0,1М KNO3 Pb(II) образует на РКЭ волну с Е1/2=-0,405 В (НКЭ). В
присутствии органического лиганда А- получены следующие данные
сА, М
0,020
0,060
0,1000
0,300
Е1/2, В
-0,473
-0,507
-0,516
-0,547
Каково соотношение металл : лиганд в комплексе, какова константа его
устойчивости?
Диффузионный
3.
ток,
измеренный
при
t=5с,
равен
6,0
мкА.
Какова будет его величина при t=3с?
Диффузионный ток в 1,0·10-3 М растворе М(II) равен 6,20 мкА.
4.
Характеристики капилляра: m = 2 мг/с, t= 5 с. Рассчитайте коэффициент
диффузии М(II).
На фоне 1М НС1 Cd(II) образует волну с E1/2=-0,64 В (НКЭ). В 5,0·10-3
5.
М растворе предельный диффузионный ток равен 3,96 мкА (m = 2,5 мг/с,
t=3,02 с). Рассчитайте константу диффузионного тока (Kд) и коэффициент
диффузии.
Полярограммы 50,00 мл 5,0·10-4 М раствора Cd(II) снимали одну за
6.
другой в течение 30 мин. Предельный диффузионный ток равен 4,0 мкА.
Рассчитайте долю Cd(II), восстановившегося за это время до Cd(0).
Ожидается, что в процессе восстановления кетона может участвовать
7.
один или два электрона. Для 1,0·10-3 М
раствора кетона предельный
диффузионный ток равен 6,80 мкА (D = 5·10-6 см2 · с-1, т = 2 мг/с, t = 5 с).
Рассчитайте число электронов.
Каково соотношение высот: а) волн на классической подпрограмме;
8.
б)
пиков
на
переменно-токовой
полярограмме
восстановления
8
А(Ш)А(0) и В(II)В(0) в смеси при равных концентрациях и DADB.
9.
На фоне 0,1М NaC1O4 деполяризаторы А(III) и В(II) образуют
обратимые
волны
с
E1/2=-0,05В
и
-0,30
В.
При
добавлении
НС1 до конечной концентрации 1М образуются хлоридные комплексы A
(lgβ1
=
3,05;
lgβ2=5,8;
lgβ3=7,85;
lgβ4=9,05).
Какой
из
этих
фонов пригоден для определения А и В в смеси 1:1: а) методом
классической полярографии, б) методом переменно-токовой полярографии?
10.
На фоне 0,1 М KNO3 с рН 5,00 Е1/2 для Тl (I) и РЬ(II) равны - 0,50 В и
-0,46
В. Возможно
ли
их
одновременное определение методом
классической полярографии: а) в этом фоне, б) после прибавления ЭДТА
до концентрации 0,05 М (рН 5,00)? lgβPbY2- = 18,0; αY4- =3,5·10-7 при рН
5,00.
11.
Полярографически необходимо определять: а) содержание СН2O и
СН3СНО
в
вине
тринитротолуола
в
(50
проб
образцах
ежедневно);
цемента
(3-5
б)
содержание
проб
в
2,4,4-
месяц); в)
содержание токсичного кетона в антибиотике (анализ проводят
в лаборатории контроля качества на производственной линии). В каких
случаях (и почему?) нужно использовать метод добавок, а в каких
пригоден метод градуировочного графика?
12.
Волна восстановления СгO42- до Сг(III) имеет Е1/2=-0,30 В, а волна
восстановления Сг(III) до Сг(0) - 1,40 В. На полярограмме сточной воды
предельный ток при - 0,70 В равен 10,5 мкА, а при - 1,80 В, 42,0 мкА.
Рассчитайте соотношение концентраций СгO42- и Сг(III) в анализируемой
воде,
приняв
коэффициенты
диффузии
равными.
Нарисуйте
полярограмму.
13.
На фоне 0,1 М KNO3 Pb(II) обратимо восстанавливается на РКЭ,
образуя волну с Е1/2=-0,405 В. При добавлении аниона А- до
концентрации 1,0·10-2 М образуется комплекс РbА2, дающий волну с
Е1/2=-0,456 В. Рассчитайте константу устойчивости комплекса.
9
14.
Предельный диффузионный ток восстановления 4,0·10-3 М ТеO32- на
РКЭ равен 61,9 мкА. Масса 20 капель Hg, вытекающих за 63с, равна
0,0945 г. Коэффициент диффузии ТеO32- 7,5·10-6 см2·с-1. Используя эти
данные, напишите уравнение электродной реакции.
15.
При определении свинца в сточной воде на переменно-токовой
полярограмме наблюдали пик Рb(II) высотой 75 мм. После добавления
0,50 мл стандартного
16.
2,0·10-4 М раствора Рb(II) высота пика выросла до 163 мм. Объем
анализируемого раствора в ячейке 10,00 мл. На полярограмме фона (0,1М
HNO3) наблюдается пик высотой 11 мм. Рассчитайте содержание свинца
(мг/л) в сточной воде. Мол. масса (Рb) 207,19.
17.
Навеску сплава массой 0,8325 г, содержащего примесь сурьмы,
растворили
в
азотной
кислоте,
затем
нейтрализовали
аммиаком.
Выпавший осадок отделили и растворили в 25,0 мл 5М Н2SO4. Аликвоту
10,00 мл поместили в ячейку и зарегистрировали переменно-токовую
полярограмму. Высота пика Sb(III) 28 мм. На полярограмме стандартного
1,0·10-5 М раствора Sb(IlI) в аналогичных условиях получили пик
высотой 75 мм. Рассчитайте массовую долю (%) сурьмы в сплаве. Мол.
масса (Sb) 121,75.
М. 2 Материал раздела «Потенциометрия»
Теоретические основы потенциометрического метода. Возникновение
двойного электрического слоя на границе раздела фаз. Окислительновосстановительный
потенциал.
Мембранный
потенциал.
Прямая
потенциометрия. Потенциометрическое титрование. Область применения
потенциометрического анализа. Электрохимическая индикаторная реакция.
Скачок потенциала. Изменение потенциала, активности и концентрации
вещества в процессе титрования. Индикаторные электроды
и электроды
сравнения. Требования, предъявляемые к ним. Основные типы электродов,
используемых в потенциометрическом анализе (активные, инертные;
10
электронообменные, ионообменные; электроды первого, второго и третьего
рода). Методы измерения ЭДС в потенциометрическом анализе. Нахождение
конечной точки титрования. Классический метод - обнаружение скачка
потенциала. Расчётный метод определения конечной точки титрования.
Титрование до потенциала точки эквивалентности, расчёт потенциала точки
эквивалентности. Метод добавок.
Ионселективные электроды. Электрохимические свойства мембранных
электродов. Понятие о константе ионного обмена. Степень обратимости и
степень селективности мембранных электродов. Классификация. Электроды
с твёрдыми мембранами; гомогенные и гетерогенные электроды. Электроды
с жидкостными мембранами. Плёночные мембранные электроды.
Метод
кислотно-основного
электрохимическая
реакция.
титрования.
Индикаторные
Индикаторная
электроды:
водородный,
хингидронный, металл-оксидный электроды, их достоинства и недостатки,
границы
применения.
Стеклянный
электрод.
Условия
применения
потенциометрического кислотно-основного титрования сильных и слабых
кислот и оснований, многоосновных кислот, смеси кислот и т.д.
Потенциометрическое
восстановления.
Электрохимические
константы
равновесия
значением
стандартных
восстановителя.
потенциалов.
титрование
Расчёт
Расчёт
методу
индикаторные
(реальных)
Кравн
по
потенциалов
значениям
кривых
окисления-
реакции.
окислительно-восстановительной
Особенности
восстановления.
по
реакции
со
окислителя
и
стандартных
титрования
Связь
метода
окислительно-восстановительного
(реальных)
окисленияэквивалента
реакции (числа электронов) по графику Е - lg аок/авос.
Потенциометрическое титрование по методу осаждения. Индикаторные
электрохимические реакции. Зависимость величины скачка титрования от
растворимости продуктов реакции и стехиометрических
коэффициентов
реакции. Расчёт величины ПР по кривой титрования. Характеристика
индикаторных электродов метода. Потенциометрическое титрование по
11
методу комплексообразования. Комплексонометрия.
ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ
1. Вычислить потенциал медного электрода, помещенного в раствор
нитрата меди, относительно насыщенного хлорсеребряного электрода,
если в 150 мл раствора содержится 24,2 г Cu(NO3)2·3H2O.
2. Потенциал хингидронного электрода по отношению к нормальному
каломельному электроду равен 0,170 В при 20ºС. Вычислить рН
раствора.
3. Вычислить потенциал водородного электрода, опущенного в раствор
0,5М НСООН, на 50% оттитрованный КОН.
4. Вычислить потенциал платинового электрода, помещенного в раствор
FeSO4, на 99% оттитрованного раствором KMnO4.
5. Э.д.с. гальванического элемента из платинового электрода в растворе,
содержащем Fe(III) и Fe(II), и насыщенного каломельного электрода
(НКЭ) равна 0,558В. Каково соотношение Fe(III)/Fe(II)?
6. Потенциал серебряного электрода в растворе соли серебра равен 0,434
В
(относительно
стандартного
водородного
электрода).
Какова
равновесная концентрация ионов серебра, если ЕºAg+/Ag равен 0,799В?
7. Навеску массой 0,5000 г FeSO4·7H2O (молекулярная масса 278,05)
растворили в 100 мл 1М HCl. Потенциал платинового электрода,
погруженного
в
этот
раствор
равен
0,320
В
(относительно
насыщенного каломельного электрода). Рассчитать массовую долю (%)
Fe2(SO4)3 в препарате. Молекулярная масса Fe2(SO4)3 равна 399,88;
ЕºFe3+/Fe2+ в 1М HCl равен 0,457 В.
8. Для измерения рН кислого раствора использовали ячейку:НКЭ║ H+
(хМ); хингидрон (нас.) Pt. В условиях эксперимента (25ºС) э.д.с. ячейки
равна 0,313 В. Каков рН анализируемого раствора, если ЕНКЭ=0,246В,
ЕºQ,2H+/H2Q=0,699 В? (Q-хинон, Н2Q- гидрохинон).
12
9. Рассчитать потенциал стеклянного электрода в растворе при рН 5,0 по
отношению к хлорсеребряному электроду. Еº стеклянного электрода
при 20ºС равен 0,358 В, Еºхлорсеребр.=0,201В.
10.Рассчитать концентрацию Cl- в растворе, если хлорсеребряный
электрод, погруженный в раствор, имеет потенциал (по отношению к
насыщенному
каломельному
электроду)
равный
0,208
В.
Для
хлорсеребряного электрода Еº равен 0,290В.
11.Рассчитать потенциал платинового электрода (по насыщенному
каломельному) в растворе FeSO4, оттитрованном раствором K2Cr2O7 на
50%, на 90%, на 99% и на 101%; концентрация HCl - 1н.
12.Рассчитать потенциал серебряного электрода в растворе с активностью
иодид-ионов, равной 1, и насыщенном AgI.
М. 3 Материал раздела «Хроматографические методы анализа»
Введение в хроматографию. Хроматографические методы разделения и
концентрирования. История развития хроматографических методов анализа.
Физико-химические основы хроматографического процесса. Основные
понятия.
Классификация
осуществления
по
методам,
хроматографического
по
механизму,
процесса.
по
формам
Теоретические
основа
хроматографических методов разделения и концентрирования. Теория
эквивалентных
теоретических
тарелок,
кинетическая
теория.
Фактор
селективности, степень селективности, связь с числом теоретических
тарелок. Хроматограмма и основные хроматографические понятия.
Введение в жидкостную и газовую хроматографию. Подвижные и
неподвижные фазы. Области применения. Достоинства и недостатки.
Жидкостная
хроматография.
Характеристики
фаз
и
способов
осуществления хроматографического разделения.
Распределительная и осадочная хроматография. Принципы методов.
Применение в анализе неорганических и органических соединений.
Достоинства и недостатки методов.
13
Плоскостная
тонкослойная
Неподвижная
распределительная
хроматография.
и
хроматограмм.
подвижная
Примеры
хроматография
Способы
фазы,
осуществления
требования.
практического
Бумажная
Приемы
применения.
и
процесса.
проявления
Особенности
проведения процесса тонкослойной хроматографии. Скорость движения
хроматографической
зоны.
Оценка
разделительной
способности
и
эффективности. Высокоэффективная тонкослойная хроматография. Способы
проведения тонкослойной хроматографии (ТСХ). Способы обработки ТСХпластин.
Обнаружение
бесцветных
соединений.
Идентификация.
Количественный ТСХ-анализ
Ионообменная
хроматография.
Принцип
метода.
Ионообменные
смолы, их характеристика. Техника ионообменной хроматографии. Основные
закономерности
ионообменного
процесса.
Примеры
использования
ионообменной хроматографии в анализе.
ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ
1.
В чем сущность методов хроматографии.
2.
Изобразите кривую элюирования. Дать
определение времени
удерживания, объема удерживания. Связь между объемом и временем
удерживания.
3.
Какие требования предъявляются к растворителям и адсорбентам в
адсорбционной хроматографии. Назовите наиболее распространенные
растворители
и
адсорбенты,
применяемые
в
адсорбционной
хроматографии.
4.
В чем сущность ионообменной хроматографии. Области применения
ионообменной хроматографии.
5.
Что такое иониты. Как определяется обменная емкость ионитов
статическим и динамическим методом.
6.
В чем сущность распределительной хроматографии. Что такое
коэффициент удерживания. Связь величины коэффициента удерживания
с коэффициентом распределении. Как можно определить Rf на практике.
14
7.
Хроматографические методы разделения и концентрирования. Общая
характеристика
методов.
Классификация.
Способы
осуществления
хроматографических процессов.
8.
Детекторы
газовой
хроматографии:
газовые
весы;
катарометр;
детекторы, измеряющие электропроводность газовой смеси – ДЭЗ, ДИП,
гелевый и др.
9.
Некоторые
теоретические
основа
хроматографических
методов
разделения и концентрирования. Теория эквивалентных теоретических
тарелок, кинетическая теория.
10.
Детекторы
ВЭЖХ:
УФ-,
ВИД-
и
ИК-спектрофотометры;
флюориметрический; рефрактометрические; электрохимические и др.
11.
Качественный
и
количественный
анализ
и
методы
обсчета
хроматограмм. Детекторы. Классификации и основные характеристики
детекторов.
12.
Подвижная фаза в газовой хроматографии, роль газа-носителя.
13.
Газовая
и
жидкостная
хроматографии,
история
развития,
классификация, области применения и специфика методов. Аппаратурное
оснащение
хроматографического
метода
анализа,
основные
узлы
хроматографов.
14.
Подвижная фаза в ВЭЖХ, роль элюента в жидкостной хроматографии,
элюирующая сила растворителей и качество хроматографического
разделения. Чистота и способы очистки растворителей.
15.
Режимы хроматографирования. Изотермический и с программированием
температур
–
газовая
хроматография;
изократический
и
градиентный – жидкостная хроматография. Принципы подбора условий
хроматографирования.
16.
Сорбенты
жидкостной
хроматографии.
Химия
поверхности
силикагеля, способы модификации поверхности, химическая прививка
функциональных групп и радикалов.
15
17.
Некоторые
теоретические
основы
хроматографических
методов
разделения и концентрирования. Теория эквивалентных теоретических
тарелок, кинетическая теория.
18.
Сорбенты газовой хроматографии. Адсорбенты, твердые носители и
неподвижная жидкая фаза. Способы нанесения жидкой фазы.
19.
Плоскостная хроматография. Особенности бумажной и тонкослойной
хроматографии. Качественный и количественный анализ в плоскостных
видах хроматографии.
20.
Распределительная
хроматография.
Варианты
распределительной
хроматографии (нормально-фазная и обращенно-фазная).
21.
Жидкостная
хроматографии,
история
развития,
классификация,
области применения и специфика методов. Аппаратурное оснащение
хроматографического метода анализа, основные узлы хроматографов.
22.
Детекторы
газовой
хроматографии:
газовые
весы;
катарометр;
детекторы, измеряющие электропроводность газовой смеси – ДЭЗ, ДИП,
гелевый и др.
М. 4 Материал раздела «Оптические методы анализа»
Общая характеристика оптических методов исследования и анализа и
их место в системе физических методов анализа. Классификация оптических
методов анализа. Атомная и молекулярная спектроскопия.
Оптическая молекулярная спектроскопия, основанная на поглощении
излучения молекулами. Спектрофотометрия. Закон Ламберта-Бугера-Бера.
Оценка
чувствительности
определения.
Аналитические
и
правильности
возможности
спектрофотометрического
метода.
Инструментальные
ошибки метода. Природа цветности. Химические теории цветности. Теория
цветности и квантовая механика. Электронное состояние молекул и
электронные
спектры
поглощения.
Спектральная
кривая.
Параметры
спектральной кривой. Положение, интенсивность и форма полос поглощения
в электронных спектрах Понятие о моменте перехода, силе осциллятора,
16
интегральной интенсивности. Зависимость электронной энергии молекулы от
межъядерных расстояний. Принцип Франка-Кондона. Полуширина и
асимметрия полосы поглощения. Разложение перекрывающихся полос
поглощения на индивидуальные компоненты.
Электронные спектры органических молекул. Типы электронных
переходов.
Влияние
заместителей
на
положение полос
поглощения
электронные, эффекты. Влияние ионизации заместителя, -батохромные и
гипсохромные
эффекты.
Сольватохромия.
Стерические
эффекты
заместителей.
Электронные спектры поглощения комплексов ионов металлов с
окрашенными органическими реагентами. Метод молекулярных орбиталей.
Понятие
о
высокоспиновом
комплексообразователя.
электронных
и
низкоспиновом
Спектрохимический
ряд
состоянии
лигандов.
Типы
переходов. Запрещённые и разрешенные перехода, их
интенсивность. Спектры переноса заряда. Примеры использования их в
спектрофотометрии.
Применение абсорбционной спектроскопии для изучения равновесий в
растворах.
Общая
схема
спектрофотометрических
методов.
Правило
аддитивности оптических плотностей. Определение числа компонентов в
смеси, определение ранга матриц оптических плотностей. Изобестические
точки. Анализ многокомпонентных систем.
ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ
1. Что служит критерием соблюдения основного закона светопоглощения?
Какие причины вызывают отклонения от этого закона?
2. Какая разница между истинным и средним молярными коэффициентами
поглощения?
3. Представьте графически зависимости: а) А=f(C); Т=f(C); ε=f(C); А=f(l);
Т=f(l); ε=f(l).
4. Показать, что любая линейная комбинация оптических плотностей при
нескольких длинах волн, при которых вещество подчиняется основному
17
закону светопоглощения, пропорциональна концентрации вещества в
растворе.
5. Какую величину используют для сравнительной оценки чувствительности
фотометрической реакции?
6. Какие фотометрические реакции используются для определения кремния,
титана, ванадия, хрома, марганца, железа, кобальта, никеля, меди?
Укажите формулы фотометрируемых соединений.
7. В каких случаях следует измерять оптические плотности анализируемых
растворов относительно растворителя, а в каких случаях – относительно
растворов контрольного опыта?
8. В спектре MnO4- наблюдаются три полосы поглощения: 225 (ε=3·103), 310
(ε=1.5·103) и 528нм (ε=2.9·103). Оцените возможность определения
марганца в стали при указанных длинах волн, если растворение стали и
окисление марганца проводят в азотной кислоте.
9. При
фотометрическом
определении
железа
и
кобальта
в
виде
тиоцианатных комплексов используют водно-ацетоновые или водноэтанольные среды. Почему прибавление ацетона (этанола) улучшает
метрологические характеристики анализа?
10.Расчет относительной погрешности фотометрических измерений основан
на
формуле
Туаймена-Латиана
ΔA/A=0.4343ΔT/AT.
При
каких
допущениях и как была получена эта формула?
11.Каковы оптимальные интервалы измерения величин пропускания и
оптической плотности? Чем они определяются? При каком значении А
относительная
погрешность
измерения
оптической
плотности
минимальна?
12.В
каких
случаях
применяется
дифференциальный
спектрофотометрический метод?
13.На использовании каких законов основан спектрофотометрический метод
определения констант равновесия?
18
7.
Учебно-методическое
и
информационное
обеспечение
дисциплины (модуля)
а) основная литература:
1. Золотов Ю.А. Основы аналитической химии. – М.: ВШ, 2000. Т.1. 351с.
2. Скуг Д., Уэст Д. Основы аналитической химии. - М.: Мир, 1979. Т.2. 438с.
3. Москвин Л.М., Царицына Л.Г. Методы разделения и концентрирования в
аналитической химии. – Л.: Наука, 1991.
4. Отто М. «Современные методы аналитической химии» М., Техносфера,
2006.
5. Аналитическая химия. Лабораторный практикум/ Васильев В.П.,
Морозова Р.П., Кочергина Л.А.; под ред. Васильева В.П.- М.:Дрофа, 2006.414 с.
6. Электрохимические методы. Теория и практика/ под ред. Ф. Шольца; Пер.
с англ. Под ред. В.Н.Майстренко. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний,
2006. – 326 с.
7. И.Я.Берштейн, Ю.О.Каминский. Спектрофотометрический анализ в
органической химии. Л.: Химия, 1996.
8. Я.Инцеди. Применение комплексов в аналитической химии, М.: Мир,
1979.
в) программное обеспечение и Интернет-ресурсы
1. Программный комплекс сбора и обработки результатов
«Мультихром»;
2. http://www.chem.msu.ru/rus/elibrary/
3. http://rushim.ru/books/analitika/analitika.htm
4. http://www.rusanalytchem.org/
5. http://window.edu.ru/
6. www.anchem.ru
7. www.xumuk.ru
8. http://rushim.ru/books/analitika/analitika.htm
8. Материально-техническое обеспечение курса
Необходимый перечень материально-технического
включает в себя:
 лекционную аудиторию;
 лабораторию для проведения лабораторного практикума.
Имеющаяся материальная база обеспечивает:
анализа
обеспечения
19
 проведение лекций - аппаратурой для демонстрации иллюстративного
(презентационного) материала;
 выполнение лабораторных работ – необходимыми химическими
реактивами, растворителями, стандартной лабораторной посудой и
учебно-научным оборудованием: хроматографы газовые, оснащенные
капиллярными
и
набивными
колонками,
детекторами
по
теплопроводности, ионизационно-пламенным, жидкостный хроматограф,
оснащенный колонкой С18, УФ-детектором; система капиллярного
электрофореза; а также весы технические и аналитические, шкафы
сушильные, электроплитки, рН-метры и т.д.;
Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с
учетом рекомендаций и ПрООП ВПО по направлению и профилю подготовки
Химия.
Авторы Л.П. САдименко, О.И. Аскалепова, Е.В. Нарежная, И.В.
Браславская.
Рецензент (ы) _________________________
Программа одобрена на заседании УМК химического факультета ЮФУ
от ___________ 2010 года, протокол № ________.
20