Химический анализ, как метод получения информации о загрязнении окружающей среды

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Федеральное государственное  образовательное  учреждение высшего  профессионального  образования

«Петербургский  государственный  университет путей  сообщения» 

Кафедра «Техносферная и  экологическая безопасность» 
 

Отчет по учебной практике по теме:

«Химический анализ, как метод  получения информации о загрязнении  окружающей среды» 
 

Выполнил  студент 

группы  ИЗОС-915

Иванова М.Г. 

___________________

Проверил  доцент

Тинус А.М. 

___________________ 

Заведующий  кафедрой

Титова  Т.С. 

___________________ 

Санкт- Петербург

2010

 

Аннотация

     В данном отчете рассмотрены такие понятия как химический анализ, аналитический сигнал, качественный и количественный методы анализа, физический и химический методы данного анализа, приведена методика химического анализа, дана классификация физических и химических методов.

 

     

     Содержание 

Введение            2

1. Химический анализ          3

2. Методика химического анализа       5

3. Качественный и количественный анализы     6

4. Физические и химические методы              10

Заключение                  31

Список использованных источников              32 
 
 
 
 
 

 

Введение.

      В современном развивающемся мире необходимо уделять внимание защите окружающей среды, предотвращать возможные  вредные воздействия и по возможности ликвидировать последствия уже произошедших экологических катастроф. Для этого необходимо уметь определять степень воздействия антропогенной деятельности на окружающую среду. Одним из основных способов оценки является химический анализ. Являясь частью аналитической химии, химический анализ имеет большое значение для экологии и многих отраслей народного хозяйства (металлургии, нефтехимии, бытовой химии и парфюмерии).

     В условиях производства с помощью  химического анализа проводят:

• определение качества продуктов и сырья;
• контроль процесса производства;
• мониторинг и охрану окружающей среды;
• медицинскую диагностику;
• определение состава почв, удобрений, кормов и сельскохозяйственной продукции;
• анализ отходов производства с целью их утилизации. [1]

 

1. Химический анализ. 

     Химический  анализ – это получение опытным путем данных о химическом составе вещества методами, которые рекомендует аналитическая химия.

     Аналитическая химия – это наука о методах определения химического состава вещества и его структуры. Предметом аналитической химии является разработка методов анализа и практическое выполнение анализов, а также широкое исследование теоретических основ аналитических методов. Сюда относится изучение форм существования элементов и их соединений в различных средах и агрегатных состояниях, определение состава и устойчивости координационных соединений, оптических, электрохимических и других характеристик вещества, исследование скоростей химических реакций, определение метрологических характеристик методов.

     Химический  анализ разделяется на качественный и количественный анализы.

     Цель  качественного анализа – определение элементного или изотопного состава вещества. При анализе органических соединений находят непосредственно отдельные химические элементы, например, углерод, серу, фосфор, азот или функциональные группы. При анализе неорганических соединений определяют, какие ионы, молекулы, группы атомов, химические элементы составляют анализируемое вещество.

     Цель  количественного анализа – установление количественного соотношения составных частей вещества. По результатам количественного анализа можно определить константы равновесия, произведения растворимости, молекулярные и атомные массы. Количественному анализу обычно предшествует качественный анализ. [2]

     Измерения концентрации относят к специфическим (более сложным) измерениям. Поэтому  в аналитической химии вместо понятия измерительного сигнала используют понятие аналитического сигнала, как более сложного по происхождению, по сравнению с пространственно-временными, механическими, электрическими, магнитными, теплофизическими, радиационными и т.д. физическими величинами.

     Аналитический сигнал – измерительный сигнал, регистрируемый в ходе анализа вещества объекта анализа, содержащий количественную информацию о величине, функционально связанной с содержанием определяемого компонента.

     Интенсивность аналитического сигнала – это численное значение свойства, связанного с содержанием анализируемого компонента в веществе объекта анализа. Все методы химического количественного анализа веществ основаны на измерении аналитического сигнала определяемого компонента – любого химического или физического свойства конкретных структурных единиц (атомов, ионов, молекул), из которых состоят анализируемые вещества. Аналитический сигнал несет информацию как качественного, так и количественного характера. Например, в гравиметрическом анализе качественную информацию получают по появлению или отсутствию осадка. Количественную информацию получают по интенсивности аналитического сигнала – по величине массы выделенного и прокаленного осадка – продукта предварительно проведенной химической реакции с эквивалентным количеством реагентов. В титриметрическом анализе качественную информацию получают по изменению цвета раствора при проведении химической реакции. Количественную информацию получают по интенсивности аналитического сигнала - эквивалентному объёму титранта, израсходованного на химическую реакцию с определяемым компонентом. В фотометриии – качественную информацию получают по появлению сигнала (поглощению света конкретных длин волн). Количественную информацию получают по величине интенсивности поглощения света конкретных длин волн веществом, преобразованной в величину оптической плотности раствора. Выходной аналитический сигнал может быть зарегистрирован визуально, или снят как показание с цифрового табло, со шкалы с делениями, с экрана осциллографа, распечатан в виде таблицы числовых данных на бланке, или зарегистрирован с помощью самописца на диаграммной ленте в виде кривой зависимости интенсивности выходного сигнала от времени (хроматография, вольтамперометрия, спектрометрия). Временная координата в зависимости от применяемого средства измерения может быть преобразована в значение потенциала (вольтамперометрия), длины волны электромагнитного излучения (спектрометрия). По результатам измерения величины выходного аналитического сигнала с помощью уравнения связи рассчитывают содержание определяемого компонента в пробе вещества объекта анализа. Уравнение связи отражает зависимость между интенсивностью аналитического сигнала I (измеряемой величиной, прямые измерения) и содержанием анализируемого компонента (I = f (n), I = f (m)) или его концентрацией С (I = f (C)) – косвенные измерения. Расчет результатов анализа основан на использовании различных видов измерений, таких как прямые - косвенные, однократные - многократные, статические – динамические. [4] 

     2. Методика химического анализа. 

     На  практике все достижения аналитической  химии как науки реализуются  в конечном её продукте - методике химического анализа конкретного объекта. Бывают методики качественного химического анализа и методики количественного химического анализа вещества объекта анализа. Процедуры качественного и количественного химического анализа могут быть описаны последовательно в одной методике.

     Методика  химического анализа  вещества объекта анализа – документ в котором в соответствии с используемым методом анализа описана последовательность  операций и правил, выполнение которых обеспечивает получение результата анализа вещества объекта анализа с установленными характеристиками погрешности или неопределенностью для методик количественного анализа, а для методик качественного анализа - с установленной достоверностью. Каждая методика химического анализа построена на использовании какого-либо одного метода анализа. Геолог (геоэколог) обязан пользоваться услугами аккредитованных на право выполнять химический анализ геологических объектов аналитических лабораторий. Методика должна быть национальным или отраслевым стандартом или отраслевым РД. [4] 

     3.Качественный и количественный анализы. 

     Качественный анализ основан на том, что при известного рода обработке в каждом химическом соединении или элементе можно вызвать своеобразные явления, реакции, свойственные только одному какому-либо телу и указывающие, таким образом, на присутствие этого тела. Известные реакции протекают одинаково для целых групп тел, тогда как для других вовсе не наступают. Таким образом, возможно, выработать систематический ход анализа и разбить отдельные тела на группы, а затем уже доискиваться в известной группе отдельных членов. Только придерживаясь систематического порядка при употреблении вызывающих известные реакции реактивов, возможно легко и верно достигнуть цели и притом тем легче, если не пренебрегать предварительными пробами, дающими указание на присутствие или отсутствие целых групп элементов. Поясним на примере ход качественного анализа. Для исследования пусть будет дано белое кристаллическое вещество. Предварительные анализы пробы следующие: нагревают слегка небольшую порцию вещества в стеклянной трубочке; оно при этом плавится, не образуя налета от влажности; нет также возгона и нет выделения угля; отсюда надо вывести заключение, что мы имеем дело с безводным неорганическим соединением, не содержащим аммиачных и ртутных солей. Другую пробу нагревают на куске угля в пламени паяльной трубки: она плавится, всасывается углем и, попадая на раскаленные места его, производит вспышку, что указывает на присутствие азотнокислых, хлорновато- и бромноватокислых солей. Третью пробу вещества смешивают с безводной содой и нагревают в небольшом углублении на угле в пламени паяльной трубки: вещество при плавлении пенится и оставляет небольшой металлический королек, не образуя на угле налета, откуда, во-первых, можно заключить, что мы имеем дело с металлом, отсутствие же налета указывает на отсутствие свинца, кадмия, цинка, висмута, сурьмы и олова, кроме того, вещество легко растворимо в воде. Теперь приступают собственно к исследованию: водный раствор вещества смешивают с сернистоводородной водой; появляется обильный черный осадок. Возможно присутствие: свинца, серебра, меди, висмута, кадмия, ртути, мышьяка, сурьмы, олова, золота, платины, молибдена, вольфрама; предварительными пробами уже показано отсутствие ртути и других названных с нею металлов. В жидкость пропускают сероводород до тех пор, пока она не будет явственно им пахнуть; черный осадок собирают на фильтр и промывают водой; часть жидкости выпаривают досуха в фарфоровой чашке; при этом не остается никакого остатка, что указывает на то, что, кроме осаждающихся сероводородом металлов, в анализируемом веществе нет никаких нелетучих тел. Полученный при действии сероводорода черный осадок обрабатывают сернистым аммонием, в котором растворимы сернистые соединения мышьяка, сурьмы, олова, золота, платины, вольфрама и молибдена; так как осадок не изменяет своего наружного вида, а отфильтрованная от него жидкость не дает никакого осадка при нейтрализации соляной кислотой, то это указывает на отсутствие всех только что упомянутых элементов. Могут быть, следовательно, даны: свинец, серебро, медь, висмут, кадмий и ртуть, но все они, за исключением серебра и меди, могли бы быть открыты при предварительных пробах, а потому мы имеем дело с серебром или с медью или же со смесью этих обоих металлов. Черный осадок промывают водой и нагревают с крепкой азотной кислотой, при чем он растворяется с выделением серы. Последнюю удаляют фильтрованием, а избыток азотной кислоты — выпариванием досуха и получают, таким образом, совершенно белый сухой остаток, цвет которого уже указывает на отсутствие меди, потому что малейшие количества ее окрасили бы остаток в голубовато-зеленый цвет. Так как таким образом доказано отсутствие всех прочих металлов, то в данном веществе может находиться только серебро. Чтобы доказать присутствие его, растворяют белый остаток в нескольких каплях воды и прибавляют в раствор каплю соляной кислоты, при чем образуется обильный белый, творожистый осадок хлористого серебра, легко растворимый в аммиаке. Для анализа, таким образом, была дана серебряная соль, и остается еще определить содержащуюся в ней кислоту, при чем поступают подобным же образом, как только что было описано.

     При количественном анализе найденные при качественном исследовании составные части переводятся всегда в прочные, мало изменяющиеся соединения определенного состава, вес которых и определяют (весовой анализ), или измеряют объем этих соединений, если они газообразны (анализ газов), или же, наконец, определяют (объемным путем) количество реагента, требующегося для образования этих соединений (титрование, объемный анализ). Вот пример весового анализ: имеется сплав, качественное исследование которого показало, что он состоит из серебра и меди; отвешивают определенное количество его, напр. 1 г, на чувствительных аналитических весах с точным разновесом, растворяют в азотной кислоте в покрытом стакане, причем следует избегать всякой потери, легко происходящей от разбрызгивания, разбавляют водой и прибавляют при сильном помешивании соляной кислоты, при чем все серебро переходит в осадок в виде нерастворимого хлористого серебра, тогда как медь остается в растворе. При помешивании жидкости хлористое серебро собирается в большие белые хлопья, быстро опадающие на дно. После того как жидкость совершенно осветлеет, ее пропускают через маленький фильтр, смывают на фильтр остающееся в стакане хлористое серебро все дочиста и промывают горячей водой до тех пор, пока капля фильтрата более не показывает кислой реакции. Все серебро имеется теперь в виде хлористого серебра на фильтре, а вся медь в фильтрате. Хлористое серебро высушивают, затем тщательно снимают с фильтра и переносят в прокаленный предварительно маленький фарфоровый тигель, точный вес которого заранее известен. На фильтре остаются еще незначительные следы хлористого серебра, которыми отнюдь нельзя пренебрегать. С этой целью сжигают фильтр на газовой горелке над перевернутой крышкой тигля, помещенной на штативе, до тех пор, пока фильтр вполне не испепелится, смачивают пепел каплей азотной кислоты, чтобы растворить следы серебра, которое могло восстановиться при сжигании фильтра от действия органического вещества, прибавляют после слабого подогревания каплю соляной кислоты, чтобы осадить вновь хлористое серебро, выпаривают досуха, закрывают тигель с главной массой хлористого серебра крышкой, на которой находится только что полученное небольшое количество хлористого серебра, и нагревают до слабого каления. По охлаждении взвешивают тигель с хлористым серебром, вычитают вес тигля и из найденного таким образом количества хлористого серебра вычисляют вес металлического. Хлористое серебро состоит из атома (или 108 весовых частей) серебра и из атома (или 35,5 в. частей) хлора, так что 143,5 вес. частей хлористого серебра содержат 108 частей металлического. Положим, что мы нашли вес хлористого серебра равным 1,196 грамма; отсюда получим по пропорции