Аналитическая химия, ее значение и задачи

8

АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ, ЕЕ ЗНАЧЕНИЕ И ЗАДАЧИ

Аналитической химией называют науку, изучающую химический состав веществ. Изучение состава веществ проводится с помощью химического анализа. Химический анализ может преследовать две цели -- изучение качественного состава вещества и определение количества его в анализируемой пробе.

В случае анализа качественного состава определяют присутствие элементов, входящих в состав вещества, либо отдельных функциональных групп, входящих в состав органического соединения, либо отдельных веществ, входящих в смесь нескольких веществ. Такого типа исследования входят в задачу качественного химического анализа.

При определении количества вещества могут ставиться задачи определения количества иона, функциональных групп, индивидуального вещества в анализируемом веществе или смеси веществ. Здесь используются специальные методы, которые являются предметом количественного анализа.

В настоящее время трудно назвать отрасль промышленности, где не использовался бы в той или иной мере химический анализ. В технике, промышленности, сельском хозяйстве, медицине, биологии определяют качественный и количественный состав веществ. Необычайная широта распространения химического анализа вызвала появление ряда отраслей аналитической химии. Так, анализ руд, строительных материалов, продукции металлургической, лесной, текстильной, химической и других видов промышленности составляет задачу технического анализа. Исследование почв, удобрений -- задачу агрохимического анализа. В задачу пищевого анализа входит исследование пищевых продуктов, источников их получения. Биохимический анализ проводят с целью изучения химического состава растений, животных, исследования крови и других биологических материалов человека и животных, диагностики многих заболеваний.

Наконец, существует фармацевтический анализ: определение качественного и количественного состава лекарств. Этот далеко не полный перечень современных направлений химического анализа показывает, что аналитическая химия закладывает теоретические основы и практические навыки большого количества прикладных аналитических дисциплин.

РОЛЬ АНАЛИТИЧЕСКОЙ ХИМИИ В РАЗВИТИИ АПТЕЧНОГО ДЕЛА И ФАРМАЦЕВТИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Современное аптечное дело и фармацевтическая промышленность невозможны без проведения различных видов химического анализа.

Многие лекарственные препараты получают из растительного и животного сырья. Прежде чем предложить новый вид лекарственного сырья, необходимо провести его подробное химическое изучение, которое осуществляется с помощью химического анализа.

Каждый вид лекарственного сырья перед поступлением на переработку в лекарственный препарат подвергается анализу. При этом в лекарственном сырье определяют присутствие лекарственного вещества и его количество. При приготовлении лекарственных препаратов из лекарственного сырья или путем синтеза приходится осуществлять постадийный контроль производства препаратов. В десятой пятилетке намечается увеличение производства лекарственных препаратов и развитие контроля их производства.

В аптеке из лекарственных препаратов готовят лекарства. Необходимо предъявлять высокие требования к качеству как лекарственных препаратов, так и лекарств. Малейшие нарушения качества препаратов или лекарств, отклонения от необходимой дозы лекарства могут оказать вредное действие на больного человека. Поэтому каждый лекарственный препарат и большинство лекарств подвергаются очень строгому химическому контролю.

Таким образом, без химического анализа развитие аптечного дела и фармацевтической промышленности практически невозможно. Особенно возрастает роль химического анализа в связи с необходимостью улучшения качества лекарств.

Большое значение химического анализа для фармации нашло свое отражение в создании такой химической дисциплины, как фармацевтическая химия, в задачи которой входит изучение способов анализа лекарственных препаратов и лекарств.

КРАТКИЙ ИСТОРИЧЕСКИЙ ОЧЕРК РАЗВИТИЯ АНАЛИТИЧЕСКОЙ ХИМИИ

Необходимость в проведении анализа продуктов питания, а также металлов возникла еще на заре развития человечества. Методом проб и ошибок древние люди с помощью вкусовых, зрительных, осязательных и обонятельных ощущений научились определять качество жизненно необходимых продуктов и веществ. По мере развития человеческого общества накапливался эмпирический опыт в этом отношении, и уже в древние века появились некоторые зачатки химического и физического анализа. Одним из основателей физического анализа можно считать великого ученого древности Архимеда, сумевшего с помощью открытого им закона определять качество драгоценных металлов.

Методы испытания металлов и руд развивались и применялись довольно широко в древней Греции, Риме, Египте, Киевской Руси и других странах. Большой вклад в дело развития химического анализа внесли ученые-алхимики, определившие многие важные свойства различных химических веществ. Первые элементы современного качественного анализа неорганических веществ заложил английский химик Р. Бойль в XVII веке. Закон сохранения массы веществ, открытый в 1756 г. великим русским ученым М.В. Ломоносовым, послужил основой количественного химического анализа.

В конце XVIII века крупные русские ученые-химики Т.Е. Ловиц и В.М. Севергин разработали два новых метода анализа--микрокристаллоскопический и колориметрический. Объемный химический анализ впервые предложил французский химик Ж- Гей-Люссак в начале XIX века. В середине XIX века немецкий ученый Р. Бунзен создал газовый анализ и совместно с Т. Кирхгофом-- спектральный анализ.

Бурный расцвет аналитической химии наступил ё конце XIX века и в начале XX века. В 1871 г. вышел из печати первый учебник по аналитической химии Н. А. Меншуткина. Огромное влияние на развитие аналитической химии как науки оказала созданная Д.И. Менделеевым периодическая таблица элементов. Кроме того, Д.И. Менделеев разработал теорию растворов и организовал одну из первых химических метрологических лабораторий. Введение в аналитическую химию органических реагентов является заслугой русских ученых А.М. Ильинского и Л.А. Чугаева. Один из наиболее широко распространенных аналитических методов -- хроматографию создал в 1903 г. русский ученый М.С. Цвет.

Особенно плодотворным оказался XX век. В XX веке появился рентгеноспектральный, масс-спектральный, спектрофотометрический, полярографический и многие другие методы современного химического анализа. Большую роль здесь сыграли работы советских ученых И.П. Алимарина, Ф.М. Шемякина, А.К. Бабко, И.В. Тананаева, И.С. Курнакова и др.

В настоящее время аналитическая химия представляет собой высокоразвитую науку, обладающую мощной современной аппаратурой, разработанной теорией. Аналитическая химия широко применяется во всех отраслях науки и народного хозяйства.

ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ ХИМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

При анализе качественного состава веществ обычно ставятся следующие задачи:

Открытие отдельных элементов и ионов, присутствующих в рудах, сплавах, неорганических соединениях, смесях различных веществ.

Открытие отдельных органических веществ, находящихся в природных объектах -- растениях, животных, нефти, газе, рудах, смесях лекарственных веществ.

Установление качественного элементного состава химических соединений как неорганической, так и органической природы, выявление функциональных групп органических соединений.

Определение идентичности анализируемого вещества другим известным соединениям. При проведении количественного химического анализа характер задач изменяется, так как появляется необходимость в количественной оценке содержания того или иного элемента, иона или вещества.

Здесь основными становятся следующие задачи:

Количественное определение содержания элементов в сплавах, рудах, солях и других неорганических соединениях.

Количественное определение ионов в солях, смесях солей, природных соединениях.

Количественное определение элементов и функциональных групп в органических соединениях в целях установления их строения.

КАЧЕСТВЕННЫЙ И КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ

Качественный анализ предназначен для качественного открытия индивидуальных химических элементов, Ионов и функциональных групп. Присутствие в анализируемой смеси индивидуальных веществ, элементов, ионов и функциональных групп выявляется обычно с помощью химических качественных реакций или на основании некоторых физических свойств веществ -- спектров в видимой и ультрафиолетовой области света, радиоактивного излучения, способности к адсорбции.

Количественный анализ проводится различными путями. Широко распространены химические способы, при которых количество вещества определяется по количеству реагента, пошедшего на анализ, по количеству осадка и др. Часто для количественного определения веществ применяют их физические свойства -- величину угла преломления растворов веществ, интенсивность окраски, величину электрического тока, протекающего через раствор.

МЕТОДЫ АНАЛИЗА

Анализ может осуществляться химическими, инструментальными (физическими и физико-химическими) методами.

Химические методы анализа предусматривают химическое взаимодействие веществ. Здесь важны результаты химической реакции между веществом и реагентом. Химические методы анализа широко применяются для проведения качественного анализа, так как по характеру осадка, изменению окраски раствора, образованию определенного газа можно установить, какое вещество имеется в растворе.

При количественном химическом анализе производят взвешивание образовавшегося осадка, добавляют раствор реактива до изменения цвета раствора или другой физической характеристики вещества и по количеству пошедшего на анализ реактива определяют количество вещества.

Инструментальные (физические, физико-химические) методы анализа используют физические свойства веществ. Качественный анализ при применении физических методов производится по изменению окраски пламени, возникающему при внесении в него вещества, по спектрам поглощения и испускания вещества, по температуре плавления, кипения и другим свойствам, которые характерны для веществ. Количественный анализ физическими методами проводят, наблюдая изменения физических свойств вещества при изменении его количества. Обычно интенсивность окраски, угол преломления раствора, величина электрического тока, проходящего через раствор, зависят от количества вещества, и эту зависимость можно использовать для определения количества вещества.

Физико-химические методы анализа объединяют физические и химические методы. При проведении физико-химических методов результат химической реакции наблюдается по изменениям физических свойств вещества или его раствора. Физико-химические методы получили широкое распространение и интенсивно развиваются.

КАТИОНЫ ВТОРОЙ АНАЛИТИЧЕСКОЙ ГРУППЫ Ag+, Hg, Pb2+ .ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА КАТИОНОВ ВТОРОЙ АНАЛИТИЧЕСКОЙ ГРУППЫ

К катионам II аналитической группы относятся катионы, дающие осадки с соляной кислотой и ее солями, которые являются групповым реактивом. Этим свойством обладают катионы серебра Ag+, ртути (I) Hg2+ и свинца РЬ2+. Хлориды серебра AgCl и ртути (I) Hg2Cl2 практически нерастворимы в воде, хлорид свинца (II) РЬС12 плохо растворим. Поэтому при необходимости анализа смеси катионов добавлением соляной кислоты или ее солей осаждают катионы второй группы в виде хлоридов, отделяя их этой операцией от всех остальных групп катионов.

Катионы серебра, ртути (I) и свинца в водных растворах бесцветны. Степень окисления ионов серебра, ртути и свинца легко изменяется, так как они проявляют свойства окислителей.

Катионы II группы образуют при воздействии сероводорода в кислой среде осадки сульфидов, при воздействии солей фосфорной и угольной кислоты -- осадки фосфатов и карбонатов. Катионы серебра, ртути (I) и свинца обладают слабоосновными свойствами, поэтому их соли с сильными кислотами в воде легко подвергаются гидролизу и имеют кислую реакцию.

При действии щелочей на растворы солей серебра и ртути (I) образуются гидроксиды, которые сразу же разлагаются на воду и оксиды серебра и ртути (I): Ag2O и Hg2O. Из растворов солей свинца при действии щелочей выпадает осадок гидроксида свинца (II) РЬ(ОН)2, обладающий амфотерными свойствами. Катионы II группы образуют растворимые в воде нитраты и ацетаты.

Соединения серебра, ртути (I) и свинца имеют широкое применение в науке и технике.

Соли серебра используются в фотографии, соли ртути (I)--в ветеринарии, соли свинца -- в лакокрасочной промышленности.

ПРИМЕНЕНИЕ В МЕДИЦИНЕ И ФАРМАЦИИ СОЛЕЙ КАТИОНОВ ВТОРОЙ АНАЛИТИЧЕСКОЙ ГРУППЫ

Соединения катионов II аналитической группы нашли широкое применение в медицине и фармации. Нитрат серебра AgNO3 (Argenti nitras) в виде глазных капель используется при лечении глазных заболеваний, для профилактики заболеваний глаз у новорожденных, в кристаллическом виде -- для прижиганий. Кроме того, нитрат серебра находит широкое применение как реактив, при анализе многих лекарственных препаратов. Широко применяют как вяжущие, антисептические средства препараты коллоидного серебра -- колларгол (Collargolum) и протаргол (Protargolum). Дихлорид ртути (I) Hg2Cl2 (Hydrargyri monochloridum) в виде мазей применяют при заболеваниях глаз.

Ацетат свинца Pb(CH3COO)2 (Plumbi acetas) в виде водных растворов обладает вяжущими свойствами и применяется наружно для примочек и компрессов при .воспалительных заболеваниях кожи и слизистых оболочек. Оксид свинца PbO (Plumbi oxydura) входит в состав свинцового пластыря, используемого как противовоспалительное, дезинфицирующее средство.

Соединения катионов II аналитической группы, особенно ртути и свинца, обладают высокой токсичностью, поэтому при работе с ними надо соблюдать (меры предосторожности -- не касаться солей руками, тщательно мыть руки после окончания работы.

АНАЛИЗ СМЕСИ КАТИОНОВ ВТОРОЙ АНАЛИТИЧЕСКОЙ ГРУППЫ

Анализ смеси катионов II аналитической группы начинают с их отделения от остальных катионов. Для этого к раствору, содержащему смесь солей катионов, добавляют раствор соляной кислоты. Образовавшийся осадок промывают раствором разбавленной (0,1 н.) соляной кислоты. Промытый осадок обрабатывают горячей дистиллированной водой. В полученном фильтрате открывают катион свинца РЬ2+ реакциями с хроматом калия и йодидом калия. В случае обнаружения в фильтрате катиона свинца РЬ2+ осадок на фильтре обрабатывают горячей водой до полного удаления хлорида свинца. Полноту удаления определяют по реакции на катион свинца.

Промытый осадок на фильтре может содержать соли катиона ртути (I) Hg|+ и серебра Ag+. Для определения солей ртути осадок обрабатывают .концентрированным раствором гидроксида аммония. Моментальное почернение осадка указывает на присутствие в нем солей ртути (I) Hgl+ . Соли катиона серебра Ag+ растворяются в избытке раствора аммиака, образуя комплексное соединение, растворимое в воде. При добавлении к фильтрату концентрированной азотной кислоты происходит разложение комплекса и выпадает белый осадок хлорида серебра.