1. Организационно-методический раздел

1.1. Цели и задачи изучения дисциплины

Цель изучения дисциплины «Аналитическая химия»: получение знаний о принципах и методах идентификации и определения атомного, молекулярного, ионного, вещественного и фазового состава веществ, а также его химической структуры.

Особое значение аналитическая химия имеет для специалистов пищевых производств. Определение качества и биологических свойств пищевых продуктов и продовольственного сырья для их изготовления, а также контроль их экологической безопасности базируется на данных о химическом составе и химической структуре.

Аналитическая химия служит фундаментом ряда специальных дисциплин.

Основными этапами изучения дисциплины студентами заочной формы обучения являются: работа с учебной и учебно-методической литературой, выполнение двух контрольных работ, практическая реализация теоретических знаний в процессе выполнения лабораторных работ во время лабораторно-экзаменационной сессии.

Контрольные работы составлены в полном соответствии с государственным образовательным стандартом и требованиями к обязательному минимуму содержания образовательной программы по направлению подготовки дипломированного специалиста по дисциплине «Аналитическая химия».

Главными разделами курса аналитической химии являются: химический качественный анализ и химические методы количественного анализа (контрольная №1); физико-химические и физические методы анализа (контрольная работа №2).

1.2. Содержание дисциплины.

Аналитическая химия – наука о принципах и методах идентификации и определения атомного, молекулярного, ионного, вещественного и фазового состава веществ и материалов, а также их химической структуры.

Теоретические основы аналитической химии

Анализ и синтез. Неразрывная связь анализа и синтеза. Понятия аналитическая химия и химический анализ. Значение аналитической химии в науке технике и промышленности. Роль аналитической химии в развитии методов химического контроля производства, автоматизации, оптимизации и управления технологическими процессами.

Современные метрологические характеристики аналитических определений, в связи с применением редких и рассеянных элементов, дальнейшим развитием атомной энергетики, радиоэлектроники, техники полупроводников, производства и применения минеральных и органических удобрений, средств уничтожения насекомых – вредителей, новых синтетических и композиционных материалов, продуктов питания и биологически активных веществ.

Качественный, полуколичественный и количественный анализ. Понятие аналитического сигнала. Химические, физические, биологические методы анализа. Атомный нуклидный, молекулярный фазовый и вещественный виды анализа. Общая схема проведения химико-аналитического исследования (химического анализа). Требования к методам анализа. Чувствительность, избирательность, точность (правильность и воспроизводимость), экспрессность, универсальность, доступность по стоимости и технике, автоматизация процедур. Уравнения Луфта-Экарда.

2. Метрологические основы аналитической химии. Макро-и микроаналитическая химия; измерения количеств вещества и концентраций растворов. Моль, эквивалент, фарадей. Стехиометрические законы. Молярность, моляльность, формульность, нормальность; молярные доли; проценты массовые и объемные; части на миллион (ррm) и миллиард (ррв).

Погрешности химического анализа. Случайные и систематические ошибки. Использование малых выборок. Дисперсия и стандартное отклонение, критерий Стьюдента. Q-тест. Сравнение результатов с использованием критерия Фишера.

3. Отбор и подготовка аналитической пробы. Отбор генеральной пробы и приготовление лабораторных проб. Обработка газообразных, жидких и твердых проб. Механические и физико-химические методы подготовки проб. Разложение (вскрытие) проб. Выделение и концентрирование путем осаждения и экстракции определяемых компонентов. Сухое и мокрое разложение органических материалов, сырья и пищевых продуктов. Хроматографический метод разделения веществ и дистилляционный.

4. Периодический закон Д.И. Менделеева и его значение для аналитической химии. Закономерность образования химических соединений элементов различных типов в зависимости от их положения в таблице Менделеева: ионов разных знаков, сильных и слабых электролитов, молекул с ковалентной связью, окислителей и восстановителей, комплексных соединений. Зависимость физических свойств от тех же факторов. Связь аналитических классификаций химических элементов в ионных состояниях с периодической таблицей. Связь физических аналитических свойств молекулярных веществ с предсказаниями периодического закона.

5. Кислотно-основные реакции в химическом анализе; кислоты и основания в анализе как растворители, реагенты и анализируемые вещества (аналиты). Протолитическая теория кислот и оснований (теория Бренстеда и Лоури). Теория кислот и оснований Льюиса. Кислотно–основные свойства растворителей. Автопротолиз. Равновесие в водных растворах кислот и оснований. Ступенчатая ионизация многоосновных кислот и оснований. Константы кислотности и основности. Сопряженные кислоты и основания. Ионный показатель ״р״. Сильные и слабые кислоты. Буферные растворы. Активности ионов и молекул. Ионная сила. Буферная емкость.

6. Теория комплексных соединений. Внутренние и внешние сферы в этих соединениях. Хелаты. Комплексоны. Константы устойчивости и константы нестойкости. Условные константы устойчивости. Лабильные и инертные комплексы. Применение комплексных соединений в анализе. Маскировка соединений.

7. Реакции осаждения. Произведение растворимости как форма Закона действующих масс. Условное произведение растворимости. Управление процессами осаждения и растворения на основе правила произведения растворимости. Растворимость осадков в кислотах, комплексантах с помощью редокс-реакций. Адсорбция и окклюзия в осадках. Гидрофобные и гидрофильные осадки.

8. Окислительно-восстановительные (редокс) реакции в аналитической химии. Окислительно-восстановительные потенциалы и их связь с константами равновесия. Уравнение Нернста. Уравнение Фарадея. Управление редоксреакциями на основе этих уравнений.

9. Применение органических реагентов в анализе. Функциональные и аналитико-активные группы в органических реагентах. Преимущества органических реагентов – чувствительность, образование окрашенных соединений, малая растворимость, индикаторные свойства. Важнейшие органические реагенты. Применение органических полимеров в аналитической химии.

10. Основы качественного анализа

Анализ мокрым и сухим путем. Макро-, полумикро-, микро-, ультрамикрометоды. Качественное обнаружение макро- и микрокомпонентов примесей. Идентификация индивидуального вещества и анализ смеси вещества. Микрокристаллоскопический метод. Капельный анализ. Спектральный анализ. Люминесцентный анализ. Хроматографический метод анализа.

Характеристика качественных реакций и условий их выполнения. Общие и частные аналитические реакции. Условия выполнения качественных реакций (температура, концентрация, рН раствора). Методы определения и регулирования рН среды в процессе аналитических определений.

Реактивы, посуда, приборы, применяемые в качественном анализе. Понятие о химических реактивах. Концентрация применяемых реактивов. Техника пользования реактивами. Химическая посуда. Приборы. Основы техники безопасности в аналитической лаборатории.