CHIMIA ANALITICA Analytical Chemistry

CHIMIA ANALITICA-disciplina stiintifica care dezvolta si aplica metode, instrumente si strategii pentru a obtine informatii asupra: 1.- naturii; 2. -compozitiei si 3.-structurii materiei in timp si spatiu.

ANALYTICAL CHEMISTRY - scientific discipline, which develops and applies methods, instruments and strategies to obtain information on the nature, composition and structure of matter in space and time (IUPAC)…adica examinarea unui material pentru identificarea fiecăreia dintre componentele sale și pentru aflarea cantiatatii din fiecare component.

Definitii similare:Analytical Chemistry - the branch of chemistry involved with

developing tools to analyze the components of materials and studying the properties of materials.

Analytical Chemistry: - the chemistry discipline concerned with the chemical composition of materials. Analytical chemistry also is concerned with developing the tools used to examine chemical compositions.

"Analytical chemistry, art of

recognizing different substances Wilhelm Ostwald and determining their constituents”

De ce arta?

Chimia analitica Analytical ChemistryCLASICA INSTRUMENTALA - analiza calitativa si cantitativa a componentilor dintr-o proba

- deals with the qualitative and quantitative analysis of various components of sample.- the identification and quantification of the chemical components of natural and artificial

materials

Nivelul cunoasterii studentului din anul I-Semestrul 2 la disciplina

I. ECHILIBRE CHIMICE IN SISTEME OMOGENEI.1. ECHILIBRE CHIMICE SIMPLEI.1.1 Echilibre cu transfer de protoni-reactii acid-baza; Ka Kb

I.1.2. Echilibre cu transfer de electroni-reactii redox; potentialul standard 0; f

I.1. 3. Echilibre cu transfer de ioni sau molecule-reactii de complexare; KN

I.2. ECHILIBRE CHIMICE COMPETITIVE - cu transfer simultan de protoni si electroni- (pH-ul, 0)

Ex. MnO4-

a) MnO4- +5e + 8H+ Mn2+ +4H2O, Eo = +1,510 V

b) MnO4- + 3e + 4H+ MnO2(s) + 2H2O Eo = +1.230 V

c) MnO4- + e MnO42- Eo = +0.540 V

Echilibre competitive cu transfer simultan de electroni si ioni sau moleculePotential standard apparent 0’-dependent de KN

Echilibre competitive cu transfer simultan de protoni si ioni sau molecule (-KN dependent de pH)

Echilibre competitive cu transfer simultan de protoni, electroni si ioni sau molecule-echilibre complexe ; (pH-ul, 0, cligand)

Important: -pH-ul parametru operational

II. ECHILIBRE CHIMICE IN SISTEME HETEROGENE-formate din 2 faze, fie 2 lichide nemiscibile fie un lichid si un solid.

Ex: - o solutie apoasa (in care pot avea loc echilibre competitive !) in contact cu un compus solid insolubil sau cu un alt lichid nemiscibil cu apa

Echilibre de repartitie-constanta de repartitie II.1.Echilibre chimice heterogene solid-lichid.

II.1.1. Echilibre de precipitare ks (produs de solubilitate)

II.1.2. Echilibre de schimb ionicII.1.Echilibre chimice heterogene lichid-lichid. Extractia cu solventi (extractia lichid-

lichid) R =

A NALIZA CHIMICĂ - desemnează ansamblul de operaţii chimice, fizice şi fizico-chimice având ca scop obţinerea de informaţii asupra naturii si compozitiei

chimice a unei parti de materie, denumita in acest context proba. Analitul este acel component al probei a carui natura si continut (concentratie) urmează a fi determinate prin analiza chimică. Restul probei constituie matricea probei.

A naliza chimică : clasica si instrumentala (moderna)

Etapele analizei chimice:a) Obţinerea (prelevarea) probei, astfel încât aceasta să fie

REPREZENTATIVĂ pentru materialul studiat (“sampling”- prelevare de probe);Prelevare probe produse alimentare - verificarea conformităţii unui produs alimentar,

siguranta lui; conține sau nu substanțe dăunătoare; conține numai aditivi admisi, la un nivel acceptat prin lege, sau că acesta conține un nivel corect de ingrediente-cheie; declarațiile sale de pe etichete sunt corecte cunoașterea nivelului de nutrienți prezenți; etc

Metoda de prelevare - probe de produse alimentare – functie de tipul de analiza cerut (organoleptica, micro-biologica, fizico-chimice, etc.)

Tehnici de prelevare a probelor-specifice pentru fiecare categorie de probe si de analit. Exemplu:metale grele; pesticide; etc.

Prelevare proba apa. Prelevare proba sediment Prelevare proba sange Prelevare proba lapte

Prelevare proba branza

b) Prelucrarea probei prin operaţii chimice, fizice sau fizico-chimice; aducerea probei intr-o forma analizabilă (aducerea în solutie)

- Mineralizarea: umeda, uscata, microunde- Extractia lichid-lichid- Extractia in faza solida- Extractie in fluide supercritice - Derivatizarea in cromatografia de gaze - etc.

- Scop si modalitati de realizare Curs de master

c) Măsurarea (determinarea) valorii unei mărimi fizice corelate cu natura şi concentraţia analitului. Aceasta mărime purtătoare de informaţie analitică se numeşte semnal analitic. Abreviere - Y

d) Prelucrarea rezultatelor măsurărilor. Această etapă are ca scop obtinerea informaţiei analitice prin utilizarea corelatiilor dintre semnalul analitic si proprietăţiile probei (natura, conc, structura).

FUNCTIA DE ETALONARE

Namolul Rosu Toxic din Ungaria

Ape reziduale din fabrica de aluminiu Ajkai Timfoldgyar Oct 2010

ROLUL si REALIZAREA CONTROLULUI ANALITIC

Modalităţi de realizare a unei metode de analiza. - un ansamblu de principii şi procedee care permit identificarea și dozarea componentelor

unei probe de analizat.1. - on site2. – in laborator, manual sau automat

Analiza calitativă- clasica si instrumentalaAnaliza cantitativă - clasica si instrumentala

METODE INSTRUMENTALE DE ANALIZĂ

Metode instrumentale de analiză sunt metodele de analiză în care semnalul analitic este o mărime fizică (i, E, A, L, T, etc.); în general, aceasta nu reprezintă o cantitate de substanţă.

Etapa de prelucrare a rezultatelor: principiile stoechiometriei, la care intervin corelaţiile determinate de legităţile transformărilor fizico-chimice la care este supus analitul din proba.

Relaţia dintre semnalul analitic, y şi concentraţia analitului, C, se numeşte funcţie de etalonare.

Expresia generală:

unde:c este concentratia analitului; parametrii caracteristici probei sau parametrii de lucru.Exemple: Masurarea L (conductanta)- determinarea conc NaCl prin conductometrieMasurarea A (absorbanta)- determinarea colorantilor alimentari prin spectrometrieAvantajele analizei instrumentale!!

Clasificarea metodelor instrumentale de analiza: I. Metode directe II. Metode indirecte

- Metode directe- y serveste pt determinarea directa a conc. Analitului.

Se prepara standardele de diferite concentratii c1, c2,……………. cn, Se măsoară semnalele analtice y1, y2, ……………..yn, Se trasează grafic y functie de c, curba de calibrare (manual sau automat)

Pt determinarea Cd se prepara soluţii standard de cadmiu: 0,2 µg/L, 0,4 µg/L, 0,6 µg/L, 0,8 µg/L, 1 µg/L (ppb). Ce este ppm?

- Manual R2-coeficient de corelare (0,95 - 1, 01). Se deduce din ecuatia dreptei

Automat R2

Domeniul de liniaritate se situează între 0 şi 1 ppb cu un R2=0,9996, coeficient de corelare

Metode directe: absolute si relative- absolute- masurarea semnalului analiticfunctie etalonare determinarea

directa a continutului de analit. Electrogravimetria, coulometria- relative-intotdeuna sunt precedate de operatia de etalonare

- Metode instrumentale indirecte - titrari instrumentale; metode hibride îmbina principiile metodelor chimice cu cele instrumentale

y functie de v (mL), curba de titrare volumul de echivalenta, ve. Titrari instrumentale: manuale sau automate (titrator automat).

xg analit= ve NT FT Eg analit 10-3

Instalatia experimentala: instalatie experimentala metode directe+(agitator, biureta)

Clasificare dupa natura lui yMetode electrochimice de analiza Metode spectrale (optice) de analiza cel ami des folosite Metode cromatografice de analizaMetode termice de analizaMetode radiochimice de analizaMetode de analiza a suprafetelorMetode cuplate de analizaMetode instrumentale speciale

Schema-bloc generala a unui instrument analitic

Sensorul-componenta principala a unui echipament analitic de laborator

PERFORMANTELE METODELOR ANALITICE(Parametrii de performanta ale unei metode de analiza)

- Exactitate- Precizie - Limita de detective LOD- Limita de quantificare - Domeniu de liniaritate- Sensibilitate- Selectivitate- Reproductibilitate

Alegerea unei metode de analiza - sa corespunda scopului propus in ceea ce priveşte performantele impuse.Performantele metodelor analitice: exactitatea, precizia, sensibilitatea, limita de detectie, limita de cuantificare si selectivitatea.

Exactitate si precizie - eroarea de măsurare, . Este diferenta dintre valoarea reala, m si valoarea masurata, x :

e = |m - x| Erori sistematice (e>0 sau e<0) si erori întâmplătoare (e>0 si e<0). x - media aritmetica a celor n valori pentru x.

1°. Exactitate (accuracy) - gradul de concordanta între valoarea reala si

media aritmetica, x ; exprimare: eroare absoluta, a ; eroare relativa, r :

2°. Precizie (precision) - gradul de împrastiere a valorilor individuale in jurul valorii medii si se apreciaza cu ajutorul abaterii standard s (standard deviation):

sau

Fig 1. Precizia si exactitatea metodelor analitice. A) Precizie mare & exactitate mare;

B) Precizie mica & exactitate mare C) Precizie mare & exactitate mica; D) Precizie mica & exactitate mica.

3°. Sensibilitatea S:

S = Dy /Dc

Daca toleranta este Dct, (D y) min, atunci:

S ³ ( D y) min / D ct

4° Limita de detectie LOD (Limit of detection) - concentratia sau cantitatea minima

ce poate fi masurata. Valoarea ei este impuså de zgomotul de fond. Limita de detectie reprezinta valoarea cea mai micå a concentra¡iei, c1 , pentru care se ob¡ine un semnal

diferit de zgomotul de fond :

y1 = f(c1 ) > sy, sy abaterea standard la concentraţie nula.

LOD si LOQ

Limita de detectie LOD (“limit of detection") – cel mai mic conţinut de analit care poate fi identificat folosind echipamentul si metoda respectiva si care se evidentiaza printr-o modificare a zgomotului de fond. Aceasta este limita de detectie a instrumentului de masurat- cel mai mic semnal analitic din care se poate deduce prezenţa analitului cu o certitudine statistica rezonabila, care este in general de 1%) . Valoarea LOD este impusa de zgomotul de fond, adica de varaiatiile semnalului analitic atunci cand concentratia analitului este zero. Evident ca Y>s.

Care este LOD in analiza gravimetrica? Dar in cea volumetrica?

LOD- numeric egala cu de trei ori deviatia standard pentru media a 20 determinari ale solutiei blank. Cand semnalul analitic este zero pentru proba blank, LOD este egala cu acea concentratie la care raportul semnal/zgomot este egal cu 3/1.

Limita de quantificare (determinare) LOQ (limit of quantification) – cea

mai scăzuta cocentratie de analit care poate fi analizat cu o certitudie statistică

rezonabilă (limta de inceredere stabilita 1%).

LOQ este numeric egala cu de sase ori deviatia standard pentru media a 20

determinari ale solutiei blank. LOQ=6 x s

-LLOD si -LLOQ

Determinarea LOd si LOQ in SAA

Se efectuează 20 de citiri blanc si se efectuează calculele pentru abaterea standard

5° Selectivitatea - capacitatea metodei sau a instrumentului de a genera un semnal analitic dependent numai de concentratia analitului si independent de compomen¡ii matricei. Interferente

Aplicaţii

1. La determinarea conţinutului de zinc dintr-o proba de apa de mina prin spectrometria de emisie directă s-a găsit un conţinut de 0,0115 g.. Calculaţi eroarea absoluta si cea relativa a acestei determinări, ştiind conţinutul exact în cupru din proba = 0,0109 g

2. Moduri de exprimarea a concentraţiilor soluţiilor. Prepararea solutiilor de concentratie exacta.

3. ppm4. ppb5. ppt