КОЛИ́ЧЕСТВЕННЫЙ ХИМИ́ЧЕСКИЙ АНА́ЛИЗ

КОЛИ́ЧЕСТВЕННЫЙ ХИМИ́ЧЕСКИЙ АНА́ЛИЗ, оп­ре­де­ле­ние ко­ли­че­ст­вен­но­го со­дер­жа­ния ком­по­нен­тов ана­ли­зи­руе­мо­го ве­ще­ст­ва; один из осн. ви­дов хи­ми­че­ско­го ана­ли­за. Ис­хо­дя из при­ро­ды оп­ре­де­ляе­мых час­тиц раз­ли­ча­ют изо­топ­ный ана­лиз, эле­мент­ный ана­лиз, мо­ле­ку­ляр­ный ана­лиз, фа­зо­вый ана­лиз, струк­тур­но-груп­по­вой (функ­цио­наль­ный) ана­лиз и др. ви­ды ана­ли­за. Со­дер­жа­ние оп­ре­де­ляе­мо­го ком­по­нен­та (ана­ли­та) ха­рак­те­ри­зу­ют сле­дую­щие ве­ли­чи­ны: ко­ли­че­ст­во ве­ще­ст­ва, мас­са, мас­со­вая до­ля, моль­ная до­ля, кон­цен­тра­ция, мо­ляр­ные или мас­со­вые со­от­но­ше­ния ком­по­нен­тов. Осн. ха­рак­те­ри­сти­ка – ко­ли­че­ст­во ве­ще­ст­ва ($\nu$, моль). Ча­ще оп­ре­де­ля­ют про­пор­цио­наль­ную ко­ли­че­ст­ву ве­ще­ст­ва мас­со­вую до­лю ана­ли­та ($\omega$, %).

К. х. а. – вид кос­вен­ных из­ме­ре­ний (см. в ст. Мет­ро­ло­гия хи­ми­че­ско­го ана­ли­за). К. х. а. прин­ци­пи­аль­но от­ли­ча­ет­ся от обыч­ных из­ме­ре­ний от­сут­ст­ви­ем эта­ло­на еди­ни­цы ко­ли­че­ст­ва ве­ще­ст­ва (мо­ля). Кро­ме то­го, в К. х. а. важ­ную роль иг­ра­ют не­из­ме­ри­тель­ные ста­дии (про­бо­от­бор, про­бо­под­го­тов­ка, иден­ти­фи­ка­ция), по­это­му по­греш­ность ре­зуль­та­та ана­ли­за вы­ше сум­мар­ной по­греш­но­сти ис­ход­ных из­ме­ре­ний (мас­сы, объ­ё­ма и др.). Дос­ти­же­ние един­ст­ва из­ме­ре­ний в К. х. а. за­труд­не­но и реа­ли­зу­ет­ся спе­ци­фич. спо­со­ба­ми – с по­мо­щью стан­дарт­ных об­раз­цов со­ста­ва, а так­же пу­тём срав­не­ния ре­зуль­та­тов, по­лу­чен­ных в раз­ных ла­бо­ра­то­ри­ях.

Для про­ве­де­ния К. х. а. при­ме­ня­ют хи­мич., фи­зи­ко-хи­мич., фи­зич., а так­же био­хи­мич. и био­ло­гич. ме­то­ды. Их от­но­сит. зна­чи­мость ме­ня­лась: в 18–19 вв. ос­нов­ны­ми бы­ли гра­ви­мет­рия и тит­ри­мет­рия, в сер. 20 в. – спек­траль­ный ана­лиз, фо­то­мет­ри­че­ский ана­лиз и элек­тро­хи­ми­че­ские ме­то­ды ана­ли­за. На ру­бе­же 20 и 21 вв. ве­ду­щую роль иг­ра­ют хро­ма­то­гра­фия, разл. ви­ды спек­тро­ско­пии и масс-спек­тро­мет­рия. Бы­ст­ро раз­ви­ва­ют­ся об­ще­тео­ре­тич. и мет­ро­ло­гич. ос­но­вы К. х. а., ста­ли при­ме­нять­ся ме­то­ды хе­мо­мет­ри­ки, про­дол­жа­ет­ся ком­пь­ю­те­ри­за­ция и ав­то­ма­ти­за­ция ана­ли­за, рас­тёт вни­ма­ние к эко­но­мич. ас­пек­там.

Ме­то­ди­ка ана­ли­за кон­кре­ти­зи­ру­ет вы­бран­ный ме­тод и рег­ла­мен­ти­ру­ет по­сле­до­ва­тель­ность, спо­со­бы и ус­ло­вия вы­пол­не­ния всех опе­ра­ций при ана­ли­зе объ­ек­тов из­вест­но­го ти­па на за­дан­ные ком­по­нен­ты. Ана­лит дол­жен быть пред­ва­ри­тель­но об­на­ру­жен и иден­ти­фи­ци­ро­ван ме­то­да­ми ка­че­ст­вен­но­го хи­ми­че­ско­го ана­ли­за. Же­ла­тель­но за­ра­нее знать ори­ен­ти­ро­воч­ное со­дер­жа­ние ана­ли­та, а так­же ве­ществ, ко­то­рые мо­гут по­ме­шать про­ве­де­нию ана­ли­за. Ме­то­ди­ка ха­рак­те­ри­зу­ет­ся ниж­ней гра­ни­цей оп­ре­де­ляе­мых со­дер­жа­ний (НГОС), т. е. ми­ним. со­дер­жа­ни­ем ана­ли­та, при ко­то­ром от­но­сит. по­греш­ность ана­ли­за с ве­ро­ят­но­стью 0,95 ос­та­ёт­ся ни­же за­дан­но­го пре­де­ла. Обыч­но НГОС на по­ря­док вы­ше пре­де­ла об­на­ру­же­ния – ми­ним. со­дер­жа­ния ана­ли­та, не­об­хо­ди­мо­го для его об­на­ру­же­ния по дан­ной ме­то­ди­ке с за­дан­ной на­дёж­но­стью. Су­ще­ст­ву­ют и верх­ние гра­ни­цы оп­ре­де­ляе­мых со­дер­жа­ний.

Боль­шин­ст­во ме­то­дик К. х. а. вклю­ча­ет сле­дую­щие ста­дии: от­бор про­бы, под­го­тов­ку про­бы (из­мель­че­ние, раз­ло­же­ние, рас­тво­ре­ние, от­де­ле­ние или мас­ки­ро­ва­ние ме­шаю­щих ве­ществ, пре­об­ра­зо­ва­ние ана­ли­та в но­вую фор­му), из­ме­ре­ние ана­ли­тич. сиг­на­ла, рас­чёт со­дер­жа­ния ана­ли­та. Не­ко­то­рые ме­то­ди­ки (напр., ис­поль­зую­щие сен­со­ры хи­ми­че­ские или тест-ме­то­ды хи­ми­че­ско­го ана­ли­за) не тре­бу­ют про­бо­от­бо­ра или про­бо­под­го­тов­ки. Для рас­чё­та со­дер­жа­ния ана­ли­та из­ме­ря­ют ана­ли­тич. сиг­нал ($I$) – фи­зич. ве­ли­чи­ну, функ­цио­наль­но свя­зан­ную с со­дер­жа­ни­ем ана­ли­та в про­бе (в по­луко­ли­че­ст­вен­ных ме­то­дах сиг­нал оце­ни­ва­ют ви­зу­аль­но). При­ро­да ана­ли­тич. сиг­на­ла раз­лич­на: в гра­ви­мет­рии это мас­са про­дук­та ре­ак­ции, в тит­ри­мет­рии – объ­ём тит­ран­та, в по­тен­цио­мет­рии – элек­трод­ный по­тен­ци­ал, в атом­но-эмис­си­он­ном спек­траль­ном ана­ли­зе – ин­тен­сив­ность из­лу­че­ния на не­ко­то­рой дли­не вол­ны. Из­ме­ре­ние ана­ли­тич. сиг­на­ла час­то со­вме­ща­ют с хи­мич. ре­ак­ци­ей (фи­зи­ко-хи­мич. ме­то­ды ана­ли­за) или с раз­де­ле­ни­ем ком­по­нен­тов (гиб­рид­ные ме­то­ды ана­ли­за).

Рас­чёт со­дер­жа­ния ана­ли­та ($c$) обыч­но тре­бу­ет зна­ния гра­дуи­ро­воч­ной ха­рак­те­ри­сти­ки – за­ви­си­мо­сти ви­да $I=f(c)$. В от­но­сит. ме­то­дах К. х. а. (боль­шин­ст­во ме­то­дов) эту за­ви­си­мость за­да­ют с по­мо­щью об­раз­цов срав­не­ния, для ко­то­рых точ­но из­вест­но со­дер­жа­ние ана­ли­та, а ана­ли­тич. сиг­на­лы из­ме­ре­ны те­ми же сред­ст­ва­ми и в тех же ус­ло­ви­ях, что и в по­сле­дую­щих ана­ли­зах. В аб­со­лют­ных ме­то­дах (напр., гра­ви­мет­рия, тит­ри­мет­рия, ку­ло­но­мет­рия) об­раз­ца­ми срав­не­ния обыч­но не поль­зу­ют­ся, а гра­дуиро­воч­ные ха­рак­те­ри­сти­ки по­лу­ча­ют ис­хо­дя из об­ще­хи­мич. ин­фор­ма­ции (сте­хио­мет­рии ре­ак­ций, за­ко­на эк­ви­ва­лен­тов, за­ко­на Фа­ра­дея и др.).

Ре­зуль­та­ты К. х. а. под­вер­га­ют ма­те­ма­тич. об­ра­бот­ке, ко­то­рая вклю­ча­ет от­бра­ков­ку гру­бых про­ма­хов, оцен­ку со­вмес­ти­мо­сти ре­зуль­та­тов по­втор­ных ана­ли­зов, их ус­ред­не­ние для умень­ше­ния влия­ния слу­чай­ных по­греш­но­стей, ис­клю­че­ние сис­те­ма­тич. по­греш­но­стей, рас­чёт до­ве­рит. ин­тер­ва­ла, в ко­то­рый с ве­ро­ят­но­стью $P$ (обыч­но $P=0,95$) долж­но по­пасть дей­ст­ви­тель­ное со­дер­жа­ние ана­ли­та. При об­ра­бот­ке ре­зуль­та­тов К. х. а., их со­пос­тав­ле­нии друг с дру­гом или с тех­нич. нор­ма­ти­ва­ми учи­ты­ва­ют ста­ти­стич. рас­пре­де­ле­ние ре­зуль­та­тов по­втор­ных ана­ли­зов.

При вы­бо­ре и оцен­ке ме­то­дик К. х. а. важ­ны вы­со­кая точ­ность (слу­чай­ные и сис­те­ма­тич. по­греш­но­сти долж­ны быть как мож­но мень­ше), вы­со­кая чув­ст­ви­тель­ность (ха­рак­те­ри­зу­ет­ся уг­ло­вым ко­эф. гра­дуи­ро­воч­ной ха­рак­те­ри­сти­ки $dI/dc$), от­сут­ст­вие или по­сто­ян­ст­во фо­на (сиг­на­ла, воз­ни­каю­ще­го при от­сут­ст­вии ана­ли­та), вы­со­кая се­лек­тив­ность (сиг­нал не дол­жен за­ви­сеть от со­дер­жа­ния др. ком­по­нен­тов про­бы), экс­пресс­ность (дли­тель­ность ана­ли­за долж­на быть как мож­но мень­ше). Име­ют зна­чение и др. ха­рак­те­ри­сти­ки ме­то­ди­ки (мас­са про­бы, стои­мость и слож­ность обо­ру­до­ва­ния, тру­до­ём­кость ана­ли­за, воз­мож­ность ав­то­ма­ти­за­ции ана­ли­за, не­пре­рыв­ной ре­ги­ст­ра­ции сиг­на­ла, од­но­вре­мен­но­го оп­ре­де­ле­ния ря­да ана­ли­тов). Не­пре­рыв­ный ав­то­ма­ти­зи­ров. К. х. а. ва­жен для эф­фек­тив­но­го кон­тро­ля тех­но­ло­гич. про­цес­сов, мо­ни­то­рин­га ок­ру­жаю­щей сре­ды и др.