Аналитическая химия. Химические методы анализа

АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ 
АНАЛИЗА

А.И. ЖЕБЕНТЯЕВ
А.К. ЖЕРНОСЕК
И.Е. ТАЛУТЬ

2-е издание

Допущено 
Министерством образования Республики Беларусь 
в качестве учебного пособия 
для студентов высших учебных заведений 
по фармацевтическим и химическим специальностям

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

2020

Минск
«Новое знание»
Москва
«ИНФРА-М»

УДК 543(075.8)
ББК 24.4я73
 
Ж44

Жебентяев А.И.
Ж44  
Аналитическая химия. Химические методы анализа : учебное пособие / А.И. Жебентяев, А.К. Жерносек, И.Е. Талуть. — 2-е изд. — Минск : 
Новое знание ; Москва : ИНФРА-М, 2020. — 542 с. — (Высшее образование: Бакалавриат). 

ISBN 978-5-16-004685-3 (print)
ISBN 978-5-16-108551-6 (online)
Рассмотрены основные понятия аналитической химии, способы отбора 
и разложения проб, химические методы обнаружения и идентификации 
неорганических и органических веществ, химические методы анализа (гравиметрический и титриметрические), а также применение в аналитической химии методов хемометрики. Приведены типовые расчетные задачи 
и показаны принципы их решения.
Для студентов высших учебных заведений, обучающихся по фармацевтическим и химическим специальностям.

УДК 543(075.8)
ББК 24.4я73

Р е ц е н з е н т ы:
кафедра химии Белорусского государственного педагогического 
университета имени М. Танка (заведующий кафедрой — доцент 
Лахвич Ф.Ф.);
Лещев C.М. — доктор химических наук, профессор кафедры аналитической химии Белорусского государственного университета

ISBN 978-5-16-004685-3 (print)
ISBN 978-5-16-108551-6 (online)

© Жебентяев А.И., Жерносек А.К., 
Талуть И.Е., 2010
© ООО «Новое знание», 2010

Предисловие

Изучение аналитической химии в системе подготовки будущего провизора занимает особое место. Знание теоретических
основ и способов выполнения химического анализа необходимо
студентам фармацевтического факультета для последующего изучения специальных дисциплин: фармацевтической и токсикологической химии, фармацевтической технологии и фармакогнозии. Провизоры (выпускники фармацевтических вузов) в своей
практической деятельности связаны с контролем качества лекарственных средств и лекарственного растительного сырья, а в производственных лабораториях и ОТК предприятий химикофармацевтической промышленности проводят также и контроль
технологических процессов. Результаты анализа сырья и конечного продукта позволяют правильно проводить технологический
процесс в химической, металлургической и других отраслях производства.
В учебном пособии рассматриваются основные понятия аналитической химии, применение методов хемометрики в аналитической химии, способы отбора и разложения проб, химические
методы обнаружения и идентификации неорганических и органических веществ, а также гравиметрический и титриметрические
методы анализа. Главам, в которых рассматриваются те или иные
методы количественного анализа, предшествуют главы, содержащие теоретические основы соответствующего метода.
В книге отражены последние достижения аналитической химии
и учтены особенности преподавания данной дисциплины в фармацевтических и химических вузах. Описание методик выполнения
химического анализа не приводится, так как студенты используют
соответствующие руководства к лабораторным занятиям. Учебное
пособие содержит большое количество примеров использования
методов аналитической химии в фармацевтическом анализе —
в том числе и в виде ситуационных задач.
Список литературы включает в себя учебники, учебные пособия, монографии и справочники, которые были использованы
при подготовке данного учебного пособия. Литература из приведенного списка может оказаться полезной при более глубоком
изучении предмета.

Авторы выражают благодарность сотрудникам фармацевтического факультета Витебского государственного медицинского
университета за помощь, оказанную при написании настоящего
учебного пособия, за все критические замечания и пожелания,
высказанные при его обсуждении, а также за предоставленные
экспериментальные данные. Отдельная благодарность Анастасии Горбаченко за оригинальные рисунки, созданные для данной
книги.
Авторы искренне признательны коллективам кафедры аналитической химии Белорусского государственного университета
и кафедры химии Белорусского государственного педагогического
университета им. М. Танка, а также профессору С.М. Лещеву
и доценту А.Л. Козыревской за ценные рекомендации и замечания, сделанные при рецензировании учебного пособия.

4
Предисловие

Глава 1

ПРЕДМЕТ, ЗАДАЧИ И ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

АНАЛИТИЧЕСКОЙ ХИМИИ

Аналитическая химия ... занимает среди всех
приложений научной химии особое место, так
как вопросы, на которые она дает возможность ответить, возникают всегда при попытке воспроизвести химические процессы для
научных или технических целей.

В. Оствальд

1.1. Предмет аналитической химии

Существуют различные определения понятия «аналитическая
химия». Так, согласно определению, принятому в 1993 г. Федерацией европейских химических обществ, аналитическая химия —
это научная дисциплина, которая развивает и применяет методы,
приборы и общие подходы для получения информации о составе
и природе вещества в пространстве и во времени.
Аналитическая химия является одной из важнейших химических наук, имеет самостоятельные задачи и решает их разнообразными методами исследования (химическими, физическими,
математическими). Задача аналитической химии состоит в разработке и совершенствовании ее методов, определении границ
их применимости, оценке метрологических и других характеристик, разработке методик анализа конкретных объектов. Фундаментом аналитической химии служат основные законы естествознания (законы сохранения массы и постоянства состава
вещества, закон действия масс, периодический закон Д.И. Менделеева и др.). В своем развитии аналитическая химия использует достижения таких наук, как математика, физика, а также
общая, неорганическая, органическая, физическая и коллоидная химия.
Следует различать понятия «аналитическая химия» и «химический анализ». Если аналитическая химия — это наука, изучающая свойства и процессы превращения веществ при установлении
их состава, то химический анализ представляет собой определение состава вещества при помощи известных и применяемых на
практике методов.
Система, обеспечивающая конкретный анализ определенных
объектов с использованием методов, рекомендуемых аналитической химией, называется аналитической службой. Аналитическая служба каждой отрасли национальной экономики имеет
определенные особенности, поэтому различают такие прикладные
виды химического анализа, как технический, сельскохозяйственный, фармацевтический, химикотоксикологический, биохимический, пищевой, санитарнохимический и др.
Основной задачей фармацевтической аналитической службы
является контроль качества лекарственных средств. Такой контроль проводится в аналитических лабораториях химикофармацевтических заводов, контрольноаналитических лабораториях

(фармакопейный анализ) и в аптеках (контроль качества лекарственных средств аптечного приготовления). Определение лекарственных веществ может также проводиться в ходе судебнохимического и химикотоксикологического анализа. Объекты
данных видов анализа чрезвычайно разнообразны: ими могут
быть органы трупа, кровь, моча, остатки пищевых продуктов,
вода, почва и др. Судебнохимические и химикотоксикологические исследования проводят в судебнохимических лабораториях
Государственной службы медицинских судебных экспертиз, химикотоксикологических лабораториях центров по лечению отравлений.

1.2. Принцип, метод и методика анализа

Анализ представляет собой совокупность действий, направленных на получение информации о химическом составе объекта.
Явление, используемое для получения аналитической информации, называется принципом анализа. Краткое изложение принципов, лежащих в основе анализа вещества (вне зависимости от
определяемого компонента и анализируемого объекта), носит
название метода анализа. Наконец, методика анализа — это
подробное описание хода выполнения анализа данного объекта
с использованием выбранного метода, обеспечивающее регламентированные характеристики правильности и воспроизводимости.

Новые методы анализа, в отличие от новых методик, появляются не
столь уж часто. Так, за открытие и внедрение новых методов анализа ряд
ученых был удостоен Нобелевской премии: Ф. Прегль (1923 г., изобретение метода микроанализа органических веществ); А.В.К. Тиселиус
(1948 г., работы по электрофоретическому и адсорбционному анализу);
А. Мартин и Р. Синг (1952 г., разработка метода распределительной
хроматографии); Я. Гейровский (1959 г., изобретение и усовершенствование метода полярографического анализа); Р.С. Ялоу (1977 г., усовершенствование радиоиммунологических методов анализа пептидных
гормонов) и др.

Несколько различных методов анализа могут быть основаны
на одном и том же принципе. Например, один и тот же прин1.2. Принцип, метод и методика анализа
7

цип — реакция образования осадка AgCl при взаимодействии
ионов Agи Cl— может лежать в основе как гравиметрического, так и титриметрического определения хлоридионов: в первом случае измеряют массу образующегося осадка, во втором —
количество вещества ионов серебра, вступивших в реакцию. Естественно, один и тот же метод анализа может лежать в основе
множества различных методик выполнения анализа.
Качественный и количественный состав интересующего нас
объекта (образца) определяют путем анализа специально отобранной его части, именуемый пробой. Определяемые компоненты,
входящие в состав пробы, называют аналитами. Среда, в которой
находится аналит, носит название матрицы. Вещества, входящие в состав матрицы, могут оказывать влияние на результаты
анализа («матричный эффект»). Методика анализа может включать в себя следующие основные этапы: отбор пробы, подготовка
пробы (разложение пробы, разделение и концентрирование компонентов), получение и измерение аналитического сигнала, обработка и интерпретация результатов анализа. Конкретная методика анализа не обязательно должна включать в себя каждый
из перечисленных выше этапов. Набор выполняемых операций
зависит от сложности состава анализируемого образца, концентрации определяемого вещества, целей выполнения анализа,
допустимой погрешности результата анализа, а также от того,
какой метод анализа мы намерены использовать.

1.3. Виды анализа

В зависимости от цели различают качественный, количественный и структурный анализ. Качественный анализ предполагает
обнаружение или идентификацию компонентов анализируемого
образца. В процессе количественного анализа происходит определение концентраций или масс компонентов. Цель структурного анализа — установление химического и пространственного
строения исследуемого соединения.
В табл. 1.1 приведена классификация видов анализа в зависимости от того, какие именно компоненты необходимо обнаружить или определить.

8
Глава 1. Предмет, задачи и основные понятия аналитической химии

Таблица 1.1
Классификация видов анализа в зависимости
от определяемого компонента

Вид анализа
Определяемые компоненты

Изотопный
Отдельные изотопы

Элементный
Элементный состав соединения

Структурногрупповой
(функциональный)
Функциональные группы

Вещественный
Определенные формы, в которых интересующий
компонент присутствует в анализируемом объекте

Молекулярный
Индивидуальные химические соединения, характеризующиеся определенной молекулярной массой

Фазовый
Отдельные фазы в неоднородном объекте

В табл. 1.2 показаны виды химического анализа в зависимости
от массы или объема анализируемой пробы. В фармацевтической
практике обычно имеют дело с полумикроанализом. Микрометоды применяют в химикотоксикологических, биохимических
и фитохимических исследованиях, при анализе образцов с высокой радиоактивностью.

Таблица 1.2
Классификация видов анализа в зависимости от массы
или объема анализируемой пробы (согласно IUPAC)

Вид анализа
Масса пробы, г
Объем пробы, мл

Макроанализ
0,1
10–103

Полумикроанализ
0,01–0,1
101–10

Микроанализ
0,01
102–1

Субмикроанализ
104–103
102

Ультрамикроанализ
104
103

1.4. Методы аналитической химии

Методы аналитической химии можно условно разделить на
методы пробоподготовки, разделения и концентрирования, обнаружения и количественного определения веществ. В качест1.4. Методы аналитической химии
9

венном и количественном анализе часто используются одни и те
же методы, поэтому их можно рассматривать как методы определения. При этом один и тот же метод может применяться как для
обнаружения, так и для количественного определения веществ.
Например, при химикотоксикологическом исследовании биологических жидкостей голубая флуоресценция свидетельствует
о наличии хинина, количество которого, в свою очередь, можно
установить по интенсивности флуоресценции. Известны методы
анализа, включающие в себя методы разделения и определения.
Такие методы называют гибридными. Примером гибридных методов могут служить хроматографические методы анализа, сочетающие хроматографическое разделение и последующее определение разделенных веществ различными инструментальными
методами. К гибридным методам относят также экстракционную фотометрию и экстракционную флуориметрию.
В зависимости от характера измеряемого свойства (природы
процесса, лежащего в основе метода) или способа регистрации
аналитического сигнала различают химические, физические
и биологические методы анализа.
Химические методы анализа, называемые также «классическими», основаны на использовании химических реакций. К таким
методам относят гравиметрию и титриметрию. Большинство гравиметрических определений основано на измерении массы малорастворимого или газообразного продукта реакции. В рамках
титриметрических методов определяют количество вещества
реагента, взаимодействующего с определяемым веществом.
Физические методы анализа основаны на измерении с помощью специальных приборов физических свойств определяемых
веществ: эти свойства изменяются при изменении содержания
вещества в анализируемом объекте. Химические реакции в данных
методах либо не используются вовсе, либо играют вспомогательную роль. К физическим методам относят спектроскопические,
электрометрические (электрохимические), термометрические,
радиометрические и др.
Существуют также методы анализа, называемые физикохимическими: они сочетают в себе черты химических и физических
методов. При использовании таких методов с помощью специальных приборов измеряют физические свойства веществ, изменяющиеся в процессе протекания химической реакции. Например,

10
Глава 1. Предмет, задачи и основные понятия аналитической химии