Appunti di chimica analitica - professore M.Remelli

Chimica analitica

Introduzione

Si occupa di determinare la composizione di sostanze incognite.

Applicazioni

• Analisi gas di scarico dei mezzi di trasporto allo scopo di determinare l'efficacia dei dispositivi per il controllo delle emissioni inquinanti;
• Analisi del sangue es: le misure quantitative del calcio ionizzato nel siero del sangue aiutano la diagnosi di malattia alla paratiroide nell'uomo;
• Analisi alimenti es. determinare il quantitativo di azoto negli alimenti serve per stabilire il loro contenuto proteico;
• Analisi di materiali es. analisi dell'acciaio durante la sua produzione permette di regolare la concentrazione di elementi quali carbonio, nichel e cromo fino a raggiungere forza, durezza, resistenza alla corrosione e duttilità desiderate.
• Analisi forniture di gas
• Analisi ambiente (piante/terreni)

Definizioni

Analisi = consiste nella determinazione qualitativa e/o quantitativa di uno o più analiti contenuti nel campione.

Analisi qualitativa = identificazione di ciò che è presente in un campione.

Analisi quantitativa = misura della quantità di analita presente nel campione.

Analita = specie (o sostanza) che deve essere misurata o identificata.

Piano analitico

• Che tipo di informazione è necessaria?
• Quali tecniche sono disponibili?
• Quale livello di precisione occorre?
• Scelgo il metodo più appropriato (es. Fotometria ecc..)
• Costi attrezzatura/personale
• Numero di campioni
• Velocità/tempi
• Complessità chimica

Il protocollo analitico

Campionamento:

• Estrazione del campione
• Conservazione e trasporto in laboratorio
• Trattamento del campione per prepararlo all’analisi

Analisi: Produce uno o più dati correlati alla composizione del campione.

Elaborazione dei dati

Presentazione del risultato

Definizioni

Lotto o campione = oggetto o materiale che deve essere analizzato. I materiali solidi sono eterogenei (la loro composizione varia da un punto all’altro, a meno che non si tratti di materiali puri). Un materiale omogeneo è uniforme in ogni sua parte (come liquidi e gas). Dal punto di vista pratico è più comodo avere a che fare con un campione omogeneo. Una volta mescolato se ne preleva una certa quantità e si porta in laboratorio. Se invece devo analizzare es un campo di grano devo estrarre campioni in tutto il territorio. Il lotto intero viene diviso in porzioni (unità di campionamento). Poi prelevo una piccola porzione (incremento) e mescolo tutti gli incrementi prelevati da tutte le unità e ottengo un campione rappresentativo composito. Questo processo si chiama processo di campionamento. Il campione poi si porta in laboratorio e si divide in porzioni più piccole (aliquote).

Rappresentazione del campione da laboratorio

Mentre i campioni liquidi sono in genere omogenei dopo un semplice mescolamento, i solidi sono spesso eterogenei per granulometria e qualità. Un primo stadio è la riduzione a campione finemente suddiviso con processi di frantumazione e macinazione.

Fasi del processo

1. Frammentazione e macinazione: due scopi 1) ottenere campione omogeneo 2) favorire l’attacco dei reagenti;

Strumenti:

• Mortaio e pestello
• Mulino a sfere
• Mulino a martelli

Si possono verificare alterazioni nel campione in seguito a:

• Aumento della temperatura => perdita sostanze volatili
• Aumento di superficie => ossidazione, aumento o diminuzione % di acqua

2. Processo di miscelazione per rendere la polvere omogenea in tutte le sue parti;
3. Processo di suddivisione per diminuire la quantità di campione. Metodi:

• Quartatura (suddivisione in quarti)
• Ripartitori manuali
• Ripartitori automatici

Umidità del campione

Prima dell’analisi deve essere calcolata l’umidità del campione. Normalmente viene effettuato mediante essiccazione in stufa a temperatura prestabilita (80 – 110 gradi) fino a peso costante o mediante lampada a infrarossi / forno a microonde. La quantità di analita presente nel campione deve essere riferita al peso del solido impiegato “come ricevuto” o come sostanza secca. La maggior parte di analisi viene condotta su soluzioni e ciò spesso comporta uno stadio di dissoluzione. Metodi:

• Dissoluzione completa in un solvente opportuno
• Estrazione solido – liquido o liquido-liquido (anche in continuo)
• Estrazione in fase solida
• Decomposizione o mineralizzazione

Decomposizione e solubilizzazione del campione

Sorgenti di errore durante la decomposizione e dissoluzione:

• Dissoluzione incompleta degli analiti
• Perdite di analita per volatilizzazione
• Introduzione di un analita come contaminante del solvente
• Introduzione di contaminanti derivanti dalla reazione del solvente con le pareti del recipiente

Definizioni

Si ha un'interferenza quando una specie diversa dall’analita produce un segnale indistinguibile da quello dell’analita stesso provocando un aumento o una diminuzione della risposta strumentale. L’eliminazione dell’interferenza si può ottenere mediante mascheramento: trasformazione della specie che interferisce in una specie che non è rilevata dal metodo analitico. Si usa in genere a tal fine un agente mascherante. Se non si può fare mascheramento si può eliminare l’interferenza mediante preliminare separazione dell’analita della specie interferente.

Curva di calibrazione

Asse x: concentrazione

Asse y: risposta dello strumento

1. Preparazione di un certo numero di soluzioni standard
2. Misura della risposta strumentale di tali soluzioni
3. Costruzione grafico
4. Ricavare la retta migliore con il metodo dei minimi quadrati
5. Otteniamo una retta di calibrazione y=mx+b
6. Posso ricavare incognito e concentrazione x=(y-b)/m

La concentrazione e la risposta sono tra loro direttamente proporzionali. La ricerca della retta migliore:

1. Relazione tra x/y y=mx+b (direttamente proporzionali)
2. Ogni deviazione della retta deriva da errori di misurazione

Analisi quantitativa per via spettrofotometrica

Determinazione dello ione nitrito

Retta di calibrazione y=mx+b

Si aggiunge reattivo che reagisce...