METÓDY
IDENTIFIKÁCIE
ORGANICKÝCH LÁTOK
ORGANICKÁ ANALÝZA
progresívna disciplína s záujmom,
úzke prepojenie so všetkými biologickými odbormi,
často využívaná pri štúdiu ŽP, štúdium znečistenia zložiek,
identifikácia čistých látok, určenie zloženia zmesí,
zistenie štruktúrneho vzorca chemického indivídua.
ORGANICKÁ ANALÝZA (OA) ↔ ŽP
kontaminácia POPs ⇒ v „ppt“⇒
⇒ celosvetovo (PAH, PCB, dioxíny...),
počet a objem produkcie OL ⇒ nutnosť identifikácie,
OA ⇒ spektrum citlivých inštrumentálnych analytických metód +
kombinácie,
vysoké nároky pri identifikácii štruktúrne podobných OA
(homológov, izomérov, kongenérov...),
problémy s nestálosťou OA, možnosti strát OA
(oxidácia, hydrolýza, mikrobiálny rozklad...).
Identifikácia organických látok.
Charakterizácia látky:
tky
popis látky, stanovenie fyzikálnych a chemických
vlastností.
Elementárna analýza (kvalitatívna, kvantitatívna):
dôkaz a stanovenie prvkov.
Funkčná analýza (kvalitatívna, kvantitatívna):
dôkaz a stanovenie funkčných skupín.
Klasifikácia:
zatriedenie látok do tried (napr. podľa rozpustnosti...)
Štruktúra:
konštitúcia ⇒ údaje o druhu a počte atómov v molekule,
väzbách a ich povahe,
konfigurácia ⇒ údaje o priestorovej postupnosti
usporiadania väzieb vystupujúcich z jedného atómu
k súboru atómov a skupín bezprostredne na neho
naviazaných,
konformácia ⇒ údaje o vzájomnej priestorovej relácii
atómov resp. skupín bezprostredne nespojených väzbou.
Identifikácia:
presné určenie druhu organickej látky.
1. Charakterizácia – stanovenie chemických vlastností.
určenie pH = skúška na kyslosť,
chemické reakcie – vznik produktu typického pre určitú skupinu
látok:
oxidácia s KMnO4 ⇒ štiepenie násobných väzieb ⇒ -COOH
(oxidácia -OH, -CHO, -SH, -NH2),
reakcie s AgNO3 ⇒ v prostredí etanolu ⇒ alkoholýza
ethanolom za katalytického pôsobenia Ag+
(dôkazy halogénderivátov - RX),
test na aktívny vodík ⇒ reakcia s Na → H2(g)
v bezvodom prostredí, v zlúčenine musí byť prítomná násobná
väzba alebo heteroatóm
(dôkazy -OH, -COOH, -SH, =NH, -CH2- medzi karbonylovými skupinami),
tavenie s NaOH ⇒ dvojväzbová síra (-SH) → sulfid + Pb2+
→ čierna zrazenina
⇒ vyššie oxidačné stavy S → síran + Ba2+ → biela zrazenina...
Neznáma látka
zmes
indivídum
popis vonk. vlastností
delenie
určenie rozpustnosti
izolácia indivídua
chemické metódy dôkazu
a stanovenia
Identifikácia látky
prístrojové metódy
Analýza?
Rozbor.
Čoho?
Vzorky.
Cieľ?
Čo, koľko.
Čo?
Dôkaz, kvalita.
Koľko?
Stanovenie, kvantita.
2a. KVALITATÍVNA ELEMENTÁRNA ANALÝZA.
Kyslík nedokazujeme.
Dôkaz uhlíka a vodíka:
zahrievanie organickej látky v trubičke za prítomnosti CuO ako
katalyzátora,
z uhlíka ⇒ oxid uhličitý ⇒ roztok Ba(OH)2 ⇒ biela zrazenina
CO2(g) + Ba(OH)2(aq) → BaCO3(s) + H2O(l)
z vodíka ⇒ vodná para ⇒ orosenie chladnejších miest trubičky –
H2O(g) → H2O(l)
KVALITATÍVNA ELEMENTÁRNA ANALÝZA:
Dôkaz dusíka a síry (Lassaigneova skúška):
rozloženie organickej látky tavením s kovovým sodíkom,
tavenina + destilovaná voda, povariť a za horúca prefiltrovať,
filtrát ⇒ dva podiely.
1. Podiel – dôkaz N:
Na
N →
tavenie
dôkaz NaCN:
NaCN
6 NaCN + FeCl2 → Na4[Fe(CN)6] + 2 NaCl
oxidácia
FeCl2 → FeCl3
O2
3 Na4[Fe(CN)6] + 4 FeCl3 → Fe4[Fe(CN)6]3 + 12 NaCl
berlínska modrá
2. Podiel – dôkaz S:
S
2 Na
→ Na2S
tavenie
dôkaz Na2S:
(CH3COO)2Pb + Na2S → PbS + 2 CH3COONa
čierna zrazenina
Na2S + Na3[Fe(CN)5NO]] → červene sfarbený roztok
KVALITATÍVNA ELEMENTÁRNA ANALÝZA.
Dôkaz halogénov:
tavením organickej látky s CaO ⇒ tavenina obsahujúca príslušné
halogenidy,
taveninu rozpustíme v zriedenej HNO3 ⇒ halogenidy v ⇒ HX(l)
HX(l) + AgNO3(l) ⇒ charakteristicky sfarbené zrazeniny AgX(s) + HNO3
HF + AgNO3 →
AgF + HNO3
biela zrazenina
HCl + AgNO3 →
AgCl + HNO3
biela zrazenina
HBr + AgNO3 →
AgBr + HNO3
svetložltá zrazenina
HI + AgNO3 →
AgI + HNO3
žltá zrazenina
Beilsteinova skúška:
medený drôt s očkom (na druhom konci zatavený v sklenenej
rúrke) vyžíhame v plameni ⇒ žltooranžové sfarbenie plameňa:
2 Cu + O2 → 2 CuO
vyžíhaný drôt ponoríme do vzorky a spaľujeme v nesvietivej
časti plameňa: 2 CuO + R-X → 2 CuX2 ⇒ prchavé halogenidy Cu
sfarbia plameň do modrozelena.
KVALITATÍVNA ELEMENTÁRNA ANALÝZA.
Dôkaz fosforu (Wurtzschmidtova skúška):
zahrievanie látky s peroxidom vodíka a glykolom
⇒ príslušné fosfatióny,
zavedenie do roztoku (NH4)2MoO4 ⇒ modré zafarbenie.
2b. KVANTITATÍVNA ELEMENTÁRNA ANALÝZA.
Stanovenie obsahu vodíka a uhlíka:
spaľovanie organickej látky známej hmotnosti v prúde čistého O2
⇒ z uhlíka ⇒ oxid uhličitý
⇒ univerzálna náplň
plyny
⇒ absorbčné nádobky
⇒ z vodíka ⇒ vodná para
m(náplní)
mN = 100 %
1 – CaCl2 ⇒ H2O
m(H2O)
m(CO2)
m(H) = x %
m(C) = x %
2 – nátronové vápno NaOH ⇒ CO2
3 – spaľovacia lodička so vzorkou organickej látky
4 – vyhrievacie bloky pece
5 – spaľovacia trubica s univerzálnou náplňou (a = PbO2 na azbeste – zachytenie
HX; b = Ag – zachytenie HX; c = CuO/PbCrO4 – katalyzátor; d = Cu –
katalyzátor; e = CuO – katalyzátor)
6 – absorbčné nádobky
7 – nádobky s náplňou na čistenie O2
KVANTITATÍVNA ELEMENTÁRNA ANALÝZA.
Stanovenie obsahu dusíka (Dumasova metóda):
spaľovanie vzorky známej hmotnosti zmiešanej s CuO alebo Cu
v prúde čistého CO2 ⇒ redukcia vzniknutých NOx ⇒ N2(g)
objem N2 stanovíme volumetricky:
N2 zavedieme do roztoku NaCl
(minimálna rozpusť) ⇒ vytlačí adekvátny
objem NaCl do temperovanej kalibrovanej
trubice (T, p, V) ⇒ výpočet podľa SRIP.
v amíno-, nitro-, azo-, hydrazo-skupine a ako heteroatóm.
Stanovenie obsahu dusíka na „mokrej“ ceste (Kjehdalova metóda):
vzorka v Kjehdalovej banke + koncentrovaná H2SO4 + K2SO4
(Tv) ⇒ mineralizácia zahrievaním s katalyzátormi (Se, Hg2+, Cu2+),
stanovenie N-O a N-N
mineralizát obsahujúci NH4+ ⇒ destilačná banka + nadbytok
silného hydroxidu (NaOH) ⇒ uvoľnenie amoniaku (NH3),
NH3 predestilujeme s vodnou
parou do roztoku H2SO4 presne
známej koncentrácie (0,05 M),
nadbytočné
množstvo H2SO4
spätne stitrujeme
z
o
o
odmerným
roztokom NaOH
(0,01 M).
z
z
1884
2009
KVANTITATÍVNA ELEMENTÁRNA ANALÝZA.
Stanovenie halogénov a síry (Cariusova metóda):
rozklad vzorky známej hmotnosti s konc. HNO3 v autokláve
(250 – 300 °C) ⇒ z halogénov ⇒ halogenidy
⇒ zo síry ⇒ sírany
obsahy stanovíme gravimetricky:
X- + Ag+ (AgNO3) → AgX(s)
SO4
2-
+
Ba2+
→ BaSO4(s)
filtrácia
premývanie, sušenie,
žíhanie, výpočet
AUTOMATICKÉ ELEMENTÁRNE ANALYZÁTORY.
na princípe tradičných metód organickej elementárnej analýzy
(oxidačné a redukčné katalyzátory, teploty rozkladu, oxidácie a
redukcie),
vznik plynných produktov (CO2, H2O, N2...) ⇒ separácia a
stanovenie chromatograficky,
súčasné prvkové analyzátory ⇒ riadené automaticky pomocou
PC, vopred odvážené vzorky ⇒ v daných časových intervalech ⇒
spaľovacia trubica,
nevhodné pre analýzu zle spáliteľných látok a pre stanovenie
látok obsahujúcich ďalšie prvky (P, Si, As, kovy).
Download

prednaskaUdOCH8A.pdf