Chemia analityczna Tom 2

Chemia analityczna Tom 2 - Opis

Tom 1 zawiera wiadomości na temat teoretycznych podstaw chemii analitycznej, nieorganicznej analizy jakościowej oraz analizy ilościowej klasycznej.

Tom 2 omawia powszechnie stosowane metody instrumentalne, a także zastosowanie techniki komputerowej w laboratorium analitycznym. W obecnym wydaniu, ze względu na postęp wiedzy, dodano rozdziały dotyczące chromatografii jonowej, chemometrii, mikroanalizy i termoanalizy. Zwiększono również liczbę przykładów praktycznego zastosowania chemii analitycznej w analityce medycznej, farmacji i kosmetologii oraz liczbę zadań rachunkowych z rozwiązaniami, a także zadań do samodzielnego rozwiązania z podanymi odpowiedziami.

Książka adresowana jest do studentów zarówno wydziałów o profilu medyczno-chemicznym (farmacja, analityka medyczna, biologia, chemia), jak i niektórych wydziałów politechnik. Spis treści: CZĘŚĆ I. WSTĘP 17

Rozdział 1. Zagadnienia ogólne - Ryszard Kocjan 19
1.1. Ogólna charakterystyka analizy instrumentalnej 19
1.2. Porównanie metod klasycznych i instrumentalnych 20
1.3. Zarys rozwoju instrumentalnych metod analizy chemicznej 22
1.4. Podział instrumentalnych metod analizy chemicznej 23
1.4.1. Metody optyczne 25
1.4.2. Metody spektroskopowe 26
1.4.3. Metody elektroanalityczne 28
1.4.4. Metody rozdzielcze 30
1.4.5. Metody radiometryczne 30
1.4.6. Metody termoanalityczne 31
1.5. Literatura książkowa 33

CZĘŚĆ II. METODY OPTYCZNE 35

Rozdział 2. Refraktometria - Anna Błażewicz 37
2.1. Podstawy teoretyczne 37
2.2. Aparatura w (...) więcej refraktometrii 43
2.3. Zastosowanie refraktometrii 46
Rozdział 3. Polarymetria - Anna Błażewicz 47
3.1. Podstawy teoretyczne 47
3.1.1. Polaryzacja światła 47
3.1.2. Czynność optyczna substancji 51
3.1.3. Skręcalność właściwa 52
3.2. Aparatura polarymetryczna 53
3.3. Zastosowanie polarymetrii 55

Rozdział 4. Nefelometria i turbidymetria - Anna Błażewicz 57
4.1. Podstawy teoretyczne 57
4.2. Aparatura w pomiarach nefelometrycznych i turbidymetrycznych 60
4.3. Zastosowanie nefelometrii i turbidymetrii 62

CZĘŚĆ III. METODY SPEKTROSKOPOWE 63

Rozdział 5. Spektroskopia cząsteczkowa 65
5.1. Wiadomości ogólne - Władysław Gołkiewicz, Eliza Blicharska 65
5.1.1. Natura promieniowania elektromagnetycznego 65
5.1.2. Cechy promieniowania elektromagnetycznego 66
5.1.3. Sposoby gromadzenia energii przez cząsteczki 68
5.1.4. Aparatura, proces absorpcji, miara absorpcji 70
5.2. Widma oscylacyjno-rotacyjne i rodzaje drgań - Władysław Gołkiewicz, Eliza Blicharska 73
5.3. Rejestracja widma IR - spektrofotometry IR - Władysław Gołkiewicz, Eliza Blicharska 75
5.3.1. Źródła promieniowania 76
5.3.2. Detektory 76
5.3.3. Rejestratory, komputery 76
5.3.4. Metodyka badań 77
5.3.5. Zastosowanie spektroskopii w podczerwieni. Przykłady interpretacji widm 78
5.4. Spektroskopia w ultrafiolecie i w świetle widzialnym (UV-VIS) - Władysław Gołkiewicz, Eliza Blicharska 82
5.4.1. Pojęcia podstawowe. Rodzaje przejść elektronowych 82
5.4.2. Prawa absorpcji 87
5.4.3. Przyczyny odchyleń od praw absorpcji 89
5.4.4. Aparatura w spektrofotometrii UV-VIS 91
5.4.5. Analiza ilościowa 95
5.4.5.1. Dobór warunków oznaczania 95
5.4.5.2. Metoda krzywej kalibracyjnej 97
5.4.5.3. Oznaczanie stężenia składników w mieszaninach 98
5.4.5.4. Czułość oznaczeń spektrofotometrycznych 101
5.4.5.5. Dokładność i precyzja metod spektrofotometrycznych 102
5.4.6. Zasadnicze podobieństwa i różnice kolorymetrii, absorpcjometrii i spektrofotometrii 102
5.5. Spektrometria fluorescencyjna cząsteczkowa - Władysław Gołkiewicz, Eliza Blicharska 103
5.5.1. Fluorymetria i spektrofluorymetria 106
5.5.1.1. Aparatura fluorymetryczna 107
5.6. Spektroskopia ramanowska - Anna Sroka-Bartnicka 108
5.6.1. Obrazowanie w spektroskopii Ramana 110
5.6.2. Zastosowanie spektroskopii ramanowskiej 110
5.6.3. Porównanie spektroskopii FT-IR i Ramana 111

Rozdział 6. Spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego - Władysław Gołkiewicz, Anna Sroka-Bartnicka 113
6.1. Podstawy teoretyczne NMR 113
6.2. Rejestracja widma NMR 116
6.3. Ekranowanie jądra i przesunięcie chemiczne 117
6.4. Sprzężenie spinowo-spinowe. Interpretacja widma 121
6.5. Jądrowy rezonans magnetyczny innych jąder 125
6.6. Spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego węgla 13C NMR 126

Rozdział 7. Spektrometria mas - Władysław Gołkiewicz, Anna Sroka-Bartnicka 129
7.1. Zasada powstawania widma mas techniką EI 129
7.2. Aparatura do spektrometrii mas 132
7.3. Metody jonizacji 132
7.3.1. Jonizacja wiązką elektronów (EI) 133
7.3.2. Jonizacja chemiczna (CI) 133
7.3.3. Spektrometria mas jonów wtórnych 134
7.3.4. Jonizacja chemiczna pod ciśnieniem atmosferycznym (APCI) 134
7.3.5. Jonizacja przez elektrorozpylanie (ESI) 135
7.3.6. Desorpcyjna jonizacja przez elektrorozpylanie (DESI) 135
7.3.7. Desorpcja/jonizacja lasera wspomagana matrycą (MALDI) 136
7.4. Metody obrazowania spektrometrii mas (MSI) 137
7.5. Ogólne zasady fragmentacji technikami EI i CI 137
7.6. Interpretacja widma mas 139

Rozdział 8. Spektroskopia atomowa - Ireneusz Sowa, Ryszard Świeboda 143
8.1. Podstawy teoretyczne 143
8.2. Metody absorpcyjne 145
8.2.1. Atomowa spektrometria absorpcyjna (AAS) 146
8.2.1.1. Aparatura do atomowej spektrometrii absorpcyjnej 149
8.2.1.2. Interferencje 161
8.2.1.3. Specyfika wysokorozdzielczej absorpcyjnej spektrometrii atomowej z ciągłym źródłem promieniowania (HR-CS AAS) 163
8.2.1.4. Metodyka pomiarów w AAS 164
8.2.1.5. Zastosowanie atomowej spektrometrii absorpcyjnej 165
8.2.2. Absorpcja rentgenowska 165
8.3. Metody emisyjne 167
8.3.1. Widma emisyjne atomów 168
8.3.2. Fotometria płomieniowa 170
8.3.2.1. Aparatura do fotometrii płomieniowej 170
8.3.2.2. Zastosowania fotometrii płomieniowej 173
8.3.3. Spektrografia emisyjna 174
8.3.4. Spektrometria emisyjna 176
8.3.5. Fluorescencja rentgenowska 180
8.3.6. Fluorescencja atomowa 181

CZĘŚĆ IV. METODY ELEKTROANALITYCZNE 183

Rozdział 9. Potencjometria - Mirosław Hawrył 185
9.1. Podstawy teoretyczne 185
9.2. Elektrody 191
9.2.1. Elektrody pierwszego rodzaju 191
9.2.2. Elektrody drugiego rodzaju 193
9.2.3. Elektrody trzeciego rodzaju 196
9.2.4. Elektrody redoks 196
9.2.5. Inne elektrody 197
9.2.6. Elektrody jonoselektywne 198
9.2.6.1. Elektrody szklane 198
9.2.6.2. Elektrody membranowe krystaliczne 205
9.2.6.3. Elektrody z ciekłym wymieniaczem jonowym 209
9.2.6.4. Elektrody jonoselektywne uczulane 214
9.2.7. Nowoczesne czujniki (sensory) elektrochemiczne 215
9.3. Aparatura potencjometryczna 218
9.4. Potencjometria bezpośrednia 220
9.4.1. Pehametria 220
9.4.2. Inne bezpośrednie zastosowania potencjometrii 227
9.5. Miareczkowanie potencjometryczne 231
9.5.1. Metody wykonania miareczkowań potencjometrycznych 236
9.5.1.1. Miareczkowanie klasyczne 236
9.5.1.2. Miareczkowanie do punktu zerowego 236
9.5.1.3. Miareczkowanie różnicowe 237
9.5.1.4. Miareczkowanie z dwumetalicznym układem elektrod 239
9.5.1.5. Miareczkowanie potencjometryczne z kontrolowanym prądem 239
9.5.2. Metody wyznaczania PK miareczkowania potencjometrycznego 240
9.5.3. Automatyzacja miareczkowania potencjometrycznego 244
9.6. Dokładność i precyzja oznaczeń potencjometrycznych 246

Rozdział 10. Elektroliza i kulometria - Mirosław Hawrył, Grzegorz Jóźwiak 247
10.1. Elektroliza 247
10.1.1. Podstawy teoretyczne 247
10.1.1.1. Prawa elektrolizy 248
10.1.1.2. Polaryzacja i nadnapięcie, napięcie rozkładowe 249
10.1.2. Rozdzielanie elektrolityczne 252
10.1.3. Elektrograwimetria 254
10.1.3.1. Elektrograwimetria klasyczna 254
10.1.3.2. Elektrograwimetria z kontrolowanym potencjałem 255
10.1.3.3. Elektrograwimetria wewnętrzna 259
10.1.3.4. Przykłady oznaczeń elektrograwimetrycznych 260
10.2. Kulometria 261
10.2.1. Podstawy teoretyczne 261
10.2.2. Aparatura kulometryczna 261
10.2.3. Kulometria potencjostatyczna 265
10.2.4. Kulometria amperostatyczna 267
10.2.5. Miareczkowanie kulometryczne 267
10.2.6. Przykłady oznaczeń kulometrycznych 270
10.2.6.1. Kulometria potencjostatyczna 270
10.3. Dokładność i precyzja metod elektrograwimetrycznych i kulometrycznych 272

Rozdział 11. Polarografia i woltamperometria - Jerzy Kuczyński, Magdalena Pizoń 273
11.1. Podstawy teoretyczne polarografii i woltamperometrii 273
11.2. Polarografia i podział metod polarograficznych 275
11.3. Woltamperometria 282
11.3.1. Techniki woltamperometryczne 282
11.3.1.1. Woltamperometria z liniowo zmieniającym się potencjałem 282
11.3.1.2. Woltamperometria cykliczna 284
11.3.1.3. Woltamperometria inwersyjna (odwrócona, stripingowa) 285
11.3.2. Układ pomiarowy 289
11.3.2.1. Elektrody 290
11.3.2.2. Rodzaje prądów w układzie pomiarowym i elektrolit podstawowy 298
11.3.2.3. Redukcja tlenu na elektrodzie rtęciowej 301
11.3.3. Analiza jakościowa 302
11.3.4. Analiza ilościowa 304
11.3.5. Znaczenie analityczne woltamperometrii inwersyjnej 307

Rozdział 12. Miareczkowanie amperometryczne - Jerzy Kuczyński, Grzegorz Jóźwiak 309
12.1. Podstawy teoretyczne 309
12.1.1. Wirująca elektroda platynowa (mikroelektroda platynowa) 309
12.2. Miareczkowanie z jedną elektrodą spolaryzowaną 310
12.2.1. Krzywe miareczkowania i przykłady oznaczeń 310
12.3. Miareczkowanie z dwiema elektrodami spolaryzowanymi (,,do martwego punktu") 312
12.3.1. Krzywe miareczkowania i przykłady oznaczeń 314
12.4. Aparatura i zastosowanie miareczkowania amperometrycznego 315

Rozdział 13. Konduktometria - Jerzy Kuczyński, Beata Polak 319
13.1. Podstawy teoretyczne 319
13.2. Przewodność właściwa i molowa 320
13.2.1. Pomiar przewodności 325
13.3. Konduktometria bezpośrednia 326
13.4. Miareczkowanie konduktometryczne 328
13.4.1. Miareczkowanie kwas-zasada, mieszanina kwasów (zasad) 328
13.4.2. Miareczkowanie strąceniowe 331
13.5. Konduktometria bezkontaktowa (bezelektrodowa) 334
13.6. Zastosowanie konduktometrii 335

CZĘŚĆ V. METODY ROZDZIELCZE 337

Rozdział 14. Chromatografia 339
14.1. Zarys historyczny i podstawy teoretyczne chromatografii - Edward Soczewiński 339
14.1.1. Definicja chromatografii 340
14.1.2. Parametry chromatograficzne 342
14.1.3. Sprawność i selektywność 344
14.1.4. Podstawowe mechanizmy retencji 346
14.1.4.1. Podziałowy mechanizm retencji 347
14.1.4.2. Adsorpcyjny mechanizm retencji 347
14.1.4.3. Jonowymienny mechanizm retencji 349
14.1.4.4. Żelowo-permeacyjny mechanizm retencji 350
14.1.4.5. Inne mechanizmy retencji 350
14.1.5. Klasyfikacja metod chromatograficznych 351
14.1.6. Przygotowanie próbek do analizy 351
14.2. Chromatografia gazowa GC - Wojciech Markowski, Andrzej Torbicz 352
14.2.1. Definicja i charakter chromatografii gazowej 352
14.2.2. Opis chromatogramu w chromatografii gazowej 353
14.2.3. Chromatograf gazowy 357
14.2.3.1. Gaz nośny 357
14.2.3.2. Dozowanie i dozowniki 358
14.2.3.3. Kolumny chromatograficzne 362
14.2.3.4. Detektory w chromatografii gazowej 368
14.2.4. Identyfikacja pików 375
14.2.5. Analiza ilościowa 375
14.2.6. Chromatografia fluidalna 381
14.3. Chromatografia cieczowa - Monika Waksmundzka-Hajnos 382
14.3.1. Aparatura do wysokosprawnej chromatografii cieczowej kolumnowej 383
14.3.2. Rozpuszczalniki 387
14.3.2.1. Właściwości fizyczne rozpuszczalników 387
14.3.2.2. Oddziaływania międzycząsteczkowe: faza ruchoma - próbka, polarność i siła elucyjna 389
14.3.2.3. Klasyfikacja rozpuszczalników 390
14.3.3. Adsorbenty 391
14.3.3.1. Właściwości fizyczne i podział adsorbentów 391
14.3.3.2. Adsorbenty stosowane w wysokosprawnej chromatografii cieczowej 392
14.3.4. Model adsorpcji. Zależność retencji od składu eluentu 397
14.3.5. Chromatografia związków o zróżnicowanej polarności. Elucja gradientowa 398
14.3.6. Chromatografia związków zjonizowanych 400
14.3.6.1. Metoda cofnięcia dysocjacji 400
14.3.6.2. Chromatografia par jonowych (IPC) 401
14.3.6.3. Chromatografia jonowymienna (IEC) 402
14.3.7. Rozdzielanie związków chiralnych 403
14.3.8. Chromatografia żelowa (GPC lub SEC) 404
14.3.9. Analiza ilościowa 406
14.3.10. Analiza jakościowa 407
14.3.11. Przykłady zastosowań chromatografii HPLC w analizie farmaceutycznej i klinicznej 408
14.3.12. Techniki łączone - sprzężone 411
14.3.12.1. Technika łączona LC-MS 411
14.3.12.2. Technika łączona LC-IR 412
14.3.12.3. Technika łączona LC-NMR 412
14.3.12.4. Inne techniki sprzężone z chromatografią 414
14.4. Chromatografia cienkowarstwowa - Grażyna Matysik 415
14.4.1. Parametry wpływające na rozdzielczość w chromatografii TLC 417
14.4.2. Adsorbenty stosowane w TLC 424
14.4.3. Ogólny problem elucji 428
14.4.3.1. Elucja gradientowa 428
14.4.4. Gradient fazy stacjonarnej 429
14.4.5. Komory i przyrządy do chromatografii TLC 431
14.4.5.1. Komory objętościowe 431
14.4.5.2. Komory poziome DS 432
14.4.5.3. Komory do ciśnieniowej chromatografii cienkowarstwowej 433
14.4.5.4. Przyrządy do PMD i AMD 433
14.4.6. Rozwijanie chromatogramów i wizualizacja plamek 434
14.4.6.1. Wizualizacja rozdzielanych substancji 436
14.4.7. Zastosowanie chromatografii TLC 436
14.4.7.1. Analiza jakościowa 436
14.4.7.2. Analiza ilościowa 437
14.5. Chromatografia jonowa - Anna Błażewicz 440
14.5.1. Definicja chromatografii jonowej i podział mechanizmów rozdzielania jonów 440
14.5.2. Podstawowe definicje w chromatografii jonowej 447
14.5.3. Fazy stacjonarne stosowane w IC 448
14.5.4. Eluenty 451
14.5.5. Supresja 455
14.5.6. Detekcja w chromatografii jonowej 459
14.5.7. Zalety chromatografii jonowej 463
14.5.8. Kierunki zastosowań chromatografii jonowej 465

Rozdział 15. Ekstrakcja - Maciej Strzemski, Ryszard Kocjan 467
15.1. Wprowadzenie 467
15.2. Wydajność ekstrakcji 468
15.3. Techniki ekstrakcyjne 469
15.3.1. Charakterystyka wybranych technik ekstrakcji ciecz-ciecz 471
15.3.2. Charakterystyka technik ekstrakcji ciało stałe-ciecz 474
15.3.3. Charakterystyka wybranych technik ekstrakcji ciecz-ciało stałe 479
15.3.4. Charakterystyka technik ekstrakcji gaz-ciecz, ciecz-gaz, ciało stałe-gaz i gaz-ciało stałe 483
15.4. Ekstrahenty 485
15.4.1. Podstawy teoretyczne i ekstrahenty klasyczne 485
15.4.2. Ekstrahenty ,,zielonej chemii" 487
15.5. Ekstrakcja ciecz-ciecz w analizie nieorganicznej 490
15.5.1. Ekstrakcja jonów metali - układy ekstrakcyjne 492
15.5.1.1. Ekstrakcja kompleksów chelatowych 493
15.5.1.2. Ekstrakcja kompleksów jonowo-asocjacyjnych (par jonowych) 496
15.5.2. Przykłady ekstrakcji jonów metali 499

Rozdział 16. Elektroforeza - Halina Szumiło, Sławomir Dresler, Beata Polak 503
16.1. Podstawy teoretyczne 503
16.2. Podział metod elektroforetycznych 509
16.2.1. Elektroforeza swobodna 509
16.2.2. Elektroforeza w nośnikach 509
16.2.2.1. Elektroforeza na bibule 511
16.2.2.2. Elektroforeza w żelach 512
16.2.2.3. Elektroogniskowanie (izoelektryczne ogniskowanie) 519
16.2.3. Przykłady zastosowania elektroforezy w analityce medycznej 520
16.3. Przygotowanie próbek do elektroforezy 523
16.4. Elektroforeza kapilarna 525
16.4.1. Ogólna charakterystyka metody 525
16.4.2. Aparat do elektroforezy kapilarnej 528
16.4.3. Techniki elektroforetyczne i ich charakterystyka 530
16.4.4. Zalety i główne wady elektroforezy kapilarnej 534

CZĘŚĆ VI. METODY TERMOANALITYCZNE 535

Rozdział 17. Analiza termiczna substancji - Piotr Drączkowski 537
17.1. Wstęp do metod analizy termicznej 537
17.2. Podział metod analizy termicznej 538
17.2.1. Techniki kalorymetryczne 539
17.2.2. Różnicowa kalorymetria skaningowa (DSC) 540
17.2.3. Izotermiczne miareczkowanie kalorymetryczne (ITC) 542
17.2.4. Termiczna analiza różnicowa (DTA) 546
17.2.5. Analiza termograwimetryczna (TGA) 547

CZĘŚĆ VII. WIADOMOŚCI UZUPEŁNIAJĄCE 551

Rozdział 18. Wybór stosowanej metody analitycznej - Ryszard Kocjan 553
18.1. Kryteria doboru metody analitycznej 553
18.2. Metody oznaczania makro- i mikroilości niektórych rodzajów jonów 559

Rozdział 19. Komputery i automatyzacja w laboratorium analitycznym - Wojciech Markowski 567
19.1. Wiadomości podstawowe o komputerach w laboratorium 567
19.2. Sprzężenie komputerów z przyrządami pomiarowymi 568
19.3. Sposoby skonfigurowania aparatów analitycznych i komputerów 570
19.4. Systemy ekspertowe 572
19.5. Warunki stosowania komputerów w laboratoriach analitycznych 573
19.6. Automatyzacja metod analitycznych 574

Rozdział 20. Miniaturyzacja w analizie chemicznej - Aneta Hałka-Grysińska, Tadeusz Dzido 577
20.1. Wiadomości ogólne 577
20.2. Miniaturyzacja wybranych etapów procesu analitycznego 578
20.2.1. Miniaturyzacja w przygotowaniu próbek 578
20.2.2. Miniaturyzacja technik rozdzielczych 580
20.2.3. Miniaturyzacja technik detekcji 581
20.3. Miniaturowe kompleksowe układy analityczne 582
20.3.1. Teoria miniaturyzacji 582
20.3.2. Koncepcje laboratorium w chipie (LOC, Lab-on-a-chip) 584
20.3.3. Wytwarzanie chipów 586
20.3.4. Wybrane przykłady zastosowania 587

Rozdział 21. Podstawy chemometrii - Łukasz Komsta 589
21.1. Struktura danych w chemometrii 589
21.2. Wstępna obróbka danych 590
21.3. Uczenie maszynowe 592
21.4. Kompleksowość modeli chemometrycznych 593
21.5. Walidacja modeli 593
21.6. Techniki regresji wielorakiej 594
21.7. Analiza głównych składowych 595
21.8. Analiza skupień 597

Rozdział 22. Obliczenia w analizie instrumentalnej - Jan Sawicki, Stanisław Przeszlakowski 599
22.1. Metody optyczne i spektroskopowe 599
22.2. Metody elektroanalityczne 604
22.3. Metody rozdzielcze 607
22.4. Obliczenia związane z metodą wzorca zewnętrznego 613
22.5. Obliczenia związane z metodą dodatku wzorca 619

Skorowidz mniej