Аналитическая химия

Cерия «Учебные издания для бакалавров» 
 
 
 
 
А. Т. Васюкова, М. Д. Веденяпина 
 
 
 
 
АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ 
 
 
Учебник 
 
 
3-е издание 
 
Рекомендовано 
Учебно-методическим объединением по образованию  
в области технологии продуктов питания и пищевой  
инженерии в качестве учебника для студентов,  
обучающихся по направлению подготовки бакалавров  
«Продукты питания из растительного сырья» 
 
 
 
Москва 
Издательско-торговая корпорация «Дашков и Ко» 
2022 

В20 
УДК 543 
ББК 24.4 
В20 
 
Авторы: 
А. Т. Васюкова ² доктор технических наук, профессор; 
М. Д. Веденяпина ² доктор химических наук. 
 
Рецензенты: 
Б. А. Баранов ² доктор технических наук, профессор; 
О. А. Ханчич ² доктор химических наук, профессор. 
 
Васюкова, Анна Тимофеевна. 
Аналитическая химия : учебник для бакалавров / А. Т. Васюкова, М. Д. Веденяпина. ² 3-е изд. ² Москва : Издательско-торговая корпорация «Дашков и Ко», 2022. ² 155 с. : ил.  
ISBN 978-5-394-04723-7. 
В учебнике рассмотрены основы гравиметрического и химического 
титриметрического методов анализа (кислотно-основное, окислительновосстановительное, комплексонометрическое, осадительное титрование). 
Даны основные понятия теории индикаторов. Описаны оптические (УФ- 
и видимой-спектроскопии, ИК-спектроскопии и др.), хроматографические 
(газовая, газо-жидкостная, высокоэффективная жидкостная хроматография и ионообменная) и электрохимические (кондуктометрия, потенциометрия, полярография, вольтамперометрия, кулонометрия) методы анализа. Раскрыта сущность широко используемых в настоящее время методов масс-спектрометрии и ядерно-магнитного резонанса. Приведен подробный анализ веществ по их физическим константам. Рассмотрены методы обработки результатов анализа. Приведены тестовые задания.  
Для студентов бакалавриата, обучающихся по направлению подготовки «Продукты питания из растительного сырья», а также студентов 
ссузов, преподавателей, специалистов пищевых и перерабатывающих отраслей, работников Роспотребнадзора. 
 
 
‹ Васюкова А. Т., Веденяпина М. Д., 2019 
 
‹ Васюкова А. Т., Веденяпина М. Д., 2021, с изм. 
ISBN 978-5-394-04723-7  
‹ ООО «ИТК «Дашков и Ко», 2021, с изм. 
2 
 

СОДЕРЖАНИЕ 
ВВЕДЕНИЕ 
..................................................................................... 
6
1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ  АНАЛИТИЧЕСКОЙ  
ХИМИИ ....................................................................................... 
7
1.1. Виды и методы проведения химического анализа  ........... 
7 
1.2. Качественный анализ ........................................................... 
9
1.3. Количественный анализ 
..................................................... 
13
1.4. Измерения в аналитической химии .................................. 
17
1.5. Химический эквивалент 
..................................................... 
19
1.6. Титр раствора 
...................................................................... 
21
2. ГРАВИМЕТРИЯ 
...................................................................... 
22
2.1. Формы осадка в гравиметрическом анализе 
.................... 
22
2.2. Фактор пересчета 
................................................................ 
23
2.3. Методика проведения гравиметрического анализа 
......... 
25
3. ТИТРИМЕТРИЯ 
...................................................................... 
30
3.1. Основные понятия титриметрии ....................................... 
30
3.2. Химическая лабораторная посуда и ее назначение 
......... 
32
3.3. Приготовление титрованных растворов 
........................... 
35
3.4. Основные способы и методы титрования ........................ 
36
3.5. Кислотно-основное титрование ........................................ 
37
3.5.1. Основные понятия кислотно-основного  
титрования 
........................................................................... 
37
3.5.2. Индикаторы метода кислотно-основного  
титрования. Теории индикаторов ..................................... 
42
3.5.3. Техника титрования ................................................. 
47
3.6. Оксидиметрия ..................................................................... 
48
3.6.1. Основные понятия методов оксидиметрии ............ 
48
3 

3.6.2. Перманганатометрия ................................................ 
50
3.6.3. Йодометрия ............................................................... 
52
3.6.4. Хроматометрия ......................................................... 
52
3.7. Комплексонометрия ........................................................... 
53
3.8. Осадительное титрование .................................................. 
56
3.9. Методы разделения и концентрирования ........................ 
59
4. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА ........... 
61
4.1. Основные понятия .............................................................. 
61
4.2. Методы нахождения неизвестной концентрации 
............ 
62
4.3. Метрологические характеристики физико-химических 
методов анализа ......................................................................... 
67
4.4. Анализ веществ по их физическим константам .............. 
69
5. ХРОМАТОГРАФИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА ........ 
76
5.1. Основные принципы и виды хроматографических  
        методов анализа ......................................................................... 
76
5.2. Газовая хроматография ...................................................... 
78
5.3. Жидкостная хроматография .............................................. 
81
5.3.1. Понятие. Основные виды ........................................ 
81
5.3.2. Бумажная, тонкослойная хроматография .............. 
81
5.3.3. Высокоэффективная жидкостная  
хроматография 
.................................................................... 
83
5.3.4. Ионная хроматография 
............................................ 
85
5.4. Качественный и количественный  
        хроматографический анализ ..................................................... 
88 
6. СПЕКТРОСКОПИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА .... 
91
6.1. Основные принципы спектроскопических  
методов анализа ........................................................................ 
91
4 

6.2. Методы получения спектров ............................................. 
92
6.3. УФ- и видимая спектроскопия .......................................... 
97
6.4. ИК-спектроскопия ............................................................ 
103
6.5. Поляриметрия ................................................................... 
105
6.6. Масс-спектрометрия 
......................................................... 
106
6.7. Ядерно-магнитный резонанс ........................................... 
108
7. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА 
......... 
111
7.1. Принципы и классификация электрохимических  
        методов анализа ....................................................................... 
111
7.2. Кондуктометрия 
................................................................ 
112
7.3. Потенциометрия ............................................................... 
116
7.4. Кулонометрия ................................................................... 
120
7.5. Вольтамперометрия. 
......................................................... 
121
ТЕСТЫ ПО АНАЛИТИЧЕСКОЙ ХИМИИ 
......................... 
131
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА .................................... 
153
 
5 

ВВЕДЕНИЕ 
Аналитическая химия ² наука о способах идентификации химических соединений, принципах и методах определения химического 
состава веществ и их структуры. Особую актуальность она приобрела 
в настоящее время, поскольку основным фактором неблагоприятного 
антропогенного воздействия на природу являются химические загрязнения. Определение их концентрации в различных природных 
объектах становится важнейшей задачей. Знание основ аналитической химии одинаково необходимо современному студенту, инженеру, преподавателю, предпринимателю. 
Аналитическую химию изучают студенты учреждений высшего 
образования разного типа ² классических университетов, химикотехнологических, технологических, медицинских, сельскохозяйственных, педагогических, военных и других вузов. Объемы курсов, 
их целеполагающая направленность, соответствие современному 
уровню науки и практики химического анализа существенно различаются. Для всех этих учебных курсов нужны учебники, соответствующие особенностям вузов, принятым учебным планам и программам. 
Учебников по аналитической химии немало. Но одни ² слишком капитальные, объемные, излишне детализированные, сложные для широкой студенческой аудитории, другие ² не отражают современное 
состояние науки. 
Предлагаемое издание состоит из семи разделов, в каждом из которых выделены наиболее важные теоретические вопросы, отражающие последовательность изложения материала в лекционном курсе. 
Раздел 1 посвящен основным понятиям аналитической химии, разделы 2 и 3 ² гравиметрии и титриметрии соответственно. В разде- 
ле 4 даны основные понятия физико-химических методов анализа и 
описан анализ веществ по их физическим константам. Раздел 5 посвящен хроматографии, раздел 6 ² спектроскопии, а раздел 7 ² электрохимическим методам анализа. Для самоконтроля полученных знаний в конце учебника приведены тестовые задания. 
6 

1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ  
АНАЛИТИЧЕСКОЙ ХИМИИ 
1.1. Виды и методы проведения  
химического анализа 
Аналитическая химия ² наука о методах определения химического состава вещества и его структуры. Выделяют качественный и 
количественный анализ. Качественный анализ ² установление присутствия или отсутствия отдельных компонентов в анализируемом 
объекте. Количественный анализ ² определение содержания компонентов в анализируемом объекте. Качественный анализ предшествует 
количественному. Результат его ² «да ² нет». 
В качественном анализе различают: 
‡ элементный анализ (определение входящих в пробу эле- 
ментов); 
‡ вещественный анализ (определение химических соединений). 
В зависимости от массы пробы вещества, используемого для 
проведения анализа, методы анализа классифицируют следующим 
образом: 
‡ макрометод (0,1 г вещества и более); 
‡ полумикрометод (0,1-0,01 г); 
‡ микрометод (10-2 -10-3 г); 
‡ ультрамикрометод (10-3 -10-6 г); 
‡ субмикрометод (10-6 -10-9 г). 
Методы анализа подразделяются на химические и физико-химические (инструментальные). 
Химические методы анализа основаны на способности определяемого компонента вступать в химическую реакцию с последующим 
определением его количества.  
Достоинства химического метода анализа: 
‡ точность;  
7 

‡ простота;  
‡ универсальность. 
Недостатки химического метода анализа: 
‡ требуется много времени; 
‡ сложная подготовка пробы. 
Химические реакции, пригодные для качественного анализа, 
должны сопровождаться заметным внешним эффектом.  
Это может быть: 
1) выделение газа; 
2) изменение окраски раствора; 
3) выпадение осадка; 
4) растворение осадка; 
5) образование кристаллов характерной формы. 
В первых четырех случаях за протеканием реакции наблюдают 
невооруженным глазом, кристаллы рассматривают под микроскопом. 
Классификация видов химического анализа по объектам определения приведена в табл. 1.1. 
Таблица 1.1 
Классификация видов химического анализа  
по объектам определения 
Объект определения, обнаружения 
(аналитический) 
Пример 
Область  
применения 
Вид 
химического 
анализа 
137Cs, 
90Sr, 
235U 
Изотопный  
Атомы с заданными 
значениями заряда 
ядра и массового 
числа (изотопы) 
Атомная энергетика, 
контроль загрязнения 
окружающей среды, 
медицина, археология 
и др. 
Повсеместно 
Cs, Sr, U, 
Cr, Fe, 
Hg 
Элементный  Атомы с заданными 
значениями  
заряда ядра 
(элементы) 
 
 
8 

Окончание табл. 1.1 
Объект определения, обнаружения 
(аналитический) 
Пример 
Область  
применения 
Вид 
химического 
анализа 
Сr(III), 
Сr(VI), 
Fe(II), g(I)  
Вещественный 
Атомы (в том числе 
ионы) элемента в 
данной степени 
окисления 
Химическая технология, контроль окружающей среды, геология, металлургия 
Молекулярный 
Молекулы с заданным составом и заданной структурой 
Бензол, 
глюкоза, 
этанол 
Медицина, контроль 
окружающей среды, 
агрохимия, химическая технология 
Химическая технология, пищевая промышленность, медицина 
Структурно-групповой, 
или функ- 
циональный 
Совокупность молекул с заданными 
структурными характеристиками и 
близкими свойствами 
Предельные 
углеводороды, 
моносахариды, 
спирты 
Графит в 
стали, 
кварц 
в 
граните 
Фазовый  
Отдельная фаза 
или элемент  
в составе 
данной фазы 
Металлургия,  
геология, 
технология строительных 
материалов 
 
В физико-химических методах анализа конец реакции определяют не визуально, как в химических методах, а при помощи приборов, которые фиксируют изменения физических свойств исследуемого вещества. 
1.2. Качественный анализ 
Для получения достоверных результатов анализа конкретного 
иона необходимы реакции, выполнению которых не мешает при- 
9 

сутствие других ионов. Для этого нужны специфические реагенты 
(взаимодействующие только с определяемым ионом). 
Примером реакции с участием специфического реагента является выделение газообразного аммиака NH3 при действии щелочей 
(KOH или NaOH) на вещество, содержащее ион аммония NH4. Ни 
один катион не помешает обнаружению иона NH4, потому что 
только он реагирует со щелочами с выделением аммиака: 
NH4  OH- = NH3  Н2O; 
NaOH  NH4Cl = NH3  Н2O  NaCl. 
Еще один пример ² специфические реагенты на ионы железа. 
Специфический реактив гексацианоферрат (III) калия К3[Fе(СN)6] 
(красная кровяная соль) образует синий осадок (турнбуллева синь) 
только с ионами двухвалентного железа Fe2. Гексацианоферрат (II) 
калия K4[Fe(CN)6] (желтая кровяная соль) образует синий осадок 
(берлинская лазурь) только с ионами трехвалентного железа Fe3. 
Специфический реагент на ионы меди (II) ² аммиак: 
 
CuCl2  4NH3 = [Cu(NH3)4] Cl2. 
голубой раствор ярко-синий раствор 
 
Окрашивание пламени горелки является также способом определения некоторых катионов, т. е. качественной реакцией на их присутствие: 
Li ² окрашивание пламени в красный цвет; 
Na ² окрашивание пламени в желтый цвет; 
K ² окрашивание пламени в фиолетовый цвет. 
Селективные реагенты ² это реагенты, которые реагируют 
лишь с немногими веществами. Диметилглиоксим (реагент Чугаева) 
служит примером селективного реагента: в щелочной среде он реагирует с ионами Ni2, Co2, Fe2; в кислой ² только с ионами Pd2. 
К сожалению, селективных, а тем более специфических реагентов очень мало. Поэтому смеси катионов и анионов разделяют на части с помощью реактива, который называется групповым реактивом. 
10 

Действуя на смесь катионов в строго определенном порядке растворами соляной кислоты HCl, серной кислоты H2SO4, аммиака NH3 
и гидроксида натрия NaOH, можно разделить содержащиеся в смеси 
катионы на шесть аналитических групп. Эти растворы называются 
групповыми реагентами, а схема ² кислотно-щелочной (по используемым групповым реагентам). 
В сероводородной схеме групповыми реагентами являются соляная кислота HCl, сероводород H2S и карбонат аммония (NH4)2CO3.  
Разделение катионов на пять аналитических групп основано на 
различии свойств образуемых ими хлоридов, сульфидов и карбо- 
натов: 
I группа: K, Na, NH4, Mg2 ² группового реагента нет, поэтому эти катионы остаются в растворе после отделения других 
групп; 
II группа: Ba2, Ca2, Sr2 ² групповой реагент (NH4)2CO3 осаждает карбонаты этих катионов; 
III группа: Al3, Cr3, Fe3, Fe2, Ni2, Co2, Mn2, Zn2 ² групповой 
реагент (NH4)2S осаждает гидроксиды Al3 и Cr3 и сульфиды остальных катионов; 
IV группа: Cu2, Cd2, Hg2, Bi3, As3, Sn2, Sn4, Sb2 ² групповой реагент H2S осаждает сульфиды этих катионов; 
V группа: Ag, Pb2 и Hg2 ² групповой реагент HCl ² осаждает 
хлориды этих катионов. 
Общепринятой классификации для разделения анионов, как для 
разделения катионов, не существует. Используют разделение анионов на три аналитические группы по растворимости солей бария и серебра. 
Ɣ Первая группа: сульфат-ион SO4-2 , сульфит-ион SO3-2, тиосульфат-ион S2O3-2 , карбонат-ион CO3-2, фосфат-ион PO4-3 , силикатион SiO3-2, борат-ионы BO2- или B4O7-2. 
Групповой реагент ² ВаС12 в нейтральной или слабощелочной 
среде. Соли бария малорастворимы в воде, но растворяются в разбавленных кислотах (за исключением BaSO4). 
Например, важнейшими промышленными солями бария являются хлорид, карбонат и сульфат. Технический продукт содержит 
11 

80í90  ВаО2 и окрашен соединениями железа в желтоватый или зеленоватый цвет. Зеленая окраска пламени ² «визитная карточка» бария, даже если он присутствует в микроколичествах. 
Барий присутствует в крови, мышцах, головном мозге, селезенке 
и даже в хрусталике глаза. Опасность для человека несут водорастворимые соли бария, а именно карбонаты, сульфиды, нитраты. 
Всасывание растворимых солей бария в желудочно-кишечном 
тракте составляет около 10 , иногда этот показатель доходит до  
30 . Гомеопаты рекомендуют принимать углекислый барий пожилым людям, страдающим ожирением, когда присутствуют симптомы 
склероза. 
Ɣ Вторая группа: хлорид-ион Cl-, бромид-ион Br-, йодид-ион I-, 
сульфид-ион S-2 и др. Серебряные соли малорастворимы в воде и в 
HNO3.  
Групповой реагент ² AgNO3 в присутствии HNO3. 
Например, сульфид-ион ² хороший восстановитель и окисляется большинством известных окислителей, даже кислородом воздуха. Реакция восстановления бромат-ионов бромид-ионами или йодид-ионами протекает в кислой среде. 
Йодид-ионы окисляются гораздо легче, чем хлорид- или бромидионы. Хлорид-ион обесцвечивает перманганат калия при нагревании. 
В присутствии сульфид-ионов появляется осадок свободной серы. 
Основным источником хлорид-ионов является поваренная соль, 
используемая при приготовлении пищевых продуктов. Хлориды обладают высокой миграционной способностью благодаря хорошей 
растворимости. У животных и человека ионы хлора участвуют в поддержании осмотического равновесия. 
Ɣ Третья группа: нитрат-ион (NO3)-, нитрит-ион (NO2)- и др. 
Соли бария и серебра растворимы в воде. Группового реагента нет.  
В отличие от катионов, анионы обычно не мешают обнаружению 
друг друга. Систематический анализ используют в редких случаях. 
Например, широко известно также применение нитритов для 
консервирования пищевых продуктов. Предельно допустимая концентрация нитритов в воде водоемов (ПДКв) установлена в размере 
3,3 мг/дм3 в виде иона (NO2)-. 
12 

Методы качественного анализа классифицируют следующим образом: 
² анализ катионов; 
² анализ анионов; 
² анализ сложных смесей. 
1.3. Количественный анализ 
Количественный анализ проводят после проведения качественного химического анализа, т. е. после установления компонентов анализируемой пробы. 
Например, общие свойства спиртов изучают химики-органики, а 
способы определения спиртов как класса органических соединений и 
каждого отдельного спирта (например, этанола) разрабатывают аналитики. Для этого они выявляют те особенности химических и физических 
свойств спиртов, которые отличают их от других органических соединений. Еще важнее выявить характеристические свойства отдельных спиртов (например, этанола), отличающие их друг от друга. 
Изучение характеристических свойств индивидуальных объектов особенно важно в тех случаях, когда изучают материалы сложного состава, содержащие смеси родственных веществ. 
Также аналитическая химия воспринимает и развивает знания, 
полученные в рамках смежных научных дисциплин. Разумеется, знания, полученные одной наукой и используемые другой, всегда существенно перерабатываются, подобно тому, как в организме продукты 
питания превращаются в новые соединения, а уже из них строятся 
собственные ткани организма. Эта аналогия подходит и для рассматриваемого случая. На основе творчески переработанных достижений 
других наук и собственных фундаментальных исследований аналитики выявляют общие закономерности химического анализа, создают 
новые методы и методики. 
К химическим методам количественного анализа относятся:  
² гравиметрические; 
² титриметрические. 
13