Fondamenti di Chimica Analitica

Copertina Contenuti Introduzione Parte I - Overview della Chimica Analitica I. L'Ambiente e gli Ingredienti della Chimica Analitica 1.1 Lo scopo e il linguaggio dell'Analisi Chimica 1.1.1 Controllo del flusso della quantità di analita attraverso una procedura analitica quantitativa 1.2 Misura della Massa e del Volume 1.2.1 Misura della massa 1.2.1.1 Aspetti pratici delle misure di massa 1.2.2 Misura del volume 1.2.2.1 Burette 1.2.2.2 Pipette 1.2.2.3 Micropipette 1.2.2.4 Matracci 1.2.2.5 Altri dispositivi per la misura del volume 1.3 Controllo della concentrazione 1.3.1 Conversioni fra unità di misura SI 1.3.1.1 Conversioni fra unità di misura della concentrazione 1.3.1.2 Massa molare e massa atomica e molecolare relativa 1.4 Cifre significative e propagazione dell'incertezza 1.5 Sintesi dei concetti sviluppati Quesiti di ricapitolazione dei concetti sviluppati II. Reazioni Chimiche 2.1 Equazioni Chimiche, Legge di Azione di massa e Costanti di equilibrio 2.2.1 Ambiente di reazione 2.2 Classificazione delle reazioni chimiche 2.2.1 Reazioni Acido-Base 2.2.2 Reazioni di formazione di complessi 2.2.3 Reazioni di ossidoriduzione (o Redox) 2.2.4 Reazioni di Dissoluzione e di Precipitazione di Solidi Ionici 2.3 Sintesi dei concetti sviluppati Quesiti Riepilogativi III. Tecniche Analitiche 3.1 Classificazione delle Tecniche Analitiche 3.2 Attributi delle tecniche analitiche 3.2.1 Tecniche di analisi totale e tecniche di analisi parziale 3.2.2 Tecniche assolute e tecniche relative 3.2.3 Ordine delle tecniche analitiche 3.2.4 Scala di operazione 3.2.5 Commento 3.3 Tecniche Analitiche Classiche 3.3.1 Analisi chimica per titolazione (Titimetria) 3.3.2 Analisi Chimica Gravimetrica (Gravimetria) 3.3.3 Analisi chimica coulombometrica (Coulombometria) 3.4 Principali Tecniche Analitiche Strumentali 3.4.1 Spettroscopia UV/Vis di Assorbimento e di Emissione 3.4.2 Tecniche Voltammetriche 3.4.3 Tecniche potenziometriche (Potenziometria) 3.4.4 Cromatografia analitica 3.5 Sintesi dei concetti sviluppati Quesiti Riepilogativi IV. Quantificazione e Calibrazione 4.1 Formula di quantificazione di un metodo 4.4.1 Quantificazione in due steps 4.2 Sensibilità di un metodo e tecnica di analisi dello standard esterno (ESTD) 4.2.1 Calibrazione su un singolo punto 4.2.2 Calibrazione su molti punti 4.2.3 Intervallo di linearità 4.3 Tecnica di analisi delle aggiunte standard (ASTD) 4.3.1 Analisi ASTD/VV 4.3.2 Analisi ASTD/VC 4.4 Tecnica di analisi dello standard interno (ISTD) 4.5 Sintesi dei concetti sviluppati Quesiti V. Errori dell'Analisi Chimica 5.1 Accuratezza dei risultati analitici 5.1.1 Accuratezza 5.2 Incertezza di un risultato analitico e intervallo di confidenza 5.2.1 Media e deviazione standard di un array di misure ripetute 5.2.2 Precisione, ripetibilità e riproducibilità 5.2.3 Errore, Errore casuale ed Errore sistematico 5.3 Dalla precisione di un array di misure ripetute alla precisione di un metodo 5.3.1 Propagazione della deviazione standard attraverso un metodo 5.3.2 Precisione di un metodo 5.3.3 Valutazione della precisione di un metodo basato sulla tecnica di analisi ESTD 5.3.4 Valutazione della precisione di un risultato basato sulla tecnica di analisi ASTD 5.4 Limite di rivelazione(LOD) e Limite di quantificazione (LOQ) 5.4.1 Rappresentazione di un metodo come un fascio di percorsi 5.4.2 Limite di decisione ed errore di falso positivo 5.4.3 Limite di rivelazione ed errore di falso negativo 5.4.4 Valutazione del limite di rivelazione dal grafico di calibrazione ESTD 5.4.5 Limite di Quantificazione (LOQ) 5.5 Errore di recovery 5.6 Sintesi dei concetti sviluppati Quesiti di ricapitolazione dei concetti sviluppati Parte II - Tecniche Analitiche Classiche VI. Reazioni Acido-Base e Metodo Grafico per il calcolo del pH 6.1 Prodotto Ionico dell'Acqua e Costanti di Dissociazione Acida 6.1.1 Concentrazioni e attività 6.1.2 pH 6.2 La legge di conservazione della massa e i bilanci di massa delle specie chimiche in una soluzione di acidi e basi 6.2.1 Gruppi AcidoBase e bilanci di massa 6.2.2 Forza degli acidi e delle basi e reazioni AcidoBase 6.3 Le conseguenze della Legge di azione di Massa e dei Bilanci di Massa (BdM) per le soluzioni di acidi e basi 6.4 Costruzione e interpretazione dei G.L.A.B. 6.5 Calcolo grafico del pH 6.5.1 Una procedura per derivare la Condizione del Protone 6.5.1.1 Soluzioni di acidi e basi a livello zero primitivo 6.5.1.2 Soluzioni di acidi e basi a livello zero non primitivo 6.6 Capacità tamponante di soluzioni di acidi e basi 6.6.1 La capacità tamponante segnata, eta' 6.6.2 La curva della capacità tamponante segnata e il G.L.A.B di una soluzione di acidi e basi 6.7 Tamponi di pH 6.7.1 Tamponi universali di pH 6.8 Sintesi dei concetti sviluppati Quesiti riepilogativi VII. Titolazioni Acido-Base 7.1 Concetti di base 7.2 Le concentrazioni analitiche del titolante e del titolato durante la titolazione AcidoBase 7.3 Simulazione delle titolazioni Acido - Base 7.3.1 Simulazione della titolazione alcalimetrica di 50 ml di 0.050 M CH3COOH con 0.100 M NaOH 7.3.1.1 Dalla curva di titolazione al GLAB della soluzione titolata 7.3.2 Estensione della procedura di simulazione: Simulazione della titolazione acidimetrica di 50 ml di Na3PO4 0.025 Mcon HCl standard 0.1 M 7.3.3 Il caso speciale della titolazione Acido Forte/Base Forte 7.3.3.1 Titolazione di Acido Forte con Base Forte 7.3.3.2 Titolazione di Base Forte con Acido Forte 7.4 Titolazioni Acido - Base visuali 7.4.1 Indicatori AcidoBase e meccanismo di formazione del colore 7.4.2 Uso degli indicatori AcidoBase per rivelare il punto di arresto di una titolazione AcidoBase 7.4.2.1 Valutazione dell’errore sistematico (bias) di una titolazione AcidoBase 7.5 Standardizzazione dei titolanti per acidimetria e alcalimetria 7.6 Applicazioni delle titolazioni AcidoBase 7.7 Sintesi dei concetti sviluppati Quesiti riepilogativi dei concetti sviluppati VIII. Reazioni di Formazione di Complessi e Strategia delle Reazioni fra Gruppi di Specie Chimiche 8.1 Cationi metallici, leganti e composti di coordinazione 8.2 Modi di coordinazione 8.3 Reazioni di Formazione di Complessi in Acqua 8.3.1 Reazioni collaterali del catione metallico e del legante esterno 8.4 Strategia dei gruppi di specie chimiche e delle reazioni fra gruppi 8.4.1 Spazio dei gruppi di specie e delle reazioni fra gruppi di specie 8.4.2 Il significato della costante di formazione condizionale 8.4.3 Calcolo della costante di formazione condizionale 8.5 Sintesi dei concetti sviluppati Quesiti riepilogativi dei concetti sviluppati IX. Titolazioni Complessometriche con EDTA e Leganti Poliammino Carbossilici 9.1 Concetti di base 9.2 Controllo della chimica delle titolazioni complessometriche con EDTA e analoghi 9.3 Simulazione delle curve di titolazione complessometriche 9.4 Titolazioni complessometriche visuali 9.4.1 Uso degli indicatori metallocromici 9.5 Errore sistematico di titolazione 9.6 Tipi di titolazioni con leganti poliammino carbossilici 9.6.1 Titolazioni per sostituzione 9.6.2 Retrotitolazioni 9.6.3 Determinazioni volumetriche indirette 9.7 Selettività delle Titolazioni con Leganti Poliammino Carbossilici 9.7.1 Titolazione simultanea di più cationi metallici 9.7.2 Risoluzione di miscele di cationi metallici 9.8 Aspetti Pratici delle Titolazioni Complessometriche 9.8.1 Considerazioni generali 9.8.2 Soluzioni standard di EDTA, CDTA e DTPA 9.8.3 Tamponi e soluzioni per l’aggiustamento del pH 9.8.4 Procedure di titolazione diretta 9.8.5 Procedure di titolazione indiretta 9.8.6 Procedure di titolazione per sostituzione 9.9 Sintesi dei concetti sviluppati Quesiti riepilogativi dei concetti sviluppati X. Reazioni di Ossidoriduzione 10.1 Ossidazione e Riduzione 10.2 Semireazioni osservate e Tavola della Serie Elettrochimica 10.3 Attività dell'elettrone e costanti di equilibrio convenzionali delle semireazioni 10.4 Attività dell'elettrone e celle galvaniche 10.4.1 Il linguaggio delle semireazioni 10.4.2 Il linguaggio delle reazioni redox 10.4.3 Significato e uso del formalismo delle semireazioni e reazioni redox 10.5 Semireazioni ubiquitarie in acqua 10.5.1 pE dell'acqua infinitamente pura 10.6 Diagrammi di Latimer 10.7 Calcolo del pE e delle concentrazioni di equilibrio in soluzioni in cui avviene una singola reazione redox. 10.8 Sintesi dei concetti sviluppati Quesiti riepilogativi dei concetti sviluppati XI. Titolazioni Redox 11.1 Concetti base 11.2 Calcolo della curva di titolazione redox 11.2.1 Titolazioni disomogenee 11.3 Punti equivalenti di una titolazione redox 11.4 Titolazioni redox visuali 11.4.1 Indicatori redox 11.4.2 Errore sistematico di titolazione 11.5 Aspetti Pratici delle Titolazioni Redox 11.5.1 Preriduzione e preossidazione del campione prima della titolazione redox 11.5.2 Altri trattamenti preparatori del campione prima della titolazione redox 11.5.3 Titolazioni con Potassio Permanganato, KMnO4 11.5.4 Titolazioni con Cerio(+4) Solfato, Ce(SO4)2 11.5.5 Titolazioni con Potassio Dicromato, K2Cr2O7 11.5.6 Titolazioni con Potassio Bromato, KBrO3 11.5.7 Titolazioni con Potassio Iodato, KIO3 11.5.8 Titolazioni con soluzioni standard di Iodio, I2 11.5.9 Titolazioni con soluzioni standard di Tiosolfato, S2O32-(Iodimetria indiretta e Iodometria) 11.6 Sintesi dei concetti sviluppati Quesiti riepilogativi dei concetti sviluppati XII. Solubilità di Solidi Ionici 12.1 Concetti di base 12.1.1 Effetto della temperatura sulla solubilità di solidi ionici 12.1.2 Effetto del solvente sulla solubilità di solidi ionici 12.1.3 Influenza di ioni estranei sulla solubilità di sali ionici 12.1.4 Influenza dello stato di suddivisione del solido sulla solubilità 12.2 Meccanismi di dissoluzione di solidi ionici in acqua e in soluzioni acquose 12.3 Semplici meccanismi di dissoluzione 12.4 Meccanismi di dissoluzione complessi 12.4.1 Effetto delle reazioni collaterali del catione sulla solubilità 12.4.2 Effetto delle reazioni collaterali dell'anione sulla solubilità 12.5 Impieghi pratici della solubilità di solidi ionici nell’analisi chimica 12.5.1 Uso di acidi concentrati come solventi 12.5.2 Precipitazione e dissoluzione frazionata 12.6 Sintesi dei concetti sviluppati Quesiti riepilogativi dei concetti sviluppati XIII. Titolazioni di Precipitazione 13.1 Formalismo e concetti base 13.2 Titolazioni Argentimetriche di Anioni Monovalenti 13.2.1 Errore Relativo di Titolazione 13.3 Determinazione Visuale del Punto di Fine delle Titolazioni Argentimetriche 13.3.1 Metodo di Mohr 13.3.2 Metodo di Fajans 13.3.3 Metodo di Volhard 13.3.4 Principali applicazione dell’argentimetria e delle titolazioni di precipitazione 13.4 Soluzioni Standard per Argentimetria 13.4.1 Preparazione della Soluzione Standard di AgNO3 13.4.2 Preparazione della Soluzione Standard di KSCN 13.5 Sintesi dei concetti sviluppati Quesiti riepilogativi dei concetti sviluppati XIV. Analisi Chimica Gravimetrica (Gravimetria) 14.1 Le strategie dell'analisi chimica gravimetrica 14.2 Analisi gravimetrica per precipitazione 14.2.1 Precipitazione e controllo della solubilità del precipitato 14.2.2 Controllo delle dimensioni delle particelle 14.2.3 Controllo della purezza del precipitato 14.2.4 Separazione dei precipitati analitici e filtrabilità 14.2.5 Trattamento termico del precipitato e forma pesabile 14.3 Esporre la chimica di un elemento attraverso le procedure di analisi gravimetrica 14.3.1 Analisi gravimetrica dell'Oro (Au) 14.3.1.1 Pesata del campione e preparazione della soluzione per l’analisi 14.3.1.2 Analisi gravimetrica dell'oro dopo riduzione con solfato ferroso, FeSO4 14.3.1.3 Analisi gravimetrica dell'oro dopo riduzione con acido ossalico, H2C2O4 14.3.1.4 Analisi gravimetrica dell'oro dopo riduzione con acido ascorbico, C6H8O6 14.3.1.5 Analisi gravimetrica dell'oro dopo riduzione con perossido di idrogeno, H2O2 14.3.1.6 Altri metodi per l'analisi gravimetrica dell'oro 14.4 I calcoli dell'analisi chimica gravimetrica 14.4.1 Calcoli del Modo 1 14.4.2 Calcoli del Modo 2 14.4.3 Calcoli del Modo 3 14.4.4 Calcoli del Modo 4 14.5 Sintesi dei concetti sviluppati Quesiti riepilogativi dei concetti sviluppati Parte III - Tecniche Analitiche Strumentali XV. Tecniche Spettroscopiche di Analisi 15.1 Concetti base 15.1.1 Radiazione Elettromagnetica 15.1.2 Interazioni della radiazione EM con la materia 15.2 Spettrofotometria UV/Vis di assorbimento molecolare 15.2.1 Assorbimento di radiazione UV/Vis e transizioni elettroniche 15.2.2 Trasmittanza, Assorbanza e Concentrazione 15.2.3 Strategia di misura dell'assorbanza 15.2.4 Uso della legge di Lambert - Beer 15.2.5 Applicazioni analitiche della spettrofotometria UV/Vis 15.3 Spettrofotometria molecolare di fluorescenza 15.3.1 Background teorico 15.3.2 Strategia di misura della fluorescenza 15.3.3 Difficoltà nella misura della fluorescenza sotto condizioni fotostazionarie 15.3.4 Applicazioni analitiche della fluorescenza 15.4 Spettrofotometria atomica di assorbimento (AAS) 15.4.1 Gli atomi come assorbitori di radiazione UV/Vis 15.4.2 Sorgenti continue e discrete di radiazione e la strategia di misura della spettrofotometria di assorbimento atomico 15.4.3 La lampada a catodo cavo (HCL) 15.4.4 La cella atomica dell'AAS 15.4.5 Spettrofotometria di assorbimento atomico in fiamma (FAAS) 15.4.5.1 Misura dell'assorbanza di un gas atomico nella fiamma 15.4.6 Altre tecniche di atomizzazione senza fiamma 15.4.7 Considerazioni finali concernenti la AAS 15.4.8 Applicazioni analitiche della spettrofotometria di assorbimento atomico 15.5 Spettrofotometria atomica di emissione (AES) 15.5.1 Spettrofotometria atomica di emissione in fiamma (FAES) 15.5.2 Spettrofotometria atomica di emissione a plasma (ICP-AES) 15.5.3 Applicazioni analitiche della ICP-OES 15.6 Introduzione alla spettrometria di massa atomica ICP-MS 15.6.1 Analizzatori di massa 15.6.2 Sorgente di ioni 15.6.3 Uso dello spettro di massa ICP-MS e controllo delle interferenze 15.6.4 Valutazioni finali 15.7 Sintesi dei concetti sviluppati Quesiti riepilogativi dei concetti sviluppati XVI. Tecniche Elettroanalitiche 16.1 Concetti base 16.1.1 Elettrodi e celle galvaniche 16.1.2 Potenziali di elettrodo convenzionali 16.1.3 Passaggio di corrente attraverso una cella galvanica: I 16.1.4 Passaggio di corrente attraverso una cella galvanica: II 16.1.5 Celle di elettrolisi 16.2 Potenziometria 16.2.1 Elettrodi indicatori a membrana 16.2.1.1 Dal potenziale di membrana agli elettrodi ionoselettivi a membrana 16.2.1.2 Uso pratico degli elettrodi a membrana ionoselettivi: I 16.2.1.3 Uso pratico degli elettrodi a membrana ionoselettivi: II 16.2.1.4 Applicazione degli elettrodi ionoselettivi a membrana e misura operazionale del pH con un elettrodo di vetro 16.3 Voltammetria 16.3.1 Overview dei concetti fondamentali della voltammetria 16.3.2 Waveforms 16.3.3 Elettrodi di lavoro per voltammetria 16.3.4 Tecniche voltammetriche 16.3.4.1 Polarografia 16.3.4.2 Voltammetria a scansione lineare del potenziale (Voltammetria LS) 16.3.4.3 Voltammetria differenziale a impulsi (Voltammetria DP) 16.3.4.4 Analisi Elettrochimica di Stripping (AES) 16.3.4.4.1 Voltammetria di stripping anodico (ASV) 16.3.4.4.2 Voltammetria di stripping catodico (CSV) 16.3.4.4.3 Voltammetria di stripping per adsorbimento (AdSV) 16.3.4.5 Applicazioni della voltammetria 16.4 Titolazioni coulombometriche 16.5 Sintesi dei concetti sviluppati Quesiti riepilogativi dei concetti sviluppati XVII. Tecniche Cromatografiche 17.1 Concetti base 17.1.1 Il cromatogramma e la ritenzione cromatografica 17.1.2 Il cromatogramma e l'allargamento delle zone cromatografiche 17.1.3 Il cromatogramma e la risoluzione 17.2 High Pressure Liquid Chromatography (HPLC) 17.2.1 Polarità 17.2.2 HPLC a Fase Inversa (Reversed Phase Liquid Chromatography, RPLC) 17.2.2.1 Eluizione a gradiente 17.2.2.2 Aggiunta di additivi alla fase mobile 17.2.3 HPLC a Fase Normale (Normal Phase Liquid Chromatography, NPLC) 17.2.4 HPLC a Scambio Ionico (Ion Exchange Chromatography, IEC) 17.2.4.1 Il rivelatore a conducibilità soppressa della IEC 17.2.5 Rivelatori per HPLC 17.2.5.1 Rivelatore a indice di rifrazione (Rivelatore a RI) 17.2.5.2 Rivelatori spettrofotometrici ad assorbimento UV/Vis 17.2.5.3 Rivelatore a fluorescenza 17.2.5.4 Rivelatore amperometrico 17.2.5.5 Rivelatore a luce diffusa 17.2.6 Preparazione e Iniezione del campione per l'analisi HPLC 17.3 Gas Cromatografia (GC) 17.3.1 Colonne e supporti per GLC 17.3.2 Fasi stazionarie e uso della temperatura per il controllo della ritenzione 17.3.3 Introduzione del campione 17.3.4 Analisi del cromatogramma e identificazione in GLC 17.3.5 Rivelatori per GC 17.3.5.1 Rivelatore a ionizzazione di fiamma (FID) 17.3.5.2 Rivelatore a conducibilità termica (TCD) 17.3.5.3 Rivelatore a cattura di elettroni (ECD) 17.4 Introduzione alle tecniche ifenate GC/MS e LC/MS 17.4.1 Natura e interpretazione dei dati GC/MS 17.4.2 Natura e interpretazione dei dati HPLC/MS 17.5 Sintesi dei concetti sviluppati Quesiti riepilogativi dei concetti sviluppati Indice Analitico Glossario