Chemia analityczna. Tom 1 - ebook

AUTORZY – TOM 1

Uniwersytet Medyczny w Lublinie

Dr n. farm. Anna Flieger

Prof. dr hab. n. farm. Jolanta Flieger

Dr hab. n. farm. Anna Hawrył

Dr hab. n. farm. Mirosław Hawrył, prof. UM

Prof. dr hab. n. farm. Krzysztof Jóźwiak

Dr n. farm. Kamila Kasprzak-Drozd

Dr n. farm. Justyna Kawka

Prof. dr hab. n. chem. Ryszard Kocjan

Prof. dr hab. n. farm. Grażyna Matysik

Prof. dr hab. n. farm. Anna Oniszczuk

Dr hab. n. farm. Anna Petruczynik, prof. UM

Dr n. farm. Magdalena Pizoń

Dr hab. n. farm. Beata Polak, prof. UM

Prof. dr hab. n. farm. Stanisław Przeszlakowski

Dr n. farm. Jan Sawicki, prof. UM

Dr n. farm. Agnieszka Skalska-Kamińska

Prof. dr hab. n. farm. Edward Soczewiński

Prof. dr hab. n. farm. Halina Szumiło

Dr n. farm. Małgorzata Tatarczak-Michalewska, prof. UM

Prof. dr hab. n. farm. Tomasz Tuzimski

Prof. dr hab. n. farm. Monika Waksmundzka-Hajnos

Prof. dr hab. n. farm. Teresa Wawrzynowicz

Prof. dr hab. n. farm. Magdalena WójciakPRZEDMOWA

Na wielu kierunkach studiów chemia analityczna stanowi jeden z podstawowych przedmiotów, dostarczających studentom wiedzy niezbędnej w dalszym etapie kształcenia. Nauczanie chemii analitycznej na tych kierunkach poprzedzone jest na ogół zajęciami z chemii nieorganicznej, chemii fizycznej i fizyki, co powinno ułatwić lepsze zrozumienie zagadnień poruszanych w ramach chemii analitycznej.

Od wielu lat studenci farmacji ucząc się chemii analitycznej korzystali z kilkakrotnie wznawianego podręcznika Zdzisława Stefana Szmala i Tadeusza Lipca pt. „Chemia analityczna z elementami analizy instrumentalnej”.

W 2000 roku Państwowy Zakład Wydawnictw Lekarskich w Warszawie wydał dwutomowy podręcznik pt.: „Chemia analityczna”, opracowany pod redakcją prof. Ryszarda Kocjana przez grupę pracowników z ówczesnej Katedry Chemii Nieorganicznej i Analitycznej Wydziału Farmaceutycznego Akademii Medycznej w Lublinie.

Od czasu napisania wyżej wymienionego podręcznika minęło ponad 20 lat i mimo że miał on kilka wznowień, to kolejne edycje jedynie w niewielkim stopniu były aktualizowane. Ponieważ w tym czasie w chemii analitycznej, a szczególnie w jej niektórych działach nastąpiły istotne zmiany, dlatego obecnie za zgodą Wydawnictwa Naukowego PWN opracowaliśmy nową, uaktualnioną wersję podręcznika.

W tomie I zawierającym opis analizy jakościowej i analizy ilościowej klasycznej zmiany są niewielkie, natomiast w tomie II dotyczącym analizy instrumentalnej zmiany są znacznie większe. Skróciliśmy np. opis polarografii, dodając rozdziały dotyczące chromatografii jonowej, mikroanalizy i termoanalizy. Ponadto dodaliśmy rozdział na temat chemometrii. Zwiększyliśmy również ilość przykładów praktycznego zastosowania chemii analitycznej w analityce medycznej, farmacji i kosmetologii oraz liczbę zadań rachunkowych z rozwiązaniami oraz zadań do samodzielnego rozwiązania z podanymi odpowiedziami.

Częściowo zmienił się również skład zespołu opracowującego aktualną wersję podręcznika. Niestety w międzyczasie zmarli profesorowie: Stanisław Przeszlakowski, Edward Soczewiński i Teresa Wawrzynowicz oraz doktorzy: Jerzy Kuczyński, Wojciech Markowski i Ryszard Świeboda. Cześć Ich Pamięci. W Ich miejsce udział wzięło kilka innych osób z naszej Uczelni.

Obecni autorzy są aktualnymi lub emerytowanymi pracownikami Uniwersytetu Medycznego w Lublinie, głównie Katedry Chemii.

Pisząc, staraliśmy się stosować terminologię związków chemicznych zalecaną przez Komisję Nomenklaturową Polskiego Towarzystwa Chemicznego, wzorowaną na opracowaniach Międzynarodowej Unii Chemii Czystej i Stosowanej (IUPAC) oraz jednostki zalecane przez Międzynarodowy Układ Jednostek Miar, zwany skrótowo SI (Systeme International), obowiązujący w Polsce od 1975 roku.

Podręcznik jest adresowany do studentów wydziałów analityki medycznej, farmacji i kosmetologii, ale może być także przydatny studentom innych wydziałów, którzy w toku studiów zetkną się z zagadnieniami z zakresu chemii analitycznej.

W czasie prac przygotowawczych korzystaliśmy z dzieł innych autorów, przy czym szczególne słowa podziękowania kierujemy do profesorów: Andrzeja Cygańskiego z Łodzi, Zygmunta Marczenki z Warszawy, Rajmunda Michalskiego z Zabrza, Walentego Szczepaniaka z Poznania, Marka Wesołowskiego z Gdańska, Zygfryda Witkiewicza z Warszawy oraz docenta Zdzisława Stefana Szmala z Gliwic, za wyrażenie zgody na skorzystanie z niektórych danych (fragmenty tekstów, zapisy reakcji, rysunki, wykresy, schematy, tabele), zawartych w Ich dziełach.

Serdecznie dziękujemy również wielu innym osobom, które w międzyczasie wskazywały na błędy i braki w poprzednich wydaniach oraz sugerowały nam jakie nowe lub zmienione informacje należałoby umieścić w obecnej wersji podręcznika.

Pragniemy podkreślić szczególnie cenne dla nas uwagi i wskazówki profesorów i Ich zespołów: Ryszarda Pieńkosia, Piotra Szefera i Marka Wesołowskiego z Wydziału Farmaceutycznego Gdańskiego Uniwersytetu Medycznego, Jerzego Matysika z Wydziału Chemii UMCS w Lublinie oraz Włodzimierza Opoki z Wydziału Farmaceutycznego Uniwersytetu Jagiellońskiego w Krakowie.

Oddając do rąk Czytelników zmieniony i uaktualniony podręcznik do chemii analitycznej, będziemy wdzięczni za wszelkie uwagi, sugestie oraz propozycje.

Autorzy1 Zagadnienia ogólne Ryszard Kocjan

1.1. Przedmiot i zadania chemii analitycznej

Chemia analityczna jest to nauka stosowana zajmująca się odkrywaniem i formułowaniem praw, kryteriów i metod, pozwalających ustalić z określoną precyzją i dokładnością jakościowy i ilościowy skład wszelkiego rodzaju materiałów spotykanych w przyrodzie lub wytwarzanych przez człowieka. Chemia analityczna jest nauką interdyscyplinarną, łączącą i wykorzystującą wiedzę z różnych dziedzin chemii, fizyki, biologii i matematyki. Wielki wkład w rozwój nowoczesnej chemii analitycznej, wniosły dziedziny nowoczesnej techniki – elektronika, automatyka i informatyka.

Do podstawowych zadań chemii analitycznej należy ustalanie składu jakościowego i ilościowego badanych substancji. Chemia analityczna dostarcza także informacji na temat struktury i budowy przestrzennej cząsteczek i ciał stałych, przemian zachodzących w czasie i/lub przestrzeni w obrębie badanych cząsteczek oraz specjacji, czyli form występowania pierwiastków (głównie metali) w przyrodzie.

Konieczność ustalania lub sprawdzania składu różnych materiałów spotyka się bardzo często – w wielu dziedzinach nauk przyrodniczych i technicznych, w gospodarce, przemyśle i w życiu codziennym. Poniższe zestawienie ukazuje różne dziedziny, w których chemia analityczna spełnia bardzo ważną rolę:

I. Przemysł

1. Przemysł metalurgiczny, geologia, przemysł ceramiczny – analiza rud i innych minerałów.

2. Przemysł nawozów sztucznych – oznaczanie m.in. azotu, fosforu i potasu.

3. Przemysł elektroniczny – oznaczanie śladowych ilości zanieczyszczeń i śladowych ilości pierwiastków celowo wprowadzonych do materiałów półprzewodnikowych.

4. Przemysł materiałów budowlanych – analiza surowców i produktów końcowych.

5. Różne gałęzie przemysłu organicznego:

a) koksownictwo – analiza produktów suchej destylacji węgla,

b) przemysł gumowy i mas plastycznych – analiza półproduktów i produktów finalnych,

c) przemysł farb i lakierów – ocena jakości produktów; badanie zawartości składników szczególnie szkodliwych dla środowiska,

d) przemysł petrochemiczny – ocena jakości produktów naftowych,

e) przemysł farmaceutyczny i kosmetyczny – analiza półproduktów syntezy leków i kosmetyków, analiza produktu (leku, kosmetyku), oznaczanie głównego składnika oraz zanieczyszczeń,

f) przemysł tłuszczowy – analiza surowców (np. oznaczanie liczby kwasowej olejów) lub produktów (np. oznaczanie zawartości niklu w utwardzonych tłuszczach).

6. Przemysł zielarski – analiza substancji czynnych w ziołach, mieszankach ziołowych i różnych produktach przemysłu zielarskiego stosowanych jako leki. Oznaczanie substancji szkodliwych (środki ochrony roślin, metale ciężkie – Pb, Cd, Hg, Ni, Cr) w ziołach, mieszankach ziołowych i preparatach przemysłu zielarskiego.

7. Przemysł spożywczy – oznacza się nie tylko substancje decydujące o wartości danego produktu (np. zawartość kwasów nienasyconych w olejach lub zawartość witamin w owocach, przetworach owocowych i warzywach), lecz także substancje szkodliwe m.in. środki ochrony roślin, metale ciężkie, środki konserwujące, barwniki syntetyczne, azotany(III) i azotany(V) itd.

II. Lecznictwo

1. Laboratoria kontroli leków (m.in. Instytut Leków w Warszawie). Każdy lek (produkcji krajowej lub z importu) przed wprowadzeniem do obrotu jest poddawany analizie, przy czym oznacza się nie tylko zawartość głównych składników leku, lecz także zanieczyszczenia, m.in. półprodukty syntezy.

2. Laboratoria analizy klinicznej – oznacza się nie tylko poziom cukru, cholesterolu, acetonu, jonów sodu, potasu i innych substancji w płynach ustrojowych (mocz, krew), lecz także poziom leku i jego metabolitów w moczu lub krwi podczas terapii. Tego typu analizy nie tylko ułatwiają lub umożliwiają lekarzowi postawienie odpowiedniej diagnozy, lecz także przy tzw. terapii monitorowanej zastosowanie odpowied­nich dawek leków, które często mają mniejsze lub większe działanie uboczne.

III. Analiza substancji szkodliwych związanych z chemizacją życia

Analizy tego typu przeprowadzają różne laboratoria toksykologiczne, stacje sanitarno-epidemiologiczne i laboratoria pracujące na rzecz ochrony środowiska naturalnego.

1. Powietrze – oznacza się m.in. zawartość SO₂ i tlenków azotu, węglowodorów aromatycznych o skondensowanych pierścieniach, mających właściwości kancerogenne, zawartość metali ciężkich i różnych innych związków organicznych występujących w powietrzu w zakładach przemysłowych i w ich otoczeniu.

2. Woda i ścieki – oznacza się m.in. zawartość metali ciężkich, azotanów(III) i azotanów(V), środków ochrony roślin oraz różnych innych substancji organicznych.

3. Kryminalistyka i medycyna sądowa – oznacza się m.in. zawartość różnych trucizn, narkotyków, środków psychotropowych.

4. Sport – oznacza się zawartość środków dopingujących i anabolików (m.in. steroidów) w moczu sportowców. Analizy takie wykonują specjalistyczne laboratoria, mogące oznaczać kilkaset różnych związków tego typu.

IV. Nauka

Bez stosowania różnych metod analitycznych niemożliwy byłby postęp w wielu dziedzinach nauki, m.in. w biochemii, bromatologii, chemii fizycznej, chemii leków, chemii organicznej, fitochemii i innych.

Wymienione (skrótowo) dziedziny praktycznego zastosowania chemii analitycznej wskazują na jej wielką użyteczność i szerokie powiązanie z wieloma dziedzinami nauki, gospodarki i życia. Stąd też laboratoria analityczne znajdują się we wszystkich zakładach przemysłowych, szpitalach i klinikach, instytutach naukowych, stacjach sanitarno-epidemiologicznych, służbach rolnych i innych.

1.1.1. Podstawowe pojęcia z zakresu chemii analitycznej

W dalszych częściach podręcznika czytelnicy często napotykać będą podane niżej pojęcia, charakterystyczne dla chemii analitycznej. Określenia tych pojęć zaczerpnięto ze „Słownika chemii analitycznej” (WNT, Warszawa 1994). Należy dodać, że używane w chemii analitycznej słowo „próba”, może oznaczać zarówno pewną ilość badanej substancji, jak i określoną czynność analityczną. Dlatego, aby uniknąć pomyłek, zamiast słowa „próba” w pierwszym znaczeniu, używa się słowa „próbka”. Natomiast słowo „próba” oznacza wówczas czynność (sposób postępowania).

Próbka – podzbiór populacji podlegający bezpośrednio badaniu ze względu na daną cechę w celu wyciągnięcia wniosków o kształtowaniu się wartości tej cechy w populacji.

Próbka laboratoryjna – próbka przygotowana z próbki ogólnej, reprezentująca właściwości partii produktu, przeznaczona do prowadzenia analiz.

Próbka analityczna – część produktu z próbki laboratoryjnej przeznaczona w całości do jednego oznaczenia lub wykorzystywana bezpośrednio do badania bądź obserwacji.

Próba ślepa (zerowa) – próba (badanie) wykonana w warunkach identycznych jak analiza badanej próbki, ale bez dodania substancji oznaczanej.

Metoda analityczna – sposób wykrywania lub oznaczania składnika próbki.

Wykrywanie – czynność mająca na celu stwierdzenie obecności lub nieobecności określonego jonu bądź związku (jonów czy związków) w badanej próbce.

Wykrywalność – najmniejsze stężenie lub ilość wykrywanego składnika w badanej próbce, przy których można go jeszcze wykryć daną metodą z określonym prawdopodobieństwem. Wielkość tę określano jako granicę wykrywalności lub limit detekcji.

Oznaczanie – określenie ilościowej zawartości danego składnika w badanej próbce.

Oznaczalność – najmniejsze stężenie lub ilość oznaczanego składnika w badanej próbce, przy których można jeszcze ten składnik oznaczyć daną metodą. Wielkość tę określano także jako granica oznaczalności.

Czułość metody analitycznej – stosunek przyrostu sygnału analitycznego do odpowiadającemu mu przyrostu stężenia (lub zawartości) oznaczanego składnika.

Dokładność metody analitycznej – stopień zgodności między wynikiem pomiaru (oznaczenia) lub średnią z serii a wartością prawdziwą mierzonej (oznaczanej) wielkości.

Precyzja metody analitycznej – wielkość charakteryzująca rozrzut wyników uzyskiwanych przy wielokrotnym oznaczaniu danego składnika daną metodą; określana odchyleniem standardowym i rozstępem wyników uzyskiwanych w warunkach powtarzalności lub odtwarzalności.

Selektywność metody – możliwość jej zastosowania do wykrywania lub oznaczania tylko pewnej niewielkiej liczby składników.

Specyficzność metody – możliwość zastosowania metody w określonych warunkach do oznaczania lub wykrywania tylko jednego składnika.

1.2. Podział metod analizy chemicznej

Jak wspomniano w podrozdziale 1.1, chemia analityczna jest to nauka stosowana zajmująca się m.in. odkrywaniem metod, pozwalających ustalić skład jakościowy i ilościowy wszelkiego rodzaju materiałów. Chemia analityczna bywa niekiedy nazywana skrótowo analityką, natomiast praktyczne stosowanie metod analitycznych nazywa się analizą chemiczną.

Analizę chemiczną dzieli się tradycyjnie na 2 zasadnicze działy – analizę jakościową i analizę ilościową. Zadaniem analizy jakościowej jest określenie składu jakościowego badanej próbki, czyli ustalenie z jakich pierwiastków lub związków chemicznych składa się ta próbka, czyli co wchodzi w jej skład. Dlatego też ten dział analizy chemicznej zajmuje się identyfikacją i wykrywaniem składników danego ciała.

Natomiast celem analizy ilościowej jest określenie ilości poszczególnych składników – pierwiastków lub związków chemicznych – zawartych w badanej próbce, czyli stwierdzenie ile danego składnika znajduje się w tej próbce.

Należy jednak dodać, że podział ten aktualnie traci praktyczne znaczenie i utrzymywany jest nadal głównie do celów dydaktycznych. Mimo dużych często różnic w sposobie wykonywania analizy jakościowej i ilościowej, chemia analityczna stanowi jedną zwartą całość. Niektóre reakcje chemiczne służą zarówno do wykrywania i identyfikacji jonów, jak i ich oznaczania (określania ilości). Podobnie do różnych celów analitycznych mogą służyć te same aparaty wykorzystujące różne zjawiska fizyczne lub fizykochemiczne, np. spektrografy, polarografy, chromatografy, refraktometry i inne. Bardzo rzadko wystarcza jedynie wykrycie jakiegoś składnika próbki, na ogół konieczna jest znajomość jego ilości w tej próbce. Dlatego dąży się do opracowywania kolejnych metod analitycznych, którymi można wykonywać zarówno oznaczenia jakościowe, jak i ilościowe.

W metodach analizy chemicznej służących do wykrywania, identyfikacji i oznaczania pierwiastków, grup pierwiastków, jonów itp., wykorzystuje się różne zjawiska fizyczne i chemiczne, stąd duża różnorodność tych metod, które można systematyzować w różny sposób.

Jeżeli za kryterium podziału przyjąć rodzaj źródła informacji, wówczas metody analityczne można podzielić na 4 grupy (wg Tichomirowa i Zwierewej):

1. Metody, w których źródłem informacji są jądra atomów.

2. Metody wykorzystujące jako źródło informacji wewnętrzne elektrony atomu, nie biorące udziału w tworzeniu wiązań chemicznych.

3. Metody, w których źródłem informacji są elektrony zewnętrzne atomu, nie biorące udziału w tworzeniu wiązań chemicznych.

4. Metody, w których źródłem informacji są połączenia chemiczne.

Ostatnia grupa metod jest najliczniejsza i najbardziej zróżnicowana. W jej skład wchodzą jakościowe i ilościowe metody oparte na zjawiskach: wytrącania substancji trudno rozpuszczalnych, łączenia się jonów w związki słabo dysocjujące, tworzenia się barwnych połączeń, reakcjach utleniania i redukcji, na obserwacji zachowania się jonów w polu elektrycznym, na pomiarze szybkości reakcji itd. Większość metod tej grupy charakteryzuje się dużą prostotą wykonania i dokładnością, nie wymagając na ogół przy tym skomplikowanej, kosztownej aparatury.

Dość często stosowany jest podział metod analizy chemicznej na metody klasyczne i instrumentalne. Do metod klasycznych (chemicznych) należą metody wykorzystujące jedynie zjawiska chemiczne i nie wymagające żadnej aparatury pomiarowej poza wagą analityczną. Do metod tych zalicza się analizę wagową i wizualną analizę objętościową, czyli część metod wchodzących w skład czwartej grupy według klasyfikacji Tichomirowa i Zwierewej. Natomiast metody instrumentalne obejmują pozostałe metody wchodzące w skład tej klasyfikacji. Są to metody wykorzystujące część zjawisk chemicznych oraz różne zjawiska fizyczne i fizykochemiczne. Wykonanie analiz tymi metodami wymaga mniej lub bardziej skomplikowanej aparatury, czyli instrumentów, stąd pochodzi nazwa tych metod.

Inny podział metod analizy chemicznej oparty jest na wielkości próbki pobieranej do analizy. Według nomenklatury zalecanej przez Wydział Chemii Analitycznej IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry – Międzynarodowa Unia Chemii Czystej i Stosowanej) metody analityczne dzieli się na decy-, centy-, mili- i mikrogramowe.

Metody różnią się tylko skalą i techniką wykonania, przy czym najczęściej stosuje się metody decy- i centygramowe (makro- i półmikro-).

1.2.1. Analiza śladowa

W ostatnich latach szczególne znaczenie nabrała tzw. analiza śladowa, która stała się jednym z najważniejszych kierunków rozwoju współczesnej chemii analitycznej. Pod pojęciem analizy śladowej rozumie się metody służące do oznaczania składników próbki o zawartości poniżej 10–2%. Metody te znalazły zastosowanie m.in. w badaniu roli pierwiastków śladowych w medycynie, biologii, środowisku naturalnym, kryminologii i archeologii, w produkcji materiałów o bardzo dużej czystości (np. półprzewodników), w poszukiwaniu w przyrodzie pierwiastków rzadkich itd.

Komisja Metod Mikrochemicznych i Analizy Śladowej Wydziału Chemii Analitycznej IUPAC ustaliła podział składników śladowych według ich zawartości w próbce na:

– ślady 10–2 – 10–8%

– mikroślady 10–8 – 10–11%

– nanoślady 10–11 – 10–14%

– pikoślady 10–14 – 10–17%

Oznaczanie tak małych ilości substancji stało się możliwe w wyniku opracowywania coraz nowszych i czulszych metod instrumentalnych oraz stosowania różnych metod zagęszczania, co umożliwia posługiwanie się w tej analizie prostszymi, a przez to znacznie tańszymi metodami analitycznymi.

Analiza śladowa jest procesem bardzo trudnym. Oznaczanie tak małych ilości z odpowiednią dokładnością wymaga oprócz posiadania odpowiednio czułej aparatury, także rzetelnych wzorców, bardzo czystego laboratorium i oczywiście dużej wiedzy i praktyki osób wykonujących analizy.

Analiza śladowa obejmuje wiele pierwiastków i różnego typu związków organicznych i nieorganicznych. Więcej informacji na temat analizy śladowej znajduje się w drugim tomie podręcznika.

1.3. Zarys rozwoju chemii analitycznej

Pojęcie „chemia analityczna” pojawiło się po raz pierwszy stosunkowo niedawno, bo w 1801 roku, kiedy w przedmowie do „Podręcznika analizy chemicznej minerałów” W.A. Lampadius napisał „takie zajęcie nazwałem chemią analityczną”. Jeżeli jednak chemię analityczną potraktować jako umiejętność określania składu substancji, wówczas jej początki są bardzo odległe.

Już w Starym Testamencie są wzmianki o tzw. „próbie ogniowej”, która służyła do badania wyrobów ze złota. Ponieważ złoto i srebro były używane od najdawniejszych czasów, dlatego budziły zrozumiałe zainteresowanie ówczesnych „analityków”. W III wieku p.n.e. potrafiono stwierdzać obecność srebra fałszującego wyroby ze złota na podstawie określania masy właściwej badanego przedmiotu (złoto jest cięższe od srebra). Natomiast w I wieku n.e. Pliniusz Starszy opisał sposób oddzielenia złota od srebra, polegający na stopieniu stopu tych metali i przeprowadzeniu srebra w chlorek srebra.

W późniejszych wiekach wraz z postępem cywilizacji i rozwojem handlu powstał problem oceny jakości, a tym samym wartości dużej liczby produktów handlowych. Powstawały różne empiryczne metody sprawdzania jakości, z których część potwierdzała się doświadczalnie i przetrwała do obecnych czasów. Można nawet zaryzykować stwierdzenie, że chemia analityczna (mimo iż takiej nazwy wówczas nie używano) była podstawą rozwoju chemii.

Wyniki wielu przeprowadzonych analiz posłużyły do sformułowania pierwszych podstawowych praw chemicznych, np. prawa zachowania masy. Stąd też nazwiska wielu znanych chemików: R. Boyle’a (1627–1691), M.W. Łomonosowa (1711–1765), A.L. Lavoisiera (1743–1794), J.J. Berzeliusa (1779–1848) i innych są ściśle związane z rozwojem chemii analitycznej. Robert Boyle w 1667 roku wprowadził nowoczesne na owe czasy pojęcie pierwiastka, związku chemicznego i reakcji chemicznej. Ze względu na swoje liczne badania oparte na podstawach naukowych, uważany jest za twórcę chemii analitycznej.

Współczesna chemia analityczna wiąże się z osobą K.R. Freseniusa (1818–1887), który w latach 1840–1853 opracował schemat rozdzielania mieszanin kationów, z niewielkimi zmianami stosowany także obecnie w nieorganicznej analizie jakościowej.

Dużą rolę w rozwoju chemii analitycznej odegrali M.A. Iliński i L.A. Czugajew, którzy kolejno w latach 1885 i 1905 jako pierwsi zastosowali odczynniki organiczne w analizie nieorganicznej.

Analizę związków organicznych zapoczątkowali A.L. Lavoisier, L.J. Gay-Lussac, L.J. Thenard oraz J.J. Berzelius. Duży wkład w jej rozwój wnieśli następnie J. Liebig, J.B. Dumas i G.L. Carius.

Wraz z pracami poświęconymi analizie jakościowej, powstawały prace dotyczące analizy ilościowej, zarówno klasycznej, jak i instrumentalnej. Twórcą klasycznej analizy miareczkowej można nazwać K.F. Mohra, który opracował stosowaną także obecnie metodę oznaczania jonów chlorkowych, a w 1855 roku wydał podręcznik analizy miareczkowej. Autorem jednego z pierwszych podręczników do chemii analitycznej, wydanego w 1801 roku był A. Sewiergin, natomiast autorem podręcznika, w którym chemia analityczna została ujęta naukowo, wydanego w 1871 roku był N. Mienszutkin. W 1841 roku K.R. Fresenius oraz w 1887 roku C.R. Treadwell wydali podręczniki chemii analitycznej w języku niemieckim, tłumaczone i wznawiane w wielu krajach.

Koniec XIX wieku był przełomowy w rozwoju chemii analitycznej, ponieważ zaczęto wówczas traktować ją jako odrębny dział chemii. Stało się tak dzięki efektom pracy wielu badaczy, które umożliwiły W. Ostwaldowi napisanie dzieła pt. „Naukowe podstawy chemii analitycznej”. Nieco wcześniej odkryto zjawisko katalizy, które stało się podstawą metod katalitycznych i indukowanych. Pierwszą pracę na temat katalizy i kinetyki reakcji opublikowali I.M. Kolthoff i E.B. Sandell w 1937 roku.

Ogromne znaczenie dla rozwoju chemii, w tym także chemii analitycznej miały efekty prac D. Mendelejewa (1834–1907), szczególnie opracowanie w 1869 roku układu okresowego pierwiastków.

We współczesnej chemii analitycznej wiodącą rolę pełnią tzw. metody instrumentalne.

Jako pierwsze z tej dziedziny pojawiły się prace oparte na zjawisku absorpcji promieniowania widzialnego. Ich twórcami byli P. Bouger (1726), J.H. Lambert (1760) i A. Beer (1825). Wyniki prac badaczy stały się podstawą kolorymetrii, a następnie spektrofotometrii absorpcyjnej.

W 1859 roku R. Bunsen i G. Kirchhoff podali podstawy atomowej analizy spektralnej, co zapoczątkowało rozwój takich metod, jak fotometria płomieniowa, emisyjna spektrometria atomowa i atomowa spektrometria absorpcyjna.

W 1895 roku W.K. Roentgen odkrył promienie X, co zapoczątkowało rozwój rentgenowskich metod analizy. Wkrótce potem, bo w 1898 roku H. Becquerel, P. Curie i nasza rodaczka M. Skłodowska-Curie odkryli zjawisko promieniotwórczości, za co w 1903 roku otrzymali nagrodę Nobla. Odkrycie to stało się podstawą radiometrycznych metod analizy. Dalszy rozwój tych metod stał się możliwy dzięki otrzymaniu w 1935 roku przez Irenę i Fryderyka Joliot-Curie sztucznych izotopów promieniotwórczych, za co w tym samym roku otrzymali nagrodę Nobla.

Następną dużą grupę metod instrumentalnych stanowią metody elektrochemiczne. Ich początek datuje się od 1864 roku, kiedy W. Gibbs opracował metodę elektrolitycznego oznaczania miedzi i niklu. W 1893 roku powstała praca R. Behrenda, poświęcona miareczkowaniu potencjometrycznemu. W 1922 roku J. Heyrovsky przedstawił podstawy polarografii, której rozwój i późniejsze znaczenie sprawiły, że badacz ten otrzymał w 1957 roku nagrodę Nobla.

Aktualnie prawie każde laboratorium analityczne stosuje metody chromatograficzne. Zapoczątkował je M.S. Cwiet, publikując w 1904 roku pracę o rozdzieleniu barwników zawartych w roślinach na kolumnie wypełnionej węglanem wapnia. O dziwo praca ta nie znalazła wówczas właściwego uznania i dopiero 25 lat później nastąpił intensywny rozwój chromatografii. Stało się tak w wyniku prac A.J. Martina i R.L. Synge’a (nagroda Nobla w 1952 r.), R. Consdena, A.H. Gordona, O. Samuelsona i innych.

Ponieważ chemia analityczna odgrywa tak ważną rolę wśród innych dziedzin chemii, dlatego w 1949 roku w ramach Międzynarodowej Unii Chemii Czystej i Stosowanej, utworzono Sekcję Chemii Analitycznej.

Na zakończenie przeglądu historycznego rozwoju chemii analitycznej, należy wymienić nazwiska Polaków zasłużonych dla tej dziedziny nauki. Dość późno, bo dopiero w pierwszej połowie XX wieku, profesorowie Politechniki Warszawskiej – Tadeusz Miłobędzki (1873–1959) i Marceli Struszyński (1880–1959) jako pierwsi w Polsce skoncentrowali swoją działalność naukową na chemii analitycznej. Oprócz wielu prac badawczych, głównie z zakresu analizy nieorganicznej, byli oni także autorami podręczników poświęconych tej analizie.

Znacznie więcej w zakresie chemii analitycznej osiągnęli badacze polscy po II wojnie światowej. Należy podkreślić efekty prac profesorów: Bogusława Buszewskiego (ur. 1951 r.) (chemia środowiska), Rajmunda Dybczyńskiego (ur. 1933 r.) (neutronowa analiza aktywacyjna), Adama Hulanickiego (1929–2019) (metody potencjometryczne), Wiktora Kemuli (1902–1985) (metody polarograficzne), Jerzego Kowalczyka (1923–2006) (analiza chromatograficzna), Jerzego Minczewskiego (1916–1995) (analiza śladowa), Zygmunta Marczenki (1922–2002) (metody spektrofotometryczne), Jacka Namieśnika (1949–2019) (chemia środowiska), Edwarda Soczewińskiego (1928–2016) (metody chromatograficzne), Walentego Szczepaniaka (ur. 1931 r.) (analiza ekstrakcyjno-spektrofotometryczna), Andrzeja Waksmundzkiego (1910–1998) (metody chromatograficzne) oraz Zygfryda Witkiewicza (ur. 1940 r.) (analiza chromatograficzna).

W ostatnich kilkudziesięciu latach obserwuje się dynamiczny rozwój chemii analitycznej w Polsce i rosnącą liczbę pracowników naukowych, zajmujących się tą dziedziną. Docenienie roli chemii analitycznej w nauce polskiej zaowocowało w 1952 roku powstaniem Komitetu Chemii Analitycznej Polskiej Akademii Nauk.

1.4. Literatura książkowa

Wymienione poniżej książki mają na ogół charakter podręczników studenckich lub stanowią obszerniejsze opracowania zagadnień wchodzących w zakres teoretycznych podstaw chemii analitycznej, analizy jakościowej, analizy ilościowej klasycznej i zadań rachunkowych z klasycznych metod chemii analitycznej. Część z nich była kilkukrotnie wznawiana i uzupełniana.

1. Całus H.: Podstawy obliczeń chemicznych. WNT, Warszawa 1987.

2. Ciba J. (red.): Poradnik chemika analityka. Dane fizykochemiczne. Analiza chemiczna. WNT, Warszawa 1994.

3. Cygański A.: Chemiczne metody analizy ilościowej. WNT, Warszawa 1994.

4. Czermiński J., Iwasiewicz A., Paszek Z., Sikorski A.: Metody statystyczne dla chemików. PWN, Warszawa 1985.

5. Farmakopea Polska V. T. 1–3. Wydawnictwo Polskiego Towarzystwa Farmaceutycznego, Warszawa.

6. Gajewska I. (red.): Poradnik fizykochemiczny. WNT, Warszawa 1974.

7. Galus Z. (red.): Ćwiczenia rachunkowe z chemii analitycznej. PWN, Warszawa 1996.

8. Hulanicki A.: Reakcje kwasów i zasad w chemii analitycznej. PWN, Warszawa 1992.

9. Inczedy J.: Równowagi kompleksowania w chemii analitycznej. PWN, Warszawa 1979.

10. Minczewski J., Chwastowska J., Dybczyński R.: Analiza śladowa. WNT, Warszawa 1973.

11. Minczewski J., Marczenko Z.: Chemia analityczna. T. 1. Podstawy teoretyczne i analiza jakościowa. PWN, Warszawa 1997.

12. Minczewski J., Marczenko Z.: Chemia analityczna. T. 2. Chemiczne metody analizy ilościowej. PWN, Warszawa 1997.

13. Mizerski W.: Tablice chemiczne. Wydawnictwo Adamantan, Warszawa 1997.

14. Nomenklatura związków nieorganicznych. PAN, Wrocław 1988.

15. Nomenklatura chemii nieorganicznej. UWr, Wrocław 1998.

16. Persona A. (red.): Chemia analityczna. UMCS, Lublin 1995.

17. Przeszlakowski S.: Obliczenia w chemii analitycznej. AM, Lublin 1996.

18. Słownik chemii analitycznej. WNT, Warszawa 1984.

19. Sobczyk M.: Statystyka. PWN, Warszawa 1991.

20. Szmal Z.S., Lipiec T.: Chemia analityczna z elementami analizy instrumentalnej. PZWL, Warszawa 1996.

21. Śliwa A. (red.): Obliczenia chemiczne. PWN, Warszawa 1987.

22. Ufnalski W.: Podstawy obliczeń chemicznych z programami komputerowymi. WNT, Warszawa 1999.

23. Wesołowski M., Szefer K., Zimna D.: Zbiór zadań z analizy chemicznej. WNT, Warszawa 1997.3 Podstawowe wiadomości o roztworach wodnych Ryszard Kocjan

3.1. Roztwory i ich rodzaje

Większość reakcji wykorzystywanych w analizie chemicznej przeprowadza się w roztworach, dlatego celowym jest przypomnienie i poszerzenie wiadomości na ten temat.

Jeżeli zmieszać ze sobą substancje nie reagujące chemicznie, wówczas mogą powstać:

a) niejednorodne fizycznie mieszaniny gruboziarniste – np. mieszanina soli i piasku,

b) roztwory koloidowe (koloidalne) – np. roztwór białka lub skrobi w wodzie,

c) roztwory rzeczywiste (właściwe) – np. roztwór glukozy lub chlorku sodu w wodzie.

W niejednorodnych fizycznie mieszaninach, cząstki składników łatwe są do odróżnienia i mieszanina taka może być rozdzielona nawet prostymi metodami mechanicznymi.

W roztworach koloidowych mimo pozornej jednorodności, cząstki składników są także fizycznie niejednorodne (heterogeniczne), czego dowodem jest tzw. zjawisko Tyndalla, polegające na rozpraszaniu światła przez cząstki koloidu. Cząstki te mają rozmiary w granicach 10–9–10–7 metra (od 1 do 100 nm) i nie są widoczne w zwykłym mikroskopie, nawet przy dużym powiększeniu.

Roztwory rzeczywiste (właściwe) są natomiast układami fizycznie jednorodnymi (homogenicznymi), w których cząstki mają średnice poniżej 10–9 metra (1 nm), co odpowiada rozmiarom atomów, jonów i większości pojedynczych cząsteczek substancji chemicznych (wyjątkiem są np. cząsteczki białka lub skrobi ze względu na swoją wielkość). W związku ze znaczną przewagą ilościową roztworów rzeczywistych układy takie nazywa się krótko roztworami.

Wszystkie substancje stałe, ciekłe i gazowe wykazują w różnym stopniu zdolność wzajemnego rozpuszczania się, co prowadzi do powstania roztworu.

Roztwór jest to jednorodny, jednofazowy, dwu lub wieloskładnikowy układ, którego składniki można oddzielić od siebie niektórymi metodami fizycznymi, np. przez destylację lub krystalizację. Każdy roztwór składa się z rozpuszczalnika i jednej lub więcej substancji rozpuszczonych. Ponieważ rozpuszczanie się jest procesem wzajemnym, dlatego każdy ze składników roztworu może stanowić rozpuszczalnik lub substancję rozpuszczoną.

Rozpuszczalnikiem jest ten składnik roztworu, który w trakcie rozpuszczania nie zmienił swego stanu skupienia, dlatego np. w roztworze składającym się z cukru i wody rozpuszczalnikiem jest woda. Definicja taka jest niewystarczająca w przypadku mieszania się substancji o tym samym stanie skupienia, dlatego ze względów praktycznych rozpuszczalnikiem nazywa się ten składnik, którego w roztworze jest najwięcej (np. azot w powietrzu). Zgodnie z tą definicją podczas mieszania się etanolu i wody można otrzymać roztwór alkoholu w wodzie lub wody w alkoholu. Zazwyczaj jednak w przypadku roztworów zawierających wodę, woda uważana jest za rozpuszczalnik.

Ze względu na stan skupienia rozpuszczalnika, roztwory dzielą się na gazowe, ciekłe i stałe. Roztworami gazowymi są mieszaniny gazów, np. powietrze. Roztwory stałe powstają w wyniku rozpuszczenia się w ciele stałym gazu (np. wodór w palladzie), cieczy (np. woda w uwodnionej soli) lub innego ciała stałego (stopy metali, szkło, kryształy mieszane). Najwięcej jest jednak roztworów ciekłych, które powstają przez rozpuszczenie w danej cieczy ciała stałego, innej cieczy lub gazu. Najpospolitszym rozpuszczalnikiem ciekłym jest woda, dlatego w analizie chemicznej stosuje się najczęściej roztwory wodne. Wykorzystuje się także inne ciekłe rozpuszczalniki zwane niewodnymi (patrz podrozdz. 17.6).

3.2. Rozpuszczalność i czynniki wpływające na jej wartość

Zasadniczą cechą odróżniającą roztwory od związków chemicznych jest zmienność składu, polegająca na tym, że stosunek ilości poszczególnych składników tworzących roztwór może być zmieniany w dość szerokich granicach, limitowanych wartościami rozpuszczalności.

Rozpuszczalność wyrażana jest wartością stężenia substancji rozpuszczonej, w roztworze nasyconym w stanie równowagi.

Ze względu na zróżnicowaną rozpuszczalność różnych substancji w danym rozpuszczalniku, substancje te określa się jako bardzo dobrze, dobrze, trudno lub bardzo trudno rozpuszczalne. Substancji zupełnie nierozpuszczalnych nie ma, a używane określenie „substancja nierozpuszczalna” oznacza umownie substancję trudno, a zwłaszcza bardzo trudno rozpuszczalną.

Miarą rozpuszczalności danej substancji jest jej ilość w konkretnej ilości rozpuszczalnika lub roztworu, dlatego wyraża się ją w różnych jednostkach – najczęściej jest to ilość gramów substancji rozpuszczonej w 100 g rozpuszczalnika przy całkowitym nasyceniu roztworu w danej temperaturze.

Rozpuszczalność substancji zależy od temperatury (dla roztworów gazów także od ciśnienia) oraz od natury sił wzajemnego oddziaływania między składnikiem rozpuszczonym i rozpuszczalnikiem. Wpływ temperatury na rozpuszczalność zależy od efektu cieplnego towarzyszącego procesowi rozpuszczania. Jeżeli proces rozpuszczania substancji w danym rozpuszczalniku jest procesem egzotermicznym, tzn. ciepło rozpuszczania ma wartość ujemną, wówczas wzrost temperatury powoduje obniżenie rozpuszczalności.

Odwrotnie, gdy ciepło rozpuszczania ma wartość dodatnią (co najczęściej ma miejsce), tzn. procesowi rozpuszczania danej substancji w rozpuszczalniku towarzyszy pochłanianie ciepła (proces endotermiczny), wówczas rozpuszczalność rośnie wraz ze wzrostem temperatury.

Większość soli nieorganicznych ma dodatnie wartości ciepła rozpuszczania w wodzie i dlatego ich rozpuszczalność w tym rozpuszczalniku wzrasta ze wzrostem temperatury. Soli o ujemnej wartości ciepła rozpuszczania w wodzie jest znacznie mniej (np. Na₂SO₄, Na₂CO₃ · H₂O); rozpuszczalność tych soli ze wzrostem temperatury maleje. Rozpuszczanie związków organicznych także jest z reguły procesem endotermicznym.

Dla różnych cieczy mieszających się ze sobą w ograniczonym stopniu, wpływ temperatury na rozpuszczalność jest bardzo zróżnicowany (więcej informacji na ten temat znajduje się w podręcznikach do chemii fizycznej).

Rozpuszczalność wszystkich gazów w wodzie maleje ze wzrostem temperatury, rośnie natomiast ze wzrostem ciśnienia. Proces rozpuszczania gazów w cieczach ma często charakter nie tylko fizyczny, ale także dodatkowo chemiczny, np.: HCl, NH₃ lub CO₂ podczas rozpuszczania w wodzie, częściowo z nią reagują. Rozpuszczalność takich gazów jest znacznie większa niż gazów, które nie reagują z wodą.

3.3. Roztwarzanie

W odróżnieniu od rozpuszczania, które jest procesem fizycznym (jak wcześniej wspomniano mogą temu towarzyszyć pewne procesy chemiczne), roztwarzaniem nazywa się proces przeprowadzania trudno rozpuszczalnej substancji do roztworu w wyniku nieodwracalnych reakcji chemicznych. Substancją roztwarzającą są najczęściej roztwory wodne kwasów lub zasad i woda. Po roztworzeniu nie można metodami fizycznymi odzyskać substancji roztworzonej, co było możliwe w przypadku rozpuszczania.

Roztworzeniu ulegać mogą pierwiastki, tlenki, wodorotlenki i sole:

1) roztwarzanie metali kwasami, np. żelaza kwasem solnym

Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂

2) roztwarzanie potasu wodą

2K + 2H₂O → 2KOH + H₂

3) roztwarzanie wodorotlenku glinu roztworem wodorotlenku sodu

Al(OH)₃ + NaOH → NaAl(OH)₄

4) roztwarzanie tlenku cynku kwasem solnym

ZnO + 2HCl → ZnCl₂ + H₂O

5) roztwarzanie krzemionki kwasem fluorowodorowym

SiO₂ + 2H₂F₂ → SiF₄ + 2H₂O

6) roztwarzanie węglanów kwasami

CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + H₂O + CO₂

7) roztwarzanie siarczków kwasem azotowym(V)

3CuS + 8HNO₃ → 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 3S + 4H₂O

Uwaga! W dalszych częściach podręcznika zarówno rozpuszczanie, jak i roztwarzanie będą tradycyjnie nazywane rozpuszczaniem.

3.4. Stężenie roztworów

Stężenie roztworu jest to ilość substancji rozpuszczonej zawartej w określonej ilości roztworu lub rozpuszczalnika. Ilość substancji rozpuszczonej jak i roztworu może być wyrażona w jednostkach masy lub objętości, dlatego stężenie można wyrażać w różny sposób. Zgodnie z Układem SI podstawową jednostką ilości (liczności materii) jest mol, objętości metr sześcienny, a masy kilogram. Mol jest to taka masa danej substancji wyrażona w kilogramach, która zawiera tyle cząstek materii (atomów, cząsteczek, jonów, elektronów, rodników itp.), ile atomów węgla zawartych jest w 0,012 kg izotopu węgla ¹²C (liczba tych cząstek równa się liczbie Avogadro – 6,02 · 10²³).

Kilogram masy jest stosunkowo dużą jednostką, dlatego wygodniej jest używać jednostki tysiąc razy mniejszej, czyli grama. Stąd przyjęto, że mol oznacza taką masę danej substancji wyrażoną w gramach, która zawiera tyle cząstek materii, ile atomów węgla jest zawartych w 12 g izotopu węgla ¹²C. Do niedawna pojęcie „mol” odnosiło się tylko do atomów i cząsteczek, oznaczało gramoatom pierwiastka lub gramocząsteczkę związku chemicznego.

Po wprowadzeniu Układu SI pojęcia te przestały istnieć, dlatego pojęcie „mol” wymaga określenia, czego on dotyczy, np. mol cząsteczek wody, mol jonów chlorkowych, mol atomów żelaza itp. Z dwu podstawowych jednostek SI – mola jako jednostki ilości materii (liczności) i metra sześciennego (m³) jako jednostki objętości, powstała podstawowa jednostka stężenia roztworu, oznaczająca zawartość jednego mola danej substancji w jednym metrze sześciennym roztworu, co zapisuje się jako mol m–3. Ponieważ 1 m³ jest dużą jednostką, dlatego przyjęto, że stężenie molowe oznacza ilość moli substancji zawartej w 1 decymetrze sześciennym (dm³) lub w 1000 centymetrów sześciennych (1000 cm³) roztworu i jest określone skrótem mol · dm–3.

Jednak od wielu lat stosowaną w wielu krajach jednostką objętości był i jest litr. Nazwa jednostki pochodzi od starofrancuskiej miary objętości o nazwie litron, która w Polsce została zaadaptowana pod nazwą kwarty.

W 1964 roku XII Konferencja Generalna Miar i Wag ustaliła, że objętość 1 dm³ równa jest objętości 1 l, dlatego w literaturze chemii analitycznej stosuje się zamiennie dm³ z litrem (l) oraz cm³ z mililitrem (ml). Należy dodać, że w USA, Kanadzie i Australii do skrótowego zapisywania litra stosuje się oficjalnie wielką literę L, a w pozostałych krajach świata, w tym w Polsce, normą jest stosowanie małej litery l, choć używanie wielkiej litery L jest również dopuszczalne.

Tak więc obecnie 1 litr (1 l) jest pozaukładową jednostką objętości równą 1 dm³, a 1 mililitr (1 ml) jest równy 1 cm³ lub inaczej: 1 l = 1/1000 m³ = 1 dm³ = 1000 cm³.

Ze względu na równość objętości dm³ i litra, stężenie molowe oznacza także ilość moli substancji zawartej w litrze (lub 1000 mililitrów) roztworu, w skrócie mol · l–1 (w USA mol L–1).

Niektóre czasopisma z zakresu chemii analitycznej, dopuszczają używanie litery M jako symbolu określającego stężenie molowe. Wygodne jest także stosowanie przymiotnika „molowy”, który wraz z poprzedzającą go liczbą oznacza wartość tego stężenia. Zatem stężenie roztworu zawierającego dwa mole substancji rozpuszczonej, znajdującej się w jednym decymetrze sześciennym roztworu można zapisać następująco: 2-molowy; 2 M; 2 mol · dm–3 oraz 2 mol · l–1, przy czym zalecane są dwa ostatnie sposoby.

Uwaga! W podręczniku, ze względu na równość jednostek i łatwiejszy sposób, będzie stosowany zapis mililitr (ml), zamiast centymetr sześcienny (cm³) i litr (l) zamiast decymetr sześcienny (dm³) oraz mol . l–1, zamiast mol · dm–3.

Poza stężeniem molowym rzadziej stosowane jest stężenie molalne, które oznacza ilość moli danej substancji rozpuszczonych w 1 kg rozpuszczalnika. Wartość stężenia molalnego nie zależy od temperatury w przeciwieństwie do stężenia molowego, którego wartość maleje ze wzrostem temperatury ze względu na wzrost objętości roztworu.

Stężenie roztworu bardzo często podaje się w procentach (%), przy czym stężenie procentowe oznacza ilość substancji wyrażoną w jednostkach masy (g) lub objętości (ml) zawartej w 100 gramach lub 100 ml roztworu. Dlatego istnieją 4 rodzaje stężeń procentowych.

Stężenie procentowe masowe (% m/m) wyraża ilość gramów substancji zawartej w 100 gramach roztworu. Określenie 20% m/m roztwór glukozy, oznacza, że 20 gramów tego cukru zawarte jest w 100 gramach roztworu wodnego (niepodanie rodzaju rozpuszczalnika oznacza, że jest nim woda). Ponieważ ten rodzaj stężenia procentowego jest najczęściej stosowany, dlatego brak symbolu m/m przy symbolu %, oznacza, że chodzi o taki rodzaj stężenia procentowego.

Stężenie procentowe objętościowe (% v/v) wyraża ilość ml substancji zawartej w ml roztworu. Ten rodzaj stężenia stosuje się głównie dla roztworów cieczy w cieczach. Określenie 40% v/v roztwór etanolu oznacza, że 40 ml etanolu znajduje się w 100 ml roztworu wodnego.

Stężenie procentowe masowo-objętościowe (m/v) wyraża ilość gramów substancji zawartej w 100 ml roztworu. Ten rodzaj stężenia stosuje się głównie dla substancji stałych rozpuszczonych w cieczach i dotyczy zwłaszcza takich roztworów, w których ilość substancji rozpuszczonej jest bardzo mała np. roztwory leków do iniekcji.

Stężenie procentowe objętościowo-masowe (v/m) oznacza ilość ml substancji zawartej w 100 gramach roztworu. Ten rodzaj stężenia stosowany jest bardzo rzadko.

Często stężenie roztworów wyrażane jest w jednostkach masy na jednostkę objętości, np. g/l, g/ml, mg/l, mg/ml, lub jednostkach mniejszych od %, np. mg%. Do niedawna stosowane było stężenie normalne, oznaczające liczbę gramorównoważników substancji w litrze roztworu; zostało wycofane po wprowadzeniu Układu SI.

W analizie śladowej popularne jest wyrażanie stężenia w bardzo małych jednostkach – ppm – część na milion (ppm – parts per million) oraz ppb – część na miliard (ppb – parts per billion; amerykański billion równy jest miliardowi). Ponieważ 1% oznacza jedną część substancji na 100 części roztworu, dlatego 1 ppm równa się 10–4%, a 1 ppb stanowi 10–7% (lub odwrotnie – 1% równa się 10⁴ ppm lub 10⁷ ppb).

W analizie technicznej stężenia roztworów wyrażane są często stosunkiem objętości roztworu stężonego kwasu lub zasady do objętości wody użytej do rozcieńczenia. Przykładowo wyrażenie: 30% kwas azotowy(V), roztwór 1+1 lub roztwór 1+10, oznacza, że opisany w ten sposób roztwór powstał przez zmieszanie pewnej objętości 30% kwasu azotowego(V) z taką samą, a w drugim przypadku z 10-krotnie większą objętością wody.

W analizie chemicznej ważnym zagadnieniem są obliczenia chemiczne. Od analityka wymaga się nie tylko prawidłowego wykonania analizy, lecz także bezbłędnego przeprowadzenia odpowiednich obliczeń, gdyż tylko wtedy można uzyskać rzetelne wyniki analiz. Wśród obliczeń chemicznych bardzo ważne są obliczenia dotyczące roztworów, w tym przeliczania stężeń. Tematowi temu poświęconych jest kilka podręczników (patrz literatura książkowa – podrozdział 1.4) i zadania rachunkowe znajdujące się w rozdziale 21.