分析化学

A. 量分析(容量分析・重量分析)

(1) 重量分析(Gravimetry)

目的成分を沈殿として分離し、乾燥して質量を測定する。 例: \[ \mathrm{Cl^- \rightarrow AgCl(s)} \]

(2) 容量分析(Titrimetry)

標準溶液を用いて物質量を求める手法。

(3) 指示薬の選択と終点誤差

B. 酸塩基滴定(強酸・弱酸、多段階酸)

(1) 弱酸の滴定曲線

緩衝域では \[ \mathrm{pH = p}K_a + \log\frac{[\mathrm{A^-}]}{[\mathrm{HA}]} \]

(2) 多段階酸(H₂CO₃, H₃PO₄)

例:炭酸の電離 \[ \mathrm{H_2CO_3 \rightleftharpoons H^+ + HCO_3^-} \] \[ \mathrm{HCO_3^- \rightleftharpoons H^+ + CO_3^{2-}} \]

(3) Gran Plot(大学分析化学で重要)

滴定曲線の外挿で当量点を高精度に決定する手法。

C. キレート滴定(EDTA)

(1) 基本反応

EDTA⁴⁻ は金属イオンと 1:1 で錯体を形成する: \[ \mathrm{M^{n+} + Y^{4-} \rightleftharpoons MY^{(n-4)-}} \]

(2) 金属指示薬(エリオクロムブラック T)

金属–指示薬錯体(赤) → EDTA による置換 → 青色

(3) pH の重要性

EDTA の錯形成は pH に強く依存。 Ca²⁺, Mg²⁺ の硬度分析では pH = 10 が標準。

D. 酸化還元滴定(Redox Titration)

(1) Permanganate 法(KMnO₄)

強酸性: \[ \mathrm{MnO_4^- + 8H^+ + 5e^- \rightarrow Mn^{2+} + 4H_2O} \] 終点は淡桃色が残る点。

(2) 二クロム酸法(K₂Cr₂O₇)

外部指示薬としてジフェニルアミンを使用。

(3) ヨウ素滴定(I₂ / S₂O₃²⁻)

\[ \mathrm{I_2 + 2S_2O_3^{2-} \rightarrow 2I^- + S_4O_6^{2-}} \]

E. 沈殿滴定(Mohr, Volhard, Fajans)

(1) Mohr 法(AgNO₃–Cl⁻)

\[ \mathrm{Ag^+ + Cl^- \rightarrow AgCl(s)} \] クロム酸イオンを指示薬として使用(赤色の Ag₂CrO₄ が終点)。

(2) Volhard 法(逆滴定)

過剰の Ag⁺ を SCN⁻ で逆滴定する。

(3) Fajans 法(吸着指示薬)

AgCl の表面電荷の変化を染料の吸着色で検出する。

F. 機器分析総論(検出限界・選択性・感度)

(1) 検出限界 LOD

S/N = 3 が基準: \[ \mathrm{LOD = 3\sigma_{blank}/k} \]

(2) 定量下限 LOQ

S/N = 10。

(3) 感度・線形性

キャリブレーション曲線 \[ y = ax + b \] の a が感度。

(4) 選択性

他成分が存在しても目的成分を測定できる度合い。

G. 分光分析(UV/Vis・IR・蛍光・原子吸光・ラマン)

(1) UV/Vis 吸収(Beer–Lambert)

\[ A = \varepsilon c l \] 吸光度 A は濃度に比例。

(2) IR(赤外)

分子の振動モードと相関。 C=O:1700 cm⁻¹ 付近など。

(3) 蛍光分光法

励起 → 蛍光。感度が非常に高い(ppb〜ppt)。

(4) 原子吸光 AAS

原子蒸気が特定波長を吸収。金属定量に非常に有用。

(5) ラマン分光

光の非弾性散乱を利用。水の影響を受けにくい。

H. 質量分析(Mass Spectrometry)

(1) イオン化法

(2) 質量分析計

(3) スペクトル読み方

m/z 軸にピーク。 分子イオンピーク(M⁺)、フラグメントイオンから構造推定。

I. クロマトグラフィー(GC・HPLC・TLC)

(1) 分離原理

移動相と固定相への親和性の差による分離。

(2) GC(ガスクロマト)

揮発性物質の分析。 分離は沸点と固定相との相互作用で決まる。

(3) HPLC(高速液クロ)

(4) TLC(薄層クロマト)

Rf 値で物質を同定。

J. 電気化学分析(Potentiometry, ISE)

(1) 電位差滴定

電極電位の急変点を終点とする滴定。

(2) ガラス電極(pH 電極)

H⁺ 活量に応答する電極。ネルンストの式に従う: \[ E = E^\circ + 0.0592\log a_{\mathrm{H^+}} \]

(3) イオン選択性電極(ISE)

特定イオンに選択的に応答する(F⁻、Ca²⁺ など)。

K. NMR・XRD・光散乱(Advanced Analysis)

(1) NMR(核磁気共鳴)

化学シフト δ、スピン結合 J、積分値から構造決定。

(2) XRD(X線回折)

結晶構造解析の基本: \[ 2d\sin\theta = n\lambda \]

(3) 光散乱(DLS)

粒子径の測定に利用(ナノ粒子分析)。

参考URL

 

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