Лекция 10. Классификация методов качественного анализа

Качественный анализ состоит в “открытии “, то есть обнаружении отдельных элементов (или ионов), из которых состоит анализируемое вещество. 

Все аналитические методы основаны на получении и измерении аналитического сигнала, то есть любого проявления химических или физических свойств вещества, которое можно использовать для установления качественного состава анализируемого объекта или для количественной оценки содержащихся в нем компонентов. Анализируемым объектом может быть индивидуальное соединение в любом агрегатном состоянии: смесь соединений, природный объект (почва, руда, минерал, воздух, вода), продукты промышленного производства и продукты питания. Перед анализом проводят отбор пробы, измельчение, просеивание, усреднение и так далее. Подготовленный для анализа объект называют образцом или пробой.

В зависимости от поставленной задачи выбирают метод. Аналитические методы качественного анализа по способу выполнения делятся на: 1) анализ “сухим” и 2) анализ “мокрым” путем.

Анализ «сухим» путем проводится с твердыми веществами. Он делится на пирохимический и метод растирания. 

Пирохимический (греч. — огонь) вид анализа проводится нагреванием исследуемого образца в пламени газовой или спиртовой горелки, выполняется двумя путями: получение окрашенных “перлов” или окрашивание пламени горелки.

1.“Перлы” (франц. — жемчуг) образуются при растворении в расплаве солей NaNH4PO4 ∙ 4 H2O, Na2B4O7 ∙ 10 H2O — бура) или оксидов металлов. Наблюдая окраску полученных перлов “стекол” устанавливают присутствие тех или иных элементов в образце. Так, например, соединения хрома делают зеленую окраску перла, кобальта — синюю, марганца — фиолетово-аметистовую и так далее.

2. Окрашивание пламени — летучие соли многих металлов при внесении их в несветящуюся часть пламени окрашивают его в разные цвета, например, натрий — интенсивно желтый, калий — фиолетовый, барий — зеленый, кальций — красный и так далее. Эти виды анализа используются в предварительных испытаниях и в качестве “экспресс” — метода.

Анализ методом растирания (1898 г. Флавицкий). Исследуемый образец растирают в фарфоровой ступке с равным количеством твердого реагента. По окраске полученного соединения судят о наличии определяемого иона. Метод используется в предварительных испытаниях и проведения “экспресс” анализа в полевых условиях для анализа руд и минералов.

2. Анализ «мокрым» — это анализ образца, путем растворенного в каком — либо растворителе. В качестве растворителя чаще всего используют воду, кислоты или щелочи.

По способу проведения методы качественного анализа делятся на дробный и систематический. Метод дробного анализа— это определение ионов с помощью специфических реакций в любой последовательности. Применяется в агрохимических, заводских и пищевых лабораториях, когда состав исследуемого образца известен и требуется только проверить отсутствие примесей или в проведении предварительных испытаний. Систематический анализ —это анализ в строго определенной последовательности, в которой каждый ион обнаруживается только после того, как будут обнаружены и удалены мешающие определению ионы.

В зависимости от взятого количества вещества для анализа, а также от техники выполнения операций методы подразделяются на:

— макроанализ — проводится в сравнительно больших количествах вещества (1- 10 г). Анализ выполняется в водных растворах и в пробирках.

— микроанализ — исследует очень малые количества вещества (0,05 — 0,5 г). Выполняется либо на полоске бумаги, часовом стекле с каплей раствора (капельный анализ) или на предметном стекле в капле раствора получают кристаллы, по форме которых под микроскопом устанавливают вещество (микрокристаллоскопический).

Основные понятия аналитической химии

Аналитические реакции реакции — это реакции, сопровождающиеся хорошо заметным внешним эффектом:

1) выпадением или растворением осадка

2) изменением окраски раствора

3) выделение газа.

Кроме того, к аналитическим реакциям предъявляются еще два требования: необратимость и достаточная скорость реакции.

Вещества, под действием которых происходят аналитические реакции, называются реагентами или реактивами. Все химические реагенты делятся на группы:

1) по химическому составу (карбонаты, гидроксиды, сульфиды и так далее)

2) по степени очистки основного компонента.

 

Марка Название Содержание основного компонента, % Сфера применения
«ч» Чистое Не менее 98 Продукты промышленного производства
«чда» Чистое для анализа Анализ технических продуктов
«хч» Химически чистое   99,8 – 99,9 В научных лабораториях, анализ пищевых продуктов
«оч» Очень чистое Специальное назначение

 

Условия выполнения химического анализа:

1. Среда реакции

2. Температура

3. Концентрация определяемого иона.

Среда. Кислая, щелочная, нейтральная.

Температура. Большинство химических реакций выполняются при комнатных условиях “на холоду”, или иногда требуется охладить под краном или со льдом в кристаллизаторе. Многие реакции идут при нагревании.

Концентрация — это количество вещества, содержащееся в определенном весовом или объемном количестве раствора. Реакция и реактив, способный вызвать в заметной степени свойственный ему внешний эффект даже при ничтожно малой концентрации определяемого вещества, называются чувствительными

Чувствительность аналитических реакций характеризуется:

1) предельным разбавлением

2) предельной концентрацией

3) минимальным объемом предельно разбавленного раствора

4) пределом обнаружения (открываемым минимумом)

5) показателем чувствительности.

Предельное разбавление Vlim – максимальный объем раствора, в котором может быть (больше чем в 50 опытах из 100 опытов) обнаружен один грамм данного вещества при помощи данной аналитической реакции. Предельное разбавление выражается в мл/г.

Например, при реакции ионов меди с аммиаком в водном растворе

Cu2+ + 4 NH3 = [Cu(NH3)4]2+— ярко-синий комплекс

Предельное разбавление иона меди равно (Vlim = 2,5 · 10 5 мг/л), то есть ионы меди можно открыть с помощью этой реакции в растворе, содержащем 1 г меди в 250 000 мл воды. В растворе, в котором содержится менее 1 г меди (II) в 250 000 мл воды, обнаружить эти катионы вышеприведенной реакцией невозможно.

Предельная концентрация Сlim (Cmin) – наименьшая концентрация, при которой определяемое вещество может быть обнаружено в растворе данной аналитической реакцией. Выражается в г/мл.

Предельная концентрация и предельное разбавление связаны соотношением: Сlim = 1 / Vlim

Например, ионы калия в водном растворе открывают с помощью гексанитрокобальтатом (III) натрия

2 K+ Na3[Co(NO2)6] = NaK2[ Co(NO2)6]¯ + 2 Na+

Предельная концентрация ионов К+ при этой аналитической реакции равна Сlim = 10-5 г/мл, то есть ион калия нельзя открыть указанной реакцией, если его содержание составляет меньше 10-5 г в 1 мл анализируемого раствора.

Минимальный объем предельно разбавленного раствора Vmin – наименьший объем анализируемого раствора, необходимый для обнаружения открываемого вещества данной аналитической реакцией. Выражается в миллилитрах.

Предел обнаружения (открываемый минимум) m – наименьшая масса определяемого вещества, однозначно открываемого данной ан. реакциейв минимальном объеме предельно разбавленного раствора. Выражается в мкг (1 мкг = 10-6 г).

                               m = Clim · Vmin × 10 6 = Vmin × 106 / Vlim

Показатель чувствительности аналитической реакции определяется

                                pСlim = — lgClim = — lg(1/Vlim) = lg Vlim

Аналитическая реакция тем чувствительнее, чем меньше ее открываемый минимум, минимальный объем предельно разбавленного раствора и чем больше предельное разбавление.

Величина предела обнаружения зависит от:

1. Концентрации исследуемого раствора и реагента

2. Продолжительности протекания аналитической реакции

3. Способа наблюдения внешнего эффекта (визуально или с помощью прибора)

4. Соблюдения условий выполнения аналитических реакций (t, рН, количество реагента, его чистота)

5. Присутствие и удаление примесей, посторонних ионов

6. Индивидуальные особенности химика-аналитика (аккуратность, острота зрения, умение различать цвета).

Типы аналитических реакций (реактивов):

Специфические — реакции, позволяющие определять данный ион или вещества в присутствии любых других ионов или веществ.

Например: NH4+ + OH  = NH3(запах) + H2O

Fe 3+ + 3 CNS = Fe(CNS)кроваво-красный раствор

Селективные — реакции позволяют избирательно открывать сразу несколько ионов с одинаковым внешним эффектом. Чем меньше ионов открывает данный реактив, тем выше его избирательность.

Например: NH4 + + Na3[Co(NO2)6 ] = NH4 Na[Co(NO2)6]

                 K + + Na3[Co(NO2)6] = NaК2[Co(NO2)6]

Групповые реакции (реагенты) позволяют обнаруживать целую группу ионов или каких-то соединений.

Например: катионы II группы — групповой реагент (NH4)2CO3

СaCI2 + (NH4)2CO= CaCO+ 2 NH4CI

BaCI2 + (NH4)2CO3 = BaCO3 + 2 NH4CI

SrCI2 + (NH4)2 CO3 = SrCO3 + 2 NH4CI

 

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *