Химический анализ

Химический анализ основан на использовании химических свойств анализируемого вещества. Задачей качественного анализа является ответ на вопрос, из каких элементарных объектов состоит анализируемое вещество.

В зависимости от количества анализируемого вещества, объема растворов, используемых для анализа, а также от применения техники выполнения эксперимента методы анализа делят на макро-, полумикро-, микро- и ультрамикрометоды.

При выполнении анализа макрометодом для проведения реакции берут 1-2 мл раствора (не менее 0,1 г сухого вещества) и к испытуемому раствору добавляют не менее 1 мл раствора реактива. При проведении полумикроанализа анализируемого вещества берут в 20-30 раз, при микроанализе - в 100 раз, а при ультрамикроанализе - в 1000 раз меньше, чем при макроанализе.

Полумикрометод анализа чаще всего применяется при обучении студентов и имеет ряд преимуществ: экономятся время и реагенты, повышается надежность результатов анализа благодаря использованию более специфических и высокочувствительных реагентов, уменьшается расход реактивов и материалов.

Анализ исследуемого вещества можно проводить «мокрым» и «сухим» путем. В первом случае анализ осуществляют в растворах путем добавления соответствующих реактивов. Во втором случае определение состава вещества основано на его способности окрашивать в характерный цвет бесцветное пламя горелки или давать окрашенные «перлы» при сплавлении с бурой.

Открытие отдельных ионов в полумикрометоде производится в основном «мокрым путем». Кроме того, широко используются реакции «сухим путем», микрокристаллоскопические, капельные и др.

Для открытия ионов в растворах применяют различные характерные реакции, которые сопровождаются внешними эффектами - возникновением аналитического сигнала, например изменением цвета раствора, выпадением или растворением осадка, выделением газа. Вещества, с помощью которых открывают ионы, называются реагентами на соответствующие ионы, а происходящие при этом химические превращения–аналитическими реакциями.

Применяемые в качественном анализе реакции должны протекать быстро, отличаться высокой чувствительностью и являться по возможности необратимыми.

Чувствительность реакций характеризуется двумя взаимосвязанными величинами: открываемым минимумом и пределом обнаружения.

Открываемый минимум или абсолютная чувствительность – это минимальное количество компонента, которое может быть открыто с помощью данной реакции. Выражают открываемый минимум в микрограммах (мкг) и обозначают γ:

1γ = 0.001 мг = 10-6 г.

Этот способ выражения чувствительности в настоящее время уже не имеет большого значения.

Предел обнаружения – это наименьшая концентрация (Cmin), при которой по данной методике можно обнаружить искомые элементарные объекты с вполне определенной вероятностью (P), обычно равной единице. Предел обнаружения обозначают Cmin, P, при P=1 −Cmin, 1 и выражают в г/мл.

Величина, обратная пределу обнаружения, называется пределом разбавления (1/Cmin, 1). Если Cmin, 1 = 2×10-5 г/мл, то 1/Cmin, 1 = 5×104 мл/г. Следовательно, для получения такого раствора один грамм обнаруживаемого вещества надо растворить в 50 л воды.

Для удобства предложено пользоваться отрицательным логарифмом предела обнаружения pD = -lgCmin, 1. pD=3-4 − реакции с высоким пределом обнаружения, pD=5-6 − реакции со средним пределом обнаружения, pD=7-8 − реакции с низким пределом обнаружения. Чаще всего для обнаружения ионов применяют реакции со средним пределом обнаружения. Чем ниже предел обнаружения, тем чувствительнее аналитическая реакция.

По числу компонентов взаимодействующих в данных условиях с применяемым реагентом и дающих аналитический сигнал, реакции и реагенты делятся на: групповые, избирательные и специфические.

Групповыми называются реакции, когда с реагентом в данных условиях взаимодействует и дает аналитический сигнал целая группа ионов, реагент называется групповым. Например, S2- при pH=5 осаждает Ag+, Pb2+, Bi3+, Cd2+, Sn2+, 4+ и др. Следовательно, S2- – групповой реагент, а осаждение сульфидов – групповая реакция. Групповые реакции в основном используют для разделения целых групп ионов.

Избирательными (селективными) называются реакции, когда с реагентом в данных условиях взаимодействует и дает аналитический сигнал ограниченное число компонентов, реагент называется избирательным. Например, магнезиальная смесь (аммиачный раствор MgCl2 и NH4Cl) образует белый мелкокристаллический осадок с двумя ионами PO43- и AsO43-. Избирательные реакции используют как для разделения, так и для обнаружения ионов.

Специфическими называются реакции, когда с реагентом в данных условиях взаимодействует и дает аналитический сигнал один компонент, реагент называется специфическим. Например, с диацетилдиоксимом в аммиачной среде красный осадок образует Ni2+. Такие реакции очень удобны для обнаружения ионов, но число их ограниченно.

Большое значение имеют условия проведения аналитических реакций. При изменении условий (pH раствора, введение маскирующего агента, температура и т.д.) групповые реакции могут стать избирательными, а избирательные специфическими или наоборот. Так, S2- – групповой реагент, но после введения в раствор CN– большинство ионов метал-

лов связываются в прочные комплексы, и S2- осаждает только Cd2+ и Zn2+. CN– – маскирующий агент, реакция стала избирательной.

Методы обнаружения ионов:

1) микрокристаллоскопический анализ основан на наблюдении под микроскопом характерной формы, цвета и размера кристаллов химически индивидуального вещества, образующихся на предметном стекле;

2) капельный метод анализа основан на взаимодействии капли анализируемого раствора и капли реагента. Реакции выполняются на фильтровальной бумаге или капельной

пластинке четырьмя способами: наложением капель реагента и исследуемого раствора, нанесением капель образца на реактивную бумагу, нанесением реактива на поверхность образца, выделением газов с их последующим воздействием на реактивную бумагу или на икаплю реагента;

3) дробный анализ – обнаружение компонентов в отдельных порциях анализируемого раствора без предварительного отделения мешающих компонентов. При этом для подавления мешающих сигналов соответствующие компоненты маскируют. Обычно не удается

устранить влияние всех мешающих компонентов введением в раствор одного агента, поэтому, учитывая свойства мешающих ионов, необходимо подобрать несколько маски­рующих агентов, что и является основной трудностью при проведении анализа данным методом;

4) систематический анализ – разделение компонентов с помощью групповых реагентов на несколько групп, с последующим разделением в рамках каждой группы. При этом получают растворы, содержащие по одному или два иона, которые используют для обнаружения этих ионов с помощью реакций, являющихся в данных условиях специфиче­скими.

Данный метод анализа трудоемкий и длительный, но при тщательном соблюдении ме­тодики обеспечивает получение надежных результатов.