Аналитическая реакция требования

Классификация аналитических реакций

1 Групповые реакции: один и тот же реактив реагирует с группой ионов, давая одинаковый сигнал. Так, для отделения группы ионов (Ag+ , Pb2+ ,Hg2 2+) используют реакцию их с Cl− – ионами, при этом образуются белые осадки ( AgCl, PbCl2 ,Hg2Cl2 ).

Избирательные (селективные) реакции. Пример: йодокрахмальная реакция. Впервые ее описал в 1815 г. немецкий химик Ф. Штромейер. Для этих целей используют органические реагенты. Пример: диметилглиоксим + Ni2+ →образование ало − красного осадка диметилглиоксимата никеля. Изменяя условия протекания аналитической реакции, можно неизбирательные реакции сделать избирательными. Пример: если реакции Ag+ , Pb2+ , Hg2 2+ + Cl − проводить при нагревании, то PbCl2 не осаждается, так как он хорошо растворим в горячей воде. 3 Реакции комплексообразования используются для целей маскирования мешающих ионов. Пример: для обнаружения Со2+ в присутствии Fe3+ – ионов с помощью KSCN , реакцию проводят в присутствии F− –ионов. При этом Fe3+ + 4F − →[FeF4] − Kн =10−16 , поэтому Fe3+ – ионы закомплексованы и не мешают определению Co2+ – ионов.

Реакции, используемые в аналитической химии:

1. Гидролиз (по катиону, по аниону, по катиону и аниону)

2. Реакции окисления-восстановления

3. Реакции комплексообразования

4. Реакции осаждения

Сигналы методов качественного анализа

1. Образование или растворение осадка

2. Появление, изменение, исчезновение окраски раствора (цветные реакции)

3. Выделение газа

4. Реакции образования кристаллов строго определенной формы (микрокристаллоскопические реакции).

5 Реакции окрашивания пламени. (К+ — фиолетовый, Sr2+ — карминово-красн.)

Требования, предъявляемые к аналитическим реакциям. Существенными характеристиками реакций, используемых для обнаружения веществ и методов анализа, являются предел обнаружения, чувствительность и избирательность. Предел обнаружения – минимальная концентрация или минимальное количество вещества, которое может быть обнаружено данным методом с какой-то допустимой погрешностью. Его обозначают Cmin, p. На практике в основном пользуются пределом обнаружения при р = 0,95. Чувствительность характеризует изменение аналитического сигнала при изменении концентрации или количества (количественные характеристики смотри ниже). Предел обнаружения не является постоянной характеристикой аналитической реакции и в значительной степени зависит от условий протекания реакции: кислотности среды, концентрации реагентов, присутствия посторонних веществ, температуры и др. Обычно для обнаружения ионов применяют реакции с пределом обнаружения 10-7 г (0,1 мкг) в 1 мл раствора. Для обеспечения низкого предела обнаружения используют ряд приемов.

Справочник химика 21

Химия и химическая технология

Требования, которым должны отвечать качественные реакции

Требования, которым должны отвечать качественные реакции. 68 [c.4]

Требования, которым должны отвечать качественные реакции [c.68]

Химические реакции, применяемые для идентификации веществ в качественном анализе или лежащие в основе количественных методов определения, должны отвечать определенным требованиям. Одним из таких требований (характеристик) является предел обнаружения. Предел обнаружения — это минимальное количество вещества, которое можно определять с заданной погрешностью. По предложению ИЮПАК — это наименьшее содержание, при котором по данной методике можно обнаружить присутствие определяемого компонента с заданной доверительной погрешностью. Раньше вместо термина предел обнаружения применяли термин чувствительность . В настоящее время чувствительность относится к приборам, которую принято характеризовать изменением аналитического сигнала с изменением концентрации определяемого вещества. [c.524]

В химическом анализе используется лишь незначительная часть того многообразия реакций, которые свойственны данному иону. Обусловлено это тем, что аналитическая реакция должна отвечать некоторым требованиям, вне которых она не может быть применена на практике. Важнейшими из этих требований, с точки зрения качественного анализа, являются специфичность и чувствительность. Кроме того, аналитическая реакция должна протекать не слишком медленно и быть достаточно простой по выполнению. [c.9]

Смотреть страницы где упоминается термин Требования, которым должны отвечать качественные реакции: [c.8] [c.8] Смотреть главы в:

Аналитическая реакция требования

Анализ вещества, проводи­мый в растворах, называется анализом мокрым путем. Это основной путь полного определения соста­ва вещества. При этом применяют реакции образования осадка, окрашенных соединений или выделения газа. Эти реакции проводят обычно в пробирках. Ряд качест­венных реакций проводят на предметных стеклах и об­разующиеся кристаллы рассматривают под микроско­пом. Это так называемые микрокристаллоскопические реакции. Иногда прибегают к выполнению реакций ка­пельным методом. Для этого на полоску фильтроваль­ной бумаги наносят каплю испытуемого раствора и кап­лю реактива и рассматривают окраску пятна на бу­маге.

Реакции, проводимые сухим путем (не в раство­рах), обычно применяются как вспомогательные, глав­ным образом при предварительных испытаниях. Из ре­акций, проводимых сухим путем, чаще применяются ре­акции окрашивания перлов буры. В качественном анализе используются также пирохимические реакции: окраши­вание пламени в различные цвета летучими солями не­которых катионов.

В химическом анализе используется лишь незначи­тельная часть того многообразия реакций, которое свой­ственно данному иону

Для открытия ионов пользуются реакциями, сопро­вождающимися различными внешними изменениями, на­пример выпадением или растворением осадка, измене­нием окраски раствора, выделением газов, т. е. откры­ваемый ион переводят в соединение, внешний вид и свойства которого характерны и хорошо известны. Про­исходящее при этом химическое превращение называет­ся аналитической реакцией.

Вещества, с помощью которых выполняется открытие ионов, называются реактивами на соответствующие ио­ны. Реакции, характерные для какого-либо иона, назы­ваются частными реакциями этого иона.

Аналитическая реакция должна отвечать определен­ным требованиям. Она должна протекать не слишком медленно и быть достаточно простой по выполнению.

Для аналитических реакций важнейшими требова­ниями являются специфичность и чувствительность. Чем меньшее количество ионов вступает в реакцию с данным реактивом, тем более специфична данная реакция. Чем меньшее количество вещества может быть опреде­лено с помощью данного реактива, тем более чувстви­тельна эта реакция.

Чувствительность реакции можно охарактеризовать количественно при помощи двух показателей: открывае­мого минимума и предельного разбавления.

Открываемым минимумом называется наименьшее количество вещества или иона, которое может быть от­крыто данным реактивом при данных условиях.

Предельное разбавление характеризует наименьшую концентрацию вещества (или иона), при которой еще возможно открыть его данным реактивом.

Планирование дискриминирующих экспериментов
Для дискриминации гипотез используют эксперименты различного типа. Химические эксперименты. Различные тестовые реакции часто позволяют определить вероятность участия того или иного вещес .

Аналитическая реакция требования

Химические методы анализа

Все химические методы анализа основаны на добавлении к исследуемой пробе специально выбранного реагента R . Обычно пробу заранее переводят в раствор, создают подходящие условия для реакции (рН, температура и т.п.), добавляют вспомогательные реагенты (маскирующие вещества, индикаторы и др.), а затем вводят раствор основного реагента R . Его подбирают так, чтобы он взаимодействовал с определяемым компонентом (Х) и, по возможности, не реагировал с другими компонентами пробы. Если символом Y обозначить продукты реакции, любой химический метод будет соответствовать общей схеме:

X + R Y

К группе химических относят, прежде всего, три «классических» метода –

-качественный анализ растворов с применением групповых реагентов и реакций обнаружения

-гравиметрический (весовой) анализ

-титриметрический (объемный) анализ — самый важный из всех химических методов/

Классические методы в свое время сыграли основную роль при установлении состава природных веществ, с их помощью была установлена атомно-молекулярная структура веществ, открыты основные химические законы. Классические методы и сегодня используют в контрольно-аналитических лабораториях, хотя реже, чем раньше. К числу химических относят также кинетические, ферментативные и иммунохимические методы, газоволюмометрический анализ и некоторые другие методы, имеющие ограниченное применение.

Разумеется, химические реакции используют и в электрохимических, оптических, термических и других методах, широко применяемых на практике. Но в этих случаях в ходе реакции или после ее окончания измеряют какое-то физическое свойство исследуемой системы, применяя соответствующие измерительные приборы, а не только аналитические весы и мерную посуду, как в классических методах. Поэтому перечисленные выше методы нередко выделяют в особую группу физико-химических методов. Эти методы рассматриваются в главе 6 вместе с чисто физическими методами, не связанными с химическими реакциями.

Реакции, используемые в анализе

Аналитические реакции и требования к ним. Химические методы анализа основаны на проведении химической реакции между определяемым веществом Х и каким-либо реагентом R . Такие реакции часто называют аналитическими. Все они соответствуют общей схеме:

Х + R Y

и должны отвечать ряду общих требований:

  • проходить при комнатной температуре и атмосферном давлении;
  • протекать с большой скоростью. Желательно, чтобы равновесие устанавливалось как можно быстрее – за несколько секунд или, в крайнем случае, за несколько минут;
  • при установившемся равновесии степень превращения реагирующих веществ должна быть достаточно высокой. Желательно, чтобы реакция проходила количественно, со 100-процентным выходом продуктов ( Y );
  • реакция должна соответствовать определенному стехиометрическому уравнению.

Невыполнение любого из этих требований может привести к ошибочным результатам анализа, поэтому реакции, не обладающие перечисленными свойствами, в анализе практически не используют. Кроме общих требований к аналитическим реакциям, в рамках отдельных методов существуют дополнительные требования к реакциям или их продуктам, не имеющие общего характера. Например, в фотометрическом анализе реакция должна приводить к образованию веществ, сильно поглощающих свет, в гравиметрическом анализе – к образованию малорастворимых или летучих веществ. В качественном анализе для обнаружения Х можно применять только те реакции, которые дают заметный внешний эффект (образование осадков, появление или изменение окраски раствора и т.п.), а для титриметрического определения Х это условие вовсе не обязательно.

С учетом вышеизложенных требований в химических методах анализа преимущественно применяют реакции следующих типов:

· осаждения (осадки можно получать, проводя реакции любого типа, например кислотно-основные или окислительно-восстановительные)

Смотрите так же:  Льготы для мужчин

Кроме перечисленных выше реакций, в анализе иногда применяют и некоторые другие, в частности, отдельные реакции органического синтеза. В последние годы важную роль стали играть характерные для живого организма реакции с участием ферментов.

Как правило, аналитические реакции проводят в растворах. В качестве растворителя используют воду, а также другие жидкости, например, спирты, карбоновые кислоты, кетоны.

Все аналитические реакции в той или иной степени обратимы. Чтобы равновесие реакции было смещено в сторону образования продуктов, надо выбирать подходящие реагенты. Нужно также создавать такие условия проведения реакции, которые обеспечат ее протекание с требуемой полнотой, с количественным образованием продуктов. Находить подходящие условия можно эмпирически, «методом проб и ошибок», но гораздо быстрее и проще делать это расчетным путем.

Химические методы качественного анализа

Задачи качественного анализа и способы его проведения. Основная цель качественного анализа – получение информации о том, какие именно компоненты входят в состав исследуемой пробы. В ходе элементного качественного анализа выясняют, какие элементы входят в состав пробы. В ходе вещественного анализа выясняют, в какой степени окисления присутствует каждый элемент, какие именно ионы он образует в растворе. Можно проверять наличие в пробе тех или иных молекул (молекулярный качественный анализ). Важная задача — проверка присутствия молекул, имеющих заданные функциональные группы и другие заданные структурные элементы (структурно-групповой, или функциональный, анализ).

Результатом качественного анализа должна стать идентификация всех или некоторых компонентов исследуемого объекта, а иногда и отнесение самого этого объекта к определенному классу объектов. Компонент (или объект в целом) считают идентифицированным (опознанным с требуемой надежностью), если при исследовании пробы будут обнаружены признаки присутствия искомого компонента, его характеристические свойства, совпадающие со свойствами эталона.

Химические методы количественного анализа.

История и принцип метода. Гравиметрия — классический метод количественного химического анализа, который используется с давних времен. До середины XX века его называли весовым анализом, поскольку метод основан на взвешивании. Аналитическим сигналом в этом методе является масса вещества; как правило — масса некоторого продукта химической реакции.

Р.Бойль в конце XVII века стал разделять исследуемые вещества до далее не разложимых составных частей (он называл их элементами), а затем взвешивал их. По результатам взвешивания можно было рассчитать относительное содержание элемента в исходной пробе. Например, содержание золота или воды, которую Бойль тоже считал элементом. Но такой вариант весового анализа (метод выделения) возможен далеко не всегда. В конце XVIII века были разработаны другие варианты – метод осаждения (его создал шведский ученый Т.Бергман для анализа минералов) и метод отгонки, предложенный знаменитым французским химиком А.Лавуазье для анализа органических веществ. В обоих случаях искомый элемент выделяли и взвешивали не в свободном виде, а в виде некоторого соединения точно известного состава.

В начальный период развития химии гравиметрия была основным способом количественного анализа. Именно гравиметрическим методом химики получали экспериментальные данные, на основании которых на рубеже XVIII и XIX веков были созданы основные законы химии. В частности, закон сохранения суммарной массы веществ в ходе химических реакций (А.Лавуазье), закон эквивалентов (И.Рихтер), закон постоянства состава (Ж.Пруст) и другие. Результаты огромного множества анализов, выполненных гравиметрическим методом, позволили установить количественный состав и химические формулы всевозможных веществ, а также определить атомные массы большинства элементов (Й.Я.Берцелиус). Гравиметрию использовали и в качестве способа аналитического контроля в промышленности, хотя такому ее применению всегда мешала длительность и трудоемкость соответствующих методик анализа.

Еще в первой половине XIX века развитие теоретических основ и техники гравиметрического анализа привело к значительному повышению его точности. Этому также способствовало совершенствование аналитических весов. Абсолютная погрешность взвешивания снизилась до 0,0001 г, а в отдельных случаях – еще на 1-2 порядка. В настоящее время гравиметрия является одним из самых точных (правильных и воспроизводимых) методов количественного анализа. Нередко относительная погрешность результата анализа не больше 0,01 %. Предотвратить систематические погрешности помогает хорошо развитая теория метода.

Гравиметрия — универсальный метод, пригодный и для элементного, и для молекулярного, и для фазового анализа. Но практическое применение этого метода в настоящее время сократилось. Теперь так проводят анализы, если необходима высокая точность результатов, а длительность и трудоемкость методик не имеют принципиального значения. Гравиметрию используют для точного определения основных компонентов и важнейших примесей (содержание которых >0,1 %) в минералах, почвах, органических веществах, нефтепродуктах, химических реактивах и других объектах. Гравиметрическим методом выполняют особо ответственные анализы (арбитраж, определение драгоценных металлов), определяют состав стандартных образцов химического состава, стандартизуют исходные растворы для других, менее точных методов (титриметрия, фотометрия) или в ходе научных исследований.

Существуют три основных варианта гравиметрии: методы выделения, методы отгонки и методы осаждения. Последняя группа методов имеет наибольшую практическую значимость.

Методы выделения и методы отгонки. В методах выделения пробу переводят в раствор, из которого выделяют определяемый элемент в свободном виде, в виде осадка простого вещества. Примером может быть методика анализа горных пород, в которой золото переводят в солянокислый раствор (там оно существует в форме [ AuCl 4] — ), а затем восстанавливают:

Осадок отфильтровывают, высушивают и взвешивают.

Другой пример – определение серебра, меди и некоторых других металлов. Их соединения восстанавливают электрическим током на платиновом катоде

Этот вариант гравиметрии, получил особое название — электрогравиметрический анализ.

Методы отгонки включают термообработку пробы и/или обработку ее кислотами. В результате определяемый компонент превращается в какое-либо летучее соединение (химическая реакция в данном случае не обязательна). В прямых методах массу этого соединения находят по привесу сосуда, содержащего поглотитель, т.е. реагент, взаимодействующий с улавливаемым летучим соединением. Так, для определения карбонатов их переводят в углекислый газ, который отгоняют, а затем поглощают натронной известью (смесь NaOH и CaO ). Прямые методы применяют также при определении фтора, мышьяка и некоторых других элементов. Тот же принцип лежит в основе важнейшего метода элементного анализа органических соединений, так называемого СН-анализа. Навеску вещества сжигают в токе кислорода (иногда с добавкой других окислителей и специальных катализаторов). Продукты сгорания поступают в последовательно расположенные поглотительные трубки. В одной из них количественно и селективно поглощается образовавшийся углекислый газ. В другой, содержащей Mg ( ClO 4)2, поглощается вода. Массу углерода и водорода в исходной навеске рассчитывают по привесу соответствующих поглотителей.

Косвенные методы основаны на измерении убыли массы пробы после отгонки летучего компонента. Например, взвешивая пробу до и после нагревания при определенной температуре, определяют влажность почвы, кристаллизационную воду в кристаллогидратах, фракционный состав и зольность нефти.

Методы осаждения. В этом случае методика анализа включает следующие операции:

· взвешивание пробы (взятие навески);

· добавление избытка осадителя (получение осаждаемой формы определяемого вещества Х);

· промывание и фильтрование полученного осадка;

· высушивание или прокаливание этого осадка (перевод аналита в гравиметрическую форму);

· взвешивание гравиметрической формы.

Выполнение всех операций должно обеспечивать количественное (т.е. не сопровождающееся потерями) превращение определяемого компонента в гравиметрическую форму. Полноту осаждения Х и полноту удаления примесей из осадка при его промывании проверяют с помощью подходящих качественных реакций. Промытый на фильтре осадок высушивают или прокаливают вместе с фильтром до тех пор, пока масса не перестанет уменьшаться. Доведение до постоянной массы свидетельствует о полном удалении воды и летучих примесей, а в случае прокаливания — полноту сгорания фильтра и полноту перевода Х в гравиметрическую форму.

Гравиметрическое определение некоторых ионов можно представить такими схемами:

Fe 3+ Fe(OH)3 Fe2O3

SO4 2– BaSO4 BaSO4

Mg 2+ NH 4 MgPO 4 Mg 2 P 2 O 7

определяемый осаждаемая гравиметрическая

компонент форма форма

Расчет результата анализа. Аналитический сигнал в гравиметрии – это измеренная на аналитических весах масса получаемой в ходе данного анализа гравиметрической формы определяемого вещества — m (ГФ). Независимо от того, какой вариант анализа используют в том или ином случае, результаты рассчитывают с помощью гравиметрического фактора F . Это масса определяемого вещества, точно соответствующая одному грамму гравиметрической формы. Если молярная масса гравиметрической формы равна М (ГФ), а определяемого вещества — М(Х), то величину F рассчитывают по формуле:

(4.3).

При этом учитывают стехиометрию реакции осаждении. Берут такие коэффициенты a и b , чтобы уравнять количества атомов элемента Х в определяемом веществе и в гравиметрической форме. Например, при определении железа в виде Fe 2 O 3 фактор рассчитывают по формуле:

Точность вычисления величины F и результата анализа должна соответствовать точности взвешивания, поэтому расчет ведут с использованием как можно более точных значений молярных масс. Их выражают числами, содержащих не менее четырех значащих цифр. Такой же должна быть и величина F . Для распространенных методик гравиметрического анализа величину фактора F можно найти и в справочниках. Зная F , можно рассчитать результат анализа – массовую долю определяемого компонента Х в анализируемой пробе – по формуле:

Выбор осадителя. Реагенты-осадители выбирают с учетом свойств определяемого вещества и состава пробы. Учитывают и свойства осаждаемой и гравиметрической форм, которые можно получить с применением каждого возможного осадителя.

Требования к осаждаемой форме:

1. Селективность действия осадителя. Если это требование не выполняется, то есть в осадок может перейти не только определяемый компонент, но и другие компоненты пробы, то для получения правильного результата анализа придется маскировать либо предварительно удалять мешающие вещества, а также регулировать величину рН в процессе осаждения.

Смотрите так же:  Алименты с какого периода начисляются

2. Полнота осаждения. Допустимая концентрация Х в растворе над осадком должна быть не более 10 -6 моль/л. В этом случае потери Х за счет неполного осаждения не превысят 0,0002 г — обычную погрешность взвешивания на аналитических весах. Столь малыми потерями можно пренебречь.

3. Быстрое отделение осадка от раствора. Осадки легко фильтруются, если они образуются в крупнокристаллической форме. Аморфные осадки также стараются получить в плотной, компактной форме. Для образования осадков с такими свойствами необходимо создавать специальные условия их получения.

4. Осадок должен быть чистым, то есть не должен содержать никаких примесей, либо примеси должны легко удаляться при промывании и прокаливании. Основной примесью обычно является избыточный осадитель, поэтому в качестве осадителей следует использовать те соединения, которые при прокаливании легко разлагаются и полностью удаляются.

5. Осадок должен количественно, без потерь, превращаться в гравиметрическую форму постоянного состава. Поэтому нельзя применять осадки, вступающие в химические реакции с углеродом, образующимся при обугливании бумажного фильтра при прокаливании осадка. Фильтрование, промывание и прокаливание осадков с сильными окислительными свойствами проводят с использованием стеклянных фильтрующих тиглей.

Требования к гравиметрической форме:

1. Постоянный состав, строго соответствующий определенной химической формуле. Так, в качестве гравиметрической формы не могут быть использованы гидроксиды металлов, содержащие неопределенное количество воды, и другие соединения переменного состава.

2. Химическая устойчивость по отношению к кислороду воздуха и водяным парам. Если гравиметрическая форма не отвечает этому требованию (например, CaO ), ее взвешивают в плотно закрытом тигле, а охлаждают в эксикаторе, содержащем вещества, поглощающие воду.

3. Как можно большая величина молярной массы (т. е. как можно меньшая величина гравиметрического фактора F , см. ниже). В этом случае погрешность результата анализа уменьшится. Например, определение фосфора можно вести, получая разные гравиметрические формы: Mg 2 P 2 O 7 ( F =0,2783) или ( NH 4)3 PO 4 . 12МоО3 ( F =0,01639). При прочих одинаковых условиях (например, при той же погрешности взвешивания) погрешность определения фосфора по второй методике окажется приблизительно в 17 раз меньше, чем по первой.

Понятно, почему в качестве осадителя часто используют органические вещества с большой молярной массой. Этот способ дает весьма чистые крупнокристаллические осадки. Органические осадители более селективны, чем неорганические.

Выбор условий анализа.

1. Расчет массы исходной навески. При слишком малой навеске пробы аналитик не сумеет добиться необходимой точности, при слишком большой – потратит слишком много времени на проведение анализа. Эмпирически установлено, что оптимальная масса гравиметрической формы при получении кристаллического осадка составляет ≈ 0,5 г, при получении аморфного осадка ≈ 0,1 г. Чтобы рассчитать оптимальную навеску ( m пробы ) по формуле (4.4), необходимо заранее знать v — содержание определяемого компонента, хотя бы примерно.

2. Расчет необходимого количества осадителя. Такой расчет ведут по уравнению реакции; при этом, как и в предыдущем случае, надо знать ориентировочное содержание Х в пробе, а также массу исходной навески. Для обеспечения полноты осаждения обычно используют полуторакратный избыток осадителя по сравнению со стехиометрическим его количеством.

3. Оценка полноты осаждения и потерь осадка при его получении и промывании. Осаждение можно считать полным, а потери, не превышающими допустимого уровня, если масса потерянной гравиметрической формы не превышает погрешности взвешивания на аналитических весах (10 -4 г). Потери рассчитывают, исходя из растворимости осаждаемой формы ( S , моль/л), объема раствора ( V , л), из которого проводили осаждение, и объема промывных вод. Учитывают также молярную массу гравиметрической формы, то есть величину M (ГФ)

4. Выбор температуры высушивания или прокаливания осадка. При разработке методик гравиметрического анализа исследуют зависимость массы осадка от изменяющейся температуры. Для этого используют специальные приборы (термовесы или дериватографы), которые автоматически записывают термогравиметрические кривые в координатах m = f ( T ). В качестве примера на рис. 1приведена кривая, зарегистрированная при постепенном высушивании и прокаливании осадка (кристаллогидрата оксалата кальция). Горизонтальные участки указывают на области существования разных соединений кальция, которые последовательно превращаются друг в друга при нагревании (СаС2 O 4, СаС O 3 , Са O ). Изломы на кривой соответствуют температурам, при которых идет превращение одной формы в другую. Любое из этих соединений может быть выбрано в качестве гравиметрической формы, тогда температуру прокаливания осадка выбирают в пределах соответствующего горизонтального участка.

Требования, предъявляемые к аналитическим реакциям.

Аналитическое свойство должно быть характерным, присущим данному веществу или группе веществ. Например, вязкость, плотность – не характерные свойства. Характерные свойства – цвет, запах, растворимость, способность к поглощению электромагнитных излучений и полей. Аналитическое свойство должно иметь определенную интенсивность. Под интенсивностью понимают количественную характеристику свойства, отнесенную к единице концентрации вещества.

Большое значение имеет устойчивость аналитического свойства к посторонним воздействиям, которое повышает точность анализа.

Аналитические параметры реакций, которые можно измерять и фиксировать, являютсяся рН, электродный потенциал, концентрация компонентов, образование и растворение осадков, образование цветных продуктов.

Аналитические реакции обнаружения должны быть избирательными — проходить только с обнаруживаемым веществом и приводить к образованию достаточно характерных продуктов. Если для вещества нет такой реакции, подбирают групповые реакции, проходящие с несколькими веществами. Используют 2-3 реакции, стремясь к тому, чтобы посторонние вещества отличались при этом по своим свойствам, от определяемого.

Подготовка вещества для анализа.

К подготовительным операциям относятся:

Отбор средней пробы

Приготовление раствора для анализа

Отделение мешающих примесей

Выбор метода анализа.

На производстве приходится иметь дело с большим количеством сырья готовой продукции. Поэтому важно, чтобы химический состав отбираемой пробы в точности соответствовал среднему химическому составу всей партии анализируемого продукта.

Очистка вещества от примесей необходима в тех случаях, когда они вносят погрешность в результат анализа.

Для очистки от примесей используют:

Выбор метода анализа обусловлен размером анализируемой пробы, содержанием определяемого компонента, скоростью выполнения, наличием подходящего оборудования.

Правила, соблюдаемые при проведении качественного анализа.

В основе многих аналитических реакций лежит реакция осаждения.

Осаждение проводят в конических пробирках.

К анализируемому раствору медленно по каплям добавляют соответствующий реактив.

При осаждении необходимо перемешивать раствор.

После выпадения осадка надо проверять полноту осаждения. Для этого, после того как жидкость над осадком станет прозрачной, добавляют еще каплю осадителя. Если в растворе не появляется муть, полнота осаждения достигнута. В противном случае добавляют еще несколько капель осадителя.

Если для проведения осаждения необходимо нагревать раствор, то пробирки помещают в водяную баню.

Для отделения осадков от раствора применяют центрифугирование. После окончания центрифугирования осадок остается в конической части пробирки, центрифугат (надосадочная жидкость) осветляется.

Перед отделением центрифугата от осадка проверяют полноту осаждения.

Раствор отделяют от осадка пипеткой с резиновым колпачком.

Если нужно анализировать осадок, то его сначала промывают 2-3 раза дистиллированной водой.

Аналитические реакции. Аналитический признак.

Представленное для анализа вещество химик-аналитик может охарактеризовать двояко — качественно и количественно. В первом случае последует информация: из каких элементов, атомов, групп ионов или молекул состоит объект. Количественный анализ позволяет установить количественное соотношение компонентов, составляющих анализируемый объект.

Методы обнаружения и индетификации веществ подразделяются на химические, физико-химические и физические. Ниже подробно рассматриваются химические методы обнаружения веществ, основанные на химических реакциях.

Для открытия или обнаружения ионов или молекул вещества используют качественные химические реакции. Химическую реакцию, сопровождающуюся аналитическим признаком (аналитическим сигналом), по которому можно судить о наличии определяемого вещества называют аналитической реакцией. Качественные аналитические реакции проводят, добавляя к раствору анализируемого вещества другие вещества, называемые реагентами. Аналитическая реакция может протекать между твердыми, жидкими и газообразными веществами.

Практически все известные типы химических реакций (реакции осаждения, нейтрализации, окисления-восстановления, комплексообразования и т.д.) используют в химическом анализе для обнаружения ионов. Однако не всякая известная из курса неорганической химии реакция на катионы или анионы может быть пригодна для аналитических целей. Аналитическая реакция должна удовлетворять ряду требований, из которых важнейшие: реакция должна сопровождаться аналитическим признаком (сигналом), обладать низким пределом обнаружения. Аналитический признак – визуально наблюдаемое, инструментально фиксируемое изменение свойств веществ, вступающих в аналитические реакции.

К аналитическим признакам относят следующие:

1. Образование (или растворение) осадка с определенными свойствами: цвет, растворимость в определенных растворителях, форма кристалла;

2. Получение при действии реактива окрашенного соединения, например:

3. Выделение газа с известными свойствами. При растворении в хлороводородной кислоте CaCO3 и CaSO3 в обоих случаях выделяется газ, который при пропускании через баритовую воду образует внешне одинаковые осадки соответственно карбоната и сульфита бария.. Следовательно, с помощью баритовой воды нельзя различить CO2 и SO2 .Если же пропустить каждый из газов через подкисленный серной кислотой разбавленный раствор перманганата калия, то CO2 никаких изменений в окраске раствора не вызовет, а SO2 c перманганатом калия будет реагировать как восстановитель:

что приведет к исчезновению малиновой окраски раствора перманганата калия.

Предел обнаружения – наименьшее количество вещества, которое может быть определено данной реакцией с заданной вероятностью Р. Предел обнаружения обозначают Смин,Р , где:

С –содержание (концентрация) данного компонента; Р –вероятность ,с которой осуществляется обнаружение. Для уверенного обнаружения вероятность должна быть равна единице. Поэтому на практике пользуются пределом обнаружения при Р=1, т.е. Смин, 1 .Это наименьшее содержание обнаруживаемого вещества, при котором сигнал еще настолько интенсивен, что всегда получают положительный результат.

В современном качественном анализе обычно применяют реакции обнаружения ионов с пределом обнаружения 0,1 мкг (10 –7 г) в 1 мл раствора. Снизить предел обнаружения в химическом анализе можно различными приемами: капельной реакцией на фильтровальной бумаге или фарфоровой пластинке, применением органических реагентов, экстракцией и т.д.

Смотрите так же:  Служебная записка о необходимости работы в выходной день

Типы химических реакций. Весь арсенал химических реакций, которым располагают аналитики, можно разделить на реакции общие, групповые, селективные и специфичные.

Общие реакции­­­­­­ ­– реакции, аналитические сигналы которых одинаковы для многих ионов. Применяемый реагент также называют общим. При анализе смеси катионов в качестве общих реагентов используют осаждение гидроксидов, сульфатов, сульфидов, карбонатов и т.д., Полученные осадки обладают различной растворимостью в кислотах, основаниях, растворах аммиака. На основании этих свойств можно создать определенные условия (рН среды, присутствие солей аммония), когда с помощью данного общего реагента осаждаются только некоторые ионы. В этом случае общий реагент становится групповым. Например, осадки фосфатов образуют подавляющее большинство катионов (поэтому фосфат аммония является общим реагентом.), но фосфаты ряда катионов растворимы в аммиаке с образованием аммиакатов (растворимых комплексов). Поэтому фосфат аммония в присутствии NH3 * H2 O осаждает определенную группу катионов (Ba 2+ ,Sr 2+ ,Ca 2+ ,Mg 2+ ,Fe 2+ , Fe 3+ , Al 3+ ,Cr 3+ ,Bi 3+ ) и из общего реагента становится групповым, а реакцию называют групповой.

Групповые реакции – это частный случай общих реакций, используемых в конкретных условиях для выделения определенной группы ионов, обладающих близкими свойствами. Общие и групповые реакции применяют для выделения и разделения ионов сложной смеси.

Селективными или избирательными называют реакции, позволяющие в смеси ионов обнаруживать ограниченное число катионов или анионов. Так при действии NH4SCN на смесь катионов только два катиона образуют растворимые окрашенные комплексные соединения: [Fe (SCN)6] 3- и [Co(SCN)4] 2- .

Специфическими называют аналитические реакции, аналитический эффект которых характерен только для одного иона в присутствии других ионов. Таких реакций крайне мало. Ионы аммония , к примеру ,можно обнаружить в смеси ионов действуя на анализируемые образцы избытком раствора щелочи:

Выделяющийся аммиак легко обнаружить по изменению цвета индикаторной бумаги или органолептически (по запаху).

Требования предъявляемые к аналитическим реакциям. Чувствительность и специфичность аналитических реакций

1. Реакции должны протекать быстро.

2. Реакции должны быть практически необратимы.

3. Реакции должны сопровождаться внешним эффектом.

4. Реакция должна отличаться высокой чувствительностью и по возможности специфичностью.

Чувствительность аналитических реакций определяет возможность обнаружения вещества (ионов, молекул) в растворе. Она характеризуется предельным разбавлением, предельной концентрацией, минимальным объемом предельно разбавленного раствораи открываемым минимумом

Предельное разбавление (Vlim, мл/г) – максимальный объем раствора, в котором может быть обнаружен 1 г данного вещества при помощи данной аналитической реакции.

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

Предельная концентрация является обратной величиной предельного разбавления:

Минимальный объем предельно разбавленного раствора (Vmin, мл) – наименьший объем анализируемого раствора, необходимый для обнаружения открываемого вещества данной аналитической реакцией.

Открываемый минимум (m, мкг) – наименьшая масса определяемого вещества, которую при определенных условиях можно открыть действием данного реагента в минимальном объеме предельно разбавленного раствора.

Взаимосвязь между показателями чувствительности реакции выражается формулой:

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

Чувствительность аналитических реакций не является постоянной величиной и во многих случаях зависит от условий их выполнения, а также свойств образовавшихся продуктов реакции:

1. Соответствующая среда раствора.

Например, осадки, растворимые в кислотах, не могут выпадать из растворов в присутствии кислот, а осадки, растворимые в щелочах, не выпадают из растворов в щелочной среде. Если осадок растворим в кислотах и щелочах, его можно получить только в нейтральной среде. Таким образом, среда раствора оказывает существенное влияние на ход реакции.

2. Достаточная концентрация обнаруживаемого иона.

От концентрации определяемого иона непосредственно зависит чувствительность реакции, и с возрастанием ее чувствительность реакции обычно повышается.

3. Температура раствора.

Осадки, растворимые при нагревании, могут образоваться только при комнатной температуре. Некоторые аналитические реакции протекают лишь при нагревании. Осадки, растворимость которых возрастает с повышением температуры, выпадают из нагретого раствора не полностью или совсем не выпадают. Такая реакция должна выполняться на холоду.

4.Присутствие в растворе посторонних ионов.

Даже если они и не взаимодействуют с прибавляемым реагентом, обычно снижает чувствительность аналитической реакции. Для устранения мешающего влияния посторонних ионов используют маскирование. В качестве маскирующих неорганических веществ наиболее часто применяют фториды и фосфаты щелочных металлов и аммония. Из органических соединений маскирующим действием обладают винная, лимонная, щавелевая и некоторые другие кислоты. Эти вещества образуют с мешающими ионами прочные комплексные соединения, в результате чего их мешающее действие устраняется.

Наряду с чувствительностью реакций, большое значение для анализа имеет их специфичность.

Специфическими называют реакции, аналитический эффект которых характерен только для одного иона в присутствии других ионов. Примером специфической реакции является образование темно-синего осадка «берлинской лазури» при действии гексацианоферрата(II) калия

Специфические реакции представляют большой интерес для аналитической химии, так как они позволяют открывать нужный ион в присутствии других ионов.

13.Основные положения качественного анализа. Условия проведения аналитических реакций. Обнаружение ионов в смеси: дробный и систематический анализ.

1. Сущность и методы качественного анализа

Основной задачей качественного анализа является установление химического состава, т.е. обнаружение ионов (катионов и анионов), содержащихся в анализируемом веществе.

Химические методы обнаружения и идентификации веществ основаны на проведении аналитических реакций.

Аналитические реакции — качественные реакции, сопровождающиеся видимым изменением:

Образованием или растворением осадка.

Ba 2+ + SO4 2- → BaSO4↓ (белый кристаллический)

Ba 2+ + CO3 2- → BaCO3↓ (белый кристаллический)

BaSO4 не растворяется в кислотах, BaCO3 растворяется в кислотах.

Образованием характерных кристаллов.

Кристаллы CaSO4⋅2H2O в виде пучков или звездочек. Кристаллы

натрийуранилацетата CH3COONa⋅UO2(CH3COO)2 правильной тетраэдрической

или октаэдрической формы.

Появлении или изменении окраски растворов.

Водные растворы солей железа (III) окрашены в желтый цвет. При взаимодействии ионов Fe 3+ c тиоцианат-ионами раствор приобретает темно-красную окраску:

Fe 3+ + 3SCN — → Fe(SCN)3(темно-красная)

Выделение газа.

Реакции выделения газов используются для обнаружения анионов летучих и неустойчивых кислот, а также катионов аммония:

Обнаружение ионов проводят дробным и систематическим методом.Анализ, основанный на применении качественных специфических реакций называется дробным. В отдельных порциях раствора в произвольной последовательности проводят открытие отдельных катионов. Так на практическом занятии проводим анализ смеси катионов 4, 5 и 6 групп.

Однако, специфических реакций известно немного. Поэтому в качественном анализе применяют систематический ход анализа, при котором открытие ионов ведется в строгой последовательности, путем выделения групп катионов и анионов с помощью групповых реагентов. После чего внутри каждой группы с помощью тех или иных реакций разделяют и открывают индивидуальные катионы и анионы.

Систематический анализ используют в основном для обнаружения ионов в сложных многокомпонентных смесях. Он очень трудоемок и в настоящее время часто применяют дробно-систематический метод. При таком подходе используется минимальное число групповых реактивов, что позволяет наметить ход анализа в общих чертах, который затем осуществляется дробным методом.

14.Основные положения качественного анализа. Реактивы: специфические, избирательные, групповые. Требования к химическим реактивам в аналитической химии.

1. Сущность и методы качественного анализа

Основной задачей качественного анализа является установление химического состава, т.е. обнаружение ионов (катионов и анионов), содержащихся в анализируемом веществе.

Химические методы обнаружения и идентификации веществ основаны на проведении аналитических реакций.

Аналитические реакции — качественные реакции, сопровождающиеся видимым изменением:

Образованием или растворением осадка.

Ba 2+ + SO4 2- → BaSO4↓ (белый кристаллический)

Ba 2+ + CO3 2- → BaCO3↓ (белый кристаллический)

BaSO4 не растворяется в кислотах, BaCO3 растворяется в кислотах.

Образованием характерных кристаллов.

Кристаллы CaSO4⋅2H2O в виде пучков или звездочек. Кристаллы

натрийуранилацетата CH3COONa⋅UO2(CH3COO)2 правильной тетраэдрической

или октаэдрической формы.

Появлении или изменении окраски растворов.

Водные растворы солей железа (III) окрашены в желтый цвет. При взаимодействии ионов Fe 3+ c тиоцианат-ионами раствор приобретает темно-красную окраску:

Fe 3+ + 3SCN — → Fe(SCN)3(темно-красная)

Выделение газа.

Реакции выделения газов используются для обнаружения анионов летучих и неустойчивых кислот, а также катионов аммония:

Реактивы, используемые в химическом анализе, делят на группы, относительно реакций в которых они участвуют:

1) Специфический реактив(характерный)реактив, с помощью которого в исследуемом растворе обнаруживают один ион.

2)Избирательный реактив – реактивы, позволяющие обнаружить несколько ионов.

3) Групповой реактив – (общий, селективный) реактив взаимодействует в растворе одновременно с несколькими ионами, имеющими общие химические свойства и объединенные в одну группу.

Основными требованиями к химическим реактивам является их чистота. При использовании загрязненных реактивов, содержащих примеси, результаты анализа получаются неверными. По степени чистоты химические реактивы классифицируют на технические (т), чистые(ч) – содержат примеси до 2,0%, чистые для анализа (чда) – до 1,0%, химически чистые (хч) – менее 0,1%, высоко чистые (вэч) и особо чистые (осч). Две последние группы реактивов характеризуются высокой чистотой: 0,01-0,00001% примесей. Чистота реактивов регламентируется ГОСТами и техническими условиями.

Для проведения большинства аналитических работ пользуются реактивами с марками хч и чда. В химические лаборатории реактивы поступают в соответствующей таре, которая снабжена этикеткой. На этикетке указаны название и химическая формула соединения, а также степень чистоты и количественное присутствие допустимых примесей.

Author: admin