Абсолютный и качественный анализ. Кафедра фармацевтической химии

Классификация методов качественного анализа.

Предмет и задачи аналитической химии.

Аналитической химией называют науку о методах качественного и количественного исследования состава веществ (или их смесей). Задачей аналитической химии является развитие теории химических и физико-химических методов анализа и операций в научных исследованиях.

Аналитическая химия состоит из двух основных разделов: качественный анализ состоит в “открытии “, т.е. обнаружении отдельных элементов (или ионов), из которых состоит анализируемое вещество. Количественный анализ заключается в определении количественного содержания отдельных составных частей сложного вещества.

Практическое значение аналитической химии велико. С помощью методов хим. анализа открыты законы: постоянства состава, кратных отношений, определены атомные массы элементов, химические эквиваленты, установлены формулы многих соединений.

Аналитическая химия способствует развитию естественных наук - геохимии, геологии, минералогии, физики, биологии, технологических дисциплин, медицины. Химический анализ - основа современного химико-технологического контроля всех производств, в которых производится анализ сырья, продукции и отходов производства. По результатам анализа судят о течении технологического процесса и о качестве продукции. Химические и физико-химические методы анализа лежат в основе установления госстандарта на всю выпускаемую продукцию.

Велика роль аналитической химии в организации мониторинга окружающей среды. Это мониторинг загрязнения поверхностных вод, почв ТМ, пестицидами, нефтепродуктами, радионуклидами. Одной из задач мониторинга является создание критериев, устанавливающих пределы возможного экологического ущерба. Например ПДК - предельно-допустимая концентрация - это такая концентрация, при воздействии которой на организм человека, периодически или в течении всей жизни, прямо или косвенно через экологические системы, не возникает заболеваний или изменений состояния здоровья, обнаруживаемые современными методами сразу же или в отдаленные сроки жизни. Для каждого хим. вещества имеется свое значение ПДК.

Классификация методов качественного анализа.

Исследуя новое соединение, прежде всего определяют, из каких элементов (или ионов) оно состоит, а затем уже количественные отношения, в которых они находятся. Поэтому качественный анализ, как правило, предшествует количественному анализу.

Все аналитические методы основаны на получении и измерении аналитического сигнала, т.е. 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 т.д. 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 NaNH 4 PO 4 ∙ 4 H 2 O, Na 2 B 4 O 7 ∙ 10 H 2 O - 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 т.д.

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 т.д. Эти виды анализа используются в предварительных испытаниях и в качестве “экспресс” - метода.

Анализ методом растирания. (1898г. 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” путем - это анализ образца, 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 растворов 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 - 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 хим. реагенты делятся на группы:

1) по химическому составу (карбонаты, гидроксиды, сульфиды и т.д.)

2) по степени очистки основного компонента.

Условия выполнения хим. анализа:

1. Среда реакции

2. Температура

3. Концентрация определяемого иона.

Среда. Кислая, щелочная, нейтральная.

Температура. Большинство хим. реакций выполняются при комнатных условиях “на холоду”, или иногда требуется охладить под краном. 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

Cu 2+ + 4NH 3 = 2+ ¯ярко-синий комплекс

Предельное разбавление иона меди равно (Vlim = 2,5 · 10 5 мг/л), т.е. 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 / V lim

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

2K + + Na 3 [ Co(NO 2) 6 ] ® NaK 2 [ Co(NO 2) 6 ] ¯ + 2Na +

Предельная концентрация ионов К + при этой аналитической реакции равна С lim = 10 -5 г/мл, т.е. 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 мл.

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 = C lim · V min × 10 6 = V min × 10 6 / V lim

Показатель чувствительности аналитической реакции определяется

pС lim = - lg C lim = - lg(1/Vlim) = lg V lim

Ан. 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 ан. реакции.

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

4. Соблюдения условий выполнения ан. Реакций (t, рН, количество реагента, его чистота)

5. Присутствии и удаления 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 - = NH 3 ­ (запах) + H 2 O

Fe 3+ + CNS - = Fe(CNS) 3 ¯

кроваво-красный

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

Например:

NH 4 + + Na 3 = NH 4 Na

K + + Na 3 = NaК 2

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

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

СaCI 2 + (NH 4) 2 CO 3 = CaCO 3 + 2 NH 4 CI

BaCI 2 + (NH 4) 2 CO 3 = BaCO 3 + 2 NH 4 CI

SrCI 2 + (NH 4) 2 CO 3 = SrCO 3 + 2 NH 4 CI

. Цель, возможные методы. Качественный химический анализ неорганических и органических веществ

Качественный анализ имеет своей целью обнаружение определенных веществ или их компонентов в анализируемом объекте. Обнаружение проводится путем идентификации веществ, то есть установления тождественности (одинаковости) АС анализируемого объекта и известных АС определяемых веществ в условиях применяемого метода анализа. Для этого данным методом предварительно исследуют эталонные вещества (гл. 2.1), в которых наличие определяемых веществ заведомо известно. Например, установлено, что присутствие спектральной линии с длиной волны 350,11 нм в эмиссионном спектре сплава, при возбуждении спектра электрической дугой, свидетельствует о наличии в сплаве бария; посинение водного раствора при добавлении к нему крахмала является АС на присутствие в нем I 2 и наоборот.

Качественный анализ всегда предшествует количественному.

В настоящее время качественный анализ выполняют инструментальными методами: спектральными, хроматографическими, электрохимическими и др. Химические методы используют на отдельных стадиях инструментальных (вскрытие пробы, разделение и концентрирование и др.), но иногда с помощью химического анализа можно получить результаты более просто и быстро, например, установить наличие двойных и тройных связей в непредельных углеводородах при пропускании их через бромную воду или водный раствор KMnO 4 . При этом растворы теряют окраску.

Детально разработанный качественный химический анализ позволяет определять элементный (атомный), ионный, молекулярный (вещественный), функциональный, структурный и фазовый составы неорганических и органических веществ.

При анализе неорганических веществ основное значение имеют элементный и ионный анализы, так как знание элементного и ионного состава достаточно для установления вещественного состава неорганических веществ. Свойства органических веществ определяются их элементным составом, но также и структурой, наличием разнообразных функциональных групп. Поэтому анализ органических веществ имеет свою специфику.

Качественный химический анализ базируется на системе химических реакций, характерных для данного вещества - разделения, отделения и обнаружения.

К химическим реакциям в качественном анализе предъявляют следующие требования.

1. Реакция должна протекать практически мгновенно.

2. Реакция должна быть необратимой.

3. Реакция должна сопровождаться внешним эффектом (АС):

а) изменением окраски раствора;

б) образованием или растворением осадка;

в) выделением газообразных веществ;

г) окрашиванием пламени и др.

4. Реакция должна быть чувствительной и по возможности специфичной.

Реакции, позволяющие получить внешний эффект с определяемым веществом, называют аналитическими , а добавляемое для этого вещество - реагентом . Аналитические реакции, проводимые между твердыми веществами, относят к реакциям «сухим путем », а в растворах - «мокрым путем ».

К реакциям «сухим путем» относятся реакции, выполняемые путем растирания твердого исследуемого вещества с твердым реагентом, а также путем получения окрашенных стекол (перлов) при сплавлении некоторых элементов с бурой.

Значительно чаще анализ проводят «мокрым путем», для чего анализируемое вещество переводят в раствор. Реакции с растворами могут выполняться пробирочным, капельным и микрокристалли-ческим методами. При пробирочном полумикроанализе его выполняют в пробирках вместимостью 2-5см 3 . Для отделения осадков используют центрифугирование, а выпаривание ведут в фарфоровых чашечках или тиглях. Капельный анализ (Н.А. Тананаев, 1920 г.) осуществляют на фарфоровых пластинках или полосках фильтрованной бумаги, получая цветные реакции при добавлении к одной капле раствора вещества одной капли раствора реактива. Микрокристаллический анализ основан на обнаружении компонентов с помощью реакций, в результате которых образуются соединения с характерным цветом и формой кристаллов, наблюдаемых в микроскоп.

Для качественного химического анализа используют все известные типы реакций: кислотно-основные, окислительно-восстановительные, осаждения, комплексообразования и другие.

Качественный анализ растворов неорганических веществ сводится к обнаружению катионов и анионов. Для этого используют общие и частные реакции. Общие реакции дают сходный внешний эффект (АС) со многими ионами (например, образование катионами осадков сульфатов, карбонатов, фосфатов и т.д.), а частные - с 2-5 ионами. Чем меньше число ионов дают сходный АС, тем селективнее (избирательнее) считается реакция. Реакция называется специфической , когда позволяет обнаружить один ион в присутствии всех остальных. Специфической, например, на ион аммония является реакция:

NH 4 Cl + KOH  NH 3  + KCl + H 2 O

Аммиак обнаруживают по запаху или по посинению красной лакмусовой бумажки, смоченной в воде и помещенной над пробиркой.

Селективность реакций можно повысить, изменяя их условия (рН) или применяя маскирование. Маскирование заключается в уменьшении концентрации мешающих ионов в растворе меньше предела их обнаружения, например путем их связывания в бесцветные комплексы.

Если состав анализируемого раствора несложен, то его после маскировки анализируют дробным способом. Он заключается в обнаружении в любой последовательности одного иона в присутствии всех остальных с помощью специфических реакций, которые проводят в отдельных порциях анализируемого раствора. Поскольку специфических реакций немного, то при анализе сложной ионной смеси используют систематический способ. Этот способ основан на разделении смеси на группы ионов со сходными химическими свойствами путем перевода их в осадки с помощью групповых реактивов, причем групповыми реактивами воздействуют на одну и ту же порцию анализируемого раствора по определенной системе, в строго определенной последовательности. Осадки отделяют друг от друга (например, центрифугированием), затем растворяют определенным образом и получают серию растворов, позволяющих в каждом обнаружить отдельный ион специфической реакцией на него.

Существует несколько систематических способов анализа, называемых по применяемым групповым реактивам: сероводородный, кислотно-основный, аммиачно-фосфатный и другие. Классический сероводородный способ основан на разделении катионов на 5 групп путем получения их сульфидов или сернистых соединений при воздействии H 2 S, (NH 4) 2 S, NaS в различных условиях.

Более широко применяемым, доступным и безопасным является кислотно-основный метод, при котором катионы разделяют на 6 групп (табл. 1.3.1.). Номер группы указывает на последовательность воздействия реактивом.

Таблица 1.3.1

Классификация катионов по кислотно-основному способу

Анионы при анализе в основном не мешают друг другу, поэтому групповые реактивы применяют не для разделения, а для проверки наличия или отсутствия той или иной группы анионов. Стройной классификации анионов на группы не существует.

Наиболее простым образом их можно разделить на две группы по отношению к иону Ba 2+ :

а) дающие хорошо растворимые соединения в воде: Cl - , Br - , I - , CN - , SCN - , S 2- , NO 2 2- , NO 3 3- , MnO 4- , CH 3 COO - , ClO 4 - , ClO 3 - , ClO - ;

б) дающие плохорастворимые соединения в воде: F - , CO 3 2- , CsO 4 2- , SO 3 2- , S 2 O 3 2- , SO 4 2- , S 2 O 8 2- , SiO 3 2- , CrO 4 2- , PO 4 3- , AsO 4 3- , AsO 3 3- .

Качественный химический анализ органических веществ подразделяют на элементный , функциональный , структурный и молекулярный .

Анализ начинают с предварительных испытаний органического вещества. Для твердых измеряют t плав. , для жидких - t кип или , показатель преломления. Молярную массу определяют по понижению t замерз или повышению t кип, то есть криоскопическим или эбулиоскопическим методами. Важной характеристикой является растворимость, на основе которой существуют классификационные схемы органических веществ. Например, если вещество не растворяется в Н 2 О, но растворяется в 5%-ном растворе NaOH или NaHCO 3 , то оно относится к группе веществ, в которую входят сильные органические кислоты, карбоновые кислоты с более чем шестью атомами углерода, фенолы с заместителями в орто- и параположениях, -дикетоны.

Таблица 1.3.2

Реакции для идентификации органических соединений

Элементным анализом обнаруживают элементы, входящие в молекулы органических веществ (C, H, O, N, S, P, Cl, и др.). В большинстве случаев органическое вещество разлагают, продукты разложения растворяют и в полученном растворе определяют элементы как в неорганических веществах. Например, при обнаружении азота пробу сплавляют с металлическим калием, получая KCN, который обрабатывают FeSO 4 , переводят в K 4 . Добавляя к последнему раствор ионов Fe 3+ , получают берлинскую лазурь Fe 4 3 - (AC на присутствие N).

Качественный анализ - это метод, используемый в аналитической химии для определения ионов внутри вещества. Проанализируем его особенности, а также варианты практического применения элементов в аналитической химии.

Классификация

Качественный анализ - это метод, который предполагает деление на несколько групп:

• химические, которые основываются на каком-либо внешнем эффекте;
• физические, позволяющие определять состав с помощью тепловых, магнитных, электрических свойств;
• физико-химические, базирующиеся на анализе физических процессов, происходящих в результате химических взаимодействий.

При проведении экспериментов выбирается та разновидность, которая больше всего подходит в конкретном случае.

Предназначение

Качественный анализ - это открытие ионов, химических элементов, молекул, групп в анализируемой пробе вещества. Его целью является обнаружение определенных ионов либо элементов, которые есть в составе соединения.

Определение качественного анализа объясняет применение в его рамках физических и химических свойств вещества.

Избирательность

Из многочисленных химических реакций применяют для обнаружения ионов либо элементов только те процессы, которые характеризуются внешним результатом. Методы качественного анализа эффективны при образовании осадка, выделении газа, изменении окраски, выделении энергии. Все процессы, лежащие в основе метода, именуют аналитическими реакциями.

Качественный анализ - это способ, который базируется на селективных (специфичных) процессах, проявляемых у конкретного иона (группы элементов).

Требования к реакциям

Существуют определенные требования, которые предъявляются к взаимодействиям в качественном анализе:

• быстрота и необратимость протекания;
• внешние признаки (осадок, газ, цвет);
• высокая чувствительность

Специфичной называют такую реакцию, которая дает возможность обнаруживать необходимый элемент даже в случае его минимальных концентраций, причем при присутствии в смеси иных элементов.

Чувствительность определяется минимальным количеством выявляемого элемента, при которой он обнаруживается без дополнительного обогащения раствора. Это важная характеристика качественного анализа, позволяющая вести речь об эффективности проведенного (планируемого) эксперимента.

Методы проведения

Выделяют следующие методы качественного и количественного анализа:

• по числу выявляемых частиц: элементарный, функциональный, фазовый, изотопный, молекулярный;
• по количеству соединения, взятого для проведения анализа: макро- (более 100 мг, 5 мл), микро- (не больше 0,1 мл, 1 - мг), полумикро - (средний диапазон), ультрамикрометоды (вещества берется меньше 0,1 мг, 0,05 мл);
• по определяемому объекту: органический и неорганический.

Небольшая справка

Краткая характеристика качественного и количественного анализа позволяет понять их основные различия. При качественном анализе образец может быть в виде раствора либо сухого материала, в котором присутствует сразу несколько соединений. Анализ образца осуществляют дробной методикой, открывая ионы с помощью определенных качественных реакций.

Сначала выявляют наличие катиона аммония, так как его легче всего вывести с помощью реагентов из смеси. Далее осуществляется выявление анионов, подводятся итоги о составе имеющейся пробы.

Как определить катион аммония

Для того чтобы открыть данные ионы, в качественном анализе используются две методики. Первый вариант базируется на добавлении раствора щелочи (гидроксида активного металла). Несколько капель рассматриваемого раствора либо соли аммония обрабатывают раствором гидроксида натрия (калия). В результате качественной реакции наблюдается выделение газообразного аммиака. Для его обнаружения применяют индикаторную бумагу (фенолфталеин становится малиновым).

Второй способ определения катионов аммония в пробе предполагает использование реактива Несслера. Несколькими его каплями обрабатывают избыток щелочи для осаждения цветных оснований, которые мешают наблюдению осадка, появляющегося в результате взаимодействия с реактивом Несслера катиона аммония.

Данный реактив - это комплексная соль калия и ртути, дающая с катионом аммония красно-бурый осадок. Его используют для определения в смеси катионов кальция.

Определение катионов кальция

Для проведения качественного анализа допустимо применение микроскопической реакции в виде гипса. К нескольким каплям анализируемого раствора прибавляют одну каплю концентрированной серной кислоты. Спустя пару минут переносят ее на предметное стекло, выпаривают до образования каемки. Результат эксперимента изучают под микроскопом.

Второй вариант обнаружения катионов кальция в анализируемой пробе основывается на окрашивании летучими солями кальция бесцветного пламени спиртовки в насыщенный кирпично-красный цвет.

Определение катионов железа

Двухвалентное и трехвалентное железо обнаруживают из начального раствора, так как под действием некоторых химических реактивов (перекиси водорода, щелочи, сероводорода) происходит изменение степени окисления с +2 до +3. Для обнаружения катиона железа со степенью окисления +2 необходимо к испытуемому раствору прибавить смесь гексацианоферрата (3) калия и соляной кислоты. При появлении насыщенного синего осадка берлинской лазури можно вести речь о содержании в растворе Fe 2+ .

Для того чтобы определить трехвалентное железо, нужно добавить к раствору соли K 4 и Появление насыщенного синего цвета является подтверждением присутствия в растворе Fe 3+ .

Способы обнаружения Co2+, Ni2+, Cr3+

У данных катионов есть специфические реакции, поэтому их можно обнаруживать в порциях начального раствора. Для обнаружения катиона кобальта к имеющемуся раствору добавляют по каплям ацетат натрия до получения кислой среды. Потом к раствору добавляют фторид натрия (или аммония) и NH4NCS, чтобы катион железа связался в комплекс, далее экстрагируют изоамиловым спиртом.

При образовании комплексного соединения наблюдается окрашивание органического слоя растворителя в синий цвет.

Для открытия в анализируемом растворе катиона никеля используют раствор фторида натрия (убирают катионы двухвалентного железа и меди), потом добавляют нашатырный спирт и несколько капель диметилглиоксима. При наличии катиона никеля наблюдается появление осадка насыщенного красного цвета.

Для выявления катиона трехвалентного хрома к раствору добавляют несколько капель раствора уксусной кислоты и ацетата натрия, а также избыток комплексона 3 (ЭДТА). Затем всю смесь нагревают на водяной бане. Появление фиолетовой окраски свидетельствует о наличии в анализируемом растворе катиона трехвалентного хрома.

Определение анионов

Для выявления сульфата используют взаимодействие с хлоридом бария. К нескольким каплям раствора, в котором есть данный анион, добавляют несколько капель хлорида бария. Сульфат бария обрабатывают раствором азотной или соляной кислоты, появляющийся осадок не растворяется.

Карбонат можно выявить в растворе с помощью специфической реакции с соляной кислотой. При наличии в растворе карбоната наблюдается выделение углекислого газа.

Хлорид можно найти в анализируемом растворе, воспользовавшись нитратом серебра. Появление белого творожистого осадка является подтверждением присутствия хлорида.

КАЧЕСТВЕННЫЙ ХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ, получение информации о качественном составе вещества, о природе его компонентов; один из основных видов химического анализа. Цели качественного химического анализа - обнаружение и идентификация компонентов аналитической пробы и/или опознание её как целостного объекта. Исходя из природы компонентов, различают изотопный, элементный, молекулярный, фазовый, структурно-групповой (функциональный) и другие виды качественного химического анализа. Обычно качественный химический анализ предшествует количественному химическому анализу.

Качественный химический анализ выполняют химическими методами анализа, физическими методами анализа, физико-химическими методами анализа и биохимическими методами анализа; используют также биологический метод анализа. Свойства пробы сравнивают со свойствами эталона, состав которого известен. Обычно эталон - предполагаемый компонент в чистом виде или его раствор. Свойства эталона могут быть изучены заранее и представлены в таблицах, справочниках и других базах данных. Совпадение какого-либо свойства пробы и эталона - единичный признак присутствия компонента; при этом компонент считают идентифицированным, если при испытании пробы выявлен ряд его независимых характеристик. Чем этих характеристик больше и чем они более специфичны именно для данного компонента, тем выше достоверность идентификации. Неспецифичность характеристик может приводить к ложной идентификации. Вывод «компонент отсутствует» также может быть ошибочным, если в пробе есть вещества, маскирующие опознаваемый компонент (например, переводящие его в другую форму), либо концентрация компонента в пробе ниже некоторого значения (предела обнаружения), зависящего от природы данного компонента и методики качественного химического анализа. Предел обнаружения (C min) - минимальное содержание компонента, необходимое для его обнаружения по данной методике с заданной надёжностью. Отрицательный результат обычно означает, что содержание компонента в пробе ниже C min .

До середины 17 века качественный химический анализ сводился к распознаванию чистых веществ по их цвету, запаху, вкусу, плотности и т.п.; учитывалось также изменение свойств пробы при прокаливании, окрашивание пламени при внесении в него вещества и др. Начиная с работ Р. Бойля, получил распространение элементный качественный химический анализ. Основным методом анализа стало проведение качественных химических реакций: к раствору пробы добавляют химический реагент, взаимодействующий с искомым компонентом, и о наличии в пробе этого компонента судят по образованию или исчезновению осадка, изменению цвета раствора, выделению газа и др. При образовании кристаллического осадка о его составе судят в основном по цвету, растворимости и форме кристаллов (на исследовании кристаллических осадков основана микрокристаллоскопия). Специфические качественные реакции позволяют обнаружить компонент без его выделения из пробы - так называемый дробный анализ (например, при взаимодействии иода с крахмалом синее окрашивание раствора однозначно указывает на присутствие иода). Неспецифичность многих качественных реакций потребовала разработки сложных схем систематического качественного химического анализа, включающих последовательное выделение из пробы групп ионов с подобными свойствами с помощью различных осадителей - групповых реагентов. В 18 веке шведским химиком Т. Бергманом предложена и в 19 веке немецкими химиками Г. Розе и К. Фрезениусом усовершенствована сероводородная схема систематического разделения и обнаружения химических элементов, основанная на использовании в качестве группового реагента Н 2 S. В анализе минералов и сплавов эту схему успешно использовали до 1970-х годов.

В конце 19 века В. Оствальд предложил рассматривать реакции разделения и обнаружения элементов в растворах как ионные реакции. Были предложены селективные и высокочувствительные реагенты органические на различные катионы и анионы, например, диметилглиоксим - реактив Чугаева (Л. А. Чугаев, 1905) для специфического обнаружения ионов Ni 2+ . Использование органических реагентов и маскирующих веществ при проведении качественного химического анализа способствовало созданию надёжных методик капельного анализа неорганических веществ (российский химик Н. А. Тананаев, австрийский химик Ф. Файгль). Успешно развивался качественный химический анализ органических веществ. Элементы, входящие в их состав (С, Н, N, О, S, Р, галогены), распознавали с помощью качественных реакций после термического разложения пробы и превращения элементов в реакционноспособные формы. Для установления состава и структуры органических соединений использовали химические методы функционального анализа.

Во 2-й половине 20 века чаще стали использоваться физические и физико-химические методы качественного химического анализа, имеющие ряд преимуществ перед химическими. Как правило, физические методы отличаются большей селективностью, экспрессностью, легче автоматизируются и дают более надёжные результаты. Если для химических методов C min порядка 10ˉ 4 ―10ˉ 6 моль/дм 3 , то некоторые физические методы позволяют обнаруживать примеси на уровне 10ˉ 8 ―10ˉ 12 моль/дм 3 . Физические методы основаны на измерении тех свойств пробы и эталона, которые зависят от природы, но не от содержания компонента. Так, при проведении атомно-эмиссионного спектрального анализа регистрируют спектр пробы, измеряют длины волн спектральных линий и проверяют наличие линий, характерных для искомого элемента и не зависящих от присутствия других элементов. Совпадение множества линий с точностью до погрешности измерения длины волны надёжно доказывает присутствие искомого элемента в пробе. Другие важные физические методы качественного химического анализа - рентгеновский спектральный анализ, ИК-спектроскопия, масс-спектрометрия, хромато-масс-спектрометрия. Реже используют кинетические и электрохимические методы анализа (например, полярографию), люминесцентный анализ. Резонансные методы (ЯМР- и ЭПР-спектрометрия) применяют для идентификации и установления структуры чистых веществ, а также для анализа смесей. Качественный химический анализ смесей органических веществ (нефтепродукты, лекарственные препараты, белки и др.) обычно включает фракционирование или полное разделение пробы методами хроматографии, экстракции, электрофореза и др. Характеристики удерживания компонентов в хроматографической колонке используются и для их идентификации. Современные направление в развитии качественного химического анализа - создание систем компьютерной идентификации, использующих базы данных или алгоритмы распознавания образов.

Литературу смотри при статьях Аналитическая химия, Химический анализ.

Химические методы качественного анализа

Химические методы химического анализа

Химический способ сравнения природы и количества частиц определяемого компонента с его названием и единицей измерения (1 моль) реализован в способе сравнения с эталоном единицы величины количества компонента путём проведения химической реакции, основанной на определённых химических свойствах искомого компонента, подчиняющейся законам сохранения в конкретных условиях её проведения. В первую очередь, эти реакция подчиняются закону постоянства химического состава, закону сохранения массы или количества элемента при химических взаимодействиях, закону эквивалентов.

Химические методы качественного анализа

Химические методы качественного химического анализа вещества объекта анализа основанына проведении химических реакций с определяемым компонентом в пробе анализируемого вещества с реагентом, дающим визуально наблюдаемый аналитический эффект (аналитический сигнал ). Можно наблюдать следующие аналитические эффекты: выпадение или растворение осадка, изменение окраски анализируемого вещества, выделение газа, появление запаха, окрашивание бесцветного пламени горелки при внесение анализируемого вещества в пламя горелки.

Химическую реакцию, дающую визуально наблюдаемый аналитический эффект, называют аналитической реакцией.

Примеры аналитических реакций:

1. Выпадение окрашенного осадка

2.Изменение окраски раствора

3. Выделение газа с поверхности твёрдого вещества

4. Окрашивание бесцветного пламени горелки: при внесении в пламя горелки анализируемого вещества, содержащего конкретные ионы, пламя окрашивается в

Желтый цвет ионами Na +

Желто-зеленый цвет ионами Ba 2+ , Mo;

Зелено-голубойцвет ионами Cu 2+

Зелёный цвет ионами бора

Изумрудно-зелёный цвет ионами Те

Кирпично-красный цвет ионами Ca 2+

Кармино-красный (малиновый) цвет ионами Li;

Темно-красный цвет ионами Sr 2+

Синий цвет ионами In 3+ и Tl + , Sb, As, Pb, Se

Сине-фиолетовый цвет ионами Rb + ;

Бледно-фиолетовый цвет ионами К + и Ga 3+

Фиолетово-синий цвет ионами Сs + .

Способ сравнения с эталоном при проведении качественного анализа химическим методом следующий. Сначала проводят аналитическую реакцию с веществом сравнения (эталоном), в котором со 100 %-ной уверенностью известно, что в нём содержится определяемый компонент в конкретной форме нахождения (аналитической форме). Наблюдают аналитический эффект.

Аналитические реакции и реагенты, согласно рекомендации международной химической организации ИЮПАК, подразделяют на специфические и избирательные (селективные) .

Для повышения достоверности результата анализа переводят определяемый компонент в аналитическую форму, соответствующую форме нахождения элементов в веществе сравнения.

Если эффекты окажутся идентичными, то принимают решение с высокой долей уверенности о присутствии определяемого компонента в пробе анализируемого вещества.

Если эффекты окажутся неидентичными, то решение будет неопределённым. Неопределенность решения может быть обусловлена тремя причинами:

1) искомый компонент в пробе анализируемого вещества отсутствует;

2) его содержание меньше предела обнаружения данной аналитической реакции; Аналитические реагенты и аналитические реакции позволяют обнаруживать определяемый компонент в пробе вещества, если его содержание превышает некоторый минимальный предел (предел обнаружения ). Если концентрация определяемого компонента ниже этого предела, то и содержание аналитической формы (например, окрашенного соединения) окажется настолько незначительной, что визуально невозможно будет зарегистрировать аналитический сигнал.

3) искомый компонент присутствует, но мешающее влияние других компонентов не позволяют его обнаружить. Вещество объектов химического анализа всегда многокомпонентно, часто оно многофазно по агрегатному состоянию. Качественный химический анализ вещества – трудная аналитическая задача, поскольку сопутствующие компоненты могут препятствовать обнаружению искомого компонента. Такие сопутствующие компоненты называют мешающими . Помехи со стороны сопутствующих компонентов начинают проявляться при определенном количественном соотношении обнаруживаемых и мешающих компонентов и усиливаются с увеличением концентрации последних. Для обнаружения каждого компонента необходимо создать условия протекания аналитической реакции, устранить мешающее влияние сопутствующих компонентов и зарегистрировать аналитический сигнал.

В настоящее время в качественном химическом анализе используется большое число реагентов и частных реакций с низкими пределами обнаружения. Обычно для обнаружения ионов применяют реакции с пределом обнаружения 10 –7 г (0,1 мкг ) в 1 см 3 раствора пробы анализируемого вещества. Предел обнаружения, наряду с избирательностью, является важнейшей характеристикой аналитической реакции и методов качественного химического анализа. Однако, предел обнаружения не является постоянной характеристикой химической реакции, используемой для анализа. Значение предела обнаружения в значительной степени зависит от условий протекания реакции: кислотности среды, концентрации реагентов, присутствия сопутствующих компонентов, температуры, времени наблюдения и др.

Приемы и техника выполнения качественных реакций. Химические реакции обнаружения различаются по технике их выполнения и способу наблюдения. Реакции можно выполнять «мокрым» и «сухим» путем. Например, качественный анализ проб неорганических веществ чаще всего проводят «мокрым» путем. Исследуемую пробу вещества предварительно растворяют в воде, кислоте или щелочи. Если вещество нерастворимо, его сплавляют, например, со щелочью, а затем уже полученный плав растворяют в воде или кислоте. Реакции «сухим» путем иногда используют для анализа проб твердых неорганических веществ при проведении предварительных испытаний.

Используют следующие техники выполнения качественных химических реакций: реакции в пробирке, капельные реакции, люминесцентные реакции, каталитические реакции, микрокристаллоскопические реакции, обнаружение с использованием экстракции, обнаружение с использованием флотации, твердофазные химические реакции способом растирания порошков анализируемого вещества и химического реагента.

Результат качественного химического анализа, полученный с помощью химического метода – принятие решения о наличии или отсутствии определяемого компонента в пробе вещества объекта анализа, либо идентификация присутствующих в нём компонентов.