Абсолютний та якісний аналіз. Кафедра фармацевтичної хімії

Класифікація методів якісного аналізу.

Предмет та завдання аналітичної хімії.

аналітичною хімієюназивають науку про методи якісного та кількісного дослідження складу речовин (або їх сумішей). Завданням аналітичної хімії є розвиток теорії хімічних та фізико-хімічних методів аналізу та операцій у наукових дослідженнях.

Аналітична хімія складається з двох основних розділів: якісний аналіз полягає у “відкритті”, тобто. виявлення окремих елементів (або іонів), з яких складається аналізована речовина. Кількісний аналіз полягає у визначенні кількісного змісту окремих складових частин складної речовини.

Практичне значення аналітичної хімії велике. За допомогою методів хім. аналізу відкриті закони: сталості складу, кратних відносин, визначено атомні маси елементів, хімічні еквіваленти, встановлені формули багатьох сполук.

Аналітична хімія сприяє розвитку природничих наук – геохімії, геології, мінералогії, фізики, біології, технологічних дисциплін, медицини. Хімічний аналіз - основа сучасного хіміко-технологічного контролю всіх виробництв, у яких проводиться аналіз сировини, продукції та відходів виробництва. За результатами аналізу судять про течію технологічного процесу та якість продукції. Хімічні та фізико-хімічні методи аналізу лежать в основі встановлення держстандарту на всю продукцію, що випускається.

Велика роль аналітичної хімії у створенні моніторингу довкілля. Це моніторинг забруднення поверхневих вод, ґрунтів ТМ, пестицидів, нафтопродуктів, радіонуклідів. Одним із завдань моніторингу є створення критеріїв, що встановлюють межі можливої ​​екологічної шкоди. Наприклад ГДК - гранично-допустима концентрація- це така концентрація, при впливі якої на організм людини, періодично чи протягом усього життя, прямо чи опосередковано через екологічні системи, немає захворювань чи змін стану здоров'я, виявлені сучасними методами відразу ж чи у віддалені терміни життя. Для кожного хім. речовини є своє значення ГДК.

Класифікація методів якісного аналізу.

Досліджуючи нове з'єднання, передусім визначають, із яких елементів (чи іонів) воно складається, та був вже кількісні відносини, у яких перебувають. Тому якісний аналіз зазвичай передує кількісному аналізу.

Усі аналітичні методи засновані на отриманні та вимірі аналітичного сигналу, тобто. будь-якого прояву хімічних або фізичних властивостей речовини, яку можна використовувати для встановлення якісного складу аналізованого об'єкта або для кількісної оцінки компонентів, що містяться в ньому. Аналізованим об'єктом може бути індивідуальне з'єднання будь-якому агрегатному стані. суміш сполук, природний об'єкт (ґрунт, руда, мінерал, повітря, вода), продукти промислового виробництва та продукти харчування. Перед аналізом проводять відбір проби, подрібнення, просіювання, усереднення тощо. Підготовлений для аналізу об'єкт називають зразком чи пробою.

Залежно від завдання вибирають метод. Аналітичні методи якісного аналізу за способом виконання поділяються на: 1) аналіз "сухим" та 2) аналіз "мокрим" шляхом.

Аналіз "сухим" шляхом проводиться із твердими речовинами. Він ділиться на пірохімічний та метод розтирання.

Пірохімічний (грец. - вогонь) вид аналізу проводиться нагріванням досліджуваного зразка в полум'ї газового або спиртового пальника, виконується двома шляхами: отримання пофарбованих перлів або фарбування полум'я пальника.

1. "Перли"(франц. - перли) утворюються при розчиненні в розплаві солей NaNH 4 PO 4 ∙ 4 H 2 O, Na 2 B 4 O 7 ∙ 10 H 2 O - бура) або оксидів металів. Спостерігаючи забарвлення отриманих перлів "скла" встановлюють присутність тих чи інших елементів у зразку. Так, наприклад, з'єднання хрому роблять зелене забарвлення перла, кобальту - синю, марганцю - фіолетово-аметистову і т.д.

2. Фарбування полум'я- леткі солі багатьох металів при внесенні їх у частину полум'я, що не світиться, забарвлюють його в різні кольори, наприклад, натрій - інтенсивно жовтий, калій - фіолетовий, барій - зелений, кальцій - червоний і т.д. Ці види аналізу використовують у попередніх випробуваннях як і “експрес” - методу.

Аналіз методом розтирання. (1898р. Флавицький). Досліджуваний зразок розтирають у фарфоровій ступці з рівною кількістю твердого реагенту. За забарвленням отриманого з'єднання судять про наявність іона, що визначається. Метод використовується в попередніх випробуваннях та проведення “експрес” аналізу у польових умовах для аналізу руд та мінералів.

2.Аналіз "мокрим" шляхом - це аналіз зразка, розчиненого в якомусь розчиннику. Як розчинник найчастіше використовують воду, кислоти або луги.

За способом проведення методи якісного аналізу поділяються на дробовий та систематичний. Метод дробового аналізу- це визначення іонів за допомогою специфічних реакцій у будь-якій послідовності. Застосовується в агрохімічних, заводських та харчових лабораторіях, коли склад досліджуваного зразка відомий і потрібно лише перевірити відсутність домішок або проведення попередніх випробувань. Систематичний аналіз -це аналіз у строго певній послідовності, в якій кожен іон виявляється тільки після того, як будуть виявлені і видалені іони, що заважають визначенню.

Залежно від кількості речовини для аналізу, а також від техніки виконання операцій методи поділяються на:

- макроаналіз -проводиться у порівняно великих кількостях речовини (1-10 г). Аналіз виконується у водних розчинів та у пробірках.

-мікроаналіз -досліджує дуже малі кількості речовини (0,05 – 0,5 г). Виконується або на смужці паперу, годинному склі з краплею розчину (краплинний аналіз) або на предметному склі в краплі розчину одержують кристали, формою яких під мікроскопом встановлюють речовину (мікрокристаллоскопічний).

Основні поняття аналітичної хімії.

Аналітичні реакції - це реакції, що супроводжуються добре помітним зовнішнім ефектом:

1) випадання або розчинення осаду;

2) зміною фарбування розчину;

3) виділення газу.

Крім того, до аналітичних реакцій висуваються ще дві вимоги: незворотність та достатня швидкість реакції.

Речовини, під впливом яких відбуваються аналітичні реакції, називаються реагентами чи реактивами.Усі хімічні. реагенти поділяються на групи:

1) за хімічним складом (карбонати, гідроксиди, сульфіди і т.д.)

2) за ступенем очищення основного компонента.

Умови виконання хім. аналізу:

1. Середовище реакції

2. Температура

3. Концентрація обумовленого іона.

Середа.Кисла, лужна, нейтральна.

Температура.Більшість хім. реакцій виконуються за кімнатних умов "на холоді", або іноді потрібно охолодити під краном. Багато реакцій йдуть при нагріванні.

Концентрація- це кількість речовини, що міститься у певній ваговій чи об'ємній кількості розчину. Реакція та реактив, здатний викликати помітною мірою властивий йому зовнішній ефект навіть при мізерно малій концентрації визначеної речовини, називаються чутливими.

Чутливість аналітичних реакцій характеризується:

1) граничним розведенням;

2) граничною концентрацією;

3) мінімальним обсягом гранично розбавленого розчину;

4) межею виявлення (відкривається мінімумом);

5) показником чутливості.

Граничне розведення Vlim –максимальний об'єм розчину, в якому може бути (більше ніж у 50 дослідах із 100 дослідів) виявлено один грам цієї речовини за допомогою даної аналітичної реакції. Граничне розведення виявляється у мл/г.

Наприклад, при реакції іонів міді з аміаком у водному розчині

Cu 2+ + 4NH 3 = 2+ Яскраво-синій комплекс

Граничне розведення іону міді одно (Vlim = 2,5 · 10 5 мг/л), тобто. іони міді можна відкрити за допомогою цієї реакції в розчині, що містить 1 г міді 250 000 мл води. У розчині, в якому міститься менше 1 г міді (II) у 250 000 мл води, виявити ці катіони вищенаведеною реакцією неможливо.

Гранична концентрація Сlim (Cmin) –найменша концентрація, за якої визначається речовина може бути виявлено в розчині даної аналітичної реакцією. Виявляється у г/мл.

Гранична концентрація та граничне розведення пов'язані співвідношенням: Сlim = 1/V lim

Наприклад, іони калію у водному розчині відкривають за допомогою гексанітрокобальтатом (III) натрію.

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

Гранична концентрація іонів К + за цієї аналітичної реакції дорівнює З lim = 10 -5 г/мл, тобто. іон калію не можна відкрити зазначеною реакцією, якщо його вміст становить менше 10 -5 г на 1 мл аналізованого розчину.

Мінімальний об'єм гранично розведеного розчину Vmin- Найменший обсяг аналізованого розчину, необхідний для виявлення речовини, що відкривається даної аналітичної реакцією. Виражається у мл.

Межа виявлення (відкривається мінімум) m- Найменша маса визначається речовини, однозначно відкривається даної ан. реакцією в мінімальному обсязі гранично розбавленого розчину. Виявляється у мкг (1 мкг = 10 -6 р).

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

Показник чутливостіаналітичної реакції визначається

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

Ан. реакція тим чутливіша, чим менше її відкривається мінімум, мінімальний об'єм гранично розбавленого розчину і чим більше граничне розведення.

Розмір межі виявлення залежить від:

1. Концентрації досліджуваного розчину та реагенту.

2. Тривалість протікання ан. реакції.

3. Спосіб спостереження зовнішнього ефекту (візуально або за допомогою приладу)

4. Дотримання умов виконання ан. Реакцій (t, рН, кількість реагенту, його чистота)

5. Присутність та видалення домішок, сторонніх іонів

6. Індивідуальні особливості хіміка-аналітика (акуратність, гострота зору, уміння розрізняти кольори).

Типи аналітичних реакцій (реактивів):

Специфічні- реакції, що дозволяють визначати даний іон чи речовини у присутності будь-яких інших іонів чи речовин.

Наприклад: NH4 + + OH - = NH 3 (запах) + H 2 O

Fe 3+ + CNS - = Fe(CNS) 3 ¯

криваво-червоний

Селективні- Реакції дозволяють вибірково відкривати відразу кілька іонів з однаковим зовнішнім ефектом.Чим менше іонів відкриває даний реактив, тим вища його вибірковість.

Наприклад:

NH 4 + + Na 3 = NH 4 Na

K + + Na 3 = NaК 2

Групові реакції (реагенти)дозволяють виявляти цілу групу іонів чи якихось сполук.

Наприклад: катіони II групи - груповий реагент (NH4)2CO3

СаCI 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

. Ціль, можливі методи. Якісний хімічний аналіз неорганічних та органічних речовин

Якісний аналіз має свою метою виявлення певних речовин або їх компонентів в об'єкті, що аналізується. Виявлення проводиться шляхом ідентифікації речовин, тобто встановлення тотожності (однаковості) АС аналізованого об'єкта та відомих АС визначених речовин в умовах методу аналізу, що застосовується. Для цього даним методом попередньо досліджують еталонні речовини (гл. 2.1), у яких наявність визначуваних речовин явно відома. Наприклад, встановлено, що наявність спектральної лінії з довжиною хвилі 350,11 нм в емісійному спектрі сплаву, при збудженні спектра електричною дугою, свідчить про наявність у сплаві барію; посиніння водного розчину при додаванні до нього крохмалю є АС на присутність у ньому I 2 і навпаки.

Якісний аналіз завжди передує кількісному.

В даний час якісний аналіз виконують інструментальними методами: спектральними, хроматографічними, електрохімічними та ін. наприклад, встановити наявність подвійних і потрійних зв'язків у ненасичених вуглеводнях при пропусканні їх через бромну воду або водний розчин KMnO 4 . При цьому розчини втрачають фарбування.

Детально розроблений якісний хімічний аналіз дозволяє визначати елементний (атомний), іонний, молекулярний (речовий), функціональний, структурний та фазовий склади неорганічних та органічних речовин.

При аналізі неорганічних речовин основне значення мають елементний та іонний аналізи, оскільки знання елементного та іонного складу достатньо для встановлення речовинного складу неорганічних речовин. Властивості органічних речовин визначаються їх елементним складом, а також структурою, наявністю різноманітних функціональних груп. Тому аналіз органічних речовин має власну специфіку.

Якісний хімічний аналіз базується на системі хімічних реакцій, характерних для даної речовини - поділу, відділення та виявлення.

До хімічних реакцій у якісному аналізі висувають такі вимоги.

1. Реакція має протікати практично миттєво.

2. Реакція має бути незворотною.

3. Реакція повинна супроводжуватись зовнішнім ефектом (АС):

а) зміною фарбування розчину;

б) утворенням або розчиненням осаду;

в) виділенням газоподібних речовин;

г) фарбуванням полум'я та ін.

4. Реакція має бути чутливою та по можливості специфічною.

Реакції, що дозволяють отримати зовнішній ефект з визначальною речовиною, називають аналітичними , а речовина, що додається для цього - реагентом . Аналітичні реакції, що проводяться між твердими речовинами, відносять до реакцій. сухим шляхом », а в розчинах - « мокрим шляхом ».

До реакцій «сухим шляхом» відносяться реакції, що виконуються шляхом розтирання твердої досліджуваної речовини з твердим реагентом, а також шляхом отримання забарвленого скла (перлів) при сплавленні деяких елементів з бурою.

Значно частіше аналіз проводять «мокрим шляхом», навіщо аналізовану речовину переводять у розчин. Реакції з розчинами можуть виконуватись пробірковим, краплинним і мікрокристалічний методами. При пробірковому напівмікроаналіз його виконують у пробірках місткістю 2-5см 3 . Для відділення опадів використовують центрифугування, а випарювання ведуть у фарфорових філіжанках або тиглях. Краплинний аналіз (Н.А. Тананаєв, 1920) здійснюють на фарфорових пластинках або смужках фільтрованого паперу, отримуючи кольорові реакції при додаванні до однієї краплі розчину речовини однієї краплі розчину реактиву. Мікрокристалічний аналіз заснований на виявленні компонентів за допомогою реакцій, в результаті яких утворюються сполуки з характерним кольором та формою кристалів, що спостерігаються у мікроскоп.

Для якісного хімічного аналізу використовують усі відомі типи реакцій: кислотно-основні, окислювально-відновні, осадження, комплексоутворення та інші.

Якісний аналіз розчинів неорганічних речовин зводиться до виявлення катіонів та аніонів. Для цього використовують загальні і приватні реакції. Загальні реакції дають подібний зовнішній ефект (АС) з багатьма іонами (наприклад, утворення катіонами опадів сульфатів, карбонатів, фосфатів тощо), а приватні з 2-5 іонами. Чим менше іонів дають подібний АС, тим селективніше (виборчі) вважається реакція. Реакція називається специфічною , коли дозволяє виявити один іон у присутності решти. Специфічною, наприклад, на іон амонію є реакція:

NH 4 Cl + KOH  NH 3  + KCl + H 2 O

Аміак виявляють по запаху або посиненню червоного лакмусового папірця, змоченого у воді і поміщеного над пробіркою.

Селективність реакцій можна підвищити, змінюючи умови (рН) або застосовуючи маскування. Маскування полягає в зменшенні концентрації іонів, що заважають, в розчині менше межі їх виявлення, наприклад шляхом їх зв'язування в безбарвні комплекси.

Якщо склад аналізованого розчину нескладний, його після маскування аналізують дробовим способом. Він полягає у виявленні в будь-якій послідовності одного іона у присутності всіх інших за допомогою специфічних реакцій, які проводять в окремих порціях аналізованого розчину. Оскільки специфічних реакцій небагато, то під час аналізу складної іонної суміші використовують систематичний Метод. Цей спосіб заснований на поділі суміші на групи іонів зі подібними хімічними властивостями шляхом переведення їх в опади за допомогою групових реактивів, причому груповими реактивами впливають на ту саму порцію аналізованого розчину за певною системою, в строго визначеній послідовності. Осади відокремлюють один від одного (наприклад, центрифугуванням), потім розчиняють певним чином і одержують серію розчинів, що дозволяють у кожному виявити окремий іон специфічною реакцією на нього.

Існує кілька систематичних способів аналізу, які називаються за застосовуваними груповими реактивами: сірководневий, кислотно-основний, аміачно-фосфатний та інші. Класичний сірководневий спосіб заснований на поділі катіонів на 5 груп шляхом отримання їх сульфідів або сірчистих сполук при дії H 2 S, (NH 4) 2 S, NaS у різних умовах.

Найбільш широко застосовуваним, доступним та безпечним є кислотно-основний метод, при якому катіони поділяють на 6 груп (табл. 1.3.1). Номер групи вказує на послідовність дії реактивом.

Таблиця 1.3.1

Класифікація катіонів за кислотно-основним способом

Аніони при аналізі переважно не заважають один одному, тому групові реактиви застосовують задля поділу, а перевірки наявності чи відсутності тієї чи іншої групи аніонів. Стройной класифікації аніонів на групи немає.

Найбільш простим чином їх можна розділити на дві групи по відношенню до іона Ba 2+ :

а) дають добре розчинні сполуки у воді: Cl-, Br-, I-, CN-, SCN-, S 2-, NO 2 2-, NO 3 3-, MnO 4-, CH 3 COO -, ClO 4 - , ClO 3 - , ClO -;

б) дають поганорозчинні сполуки у воді: 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- .

Якісний хімічний аналіз органічних речовин поділяють на елементний , функціональний , структурний і молекулярний .

Аналіз починають із попередніх випробувань органічної речовини. Для твердих вимірюють плав. для рідких - t кип або , показник заломлення. Молярну масу визначають за зниженням t замерз або підвищення t кип, тобто кріоскопічним або ебуліоскопічними методами. Важливою характеристикою є розчинність, з урахуванням якої існують класифікаційні схеми органічних речовин. Наприклад, якщо речовина не розчиняється в Н 2 Про, але розчиняється в 5%-ному розчині NaOH або NaHCO 3 то воно відноситься до групи речовин, до якої входять сильні органічні кислоти, карбонові кислоти з більш ніж шістьма атомами вуглецю, феноли з замісниками в орто- та параположеннях, -дикетони.

Таблиця 1.3.2

Реакції для ідентифікації органічних сполук

Елементним аналізом виявляють елементи, що входять до молекул органічних речовин (C, H, O, N, S, P, Cl, та ін). Найчастіше органічну речовину розкладають, продукти розкладання розчиняють й у отриманому розчині визначають елементи як і неорганічних речовинах. Наприклад, при виявленні азоту пробу сплавляють з металевим калієм, одержуючи KCN, який обробляють FeSO 4 переводять в K 4 . Додаючи до останнього розчин іонів Fe 3+ отримують берлінську блакит Fe 4 3 - (AC на присутність N).

Якісний аналіз - це метод, який використовується в аналітичній хімії для визначення іонів усередині речовини. Проаналізуємо його особливості, а також варіанти практичного застосування елементів у аналітичній хімії.

Класифікація

Якісний аналіз - це метод, який передбачає розподіл на кілька груп:

• хімічні, які ґрунтуються на якомусь зовнішньому ефекті;
• фізичні, що дають змогу визначати склад за допомогою теплових, магнітних, електричних властивостей;
• фізико-хімічні, що базуються на аналізі фізичних процесів, що відбуваються внаслідок хімічних взаємодій.

При проведенні експериментів вибирається той різновид, який найбільше підходить у конкретному випадку.

Призначення

Якісний аналіз – це відкриття іонів, хімічних елементів, молекул, груп у аналізованій пробі речовини. Його метою є виявлення певних іонів чи елементів, які у складі сполуки.

Визначення якісного аналізу пояснює застосування у межах фізичних і хімічних властивостей речовини.

Вибірковість

З численних хімічних реакцій застосовують виявлення іонів чи елементів ті процеси, які характеризуються зовнішнім результатом. Методи якісного аналізу ефективні при утворенні осаду, виділенні газу, зміні забарвлення, виділенні енергії. Всі процеси, що лежать в основі способу, називають аналітичними реакціями.

Якісний аналіз - це спосіб, що базується на селективних (специфічних) процесах, що виявляються у конкретного іона (групи елементів).

Вимоги до реакцій

Існують певні вимоги, які пред'являються взаємодіям у якісному аналізі:

• швидкість та незворотність перебігу;
• зовнішні ознаки (осад, газ, колір);
• висока чутливість

Специфічної називають таку реакцію, яка дає можливість виявляти необхідний елемент навіть у разі мінімальних концентрацій, причому при присутності в суміші інших елементів.

Чутливість визначається мінімальною кількістю елемента, що виявляється, при якій він виявляється без додаткового збагачення розчину. Це важлива характеристика якісного аналізу, що дозволяє говорити про ефективність проведеного (планованого) експерименту.

Методи проведення

Виділяють такі методи якісного та кількісного аналізу:

• за кількістю часток, що виявляються: елементарний, функціональний, фазовий, ізотопний, молекулярний;
• за кількістю сполуки, взятої для аналізу: макро- (більше 100 мг, 5 мл), мікро- (не більше 0,1 мл, 1 - мг), напівмікро - (середній діапазон), ультрамікрометоди (речовини береться менше 0,1 мг, 0,05мл);
• по об'єкту, що визначається: органічний і неорганічний.

Невелика довідка

Коротка характеристика якісного та кількісного аналізу дозволяє зрозуміти їх основні відмінності. При якісному аналізі зразок може бути у вигляді розчину або сухого матеріалу, в якому присутні відразу кілька сполук. Аналіз зразка здійснюють дробовою методикою, відкриваючи іони за допомогою певних якісних реакцій.

Спочатку виявляють наявність катіону амонію, оскільки його найлегше вивести за допомогою реагентів із суміші. Далі здійснюється виявлення аніонів, підбиваються підсумки склад наявної проби.

Як визначити катіон амонію

Для того, щоб відкрити дані іони, в якісному аналізі використовуються дві методики. Перший варіант базується на додаванні розчину лугу (гідроксиду активного металу). Декілька крапель аналізованого розчину чи солі амонію обробляють розчином гідроксиду натрію (калію). В результаті якісної реакції спостерігається виділення газоподібного аміаку. Для виявлення застосовують індикаторний папір (фенолфталеїн стає малиновим).

Другий спосіб визначення катіонів амонію в пробі передбачає використання реактиву Несслер. Кількома його краплями обробляють надлишок лугу для осадження кольорових основ, які заважають спостереженню осаду, що з'являється в результаті взаємодії з реактивом Несслер катіону амонію.

Даний реактив - це комплексна сіль калію та ртуті, що дає з катіоном амонію червоно-бурий осад. Його використовують для визначення суміші катіонів кальцію.

Визначення катіонів кальцію

Для проведення якісного аналізу допустиме застосування мікроскопічної реакції у вигляді гіпсу. До кількох крапель аналізованого розчину додають одну краплю концентрованої сірчаної кислоти. Через кілька хвилин переносять її на предметне скло, випарюють до утворення облямівки. Результат експерименту вивчають під мікроскопом.

Другий варіант виявлення катіонів кальцію в аналізованій пробі ґрунтується на фарбуванні летючими солями кальцію безбарвного полум'я спиртування насичений цегляно-червоний колір.

Визначення катіонів заліза

Двовалентне і тривалентне залізо виявляють із початкового розчину, оскільки під дією деяких хімічних реактивів (перекису водню, лугу, сірководню) відбувається зміна ступеня окиснення з +2 до +3. Для виявлення катіону заліза зі ступенем окислення +2 необхідно до випробуваного розчину додати суміш гексаціаноферату (3) калію та соляної кислоти. При появі насиченого синього осаду берлінської блакиті можна говорити про вміст у розчині Fe 2+ .

Щоб визначити тривалентне залізо, потрібно додати до розчину солі K 4 і Поява насиченого синього кольору є підтвердженням присутності в розчині Fe 3+ .

Способи виявлення Co2+, Ni2+, Cr3+

Дані катіонів мають специфічні реакції, тому їх можна виявляти в порціях початкового розчину. Для виявлення катіону кобальту до наявного розчину додають краплями ацетат натрію до отримання кислого середовища. Потім до розчину додають фторид натрію (або амонію) і NH4NCS, щоб катіон заліза зв'язався в комплекс, екстрагують далі ізоаміловим спиртом.

При утворенні комплексного з'єднання спостерігається фарбування органічного шару розчинника синій колір.

Для відкриття в аналізованому розчині катіону нікелю використовують розчин фториду натрію (прибирають катіони двовалентного заліза та міді), потім додають нашатирний спирт і кілька крапель диметилгліоксиму. За наявності катіону нікелю спостерігається поява осаду насиченого червоного кольору.

Для виявлення катіону тривалентного хрому до розчину додають кілька крапель розчину оцтової кислоти та ацетату натрію, а також надлишок комплексу 3 (ЕДТА). Потім усю суміш нагрівають на водяній бані. Поява фіолетового забарвлення свідчить про наявність у аналізованому розчині катіону тривалентного хрому.

Визначення аніонів

Для виявлення сульфату використовують взаємодію з хлоридом барію. До кількох крапель розчину, в якому є даний аніон, додають кілька крапель барію хлориду. Сульфат барію обробляють розчином азотної або соляної кислоти, осад, що з'являється, не розчиняється.

Карбонат можна виявити у розчині за допомогою специфічної реакції із соляною кислотою. За наявності розчині карбонату спостерігається виділення вуглекислого газу.

Хлорид можна знайти в аналізованому розчині, скориставшись нітратом срібла. Поява білого сирного осаду є підтвердженням присутності хлориду.

ЯКІСНИЙ ХІМІЧНИЙ АНАЛІЗ, отримання інформації про якісний склад речовини, про природу його компонентів; один із основних видів хімічного аналізу. Цілі якісного хімічного аналізу - виявлення та ідентифікація компонентів аналітичної проби та/або упізнання її як цілісного об'єкта. Виходячи з природи компонентів, розрізняють ізотопний, елементний, молекулярний, фазовий, структурно-груповий (функціональний) та інші види якісного хімічного аналізу. Зазвичай якісний хімічний аналіз передує кількісним хімічним аналізом.

Якісний хімічний аналіз виконують хімічними методами аналізу, фізичними методами аналізу, фізико-хімічними методами аналізу та біохімічними методами аналізу; використовують також біологічний метод аналізу. Властивості проби порівнюють із властивостями зразка, склад якого відомий. Зазвичай еталон - передбачуваний компонент у чистому вигляді або його розчин. Властивості зразка можуть бути вивчені заздалегідь та представлені в таблицях, довідниках та інших базах даних. Збіг будь-якої якості проби і зразка - одиничний ознака присутності компонента; при цьому компонент вважають ідентифікованим, якщо при випробуванні проби виявлено низку його незалежних характеристик. Чим цих характеристик більше і що вони специфічніші саме для даного компонента, тим вища достовірність ідентифікації. Неспецифічність характеристик може призводити до хибної ідентифікації. Висновок «компонент відсутній» також може бути помилковим, якщо в пробі є речовини, що маскують компонент, що розпізнається (наприклад, що переводять його в іншу форму), або концентрація компонента в пробі нижче деякого значення (межі виявлення), що залежить від природи даного компонента і методики якісного хімічний аналіз. Межа виявлення (C min) - мінімальний вміст компонента, необхідне його виявлення за даною методикою із заданою надійністю. Негативний результат зазвичай означає, що вміст компонента пробі нижче C min .

До середини 17 століття якісний хімічний аналіз зводився до розпізнавання чистих речовин за їх кольором, запахом, смаком, щільністю тощо; враховувалася також зміна властивостей проби при прожарюванні, фарбування полум'я при внесенні до нього речовини та ін. Починаючи з робіт Р. Бойля, набув поширення елементний якісний хімічний аналіз. Основним методом аналізу стало проведення якісних хімічних реакцій: до розчину проби додають хімічний реагент, що взаємодіє з шуканим компонентом, і про наявність у пробі цього компонента судять за утворенням або зникненням осаду, зміною кольору розчину, виділенням газу та ін. При утворенні кристалічного осаду про його складі судять в основному за кольором, розчинністю та формою кристалів (на дослідженні кристалічних опадів заснована мікрокристалоскопія). Специфічні якісні реакції дозволяють виявити компонент без виділення з проби - так званий дробовий аналіз (наприклад, при взаємодії йоду з крохмалем синє фарбування розчину однозначно вказує на присутність йоду). Неспецифічність багатьох якісних реакцій вимагає розробки складних схем систематичного якісного хімічного аналізу, що включають послідовне виділення з проби груп іонів з подібними властивостями за допомогою різних осадників - групових реагентів. У 18 столітті шведським хіміком Т. Бергманом запропоновано і в 19 столітті німецькими хіміками Г. Розе і К. Фрезеніусом удосконалено сірководневу схему систематичного поділу та виявлення хімічних елементів, засновану на використанні як групового реагенту Н 2 S. В аналізі мінера успішно використали до 1970-х років.

Наприкінці 19 століття В. Оствальд запропонував розглядати реакції поділу та виявлення елементів у розчинах як іонні реакції. Були запропоновані селективні та високочутливі органічні реагенти на різні катіони та аніони, наприклад, диметилглиоксим - реактив Чугаєва (Л. А. Чугаєв, 1905) для специфічного виявлення іонів Ni 2+ . Використання органічних реагентів і маскуючих речовин під час проведення якісного хімічного аналізу сприяло створенню надійних методик краплинного аналізу неорганічних речовин (російський хімік М. А. Тананаєв, австрійський хімік Ф. Файгль). Успішно розвивався якісний хімічний аналіз органічних речовин. Елементи, що входять до їх складу (С, Н, N, О, S, Р, галогени), розпізнавали за допомогою якісних реакцій після термічного розкладання проби та перетворення елементів на реакційні форми. Для встановлення складу та структури органічних сполук використовували хімічні методи функціонального аналізу.

У 2-й половині 20 століття частіше стали використовуватися фізичні та фізико-хімічні методи якісного хімічного аналізу, що мають низку переваг перед хімічними. Як правило, фізичні методи відрізняються більшою селективністю, експресністю, легше автоматизуються та дають надійніші результати. Якщо для хімічних методів C min порядку 10 4 ―10 6 моль/дм 3 , то деякі фізичні методи дозволяють виявляти домішки на рівні 10 8 ―10 12 моль/дм 3 . Фізичні методи ґрунтуються на вимірі тих властивостей проби та еталона, які залежать від природи, але не від змісту компонента. Так, при проведенні атомно-емісійного спектрального аналізу реєструють спектр проби, вимірюють довжини хвиль спектральних ліній і перевіряють наявність ліній, характерних для елемента, що шукається і не залежать від присутності інших елементів. Збіг безлічі ліній з точністю до похибки вимірювання довжини хвилі надійно доводить присутність елемента, що шукається в пробі. Інші важливі фізичні методи якісного хімічного аналізу – рентгенівський спектральний аналіз, ІЧ-спектроскопія, мас-спектрометрія, хромато-мас-спектрометрія. Рідше використовують кінетичні та електрохімічні методи аналізу (наприклад, полярографію), люмінесцентний аналіз. Резонансні методи (ЯМР- та ЕПР-спектрометрія) застосовують для ідентифікації та встановлення структури чистих речовин, а також для аналізу сумішей. Якісний хімічний аналіз сумішей органічних речовин (нафтопродукти, лікарські препарати, білки та ін) зазвичай включає фракціонування або повний поділ проби методами хроматографії, екстракції, електрофорезу та ін. Характеристики утримання компонентів у хроматографічній колонці використовуються і для їх ідентифікації. Сучасний напрямок у розвитку якісного хімічного аналізу - створення систем комп'ютерної ідентифікації, що використовують бази даних або алгоритми розпізнавання образів.

Літературу дивись при статтях Аналітична хімія, Хімічний аналіз.

Хімічні методи якісного аналізу

Хімічні методи хімічного аналізу

Хімічний спосіб порівняння природи та кількості частинок визначеного компонента з його назвою та одиницею виміру (1 моль)реалізований у способі порівняння з еталоном одиниці величини кількості компонента шляхом проведення хімічної реакції, заснованої на певних хімічних властивостях шуканого компонента, що підпорядковується законам збереження у конкретних умовах її проведення. Насамперед, ці реакція підпорядковуються закону сталості хімічного складу, закону збереження маси чи кількості елемента при хімічних взаємодіях, закону еквівалентів.

Хімічні методи якісного аналізу

Хімічні методи якісного хімічного аналізу речовини об'єкта аналізу засновані на проведенні хімічних реакцій з визначеним компонентом у пробі аналізованої речовини з реагентом, що дає візуально аналітичний ефект ( аналітичний сигнал). Можна спостерігати такі аналітичні ефекти: випадання або розчинення осаду, зміна забарвлення аналізованої речовини, виділення газу, поява запаху, фарбування безбарвного полум'я пальника при внесенні речовини, що аналізується, в полум'я пальника.

Хімічну реакцію, що дає аналітичний ефект, що візуально спостерігається, називають аналітичною реакцією.

Приклади аналітичних реакцій:

1. Випадання забарвленого осаду

2.Зміна фарбування розчину

3. Виділення газу з поверхні твердої речовини

4. Фарбування безбарвного полум'я пальника: при внесенні в полум'я пальника аналізованої речовини, що містить конкретні іони , полум'я забарвлюється в

Жовтий колір іонами Na +

Жовто-зелений колір іонами Ba 2+, Mo;

Зелено-блакитний колір іонами Cu 2+

Зелений колір іонами бору

Смарагдово-зелений колір іонами Ті

Цегляно-червоний колір іонами Ca 2+

Карміно-червоний (малиновий) колір іонами Li;

Темно-червоний колір іонами Sr 2+

Синій колір іонами In 3+ та Tl + , Sb, As, Pb, Se

Синьо-фіолетовий колір іонами Rb+;

Блідо-фіолетовий колір іонами К+ та Ga 3+

Фіолетово-синій колір іонами Сs+.

Спосіб порівняння з еталоном під час проведення якісного аналізу хімічним методом наступний. Спочатку проводять аналітичну реакцію з речовиною порівняння (еталоном), в якому зі 100% впевненістю відомо, що в ньому міститься визначений компонент у конкретній формі знаходження (аналітичній формі). Спостерігають аналітичний ефект.

Аналітичні реакції та реагенти, згідно з рекомендацією міжнародної хімічної організації ІЮПАК, поділяють на специфічніі виборчі (селективні).

Для підвищення достовірності результату аналізу переводять визначуваний компонент в аналітичну форму, що відповідає формі знаходження елементів у речовині порівняння.

Якщо ефекти виявляться ідентичними, то приймають рішення з високою часткою впевненості про присутність компонента, що визначається, в пробі аналізованої речовини.

Якщо ефекти виявляться неідентичними, рішення буде невизначеним. Невизначеність рішення може бути обумовлена ​​трьома причинами:

1) шуканий компонент у пробі аналізованої речовини відсутня;

2) його зміст менший межі виявленняданої аналітичної реакції; Аналітичні реагенти та аналітичні реакції дозволяють виявляти визначуваний компонент у пробі речовини, якщо його вміст перевищує деяку мінімальну межу ( межа виявлення). Якщо концентрація визначеного компонента нижче цієї межі, то й зміст аналітичної форми (наприклад, пофарбованої сполуки) виявиться настільки незначною, що візуально неможливо буде зареєструвати аналітичний сигнал.

3) шуканий компонент присутній, але вплив інших компонентів, що заважає, не дозволяють його виявити. Речовина об'єктів хімічного аналізу завжди багатокомпонентна, часто вона багатофазна за агрегатним станом. Якісний хімічний аналіз речовини – важке аналітичне завдання, оскільки супутні компоненти можуть перешкоджати виявленню компонента, що шукається. Такі супутні компоненти називають заважають. Перешкоди з боку супутніх компонентів починають проявлятися при певному кількісному співвідношенні компонентів, що виявляються і заважають, і посилюються зі збільшенням концентрації останніх. Для виявлення кожного компонента необхідно створити умови протікання аналітичної реакції, усунути вплив супутніх компонентів, що заважає, і зареєструвати аналітичний сигнал.

В даний час у якісному хімічному аналізі використовується велика кількість реагентів та приватних реакцій із низькими межами виявлення. Зазвичай виявлення іонів застосовують реакції з межею виявлення 10 –7 г (0,1 мкг) в 1 см 3розчину проби аналізованої речовини Межа виявлення поряд з вибірковістю є найважливішою характеристикою аналітичної реакції та методів якісного хімічного аналізу. Однак, межа виявлення не є постійною характеристикою хімічної реакції, яка використовується для аналізу. Значення межі виявлення значною мірою залежить від умов перебігу реакції: кислотності середовища, концентрації реагентів, присутності супутніх компонентів, температури, часу спостереження та ін.

Прийоми та техніка виконання якісних реакцій.Хімічні реакції виявлення розрізняються за технікою їх виконання та способом спостереження. Реакції можна виконувати «мокрим» та «сухим» шляхом. Наприклад, якісний аналіз проб неорганічних речовин найчастіше проводять «мокрим» шляхом. Досліджувану пробу речовини попередньо розчиняють у воді, кислоті чи лугу. Якщо речовина нерозчинна, її сплавляють, наприклад, з лугом, а потім отриманий плав розчиняють у воді або кислоті. Реакції «сухим» шляхом іноді використовують для аналізу проб неорганічних твердих речовин при проведенні попередніх випробувань.

Використовують такі техніки виконання якісних хімічних реакцій: реакції в пробірці, крапельні реакції, люмінесцентні реакції, каталітичні реакції, мікрокристалоскопічні реакції, виявлення з використанням екстракції, виявлення з використанням флотації, хімічні твердофазні реакції способом розтирання порошків аналізованої речовини і хімічного реагенту.

Результат якісного хімічного аналізу, отриманий за допомогою хімічного методу – прийняття рішення про наявність або відсутність обумовленого компонента в пробі речовини об'єкта аналізу, або ідентифікація присутніх у ньому компонентів.