Вопросы и задачи

1. В чем сущность «сухого» и «мокрого» способов выполнения аналитических реакций?

2. Какие требования предъявляются к аналитическим реакциям?

3. Что такое обнаруживаемый минимум?

4. Микрокристаллоскопическая реакция обнаружения Са²⁺ в виде СаС₂О₄ удается уже с 0,001 мл 0,002 н. раствора СаCl₂. Чему равен обнаруживаемый минимум реакции? Ответ: 0,04 мкг ионов Са²⁺.

5. Какие реакции являются специфическими и какие селективными? Приведите примеры.

6. В чем отличие дробного анализа от систематического?

7. На чем основаны сульфидная и кислотно-основная классификации катионов?

8. Как проводят качественный анализ конкретных объектов?

9. В чем заключаются особенности качественного анализа органических соединений?

10. Каков состав анализируемого раствора, если отдельные порции его не дали осадков ни с HCl, ни с Н₂S, ни с (NH₄)₂S, ни с (NH₄)₂CO₃?

11. Какой объем 0,1 М раствора фторида аммония необходимо прибавить для обнаружения иона лития в виде малорастворимого фторида лития, если обнаруживаемый минимум реакции составляет 50 мкг ионов Li⁺? Ответ: 7 мл.

Глава 3. Метрологические основы химического анализа

Метрология (от греч. metron – мера и logos – слово, учение) – наука об измерениях и методах достижения их единства и требуемой точности. Рассмотрим с этой точки зрения аналитическое определение химического состава веществ или их смесей.

3.1. Общая схема аналитического определения

Химический анализ любого объекта включает обычно следующие основные этапы:

1. постановка задачи;

2. выбор метода и методики анализа;

3. отбор пробы;

4. подготовка пробы к анализу;

5. проведение измерения (анализа);

6. обработка результатов измерений.

1. Выбор метода анализа

Определив цель анализа, т.е. поставив задачу, приступают к выбору метода анализа.

При выборе метода анализа учитывается примерное содержание определяемых компонентов и возможное наличие мешающих элементов, требуемая точность анализа и затраты времени на его проведение, возможности использования оборудования и приборов, стоимость анализа и др. Эти требования не всегда совместимы, и нередко приходится жертвовать точностью в пользу экспрессности анализа или стремиться к получению максимальной точности, невзирая на затраты времени. Если возможно, то, естественно, выбирают метод в максимальной степени удовлетворяющий требованиям точности, быстроты и экономичности выполнения анализа. Необходимо различать понятия метод и методика анализа. Метод – это совокупность принципов, положенных в основу анализа безотносительно к конкретному объекту и определяемому веществу; методика – подробное описание всех условий и всех операций проведения анализа определенного объекта. Например, в основу гравиметрического метода анализа положено определение массы соединения, содержащего или теряющего определяемый компонент. В методику гравиметрического определения входят: описание условий осаждения, отделения осадка, промывание его, высушивание и.т.д. Рассмотрим основные факторы, которые нужно принимать во внимание, выбирая метод и методику.

Содержание компонента. Выбор метода анализа обусловливается абсолютным содержанием компонента, при этом оцениваются ожидаемое процентное содержание в образце, его концентрация в анализируемом растворе и количество вещества, которое может быть взято на анализ.

Концентрация определяемого компонента и количество образца, представляемого на анализ, могут меняться в широких пределах. Так содержание меди может составить от десятков процентов в сплавах до 10^–5–10^–8 % в растениях, живых организмах и особо чистых веществах.

Чувствительность метода или методики определяется тем минимальным количеством вещества, которое можно обнаруживать или определять данным методом. Нижняя граница определяемого содержания демонстрирует возможности метода и наилучший результат, достигаемый при определении ряда веществ.

Сопоставляя чувствительность различных методов и оценивая примерное содержание компонента в образце, химик выбирает тот или иной метод анализа.

Избирательность метода. Поскольку при проведении анализа имеют дело с самыми разнообразными объектами, то при выборе метода анализа необходимо учитывать физические (агрегатное состояние, летучесть, механическую прочность, гигроскопичность) и химические свойства анализируемого объекта. Избирательный метод – это метод, с помощью которого можно в данных условиях определить нужные компоненты без помех со стороны других присутствующих компонентов. Если метод или методика позволяют обнаруживать или определять только один компонент, то их называют специфичными. Методику химического анализа можно сделать более избирательной, изменив условия проведения анализа (pH среды, концентрация реагентов, температура, растворитель и.т.д.); устранив влияние мешающих компонентов переведением их в нереакционноспособную форму (маскирование) или отделением (осаждение, экстракция, хроматография) их от основного компонента. Примером высокоизбирательной методики может служить определение никеля в сталях гравиметрическим методом с использованием реакции осаждения малорастворимого комплексного соединения никеля с диметилглиоксимом. Осаждение проводят в слабоаммиачной среде, железо маскируют винной или лимонной кислотой.

Часто говорят также об универсальности метода или методики, т.е. возможности обнаруживать и определять многие компоненты. Особенно ценно иметь возможность определять многие компоненты одновременно из одной пробы. Высокая избирательность метода и его универсальность не противоречат друг другу: многие универсальные методы анализа отличаются высокой избирательностью , например вольтамперометрия, хроматография, атомно-абсорбционная спектроскопия.

Точность анализа – это собирательная характеристика метода или методики, включающая их правильность и воспроизводимость. Когда говорят о высокой точности, предполагают, что результаты правильные и разброс данных анализа незначителен. Точность часто характеризуют относительной погрешностью (ошибкой) определения в процентах.

Требования к точности анализа обычно определяют целью и задачами анализа, природой объекта.

Достаточно точны гравиметрические и титриметрические методы, погрешность которых составляет соответственно 0,05–0,2 и 0,1–0,5%. Из инструментальных методов наиболее точен кулонометрический (погрешность 0,001–0,01%).

Большинство инструментальных методов менее точны, зато более чувствительны, экспрессны и позволяют автоматизировать анализ, что важно при проведении однородных определений.

Исследователь должен оценивать в каждом конкретном случае необходимость достижения той или иной точности. Неоправданное требование высокой точности определения обычно удлиняет и удорожает химический анализ.