3.4. Комплексонометрическое титрование
Титрование с использованием полидентатных органических реагентов называется комплексонометрией. Комплексонометрия является основным методом экспрессного и точного количественного определения почти всех ионов металлов и ряда анионов при достаточно высоких содержаниях их в анализируемых объектах.
Комплексонами называют органические реагенты, содержащие одну или несколько аминодикарбоксильных групп – N(CH3COOH)2. Среди многочисленных коплексонов для метода комплексонометрического титрования важнейшим является этилендиаминтетрауксусная кислота (комплексон II):
На практике используют хорошо растворимую соль Na2H2Y 2H2O (комплексон III, ЭДТА). С ионами металлов, начиная с двухзарядных, ЭДТА образует циклические комплексы соединений – хелаты, называемые комплексонатами.
Для обеспечения полноты протекания реакции ионы водорода связывают буферным раствором, который предварительно добавляют к титруемому раствору. При титровании в кислых и близких к нейтральным растворам обычно используют ацетатный, а при титровании в щелочных средах – аммиачный буферный раствор. КТТ регистрируют по изменению окраски индикатора, добавленного после введения буферного раствора, или инструментально. Для регистрации КТТ в комплексонометрии обычно используют металлохромные индикаторы, образующие с ионами металла интенсивно окрашенные комплексные соединения. Цвет комплекса металла с индикатором должен отличаться от цвета самого индикатора.
Комплексонометрическое титрование применяют в вариантахпрямого, обратного, вытеснительного, заместительного и косвенного титрования.
Прямое титрование возможно только при быстром и количественном протекании реакции. Им определяют около 30 элементов, в том числе Mg, Ca, Zn, Cd, Cu, Fe, In, Zr и др.
Обратное титрованиеприменяется, если невозможно прямое титрование. На практике для обратного титрования чаще всего применяют стандартный раствор соединений магния.
Селективное комплесонометрическое титрование. Селективность комплексонометрического титрования без отделения мешающих катионов достигается главным образом выбором диапазона pH среды, использованием подходящих маскирующих реагентов, в некоторых случаях – титрованием по методу вытеснения. Метод последовательного титрования применяют для анализа электролитов, смесей сульфидов, селенидов и теллуридов, а также красящих пигментов.
Маскирующие реагенты (МР), применяемые в комплексонометрии, – это соединения, препятствующие образованию тех или иных комплексонатов металлов. При использовании МР важны эффективность маскирования, а также отсутствие токсичности, устойчивость их растворов и доступность. В последние годы стало практиковаться одновременное применение двух и более МР для одновременного маскирования различных катионов при титровании одного определяемого катиона.
Комплексонометрическое титрование по методу вытеснения (титрование заместителя) заключается в том, что к определяемому катиону (М) добавляют избыток комплексоната вспомогательного металла (М1). Образующий относительно более устойчивый комплекс с ЭДТА катион М вытесняет из комплексоната катион М1 по обменной реакции. Этот прием титрования используют в тех случаях, когда невозможно прямое титрование либо потому, что реакция определяемого иона с комплексоном протекает очень медленно, либо не удается подобрать хороший индикатор, позволяющий достаточно точно установить конец титрования. Вытеснительным титрованием определяют ртуть, свинец и другие металлы.
Поскольку анионы неорганических кислот не реагируют непосредственно с комплексонами, для их определения применяют косвенные комплексонометрические методы, которым предшествуют вспомогательные реакции, например, осаждение в виде малорастворимых солей катионами, которые затем титруют комплексоном. Эти методы определения большинства анионов имеют большое практическое значение благодаря своей простоте, быстроте и точности. Они значительно менее трудоемки и широко применяются для макро- и микроопределений, а также более точны, чем непосредственное осадительное или оксидиметрическое титрование.
Комплексонометрия выгодно отличается от других титриметрических методов тем, что для определения всех анионов применяется единый весьма устойчивый титрант. Такой способ дает большой выигрыш во времени, но возможен только в тех случаях, когда в растворе отсутствуют или могут быть замаскированы мешающие катионы.