Гравіметричний аналіз: основні поняття, класифікація методів, застосування у фармацевтичному аналізі.

1.     Суть гравіметричного аналізу і класифікація його методів.

2.     Метод осадження: техніка виконання, вимоги до осадів.

3.     Застосування гравіметрії у фармацевтичному аналізі.

1. Сутність гравіметричного аналізу і класифікація його методів.

Гравіметричним аналізом називають метод кількісного хімічного аналізу, який базується на точному вимірюванні маси визначуваної речовини або її складових частин, виділених в хімічно чистому стані або у вигляді відповідних сполук (точно відомого постійного складу).

Гравіметричний аналіз (ваговий) є одним з найважливіших методів кількісного аналізу. Він відіграв велику роль при встановленні законів постійності складу, кратних відношень, періодичного закону. Його застосовують при визначенні хімічного складу найрізноманітніших природних і технічних об’єктів, гірських порід і руди, мінералів, металів, сплавів, силікатів та інших неорганічних і органічних речовин.

Всі численні гравіметричні визначення можна розділити на три великі групи:

1.     Методи виділення;

2.     Методи осадження;

3.     Методи відгонки.

Метод виділення. В межах виділення визначуваний компонент кількісно виділяють у вільному стані з аналізованої суміші і зважують на аналітичних вагах. Так, наприклад, кількісно визначають золото і мідь в сплаві.

При розчиненні певної наважки сплаву в царській горілці отримують розчин, який містить іони Au³⁺ i Cu²⁺. Додаванням до отриманого розчину пероксиду водню, який відновлює іони золота до елементного золота і не впливає на іони Cu²⁺, все золото виділяють в елементному стані. Золото, яке виділилося відфільтровують, промивають розведеним розчином хлористоводневої кислоти від сторонніх домішок, поміщають разом з фільтром в попередньо зважений фарфоровий тигель, висушують, прожарюють для видалення летких домішок і після охолодження зважують. За масою золота, яке виділилося, розраховують його вміст в аналізованому сплаві.

Якщо через промивні води і фільтр, який залишився після відділення золота, пропустивши при певних умовах постійний електричний струм, то на попередньо зваженому інертному по відношенню до розчину платиновому катоді кількісно виділиться металічна мідь. По збільшенню маси катода розраховують масу міді, а тоді її вміст у сплаві.

Описаний метод визначення золота в сплаві називають гравіметричним, а міді – електрогравіметричним.

Іншим прикладом подібного визначення є визначення масової частки золи в твердому паливі, яке базується на спалюванні і прожарюванні до постійної маси наважки палива в попередньо зваженому тиглі. Золу, яка залишається в тиглі, зважують. За масою золи розраховують її масову частку в даному зразку твердого палива.

Методи осадження. В методах осадження визначуваний комплект кількісно осаджують хімічними способами у вигляді малорозчинної хімічної сполуки строго визначеного складу. Осад, який виділяється, промивають, висушують або прожарюють. При цьому осад більшою частиною перетворюється в нову речовину точно відомого складу, яку і зважують на аналітичних вагах. В аналізі розрізняють: осаджувану форму, тобто форму у вигляді якої осаджують визначувану речовину, і вагову форму, тобто форму, у вигляді якої визначувану речовину зважують. Вагова форма (гравіметрична) може мати ту ж формулу, що і форма осаджувана. Наприклад, при визначенні сульфат – іонів гравіметричним методом, шляхом осадження їх іонами барію, формула форми осаджуваної (осаду) і формула вагової форми при дотриманні всіх необхідних умов аналізу одна і та ж.

Схема такого визначення представляється наступним чином:

                 Ba²⁺                                     t

SO₄^2-                              BaSO₄­                          BaSO₄

        Визначувана                                    осаджувана                            вагова (гравіметрична)

          речовина                                            форма                                            форма

В деяких гравіметричних методах визначення шляхом осадження формула вагової форми відрізняється від формули осаду. Наприклад, при визначенні іонів феруму (ІІІ), які осаджуються у вигляді гідроксиду, схема визначення:

                 6ОН-                                     t

2Fe³⁺                              2Fe(OH)₃­                        Fe₂O₃

        Визначувана                                    осаджувана                            вагова (гравіметрична)

          речовина                                            форма                                            форма

В окремих випадках гравіметричних визначень можливе отримання такої осаджуваної форми, яка може бути одночасно й ваговою формою, але й може бути легко переведена в іншу гравіметричну форму. Наприклад, нікол (ІІ) з розчину осаджують в аміачному середовищі спиртовим розчином диметилгліоксиму у формі легкого кристалічного осаду:

Якщо осад диметилгліоксимату ніколу (ІІ) профільтрувати через скляний фільтр (№3,4), висушити при 110-120С і зважити, то можна розрахувати вміст Ніколу у досліджуваному зразку. Але можливе одержання і гравіметричної форми NiO. При цьому осад фільтрують через паперовий фільтр. Після його озолення диметилгліоксимат ніколу прожарюють при доброму доступі повітря та високій температурі. Недоліком є часткова сублімація ніколу диметилгліоксимату при 250С.

Методи відгонки. У методах відгонки визначуваний компонент кількісно відганяють у вигляді леткої сполуки. Визначувану частину відганяють шляхом нагрівання аналізованої речовини або дією відповідних реагентів, яка супроводжується виділенням летких продуктів. Методи відгонки бувають прямі і непрямі.

Прямі методи відгонки. Визначуваний леткий компонент поглинають специфічним поглиначем і за збільшенням маси останнього розраховують масу визначуваного компонента.

Прикладом прямого гравіметричного визначення леткої речовини є визначення СО₂ в карбонатних породах, яке базується на розкладанні карбонатів кислотами:

CaCO₃ + 2H⁺  CO2↑ + Ca²⁺ + H₂O;

CO₂ + 2NaOH → Na₂CO₃ + H₂O.

Зразок карбонату розкладають в спеціальних приладах, які дозволяють вловити CO₂, який виділяється. Вміст CO₂ розраховують по збільшенню маси трубки, яка застосовується для поглинання CO₂ (вона містить натронне вапно CaO + NaOH).

Непрямі методи відгонки. В непрямих методах визначають масу залишку речовини після повного видалення визначуваної речовини. Різниці в масі до і після відгонки визначуваної речовини дає можливість розрахувати кількість визначуваного компонента. Схема цього визначення:

BaCl₂∙2H₂O  BaCl₂ + 2H₂O↑.

Непрямі способи гравіметричних визначень застосовують при визначенні вологості матеріалів, кристалізаційної води в кристалогідратах, втрати маси при прожарюванні і т.п.

Переваги і недоліки гравіметричного аналізу.

Гравіметричні методи аналізу дозволяють з відносно високою точністю визначати в даному зразкові аналізованої речовини кількісний вміст окремих компонентів або (якщо дано розчин) концентрацію їх в розчині. Гравіметричний аналіз придатний для визначення багатьох металів (катіонів) і неметалів (аніонів), складових частин сплавів, руд, силікатів, органічних сполук і т.д.

Істотним недоліком є довга тривалість визначення, яке набагато перевищує тривалість визначень, виконуваних за посередництвом титриметричних методів. Через цю причину гравіметричний аналіз дещо втратив своє попереднє значення; в практиці їх заміняють сучасними експресними хімічними і фізико-хімічними методами.

Однак гравіметричні методи, які характеризуються високою точністю, повністю зберегли своє значення при арбітражних аналізах і широко використовуються у науково-дослідних роботах для порівняння аналітичних даних, отриманих різними методами. За допомогою гравіметричного аналізу визначення проводять з точністю до 0,01-0,005%, що перевищує точність титриметричних методів.