Типы аналитических реакций и реагентов

Аналитические реакции и аналитические реагенты часто подразделяют на специфические, селективные (избирательные), групповые.

Специфические реагенты и реакции позволяют обнаружить данное вещество или данный ион в присутствии других веществ или ионов.

Так, например, если в растворе присутствует молекулярный йод I₂, то при добавлении свежеприготовленного водного раствора крахмала исходный раствор окрашивается в синий цвет. Процесс – обратимый; при исчезновении в растворе молекулярного йода синяя окраска также исчезает и раствор обесцвечивается. Синяя окраска раствора крахмала в присутствии йода объясняют образованием адсорбционного комплекса между коллоидными макромолекулами крахмала и йодом.

В качестве специфического реагента на ионы никеля Ni²⁺ используют реактив Чугаева – диметилглиоксим, котрый в присутствии катионов Ni²⁺ в аммиачной среде образует малорастворимый в воде комплекс красного цвета – бисдиметилглиоксимат никеля (II), который традиционно называют никельдиметилглиоксимом.

Специфических аналитических реагентов и реакций известно мало.

Селективные реагенты и реакции позволяют обнаружить несколько веществ или ионов. Таких реагентов и реакций известно значительно больше, чем специфических.

Групповые реагенты и реакции (частный случай селективных) позволяют обнаружить ионы определенной аналитической группы.

Так, например, хлороводородная кислота HCl и растворимые в воде хлориды являются групповыми реагентами на группу катионов, состоящую из ионов Ag⁺, Hg₂²⁺, Pb²⁺. Точнее говоря, в роли группового реагента здесь выступают хлорид-ионы, образующие с указанными катионами металлов малорастворимые в воде белые осадки хлоридов этих катионов:

Ag⁺ + Cl^– → AgCl↓

Hg₂²⁺ + 2Cl^– → Hg₂Cl₂↓

Pb²⁺ + 2Cl^– → PbCl₂↓

Аналогично серная кислота H₂SO₄ и растворимые сульфаты являются групповыми реагентами на группу катионов кальция, стронция и бария. С указанными катионами сульфат-ион дает малорастворимые в воде сульфаты, выпадающие в виде белых осадков:

Ca²⁺ + SO₄^2– → CaSO₄↓

Sr²⁺ + SO₄^2– → SrSO₄↓

Ba²⁺ + SO₄^2– → BaSO₄↓

Существуют групповые реагенты и для других групп катионов и анионов.

Характеристика чувствительности аналитических реакций

Аналитические реагенты и аналитические реакции позволяют обнаружить определяемое вещество в анализируемом растворе только тогда, когда это вещество содержится в растворе при достаточной концентрации, превышающей некоторый минимальный предел. Если концентрация определяемого вещества ниже этого предела, то и концентрация продуктов аналитической реакции окажется настолько незначительной, что их невозможно будет определить аналитическими методами. Указанный минимальный концентрационный предел неодинаков для разных аналитических реакций, что обуславливает их чувствительность.

Чувствительность аналитических реакций определяет возможность обнаружения вещества (ионов, молекул) в растворе. Она характеризуется предельным разбавлением V_lin, предельной концентрацией c_lin, минимальным объемом предельно разбавленного раствора V_min, пределом обнаружения (открываемым минимумом) m, показателем чувствительности pc_lim.

Предельным разбавлением V_lin – максимальный объем раствора, в котором может быть однозначно обнаружен один грамм данного вещества при помощи данной аналитической реакции. Предельное разбавление выражается в мл/г.

Так, например, при реакции ионов меди с аммиаком в водном растворе

Cu²⁺ + 4NH₃ → [Cu(NH₃)₄]²⁺

при которой образуется окрашенный ярко-синий аммиачный комплекс, предельное разбавление иона меди Cu²⁺ равно 250000мл/г, т.е. ионы меди Cu²⁺ можно открыть с помощью этой реакции в растворе, содержащем 1 г меди (II) в 250000 мл воды. В растворе в котором содержится менее 1 г меди (II) в 250000 мл воды, обнаружить эти катионы вышеприведенной аналитической реакцией невозможно.

Предельная концентрация c_lim – наименьшая концентрация, при которой определяемое вещество может быть обнаружено в растворе данной аналитической реакции. Предельная концентрация выражается в г/мл.

Предельная концентрация и предельное разбавление связано соотношением:

c_lim = 1/V_lim

Минимальный объем предельно разбавленного раствора V_min – наименьший объем анализируемого вещества, необходимый для обнаружения открываемого вещества данной аналитической реакции. Выражается в мл.

Так, минимальный объем предельно разбавленного раствора при открытии ионов меди (II) в виде аммиачного комплекса равен V_min=0,05 мл при c_lim =4^.10^–6 г/мл. Это означает, что в объеме предельно разбавленного раствора, меньшем 0,05 мл, нельзя открыть ионы меди (II) реакцией с аммиаком.

Предел обнаружения (открываемый минимум) m (в мкг) – наименьшая масса определяемого вещества, однозначно открываемого данной аналитической реакцией в минимальном объеме предельно разбавленного раствора.

m = c_lim ∙V_min ∙10⁶ = V_min ∙10⁶/V_lim

Так, предел обнаружения ионов меди (II) в виде аммиачного комплекса при предельной концентрации ионов меди c_lim =4^.10^–6 г/мл и минимальном объеме предельно разбавленного раствора V_min=0,05 мл равен:

m = c_lim ∙V_min ∙10⁶ = 4^.10^–6∙0,05∙10⁶ = 0,02 мкг

Это означает, что если масса ионов меди (II), содержащаяся в 0,05 мл предельно разбавленного раствора при концентрации 4^.10^–6 г/мл, меньше 0,2 мкг, то невозможно открыть эти ионы указанной аналитической реакцией.

Показатель чувствительности аналитической реакции определяется как

p∙c_lim = –lgc_lim = –lg(1/V_lim) = lgV_lim

Аналитическая реакция тем чувствительнее, чем меньше ее открываемый минимум, минимальный объем предельно разбавленного раствора и чем больше предельное разбавление.