7.2. Химические методы количественного химического анализа

Результат химического анализа пробы вещества геологического объекта:

- массовая доля w(А) компонента А – это отношение массы компонента А, m(А), к общей массе m_вещ пробы вещества объекта анализа. В количественном анализе массовую долю компонента в пробе вещества измеряют в процентах. Она характеризует содержание компонента в пробе твердого или жидкого вещества:

w(А) = [ m(А)/ m_вещ ]×100 (%)

- массовая концентрация компонента А.

С_m (A) = m(А)/V,

где V – объем жидкого вещества (раствора), м³ ; дм³; см³;

Массу пробы вещества m_вещ можно измерить с необходимой точностью на аналитических весах, объем V можно измерить с необходимой точностью с помощью мерной посуды. Массу компонента А, m(А), в пробе вещества непосредственно измерить невозможно, её можно измерить только косвенно. Для этого разработаны различные методы количественного химического анализа.

Химические методы количественного химического анализа основаны на проведения химической реакции с определяемым компонентом анализируемой пробы в условиях выполнения законов постоянства химического состава, сохранения массы или количества частиц – эквивалентов в химических превращениях.

Химические методы количественного химического анализа подразделяют на гравиметрический и титриметрический методы.

1) Методы гравиметрии (закон сохранения массы элемента):

-- проводят химическую реакцию с реагентом, вступающим в химическую реакцию с определяемым компонентом в строго определенных соотношениях (стехиометрично), и имеется возможность точно измерить массу образующегося продукта реакции, выделенного либо в элементарном виде, либо в виде соединения строго определенного состава.

Расчеты в гравиметрическом анализе основаны на законе сохранения массы элементов при химических превращениях. Он наиболее точный из методов количественного анализа, правильность результата анализа – 0,2 отн.%.

В гравиметрии используют реакции обмена, замещения, разложения и комплексообразования, а также электрохимические процессы.

Гравиметрические методы подразделяют на две группы: 1) методы отгонки; 2) методы осаждения.

В методах осаждения навеску анализируемого вещества растворяют и прибавляют 1,5 - кратный избыток реагента-осадителя, соблюдая необходимые условия осаждения. Определяемый компонент вступает в химическую реакцию с реагентом, образуя малорастворимый продукт. Полученный осадок называют осаждаемой формой. Осадок отделяют от раствора (чаще всего фильтрованием), промывают, затем высушивают и прокаливают, получая гравиметрическую (весовую) форму. Твердый осадок известного химического состава взвешивают.

Например, содержание сульфатов в породе может быть определено после соответствующей пробоподготовки методом гравиметрии, где использовано свойство сульфатов образовывать малорастворимое соединение с ионами Ва²⁺

m(SO₄^2-) m(ВаSO₄^2-)

SO₄^2- + ВаСl₂ = ВаSO₄↓ + 2Сl^-

M(SO₄^2-) M(ВаSO₄^2-)

Расчеты содержания неизвестного компонента производят на основе закона сохранения массы (количества) элементов при химических взаимодействиях:

m(SO₄^2-) =M(SO₄^2-) m(ВаSO₄^2-)/M(ВаSO₄^2-)

Пример: Руды железные. Гравиметрический метод определения окиси кальция и окиси магния

В методах отгонки определяемый компонент выделяется из пробы в виде газа; в этом случае анализ основан либо на определении массы отогнанного компонента, либо на определении массы остатка. Методы отгонки применяют в нескольких модификациях: а) определяемый компонент отгоняют из смеси, и образовавшийся отгон взвешивают; б) определяемый компонент отгоняют, поглощают каким-либо поглотителем и взвешивают поглотитель, по прибавке в массе определяют количество отогнанного компонента; в) определяемый компонент отгоняют из точной навески анализируемого вещества, после окончания отгонки навеску снова взвешивают и по разнице в массе определяют количество отгона. Методами отгонки часто определяют содержание двуокиси углерода в карбонатных породах, количество кристаллизационной воды в солях, минералах и т. д. Методы отгонки могут применяться только в том случае, если проба содержит летучий компонент или когда определяемый компонент может превращаться в летучее соединение по какой-либо реакции.

Таблица1 Примеры гравиметрических определений

Определя-емый компонент	Реагент	Уравнение и тип реакции	Измеряемая величина
	BaCl2	осаждение	Масса BaSO4 после прокаливания осадка
	NH4OH	осаждение разложенние	Масса Fe2O3, полученного прокаливанием осадка Fe(OH)3
	HCl	отгонка	Масса поглотителя после улавливания выделившегося СО2
	Диметил-глиоксим	комплексообразование-осаждение	Масса высушенного осадка Ni(C4H7O2N2)2

Объекты гравиметрического анализа - горные породы, руды, минералы;

Виды анализа – количественный элементный и функциональный (ионы разной степени окисления) анализ; определение главных и сопутствующих компонентов; однокомпонентный анализ; макроанализ; Определяемые элементы:– Be, C, Si, S, Cl, Ni, Ba, W, Th, сумма РЗЭ

Метрологические характеристики гравиметрических методов анализа: прецизионный анализ, предел определения до 0,2 %; диапазон определяемого содержания от n*10^-2 до n*10 %; анализ жидкой фазы – поэтому используют подготовку проб: твердые пробы растворяют; не экспрессный анализ - несколько проб за смену.