1.3 Якісний аналіз

Аналітичний сигнал. Методи якісного аналізу, умови виконання аналітичних реакцій, специфічність та чутливість. Класифікація аналітичних реакцій за призначенням (відділення, ідентифікація), за технікою виконання (пробірочні, краплинні та мікрокристалоскопічні). Засоби підвищення вибірності та чутливості реакцій. Дробний та систематичний аналіз.

Після відбору і підготовки проби настає стадія хімічного аналізу, на якій і виконують виявлення компонентів чи визначення їх кількості. З цією метою вимірюють аналітичний сигнал – середнє із вимірювань фізичної величини на заключній стадії аналізу, функціонально пов’язаної з вмістом речовини, яка визначається. При виявлені компоненту в якісному аналізі фіксують виникнення осаду, забарвлення, при кількісному аналізі це може бути маса осаду(гравіметричний аналіз), інтенсивність лінії спектру і таке інше.

Задача якісного аналізу – з’ясування хімічного складу речовини (елементного, іонного, молекулярного), виявлення атомів, іонів, молекул, які знаходяться у досліджуваній речовині. Виявляють речовини за допомогою хімічних реакцій, або по фізичним аналітичним властивостям. Тому розрізняють хімічні і фізичні методи якісного аналізу.

Методи якісного аналізу класифікують: за агрегатним станом досліджуваного об'єкту (методи "сухий" і "мокрий"); за технікою виконання аналізу (пробірковий і без пробірковий)

К «сухим» методам аналізу відносять:

1. Пірохімічний метод:

а)перевірка на забарвлення полум'я (використовують хлори­ди, нітрати(У) і карбонати). Наприклад, солі натрію забарвлюють полум'я у жовтий колір; калію - у фіолетовий; літію і стронцію - у карміново-червоний; кальцію - у цегляно-черво­ний; сполуки Бору і Купруму - в зелений колір; сполуки Арсену, Стибію і Плюмбуму - в голубий тощо.

б)одержування прозорих забарвлених «перлів» характерного кольору: купруму і хрому – зеленого, кобальту – блакитного, феруму і нікелю – жовтого, мангану – фіолетового, при сплавленні досліджу­ваної речовини з бурою Na₂B₄O₇*10H₂O чи NaNH₄HPO₄*4H₂O на платиновій петлі в полум’ї газового пальника. Наприклад:

Na₂B₄O₇*10H₂O + CoO 2NaBO₂*Co(BO₂)₂(блакитний) + 10H₂O.

в)термічний розклад:

(СиОН)₂СОз 2СиО + СО₂ + H₂O.

2.Методи розтирання аналізованої проби з сухим реактивом на фарфоровій пластині чи папері. При цьому відбуваються характерні реакції, які супроводжуються зміною забарвлення:

FeCl₃ + 3NH₄SCN Fe(SCN)₃(червоний) + 3NH₄Cl,

CdSO₄ + Na₂S CdS(жовтий) +Na₂SO₄,

Hg(NO₃)₂ +2KI HgI₂(оранжевий) + 2KNO₃.

3.Люмінесцентні реакції(для збудження люмінесценції необхідна ртутна лампа) дозволяють виявляти незначні кількості деяких металів. Наприклад, при взаємодії з 8-оксихіноліном літій дає блакитну люмінесценцію, калій – жовту, алюміній – зелену.

Для аналізу «мокрим» методом речовину, яку аналізують, розчиняють у воді, кислотах, лугах, амоніаку, органічних розчинниках чи сплавляють з різни­ми плавнями з подальшим розчиненням у воді, кислотах або лугах.

Для виявлення (відкриття) іонів використовують аналітичні реакції - реакції, що супроводжуються аналітичними ознаками, що спостерігаються легко - зміною кольору розчину, утворенням осаду, виділенням газу. Такі реакції називають ще характерними реакціями даного іона.

З фізичних методів якісного аналізу частіше використовують спектральний аналіз і хроматографію, а також полярографію.

При вивченні складу неорганічних речовин у більшості випадків працюють з водними розчинами кислот, солей і основ. Ці речовини є електролітами і у розчинах дисоційовані на іони. Тому аналіз зводиться до визначення окремих іонів – катіонів і аніонів.

Аналітичні реакції повинні відповідати таким вимогам: протікати досить швидко, кількісно, бути простими по виконанню, специфічними і мати як можна меншу границю відкриття. Специфічними вважають ті методи, реакції і реагенти за допомогою яких в даних умовах можливо визначення лише однієї сполуки. Реагенти, які дають східний ефект з обмеженою кількістю сполук називають селективними.

Для підвищення вибірності(специфічності) реакції і усунення впливу заважаючих компонентів застосовують методи маскування, або відділення. Маскування – перевід заважаючих речовин у форму, яка не впливає на визначення. При цьому не утворюється нової фази. Відділення – це процес, при якому компоненти відділяються один від другого. Для цього використовують реакції окиснення або відновлення, реакції утворення малорозчинних сполук, комплексоутворення.

Чим менша кількість речовини може бути визначене за допомогою даного реактиву, тим менша границя відкриття (більш чутлива дана реакція).

Чутливість реакції характеризують:

а)відкриваним мінімумом – m(X) – найменшою масою речовини, що може бути відкрита дією даного реактиву за певних умов(мікрограм-мкг 10^-6, нанограм нг 10^-9, пікограм-пг 10^-12).

б)граничною концентрацією(чутливістю визначення)–C_гран. – відношенням однієї масової частини визначуваного іону до найбільшої маси(об’єму) розчинника(г/мл),або граничним розбавленнямV_гран. – яке показує, в якому найбільшому об’ємі водного розчину(мл) міститься визначуваний іон масою 1г. V_гран.=1/ C_гран.;

в)мінімальним об’ємом гранично розбавленого розчину – V_мін. – об’ємом розчину,що містить відкриваний мінімум;

г)границею виявлення – ГВ – найменшою масою іона у грамах, яка міститься у 1мл досліджуваного розчину, або показником чутливості рD = -lgГВ.

В якісному аналізі використовуються реакції з ГВ=1*10^-3-2*10^-8г/мл.

Основним засобом підвищення чутливості реакцій є концентрування, яке виконують випарюючи розчин, екстрагуючи речовини розчинником, соосаджуючи їх з колектором та іншими засобами: збільшенням концентрації реактиву і аналізованої речовини; зменшенням розчинності осаду; попереднім видалення домішок.

За технікою виконання аналітичних реакцій «мокрим» методом розрізняють наступні способи відкриття іонів у розчинах: пробірковий, мікрокристалоскопічний, краплинний.

Пробірковий. У пробірку вносять 2-3 краплі аналізуємого розчину, додають 2-3 краплі реактиву (якщо необхідно, додають кислоту або луг, буферний розчин, іноді розчин нагрівають) і спостерігають зовнішній ефект реакції.

Мікрокристалоскопічний. На чистому і сухому предметному склі змішують краплю досліджуваного розчину і краплю реактиву, суміш упарюють і після охолодження скла розглядають під мікроскопом кристали характерної форми, що утворилися.

Краплинний. На смужку фільтрувального паперу наносять краплю досліджуваного розчину і краплю реактиву і розглядають забарвлення плями на папері. Краплинні і мікрокристалоскопічні реакції доцільно використовувати при дробному методі аналізу.

Систематичний і дробний хід аналіз. Дробний метод аналізу заснований на відкритті іонів специфічними реакціями, тобто безпосередньо в окремих порціях досліджуваного розчину без відокремлення інших іонів. Дробний аналіз має ряд переваг: можливість виявляти іони в окремих порціях у будь-якій послідовності, а також економія часу і реактивів.

Таблиця 1.5 - Класифікація катіонів за амонійно-фосфатною схемою аналізу

№ групи	Катіони	Груповий реагент	Характеристика групи
1	K^+, Na^+, NH4^+,	Нема	Хлориди, сульфати, гідроксиди розчинені у воді
II	Mg^2+ ,Ca^2+, Ba^2+, Sr^2+ Al^3+, Cr^3+, Fe^2+, Fe^3+, Bi^3+ , Mn^2+,	(NH4)2HPO4	Осади розчиняються в ацетатній кислоті
III	Zn^2+, Ni^2+, Co^2+, Cu^2+, Cd^2+,	(NH4)2HPO4 у присутності NH4OH	У надлишку амоніаку осади фосфатів розчиняються з утворенням комплексів
IV	Sn^2+, Sn^4+, Sb(III, V), As^3+	HNO3	Утворюються осади H2SnO3, H3SbO4, H3AsO4
V	Ag^+, Pb^2+, Hg2^2+	HCl	Хлориди нерозчинені у воді і розбавлених кислотах

Більшість аналітичних реакцій не специфічні і дають східний ефект з декількома іонами(селективні реакції). Тому в процесі аналізу доводиться застосовувати відокремлення іонів друг від друга. Таким чином, відкриття іонів проводиться у певній послідовності і такий поділ іонів і їхнє відкриття зветься систематичним ходом аналізу. Відокремлення іонів провадиться методом осадження не поодинці а групами, по однаковому відношенню до так званих групових реагентів.

Для розподілу катіонів найбільш відомі сірководнева, кислотно-лужна і аміачно-фосфатна (таблиця 1.5) схеми аналізу[5].

Аніони класифікуються на групи за розчинністю їх солей барію та арґентуму(таблиця 1.6).

Таблиця 1.6 - Класифікація аніонів

№ групи	Катіони	Груповий реагент	Характеристика групи
1	, , , , ,	BaCl2	солі барію малорозчинні у воді
II	, Br ^–, J^–, S^2– , CN^-, CNS^-	AgNO3	солі Арґентуму нерозчинні у воді і у розведеній HNO3
III	NO3^-, , CH3COO^-	Немає	барієві і срібні солі розчинні у воді

Контрольні питання до теми 1.3

3.1.Що таке аналітичний сигнал?

3.2.У чому полягає задача якісного аналізу?

3.3.Надайте приклади «сухих» методів якісного аналізу?

3.4Які реакції звуться аналітичними?

3.5.Яка аналітична реакція вважається специфічною?

3.6.Чим характеризується чутливість аналітичної реакції?

3.7.Як розрізняються аналітичні реакції за технікою виконання?

3.8.У чому полягає дробний метод аналізу?

3.9.У чому полягає систематичний хід аналізу?