Лабораторная работа №2

Тема: «Чувствительность реакций. Определение чувствительности аналитических реакций на К⁺»

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: научиться определять чувствительность капельных реакций катионов, в частности, катионов К⁺ с реагентами NaHC₄H₄О₆, Na₂Pb[Сu(NO₂)₆], Nа₃[Co(NO₂)₆]. Получить навыки работы капельного метода анализа, приготовления разбавленных растворов.

ЦЕЛЕВЫЕ ЗАДАЧИ:

1.Определить объем капли капельных пипеток и приготовить разбавленные растворы KC1.

2. Определить чувствительность раствора NaHC₄H₄О₆ на K⁺-ионы.

3. Определить чувствительность раствора Na₂Pb[Сu(NO₂)₆] на K⁺-ионы.

4. Определить чувствительность раствора Nа₃[Co(NO₂)₆] на K⁺-ионы.

5. Заполнить таблицы и сделать выводы.

СТУДЕНТ ДОЛЖЕН ЗНАТЬ:

1. Что такое чувствительность аналитических реакций?

2. Каковы основные характеристики чувствительности.

3. Знать основные формулы характеристик чувствительности и уметь производить расчеты.

4. Основные правила работы, техники безопасности и оказание первой помощи при работе в химической лаборатории.

СТУДЕНТ ДОЛЖЕН УМЕТЬ:

1. Владеть капельным методом анализа.

2. Разбавлять растворы из более концентрированных растворов.

3. Уметь производить математические расчеты.

Студент должен представить преподавателю лабораторный журнал с оформленной работой и ответами на контрольные вопросы.

МАТЕРИАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ:

Реактивы и оборудование:

1. 0,5М растворы КСl, NaHC₄H₄О₆, Na₂Pb[Сu(NO₂)₆], Nа₃[Co(NO₂)₆].

2. Дистиллированная вода.

3. Химические стаканы.

4. Капельные пипетки, предметные и часовые стекла.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:

1. Дайте определения понятиям: аналитическая реакция, дробный, систематический анализ, макро-, полумикроанализ.

2. Назовите групповые реагенты, применяемые в кислотно-основном методе качественного анализа. Какие катионы входят в состав первой аналитической группы?

3. Какие реагенты и реакции называются специфическими, селективными, групповыми?

4. Чем отличается первая группа катионов от других групп кислотно-основной классификации?

5. Почему обнаружение катиона калия гидротартратом натрия необходимо проводить в нейтральной среде?

6. Можно катион калия осадить практически полностью винной кислотой?

7. Можно ли обнаружить катионы калия и натрия в присутствии катиона аммония?

8. Какая реакция обнаружения катиона аммония является специфической?

9. Какие реактивы используют для обнаружения катиона калия?

10.Как выполнить реакцию обнаружения катиона натрия действием уранилацетата?

11. Почему анализ смеси катионов первой группы начинают с обнаружения катиона аммония?

12. Как можно удалить катион аммония из анализируемого раствора?

13. Как проверить полноту удаления иона аммония?

ЛИТЕРАТУРА:

1. Лекции по аналитической химии.

2. Харитонов Ю.Я. Аналитическая химия (аналитика).М.: Высшая школа,2000. 344-353с.

3. Практикум по аналитической химии. Под ред. Пономарёва В.Д., Ивановой Л.И. М.: Высшая школа, 1983. 23-27 с.

4. Васильев В.П. Аналитическая химия. 1 ч. М.: Высшая школа, 1989.

5. Жаркова Г.М., Петухова Э.Е. Аналитическая химия. Качественный анализ. С.-Петербург: Наука, 1993. 192-211 с.

Чувствительность аналитических реакций определяет возможность обнаружения вещества (ионов, молекул) в растворе. Она характеризуется предельным разбавлением V_lim, предельной концентраций C_lim (или C_min), минимальным объемом предельно разбавленного раствора V_min пределом обнаружения (открываемым минимумом) т, показателем чувствитель­ности рC_lim.

Предельное разбавление V_lim - максимальный объем раствора, в ко­тором может быть однозначно (больше чем в 50 опытах из 100 опытов) обнаружен один грамм данного вещества при помощи данной аналитиче­ской реакции. Предельное разбавление выражается в мл/г.

Предельная концентрация С_lim (C_min) - наименьшая концентрация, при которой определяемое вещество может быть обнаружено в растворе данной аналитической реакцией. Предельная концентрация выражается в г/мл.

Предельная концентрация и предельное разбавление связаны соот­ношением

С_lim = l/V_lim

Иногда (особенно в старой литературе) предельную концентрацию называют чувствительностью реакции и выражают в мкг/мл.

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

Предел обнаружения (открываемый минимум) т (в мкг) - наи­меньшая масса определяемого вещества, однозначно открываемого дан­ной аналитической реакцией в минимальном объеме предельно разбав­ленного раствора. Предел обнаружения наименьшее содержание, при котором по данной методике можно обнаружить присутствие компонента с заданной вероятностью. Таким образом, понятие предела обнаружения относится к области качественного анализа, определяет минимальное количество m_min компонента, которое может быть обнаружено с достаточно высокой заданной вероятностью.

Выражается в мкг (1 мкг = 10^-6г), иногда обозначае­мых греческой буквой γ(гамма): 1 мкг = 1 γ. Отсюда,

т = C_lim V_min ·10⁶ = V_min ·10⁶ / V_lim

Показатель чувствительности аналитической реакции определяет­ся как

рC_lim = -lgC_lim = -lg(1/V_lim) = 1gV_lim

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

Чувствительность аналитической реакции зависит от природы от­крываемого вещества и аналитического реагента, температуры, рН среды, присутствия других (особенно - мешающих) веществ.

Заметим, что в отечественной Государственной Фармакопее чувствительность фармакопейных аналитических реакций обычно характери­зуют, указывая предельную чувствительность реакции (в мг или мкг) в 1 мл раствора, т. е. приводя, в сущности, значение C_lim в мг/мл или в мкг/мл.

Определение ионов К⁺ состоит из нескольких этапов: подготовка к выполнению реакций, выполнение реакций, наблюдение эффектов, расчет чувствительности.

Опыт 1. Определение объема капли капельных пипеток.

Подготовительный опыт.

Реактивы и оборудование: капельные пластинки или часовые стекла; дистиллированная вода; капельные пипетки.

Методика проведения опыта:

В уг­лубление капельной пластинки или на часовое стекло отмеривают 0,5 мл дистиллированной воды пипет­кой с делениями на 1,0 мл. Отмеренную воду набирают в капельную пипетку и выпускают ее медленно по кап­лям, считая их. Операцию повторяют еще дважды и вычисляют V_капли, разделив общий объем (0,5 мл) на среднее число капель (из трех измере­ний). Измерение проводят для нескольких пипеток и от­бирают 5 с одинаковыми объемами капель, которые будут использованы для раствора КСl, реагентов и дис­тиллированной воды.

Опыт 2. Приготовление разбавленных растворов KCI.

Подготовительный опыт.

Реактивы и оборудование: раствор 0,5М КСl, химические стаканы; дистиллированная вода; капельные пипетки.

Методика проведения опыта:

Раствор I-0,25М. К 10 каплям исходного 0,5 М КСl прибавляют столько же капель дистиллированной воды и перемеши­вают.

Раствор II - 0,1 М. К 4 каплям исходного 0,5 М КСl прибавляют 16 капель дистиллированной воды и пере­мешивают.

Раствор III - 0,05 М. К 2 каплям исходного 0,5 М КСl при6авляют 18 капель дистиллированной воды и пере­мешивают.

Раствор IV - 0,01 М. К 1 капле исходного 0,5 М КСl при6авляют 49 капель дистиллированной воды и перемешивают.

Раствор V - 0,005 М. К 10 каплям раствора IV прибавляют столько же капель дистиллированной воды и перемешивают.

При необходимости из каждого раствора можно при­готовить более разбавленный. Рассчитывают содержание К⁺ (в мкг) в 1 капле каждого раствора. Например, в 1 л 0,5 М КСl содержится 37,28 г КСl или 19,55 г К⁺, следовательно, в 1 л раствора содержится 19,55 ·10⁶ мкг, а в объеме 1 капли - (19550 · V_капли) мкг К⁺. В тет­радь записывают номер раствора, его концентрацию и содержание К⁺ в 1 капле раствора по форме:

№	СKCl, моль/л	Содержание К^+ в 1капле раствора, мкг	Осадки с
			NаНС4Н4О6	Nа2Рb(Сu(NО2)6]	Nа3[Со(NО2)6]

Опыт 3. Определение чувствительности аналитических реакций на K⁺-ионы.

Реактивы и оборудование: раствор 0,5М КСl, 0,5М растворы NaHC₄H₄О₆, Na₂Pb[Сu(NO₂)₆], Nа₃[Co(NO₂)₆]; химические стаканы; дистиллированная вода; капельные пипетки.

Методика проведения опыта:

На капельную пластинку наносят последовательно 3 капли раствора I. К каждой капле прибавляют по 1 капле раствора реагента. К первой­ - 1 каплю раствора NаНС₄Н₄О₆, ко второй - Nа₂Рb(Сu(NО₂)₆] , к третьей - Nа₃[Со(NО₂)₆]. Заклю­чение о появлении осадка или его отсутствии делают через 2-3 мин и отмечают в таблице. Затем проводят реакции с растворами II, III и т. д. Если окажется, что, например, раствор V проявляет, а раствор VI не прояв­ляет положительного эффекта, то из раствора V следует приготовить более разбавленный раствор - в 2-3 или 4 раза и провести с ним реакции.

Таким образом, следует установить раствор с минимальным содержанием калия, который, дает уверенно обнаруживаемый эффект. Это минимальное содержание калия и есть открываемый минимум т. Установив его, рассчитывают предельную концентрацию C_lim, предельное разбавление V_lim, пока­затель рC_lim и записывают в таблицу по форме:

Реакция с	т	Clim	Vlim	рClim	Vmin
NaHC4H4О6
Na2Pb[Сu(NO2)6]
Nа3[Co(NO2)6]