Качественный анализ
.docКачественный анализ, идентификация (обнаружение) компонентов анализируемых веществ и приблизительная количеств, оценка их содержания в веществах и материалах. В качестве компонентов могут быть атомы и ионы, изотопы элементов и отдельные нуклиды, молекулы, функциональные группы и радикалы, фазы
Химические методы элементного анализа неорганических соединений. Основаны на ионных реакциях и позволяют обнаруживать элементы в форме катионов и анионов. Для качественный анализ катионов используют различные схемы систематического анализа с последовательным разделением катионов на группы и подгруппы, внутри которых возможна идентификация отдельных элементов. Аналитические группы обычно именуют по групповому реагенту.
1. Группа соляной кислоты; в нее входят Ag, Hg(I), Pb, Tl(I), которые образуют хлориды. малорастворимые в воде и кислых растворах, а также W, Nb, Та, образующие в этих же условиях малорастворимые гидраты оксидов.
2. Группа гидразина. в нее входят Pd, Pt, Au, Se, Те, которые восстанавливаются в кислом растворе; при отсутствии благородных металлов эта группа опускается, a Se и Те переходят в следующую.
3. Группа сероводорода. Подразделяют на три подгруппы: а) меди - Сu, Pb, Hg(II), Bi, Cd; образуют сульфиды, нерастворимые в полисульфиде аммония (NH4)2Sn; б) мышьяка - As, Sb, Sn; образуют тиосоли, растворимые в (NH4)2Sn; в) более редких элементов - Ge, Se, Те, Mo; образуют сульфиды, растворимые в (МН4)2Sn:
4. Группа (NH4)2S - уротропина, элементы которой образуют сульфиды или гидроксиды. малорастворимые в аммиачном растворе (NH4)2S. Подразделяют условно на три подгруппы: а) элементы со степенью окисления +2-Со, Ni, Mn, Zn; б) элементы со степенью окисления + 3 - Fe, A1, Сr; в) др. элементы - Be, Ga, In, Sc, Y, La, Th, U, Ti, Zr, Hf, Nb, Та (при наличии катионов этой подгруппы предварительно отделяют элементы с высокими степенями окисления обработкой уротропином в слабокислой среде). К этой группе относят также V, W, образующие первоначально растворимые тиосоли, разрушающиеся при подкислении.
5. Группа (NH4)2CO3; в нее входят Са, Sr, Ba, которые образуют карбонаты, малорастворимые в аммиачной среде, и не образуют осадков с описанными групповыми реагентами.
6. Группа растворимых соединений, не образующих осадков со всеми указанными групповыми реагентами, - Li, Na, К, Mg, Rb, Cs. В учебных курсах нумерацию групп часто обращают, начиная ее с группы растворимых соединений.
Недостатки описанной схемы: плохое отделение Zn2+ от Cd2+, неточное разделение Sn2+, Рb2+, соосаждение некоторых сульфидов четвертой группы (Fe и Zn) с CuS, окисление сульфидов в растворимые сульфаты и др., а также высокая токсичность H2S. Имеются бессероводородные методы систематического качественного анализа. К ним относятся методы с применением заменителей H2S, дающих ион S2- в водных растворах (тиомочевина, тиоацетамид. тиосульфат), и наиболее распространенные методы без иона S2-: кислотно-щелочной, аммиачно-фосфатный, гидразин-гидроксиламиновый, фторидно-бензоатный и др.
Например, в кислотно-щелочном методе катионы разделяют на группы малорастворимых хлоридов или сульфатов, амфотерных гидроксидов, нерастворимых в щелочах гидроксидов, амминокомплексов, растворимых в воде солей. Полные схемы систематического качественного анализа осуществляются редко. Обычно их используют частично в соответствии с конкретным набором ионов, для разделения ионов металлов в количественном анализе, а также в учебных курсах аналитической химии. качественный анализ смесей неметаллов (исключая анализ орг. веществ) осуществляют путем идентификации анионов в водных и водно-органических средах. Анионы не имеют общеустановленного разделения на группы, число которых значительно варьирует в разных схемах анализа. Обычно анионы классифицируют по признаку растворимости солей (табл. 1) и по признаку окислит.-восстановит. активности (табл. 2). Групповые реагенты в анализе анионов служат только для их обнаружения (в отличие от катионов, где такие реактивы служат и для разделения). Для отделения катионов, мешающих обнаружению анионов, анализируемый раствор предварительно обрабатывают 1 М раствором соды для осаждения карбонатов, гидроксокарбонатов и гидроксидов тяжелых металлов (на карбонат-ион, возможно имеющийся в пробе, проводят предварит. испытание). При наличии в анализируемом веществе ионов, для которых существуют селективные реагенты, их обнаружение проводят из исходного раствора с помощью характерных индивидуальных
реакций (дробный метод). При этом обычно сначала изолируют мешающие компоненты осаждением или маскированием, а затем специфических реакцией идентифицируют искомый ион. Основой для создания дробного анализа послужило получение большого набора органических реагентов на ионы неорганических веществ, а также разработка техники капельного анализа. Разработан дробный метод полного качественный анализ катионов и анионов. Техника проведения качественный анализ развивается в направлении отказа от макрометодов и перехода к полумикро- (100-10 мг), микро- (10-0,1 мг) и ультрамикрометодам (менее 0,1 мг). Полумикроанализ широко применяют в учебной работе; микро- и ультрамикроанализ - при исследовании биологических объектов, а также в электронной технике, особенно полупроводниковой, и радиохимии.
Количественная характеристика методик качественный анализ - предел обнаружения, то есть минимальное количество искомого компонента (в мкг или нг), которое может быть надежно идентифицировано: для растворов используется величина предельной концентрации Сx, min или обратная ей величина предельного разбавления Dх (предельный объем раствора, который приходится на 1 мкг определяемого компонента). Предел обнаружения и Сх, min связаны друг с другом выражением:
Иногда пользуются величиной pDx=-lgDx; для большинства микрохимических реакций качественного анализа pDx = 4-6.
Химические методы качественного анализа органических соединений. В составе органических соединений обычно идентифицируют С, Н, О, N, S, Р, галогены и др. Углерод - по СО2, образующемуся после сжигания пробы в раскаленной трубке в присутствии СuО; водород - по Н2О, конденсирующейся на холодных участках трубки, или по H2S, который образуется после прокаливания пробы с безводными Na2SO3 и Na,S2O3 и обнаруживается бумагой, пропитанной раствором (СН3СОО)2Рb или нитропруссида натрия. Азот, сер. и галогены определяют после разложения вещества расплавленным К или Na в открытых или запаянных стеклянных трубках по качеств, реакциям в растворе на образующиеся KCN (или NaCN), сульфиды, тиоцианаты, цианаты и галогениды; одновременно определяют наличие углерода по остатку на фильтре. Кислород обычно идентифицируют по функциональным группам (карбонильной, альдегидной и др.); для прямого обнаружения пробу нагревают в токе N2 или Н2 в присутствии платинового катализатора и идентифицируют по СО2 и Н2О. Фосфор обнаруживают по реакции с (МН4)2МоО4, а мышьяк - по реакции с H2S после оглавления исследуемого вещества с содой или селитрой и обработки остатка НСl. Металлы идентифицируют в зольном остатке после сожжения пробы.
Ряд специфических и чувствительных реакций для элементного анализа органических соединений предложен в системе капельного анализа с помощью цветных реакций.
Приборами для одновременного качеств, и количеств, элементного анализа служат автоматические анализаторы типов CHN, CHNS, ClBrICHNS, которые снабжены специфическими сорбционными или серийными хроматографическими устройствами для разделения продуктов разложения и детекторами для их идентификации.
Важный метод исследования органических соединений - функциональный качественный анализ, т. е. обнаружение атомов или групп атомов, определяющих строение данного класса органических соединений и их конкретные свойства.
Химические методы качественного анализа имеют практическое значение при необходимости обнаружения только нескольких элементов. Для многоэлементного качественного анализа применяют физико-химические методы, такие как хроматография, электрохимические методы, в основном, полярография, и другие и физические методы, например, атомно-эмиссионную спектрометрию (предел обнаружения 1 мкг на 1 г твердой пробы или 1 мл раствора), атомно-абсорбционный анализ (предел обнаружения порядка пикограммов), рентгеноэмиссионный и рентгенофлуоресцентный анализ (минимальный анализируемый объем 1 мкм3, предел обнаружения 10-2-10-3% по массе).
Молекулярный и функциональный качественный анализ проводят с помощью инфракрасной спектроскопии комбинационного рассеяния, спектроскопии, ядерного магнитного резонанса, электронного парамагнитного резонанса. Особое место в современном качественном анализе занимает масс-спектрометрия и хромато-масс-спектрометрия (нижний предел обнаружения - 10-7% по массе).
В современном неорганическом качественном анализе ведущая роль принадлежит физическим методам, которые позволяют решать задачи идентификации и установления строения химических соединений, определения их локализации в объекте, установления типа хим. связи между атомами и группами атомов; в органическом качественном анализе химические и физические методы используются комплексно.
