- •Содержание
- •Введение
- •Объекты анализа материалов микроэлектроники
- •1. Основы качественного анализа
- •Классификация анионов
- •2. Аналитические реакции катионов
- •Лабораторная работа № 1 Частные реакции катионов I - II групп Опыт 1. Обнаружение катиона калия
- •Опыт 2. Обнаружение катиона натрия
- •Опыт 3. Обнаружение магния в растворе
- •Опыт 4. Определение иона аммония
- •Реакции катионов I группы
- •Опыт 5. Обнаружение катиона бария
- •Опыт 6. Обнаружение катиона стронция
- •Опыт 6. Обнаружение катиона стронция
- •Опыт 7. Обнаружение катиона кальция
- •Лабораторная работа № 2 Анализ смеси катионов I и II групп
- •3. Аналитические реакции катионов III группы
- •Лабораторная работа № 3 Частные реакции катионов III группы Опыт 1. Обнаружение катиона алюминия
- •Опыт 2. Обнаружение хрома
- •Реакции хромат- и бихромат-ионов
- •Опыт 3. Обнаружение железа
- •Опыт 5. Обнаружение цинка в растворе
- •Опыт 6. Обнаружение кобальта
- •Опыт 7. Обнаружение никеля
- •Лабораторная работа № 4 Анализ смеси катионов III, II и I групп
- •4. Аналитические реакции катионов IV и V групп
- •Опыт 2. Обнаружение катионов кадмия
- •Опыт 3. Обнаружение катионов висмута
- •Подгруппа мышьяка Опыт 5. Обнаружение ионов мышьяка
- •Реакции катионов подгруппы меди
- •Обнаружение арсенит-ионов
- •Обнаружение арсенат-ионов
- •Опыт 6. Обнаружение ионов сурьмы
- •Обнаружение ионов сурьмы (III)
- •Обнаружение ионов сурьмы (V)
- •Опыт 7. Обнаружение ионов олова
- •Обнаружение ионов олова (II)
- •Обнаружение ионов олова (IV)
- •Лабораторная работа № 6 Анализ смеси катионов IV группы
- •Лабораторная работа № 7 Частные реакции катионов V группы Опыт I. Определение катионов серебра
- •Опыт 2. Обнаружение катионов свинца
- •Лабораторная работа № 8 Анализ смеси катионов V - I групп
- •Реакции катионов V группы
- •5. Аналитические реакции анионов
- •Опыт 2. Определение аниона со32–
- •Опыт 3. Определение аниона ро4–
- •Опыт 4. Определение аниона SiO32–
- •Опыт 5. Определение аниона f –
- •Вторая аналитическая группа анионов Опыт 6. Определение аниона с1–
- •Опыт 7. Определение аниона Вr –
- •Опыт 8. Определение аниона I –
- •Опыт 9. Определение аниона s2–
- •Третья аналитическая группа анионов Опыт 10. Определение аниона no3–
- •Опыт п. Определение анионов no2–
- •6. Количественный анализ
- •7. Гравиметрия
- •Весовые методы определения некоторых элементов
- •Лабораторная работа № 10 Весовое определение серы в сульфиде кадмия
- •Оборудование и реактивы
- •Описание определения
- •Определение серы
- •Лабораторная работа №11 Весовое определение никеля и железа в резистивных сплавах Определение никеля
- •Оборудование и реактивы
- •Описание определения
- •Определение железа
- •Оборудование и реактивы
- •Описание определения
- •8. Титриметрия
- •Растворение образца.
- •Описание определения
- •Лабораторная работа № 16 Определение стехиометрического состава сверх проводящей керамики ( система y-Ba-Cu )
- •Определение бария
- •Реактивы
- •Описание определения
- •Иодометрическое титрование
- •Стандартизация раствора тиосульфата натрия по бихромату калия
- •Реактивы
- •Описание определения
- •Определение меди
- •Реактивы
- •Описание определения
- •Определение иттрия комплексонометрическим титрованием
- •Реактивы
- •Описание определения
- •Расчет стехиометрии y1 Ва2 Cu3o7
- •9.Физико-химические методы анализа
- •А. Определение фосфора по желтой форме
- •Оборудование и реактивы
- •Описание определения
- •Б. Определение фосфора в виде фосфорномолибденовой сини
- •Оборудование и реактивы
- •Описание определения
- •В. Определение кремния
- •Оборудование и реактивы
- •Описание определения
- •Оборудование и реактивы
- •Описание определения
- •Б. Фотометрическое определение железа в виде роданидного комплекса
- •Оборудование и реактивы
- •Описание определения
- •Лабораторная работа № 19 Экстракционно – фотометрическое определение германия в полупроводниковых халькогенидных стеклах системы Te–As-Si-Ge
- •Оборудование и реактивы
- •Описание определения
- •Лабораторная работа № 20 Спектрофотометрическое определение хрома и марганца при совместном присутствии в контактных проводниковых сплавах
- •Оборудование и реактивы
- •Описание определения
- •Лабораторная работа № 21 Спектрофотометрическое определение висмута в присутствии свинца
- •Оборудование и реактивы
- •Описание определения
- •11. Люминесцентный анализ
- •Оборудование и реактивы
- •Описание определения
- •12. Инфракрасная спектроскопия
- •Лабораторная работа № 23 Измерение толщины пленок диоксида и нитрида кремния методом икс
- •Применение икс для исследования материалов микроэлектроники
- •Оборудование и реактивы
- •Описание определения
- •В отчете долж ны быть представлены:
- •Пример расчета:
- •13.Эмиссионный спектральный анализ
- •Лабораторная работа № 24 Определение примесей металлов методом трех эталонов
- •А. Фотографирование спектров трех эталонов и образцов Оборудование и реактивы
- •Описание определения
- •Характерные группы линий железа на планшетах атласа
- •В. Измерение почернений линий примесей на микрофотометре и построение калибровочных графиков
- •Оборудование и реактивы
- •Описание определения
- •Форма записи результатов наблюдений
- •Последовательность фотографирования образцов
- •Форма записи результатов наблюдений
- •Длины волн определяемых примесей
- •14. Электрохимические методы анализа
- •15.Потенциометрия
- •Прямая потенциометрия (ионометрия)
- •Оборудование и реактивы
- •Описание определения
- •Результаты ионометрического определения ионов в воде
- •Б. Определение фторид-ионов
- •Оборудование и реактивы
- •Описание определения
- •Лабораторная работа № 27 Определение рН в водных растворах
- •Оборудование и реактивы
- •Описание определения
- •Потенциометрическое титрование (пт)
- •Результаты титрования
- •Лабораторная работа № 28 Определение соляной кислоты в травильной ванне
- •Оборудование и реактивы
- •Описание определения
- •Лабораторная работа № 29 Определение соляной и уксусной кислот в растворе при совместном присутствии
- •Оборудование и реактивы
- •Описание определения
- •Лабораторная работа № 30 Определение соляной и борной кислот в растворе при совместном присутствии
- •Оборудование и реактивы
- •Описание определения
- •Лабораторная работа № 31 Определение содержания кобальта (II) в растворе
- •Оборудование и реактивы
- •Описание определения
- •Лабораторная работа № 32 Определение концентрации хлорида железа (III)
- •Оборудование и реактивы
- •Описание определения
- •16. Кондуктометрическое титрование
- •Лабораторная работа № 33 Дифференцированное определение солей железа (п) и(ш) в травильных растворах
- •Оборудование и реактивы
- •Описание определения
- •17. Вольтамперометрия
- •Лабораторная работа № 34 Определение примеси цинка в фосфоре
- •18. Инверсионная вольтамперометрия
- •Лабораторная работа № 36 Определение примесей цинка, кадмия, свинца и меди методом инверсионной вольтамперометрии
- •Оборудование и реактивы
- •Описание определения
- •19. Хроматография
- •Раздельное вымывание примесей с катионита ку-2
- •Лабораторная работа № 37 Определение меди и цинка при их совместном присутствии на катионите ку-2
- •Оборудование и реактивы
- •Описание определения
- •Описание определения
- •Определение кадмия
- •Результаты хроматографического определения ионов кадмия
- •Определение теллура
- •20. Рекомендуемая литература
- •Реакции катионов III группы
- •Реакции ионов подгруппы мышьяка
1. Основы качественного анализа
Качественный анализ представляет собой раздел аналитической химии, основной задачей которого является обнаружение отдельных элементов, групп элементов или ионов, входящих в состав вещества.
Для решения этой задачи обычно используются химические реакции, происходящие между веществами в растворах, причем только те из них, которые сопровождаются каким-либо внешним эффектом, т.е. легко различимыми изменениями, по которым можно судить о том, что соответствующая реакция действительно происходит. Такими внешними эффектами обычно являются:
а) изменение окраски раствора;
б) образование характерного осадка или растворение его;
в) выделение газов.
При анализе неорганических веществ имеют дело с растворами кислот, оснований или солей, которые в той или иной степени диссоциированы на ионы. Поэтому в качественном анализе химические реакции используются для определения не элементов, а образуемых ими ионов - катионов и анионов, что значительно облегчает задачу анализа.
Проводя ту или иную аналитическую реакцию, необходимо создать определенные условия для ее протекания, иначе результат реакции окажется недостоверным. К важнейшим условиям проведения реакций, подлежащих обязательному контролю, относятся: рН среды, температура, отсутствие в растворе ионов, мешающих определению данного компонента. Например, обнаружению Сd2+ в виде характерного ярко-желтого осадка CdS мешает присутствие ионов меди, которые дают в этих условиях черный осадок СuS. С этой точки зрения аналитические реакции делятся на специфические, способные обнаруживать данный ион в присутствии других ионов, и селективные, дающие сходный эффект с ограниченным числом ионов. Степень селективности реакции тем выше, чем меньше число ионов, с которыми реакция дает положительный эффект.
Другой важной характеристикой аналитических реакций является их чувствительность, которая количественно характеризуется открываемым минимумом и предельным разбавлением. Открываемый минимум - это наименьшее количество вещества, которое может быть обнаружено посредством данной реакции при определенных условиях ее выполнения. Его обычно выражают в микрограммах. Предельное разбавление - это минимальная концентрация определяемого вещества в растворе, при которой обнаружение его данной реакцией еще возможно. Предельное разбавление выражают отношением 1:g
(g – весовое количество растворителя приходящееся на 1 весовую часть определяемого вещества). Чем меньше определяемый минимум и чем больше предельное разбавление (величина g), тем выше чувствительность реакции.
Применяя специфические реакции, раствор можно анализировать дробным методом, при котором каждый ион определяется независимо от других в отдельных порциях раствора. К сожалению, набор специфических реакций ограничен, поэтому при анализе сложных смесей ионов приходится использовать систематический метод анализа, который заключается в том, что к обнаружению каждого данного иона приступают лишь после того, как все другие ионы, мешающие его обнаружению, будут предварительно определены и удалены из раствора.
При систематическом ходе анализа ионы выделяют из сложной смеси не поодиночке, а целыми аналитическими группами, пользуясь одинаковым отношением их к действию некоторых веществ, называемых групповой реагентами. Групповым реагентом может служить вещество, удовлетворяющее следующим требованиям:
1) он должен осаждать ионы практически количественно (концентрация
иона в растворе после осаждения не должна превышать 10–6 моль/л);
2) полученный осадок должен легко растворяться, чтобы можно было
провести дальнейший анализ;
3) избыток добавленного реагента не должен мешать обнаружению тех
ионов, которые остались в растворе.
Существует несколько схем классификации катионов по аналитическим группам. Одной из наиболее распространенных является классификация, основанная на свойствах хлоридов, сульфидов и карбонатов. При разделении по так называемому сероводородному методу систематический ход анализа заключается в следующем:
1. Раствором хлороводородной кислоты осаждают нерастворимые хлори-
ды: АgС1, Нg2Сl2 и РЬС12. Таким образом, катионы Аg+, Нg22+, Рb2+ составляют так называемую V аналитическую группу.
2. Раствор, имеющий кислую реакцию, обрабатывают сероводородом.
При этом в осадок переходят катионы меди (II), кадмия (II), ртути (II), висмута (III), мышьяка, сурьмы и олова, сульфиды которых нерастворимы в разбавленных кислотах. Эти катионы образуют IV аналитическую группу.
3. Оделив раствор от осадка, его нейтрализуют до слабо щелочной реакции и обрабатывают сульфидом аммония, который осаждает катионы железа, цинка, марганца (II), никеля (II), кобальта (II), хрома (III), алюминия (III) и ряда других элементов. Эти катионы составляют III аналитическую группу.
4. После отделения осадка, содержащего катионы III группы, катионы щелочноземельных элементов (кроме магния) осаждают из раствора в виде карбонатов. Эта группа называется II аналитической группой.
5. После отделения карбонатов II группы в растворе остаются катионы щелочных металлов, магния и аммония, которые не имеют группового реагента и составляют I аналитическую группу.
Итак, в основу классификации катионов положено различие в растворимости образуемых ими соединений, позволяющее отделять одни группы ионов от других (табл. 1.1).
Таблица 1.1
Классификация катионов
Сульфиды, растворимые в воде
|
Сульфиды, нерастворимые в воде (или гидроксиды, образующиеся при действии группового реагента) |
|||
Карбонты, растворимые в воде |
Карбонты, нерастворимые в воде |
Сульфиды ( гидроксиды), растворимые в разбавленных кислотах |
Сульфиды, нерастворимые в разбавленных кислотах |
|
I группа
|
II группа |
II группа |
IV группа |
V группа |
K+, Na+, NH4+, Mg2+ (MgCO3 растворим только в присутствии солей аммония) |
Ba2+, Sr2+, Ca2+ |
Al3+, Cr3+, Fe3+, Fe2+, Mg2+, Zn2+, Co2+, Ni2+ |
а) первая подгрупа:сульфиды не образуют тиосолей при действии Na2S в) вторая подгруппа: сульфиды растворяются в Na2S с образованием тиосолей |
Хлориды нерастворимы в воде и разбавленных кислотах (Ag+, Hg2+, Pb2+) |
Группового реагента не имеют
|
Групповой реагент (NH4)2CO3 |
Групповой реагент (NH4)2S |
Групповой реагент: H2S+HCl |
Групповой реагент: HCl |
Применение групповых реагентов позволяет задачу анализа свести к определению катионов в пределах группы, если она присутствует в растворе.
Неметаллы в воде содержатся обычно в виде анионов соответствующих кислот. Исключение составляет азот, который может существовать как в фор-
ме анионов N03– и NО2–, так и катиона NН4+, и углерод, присутствующий в виде неорганических анионов и органических веществ. Кроме того, следует иметь в виду, что некоторые металлы также могут образовывать анионы, например такие, как СгО42–, [А1(ОН)6]3– и ряд других.
Анионы принято делить на три аналитические группы в зависимости от растворимости соответствующих солей бария и серебра. Групповыми реагентами служат хлорид бария и нитрат серебра (табл. 1.2).
Таблица 1.2