Методика проведення якісного аналізу. Якісний хімічний аналіз

Аналіз речовини може проводитися з метою встановлення якісного чи кількісного її складу. Відповідно до цього розрізняють якісний та кількісний аналіз.

Якісний аналіздозволяє встановити, з яких хімічних елементівскладається аналізована речовина і які іони, групи атомів або молекули входять до його складу. При дослідженні складу невідомої речовини якісний аналіз завжди передує кількісному, оскільки вибір методу кількісного визначенняскладових частин аналізованої речовини залежить від даних, отриманих за її якісному аналізі.

Якісний хімічний аналіз здебільшого ґрунтується на перетворенні аналізованої речовини в яку-небудь нову сполуку. характерними властивостями: кольором, визначеним фізичним станом, кристалічною або аморфною структурою, специфічним запахом і т. п. Хімічне перетворення, що відбувається при цьому, називають якісною аналітичною реакцією, а речовини, що викликають це перетворення, називають реактивами (реагентами).

Наприклад, для відкриття в розчині -іонів аналізований розчин спочатку підкислюють хлористоводневою кислотою, а потім додають розчин гексаціаноферату (II) калію. У присутності випадає синій осад гексаціаноферрата (II) заліза (берлінська блакить):

Іншим прикладом якісного хімічного аналізу може бути виявлення солей амонію шляхом нагрівання аналізованої речовини з водним розчином їдкого натру. Іони амонію в присутності -іонів утворюють аміак, який впізнають за запахом або посинення вологого червоного лакмусового паперу:

У наведених прикладах розчини гексаціаноферату (II) калію та їдкого натру є відповідно реактивами на -іони.

При аналізі суміші кількох речовин, близьких за хімічними властивостями, їх попередньо поділяють і потім проводять характерні реакціїна окремі речовини (або іони), тому якісний аналіз охоплює як окремі реакції виявлення іонів, а й методи їх поділу.

Кількісний аналіз дозволяє встановити кількісні співвідношення складових частин цієї сполуки або суміші речовин. На відміну від якісного аналізу кількісний аналіз дає можливість визначити вміст окремих компонентів речовини, що аналізується, або загальний вміст визначається речовини в досліджуваному продукті.

Методи якісного та кількісного аналізу, що дозволяють визначати в аналізованій речовині зміст окремих елементівназивають елементним аналізом; функціональних груп – функціональним аналізом; індивідуальних хімічних сполук, що характеризуються певною молекулярною вагою, – молекулярним аналізом.

Сукупність різноманітних хімічних, фізичних та фізикохімічних методів поділу та визначення окремих структурних (фазових) складових гетерогенних! систем, що відрізняються за властивостями та фізичної будовиі обмежених один від одного поверхнями розділу називають фазовим аналізом.

ЯКІСНИЙ ХІМІЧНИЙ АНАЛІЗ, отримання інформації про якісний склад речовини, про природу його компонентів; один із основних видів хімічного аналізу. Цілі якісного хімічного аналізу - виявлення та ідентифікація компонентів аналітичної проби та/або упізнання її як цілісного об'єкта. Виходячи з природи компонентів, розрізняють ізотопний, елементний, молекулярний, фазовий, структурно-груповий (функціональний) та інші види якісного хімічного аналізу. Зазвичай якісний хімічний аналіз передує кількісним хімічним аналізом.

Якісний хімічний аналіз виконують хімічними методами аналізу, фізичними методами аналізу, фізико-хімічними методами аналізу та біохімічними методами аналізу; використовують також біологічний методаналізу. Властивості проби порівнюють із властивостями зразка, склад якого відомий. Зазвичай еталон - передбачуваний компонент чистому виглядіабо його розчин. Властивості зразка можуть бути вивчені заздалегідь та представлені в таблицях, довідниках та інших базах даних. Збіг будь-якої якості проби і зразка - одиничний ознака присутності компонента; при цьому компонент вважають ідентифікованим, якщо при випробуванні проби виявлено низку його незалежних характеристик. Чим цих характеристик більше і що вони специфічніші саме для даного компонента, тим вища достовірність ідентифікації. Неспецифічність характеристик може призводити до хибної ідентифікації. Висновок «компонент відсутній» також може бути помилковим, якщо в пробі є речовини, що маскують компонент, що розпізнається (наприклад, що переводять його в іншу форму), або концентрація компонента в пробі нижче деякого значення (межі виявлення), що залежить від природи даного компонента і методики якісного хімічний аналіз. Межа виявлення (C min) - мінімальний вміст компонента, необхідне його виявлення за даною методикою із заданою надійністю. Негативний результат зазвичай означає, що вміст компонента пробі нижче C min .

До середини 17 століття якісний хімічний аналіз зводився до розпізнавання чистих речовин за їх кольором, запахом, смаком, щільністю тощо; враховувалася також зміна властивостей проби при прожарюванні, фарбування полум'я при внесенні до нього речовини та ін. Починаючи з робіт Р. Бойля, набув поширення елементний якісний хімічний аналіз. Основним методом аналізу стало проведення якісних хімічних реакцій: до розчину проби додають хімічний реагент, що взаємодіє з шуканим компонентом, і про наявність в пробі цього компонента судять за утворенням або зникненням осаду, зміною кольору розчину, виділенням газу та ін. та формі кристалів (на дослідженні кристалічних опадів заснована мікрокристалоскопія). Специфічні якісні реакції дозволяють виявити компонент без виділення з проби - так званий дробовий аналіз (наприклад, при взаємодії йоду з крохмалем синє фарбування розчину однозначно вказує на присутність йоду). Неспецифічність багатьох якісних реакцій зажадала розробки складних схемсистематичного якісного хімічного аналізу, що включають послідовне виділення із проби груп іонів з подібними властивостями за допомогою різних осадників - групових реагентів. У 18 столітті шведським хіміком Т. Бергманом запропоновано і в 19 столітті німецькими хіміками Г. Розе і К. Фрезеніусом удосконалено сірководневу схему систематичного поділу та виявлення хімічних елементів, засновану на використанні як групового реагенту Н 2 S. В аналізі мінера успішно використали до 1970-х років.

Наприкінці 19 століття В. Оствальд запропонував розглядати реакції поділу та виявлення елементів у розчинах як іонні реакції. Були запропоновані селективні та високочутливі органічні реагенти на різні катіони та аніони, наприклад, диметилглиоксим - реактив Чугаєва (Л. А. Чугаєв, 1905) для специфічного виявлення іонів Ni 2+ . Використання органічних реагентів і маскуючих речовин під час проведення якісного хімічного аналізу сприяло створенню надійних методик краплинного аналізу неорганічних речовин (російський хімік М. А. Тананаєв, австрійський хімік Ф. Файгль). Успішно розвивався якісний хімічний аналіз органічних речовин. Елементи, що входять до їх складу (С, Н, N, О, S, Р, галогени), розпізнавали за допомогою якісних реакцій після термічного розкладання проби та перетворення елементів на реакційні форми. Для встановлення складу та структури органічних сполуквикористовували хімічні методифункціонального аналізу

У 2-й половині 20 століття частіше стали використовуватися фізичні та фізико-хімічні методи якісного хімічного аналізу, що мають низку переваг перед хімічними. Як правило, фізичні методи відрізняються більшою селективністю, експресністю, легше автоматизуються та дають надійніші результати. Якщо для хімічних методів C min порядку 10 4 ―10 6 моль/дм 3 , то деякі фізичні методи дозволяють виявляти домішки на рівні 10 8 ―10 12 моль/дм 3 . Фізичні методи ґрунтуються на вимірі тих властивостей проби та еталона, які залежать від природи, але не від змісту компонента. Так, при проведенні атомно-емісійного спектрального аналізу реєструють спектр проби, вимірюють довжини хвиль спектральних ліній і перевіряють наявність ліній, характерних для елемента, що шукається і не залежать від присутності інших елементів. Збіг безлічі ліній з точністю до похибки вимірювання довжини хвилі надійно доводить присутність елемента, що шукається в пробі. Інші важливі фізичні методи якісного хімічного аналізу – рентгенівський спектральний аналіз, ІЧ-спектроскопія, мас-спектрометрія, хромато-мас-спектрометрія. Рідше використовують кінетичні та електрохімічні методи аналізу (наприклад, полярографію), люмінесцентний аналіз. Резонансні методи (ЯМР- та ЕПР-спектрометрія) застосовують для ідентифікації та встановлення структури чистих речовин, а також для аналізу сумішей. Якісний хімічний аналіз сумішей органічних речовин (нафтопродукти, лікарські препарати, білки та ін) зазвичай включає фракціонування або повний поділпроби методами хроматографії, екстракції, електрофорезу та ін. Характеристики утримання компонентів у хроматографічній колонці використовуються і для їх ідентифікації. Сучасний напрямоку розвитку якісного хімічного аналізу - створення систем комп'ютерної ідентифікації, які використовують бази даних чи алгоритми розпізнавання образів.

Літературу дивись при статтях Аналітична хімія, Хімічний аналіз.

. Ціль, можливі методи. Якісний хімічний аналіз неорганічних та органічних речовин

Якісний аналіз має свою метою виявлення певних речовин або їх компонентів в об'єкті, що аналізується. Виявлення проводиться шляхом ідентифікації речовин, тобто встановлення тотожності (однаковості) АС аналізованого об'єкта та відомих АС визначених речовин в умовах методу аналізу, що застосовується. Для цього даним методом попередньо досліджують еталонні речовини (гл. 2.1), у яких наявність визначуваних речовин явно відома. Наприклад, встановлено, що наявність спектральної лінії з довжиною хвилі 350,11 нм в емісійному спектрі сплаву, при збудженні спектра електричною дугоюсвідчить про наявність у сплаві барію; посиніння водного розчину при додаванні до нього крохмалю є АС на присутність у ньому I 2 і навпаки.

Якісний аналіз завжди передує кількісному.

В даний час якісний аналіз виконують інструментальними методами: спектральними, хроматографічними, електрохімічними та ін. наприклад, встановити наявність подвійних і потрійних зв'язків у ненасичених вуглеводнях при пропусканні їх через бромну воду або водний розчин KMnO 4 . При цьому розчини втрачають фарбування.

Детально розроблений якісний хімічний аналіз дозволяє визначати елементний (атомний), іонний, молекулярний (речовий), функціональний, структурний та фазовий складинеорганічних та органічних речовин.

При аналізі неорганічних речовин основне значення мають елементний та іонний аналізи, оскільки знання елементного та іонного складу достатньо для встановлення речовинного складу неорганічних речовин. Властивості органічних речовин визначаються їх елементним складом, а також структурою, наявністю різноманітних функціональних груп. Тому аналіз органічних речовин має власну специфіку.

Якісний хімічний аналіз базується на системі хімічних реакцій, характерних для даної речовини - поділу, відділення та виявлення.

До хімічних реакцій у якісному аналізі висувають такі вимоги.

1. Реакція має протікати практично миттєво.

2. Реакція має бути незворотною.

3. Реакція повинна супроводжуватись зовнішнім ефектом (АС):

а) зміною фарбування розчину;

б) утворенням або розчиненням осаду;

в) виділенням газоподібних речовин;

г) фарбуванням полум'я та ін.

4. Реакція має бути чутливою та по можливості специфічною.

Реакції, що дозволяють отримати зовнішній ефектз визначеною речовиною, називають аналітичними , а речовина, що додається для цього - реагентом . Аналітичні реакції, що проводяться між твердими речовинами, відносять до реакцій. сухим шляхом », а в розчинах - « мокрим шляхом ».

До реакцій «сухим шляхом» відносяться реакції, що виконуються шляхом розтирання твердої досліджуваної речовини з твердим реагентом, а також шляхом отримання забарвленого скла (перлів) при сплавленні деяких елементів з бурою.

Значно частіше аналіз проводять «мокрим шляхом», навіщо аналізовану речовину переводять у розчин. Реакції з розчинами можуть виконуватись пробірковим, краплинним і мікрокристалічний методами. При пробірковому напівмікроаналіз його виконують у пробірках місткістю 2-5см 3 . Для відділення опадів використовують центрифугування, а випарювання ведуть у фарфорових філіжанках або тиглях. Краплинний аналіз (Н.А. Тананаєв, 1920) здійснюють на фарфорових пластинках або смужках фільтрованого паперу, отримуючи кольорові реакції при додаванні до однієї краплі розчину речовини однієї краплі розчину реактиву. Мікрокристалічний аналіз заснований на виявленні компонентів за допомогою реакцій, в результаті яких утворюються сполуки з характерним кольором та формою кристалів, що спостерігаються у мікроскоп.

Для якісного хімічного аналізу використовують усі відомі типиреакцій: кислотно-основні, окислювально-відновні, осадження, комплексоутворення та інші.

Якісний аналіз розчинів неорганічних речовин зводиться до виявлення катіонів та аніонів. Для цього використовують загальні і приватні реакції. Загальні реакції дають подібний зовнішній ефект (АС) з багатьма іонами (наприклад, утворення катіонами опадів сульфатів, карбонатів, фосфатів тощо), а приватні – з 2-5 іонами. Чим менше числоіонів дають подібний АС, тим селективніше (виборчі) вважається реакція. Реакція називається специфічною , коли дозволяє виявити один іон у присутності решти. Специфічною, наприклад, на іон амонію є реакція:

NH 4 Cl + KOH  NH 3  + KCl + H 2 O

Аміак виявляють по запаху або посиненню червоного лакмусового папірця, змоченого у воді і поміщеного над пробіркою.

Селективність реакцій можна підвищити, змінюючи умови (рН) або застосовуючи маскування. Маскування полягає в зменшенні концентрації іонів, що заважають, в розчині менше межі їх виявлення, наприклад шляхом їх зв'язування в безбарвні комплекси.

Якщо склад аналізованого розчину нескладний, його після маскування аналізують дробовим способом. Він полягає у виявленні в будь-якій послідовності одного іона у присутності всіх інших за допомогою специфічних реакцій, які проводять в окремих порціях аналізованого розчину. Оскільки специфічних реакцій небагато, то під час аналізу складної іонної суміші використовують систематичний Метод. Цей спосіб заснований на поділі суміші на групи іонів зі подібними хімічними властивостями шляхом переведення їх в опади за допомогою групових реактивів, причому груповими реактивами впливають на ту саму порцію аналізованого розчину за певною системою, в строго визначеній послідовності. Осади відокремлюють один від одного (наприклад, центрифугуванням), потім розчиняють певним чином і одержують серію розчинів, що дозволяють у кожному виявити окремий іон специфічною реакцією на нього.

Існує кілька систематичних способів аналізу, які називаються за застосовуваними груповими реактивами: сірководневий, кислотно-основний, аміачно-фосфатний та інші. Класичний сірководневий спосіб заснований на поділі катіонів на 5 груп шляхом отримання їх сульфідів або сірчистих сполук при дії H 2 S, (NH 4) 2 S, NaS у різних умовах.

Найбільш широко застосовуваним, доступним та безпечним є кислотно-основний метод, при якому катіони поділяють на 6 груп (табл. 1.3.1). Номер групи вказує на послідовність дії реактивом.

Таблиця 1.3.1

Класифікація катіонів за кислотно-основним способом

Номер групи	Катіони	Груповий реактив	Розчинність сполук
I	Ag + , Pb 2+ , Hg 2 2+	2MHCl	Хлориди нерозчинні у воді
II	Ca 2+ , Sr 2+ , Ba 2+	1MH 2 SO 4	Сульфати нерозчинні у воді
III	Zn 2+ , Al 3+ , Cr 3+ , Sn 2+ , Si 4+ , ​​As	4MNaOH	Гідроксиди амфотерни, розчинні у надлишку лугу
IV	Mg 2+ , Mn 2+ , Fe 2+ , Fe 3+ , Bi 3+ , Sb 3+ , Sb 5+	25% NH 3	Гідроксиди нерозчинні у надлишку NaOH або NH 3
Номер групи	Катіони	Груповий реактив	Розчинність сполук
V	Co 2+ , Ni 2+ , Cu 2+ , Cd 2+ , Hg 2+	25% NH 3	Гідроксиди розчиняються у надлишку NH 3 з утворенням комплексних сполук
VI	Na + , K + , NH 4 +	Ні	Хлориди, сульфати, гідроксиди розчиняються у воді

Аніони при аналізі переважно не заважають один одному, тому групові реактиви застосовують задля поділу, а перевірки наявності чи відсутності тієї чи іншої групи аніонів. Стройної класифікації аніонів на групи немає.

Найбільш простим чином їх можна розділити на дві групи по відношенню до іона Ba 2+ :

а) дають добре розчинні сполуки у воді: Cl-, Br-, I-, CN-, SCN-, S 2-, NO 2 2-, NO 3 3-, MnO 4-, CH 3 COO -, ClO 4 - , ClO 3 - , ClO -;

б) дають поганорозчинні сполуки у воді: F - , CO 3 2- , CsO 4 2- , SO 3 2- , S 2 O 3 2- , SO 4 2- , S 2 O 8 2- , SiO 3 2- , CrO 4 2-, PO 4 3- , AsO 4 3- , AsO 3 3- .

Якісний хімічний аналіз органічних речовин поділяють на елементний , функціональний , структурний і молекулярний .

Аналіз починають із попередніх випробувань органічної речовини. Для твердих вимірюють плав. для рідких - t кип або , показник заломлення. Молярну масу визначають за зниженням t замерз або підвищення t кип, тобто кріоскопічним або ебуліоскопічними методами. Важливою характеристикоює розчинність, з урахуванням якої існують класифікаційні схеми органічних речовин. Наприклад, якщо речовина не розчиняється в Н 2 Про, але розчиняється в 5%-ному розчині NaOH або NaHCO 3 то воно відноситься до групи речовин, до якої входять сильні органічні кислоти, карбонові кислоти з більш ніж шістьма атомами вуглецю, феноли з замісниками в орто- та параположеннях, -дикетони.

Таблиця 1.3.2

Реакції для ідентифікації органічних сполук

Тип з'єднання	Функціональна група, що бере участь в реакції	Реагент
Альдегід	С = О	а) 2,4 - динітрофенілгідрозид б) гідрохлорид гідроксиламіну в) гідросульфат натрію
Амін	- NH 2	а) азотиста кислота б) бензолесульфохлорид
Ароматичний вуглеводень	Азоксибензол та хлорид алюмінію
Кетон	С = О	альдегід
Ненасичений вуглеводень	- С = С - - С ≡ С -	а) розчин KMnO 4 б) розчин Вr 2 в СCL 4
Нітросполука	- NO 2	а) Fe(OH) 2 (сіль Мора + КОН) б) цинковий пил + NH 4 Clв) 20% розчин NaOH
Спирт	(R) - OH	а) (NH 4) 2 б) розчин ZnCl 2 в HCl в) йодна кислота
Фенол	(Ar) - OH	a) FeCl 3 у піридині б) бромна вода
Ефір простий	(R ) - OR	а) йодоводородна кислота; б) бромна вода
Ефір складний	(R ) - COOR	а) розчин NaOH (або КОН) б) гдрохлорид гідроксиламіну

Елементним аналізом виявляють елементи, що входять до молекул органічних речовин (C, H, O, N, S, P, Cl, та ін). У більшості випадків органічна речовинарозкладають, продукти розкладання розчиняють і в отриманому розчині визначають елементи як неорганічних речовин. Наприклад, при виявленні азоту пробу сплавляють з металевим калієм, одержуючи KCN, який обробляють FeSO 4 переводять в K 4 . Додаючи до останнього розчин іонів Fe 3+ отримують берлінську блакит Fe 4 3 - (AC на присутність N).

Аналіз речовини може проводитися з метою встановлення якісного чи кількісного її складу. Відповідно до цього розрізняють якісний та кількісний аналіз.

Якісний аналіз дозволяє встановити, з яких хімічних елементів складається аналізована речовина та які іони, групи атомів або молекули входять до його складу. При дослідженні складу невідомої речовини якісний аналіз завжди передує кількісному, оскільки вибір методу кількісного визначення складових частин речовини, що аналізується, залежить від даних, отриманих при його якісному аналізі.

Якісний хімічний аналіз здебільшого ґрунтується на перетворенні аналізованої речовини на якусь нову сполуку, що має характерні властивості: колір, певний фізичний стан, кристалічну або аморфну ​​структуру, специфічний запах тощо. Хімічне перетворення, що відбувається при цьому, називають якісною аналітичною реакцією, а речовини, що викликають це перетворення, називають реактивами (реагентами).

При аналізі суміші кількох речовин, близьких за хімічними властивостями, їх попередньо поділяють і потім проводять характерні реакцію окремі речовини (або іони), тому якісний аналіз охоплює як окремі реакції виявлення іонів, а й методи їх поділу.

Кількісний аналіз дозволяє встановити кількісні співвідношення частин цієї сполуки або суміші речовин. На відміну від якісного аналізу кількісний аналіз дає можливість визначити вміст окремих компонентів аналізованої речовини або загальний вміст речовини, що визначається в досліджуваному продукті.

Методи якісного та кількісного аналізу, що дозволяють визначити в аналізованій речовині вміст окремих елементів, називають елементами аналізу; функціональних груп – функціональним аналізом; індивідуальних хімічних сполук, що характеризуються певною молекулярною вагою, – молекулярним аналізом.

Сукупність різноманітних хімічних, фізичних і фізико-хімічних методів поділу та визначення окремих структурних (фазових) складових гетерогенних систем, що відрізняються за властивостями та фізичною будовою та обмежені одна від одної поверхнями розділу, називають фазовим аналізом.

Методи якісного аналізу

У якісному аналізі встановлення складу досліджуваного речовини використовують характерні хімічні чи фізичні властивості цієї речовини. Зовсім немає необхідності виділяти елементи, що відкриваються, в чистому вигляді, щоб виявити їх присутність в аналізованій речовині. Однак виділення у чистому вигляді металів, неметалів та їх сполук іноді використовується в якісному аналізі для їх ідентифікації, хоча такий шлях аналізу дуже важкий. Для виявлення окремих елементів користуються більш простими та зручними методами аналізу, заснованими на хімічних реакціях, характерних для іонів даних елементів і протікають за певних умов.

Аналітичною ознакою присутності в аналізованому поєднанні шуканого елемента є виділення газу, що відрізняється специфічним запахом; в іншому - випадінні осаду, що характеризується певним кольором.

Реакції, що протікає між твердими речовинами та газами. Аналітичні реакції можуть протікати не тільки в розчинах, але і між твердими, а також і газоподібними речовинами.

Прикладом реакції між твердими речовинами є виділення реакція металевої ртуті при нагріванні сухих солей її з карбонатом натрію. Утворення білого диму при взаємодії газоподібного аміаку з хлористим воднем може бути прикладом аналітичної реакції з участю газоподібних речовин.

Реакції, що застосовуються в якісному аналізі, можна поділити на такі групи.

1. Реакції осадження, що супроводжуються утворенням опадів різних кольорів. Наприклад:

CaC2O4 - білого кольору

Fe43 - синій,

CuS – коричнево – жовтий

HgI2 – червоний

MnS - тілесно - рожевий

PbI2 - золотистий

Опади, що утворюються, можуть відрізнятися певною кристалічною структурою, розчинністю в кислотах, лугах, аміаку і т.п.

2. Реакції, що супроводжуються утворенням газів, що мають відомий запах, розчинність і т.д.

3. Реакції, що супроводжуються утворенням слабких електролітів. До таких реакцій, в результаті який утворюються:CH3COOH, H2F2, NH4OH, HgCl2, Hg(CN)2, Fe(SCN)3 і т.п. Реакціями цього ж типу можна вважати реакції кислотно - основної взаємодії, що супроводжуються утворенням нейтральних молекул води, реакції утворення газів та малорозчинних у воді опадів та реакції комплексоутворення.

4. Реакції кислотно-основної взаємодії, що супроводжуються переходом протонів.

5. Реакції комплексоутворення, що супроводжуються приєднанням до атомів комплексоутворювача різних легандів - іонів і молекул.

6. Реакції комплексоутворення, пов'язані з кислотно-основною взаємодією

7. Реакції окислення – відновлення, що супроводжуються переходом електронів.

8. Реакції окислення – відновлення, пов'язані з кислотно – основною взаємодією.

9. Реакції окислення – відновлення, пов'язані з комплексоутворенням.

10. Реакції окислення – відновлення, що супроводжуються утворенням опадів.

11. Реакції іонного обміну, які відбуваються на катіонітах чи аніонітах.

12. Каталітичні реакції, що використовуються у кінетичних методах аналізу

Аналіз мокрим та сухим шляхом

Реакції, які застосовують у якісному хімічному аналізі, найчастіше проводять у розчинах. Аналізована речовина спочатку розчиняють, а потім діють на отриманий розчин відповідними реактивами.

Для розчинення аналізованої речовини застосовують дистильовану воду, оцтову та мінеральні кислоти, царську горілку, водний розчин аміаку, органічні розчинники тощо. Чистота застосовних розчинників є важливою умовоюдля отримання правильних результатів.

Переведену в розчин речовину піддають систематичному хімічному аналізу. Систематичний аналіз складається з ряду попередніх випробувань і реакцій, що послідовно виконуються.

Хімічний аналіз досліджуваних речовин у розчинах називають аналізо мокрим шляхом.

У деяких випадках речовини аналізують сухим шляхом, без переведення їх у розчин. Найчастіше такий аналіз зводиться до випробування здатності речовини забарвлювати безбарвне полум'я пальника в характерний колір або надавати певного забарвлення плаву (так звану перлу), отриманого при нагріванні речовини з тетраборатом натрію (бурою) або фосфатом натрію ("фосфорною сіллю") у вушці з платин дроту.

Хімічний та фізичний метод якісного аналізу.

Хімічні методи аналізу. Методи визначення складу речовин, засновані на їх використанні хімічних властивостейназивають хімічними методами аналізу.

Хімічні методи аналізу широко застосовують у практиці. Однак вони мають низку недоліків. Так, для визначення складу даної речовини іноді необхідно попередньо відокремити складову частинувід сторонніх домішок та виділити її в чистому вигляді. Виділення речовин у чистому вигляді часто становить дуже важке, а іноді й нездійсненне завдання. Крім того, для визначення малих кількостей домішок (менше 10"4%), що містяться в аналізованій речовині, іноді доводиться брати великі проби.

Фізичні методи аналізу. Присутність того чи іншого хімічного елемента у зразку можна виявити і не вдаючись до хімічних реакцій, ґрунтуючись безпосередньо на вивченні фізичних властивостейдосліджуваної речовини, наприклад, фарбуванні безбарвного полум'я пальника в характерні кольори летючими сполуками деяких хімічних елементів.

Методи аналізу, з яких можна визначити склад досліджуваного речовини, не вдаючись до використання хімічних реакцій, називають фізичними методами аналізу. До фізичних методів аналізу належать методи, що ґрунтуються на вивченні оптичних, електричних, магнітних, теплових та інших фізичних властивостей аналізованих речовин.

До найбільш широко застосовуваних фізичних методів аналізу належать такі.

Спектральний якісний аналіз. Спектральний аналіз заснований на спостереженні емісійних спектрів (спектрів випромінювання або випромінювання) елементів, що входять до складу аналізованої речовини.

Люмінесцентний (флуоресцентний) якісний аналіз. Люмінесцентний аналіз заснований на спостереженні люмінесценції (випромінювання світла) аналізованих речовин, що викликається дією ультрафіолетових променів. Метод застосовується для аналізу природних органічних сполук, мінералів, медичних препаратів, низки елементів та інших.

Для збудження світіння досліджувана речовина або її розчин опромінюють ультрафіолетовими променями. При цьому атоми речовини, поглинувши певну кількість енергії, переходять у збуджений стан. Цей стан характеризується більшим запасом енергії, ніж нормальний стан речовини. При переході речовини від збудженої до нормальному станувиникає люмінесценція з допомогою надлишкової енергії.

Люмінесценцію, що дуже швидко загасає після припинення опромінення, називають флуоресценцією.

Спостерігаючи характер люмінесцентного світіння та вимірюючи інтенсивність, або яскравість люмінесценції сполуки або її розчинів, можна будувати висновки про склад досліджуваного речовини.

У ряді випадків визначення ведуть на підставі вивчення флуоресценції, що виникає в результаті взаємодії речовини, що визначається, з деякими реактивами. Відомі також люмінесцентні індикатори, що застосовуються для визначення реакції середовища зміни флуоресценції розчину. Люмінесцентні індикатори застосовують для дослідження забарвлених середовищ.

Рентгеноструктурний аналіз. За допомогою рентгенівських променів можна встановити розміри атомів (або іонів) та їх взаємне розташуванняу молекулах досліджуваного зразка, т. е. виявляється можливим визначити структуру кристалічних ґрат, склад речовини та іноді наявність у ньому домішок. Метод не вимагає хімічної обробкиречовини та великих його кількостей.

Мас-спектрометричний аналіз. Метод заснований на визначенні окремих іонізованих частинок, що відхиляються електромагнітним полембільшою чи меншою мірою залежно від відношення їхньої маси до заряду (докладніше див. книга 2).

Фізичні методи аналізу, маючи ряд переваг перед хімічними, в деяких випадках дають можливість вирішувати питання, які не вдається вирішити методами хімічного аналізу; користуючись фізичними методами, можна розділити елементи, що важко розділяються хімічними методами, а також вести безперервну та автоматичну реєстрацію показань. Дуже часто фізичні методи аналізу застосовують поряд із хімічними, що дозволяє використовувати переваги тих та інших методів. Поєднання методів має особливо важливе значення щодо в аналізованих об'єктах нікчемних кількостей (слідів) домішок.

Макро-, напівмікро- та мікрометоди

Аналіз великих та малих кількостей досліджуваної речовини. У час хіміки користувалися для аналізу великими кількостями досліджуваного речовини. Щоб визначити склад будь-якої речовини, брали проби у кілька десятків грамів і розчиняли в великому обсязі рідини. Для цього був потрібний і хімічний посуд відповідної ємності.

В даний час хіміки обходяться в аналітичній практиці малими кількостями речовин. Залежно від кількості аналізованої речовини, обсягу розчинів, що використовуються для аналізу, і головним чином від техніки виконання експерименту, методи аналізу ділять на макро-, напівмікро- і мікрометоди.

При виконанні аналізу макрометодом для проведення реакції беруть кілька мл розчину, що містить не менше 0,1 г речовини, і до випробуваного розчину додають не менше 1 мл розчину реактиву. Реакції проводять у пробірках. При осадженні одержують об'ємні опади, які відокремлюють фільтруванням через воронки з паперовими фільтрами.

Краплинний аналіз

Техніка проведення реакцій у краплинному аналізі. Велике значення в аналітичній хімії набув так званого крапельного аналізу, введеного в аналітичну практику Н. А. Тананаєвим.

Працюючи цим методом велике значеннямають явища капілярності та адсорбції, за допомогою яких можна відкривати та розділяти різні іони за їх спільної присутності. При краплинному аналізі окремі реакції проводять на фарфорових або скляних пластинках або на фільтрувальному папері. При цьому на пластинку або папір наносять краплю випробуваного розчину та краплю реактиву, що викликає характерне фарбування або утворення кристалів.

При виконанні реакції на фільтрувальному папері використовують капілярно-адсорбційні властивості паперу. Рідина всмоктується папером, а пофарбована сполука, що утворюється, адсорбується на невеликій ділянціпапери, унаслідок чого підвищується чутливість реакції.

Мікрокристаллоскопічний аналіз

Мікрокристаллоскопічний метод аналізу заснований на виявленні катіонів і аніонів за допомогою реакції, в результаті яких утворюється сполука, що має характерну форму кристалів.

Раніше цей метод застосовувався у якісному мікрохімічному аналізі. В даний час він використовується також і в краплинному аналізі.

Для розгляду кристалів, що утворюються, в мікрокристаллоскопічному аналізі користуються мікроскопом.

Кристали характерної формикористуються під час роботи з чистими речовинами шляхом внесення краплі розчину чи кристаліка реактиву в краплю досліджуваного речовини, поміщену предметному склі. Через деякий час з'являються ясно помітні кристали певної формита кольори.

Метод розтирання порошку

Для виявлення деяких елементів іноді застосовують метод розтирання у фарфоровій пластинці порошкоподібної аналізованої речовини з твердим реагентом. Елемент, що відкривається, виявляється за утворенням характерних сполук, що відрізняються за кольором або запахом.

Методи аналізу, засновані на нагріванні та сплавленні речовини

Пірохімічний аналіз. Для аналізу речовин застосовують також методи, засновані на нагріванні випробуваного твердої речовиниабо його сплавлення з відповідними реагентами. Одні речовини при нагріванні плавляться за певної температури, інші виганяються, причому на холодних стінках приладу з'являються характерні для кожної речовини опади; деякі з'єднання при нагріванні розкладаються із виділенням газоподібних продуктів тощо.

При нагріванні аналізованої речовини у суміші з відповідними реагентами відбуваються реакції, що супроводжуються зміною кольору, виділенням газоподібних продуктів, утворенням металів.

Спектральний якісний аналіз

Крім описаного вище способу спостереження неозброєним оком за фарбуванням безбарвного полум'я при внесенні до нього платинового дроту з аналізованою речовиною в даний час широко використовуються інші способи дослідження світла, що випромінюється розпеченими парами або газами. Ці способи ґрунтуються на застосуванні спеціальних оптичних приладів, опис яких дається в курсі фізики. У такого роду спектральних приладах відбувається розкладання в спектр світла з різними довжинами хвиль, що випускається зразком розжареного в полум'ї речовини.

Залежно від способу спостереження спектра спектральні прилади називають спектроскопами, за допомогою яких ведуть візуальне спостереження спектра, або спектрографами, в яких фотографуються.

Хроматографічний метод аналіз

Метод заснований на вибірковому поглинанні (адсорбції) окремих компонентів аналізованої суміші різними адсорбентами. Адсорбенти називають тверді тіла, на поверхні яких відбувається поглинання речовини, що адсорбується.

Сутність хроматографічного методу аналізу коротко ось у чому. Розчин суміші речовин, що підлягають поділу, пропускають через скляну трубку (адсорбційну колонку), заповнену адсорбентом.

Кінетичні методи аналізу

Методи аналізу, засновані на вимірі швидкості реакції та використання її величини для визначення концентрації, поєднуються під загальною назвою кінетичних методів аналізу (К. Б. Яцимирський).

Якісне виявлення катіонів та аніонів кінетичними методами виконується досить швидко та порівняно просто, без застосування складних приладів.

НОВОСИБІРСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ МЕДИЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

МІНІСТЕРСТВА ОХОРОНИ ЗДОРОВ'Я І

СОЦІАЛЬНОГО РОЗВИТКУ РОСІЙСЬКОЇ ФЕДЕРАЦІЇ

(ДБОУ ВПО НДМУ Мінздоровсоцрозвитку Росії)

Фармацевтичний факультет

Кафедра фармацевтичної хімії

АНАЛІТИЧНА ХІМІЯ. ЯКІСНИЙ АНАЛІЗ.

Методичний посібникдля студентів заочного відділенняфармацевтичного факультету.

ВСТУП

РОЗДІЛ 1 ЯКІСНИЙ АНАЛІЗ.

§ 1. Якісні реакції на катіони за кислотно-основною класифікацією.

1.1. Катіони І групи

1.2. Катіони II групи

1.3. Катіони ІІІ групи

1.4. Катіони IV групи

1.5. Катіони V групи

1.6. Катіони VI групи

§2. Систематичний аналіз катіонів всіх шести груп із кислотно-основної класифікації.

§3. Якісні реакції на аніони.

3.1. Аніони першої групи

3.2. Аніони другої групи

3.3. Аніони третьої групи та деякі органічні аніони

ВСТУП

Аналітична хімія – це наука про принципи, методи і засоби визначення складу речовини і певною мірою - їх хімічної структури, що включає якісний і кількісний хімічний аналіз.

Проведення різних видіваналізу є обов'язковою складовою сучасної аптечної справи та фармацевтичної промисловості. Хімічні та інструментальні методи аналізу широко використовуються у фармації при аналізі лікарської сировини, лікарських препаратівта ліків. Аналітична хімія є необхідним фундаментомдля подальшого вивчення спеціальних дисциплін: фармацевтичної хімії, токсикологічної хімії, фармакогнозії.

Якісний хімічний аналіз - це визначення хімічних елементів, іонів, атомів, атомних груп, молекул та функціональних груп (наприклад: карбоквільної – СООН тощо) в аналізованій речовині.

Якісний аналіз є основою вивчення фармакопейного аналізу, проведеного рамках фармацевтичного аналізу. Фармакопейний аналіз дозволяє встановити справжність лікарських речовин, його доброякісність, що входять до складу лікарських засобів; він являє собою сукупність способів та вимог до дослідження лікарських речовин, викладених у Державній фармакопеї чи іншій нормативній документації. У разі відхилення від цих вимог лікарські засобидо застосування не допускаються. Надалі, аналітичні методики ретельно відпрацьовані, перевірені експертами (у Росії – Фармакопейним. державним комітетом, у США - Фармакопейною Конвенцією) та включені до Державної Фармакопеї будемо називати в даному посібнику фармакопейними *.

При проведенні якісного та кількісного аналізу використовують аналітичні ознаки та аналітичні реакції.

Аналітичні ознаки – такі властивості аналізованої речовини або продуктів її перетворення, які дозволяють судити про наявність чи відсутність тих чи інших компонентів.

Характерні аналітичні ознаки – колір, запах, осад, кут обертання площини поляризації, спектр поглинання в інфрачервоній або ультрафіолетовій області світла тощо.

Аналітична реакція - Таке хімічне перетворення аналізованої речовини при дії аналітичного реагенту з утворенням продукту з характерними ознаками.

Якісний хімічний аналіз включає в себе дробовийі систематичнийаналіз.

Дробний аналіз - Виявлення іона в аналізованій пробі за допомогою специфічного реагенту в присутності всіх компонентів проби.

Систематичний аналіз передбачає поділ суміші аналізованих іонів за аналітичними групами з подальшим виявленням кожного іону. Існують різні аналітичні класифікації катіонів та аніонів за групами; у цьому посібнику наведені найчастіше використовувані під час проведення фармацевтичного аналізу.

РОЗДІЛ 1. ЯКІСНИЙ АНАЛІЗ.

Основне завдання якісного хімічного аналізу катіонів і аніонів є ідентифікація тієї чи іншої іона, тобто. доказ його присутності чи відсутності в аналізованому об'єкті.

У зв'язку із застосуванням різних групових реагентів сформувалися й різні аналітичні класифікації катіонів за групами або різні хімічні методи якісного аналізу катіонів: сірководневий, аміачно-фосфатний, кислотно-основний, карбонатний, сульфідно-основний, тіоцетамідний.

Найбільш поширеними є три аналітичні класифікації за групами: сірководнева, аміачно-фосфатна та кислотно-основна.

У посібнику наведено кислотно-основну класифікацію катіонів. Дана класифікація катіонів за групами заснована на використанні як групових реагентів водних розчинівкислот і основ - хлороводневої кислоти, сірчаної кислоти, гідроксидів натрію або калію та аміаку. Катіони, які відкриваються в рамках кислотно-основної класифікації, поділяють на шість аналітичних груп, які будуть розглянуті під час лабораторних робіт.

Кислотно-основна класифікація катіонів за групами.