Чувствительность аналитических реакций

Важнейшим условием протекания аналитических реакций является достаточно большая концентрация обнаруживаемого иона.

Наименьшее количество иона, которое можно открыть с помощью данного реагента, называется чувствительностью аналитической реакции.

Количественно эту величину можно охарактеризовать взаимно связанными показателями.

Открываемый минимум – это наименьшее количество вещества или иона, которое может быть обнаружено посредством данной реакции. Открываемый минимум обозначают m и выражают в микрограммах (1 мкг = 10^-6 г). Открываемый минимум не полностью характеризует чувствительность реакции, т.к. это абсолютная величина, а важна еще и концентрация иона в растворе.

Предельной (или минимальной) концентрацией называется наименьшая концентрация иона, при которой обнаружение его данной аналитической реакцией возможно. Предельная концентрация – это отношение единицы массы определяемого иона к массе наибольшего количества растворителя, выраженной в тех же единицах. Обычно растворителем является вода, а массу воды в граммах можно заменить числом миллилитров. Итак, предельная концентрация – отношение 1 г определяемого иона к максимальному объему воды в мл.

Обратная величина называется предельным разбавлением V_пред, и она показывает в каком количестве водного раствора в мл содержится 1 г определяемого вещества.

С_пред = 1/ V_пред = m_иона / m_р-ля

Чем больше предельное разбавление, тем чувствительнее реакция. Если ион открывается несколькими реакциями, то более чувствительной будет та реакция, которая удается с раствором, имеющим наибольшее предельное разбавление.

Для экспериментального определения чувствительности какой-либо реакции ее многократно повторяют с растворами, которые имеют известную, но все время уменьшающуюся концентрацию. Реакцию проводят до тех пор, пока она не перестанет удаваться. Пока концентрация обнаруживаемого иона в растворе значительно превышает предельное разбавление, результат реакции (например, выпадение осадка) проявляется очень быстро. С уменьшением концентрации иона скорость реакции уменьшается, и реакция может давать и положительный, и отрицательный результат – это область т.н. «ненадежной» реакции. При еще большем уменьшении концентрации – отрицательный результат будет чаще, чем положительный.

Исследуемый раствор, с которым реакция открытия иона удается на 50 % (т.е. в половине случаев), и является предельно разбавленным, а его концентрация – предельной или минимальной. При дальнейшем разбавлении такого раствора число отрицательных результатов больше числа положительных.

Минимальным объемом предельно разбавленного раствора (V_min) называется объем раствора, содержащий открываемый минимум определяемого иона.

Поскольку все эти три показателя характеризуют чувствительность аналитической реакции, они взаимно связаны:

m = С_пред∙ V_min∙10⁶ = V_min∙10⁶/ V_пред

Пример. Для определения чувствительности реакции на ион Ag⁺

2 Ag⁺ + CrO₄^2- = Ag₂CrO₄ ↓

приготовлен раствор нитрата серебра, содержащий 1,57 г AgNO₃ (или 1 г Ag⁺) в 1 л. Было найдено, что при разбавлении этого раствора в 25 раз реакция удается в 50 случаях из 100. Найти открываемый минимум и предельное разбавление этой реакции, если она получается с каплей раствора объемом 0,02 мл.

Вычисляем предельную концентрацию:

С_пред = m (Ag⁺) / m(воды) =1/ (1000∙25) = 1/25000 (г/мл)

V_пред = 25000 мл/г

m = V_min∙10⁶/ V_пред = 0,02∙10⁶/ 25000 = 0,8 (мкг)

Чувствительность может изменяться в достаточно широких пределах в зависимости от различных факторов: концентрации реагентов, толщины слоя раствора, применяемого для выполнения реакции, температуры и рН среды.