Раздел 3. Приготовление стандартных растворов для проведения количественного анализа

Количественный анализ представляет собой измерение количества химических элементов или их соединений в исследуемом образце. Количественный анализ базируется на теоретическом постулате о функциональной зависимости аналитических свойств определяемых веществ от их структуры и концентрации, а также на эквивалентности взаимодействия веществ в химических процессах. Основой всех количественных расчетов, особенно в титриметрических методах анализа, является закон кратных отношений Дальтона – вещества реагируют между собой эквивалентами [19].

Одним из главных требований к проведению количественного анализа является применение растворов с точно известной концентрацией – стандартных (титрованных) растворов. По способу приготовления различают первичные и вторичные стандартные растворы.

Для получения первичного стандартного раствора точную навеску химического вещества известного стехиометрического состава количественно переносят в мерную колбу и доводят растворителем до метки. Такие растворы еще называются приготовленными. Стандартные (титрованные) растворы, полученные таким образом, применяют в титриметрии для количественного определения тех или иных веществ, а также для установки титров других растворов. Однако описанным выше способом можно готовить титрованные растворы только тех веществ, которые удовлетворяют следующим требованиям:

1) состав соединения строго соответствует химической формуле. Оно либо выпускается промышленностью в высокочистом состоянии, либо легко подвергается очистке простыми методами, например, перекристаллизацией. Содержание примесей не превышает 0,05 %, что примерно соответствует относительному стандартному отклонению при измерении массы навески;

2) вещество устойчиво при комнатной температуре; вещества, гигроскопичные или легко окисляющиеся атмосферным кислородом или поглощающие диоксид углерода, непригодны. Вещество не претерпевает изменения при высушивании. Поэтому стандартное вещество должно быть по возможности безводным и нелетучим. Можно использовать и кристаллогидрат, если его довести до определенной степени гидратации путем длительного выдерживания в атмосфере с постоянной относительной влажностью и затем сохранить эту степень гидратации во время взвешивания;

3) Вещество обладает большой молекулярной массой эквивалента, чтобы уменьшить влияние неизбежной погрешности взвешивания [20].

Вышеперечисленные вещества называются исходными или стандартными, так как, пользуясь ими, устанавливают титры всех остальных веществ.

Для приготовления вторичного стандартного раствора (или установленного) химическое вещество известного стехиометрического состава взвешивают на технических весах (или отмеряют мерным цилиндром), растворяют и разбавляют растворителем до определенного объема, т.е. готовят раствор с приблизительной концентрацией. Точную концентрацию раствора устанавливают титрованием с помощью первичного стандартного раствора. Титрованные растворы, концентрацию которых находят в результате титрования, называют растворами с установленным титром, иногда их называют рабочими растворами [21].

Для приготовления растворов в лабораториях применяют химические вещества разной степени чистоты в соответствии с ГОСТ 13867 [15]. Необходимая степень чистоты химических продуктов (ч., ч.д.а., х.ч. или ос. Ч., см. табл. 1), используемых в конкретном количественном анализе, указывается в соответствующих технических нормативных правовых актах на методы испытаний и методиках выполнения измерений.

Для приготовления многих стандартных растворов также можно использовать фиксаналы (стандарт-титры). Фиксанал – это запаянная ампула, в которую помещена точная навеска стандартного твердого вещества (или точный объем титрованного раствора), которое при растворении в 1 дм³ воды дает раствор концентрации 0,1 моль экв/дм³. Название вещества и его количество, а также объем и концентрация получаемого при приготовлении раствора указываются на этикетке ампулы. Для приготовления раствора известной концентрации из фиксанала нужно разбить ампулу над специальной воронкой с пробивным устройством, количественно перенести содержимое ампулы в мерную колбу подходящего объема и разбавить водой до метки.

Концентрацию стандартных растворов выражают в молях эквивалентов вещества в 1 дм³ раствора (молярная концентрация эквивалента – моль экв/дм³). Также используют титр раствора – масса вещества, содержащегося в 1 см³ раствора. Титр по определяемому веществу – масса определяемого вещества, с которой реагирует 1 см³ стандартного раствора. Например, T_HCl/NaOH = 0,009 г/см³ означает, что 1 см³ раствора HCl реагирует с 0,009 г NaOH.