С.С.Досмағамбетова

Л.С.Омарова

К.С.Тосмағамбетова

Сапалық химиялық анализ

Аналитикалық химия пәніне кіріспе.

Аналитикалық химия – заттың химиялық құрамы мен құрылысын анықтау әдістері жөніндегі ғылым. Аналитикалық химия сандық және сапалық анализден тұрады. Cапалық анализ заттың қандай компоненттерден тұратынын анықтайды, ал сандық анализ компоненттердің мөлшерін анықтайды.

Аналитикалық химияның ғылыми және практикалық мәні бар. Аналитикалық химия әдістерін қолдана отырып алыс планетадағы және аспан денелеріндегі әр түрлі материалдардың, заттардың, руданың құрамын анықтауға болады. Өндірістік бақылау, қоршаған ортаның ластануын бақылау, химия, физика, биология, геология, геохимия, ауыл шаруашылығы, фармацевтика, бояу, мұнайхимия өндірісі және ауыл шаруашылығының көптеген салалары аналитикалық химияның дамуымен көп байланысты.

Қазіргі таңда аналитикалық химияның теориясы мен практикасы көп өзгеріске ұшырады. Қазіргі аналитикалық химияны тек қана бейорганикалық химия мен сапалық және сандық анализдің химиялық әдістері деп қарастыруға болмайды.

Аналитикалық химия курсында аналитикалық химияның қазіргі физикалық химиялық және физика – химиялық әдістері қолданылады.

Химиялық анализ қазіргі химика-техникалық бақылаудың негізінде жатыр. Фабрикалар мен зауыттарда шикізатты, өндірген өнімді, өндіріс қалдықтарын анализ жасайтын арнаулы лабораториялар бар. Анализ нәтижесі бойынша алынған өнім мен технологиялық процестің жүруіне шешім шығарады.

Өндірілген өнімге мемлекеттік стандартты қою негізінде химиялық және физика-химиялық әдістер жатыр.

Бейорганикалық заттарға анализ жасағанда органикалық реагенттер қолданылады. Бұл әдістерді қолданудың негізіне аналитикалық химияның әдістерінің таңдамалылығы жатады, компоненттерді бөлу мен іздік заттардың мөлшерін концентрлеуге мүмкіндік береді, реагенттер сонымен қатар бүркемелеуші реагент ретінде қолданылады.

Барлық органикалық реагенттер, металдарды анықтау үшін қолданатын, комплекстүзушілер. Лиганд пен орталық ионның табиғатына байланысты комплекстің беріктігі мен аналитикалық реакциялар арасындағы байланыс сұрақтары қазіргі таңда қарастырылып жатыр.

Өте маңызды әдістер селективті бөлу – экстракциялық, хроматографиялық, экстракция мен хроматографияның сұрақтарына көп көңіл бөлінуде.

Қолданылатын реагенттердің көпшілігі органикалық екендігі көрсетілген. Органикалық реагенттер мен экстракциялық системалар арасында жүйелілік көрсетілген.

Аналитикалық реакциялардың сезімталдығы, ерекшелігі, таңдамалығы.

Аналитикалық реакцияладың сезімталдығы оның орындалу жағдайына байланысты: ортаның рН, ерітіндінің иондық күші, қосымша реакциялардың жүруі т.б.

Реакция сезімталдығын анықтау үшін, зерттеліп отырған зат концентрациясын біртіндеп төмендете отырып қайталанбайтын нәтиже болмағанға дейін бірнеше рет орындайды. Концентрацияның бұл аймағы сенімсіз концентрация аймағы деп аталады. Сенімсіз аймаққа жақын, бірақ әлі де оң нәтиже беретін концентра­ция, реакцияның сезімталдығын сипаттайды.

Реакия сезімталдығын көтеру үшін ерітіндідегі зат концентрациясын көбіне буландыру арқылы жоғарылатады, басқа қоспасы жоқ, химиялық таза реактивтер қолданады немесе алдын ала кедергі жасайтын иондарды бөліп алады немесе бүркемелейді.

Сапалық анализде қолданатын аналитикалық реакцияларды спецификалық және селективті деп бөледі.

Анықталатын иондарға тән арнайы (спецификалық) реакция деп, басқа иондар қатысында, яғни оларды бөліп тастамай анықтауға болатын реакцияларды айтады. Мысалы, NH₄⁺ ионына арнайы реакция деп олардың сілтімен әрекеттесуі жатады. («Бүркемелеу» – кедергі жасайтын ионды тұрақты комплекске айналдырып, оның кедергісін болдырмау). Мысалы, Fe³⁺-иондарын бүркемелеу көбіне F^--иондарын қосу арқылы жүреді, бұл кезде тұрақты, түссіз комплексті қосылыс түзіледі.

Аммиак бөлінгенін иісінен немесе лакмус қағазының түсінің өзгеруі бойынша анықтайды: ∆

NH₄⁺ + ОН^- ↔ NH₃ ·Н₂О → NH₃↑ + Н₂О.

Иондардың шектеулі саны қатысқанда аналитикалық эффект беретін реакциялар, арнайы емес немесе селективті деп аталады.

Сапалық анализдегі арнайы реакциялар көп емес, сондықтан көп жағдайда селективті немесе арнайы емес реакциялар қолданылады. Олар сынамадағы кедергі жасайтын иондардың бір-біріне әсерін жою үшін арнайы әдіс ретінде қолданылады. Бұған жету үшін жүйені құрамды бөліктерге бөледі (көбіне тұнба және ерітінді), бұл кезде анықтайтын иондарға кедергі жасайтын иондар басқа фазада болады. Осыған байланысты сапалық анализдің екі әдісін бөліп қарастырады: бөлшектік және жүйелік.

Бөлшектік анализде анализдейтін сынаманың құрамындағы іздеп отырған иондарды, басқа иондар қатысында белгілі жағдайда арнайы реакциялармен анықтайды. Бөлшектік анализ екі этапта жүреді: бастапқыда әр түрлі реакциялар көмегімен кедергі жасайтын компоненттерді жойып алып, іздеп отырған иондарды анықтайды.

Ж үйелік талдауды жүргізу жолы күрделі қоспаны топтық реагенттер арқылы бірнеше топтарға бөледі. Осы топ шеңберінде жеке иондарды өздеріне тән реакциялармен анықтайды. Белгілі бір аналитикалық топқа топтық реагент берілген топ иондарымен тән аранайы реакцияға түседі және иондрды бөлу үшін қолданады.

Топтық реагенттер белгілі бір талаптарды қанағаттандыру керек:

• иондарды сандық түрде аналитикалық топтарға бөлу (ерітіндіде қалған иондар концентрациясы 10-6 моль/дм³);

• топтық реагенттің артық мөлшері сынамада қалған иондарды ашуға кедергі жасамауы тиіс;

• алынған тұнба басқа анализге қатысу үшін тез еритін болуы тиіс.

Ашылу минимумы және анықтау шегі.

Сапалық анализдегі аналитикалық реакцияларды орындау кезінде келесі талаптарды орындау керек:

• реакция жүргенде ерітіндінің ортасының белгілі рН мәнін жасап және ұстап тұру керек;

• әрекеттесуші заттарды белгілі бір концентрацияда дайындау. Аналитикалық реакцияларға ең маңызды талаптардың бірі олардың жоғары сезімталдығы.

Реакцияның сезімталдығы дегеніміз берілген реакция арқылы белгілі жағдайда оның орындалуы үшін жұмсалатын иондардың ең төмен концентрациясы.

Реакцияның сезімталдығы келесі шамалармен сипатталады:

• минимал (шекті) концентрация (C_min) – берілген реакция жағдайында анализдейтін ерітіндінің ең аз мөлшерінен ион немесе заттың ең төмен концентрациясын анықтауға мүмкіндік беретін мөлшері (көлемі 0,01-0,03 см³):

1

C_min= —, (1)

V

мұндағы: V —1 г зерттейтін ион мен заттан тұратын еріткіш көлемі (см³ );

• Шекті сұйылту (W) – минимал концентрацияға кері шама.

• ашылу минимумы (m) — белгілі реакция бойынша ерітіндінің ең аз көлемінен анықтауға болатын заттың ең кіші массасы. Бұл шама өте аз, оны микрограммен (мкг) өлшейді.

Анализдейтін ерітіндінің ашылу минимумы мен шекті концентрациясы неғұрлым төмен болса және шекті сұйылту неғұрлым жоғары болса, аналитикалық реакция соғұрлым сезімтал. Бұл параметрлер арасында келесідей байланыс бар:

W= 1/Cmin (2)

Cmin= 1/ W= m/ Vmin·106 (3)

m= Vmin·106/W= Cmin·Vmin·106 (4)

мұндағы: m - ашылу минимумы, мкг;

C_min - шекті концентрация, г/см³;

W – шекті сұйылту, см³/г;

V_min — зерттеліп отырған иондарды анықтау үшін қажет ерітіндінің минимал көлемі см³.

Мысал. Аммоний тиоционатымен Fe³⁺ ке реакцияның сезімталдығын анықтау:

Fe³⁺ + 3SCN ↔ [Fe(SCN)₃].

Анықтау үшін, 500 см³ 1г темірден тұратын ерітінді дайындалады. Реакцияны тамшылық әдіспен жүргізеді. Осы ерітіндінің 0,02 см³ көлемдегі бір тамшысын 20 есе сұйылтқанда Fe³⁺ анықтауға болатыны анықталған.

Минималды концентрация мынаған тең:

Осыдан шекті сұйылту тең:

W =1/ C_min = 10000 см³/г.

Осыдан кейін ашылу минимумын анықтаймыз:

m = C_min· V_min·10⁶ = 1:10000 г/см³· 0,02 см³· 10^б мкг/г = 2 мкг.