Классификация анионов и групповые реагенты

Как известно из курса неорганической химии, к анионам отно­сятся отрицательно заряженные частицы, состоящие из отдельных" атомов или групп атомов различных элементов. Эти частицы могут нести один или несколько отрицательных зарядов. В отличие от катионов, которые в большинстве своем состоят из одного атома, анионы могут иметь сложный состав, состоящий из нескольких атомов. Общепринятой классификации анионов не существует. Разными авторами предложены различные системы классификации их. В настоящем руководстве принята наиболее часто применяемая классификация, по которой все анионы делятся на три аналитические группы в зависимости от растворимости их бариевых и серебряных селей. В данном случае групповыми реагентами являются растворимые соли бария и серебра.

Группа	Анионы	Групповой реагент	Характеристика группы
1	SO4 2-, SO3 2- , СO32-, РO43-, SiO3 2-	Хлорид бария ВаСl2 в нейтральном или слабо­щелочном растворе	Соли бария практически нерастворимы в воде
2	С1- , Вг- , I-, S2-	Нитрат серебра AgNO3 и присутствии HNO3	Соли серебра практически нерастворимы в воде и разбавленной кис­лоте
3	NO3-, NO2-, CH3COO-	Группового реагента нет	Соли бария и серебра рас­творимы в воде

Классический систематический метод качественного анализа катионов основан на сульфидной классификации катионов, в которой катионы подразделяются на пять групп на основании различия в растворимости их сульфидов, хлоридов, карбонатов и гидроксидов (см. табл. 3).

Основываясь на приведенных в табл. 3 данных, операцию обнаружения катионов различных аналитических групп проводят следующим образом.

1. Исследуемый раствор подкисляют разбавленной НCl. При этом ионы V группы осаждаются в виде соответствующих хлоридов.

2. Отделив осадок, пропускают через кислый раствор газообразный H₂S. При этом катионы IV группы осаждаются в виде сульфидов. Для отделения ионов IVБ подгруппы осадок обрабатывают Na₂S, после чего в осадке остаются только сульфиды катионов IVА подгруппы.

3. Раствор после отделения осадка сульфидов ионов IV группы нейтрализуют NH₄OH (с NH₄C1) и обрабатывают (NH₄)₂S. При этом осаждаются сульфиды или гидроксиды (в случае А1³⁺_,Сг³⁺) катионов III группы.

4. Разрушив избыток (NH₄)₂S кипячением с уксусной кислотой, на раствор действуют (NH₄)₂CO₃. При этом катионы II группы выпадают в осадок в виде карбонатов, а катионы I группы остаются в растворе, где их и открывают.

Обнаружение иона NH₄⁺, который в ходе анализа вводят в раствор с реактивами, проводят в отдельной порции исследуемого раствора с помощью специфической реакции (щелочь в газовой камере) или реактива Несслера, представляющего собой смесь K₂[HgI₄] и КОН. Реактив Несслера при взаимодействии с солями аммония образует красно-бурый осадок:

NH₄C1 + 2K₂[HgI₄] + 4КОН = [OHg₂NH₂]I + 7KI + KCl + 3H₂O

49. Физико-химические методы анализа, основаны на зависимости физических свойств вещества от его природы, причем аналитический сигнал представляет собой величину физического свойства, функционально связанную с концентрацией или массой определяемого компонента. Физико-химические методы анализа могут включать химические превращения определяемого соединения, растворение образца, концентрирование анализируемого компонента, маскирование мешающих веществ и других. В отличие от «классических» химических методов анализа, где аналитическим сигналом служит масса вещества или его объем, в физико-химические методы анализа в качестве аналитического сигнала используют интенсивность излучения, силу тока, электропроводность, разность потенциалов и др.

Важное практическое значение имеют методы, основанные на исследовании испускания и поглощения электромагнитного излучения в различных областях спектра. К ним относится спектроскопия (например, люминесцентный анализ, спектральный анализ, нефелометрия и турбидиметрия и другие). К важным физико-химическим методам анализа принадлежат электрохимические методы, использующие измерение электрических свойств вещества (кондуктометрия,кулонометрия, потенциометрия и т. д.), а также хроматография (например, газовая хроматография, жидкостная хроматография, ионообменная хроматография, тонкослойная хроматография). Успешно развиваются методы, основанные на измерении скоростей химических реакций (кинетические методы анализа), тепловых эффектов реакций (термометрическое титрование, смотри Калориметрия), а также на разделении ионов в магн. поле (масс-спектрометрия).

При выполнении физико-химических методов анализа используют специальную, иногда довольно сложную, измерительную аппаратуру, в связи с чем эти методы часто называют инструментальными. Многие современные приборы оснащены встроенными ЭВМ, которые позволяют находить оптимальные условия анализа (напр., спектральную область получения наиболее точных результатов при анализе смеси окрашенных веществ), выполняют расчеты и т. д.

Потенциометрия — метод определения различных физико-химических величин, основанный на измерении электродвижущих сил (ЭДС) обратимых гальванических элементов. Иначе говоря, зависимость равновесного потенциала электрода от активности концентраций определяемого иона, описываемая уравнением Нернста. Широко применяют потенциометрию в аналитической химии для определения концентрации веществ в растворах (потенциометрическое титрование), для измерения рН.

Хроматогра́фия (от др.-греч. χρῶμα — цвет) — динамический сорбционный метод разделения и анализа смесей веществ, а также изучения физико-химических свойств веществ. Основан на распределении веществ между двумя фазами — неподвижной (твердая фаза или жидкость, связанная на инертном носителе) и подвижной (газовая или жидкая фаза, элюент). Название метода связано с первыми экспериментами по хроматографии, в ходе которых разработчик метода Михаил Цвет разделял ярко окрашенные растительные пигменты.

50. В группе физико-химических методов анализа иногда выде­ляют физические методы. Однако достаточно строгого и одно­значного критерия для этого нет, поэтому выделение физических методов принципиального значения не имеет.

Общее число физико-химических методов анализа довольно велико – оно составляет несколько десятков. Наибольшее прак­тическое значение среди них имеют следующие:

1) спектральные и другие оптические методы;

2) электрохимические методы;

3) хроматографические методы анализа.

Среди указанных трех групп наиболее обширной по числу ме­тодов и важной по практическому значению является группа спектральных и других оптических методов анализа. Она включа­ет методы эмиссионной атомной спектроскопии, атомно-абсорбционной спектроскопии, инфракрасной спектроскопии, спектрофотометрии, люминесценции и другие методы, основанные на из­мерении различных эффектов, возникающих при взаимодействии вещества и электромагнитного излучения.

Группа электрохимических методов анализа, основанная на измерении электрической проводимости, потенциалов и других свойств, включает методы кондуктометрии, потенциометрии, вольтамперометрии и т. д.

В группу хроматографических методов входят методы газо­вой и газожидкостной хроматографии, жидкостной распредели­тельной, тонкослойной, ионообменной и других видов хрома­тографии. Перечень групп является далеко не полным, так как сюда не вошли многие методы (радиометрические, масс-спектральные и др.). Эти методы будут рассмотрены отдельно, что, ко­нечно, ни в коей мере нельзя считать признаком их второстепенности.

Инструментальные методы классифицируют также в соответствии со свойствами веществ, используемыми для измерений. Различают следующие группы инструментальных методов анализа: 1) оптические – основаны на измерении оптических свойств веществ и их растворов; 2) электрометрические – измеряют электрические пара­метры растворов веществ; 3) резонансные – используют явления резонансного поглощения веществом электрического или магнит­ного поля; 4) радиометрические – количество веществ измеряют или по их радиоактивности, или с помощью радиоактивных инди­каторов; 5) термические – измеряют тепловые эффекты, сопро­вождающие нагрев, высушивание, титрование и т. д. веществ; 6) хроматографические – применяется хроматографический метод разделения в комбинации с детекторами разделенных веществ; 7) масс-спектральный – основан на измерении массы ионизи­рованных осколков молекул веществ; 8) ультразвуковые – из­меряют скорость ультразвука в растворах веществ. Скорость ультразвука пропорциональна концентрации раствора. Кроме указанных разработан ряд других методов инструментального анализа.

Высокую интенсивность могут иметь (в зависимости от типа веществ) поглощение света растворами веществ, линии в эмисси­онном спектре элементов, флюоресценция, радиоактивность и ряд других свойств. В связи с этим соответствующие виды инстру­ментального анализа обладают высокой чувствительностью – от 1*10^{-6 г у фотометрических до 1*10-15 г у радиометрических мето­дов. Высокая чувствительность многих методов объясняется свой­ствами применяемых детекторов сигнала в приборах. Например, современные фотоумножители реагируют на световые потоки с очень малой интенсивностью, а радиометрические счетчики – на отдель­ные элементарные частицы. Электрохимические методы (полярография, кулонометрия) имеют высокую чувствительность благодаря применению высокочувствительных регистраторов тока и потен­циала. В таблице 1 приведены данные по чувствительности некоторых инструментальных методов анализа.}

СУЩНОСТЬ УФСПЕКТРОФОТОМЕТРИЧЕСКОГОМЕТОДА В основе предлагаемого метода контроля лежит способностьподавляющего большинства органических веществ различныхклассов поглощать свет в области 250 - 280 нм. В этой областиинтенсивно поглощают ненасыщенные соединения и соединенияароматического ряда с различными группировками атомов, в том числе протеины, фенолы, гуминовые, лигнинсульфоновые кислотыи другие сложные соединения. Неорганические ионы, за малым исключением, в этой области не поглощают. Измеряя величину оптической плотности (УФ-показателя)сточной воды при определенной длине волны и сопоставляя какое-то время эту величину со значениями нормируемых показателей

характерных для данной конкретной станции очистки, можноустановить уровни УФ-показателя, отвечающие хорошо и плохоочищенной сточной воде и, таким образом, по величине УФ-показателя экспрессно контролировать содержание остаточныхорганических загрязнений в сбрасываемых стоках.