- •Содержание
- •Введение
- •Объекты анализа материалов микроэлектроники
- •1. Основы качественного анализа
- •Классификация анионов
- •2. Аналитические реакции катионов
- •Лабораторная работа № 1 Частные реакции катионов I - II групп Опыт 1. Обнаружение катиона калия
- •Опыт 2. Обнаружение катиона натрия
- •Опыт 3. Обнаружение магния в растворе
- •Опыт 4. Определение иона аммония
- •Реакции катионов I группы
- •Опыт 5. Обнаружение катиона бария
- •Опыт 6. Обнаружение катиона стронция
- •Опыт 6. Обнаружение катиона стронция
- •Опыт 7. Обнаружение катиона кальция
- •Лабораторная работа № 2 Анализ смеси катионов I и II групп
- •3. Аналитические реакции катионов III группы
- •Лабораторная работа № 3 Частные реакции катионов III группы Опыт 1. Обнаружение катиона алюминия
- •Опыт 2. Обнаружение хрома
- •Реакции хромат- и бихромат-ионов
- •Опыт 3. Обнаружение железа
- •Опыт 5. Обнаружение цинка в растворе
- •Опыт 6. Обнаружение кобальта
- •Опыт 7. Обнаружение никеля
- •Лабораторная работа № 4 Анализ смеси катионов III, II и I групп
- •4. Аналитические реакции катионов IV и V групп
- •Опыт 2. Обнаружение катионов кадмия
- •Опыт 3. Обнаружение катионов висмута
- •Подгруппа мышьяка Опыт 5. Обнаружение ионов мышьяка
- •Реакции катионов подгруппы меди
- •Обнаружение арсенит-ионов
- •Обнаружение арсенат-ионов
- •Опыт 6. Обнаружение ионов сурьмы
- •Обнаружение ионов сурьмы (III)
- •Обнаружение ионов сурьмы (V)
- •Опыт 7. Обнаружение ионов олова
- •Обнаружение ионов олова (II)
- •Обнаружение ионов олова (IV)
- •Лабораторная работа № 6 Анализ смеси катионов IV группы
- •Лабораторная работа № 7 Частные реакции катионов V группы Опыт I. Определение катионов серебра
- •Опыт 2. Обнаружение катионов свинца
- •Лабораторная работа № 8 Анализ смеси катионов V - I групп
- •Реакции катионов V группы
- •5. Аналитические реакции анионов
- •Опыт 2. Определение аниона со32–
- •Опыт 3. Определение аниона ро4–
- •Опыт 4. Определение аниона SiO32–
- •Опыт 5. Определение аниона f –
- •Вторая аналитическая группа анионов Опыт 6. Определение аниона с1–
- •Опыт 7. Определение аниона Вr –
- •Опыт 8. Определение аниона I –
- •Опыт 9. Определение аниона s2–
- •Третья аналитическая группа анионов Опыт 10. Определение аниона no3–
- •Опыт п. Определение анионов no2–
- •6. Количественный анализ
- •7. Гравиметрия
- •Весовые методы определения некоторых элементов
- •Лабораторная работа № 10 Весовое определение серы в сульфиде кадмия
- •Оборудование и реактивы
- •Описание определения
- •Определение серы
- •Лабораторная работа №11 Весовое определение никеля и железа в резистивных сплавах Определение никеля
- •Оборудование и реактивы
- •Описание определения
- •Определение железа
- •Оборудование и реактивы
- •Описание определения
- •8. Титриметрия
- •Растворение образца.
- •Описание определения
- •Лабораторная работа № 16 Определение стехиометрического состава сверх проводящей керамики ( система y-Ba-Cu )
- •Определение бария
- •Реактивы
- •Описание определения
- •Иодометрическое титрование
- •Стандартизация раствора тиосульфата натрия по бихромату калия
- •Реактивы
- •Описание определения
- •Определение меди
- •Реактивы
- •Описание определения
- •Определение иттрия комплексонометрическим титрованием
- •Реактивы
- •Описание определения
- •Расчет стехиометрии y1 Ва2 Cu3o7
- •9.Физико-химические методы анализа
- •А. Определение фосфора по желтой форме
- •Оборудование и реактивы
- •Описание определения
- •Б. Определение фосфора в виде фосфорномолибденовой сини
- •Оборудование и реактивы
- •Описание определения
- •В. Определение кремния
- •Оборудование и реактивы
- •Описание определения
- •Оборудование и реактивы
- •Описание определения
- •Б. Фотометрическое определение железа в виде роданидного комплекса
- •Оборудование и реактивы
- •Описание определения
- •Лабораторная работа № 19 Экстракционно – фотометрическое определение германия в полупроводниковых халькогенидных стеклах системы Te–As-Si-Ge
- •Оборудование и реактивы
- •Описание определения
- •Лабораторная работа № 20 Спектрофотометрическое определение хрома и марганца при совместном присутствии в контактных проводниковых сплавах
- •Оборудование и реактивы
- •Описание определения
- •Лабораторная работа № 21 Спектрофотометрическое определение висмута в присутствии свинца
- •Оборудование и реактивы
- •Описание определения
- •11. Люминесцентный анализ
- •Оборудование и реактивы
- •Описание определения
- •12. Инфракрасная спектроскопия
- •Лабораторная работа № 23 Измерение толщины пленок диоксида и нитрида кремния методом икс
- •Применение икс для исследования материалов микроэлектроники
- •Оборудование и реактивы
- •Описание определения
- •В отчете долж ны быть представлены:
- •Пример расчета:
- •13.Эмиссионный спектральный анализ
- •Лабораторная работа № 24 Определение примесей металлов методом трех эталонов
- •А. Фотографирование спектров трех эталонов и образцов Оборудование и реактивы
- •Описание определения
- •Характерные группы линий железа на планшетах атласа
- •В. Измерение почернений линий примесей на микрофотометре и построение калибровочных графиков
- •Оборудование и реактивы
- •Описание определения
- •Форма записи результатов наблюдений
- •Последовательность фотографирования образцов
- •Форма записи результатов наблюдений
- •Длины волн определяемых примесей
- •14. Электрохимические методы анализа
- •15.Потенциометрия
- •Прямая потенциометрия (ионометрия)
- •Оборудование и реактивы
- •Описание определения
- •Результаты ионометрического определения ионов в воде
- •Б. Определение фторид-ионов
- •Оборудование и реактивы
- •Описание определения
- •Лабораторная работа № 27 Определение рН в водных растворах
- •Оборудование и реактивы
- •Описание определения
- •Потенциометрическое титрование (пт)
- •Результаты титрования
- •Лабораторная работа № 28 Определение соляной кислоты в травильной ванне
- •Оборудование и реактивы
- •Описание определения
- •Лабораторная работа № 29 Определение соляной и уксусной кислот в растворе при совместном присутствии
- •Оборудование и реактивы
- •Описание определения
- •Лабораторная работа № 30 Определение соляной и борной кислот в растворе при совместном присутствии
- •Оборудование и реактивы
- •Описание определения
- •Лабораторная работа № 31 Определение содержания кобальта (II) в растворе
- •Оборудование и реактивы
- •Описание определения
- •Лабораторная работа № 32 Определение концентрации хлорида железа (III)
- •Оборудование и реактивы
- •Описание определения
- •16. Кондуктометрическое титрование
- •Лабораторная работа № 33 Дифференцированное определение солей железа (п) и(ш) в травильных растворах
- •Оборудование и реактивы
- •Описание определения
- •17. Вольтамперометрия
- •Лабораторная работа № 34 Определение примеси цинка в фосфоре
- •18. Инверсионная вольтамперометрия
- •Лабораторная работа № 36 Определение примесей цинка, кадмия, свинца и меди методом инверсионной вольтамперометрии
- •Оборудование и реактивы
- •Описание определения
- •19. Хроматография
- •Раздельное вымывание примесей с катионита ку-2
- •Лабораторная работа № 37 Определение меди и цинка при их совместном присутствии на катионите ку-2
- •Оборудование и реактивы
- •Описание определения
- •Описание определения
- •Определение кадмия
- •Результаты хроматографического определения ионов кадмия
- •Определение теллура
- •20. Рекомендуемая литература
- •Реакции катионов III группы
- •Реакции ионов подгруппы мышьяка
Обнаружение ионов олова (IV)
При подкислении растворов олова (IV) соляной кислотой катионы Sn4+ превращаются в комплексные анионы [SnCl6]2–.
Д) Реакция с сильными основаниями и гидроксидом аммония
Щелочи и гидроксид аммония дают с ионами олова (IV) белый аморфный осадок ортооловянной кислоты
Н2[SnCl6] + 4NaОН = Н4SnO4 + 4NаС1 + 2НС1
Испытайте растворимость полученного осадка в избытке гидроксида натрия и в соляной кислоте.
Е) Восстановление ионов олова (IV) до ионов олова (II)
Металлическое железо восстанавливает олово (IV) до олова (II)
Н2[SnCl6] + Fe = SnCl2 +FeCl2 + 2НС1
К 3 - 4 каплям раствора соли олова (IV) прилейте 2 - 3 капли 2 н раствора соляной кислоты, добавьте небольшое количество железных стружек и нагрейте на водяной бане. Убедитесь в появлении в растворе катионов олова (II) с помощью раствора хлорида ртути (II).
Реакция используется в ходе анализа для перевода ионов [SnCl6]2– в катионы двухвалентного олова, которые и открывают той или иной реакцией.
Действие важнейших реагентов на ионы, образуемые элементами подгруппы мышьяка приведены в табл. 4.2. Приложения.
Лабораторная работа № 6 Анализ смеси катионов IV группы
При проведении анализа раствора, содержащего смесь катионов IV аналитической группы, важно прежде всего определить, в какой форме присутствует мышьяк в растворе. Известно, что в зависимости от рН среды и некоторых других факторов мышьяк может существовать в виде ионов и молекул различного состава: AsO43–, HAsO42–, Н2AsO4–, AsO33–, НAsO32–, H2AsO3–, H3AsO4, H3AsO3, HAsO2. Кроме того, для осаждения мышьяка в виде сульфида надо создать достаточно кислую среду
1. Обнаружение мышьяка (V). К нескольким каплям испытуемого раствора добавляют равный объем 12 н раствора соляной кислоты. В раствор
пропускают сероводород достаточно продолжительное время (2 - 3 мин). Образование желтого осадка указывает на присутствие в растворе соединений
мышьяка (V). Остальные сульфиды при такой величине рН не образуются.
Если установлено наличие в растворе мышьяка (V), то при осаждении сульфидов всех элементов IV группы надо принять меры для его полного выделения. Для этого в раствор добавляют каплю спиртового раствора иода или кристаллик NH4I для каталитического ускорения восстановления AsV до AsIII.
2. Осаждение катионов IV группы. Для того чтобы осаждение катионов IV группы было полным, необходимо создать оптимальную величину рН, приблизительно равную 0,5. Для этого, не обращая внимания на наличие осадка, нейтрализуют исследуемый раствор прибавлением по каплям при тщательном перемешивании 25%-ного раствора гидроксида аммония до слабо
щелочной среды (рН ~ 9 - 10). После этого устраняют избыток аммиака, прибавляя по каплям 2 н раствор соляной кислоты до рН ~ 7. Наконец, создают
требуемую величину рН раствора, добавив к нему равный объем 0,6 н раство-
ра соляной кислоты.
Поскольку из сульфидов олова тиосоль образует только SnS2, перед осаждением сульфидов необходимо окислить SnII до SnIV . Для этого прибавляют к раствору 3 - 4 капли 3%-ного раствора пероксида водорода и несколько минут нагревают для разрушения избытка реагента.
Пробирку с раствором нагревают на водяной бане и добавляют по каплям свежеприготовленную сероводородную воду до окончания образования осадка. Осадок центрифугируют, центрифугат проверяют на полноту осаждения каплей сероводородной воды. Если осаждение не полное, добавляют еще несколько капель сероводородной воды. Добившись полного осаждения, осадок промывают водой, содержащей хлорид аммония, добавляемый для предотвращения пептизации осадка.
3. Отделение подгруппы меди от подгруппы мышьяка. Промытый осадок сульфидов обрабатывают 10 каплями щелочного раствора Na2S при слабом нагревании в течение 2 - 3 мин и перемешивании. При этом сульфиды ионов подгруппы мышьяка растворяются с образованием соответствующих тиосолей, а сульфиды ионов подгруппы меди остаются в осадке. Разбавив содержимое пробирки 10 каплями воды, осадок центрифугируют и отделяют от раствора, затем обрабатывают сульфидом натрия еще раз. Центрифугаты, полученные после обработки осадка сульфидом натрия, соединяют и исследуют
по п. 4.
Осадок, который может содержать сульфиды меди, кадмия и висмута, промывают водой, содержащей хлорид аммония, и исследуют по п. 8.
4. Разрушение тиосолей. Отделение ртути (II) от ионов подгруппы мышьяка и ее обнаружение. В центрифугат, который может содержать анионы тиосолей мышьяка (III), сурьмы (III), олова (IV) и ртути (II), добавляют твердый хлорид аммония и слабо нагревают. Из всех ионов подгруппы мышьяка катион ртути обладает наиболее основным характером, из-за чего рН раствора, обусловленный гидролизом NH4Cl, оказывается достаточным для разложения тиосоли ртути. Поэтому ртуть выпадает в осадок в виде черного сульфида НgS. Осадок отделяют центрифугированием и промывают водой, содержащей хлорид аммония.
Для обнаружения ртути осадок, содержащий сульфид ртути и серу, обрабатывают при нагревании и перемешивании в течение 2 - 3 мин смесью 2 капель концентрированной (~ 12 н) соляной кислоты с 2 каплями раствора KI. При этом сульфид ртути растворяется с образованием комплексных ионов [НgI4]2–. Нерастворившийся осадок центрифугируют и отбрасывают. Из цен-трифугата нагреванием удаляют образовавшийся сероводород, после чего прибавляют 1 каплю 2 н раствора гидроксида аммония и избыток концентрированного раствора NaOH. Образование красно-бурого осадка указывает на присутствие в растворе ртути.
Можно провести также и другие характерные реакции, описанные в лабораторной работе № 5.
Разрушение тиосолей мышьяка, сурьмы и олова. Раствор, полученный после отделения сульфида ртути, подкисляют концентрированной уксусной кислотой, которую при постоянном перемешивании прибавляют по каплям до достижения рН < 5. При этом тиосоли разрушаются и соответствующие им сульфиды мышьяка (III), сурьмы (III) и олова (IV) вместе с серой, образующейся при разрушении сульфида натрия, выпадают в осадок.
Пробирку с осадком несколько минут нагревают на водяной бане, после чего центрифугируют и испытывают на полноту осаждения, прибавляя еще 1 каплю уксусной кислоты. Добившись полного осаждения, отделяют центрифугат от осадка и отбрасывают. Осадок промывают водой, содержащей хлорид аммония, и исследуют, как указано в п. 5.
5. Отделение мышьяка от сурьмы и олова. Осадок сульфидов нагревают в течение 3 - 5 мин с 5 - 6 каплями концентрированной соляной кислоты и равным объемом воды. При этом сульфиды олова и сурьмы растворяются, тогда как сульфид мышьяка вместе с серой остается в осадке. Осадок после промывания водой, содержащей нитрат калия, исследуют по п. 6, а центрифугат- по п 7.
6. Растворение осадка сульфида мышьяка и обнаружение АsIII. К промытому осадку прибавляют 5 - 7 капель воды и избыток твердого карбоната аммония и слегка нагревают в течение 1 мин при постоянном перемешивании. При этом сульфид мышьяка растворяется, а сера остается в осадке.
Отделив раствор от осадка серы центрифугированием, его исследуют следующим образом.
1. К части центрифугата осторожно прибавляют 2 н раствор соляной кислоты до кислой реакции. Образование желтого осадка при этом указывает на
присутствие мышьяка в растворе.
2. Остальной центрифугат нагревают 1 - 2 мин с 1 - 2 каплями раствора
Н2О2. При этом мышьяк (III) окисляется до AsO43–. Затем раствор подкисляют азотной кислотой и, прибавив к нему немного твердого NH4NO3, действуют избытком (10 - 15 капель) молибденовой жидкости. Содержимое пробирки нагревают 5 - 10 мин. Образование желтого кристаллического осадка подтверждает присутствие мышьяка.
7. Обнаружение олова и сурьмы. Центрифугат, полученный по п. 5. и, возможно, содержащий ионы олова и сурьмы вместе с избытком соляной кислоты, исследуют на содержание олова и сурьмы.
Обнаружение сурьмы. Каплю раствора помещают на кусочек оловянной фольги и выдерживают. Если образуется черное пятно, тщательно промывают его водой и обрабатывают каплей свежеприготовленного раствора NaBrO. Если после такой обработки пятно не исчезнет - в растворе присутствует сурьма. Вместо описанной реакции можно использовать также реакцию с оксихино-лином или иодидом калия (см лабораторную работу № 5).
Обнаружение олова. Сначала необходимо восстановить SnIV до SnII. Для этого к оставшемуся кислому раствору прибавляют кусочек магния, алюминия или железа и ждут до тех пор. пока он полностью не растворится. При этом ион [SnCl6]2– восстанавливается до иона [SnCl4]2– или даже до металлического олова (при недостатке кислоты и использовании в качестве восстановителя магния или алюминия), а ионы сурьмы - до металлической сурьмы. После окончания растворения металла в пробирку прибавляют 1 - 2 капли концентрированной соляной кислоты и слегка нагревают, чтобы растворить металлическое олово, если оно образовалось в результате реакции. Осадок центрифугируют, а в центрифугате обнаруживают SnII действием НС12 (образуется белый осадок, чернеющий при избытке олова) или реакцией с фосфоромолибдатом аммония.
8. Растворение осадка сульфидов катионов подгруппы меди. Осадок,
полученный по п. 3 и, возможно, содержащий сульфиды меди, кадмия и висмута, обрабатывают 5 каплями воды и 10 каплями 6 н раствора азотной кислоты. Прибавив для ускорения реакции немного твердого нитрата калия или натрия, нагревают содержимое пробирки на водяной бане. Раствор отделяют от осадка, который не исследуют.
9. Отделение ионов висмута и обнаружение меди. К раствору, полученному по п. 8, приливают 25%-ный раствор гидроксида аммония до появления щелочной реакции, после чего добавляют еще 2 - 3 капли. Ион висмута осаждается в виде основной соли или гидроксида висмута белого цвета, а катионы меди и кадмия связываются в аммиачные комплексы и остаются в растворе. После двухминутного нагревания осадка его центрифугируют, промывают и исследуют по п. 10. Синий цвет центрифугата указывает на присутствие меди в растворе.
Если окраска не проявляется или недостаточно отчетлива, каплю центрифугата подкисляют уксусной кислотой и действуют на нее каплей раствора K4[Fe(CN)6]. Образование красно-бурого осадка подтверждает присутствие катиона меди.
10.Обнаружение висмута. Промытый осадок, полученный по п. 9, обрабатывают несколькими каплями раствора станнита натрия Na2SnO2, который получают добавлением к 2 каплям хлорида олова (II) избытка (8 - 10 капель)
2 н раствора гидроксида натрия, и перемешивают.
Почернение осадка вследствие образования металлического висмута подтверждает присутствие висмута в растворе.
11.Обнаружение кадмия. Если раствор не содержит меди, его слабо подкисляют 2 н раствором соляной кислоты и действуют на него сероводородной водой. Образование желтого, нерастворимого в 6 н растворе гидроксида натрия осадка указывает на присутствие кадмия в растворе.
Примечание. Если осадок растворяется в концентрированном растворе гидроксида натрия, то он представляет собой не CdS, а какой-либо из сульфидов подгруппы мышьяка, который был не полностью отделен действием сульфида натрия на осадок сульфидов катионов IV группы (п. 3).
При наличии в растворе меди ее нужно предварительно отделить. Для этого к раствору, полученному по п. 9, прибавляют по каплям 2 н раствор соляной кислоты до перехода окраски раствора из синей в голубую, после чего прибавляют равный объем того же раствора НС1 или 1 каплю 12 н раствора HCl на каждые 10 - 11 капель исследуемою раствора. Раствор нагревают и прибавляют к нему сероводородную воду. Осадок сульфида меди центрифугируют и, проверив полноту осаждения, отбрасывают. Центрифугат разбавляют в 3 - 4 раза водой и снова действуют сероводородной водой. Образование желтого осадка сульфида кадмия подтверждает присутствие кадмия в растворе.