- •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
Лабораторная работа № 2 Анализ смеси катионов I и II групп
1. Предварительные испытания. Анализ начинают с предварительных испытаний, проводимых в отдельных порциях исследуемого раствора.
Определение рН раствора с помощью набора индикаторов или универсального индикатора. Прежде чем обнаруживать отдельные ионы, необходимо приблизительно определить величину рН раствора, поскольку создание надлежащей реакции среды является одним из важнейших условий выполнения
Таблица 2.2
Реакции катионовII группы
Реагенты |
Катионы |
||
Ba2+ |
Sr2+ |
Ca2+ |
|
(NH4)2CO3 + NH4OH + NH4Cl |
Белый осадок BaCO3 |
Белый осадок SrCO3 |
Белый осадок CaCO3 |
Na2HPO4 |
Белый осадок BaHPO4 |
Белый осадок SrHPO4 |
Белый осадок CaHPO4 |
H2SO4 и раство- римые сульфаты |
Белый осадок BaSO4 |
Белый осадок SrSO4 |
Белый осадок* CaSO4 |
CaSO4 |
Белый осадок BaSO4 выпадает сразу |
Белый осадок SrSO4 выпадает не сразу |
|
(NH4)C2O4 |
Белый осадок BaC2O4 |
Белый осадок SrC2O4 |
Белый осадок CaC2O4 |
K2CrO4 |
Желтый осадок BaCrO4 |
Желтый осадок SrCrO4 |
|
K2Cr2O7 + CH3COONa |
Желтый осадок BaCrO4 |
|
|
K4[Fе(СN)6] + NH4OH + NH4Cl |
** |
|
Белый осадок Ca(NH4)2[Fе(СN)6] |
Окрашивание Пламени |
Желто-зеленое |
Карминово- Красное |
Кирпично-красное |
* Осадок выпадает только из концентрированных растворов.
** При большой концентрации Ba2+ возможно образование осадка.
аналитических реакций. Кроме того, это определение дает некоторые представления о составе исследуемого раствора.
Обнаружение NН4+ действием щелочи или с помощью реактива Несслера. Так как в дальнейшем в ходе анализа катион аммония будет введен в раствор с групповым реагентом II группы, он должен быть предварительно обнаружен в отдельной порции раствора. Возможное образование осадка в исследуемом растворе при действии реактива на NН4+ его определению не мешает.
Для обнаружения NН4+ 1 - 2 капли исследуемого раствора обрабатывают 2-4 каплями 2 н раствора NaOH в присутствии влажной фенолфталеиновой (или красной лакмусовой) бумаги или бумаги, смоченной раствором Hg2(NОз)2, и нагревают на водяной бане. Покраснение фенолфталеиновой бумаги, посинение лакмусовой или почернение бумаги, смоченной нитратом ртути, указывает на присутствие катиона аммония в растворе.
Параллельно можно также на 1 каплю раствора подействовать 2 - 3 каплями реактива Несслера. Образование красно-бурого осадка подтверждает присутствие в растворе NН4+.
2. Растворение осадка. Помещают в коническую пробирку 12-15 капель исследуемого раствора вместе с осадком и растворяют осадок в возможно
малом объеме 2 н раствора соляной кислоты при тщательном перемешивании и нагревании.
3. Проба на присутствие катионов II группы. Прежде чем приступать
к анализу раствора, нужно выяснить, имеются ли в нем катионы II группы.
Пробу эту целесообразно проводить не со всем раствором, а с отдельной его
Порцией. К 2 каплям исследуемого раствора прибавляют до щелочной реакции 2 н раствор NН4ОН, 1 каплю раствора NН4С1, 2 - 3 капли раствора (NН4)2СО3 и нагревают. Образование осадка указывает на присутствие катионов II группы. В этом случае дальнейшее исследование ведут по п. 4. Если осадок отсутствует, раствор исследуют на катионы I группы по п.10.
4. Отделение катионов II группы от катионов I группы. Прежде всего
необходимо отделить катионы II группы от катионов I группы, так как катио-
ны кальция, стронция и бария образуют осадки с некоторыми реагентами,
применяемыми при анализе I группы.
Для этого доводят реакцию исследуемого раствора до рН ~ 9, прибавляя по несколько капель 2 н растворов NH4OH и NН4С1 и проверяя рН по универсальному индикатору. Если рН < 9, добавляют гидроксид аммония, если
рН > 9, прибавляют хлорид аммония или соляную кислоту. Создав нужную среду, раствор нагревают и вводят в него 8-10 капель раствора карбоната аммония. Содержимое пробирки хорошо перемешивают и нагревают в течение
1 - 2 минут на бане, осадок центрифугируют и, не отделяя его от раствора, проверяют полноту осаждения прибавлением 1 капли (NН4)2СО3.
Добившись полного осаждения катионов второй группы, отделяют осадок от раствора и один раз промывают его горячей водой. Осадок карбонатов кальция, стронция и бария исследуют по п. 5, а центрифугат, содержащий катионы первой группы и избыток солей аммония, - по п. 10.
5. Растворение осадка карбонатов катионов II группы. Осадок карбонатов, полученный по п. 4, растворяют при нагревании в 8 - 10 каплях 2 н раствора уксусной кислоты. Если раствор получается слегка мутным, его центрифугируют и осадок отбрасывают, а совершенно прозрачный центрифугат переносят в другую пробирку и исследуют по п. 6.
6. Обнаружение и отделение катиона бария. В полученном растворе прежде всего необходимо обнаружить Ва2+ и, поскольку он мешает обнаружению стронция и кальция, удалить его из раствора. Для этого к капле раствора прибавляют по капле растворов ацетата натрия и бихромата калия. Образование желтого осадка хромата бария указывает на присутствие катиона бария.
Если барий обнаружен, прибавлением ко всему раствору СН3СООNa доводят рН до 4 - 5, после чего добавляют по каплям К2Сr2О7 до тех пор, пока жидкость над осадком не окрасится в оранжево-желтый цвет. Появление окраски свидетельствует об избытке реагента и, следовательно, о полноте осаждения катиона бария.
После 1 - 2 минут нагревания осадок отделяют центрифугированием и отбрасывают, а центрифугат исследуют на присутствие в нем катионов стронция и кальция.
7. Осаждение катионов стронция и кальция. Прежде всего необходимо избавиться от избытка бихромата калия, окраска которого затрудняет обнаружение стронция. Для этого прибавляют к раствору до щелочной реакции твер-
дый карбонат натрия и нагревают содержимое пробирки на водяной бане в течение 2-3 минут, после чего выпавший осадок карбонатов стронция и кальция отделяют центрифугированием, промывают и исследуют, как описано ниже.
Центрифугат, содержащий хроматы и избыток карбоната натрия, не исследуют.
8. Обнаружение катиона стронция. Осадок карбонатов кальция и стронция растворяют в 4 - 6 каплях 2 н раствора уксусной кислоты и, если раствор не совсем прозрачен, нерастворившийся осадок отделяют центрифугированием и отбрасывают.
К 1 - 2 каплям центрифугата прибавляют 2-3 капли насыщенного раствора СаSО4 (гипсовой воды) и нагревают на водяной бане Появление через некоторое время белой мути указывает на присутствие в растворе стронция.
При отсутствии мути нагревают еще 10 минут и только после этого делают вывод об отсутствии Sr2+. Появление мути сразу же при действии реактива указывает на неполное отделение бария. Вопрос о присутствии стронция в этом случае остается нерешенным.
9.Обнаружение катиона кальция. Применяя в качестве реактива на
кальций раствор K4[Fе(СN)6], можно обойтись и без отделения стронция.
Только необходимо обязательно испытать выпадающий при действии реактива осадок на растворимость в уксусной кислоте, иначе можно сделать неверный вывод о присутствии кальция в растворе. В присутствии бария эту реакцию использовать не следует.
Кроме того, для проверки можно провести микрокристаллоскопическую реакцию с серной кислотой. Для этого на предметное стекло помещают каплю исследуемого раствора, действуют каплей 2 н раствора серной кислоты и слегка упаривают до появления каемки по краям капли. Образующиеся крупные кристаллы гипса имеют характерную форму, резко отличающую их от мелких кристаллов сульфатов бария и стронция. Поэтому, пользуясь этой реакцией, обычно удается обнаружить кальций в присутствии бария и стронция.
10. Обнаружение магния. В центрифугате, полученном по п. 4, содержатся катионы первой группы. Определение их можно начать с магния, так
как остальные катионы его обнаружению не мешают. Для этого к 2 - 3 каплям
исследуемого раствора прибавляют 1 - 2 капли раствора Na2НРО4. Если осадок сразу не выпадает, раствор выдерживают некоторое время. Образование белого кристаллического осадка указывает на присутствие в растворе магния.
Вместо этой реакции можно также использовать реакцию с оксихинолином.
11. Удаление катиона аммония. Катион аммония введен в раствор в составе группового реактива при отделении катионов второй группы, но его присутствие мешает определению калия, поэтому перед проведением дальнейшего анализа он должен быть удален. Для этого 12-15 капель исследуемого раствора помещают в микротигель или в маленькую фарфоровую чашку, подкисляют концентрированной азотной или соляной кислотой, выпаривают досуха и затем прокаливают до полного удаления солей аммония. Чтобы убедиться в этом, собирают немного сухого налета из тигля или чашки в кониче- скую пробирку, растворяют в 2 - 3 каплях дистиллированной воды и добавляют 2 - 3 капли реактива Несслера. Появление оранжево-бурого осадка или желтого окрашивания указывает на то, что катион аммония удален не полностью. Тогда снова обрабатывают сухой осадок в тигле или чашке концентрированной кислотой, выпаривают и прокаливают. Эту операцию повторяют до тех пор, пока проба на NН4+ не станет отрицательной. Добившись полного удаления катиона аммония, сухой осадок растворяют в воде и, если он не полностью растворяется, оставшийся осадок или муть отделяют центрифугированием и отбрасывают. Центрифугат исследуют, как описано ниже.
12. Обнаружение калия. К 1 - 2 каплям раствора, полученного по п.11,
прибавляют 2 - 3 капли раствора Na3[Со(NО2)6] и (в случае кислой реакции)
1 - 2 капли ацетата натрия. Появление желтого осадка указывает на присутствие калия.
Можно также каплю раствора выпарить досуха на предметном стекле, сухой остаток после охлаждения обработать каплей раствора Nа2РbСu(NО2)6 и через 1 - 2 минут рассмотреть осадок под микроскопом. Образование черных кубических кристаллов подтверждает присутствие калия.
13.Обнаружение натрия проводят следующим образом. Каплю исследуемого раствора выпаривают досуха на предметном стекле и после полного
охлаждения обрабатывают сухой остаток каплей раствора ацетата уранила
(СН3СОО)2UO2 Образование характерных кристаллов, имеющих под микроскопом вид тетраэдров или октаэдров, указывает на присутствие натрия. Для
проведения этой реакции можно воспользоваться также ацетатом цинка - уранила или никеля – уранила.
Катионы калия при большой концентрации также могут давать кристаллический осадок с реактивом, но под микроскопом этот осадок имеет вид игл, и его легко отличить от осадка соответствующей натриевой соли.