Методы разделения и концентрирования

Осаждение	Выделение из раствора твёрдой фазы малорастворимого соединения. Применяют для разделения определяемых и мешающих компонентов
Соосаждение	Захват осадком посторонних ионов, которые сами по себе в данных условиях осадков не образуют; одновременный переход микро- и макрокомпонентов в твёрдую фазу осадка
Экстракция	Избирательное извлечение веществ из водной фазы в несмешивающуюся с ней органическую фазу
Хроматография (бумажная, ионообменная и др.)	Избирательное поглощение компонентов анализируемой смеси различными сорбентами
Электролиз	Выделение определяемых или мешающих элементов на инертном электроде под действием электрического тока
Цементация	Самопроизвольное осаждение элемента на поверхности более электроотрицательного металла
Дистилляция	Выделение веществ из жидкой фазы в газовую в виде летучих соединений

Условия проведения аналитической реакции. Для проведения каждой реакции необходимо соблюдать определенные условия, основные из которых:

- рН среды;

- температура;

- концентрации реагентов;

- присутствие определенных веществ;

- отсутствие мешающих ионов или веществ.

Для протекания многих реакций необходима среда с определенным значением рН водного раствора. В таких случаях значение рН контролируют с помощью индикаторов или прибора рН-метра. Для поддержания нужного значения рН при необходимости используют соответствующие буферные растворы.

Повышение температуры полезно для реакций окисления–восстановления, так как при этом увеличивается скорость реакций. Кроме того, нагревание способствует переходу аморфных осадков в кристаллические, предупреждает образование коллоидных растворов. Для реакций осаждения нагревание вредно, так как, как правило, растворимость осадка увеличивается при нагревании.

Концентрация ионов в анализируемой смеси имеет очень большое значение в анализе. Оптимальным диапазоном концентраций для качественного полумикроанализа является 0,50,05 моль/л. При больших концентрациях затрудняется обнаружение ионов в смеси, при меньших возможна “потеря” ионов.

В сомнительных случаях пользуются “свидетелем”, т. е. создают в тех же условиях или положительный, или отрицательный результат и сравнивают с ним эффект, полученный при проведении обнаружения анализируемого объекта. “Свидетель”, содержащий искомый ион на фоне других ионов, находящихся в смеси, представляет собой прототип стандартных образцов или эталонов, широко применяемых при проведении количественного анализа различных объектов.

1.2. Качественные аналитические реакции и аналитические признаки

При изучении состава неорганических веществ в большинстве случаев приходится иметь дело с водными растворами кислот, солей и оснований. Эти вещества являются электролитами и в растворах диссоциированы на ионы. Поэтому анализ сводится к определению отдельных ионов - катионов и анионов.

В химическом анализе используется лишь незначительная часть того многообразия реакций, которое свойственно данному иону. Для открытия ионов пользуются реакциями, сопровождающимися различными внешними изменениями, например выпадением или растворением осадка, изменением окраски раствора, выделением газов. Это значит, что открываемый ион переводят в соединение, внешний вид и свойства которого характерны и хорошо известны. Происходящее при этом химическое превращение называется аналитической реакцией.

Химические реакции, позволяющие обнаруживать те или иные компоненты исследуемых веществ, называют аналитическими реакциями, а вещества, вызывающие эти реакции, называют реактивами (реагентами). Вещества, с помощью которых выполняется открытие ионов, называются реактивами на соответствующие ионы.

Реакции, характерные для какого-либо иона, называются частными реакциями этого иона.

Требования, предъявляемые к аналитическим реакциям. Аналитическая реакция должна протекать достаточно быстро, необратимо и быть достаточно простой по выполнению. Для аналитических реакций также важнейшими требованиями являются специфичность и чувствительность.

Чем меньшее количество ионов вступает в реакцию с данным реактивом, тем более специфична данная реакция.

Специфичными (или специфическими) называют реакции или реактивы, при помощи которых можно в определенных условиях обнаруживать одни ионы в присутствии других ионов по специфическому изменению цвета, образованию характерного осадка, выделению газа и т.д.

Чем меньшее количество вещества может быть определено с помощью данного реактива, тем более чувствительна эта реакция.

Чувствительность реакции определяется наименьшим количеством искомого вещества, которое может быть обнаружено данным реактивом в капле (0,02-0,04 мл) раствора по данной методике. Количественно чувствительность характеризуется тремя взаимосвязанными показателями: пределом обнаружения, предельной концентрацией, предельным разбавлением

Предел обнаружения - наименьшее содержание, при котором по данной методике можно обнаружить присутствие компонента с заданной доверительной вероятностью (не менее 0,5 мкг для методов качественного химического анализа) в минимальном объеме.

Предельная (минимальная) концентрация показывает, при какой наименьшей концентрации раствора данная реакция еще позволяет однозначно открывать обнаруживаемое вещество в небольшой порции (обычно в одной капле) анализируемого раствора.

Предельное разбавление - предельное число миллилитров водного раствора, содержащего 1 г обнаруживаемого вещества, еще открываемого при помощи данной реакции, т.е. в предельно разбавленном растворе, содержащем 1 г открываемых ионов в определенном объеме, данные ионы могут быть обнаружены с помощью избранного реактива в одной капле исследуемого раствора. Например, из опыта найдено, что Cl^– может быть обнаружен при помощи AgNO₃, когда его предельное разбавление будет равно 1:1000000 г/мл, т.е. 1 массовая часть Cl^– в 1 млн. массовых частей раствора. Очевидно, чем меньше открываемый минимум и чем больше предварительное разбавление, тем чувствительнее реакция Предельное разбавление - величина, обратная предельной концентрации. Чем выше чувствительность и специфичность, тем ценнее и эффективнее данная реакция.

Качественная аналитическая реакция должна иметь четкие визуальные признаки. Аналитическими признаками являются: образование осадка характерного вида, растворимость (или нерастворимость) веществ в различных средах, возникновение или исчезновение окраски, окрашивание пламени горелки в определенный цвет, выделение газа и т.п.

Именно по аналитическим признакам делается вывод о присутствии или отсутствии определенного иона или соединения. Например, простейшие аналитические признаки кислот и оснований (ионов Н⁺ и ОН^-) – изменение окраски соответствующих индикаторов. Аналитический признак сульфид-иона - образование газа сероводорода с характерным запахом в реакции с сильной кислотой:

S^2- + 2H⁺ = H₂S_(г).

Различают общие и частные аналитические реакции.

Общие (групповые) реакции характерны для определенной группы ионов или веществ. Например, образование белого осадка с растворами бариевых солей – общая реакция для анионов SO₄^2-, CO₃^2-, SO₃^2- , S^2-.

Частные реакции характерны для определенного иона или соединения, например, образование газообразного аммиака при нагревании со щелочью – частная реакция для обнаружения катиона аммония:

NH₄⁺ + OH^- = NH_3(г) + Н₂О.

Количество частных реакций, позволяющих обнаружить, или «открыть», отдельный ион в сложной смеси, весьма ограничено. Поэтому чаще всего открытию индивидуального иона предшествует разделение ионов на группы с помощью общих, или групповых реакций, затем удаление ионов, мешающих открытию индивидуального иона.