1.3 Типы аналитических реакций и реагентов

Аналитические реакции и реагенты подразделяют на специфические и групповые.

Специфические реагенты и реакции позволяют обнаружить данное вещество или ион в присутствии других веществ или ионов. Например, катионы никеля Ni²⁺ можно обнаружить в растворе с помощью реактива Чугаева – диметилглиоксима. Этот реактив в аммиачной среде образует с катионами никеля малорастворимый комплекс красного цвета:

Групповые реагенты и реакции позволяют обнаруживать ионы определенной аналитической группы. Например, соляная кислота является групповым реагентом на первую группу катионов (Ag⁺, Hg₂²⁺, Pb²⁺). Хлорид-ион образует с катионами первой группы малорастворимые в воде белые осадки хлоридов:

Ag⁺ + Cl⁻ → AgCl ↓, (1.9)

Pb²⁺ + 2 Cl⁻ → PbCl₂↓, (1.10)

Hg₂²⁺ + 2 Cl⁻ → Hg₂Cl₂ ↓. (1.11)

Иногда дополнительно выделяют группу селективных реагентов и реакций. Они являются промежуточной ступенью между специфическими и групповыми реагентами и позволяют обнаруживать несколько веществ или ионов.

1.4 Характеристика чувствительности аналитических реакций

Аналитические реагенты и реакции позволяют обнаружить определяемое вещество в растворе только в том случае, если оно содержится в достаточной концентрации. Искомая концентрация должна превышать некоторый минимальный предел. Минимальный концентрационный предел неодинаков для различных реакций. Это обусловливает их чувствительность.

Чувствительность аналитической реакции определяет возможность обнаружения вещества (ионов или молекул) в растворе. Она характеризуется следующими величинами.

Предельное разбавление V_lim – максимальный объем раствора, в котором может быть однозначно (вероятность более 50 %) обнаружен 1 г данного вещества при помощи данной аналитической реакции. Единица измерения предельного разбавления - мл/г. Например, при реакции катионов меди Cu²⁺ с аммиаком в водном растворе

Cu²⁺ + 4 NH₃ → [Cu(NH₃)₄]²⁺, (1.12)

при котором образуется ярко-синий аммиачный комплекс меди (II), предельное разбавление для катиона Cu²⁺ равно 250000 мл/г. Значит, катионы меди (II) можно открыть с помощью этой реакции в растворе, содержащем не менее 1 г ионов Cu²⁺ в 250000 мл воды.

Предельная концентрация C_lim – наименьшая концентрация, при которой определяемое вещество может быть обнаружено в растворе с помощью данной реакции. Единица измерения - г/мл. Предельная концентрация и предельное разбавление связаны соотношением C_lim = 1/V_lim. Иногда предельную концентрацию называют чувствительностью реакции и выражают в единицах мкг/мл (1 мкг = 10⁻⁶г). Например, катионы К⁺ в водном растворе открывают реакцией с гексанитрокобальтатом (III) натрия:

2 К⁺ + Na₃[Co(NO₂)₆] → NaK₂[Co(NO₂)₆] ↓ + 2 Na⁺. (1.13)

В реакции образуется малорастворимый кристаллический желтый осадок комплекса NaK₂[Co(NO₂)₆]. Предельная концентрация катионов К⁺ при этой реакции равна 10⁻⁵ г/мл. Ион К⁺ нельзя открыть данной реакцией, если его концентрация менее 10⁻⁵ г/мл.

Минимальный объем предельно разбавленного раствора V_min – наименьший объем анализируемого раствора, необходимый для обнаружения открываемого вещества данной реакцией. Единица измерения – мл. Минимальный объем предельно разбавленного раствора при открытии катионов Cu²⁺ в виде аммиачного комплекса равен 0,05 мл при значении С_lim = 4∙10⁻⁶ г/мл. Если для анализа использовать меньший объем раствора (V<0,05 мл), то нельзя будет обнаружить катионы меди (II) реакцией с аммиаком.

Предел обнаружения (открываемый минимум) m – наименьшая масса определяемого вещества (в мкг), однозначно открываемого данной реакцией в минимальном объеме предельно разбавленного раствора.

m = C_lim∙ V_min ∙ 10⁶ = V_min ∙ 10⁶ / V_lim. (1.14)

Открываемый минимум для катионов меди (II) в виде аммиачного комплекса [Cu(NH₃)₄]²⁺ при предельной концентрации катионов меди (II) C_lim= 4∙10⁻⁶ г/мл и минимальном объеме предельно разбавленного раствора V_min = 0,05 мл равен:

m = 4 ∙10⁻⁶ ∙ 0,05 ∙ 10⁶ = 0,2 мкг. (1.15)

Если масса катионов меди (II) в данном объеме данного раствора меньше 0,2 мкг, то нельзя обнаружить эти ионы данной реакцией.

Показатель чувствительности аналитической реакции определяется:

pC_lim = - lg C_lim = - lg (1/V_lim) = lg V_lim. (1.16)

Аналитическая реакция тем чувствительнее, чем меньше ее открываемый минимум, минимальный объем предельно разбавленного раствора и чем больше предельное разбавление. Чувствительность реакции зависит от природы вещества и реагента, температуры, рН среды и присутствия других веществ.