Требования предъявляемые к аналитическим реакциям. Чувствительность и специфичность аналитических реакций
1. Реакции должны протекать быстро.
2. Реакции должны быть практически необратимы.
3. Реакции должны сопровождаться внешним эффектом.
4. Реакция должна отличаться высокой чувствительностью и по возможности специфичностью.
Чувствительность аналитических реакций определяет возможность обнаружения вещества (ионов, молекул) в растворе. Она характеризуется предельным разбавлением, предельной концентрацией, минимальным объемом предельно разбавленного раствораи открываемым минимумом
(пределом обнаружения).
Предельное разбавление (Vlim, мл/г) – максимальный объем раствора, в котором может быть обнаружен 1 г данного вещества при помощи данной аналитической реакции.
Предельная концентрация (Clim (Cmin), г/мл) – наименьшая концентрация, при которой определяемое вещество может быть обнаружено в растворе данной аналитической реакцией.
Предельная концентрация является обратной величиной предельного разбавления:
Сlim = 1/Vlim
Минимальный объем предельно разбавленного раствора (Vmin, мл) – наименьший объем анализируемого раствора, необходимый для обнаружения открываемого вещества данной аналитической реакцией.
Открываемый минимум (m, мкг) – наименьшая масса определяемого вещества, которую при определенных условиях можно открыть действием данного реагента в минимальном объеме предельно разбавленного раствора.
Взаимосвязь между показателями чувствительности реакции выражается формулой:
m = Clim · Vmin ·1·106
или m = Vmin ·1·106 / Vlim
Аналитическая реакция тем чувствительнее, чем меньше ее открываемый минимум, минимальный объем предельно разбавленного раствора и чем больше предельное разбавление.
Чувствительность аналитических реакций не является постоянной величиной и во многих случаях зависит от условий их выполнения, а также свойств образовавшихся продуктов реакции:
1. Соответствующая среда раствора.
Например, осадки, растворимые в кислотах, не могут выпадать из растворов в присутствии кислот, а осадки, растворимые в щелочах, не выпадают из растворов в щелочной среде. Если осадок растворим в кислотах и щелочах, его можно получить только в нейтральной среде. Таким образом, среда раствора оказывает существенное влияние на ход реакции.
2. Достаточная концентрация обнаруживаемого иона.
От концентрации определяемого иона непосредственно зависит чувствительность реакции, и с возрастанием ее чувствительность реакции обычно повышается.
3. Температура раствора.
Осадки, растворимые при нагревании, могут образоваться только при комнатной температуре. Некоторые аналитические реакции протекают лишь при нагревании. Осадки, растворимость которых возрастает с повышением температуры, выпадают из нагретого раствора не полностью или совсем не выпадают. Такая реакция должна выполняться на холоду.
4.Присутствие в растворе посторонних ионов.
Даже если они и не взаимодействуют с прибавляемым реагентом, обычно снижает чувствительность аналитической реакции. Для устранения мешающего влияния посторонних ионов используют маскирование. В качестве маскирующих неорганических веществ наиболее часто применяют фториды и фосфаты щелочных металлов и аммония. Из органических соединений маскирующим действием обладают винная, лимонная, щавелевая и некоторые другие кислоты. Эти вещества образуют с мешающими ионами прочные комплексные соединения, в результате чего их мешающее действие устраняется.
Наряду с чувствительностью реакций, большое значение для анализа имеет их специфичность.
Специфическими называют реакции, аналитический эффект которых характерен только для одного иона в присутствии других ионов. Примером специфической реакции является образование темно-синего осадка «берлинской лазури» при действии гексацианоферрата(II) калия
K4[Fe(CN)6] на катион Fe3+:
4Fe3+ +3[Fe(CN)6 ]4-→ Fe4 [Fe(CN)6]3↓ или KFe[Fe(CN)6]
Специфические реакции представляют большой интерес для аналитической химии, так как они позволяют открывать нужный ион в присутствии других ионов.
13.Основные положения качественного анализа. Условия проведения аналитических реакций. Обнаружение ионов в смеси: дробный и систематический анализ.
1. Сущность и методы качественного анализа
Основной задачей качественного анализа является установление химического состава, т.е. обнаружение ионов (катионов и анионов), содержащихся в анализируемом веществе.
Химические методы обнаружения и идентификации веществ основаны на проведении аналитических реакций.
Аналитические реакции - качественные реакции, сопровождающиеся видимым изменением:
Образованием или растворением осадка.
Ba2+ + SO42- → BaSO4↓ (белый кристаллический)
Ba2+ + CO32- → BaCO3↓ (белый кристаллический)
BaSO4 не растворяется в кислотах, BaCO3 растворяется в кислотах.
Образованием характерных кристаллов.
Кристаллы CaSO4⋅2H2O в виде пучков или звездочек. Кристаллы
натрийуранилацетата CH3COONa⋅UO2(CH3COO)2 правильной тетраэдрической
или октаэдрической формы.
Появлении или изменении окраски растворов.
Водные растворы солей железа (III) окрашены в желтый цвет. При взаимодействии ионов Fe3+ c тиоцианат-ионами раствор приобретает темно-красную окраску:
Fe3+ + 3SCN- → Fe(SCN)3(темно-красная)
Выделение газа.
Реакции выделения газов используются для обнаружения анионов летучих и неустойчивых кислот, а также катионов аммония:
NH4+ + OH- → NH3↑ + H2O
Обнаружение ионов проводят дробным и систематическим методом.Анализ, основанный на применении качественных специфических реакций называется дробным. В отдельных порциях раствора в произвольной последовательности проводят открытие отдельных катионов. Так на практическом занятии проводим анализ смеси катионов 4, 5 и 6 групп.
Однако, специфических реакций известно немного. Поэтому в качественном анализе применяют систематический ход анализа, при котором открытие ионов ведется в строгой последовательности, путем выделения групп катионов и анионов с помощью групповых реагентов. После чего внутри каждой группы с помощью тех или иных реакций разделяют и открывают индивидуальные катионы и анионы.
Систематический анализ используют в основном для обнаружения ионов в сложных многокомпонентных смесях. Он очень трудоемок и в настоящее время часто применяют дробно-систематический метод. При таком подходе используется минимальное число групповых реактивов, что позволяет наметить ход анализа в общих чертах, который затем осуществляется дробным методом.
14.Основные положения качественного анализа. Реактивы: специфические, избирательные, групповые. Требования к химическим реактивам в аналитической химии.
1. Сущность и методы качественного анализа
Основной задачей качественного анализа является установление химического состава, т.е. обнаружение ионов (катионов и анионов), содержащихся в анализируемом веществе.
Химические методы обнаружения и идентификации веществ основаны на проведении аналитических реакций.
Аналитические реакции - качественные реакции, сопровождающиеся видимым изменением:
Образованием или растворением осадка.
Ba2+ + SO42- → BaSO4↓ (белый кристаллический)
Ba2+ + CO32- → BaCO3↓ (белый кристаллический)
BaSO4 не растворяется в кислотах, BaCO3 растворяется в кислотах.
Образованием характерных кристаллов.
Кристаллы CaSO4⋅2H2O в виде пучков или звездочек. Кристаллы
натрийуранилацетата CH3COONa⋅UO2(CH3COO)2 правильной тетраэдрической
или октаэдрической формы.
Появлении или изменении окраски растворов.
Водные растворы солей железа (III) окрашены в желтый цвет. При взаимодействии ионов Fe3+ c тиоцианат-ионами раствор приобретает темно-красную окраску:
Fe3+ + 3SCN- → Fe(SCN)3(темно-красная)
Выделение газа.
Реакции выделения газов используются для обнаружения анионов летучих и неустойчивых кислот, а также катионов аммония:
NH4+ + OH- → NH3↑ + H2O
Реактивы, используемые в химическом анализе, делят на группы, относительно реакций в которых они участвуют:
1) Специфический реактив(характерный)-реактив, с помощью которого в исследуемом растворе обнаруживают один ион.
2)Избирательный реактив – реактивы, позволяющие обнаружить несколько ионов.
3) Групповой реактив – (общий, селективный) реактив взаимодействует в растворе одновременно с несколькими ионами, имеющими общие химические свойства и объединенные в одну группу.
Основными требованиями к химическим реактивам является их чистота. При использовании загрязненных реактивов, содержащих примеси, результаты анализа получаются неверными. По степени чистоты химические реактивы классифицируют на технические (т), чистые(ч) – содержат примеси до 2,0%, чистые для анализа (чда) – до 1,0%, химически чистые (хч) – менее 0,1%, высоко чистые (вэч) и особо чистые (осч). Две последние группы реактивов характеризуются высокой чистотой: 0,01-0,00001% примесей. Чистота реактивов регламентируется ГОСТами и техническими условиями.
Для проведения большинства аналитических работ пользуются реактивами с марками хч и чда. В химические лаборатории реактивы поступают в соответствующей таре, которая снабжена этикеткой. На этикетке указаны название и химическая формула соединения, а также степень чистоты и количественное присутствие допустимых примесей.