АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

ЛЕКЦИЯ 1
ОСНОВЫ АНАЛИТИЧЕСКОЙ

ХИМИИ
Лектор Семенова Ирина Николаевна

Рекомендуемая литература

1. Аналитическая химия. Химические

методы анализа. Под
ред. О.М.Петрухина. Москва, «Лаборатория знаний», 2017
2. Аналитическая химия (в трех томах). Под ред.
А.А.Ищенко. Москва, «Физматлит», 2019
3. Г. Кристиан Аналитическая химия (в двух томах). Москва,
«Лаборатория знаний», 2000

определения качественного и количественного состава веществ и отчасти их химической

структуры

-

-получение опытным путем данных о химическом составе вещества с использованием методов аналитической химии

лежат аналитические химические реакции.
Это реакции, сопровождающиеся изменением характерных свойств участников

реакции, которые называются аналитическими признаками или аналитическими эффектами. В свою очередь аналитические признаки (эффекты) выражаются в виде аналитического сигнала

Pb2+ + 2I-

= ↓ PbI2 желтый осадок


2.Появление, изменение или исчезновение окраски
Fe3+ + 3SCN- = Fe(SCN)3 желтый красный

2HCl = ↑CO2 + CaCl2 + H2O
CO2 + Ba(OH)2

=↓ BaCO3 + H2O
Присутствие CO32—иона подтверждается образованием белого осадка BaCO3 на поверхности Ba(OH)2

Реакция проводится в «газовой камере».




На внутреннюю поверхность часового стекла, помещают влажную индикаторную бумажку (лакмусовая, фенолфталеиновая, универсального индикатора). На нижнее часовое стекло помещают каплю исследуемого раствора и каплю раствора щелочи. Накрывают часовым стеклом с индикаторной бумагой, которая через некоторое время изменяет свой цвет. Для ускорения выделения газообразного аммиака газовую камеру нагревают на водяной бане.

Пример:
Ca2+ + SO42- + 2Н2O =↓ CaSO4

. 2H2O
На предметное стекло помещают каплю раствора, содержащего Ca2+, рядом помещают каплю раствора H2SO4 и соединяют капли стеклянной палочкой. Подсушивают на воздушной бане и рассматривают под микроскопом.
Форма кристаллов зависит от концентрации ионов Ca2+ . При кристаллизации из разбавленных растворов образуются белые игольчатые кристаллы (пучки игл) , а при кристаллизации из концентрированных растворов – белые кристаллы в виде четырехугольников и ромбов.

Кристалл гипса под микроскопом

данной реакцией минимального количества вещества в растворе.
Абсолютная чувствительность характеризуется пределом

обнаружения (m). Предел обнаружения – минимальное количество вещества в мкг, достоверно обнаруживаемое данной реакцией.
Например, для реакции Cu2+ с водным раствором аммиака m = 0,25 мкг.

вещества в растворе, при которой реакция дает заметный результат. Выражается

в виде отношения массы вещества к объему раствора. Для той же реакции Спред. = 1: 200000 г/мл
Предельное разбавление Gпред показывает в каком объеме раствора должен быть растворен 1 г вещества, чтобы реакция была заметна.
Gпред = 1/Cпред Gпред = 200000мл
2. Избирательность – возможность определения одного иона в присутствии других.

требуемых значений рН и t.
Пример 1:
2KCl + Na3[Co(NO2)6]

=↓K2Na[Co(NO2)6] + 2NaCl
Желтый осадок ( в присутствии СH3COOH )
3KOH +Na3[Co(NO2)6] =↓Co(OH)3+3KNO2 +3NaNO2
Черный осадок ( в щелочной среде )

2BaCl2 + K2Cr2O72- + H2O = ↓2 BaCrO4 + 2HCl
Реакция проходит в среде CH3COONa, т.к. осадок BaCrO4 растворим в сильной кислоте, которая образуется в результате реакции. При добавлении СH3COONa cильная кислота замещается на слабую СH3COOH, в которой BaCrO4 не растворяется.
H+ + CH3COO- = CH3COOH
При этом образуется буферный раствор с рН 4-5, обеспечивающий полноту осаждения BaCrO4.

для большой группы ионов с различными химическими свойствами.
Пример: (Zn2+

Cd2+; Pb2+ )+ NaOH →↓Me(OH)2 - белые осадки
NaOH –общий реагент
 2. Групповые реакции
-это реакции, аналитический эффект которых одинаков для группы ионов с сходными химическими свойствами.
Пример: (Сa2+, Ba2+, Sr2+) + Na2CO3 →↓MeCO3 – белые осадки
Na2CO3 - групповой реагент

ионов со сходными химическими свойствами

Пример: (Cu2+,Ni2+) +4NH3.H2O → [Me(NH3)4]2+ - растворы синего цвета
2. Специфичные
- при строго определенных условиях данный реагент взаимодействует с минимальным (1) количеством ионов
Пример:
NН4С1+ 2 К2[HgI4] + 4 КОН =↓ [ОHg2NН2] I +7КI +КС1 +3 Н2О
осадок бурого цвета

( pH, to

)
Пример1: рН=2
CO32- → ↓ BaCO3 CO32- → −− SO42- + Ba2+→ ↓ BaSO4 SO42- + Ba2+ → ↓ BaSO4 PO43- → ↓ Ba3(PO4)2 PO43- → −−

Пример 2:
Обычные условия при нагревании
Ag+ + Cl- =↓ AgCl Ag+ + Cl- = ↓AgCl
Pb2+ +2Cl- =↓PbCl2 Pb2+ + 2Cl- → осадок не образуется

образующие с ионами металлов довольно прочные комплексы)
Пример:

Диметилглиоксим - органический аналитический реагент

комплексные соединения, внутренняя сфера которых состоит из циклических групп атомов,

включающих ион-комплексообразователь. Это название возникло от латинского слова chelate - клешня.
Реакция проводится в среде аммиака. Мешают обнаружению ионы Co2+, Cu2+, Fe2+ , которые связывают тартрат-ионами.

Пример1
Cd2+

→↓Cd(OH)2
Zn2+ + NaOH изб → ZnO22-
Fe3+ →↓Fe(OH)3
Пример 2
Al3+ + Zn2+
+
NH4(OH)изб
↓ ↓
Al(OH)3 + Zn(NH3)4 2+
осадок раствор

концентрацию мешающего иона путем добавления маскирующего агента до момента исчезновения

мешающего действия
Пример:
Co2+ + Fe3+
 
Co2+ + 4SCN- = Co(SCN)42- - голубой
Fe3+ + 4SCN- = Fe(SCN)4- - красный
Fe3+ + 6F- = FeF63- - бесцветный
F- - маскирующий агент

Классификация ионов
Применение групповых реагентов позволило

разделить катионы и анионы на аналитические группы, осаждаемые определенным реагентом при опреленных условиях с одинаковым аналитическим эффектом. В зависимости от применяемых групповых реагентов и условий различают несколько классификаций ионов

K+; Na+, NH4+, Mg2+

----------

II Ca2+, Ba2+, Sr2+ (NH4)2CO3 pH=9,2

III Fe2+, Fe3+, Co2+, Ni2+, (NH4)2S pH=9,2
Mn2+, Zn2+,Al3+, Cr3+

IV Cu2+, Bi3+, Cd2+, Hg2+, H2S pH=0,5
Sn2+, Sn(IV),Sb3+, Sb(V)

V Ag+, Pb2+, Hg22+ HCL

смеси ионов на аналитические группы с помощью групповых реагентов и

последующем анализе каждой выделенной группы.
В основе систематического анализа лежит одна из классификаций.
Применяется для анализа сложных по химическому составу веществ.

исследуемого раствора при обеспечении избирательности реакции. Реакция проводится либо в

присутствии остальных ионов ( если реакция специфичная), либо после предварительного удаления или маскирования мешающих ионов.

NH4+ + Mn2+ + Zn2+
+
NaOH
↓ ↓
Раствор Осадок
NH4+ Mn(OH)2 Zn(OH)2
+ +
NaOH( t ) NH4OH
↓ ↓ ↓
малиновое осадок раствор
окрашивание Mn(OH)2 Zn(NH3)42+
ф-ф бумаги + +
H2O2 K4[Fe(CN)6] ( рН<7)
↓ ↓
черный осадок белый осадок

поглощать свет в УФ или видимой областях лежит в основе

спектральных методов анализа. Задачей качественного спектрального анализа является определение наличия или отсутствия одного или нескольких элементов в исследуемой пробе.

Для анализа неорганических веществ часто применяют эмиссионный спектральный анализ, который основан на индивидуальности эмиссионных спектров каждого элемента и сводится, как правило, к определению длин волн линий в спектре и установлению принадлежности этих линий тому или иному элементу

анализ особо чистых веществ;
бездефектный контроль готовых изделий;
экспресс-анализ металлургического литья;
химический анализ

металлов, сталей, чугуна, сплавов;
разведка рудных месторождений;
анализ лунного грунта и состава звездного вещества;
контроль промышленных и бытовых сточных вод;
загрязнения воздушного бассейна и воздушной среды производственных помещений и т.д.

том, что анализируемая проба облучается ретгеновскими лучами, которые выбивают электроны

с ближайших к ядру орбиталей. Освобожденные места занимают электроны, переходящие с более отдаленных орбиталей. Выделенная при этом значительная энергия освобождается в виде квантов с высокой частотой, также соответствующих области рентгеновских лучей, но с большей длиной волны, чем у возбуждающего излучения. А т.к. энергия излучаемых квантов характерна только для данного элемента, то по частоте вторичного рентгеновского излучения делают вывод о качественном составе пробы.
Этот метод позволяет одновременно определять более 80 элементов от бора до урана.

ИК-СПЕКТРОСКОПИЯ

В качественном анализе органических веществ для установления присутствия различных

функциональных групп широко используется метод ИК-спектроскопии, в котором изучаются колебательные спектры молекул. Любая молекула имеет свой, только ей присущий колебательный спектр, состоящий из набора полос разной частоты и интенсивности. Так как колебательный спектр вещества является его индивидуальной характеристикой (часто ИК - спектры называют даже «отпечатком пальцев» молекулы) , то может использоваться для идентификации вещества.