Методи підвищення чутливості реакції

1. Метод йонного обміну. Для підвищення концентрації досліджуваного йона використовують йонообмінні смоли (катіоніти або аніоніти), які здатні адсорбувати досліджувані йони і, таким чином, підвищувати їх концентрацію. Цей метод дозволяє підвищувати цутливість реакції в десятки і сотень разів.

2. Метод екстрагування – базується на тому, що деякі органічні речовини здатні екстрагувати із суміші окремі її компоненти і таким чином підвищувати їх концентрацію. Причому органічна речовина не повинна змішуватися з водою.

3. Метод співосадження. У розчин, що містить дуже малу кількість досліджуваного йона (сліди) вводять сторонній йон (катіон чи аніон) і осаджують його. Разом з ним осаджується і досліджуваний йон.

Для виявлення та ідентифікації речовин можна скористатися різними хімічними, фізико-хімічними та фізичними методами. В даному курсі розглядаються переважно хімічні методи: на речовину, яку аналізують, діють різними аналітичними реагентами так, щоб одержати нові речовини, які можна легко розпізнати (ідентифікувати) і склад яких є відомим. Іншими словами – хімічні методи якісного аналізу зводяться до вивчення реакцій речовини, яку аналізують, з певними реагентами. Такі реакції називаються аналітичними і їх поділяють на реакції виявлення (ідентифікації) та розділення (відділення). Мета реакцій виявлення – встановити присутність того чи іншого йону в розчині. Якщо одні йони заважають виявленню інших (присутніх у суміші), то їх слід розділити і тоді використовують реакції розділення (відділення).

Основними вимогами до аналітичних реакцій є чутливість і селективність. Важливими є також простота виконання, відтворюваність, експресність, надійність реєстрації аналітичного сигналу та ін.

Чутливість аналітичної реакції найчастіше характеризують такими параметрами:

- m – відкриваний мінімум (найменша кількість (маса) речовини, яку можна виявити даною реакцією); мікрограм , мкг(1 мкг=10 г), нанограм, нг (1нг=10^{-9 г), пікограм, пг (1пг=10-12 г).}

- W – граничне розведення (число мілілітрів розчину, що містить 1 г речовини, при якому дану речовину ще можна виявити)

- C_min – мінімальна концентрація речовини, при якій ще спостерігається ефект аналітичної реакції виявлення, г/см³ , г/мл.

Знаючи один із способів вираження чутливості, можна вирахувати інші:

m = C_min×V×10⁶

де V –найменший об’єм досліджуваного розчину; см³.

Так як C_min=1: W, то

W= V×10⁶/m.

Проте для повної характеристики чутливості реакції слід враховувати дуже велику кількість факторів (концентрації та об’єми розчинів реагентів та визначуваних компонентів, кислотність середовища, температуру, йонну силу розчину, наявність і концентрація сторонніх йонів та ін.).

Методи аналізу в залежності від кількості досліджуваної речовини, об’єму розчину й техніки виконання класифікують наступним чином (табл. 5):

Крім того, речовини, що входять до складу аналізованого зразку, в залежності від їх вмісту, ділять на макро-(> 0,01%) та мікро-(< 0,01%) компоненти.

                                                                                       Таблиця 5

Класифікація методів аналізу

Селективністьреакції визначається загальним числом йонів, які здатні давати схожий аналітичний ефект з одним і тим же реагентом. Чим із меншим числом йонів взаємодіє реагент, тим вищою вважається його селективність. Реакції, в яких реагент взаємодіє лише з одним йоном, називають специфічними.На жаль, таких реакцій дуже мало. Але, застосовуючи різні прийоми, селективність реакцій можна суттєво збільшити й наблизити їх до специфічних. Якщо це зробити не вдається, то для відділення сторонніх йонів від визначуваних (чи навпаки) слід використовувати реакції розділення (відділення). Основна вимога до таких реакцій – селективність і ефективність (повнота розділення).

Складність досліджуваної суміші та наявність селективних реакцій виявлення йонів визначають два можливі принципи побудови якісного аналізу: дробний та систематичний. При дробному аналізі кожний йон відкривають в окремій порції розчину на фоні інших супутніх компонентів. Реакції виявлення проводять з такими реагентами і за таких умов, коли з реактивом взаємодіє лише один із компонентів суміші – той, присутність якого виявляють. В даному методі аналізу супутні компоненти не відділяються, але допускається їх маскування введенням спеціальних (маскуючих) реагентів.

Систематичний аналіз побудований на послідовному застосуванні реагентів, за допомогою яких досліджувана суміш розділяється на групи аж до тих пір, доки не залишаються компоненти, що не заважають виявленню один одному.

Кожен із принципів якісного аналізу має свої переваги та недоліки. Так, дробний аналіз набагато простіший, швидший, але передбачає попередні відомості про складність досліджуваного об'єкта, можливу присутність того чи іншого йону. Дослідник, що проводить аналіз цим способом, повинен досконало знати властивості визначуваних речовин, можливості реакції виявлення, мати певні навички експериментальної роботи, а інколи – і хімічну інтуїцію. Систематичний аналіз здебільшого значно складніший і довготриваліший; він вимагає непростих попередніх операцій розділення (відділення) компонентів досліджуваної суміші. Проте результати, отримані таким чином, гарантують правильність аналізу (при умові виконання всіх рекомендованих процедур). Рекомендовані схеми виконання якісного аналізу сумішей йонів наводяться в даному посібнику.

Класифікації йонів на аналітичні групи (угрупування)

При проведенні систематичного аналізу студентам слід знати найбільш поширені схеми класифікацій катіонів та аніонів на групи (угрупування).

Для проведення систематичного ходу аналізу іони поділяють на аналітичні групи. Цей поділ базується на відношенні окремих катіонів і аніонів до дії певних реагентів та на різній розчинності сполук цих іонів у воді, кислотах, лугах або інших розчинах.

Аналітична група— це така група іонів, яка з певним реактивом дає подібні аналітичні реакції. Існує кілька класифікацій катіонів на аналітичні групи (сульфідна,кислотно-лужна і аміачно-фосфатна).

Класичною вважається сульфідна (сірководнева)класифікація катіонів на групи. Вона логічна, тісно пов’язана з Періодичною системою елементів, базується на використанні властивостей різних сполук елементів – сульфідів, карбонатів, хлоридів, аміакатів, полісульфідів тощо. Нижче приводяться три найбільш поширені класифікації катіонів на групи – сульфідна (табл. 6). Фундаментом якісного аналізу аніонів є класифікація їх на групи, що базується на різній розчинності відповідних солей барію чи аргентуму (табл. 7).

Таблиця 6