Портал аналитической химии

В количественном анализе обычно используют те же самые реакции ионов, которые применяются в качественном анализе.

Так, для количественного определения хлора (вернее, хлорид-иона) его осаждают из раствора ионом серебра:

CL^-+Ag⁺ —> AgCl

На основе этой реакции хлорид-ион можно определять различными способами. Можно, например, отфильтровав и тщательно промыв выпавший осадок AgCl, осторожно прокалить (или высушить) его и точно взвесить. По массе осадка AgCl и его формуле нетрудно вычислить, сколько в нем содержится хлора.

Метод анализа, основанный на точном измерении объема (или массы) раствора реагента точно известной концентрации, затрачиваемого на реакцию, называется титриметрическим анализом. Важным преимуществом титриметрического метода является большая скорость выполнения анализов, что на практике, например при контроле производства, имеет существенное значение.

В качественном анализе часто пользуются реакциями, сопровождающимися изменением окраски раствора. Например, при открытии Fe3+-HOHa с помощью NH4SCN или KSCN образуются растворимые в воде роданидные комплексы железа (III) темно-красного цвета.

Цветные реакции широко используются и в количественном анализе. Метод, основанный на оценке интенсивности окраски раствора (визуально или с помощью соответствующих приборов) называется фотометрическим анализом.

Кроме реакций, связанных с изменением окраски, иногда применяют реакции, сопровождающиеся образованием малорастворимых веществ. О содержании определяемого элемента в растворе судят по интенсивности помутнения исследуемого раствора от действия каких-либо реагентов. Метод, основанный на этом принципе, называется нефелометрическим.

Фотометрическое (и нефелометрическое) определение возможно лишь при условии, что окраски (или помутнения) растворов не слишком интенсивны, поэтому для таких определений применяют сильно разбавленные растворы. Однако в ряде случаев современные приборы позволяют измерять высокую интенсивность окрасок растворов (т. е. определять сравнительно большие количества веществ) .

На практике фотометрическими и нефелометрическими определениями особенно часто пользуются тогда, когда содержание соответствующего элемента в исследуемом объекте мало и когда вследствие этого методы гравиметрического и титриметрического анализа оказываются непригодными. Широкому распространению фотометрического метода способствует также экспрессность его, т. е. быстрота выполнения определения.

Наряду с описанными выше методами количественного анализа применяют и ряд других методов. Из них следует отметить газовый анализ, сущность которого сводится обычно к определению объемов отдельных компонентов анализируемой газовой смеси при помощи, например, поглощения их теми или иными реагентами.

О количестве поглощенной составной части судят по уменьшению объема газа. Газоволюмометрический метод анализа используют для определения того или иного элемента или вещества путем измерения объема газа, образующегося в результате химической реакции. Так, содержание углерода в чугунах и сталях определяют обычно по объему CO2, получающейся при сжигании навески образца в токе кислорода при 1000—1250°С в специальной электрической печи *.

Широкое распространение (особенно для анализа цветных металлов и сплавов) получил электрогравиметрический метод анализа. Для определения элемент (в свободном состоянии) выделяют путем электролиза на предварительно взвешенном электроде (некоторые элементы выделяются при электролизе в виде окислов, например MnO2 или PbO2). О количестве выделившегося элемента судят по увеличению массы электрода!

В методах электрохимического анализа сохраняется обычный принцип титриметрических определений (см. выше), но момент окончания соответствующей реакции устанавливают либо путем измерения электропроводности раствора (кондуктометрический метод), либо путем измерения потенциала того или иного электрода, погруженного в исследуемый раствор (потенциометрический метод), и пр. К электрохимическим методам относится и так называемый полярографический метод. В этом методе о количестве определяемого элемента (иона) в исследуемом растворе судят по вольт-амперной кривой (или «полярограмме»), получаемой при электролизе исследуемого раствора в особом приборе — поляро-графе.

В радиометрических методах анализа, в частности, основанных на использовании меченых атомов, применяют радиоактивные изотопы определяемых элементов. В методе «меченых атомов» используется тождественность химических свойств радиоактивных и устойчивых изотопов и возможность по интенсивности излучения радиоактивных изотопов, измеряемой специальными счетными устройствами, судить о количестве их. Приведем пример.

Для того чтобы установить, как распределяется фосфор между металлом и шлаком при плавке стали, вводят в металлургическую печь фосфат кальция, содержащий радиоактивный изотоп фосфора с периодом полураспада 14,3 дня. В процессе плавки отбирают пробы металла и шлака и измеряют при помощи счетного устройства их радиоактивность. Таким путем быстро и легко определяют, как распределяется фосфор между сталью и шлаком и от каких факторов это распределение зависит. Метод меченых атомов отличается высокой чувствительностью, что составляет одну из ценных его особенностей.

Рассмотренные выше методы количественного анализа подразделяются на химические и физико-химические. К первым относятся методы гравиметрического, титриметрического и газового анализа, ко вторым — колориметрические и нефелометрические, а также электрохимические методы. Кроме того, применяются физические методы количественных определений, например количественный спектральный анализ, и др.

В количественном анализе, как и в качественном, различают макро-, микро- и полумикрометоды.

В микро- и полумикрометодах количественного анализа используют навески от 1 до 50 мг и объемы раствора от десятых долей миллилитра до нескольких миллилитров. Для микро- и по-лумикроопределений применяют более чувствительные весы, например микровесы (точность взвешивания до 0,001 мг), а также более точную аппаратуру для измерения объемов растворов или газов.

Основными достоинствами микро- и полумикрометодов являются большая скорость выполнения анализов и возможность проводить их, располагая очень малым количеством исследуемого вещества. Однако наиболее распространен все же макрометода, являющийся наиболее удобным методом для изучения количественного состава веществ.

В настоящем руководстве рассматривается методика только количественного макроанализа.