Курсовая работа
Методы качественного и количественного анализа. Методика определения катиона Сu2+
Уральск-2013
Введение
Качественный анализ
1 "Сухой" метод анализа
2 "Мокрый" метод анализа
Количественный анализ
3 Окислительно-восстановительное титрование. Иодометрия
Разделение предложенной смеси
Методы и методика определения катиона Сu2+
1 Общая характеристика катионов V аналатической группы
Заключение
смесь катион очистка разделение
Введение
Цель курсовой работы - изучение способов разделения смесей, рассмотрение методов качественного и количественного анализа.
В соответствии с поставленной целью решаются следующие задачи: дать определение методам качественного и количественного анализа, рассмотреть методы и методику определения катиона Сu2+, провести анализ свойств веществ в предлагаемой смеси, выявить метод очистки и обнаружения предложенного катиона
Предмет исследования - методы анализа смесей катионов
Объектом исследования в работе выступает катион Сu2+.
Актуальность работы. Главной практической задачей аналитической химии является определение состава веществ и их смесей. Знание теории и способов выполнения химического анализа, владение химическими методами анализа необходимо для осуществления контроля сырья, полуфабрикатов и готовой продукции в химической и фармацевтической промышленности.
Задачей качественного анализа является установление состава вещества, то есть выяснение из каких атомов, молекул, ионов и т.д. состоит вещество. Качественный анализ можно проводить химическими, физико-химическими и физическими методами.
Химические методы основаны на использовании аналитических реакций, проводимых с анализируемым веществом с помощью реактивов. Аналитическая реакция должна сопровождаться такими изменениями в системе, которые можно зафиксировать визуально или с помощью того или иного прибора. Если изменение, на основании которого можно сделать вывод о наличии в анализируемом веществе определенных компонентов, отмечается визуально, то соответствующий метод относится к классическому химическому методу.
Качественный анализ может быть осуществлен и без помощи аналитической реакции, а путем проведения определенных физических операций. Соответствующие методы относятся к физическим. Так как при проведении анализа физико-химическими и физическими методами применяют специальные приборы, эти методы часто называют инструментальными.
Количественный анализ позволяет установить элементный и молекулярный состав исследуемого объекта или содержание отдельных его компонентов.
В зависимости от объекта исследования различают неорганический и органический анализ. В свою очередь их разделяют на элементный анализ, задача которого - установить, в каком количестве содержатся элементы (ионы) в анализируемом объекте, на молекулярный и функциональный анализы, дающие ответ о количественном содержании радикалов, соединений, а также функциональных групп атомов в анализируемом объекте.
1. Качественный анализ
Анализируемая проба в большинстве случаев содержит несколько компонентов в различных соотношениях. Для разделения и концентрирования компонентов анализируемой смеси используют методы осаждения, соосаждения, экстракции, хроматографии, электролиза, электрофореза, дистилляции, сублимации, зонной плавки, флотации и др. В основе большинства методов разделения лежит принцип избирательного распределения компонентов пробы между двумя разделяющимися фазами. Открываемый компонент пробы переводят по возможности полностью в одну из фаз.
Для анализа сложных многокомпонентных смесей используют метод последовательного отделения с помощью групповых реагентов небольших групп ионов. Дальнейший анализ этих групп проводят дробным методом, а при необходимости используют дополнительное разделение в каждой группе. Строгую последовательность отделения групп с использованием групповых реагентов называют систематическим ходом анализа. Последовательно отделяемые в систематическом ходе анализа группы ионов называют аналитическими группами. Они лежат в основе аналитической классификации ионов. Для разных схем систематического анализа состав аналитических групп различен, он зависит от используемых групповых реагентов и условий осаждения. Таким образом, на практике для анализа смесей элементов используют сочетание дробного и систематического хода анализа.
Существует несколько схем систематического анализа смесей ионов. В них наиболее широко для целей разделения используют осаждение, затем экстракцию и распределительную (бумажную) и ионообменную хроматографии. Перед систематическим анализом обычно проводят предварительные испытания дробными реакциями. Их результаты вместе с другими данными о свойствах и предполагаемом составе пробы помогают выбрать ту или иную схему систематического хода анализа.
Качественный анализ позволяет определить, какие элементы, молекулы входят в состав анализируемого образца или какие отсутствуют. При анализе неорганических веществ обычно имеют дело с водными растворами солей, кислот и оснований, в растворах которых они диссоциированы на ионы. Поэтому реакции происходят между свободными ионами и открываются непосредственно не элементы, а образуемые ими ионы (катионы и анионы). Например, для открытия хлора в HCI или в растворах хлоридов на них действуют раствором AgNO3. При этом выпадает характерный творожистый осадок белого цвета AgCI:
Сущность рассматриваемой реакции заключается во взаимодействии находящихся в растворе ионов Ag+ и Cl-. Но если бы хлор присутствовал в видеClO3- - хлорат иона - или в виде недиссоциированных молекул хлороформа CHCl3, то эта реакция не имела бы места. Отсюда ясно, что, применяя эту реакцию, мы открываем не элемент хлор, а ион Cl-. Если элемент образует ионы различной валентности, то для каждого из них характерны свои реакции.
Поэтому качественный анализ неорганических веществ подразделяется на анализ катионов и анализ анионов сложного вещества.
В химическом качественном анализе применяют два типа реакций:
·реакции обнаружения (открытия иона);
·реакции разделения ионов.
Реакции обнаружения - аналитический сигнал - должны сопровождаться визуальным эффектом:
·выпадение осадка определенного цвета и структуры;
·изменение цвета раствора;
·выделение газа;
·исчезновение окраски;
·растворение осадка.
Таким образом, по этим признакам судят о присутствии или отсутствии иона.
Реакции разделения применяются в систематическом анализе, когда присутствие одних ионов мешает обнаружению других ионов, при этом применяются реактивы, способные отделить один или несколько ионов: в виде осадка; путем растворения осадка.
Требования к разделению:
·реакции должны протекать быстро;
·продукты должны иметь малую растворимость для полноты осаждения;
·получающиеся осадки должны иметь кристаллическую структуру.
Способы выполнения аналитических реакций
В одних случаях вещества анализируют сухим путем, т.е. без перевода их в раствор, а в других случаях - мокрым путем.
1 "Сухой" метод анализа
При выполнении анализа "сухим" методом исследуемые вещества и реактивы находятся в твердом состоянии. Большинство подобных определений связаны с нагреванием и образуют группу пирохимических методов анализа. К ним относят метод окрашивания пламени, метод окрашивания "перлов" буры, соды и других соединений, метод нагревания в калильной трубке и др. К "сухим" методам анализа относят и метод растирания порошков.
При выполнении реакций сухим способом вещества берут в твердом виде и обычно нагревают до высокой температуры. Аналитическим сигналом является:
·окрашивание пламени летучими солями некоторых металлов - основан на способности некоторых элементов и их соединений (щелочные, щелочно-земельные металлы, медь, бор и др.) окрашивать пламя в определенный цвет. Например: натрий - желтый, калий - фиолетовый, кальций - кирпично-красный, стронций - карминово-красный, барий - желтовато-зеленый, медь - ярко-зеленый. Пробу на присутствие иона проводят с помощью тщательно очищенной платиновой или нихромовой проволочки, один конец которой вплавлен в стеклянную трубку небольшого диаметра, а другой согнут в маленькую петлю (ушко). Ушко раскаленной проволочки вводят в анализируемое вещество, а затем вносят в наиболее горячую часть газовой горелки.
·образование окрашенных перлов (стекол). Некоторые вещества при сплавлении с тетраборатом натрия Na2B4O7?10Н2О, "фосфатной солью" NaNH4HPO4?4H2O и другими соединениями дают окрашенные стекла - "перлы". Для получения "перла" буры ушко раскаленной платиновой проволочки вводят в твердую буру, нагревают в пламени горелки до прекращения вспучивания, охлаждают и, коснувшись полученным "перлом" анализируемого вещества, вновь вводят ушко проволочки в пламя горелки, а затем охлаждают. По окраске "перла" судят о присутствии того или иного элемента. Если вещество совсем не возгоняется, в его составе отсутствуют летучие компоненты. Судить о присутствии тех или иных соединений можно по окраске возгона. Так, соли аммония, хлорид и бромид ртути, оксиды мышьяка и сурьмы дают белый возгон, сернистые соединения ртути и мышьяка, иодид ртути, сера - желтый возгон; другие соединения ртути, мышьяка, иодиды - серый или черный возгон. Наряду с возгонкой при нагревании может происходить выделение различных газов и паров, что даст информацию о качественном составе вещества. Например, кислород выделяется, если в анализируемой пробе присутствуют перманганаты, нитраты, пероксиды и др.; оксид углерода (IV) СО2 выделяется при разложении карбонатов; оксиды азота - при разложении нитратов и нитритов; пары воды - при разложении кристаллогидратов, гидроксидов, органических соединений и т.д. Калильная трубка представляет собой пробирку из тугоплавкого стекла или кварца длиной 5-6 см, диаметром 0,5 см. Небольшое количество анализируемого вещества насыпают в трубку, медленно и осторожно нагревают в пламени горелки и наблюдают за происходящим явлением.
·Метод растирания порошков. Присутствие ионов того или иного элемента обнаруживают по образованию соединений с характерным цветом или запахом. Так, при растирании смеси тиоцианата аммония NH4NCS или тиоцианата калия KNCS с солями Fe3+ появляется красно-бурое окрашивание, а с солями Со2+ - синее. Растирание проводят в фарфоровой ступке или на специальной фарфоровой пластинке.
Все "сухие" методы анализа используют только для вспомогательных или проверочных определений.
2 "Мокрый" метод анализа
При анализе мокрым путем исследуемое вещество переводят в раствор, используя дистиллированную воду, минеральные кислоты, водный раствор аммиака, сильной щелочи, некоторые органические растворители и т.д., и ведут анализ раствора. Следовательно, механизм протекающих реакций может быть представлен только ионным уравнением. Например, для реакции Pb(NO3)2 + 2KI ? PbI2? + 2KNO3 уравнение в ионной форме имеет вид:
Рb2+ +2I- ? РbI2?.
Из ионного уравнения видно, что осадок РbI2 образуется при взаимодействии катионов Рb2+ и анионов I-. Один и тот же элемент может существовать в растворах в виде разных ионов:
Fe3+ - Fe2+; Zn2+ - ZnO22-;+ - MnO4- - MnO42-;+ - SnO22- - SnO32- и т.д.
Каждый из этих ионов имеет свои характерные реакции. Выполняют реакции "мокрым" методом в химических или центрифужных пробирках и на фильтровальной бумаге.
Классификация методов по количеству вещества
В зависимости от массы анализируемого вещества и объема растворов методы анализа делят на макро-, полумикро-, микро-, ультрамикро-, субмикро- и субультрамикрометоды. Соответственно различают и технику выполнения отдельных операций.
Наиболее широкое применение в качестве анализа получил полумикрометод с элементами микроанализа. Этот метод имеет ряд преимуществ: для выполнения реакции расходуется небольшое количество анализируемого вещества и реактивов; сокращается время, затрачиваемое на выполнение анализа, за счет замены фильтрования осадков центрифугированием; резко сокращается выброс вредных газообразных веществ, тем самым улучшаются санитарно-гигиенические условия работы.
3 Микрокристаллоскопический метод анализа
Кристаллы характерной формы получают путём внесения капли раствора или кристаллика реактива в каплю исследуемого вещества, помещённую на предметное стекло. По мере испарения воды по периметру капли появляются кристаллы продукта реакции характерной формы, которые рассматриваются под микроскопом.
Проводя аналитическую реакцию, необходимо создавать определённые условия, зависящие от свойств образующихся продуктов, так как иначе результат реакции окажется недостоверным. К таким условиям относятся:
) pH раствора - надлежащая среда - это одно из важнейших условий проведения реакции, которая в случае необходимости создаётся прибавлением к раствору кислоты или щелочи. По каплям к анализируемому раствору добавляют кислоту или щёлочь до нужной величины pH, постоянно проверяя по цветной шкале универсального индикатора;
) температура - для получения аналитического сигнала некоторые рекции необходимо проводить при нагревании на водяной бане или пламени спиртовки, так как на холоде или при комнатной температуре они не проходят;
) концентрация - она должна быть достаточно большая, иначе при малых значениях концентрации реакции перестают удаваться. Причина соблюдения условия достаточной концентрации: всякое вещество может выпадать в осадок только тогда, когда оно образуется в растворе в концентрации, превышающей его растворимость при данных условиях. Если вещество очень трудно растворимо, оно выпадает в осадок уже при очень малой концентрации открываемого иона: соответствующая реакция называется чувствительной. А при значительной растворимости образующегося соединения реакция мало чувствительна и удаётся лишь при большой концентрации открываемого иона. То же относится и к реакциям, сопрвождающимся изменением окраски.
Количественно чувствительность реакций характеризуют взаимно связанными показателями: открываемым минимумом и предельным разбавлением. Открываемый минимум - это наименьшее количество вещества или иона, которое может быть открыто посредством данной реакции, выражают его в микрограммах (m) (10-6 г). Открываемый минимум неполностью характеризует чувствительность реакции, т.к. имеет значение не только абсолютное количество, но и концентрация соответствующего вещества или иона в растворе. Поэтому указывают также и предельное разбавление, которое характеризует наименьшую концентрацию вещества (иона), при которой он может быть обнаружен. Предельное разбавление выражают отношением весовой части вещества к весовому количеству раствора (G).
Между открываемым минимумом m (выраженным в микрограммах) и предельным разбавлением (G) существует соотношение
где V - объём раствора, мл.
Чувствительность реакций, служащих для открытия одного и того же иона, различна.
Например, для иона Cu2+:
Реактив Образующееся соединениеЭффект реакцииОткрываемый минимум, мгПредельное разбавление 1: G1. HCI H Зелёное окрашивание раствора11:500002. NH3СI2Синее окрашивание раствора 0,2 0,21:2500003.Cu2K4Коричневое окрашивание раствора/осадщк0.021:2500000
Таким образом, наиболее чувствительной является реакция №3 с K4, позволяющая обнаружить в 50 раз меньшее количество меди в растворе, чем при действии HCI, и в 10 раз меньшее, чем при действии NH3.
4 Дробный и систематический анализ
Существует два метода выполнения качественного анализа смеси катионов и анионов.
Дробный анализ (метод) состоит в том, что анализируемый раствор делят на большое количество порций и в каждой из них специфическими реакциями обнаруживают отдельные ионы. Специфической реакцией на данный ион называется та реакция, которая позволяет открыть его в смеси с другими ионами специфическими реактивами. Достоинство метода - быстрота проведения анализа. Однако таким путём удаётся открыть только немногие ионы, так как число специфических реакций невелико. Часто в растворе присутствуют ионы, мешающие определению. Если действие этих ионов устранить сложно, то применяют систематический или последовательный анализ.
В ходе систематического анализа соблюдают определённую последовательность обнаружения искомых ионов. В этом случае наряду с реакциями открытия отдельных ионов приходится прибегать к реакциям отделения их друг от друга групповыми реагентами. Порядок разделения ионов групповыми реагентами должен проводиться в определенной последовательности, которую нельзя нарушать. В систематическом ходе анализа ионы выделяют из сложной смеси не по одному, а целыми группами, пользуясь одинаковым отношением их к действию групповых реактивов.
Методика выполнения основных операций полумикроанализа
В основе многих аналитических реакций лежит реакция осаждения. К анализируемому раствору в конической пробирке по каплям добавляют соответствующий реактив. При осаждении необходимо перемешивать раствор. После выпадения осадка надо проверять полноту осаждения. Для этого после того как жидкость над осадком станет прозрачной, добавляют ещё каплю осадителя. Если в растворе не появится муть, полнота осаждения достигнута. В противном случае добавляют ещё несколько капель осадителя. Если для проведения осаждения необходимо нагревать раствор, то пробирки помещают в водяную баню. Для отделения осадков от растворов в качественном анализе применяют центрифугирование. Поэтому анализ проводят в конических центрифужных пробирках. После окончания центрифугирования плотный осадок остаётся на дне пробирки, а центрифугат (надосадочная жидкость) при этом осветляется и от осадка легко отделяется пипеткой или сливанием. Если анализируют осадок, то перед растворением его промывают 2-3 раза небольшим количеством дистиллированной воды, каждый раз отделяя фильтрат центрифугированием. Для уменьшения растворимости осадков в промывную воду добавляют несколько капель осадителя. Растворение осадков проводят путём медленного (по каплям) прибавления растворителя к осадку с одновременными перемешиванием стеклянной палочкой. При необходимости смесь нагревают на водяной бане.
5 Методы разделения смесей катионов
Применение разнообразных групповых реактивов позволило разработать различные аналитические классификации катионов (и анионов). Наибольшее распространение получили сульфидная, кислотно-основная и аммиачно-фосфатная классификации.
Сульфидная классификация, предложена еще в 1871 году Н.А. Меншуткиным и с тех пор многократно подвергалась различным изменениям и совершенствовалась благодаря использованию новых реагентов и методик проведения эксперимента. Сероводородный метод анализа, основанный на сульфидной классификации, имеет два основных недостатка: токсичность сероводорода требует специально оборудованных химических лабораторий; выполнение анализа отнимает много времени.
Схемы качественного химического анализа с применением H2S
Классическая сероводородная (сульфидная) схема разделения катионов на группы
№ группы КатионыГрупповой реагентОбразующиеся соединенияПримечаниеILi+, Na+, , K+, Rb+, Cs+, Mg2+НетКатионы в аммонийном буферном р-ре открывают предварительноIICa2+, Sr2+, Ba2+, Ra2+(NH4)2CO3 в аммонийном буферном р-реОс. карбонатовОсажд. при нагр.IIIBe2+, Zn2+, Al3+, Y3+, Sc3+, лантаноиды, актиноиды, Ga3+, In3+, Tl3+, Ti(IV), Zr(IV), Hf(IV), Th4+, V(V), Nb(V), Ta(V), Cr3+, U(VI), U(IV), Mn2+, Fe(II), Fe(III), Co2+, Ni2+(NH4)2S в аммонийном буферном р-реОс. сульфидов и гидроксидовКисл. р-р нейтр.NH4OH (без ), насыщают газ. H2S (или добавл. р-р H2S в ацетоне). В присутствии (, F?, )осаждается и II группа, поэтому их предварительно отделяют. можно удалить ионом Fe3+ в ацетатном буфере, с ионами Zr(IV), Ti(IV) - в солянокислом, Sn(IV) - в азотнокислом р-реIVAu3+, Ag+, Bi3+, Cd2+, Cu2+, Cu+, Hg2+, Os(VII), Pb2+, Pd(II), Pd(IV), Rh(III), Ru(III)H2S при рН? 0,5Ос. сульфидов IV и V групп, после действия (NH4)2S2 - осадок сульфидов IV гр.Частично осаждаются In3+, Zn2+. Ионы Pb2+ (не полностью), Ag+,отделяются до осажд. H2S в виде хлоридов в нерастворимом ос. при добавл. HCl к исходной пробеVAs(III, V), Ge(IV), Mo(VI), Re(VII), Sb(III, V), Se(IV), Sn(II, IV), Te(IV)(NH4)2S2действуют на осадок сульфидов IV и V группРаствор тиосолей V гр.При слабом нагр. частично попадают W(V), V(III), Au(III), Ir(III, IV), Pt(IV)
В основу классического сероводородного метода положено разделение наиболее часто встречающихся соединений металлов на 5 аналитических групп в зависимости от осаждения катионов тем или иным общим реактивом. При этом для I группы катионов (К+, Na+, NH+), общего реактива нет. Большинство солей этих металлов растворимы. Катионы II группы (Mg2+, Са2+, Ва2+, Sr2+) осаждаются в отличие от соединений I аналитической группы в виде карбонатов и фосфатов и не осаждаются в отличие от катионов III, IV и V групп в виде сульфидов.
Общим реактивом для катионов III аналитической группы (Мп2+, Сг3+, Zn2+, Al3+, Fe3+, Ni2+, Со2+, Т13+) является сульфид аммония или сероводород в щелочной (NH4OH) среде, а для IV группы (Cu2+, Cd2+, Ag+, Bi3+, Hg2+, Pb2+) и V группы (As3+, Sb3+, Sn2+) - сероводород в кислой среде. При этом сульфиды V аналитической группы в отличие от сульфидов IV аналитической группы растворяются в полисульфиде аммония.
После разделения катионов на группы проводится дальше разделение катионов и качественное обнаружение их уже внутри определенной аналитической группы.
Основными недостатками сероводородного метода с позиций токсикологической химии являются: 1) несовершенство осаждения и разделения катионов; 2) длительность анализа; 3) ядовитость газообразного сероводорода и 4) невозможность совместить качественный анализ с количественным при исследовании одной навески объекта. Как правило, после качественного анализа необходимо подвергать исследованию новую порцию объекта для количественного определения обнаруженного элемента.
Несовершенство осаждения и разделения сероводородом связано прежде всего с различной степенью растворимости сульфидов металлов. Произведения растворимости сульфидов варьируют в очень широких пределах.
Произведения растворимости сульфидов катионов колеблются не только при переходе от одного катиона к другому, они не всегда стабильны даже для одного и того же катиона. Например, произведение растворимости МпБ телесного цвета 1-10 15, а МпБ зеленого цвета 6,2-10 22. Первая модификация получается при насыщении раствора соли Мп2+ на холоду, вторая - при нагревании.
Произведения растворимости сульфидов колеблются и в зависимости от условий их образования: pH среды, температуры раствора, скорости и продолжительности насыщения раствора газообразным сероводородом и других факторов.
При анализе по сероводородной схеме часто предварительно выделяют из анализируемого вещества элементы в виде летучих соединений с помощью реактивов, указанных в скобках: Si (HF); Se, As, Ge (HBr + Br2); Os (HNO3); Ru (HClO4); Re (H2SO4), а также группу благородных металлов: Au, Ag, Pt, Pd (Ir, Rh, Hg выделяются неполно).
Осаждение ведут из горячего раствора, насыщая его газообразным H2S, выдерживают при 70-90°С 10-15 мин, охлаждают и вновь насыщают H2S, закрывают сосуд и оставляют на 15 мин. В присутствии молибдена после пропускания H2S добавляют немного Н2О2 и вновь насыщают H2S.
Из смеси сульфидов выделяют V группу действием избытка (NH4)2S2 при слабом нагревании.
Для осаждения III группы кислый раствор нейтрализуют NH4OH (без ), добавляют избыток его, насыщают H2S и снова добавляют NH4OH. В присутствии мешающих анионов вместе с III осаждается и II группа, поэтому эти анионы предварительно должны быть удалены. В современных условиях это проще всего сделать с помощью анионита. Кроме того, наиболее часто встречающийся ион можно осадить ионами Fe3+ в ацетатном буфере при нагревании, а также ионами Zr(IV) или Ti(IV) в солянокислом и ионами Sn(IV) - в азотнокислом растворе.
Осаждение II группы проводится (NH4)2СО3 при нагревании в аммонийном буферном растворе.
Как видно из приведенной схемы классификации, при действии сероводорода на раствор сложной смеси катионов всех групп катионы I и II групп не выпадают в осадок в виде сульфидов, а осаждаемые сульфиды могут быть выделены в определенной последовательности. Эта последовательность обуславливается концентрацией сульфид-иона, которая, в свою очередь, непосредственно зависит от концентрации ионов водорода в анализируемом растворе. Концентрация ионов серы в растворе регулируется слабой сероводородной кислотой, диссоциирующей по двум ступеням с константами диссоциации К1 и К2 соответственно:
H2S Û HS- + H+ К1 = 8,9 ? 10-8Û S2- + H+ К2 = 1,3 ? 10-13
Для реакции H2S ?Û 2H+ + S2?? константа диссоциации
Концентрация насыщенного раствора H2S при нормальном давлении и 25°С равна или меньше 0,1 моль?л-1 Тогда 2 ? = 1,2 ? 10-21 моль?л-1, т. е. концентрация сульфид-иона обратно пропорциональна квадрату концентрации ионов водорода. Таким образом, изменяя концентрацию ионов водорода, можно управлять концентрацией ионов серы.
Сравнение величин произведений растворимости сульфидов позволяет разделить их на две группы. Одна из них имеет значения произведений растворимости порядка 10-15-10-23, другая - порядка 10-27-10-50. Граница пролегает между сульфидами цинка и кадмия: ПРZnS = 2,5?× 10-22; ПРCdS = 7,9?× 10-27.
Создав концентрацию ионов серы, позволяющую полностью осадить сульфид кадмия и оставить в растворе ион цинка, можно отделить сульфид кадмия и все менее растворимые сульфиды от сульфида цинка и более растворимых сульфидов.
Условной границей полного осаждения кадмия можно считать его концентрацию, равную 10-6 моль?л-1. Для ионов серы
Моль?л-1.
Такая концентрация сульфид-иона образуется в растворе H2S при концентрации H+, равной
Концентрации катиона в анализируемом растворе обычно близки к 0,01 моль?л-1. Если концентрацию цинка принять равной этой величине, то произведение концентраций ионов ? = 0,01 ? 7,9 ? 10-21 = 7,9 ? 10-23, что меньше величины произведения растворимости сульфида цинка ПРZnS = 2,5 ? 10-22.
Следовательно, ион Zn2+ и все ионы, для которых произведения растворимости сульфидов больше, чем для ZnS, осаждаться не будут.
Равновесие в системе осадок - раствор устанавливается не сразу. Известно, что растворимость соединений меняется с течением времени (наибольшая растворимость - у свежеосажденных соединений). В случае сульфидов это связано, прежде всего с тем, что они осаждаются в метастабильных и более растворимых модификациях, которые при хранении сульфидов переходят в более стабильные и менее растворимые формы. Эти формы различаются структурой кристаллической решетки, иногда цветом (a-MnS -розовый, b -MnS - зеленый) и величинами произведений растворимости. Поэтому при расчетах условий разделения сульфидов путем регулирования кислотности раствора следует использовать табличные значения ПР только свежеосажденных форм (как правило, более растворяемых).
В процессах разделения ионов в виде сульфидов заметную роль играют процессы сорбции и после осаждения (приводящие к неполному разделению, в частности кадмия и цинка), а также образование устойчивых коллоидов.
Кислотно-основная классификация основана на различной растворимости гидроксидов, хлоридов, сульфатов. Групповыми реактивами этого метода являются растворы кислот и оснований.
По кислотно-основной классификации катионы делят на шесть аналитических групп
K+, Na+, Mg2+НетКатионы в раствореХлориды, сульфаты и гидроксиды растворимы в водеIIBa2+, Sr2+, Ca2+H2SO4Ос.: BaSO4, SrSO4, (CaSO4)Сульфаты нерастворимы в воде и кислотах. Са2+ частично остается в р-реIIIAg+, Hg22+, Pb2+HClОс.: AgCl, Hg2Cl2, (PbCl2)Хлориды нерастворимы в воде и разбавленных кислотах. Pb2+частично остается в р-реIVZn2+, Al3+, Sn(II,IV), Cr3+NaOH + H2O2Гидроксиды высших степеней окисления р-мы в изб. NaOHVSb(III,V), Bi3+, Mn2+, Fe(II,III)NH4OH + H2O2Ос.: HSbO3, Bi2O3 ? xH2O, MnO(OH)2, Fe2O3 ? xH2OГидроксиды нерастворимы в изб. NH4OHVICo2+, Ni2+, Cu2+, Cd2+, Hg2+, (Mg2+)NH4OH + H2O2Гидроксиды растворимы в изб. NH4OH; гидроксид магния растворим в р-рах солей аммония
Оптимизировать процедуры разделения или открытия ионов и интерпретировать наблюдаемые сигналы помогают предварительные испытания. В ходе предварительных испытаний:
Определяют рН с помощью универсального индикатора.
Проверяют отношение к 6 М HCl. Наличие нерастворимого осадка указывает на возможное присутствие хлоридов III группы, сульфатов II группы, SbOCl, BiOCl, PbSO4.
Проверяют отношение к избытку 2 М NaOH. Растворение осадка указывает на наличие амфотерных гидроксидов.
Образец растворяют в 2 М HCl и в отдельных пробах дробным методом обнаруживают катионы , K+, Na+, Ca2+, Fe3+, Co2+, Mn2+, Ni2+, Cr3+, Mg2+, используя специфические и селективные реакции и маскируя мешающие ионы.
Выполнение анализа по кислотно-основной схеме имеет определенные преимущества:
·используются кислотно-основные свойства элементов, способность к комплексообразованию, амфотерность гидроксидов, что обусловлено их положением в периодической системе элементов Д.И. Менделеева;
·исключается токсичное действие сероводорода;
·сокращаются затраты времени на анализ.
·Метод прост, не требует дорогостоящих реактивов, легко осваивается.
·Реализуется принцип систематического хода анализа.
Недостатки метода:
·1. Нечеткость разделения катионов по группам из-за относительно высокой растворимости PbCl2 и CaSO4 в воде, различного отношения Sb(III) и Sb(V) к избытку NaOH, частичного растворения Cu(OH)2 в избытке NaOH.
·2. Необходимость выполнения трудоемкой и длительной операции переведения сульфатов II группы в карбонаты.
·3. Метод неприменим в присутствии ряда анионов, в том числе фосфат-иона. В этом случае либо проводят сложные операции удаления мешающих анионов, либо выполняют анализ по аммиачно-фосфатному методу.
Кислотно-основный метод (как и сероводородный) значительно осложняется присутствием РО43- -иона, поэтому при наличии этого иона приобретает определенные преимущества аммиачно-фосфатный метод.
Метод основан на использовании различной растворимости фосфатов в воде, сильных и слабых кислотах, щелочах и растворе аммиака. схеме анализа. Кроме того, в данном случае необходимо дробным методом установить наличие или отсутствие ионов Na+, K+, NH4+ которые будут введены в дальнейшем ходе анализа, а также катионов, способствующих или затрудняющих проведение анализа. К ним относятся Fe2+, Fe3+, As(III), As(V), Sn(II), Sn(IV), Cr3+.
Классификация катионов по аммиачно-фосфатной схеме
№ группыКатионыГрупповой реагентОбразующиеся соединенияПримечанияI Na+, K+Нет Фосфаты р-мы в водеIII подгруппа: Li+, Mg2+, Ca2+, Ba2+, Sr2+, Mn2+, Fe2+ II подгруппа: Al3+, Cr3+, Fe3+, Bi3+(NH4)2HPO4 + NH4OHLi3PO4, MgNH4PO4, CaHPO4, MnNH4PO4, FeHPO4, SrHPO4, BаHPO4, AlPO4, CrPO4, FePO4, BiPO4Фосфаты нерастворимы в воде и NH4OH. Фосфаты I подгруппы р-мы в СН3СООН. Фосфаты II подгруппы нерастворимы в СН3СООН, р-мы в HClIIICo2+, Ni2+, Cu2+, Zn2+, Cd2+, Hg2+NH4OHФосфаты р-мы в NH4OHIVAs(III,V), Sb(III,V), Sn(II,IV)HNO3HSbO3, H2SnO3, H3AsO4Метаоловянная и метасурьмяная кислоты нерастворимы и адсорбируют H3AsO4VAg+, Pb2+HClAgCl, Hg2Cl2, PbCl2Хлориды нерастворимы в воде и разбавленных кислотах
После выполнения предварительных испытаний приступают к систематическому ходу анализа.
Преимущества метода:
·Не применяется сероводород.
·Не мешает присутствие иона
·Сохраняя все достоинства систематического анализа, отличается экспрессностью и относительно высокой четкостью разделения.
Недостатки метода
·Необходимость открытия большого числа ионов дробными методами на стадии предварительных испытаний.
·В ходе анализа требуется добавление SnCl4, Na2HPO4, FeCl3.
·Необходимость перевода солянокислых растворов в азотнокислые и обратно.
2. Количественный анализ
Количественный анализ - раздел аналитической химии, задачей которого является определение количества (содержания) элементов, ионов, функциональных групп, соединений или фаз в анализируемом объекте. Наряду с качественным анализом количественный анализ является одним из основных разделов аналитической химии. В зависимости от объектов исследования различают неорганический и органический анализ, разделяемый, в свою очередь, на элементный, функциональный и молекулярный анализ. Помимо специфичности и чувствительности, важной характеристикой методов количественного анализа является точность, то есть значение относительной ошибки определения; точность и чувствительность в количественном анализе выражают в процентах. К классическим химическим методам количественного анализа относится гравиметрический анализ, основанный на точном измерении массы определяемого вещества, а также объёмный анализ. Последний включает титриметрический анализ - метод измерения объёма раствора реагента, израсходованного на реакцию с анализируемым веществом, и газовый объёмный анализ - метод измерения объёма анализируемых газообразных продуктов. В рамках курса аналитической химии подробно изучаются гравиметрический и титриметрический методы анализа.
1 Гравиметрический метод анализа
Гравиметрия (от лат. gravis-тяжелый и греч. metreo-измеряю) - совокупность методов количественного анализа, основанных на измерении массы определяемого компонента, выделенного из анализируемой пробы либо в свободном состоянии, либо в виде соединения известного состава. Аналитическим сигналом в гравиметрии является масса. Гравиметрию можно применять для определения практически любых компонентов анализируемого объекта, если их содержание в образце превышает 0,1%. Гравиметрия является безэталонным методом. Основным преимуществом гравиметрии является высокая надежность результатов. Погрешность определения не превышает 0,1-0,2%. Недостатки связаны с большой трудоемкостью и длительностью аналитических операций, трудностями при определении очень малых количеств веществ, а также невысокой селективностью. Поэтому в массовых лабораторных анализах его по возможности заменяют другими методами. В гравиметрическом анализе обычно выделяют две группы методов: осаждение и отгонка. Наибольшее практическое значение имеют методы осаждения. Из части исследуемого вещества известной массы (навески) определяемый компонент выделяют тем или иным способом в виде какого-либо соединения.
Непосредственное выделение возможно только в немногих случаях, например, удаление гигроскопической или кристаллизационной воды нагреванием. Обычно же навеску твердого вещества переводят в раствор, из которого с помощью подходящего реагента выделяют определяемый компонент в виде практически нерастворимого вещества (осаждаемая форма). Осадок отделяют фильтрованием, декантацией или другими способами, отмывают от следов сорбированных компонентов, часто переосаждают. Затем его высушивают или прокаливают до образования устойчивого соединения строго определенного состава (весовая, гравиметрическая форма), массу которого измеряют.
Например, при определении Са2+ осаждаемая форма - СаС2О4, весовая форма - СаО или СаСО3. Зная массы навески (а) и весовой формы (b), рассчитывают содержание х (% по массе) определяемого компонента:
= (bF/a). 100 (2)
Множитель F, называемый гравиметрическим фактором, равен содержанию определяемого компонента в 1 г его весовой формы:
MМ1/nМ2 (3),
где m и n - стехиометрические коэффициенты в уравнении химического превращения выделяемого компонента в его весовую форму, М1 - молярная масса определяемого компонента, М2 - молярная масса гравиметрической формы. Например, при определении железа по массе Fe2O3 m= 2, n = 1. В тех случаях, когда определяемые компоненты образуют летучие соединения, могут применяться методы отгонки. Разложение проб с выделением газообразных продуктов достигается прокаливанием или действием реагентов (кислот, щелочей и др.) при нагревании. Летучий компонент пропускают через раствор-поглотитель, и по увеличению массы раствора вычисляют количество выделившегося из пробы газообразного продукта (прямые методы). Массу остатка вещества можно определять после удаления из него летучего продукта. Содержание компонента в таких случаях находится по разности массы до и после отгонки (косвенные методы).
2 Титриметрический метод анализа
Титриметрическими называют методы анализа, основанные на измерении количества реагента, израсходованного для полного протекания реакции с определяемым веществом. Количество реагента определяют чаще всего путем точного измерения объема его раствора, пошедшего на реакцию. Титрование - это операция, при которой к раствору исследуемого вещества постепенно добавляют небольшие порции стандартного раствора реагента до того момента, пока затраченное количество реагента не станет эквивалентным количеству определяемого вещества. Реагенты, используемые при титриметрических определениях, называют титрантами. Момент титрования, при котором количество добавленного титранта становится эквивалентным количеству определяемого вещества, называется точкой эквивалентности. Вещества реагируют между собой в эквивалентных количествах. Эквивалент - условная или реальная частица, которая может присоединять, высвобождать, замещать один ион водорода в кислотно-основных реакциях или быть эквивалентна одному электрону в окислительно-восстановительных реакциях.
где n - химическое количество, N - молярная концентрация эквивалента, а V - объем, в котором растворено вещество, то для двух стехиометрически реагирующих веществ справедливо соотношение:
Следовательно, можно найти неизвестную концентрацию одного из веществ, если известны объем его раствора и объем и концентрация прореагировавшего с ним вещества. Расчет массы определяемого вещества (А), содержащегося во взятом на титрование объеме титруемого раствора, проводят по следующей формуле:
(А) = Vт·Nт·Э(А) (5)
где: m(A) - масса определяемого вещества, г; Vт - объем титранта, израсходованного на титрование, л; Nт - молярная концентрация эквивалента титранта, моль/л; Э(А) - молярная масса эквивалента определяемого вещества, г/моль-экв.
Реакция титрования должна отвечать следующим требованиям: - быть строго стехиометричной;
протекать быстро;
протекать количественно;
должен существовать надежный способ фиксирования точки эквивалентности.
Экспериментально окончание процесса титрования производят в момент изменения цвета индикатора или какого-либо физико-химического свойства раствора. Эта точка, называемая конечной точкой титрования, в общем случае не совпадает с теоретически рассчитанной точкой эквивалентности. Методы титриметрического анализа классифицируют:
по типу химической реакции, лежащей в основе анализа веществ. В соответствии с этим титриметрические определения подразделяют на следующие основные методы: кислотно-основное, комплексометрическое, окислительно-восстановительное и осадительное титрование.
по способу выполнения (прямое, обратное, заместительное, косвенное, реверсивное);
по способу выполнения параллельных определений (метод отдельных навесок и метод пипетирования).
Измерение объемов. Для точного измерения объемов в количественном химическом анализеприменяются мерные колбы, пипетки и бюретки.
Мерные колбы. Они служат для приготовления стандартных растворов и для разбавления исследуемых растворов до определенного объема. Это плоскодонные колбы с длинным узким горлом, на которое нанесена круговая метка. Объем, указанный на стенке колбы, соответствует объему жидкости (при температуре калибрования), если колба наполнена так, что нижняя часть мениска жидкости касается метки, причем доведение объема жидкости до метки должно осуществляться так, чтобы глаза наблюдателя и метка находились на одном уровне (метка сливается в прямую линию). На горле колбы над меткой не должно быть капель жидкости, внутренние стенки колбы должны быть чистыми, и жидкость должна смачивать их ровным слоем. Закрывают колбы специальными притертыми пробками. Нагревать мерные колбы нельзя, иначе может произойти деформация стекла, что повлечет за собой изменение их вместимости.
Стандартные растворы. Для проведения титриметрического анализа необходимо знать концентрацию титранта. Титрант с известной концентрацией называют стандартным раствором. По способу приготовления различают первичные и вторичные стандартные растворы. Первичный стандартный раствор готовят растворением точного количества чистого химического вещества известного стехиометрического состава в определенном объеме растворителя. Вторичный стандарт получают следующим образом: готовят раствор с приблизительной концентрацией, близкой к желаемой, и определяют его концентрацию (стандартизируют) по подходящему первичному стандарту.
Первичные стандарты должны отвечать ряду требований:
) состав соединения должен строго соответствовать химической формуле. Количество примесей не должно превышать 0,05%.
) вещество должно быть устойчивым при комнатной температуре, не должно быть гигроскопичным, окисляться атмосферным кислородом, поглощать диоксид углерода из воздуха, изменять массу при высушивании.
) вещество должно обладать по возможности большой молекулярной массой, чтобы уменьшить влияние ошибки взвешивания.
Для приготовления многих стандартных растворов можно воспользоваться фиксаналами. Фиксанал представляет собой ампулу, в которой запаяно точно известное количество стандартного вещества или раствора.
2.3 Окислительно-восстановительное титрование. Иодометрия
Иодометрическим титрованием называется титриметрический метод анализа, основанный на определении количества йода, затраченного для полного протекания реакции с веществом, обладающим восстановительными свойствами, либо выделившегося в результате реакции KI с веществом, обладающим окислительными свойствами. В основе йодометрических определений лежит следующее равновесие:
2?=3I- ; Е0 = + 0,545 В.
В качестве титрантов в йодометрическом титровании используют йод и тиосульфат натрия.
Пример. Стандартизация раствора тиосульфата натрия. Для стандартизации растворов тиосульфата натрия используют бихромат калия. Реакции Na2S2O3 с K2Cr2O7 и другими сильными окислителями протекают нестехиометрично, поэтому стандартизацию раствора тиосульфата натрия проводят способом заместительного титрования: при взаимодействии K2Cr2O7 с избытком KI образуется эквивалентное первому веществу количество иода, который затем титруют стандартизируемым раствором Na2S2O3:
O72- + 6I- + 14H+ = 2Cr3+ +3I2 + 7H2O+ S2O32- = 2I- + S4O62- (или - + S2O32- = 3I- + S4O62-)
Конечную точку титрования в иодометрии обнаруживают, чаще всего, по исчезновению или появлению окраски йод-крахмального комплекса.
Кислотно-основное титрование. К методу кислотно-основного титрования относят титриметрические определения, в основе которых лежит реакция:+ + ОН- = Н2О
По этому методу возможно определение различных кислот, оснований, некоторых солей, определение жесткости воды, азота в органических соединениях и т.д. В качестве титрантов обычно используют растворы хлороводородной и серной кислот, растворы щелочей.
Окислительно-восстановительное титрование. Окислительно-восстановительным титрованием называют группу титриметрических методов анализа, основанных на использовании окислительно-восстановительных реакций. К важнейшим методам окислительно-восстановительного титрования относят иодометрию, перманганатометрию, бихроматометрию, цериметрию и др.
Перманганатометрия. Перманганатометрическим титрованием называется
титриметрический метод анализа, основанный на использовании в качестве титранта раствор KMnO4. Поскольку титрант имеет интенсивную окраску, перманганатометрическое титрование проводят без индикатора. Конечную точку титрования обнаруживают по появлению или исчезновению окраски KMnO4. Перманганатометрическое титрование чаще всего проводят в кислой среде, реже - в нейтральной. Для создания кислой среды применяют серную кислоту, поскольку азотная кислота сама является сильным окислителем, а хлороводородная, напротив, может окисляться титрантом. В основе метода лежит следующее равновесие:
MnO4- + 5? + 8H+ = Mn2+ + 4H2O; Е0 = +1,51 В.
Бихроматометрия. Бихроматометрией называется титриметрический метод анализа, основанный на использовании в качестве титранта раствор K2Cr2O7. В основе метода лежит следующее равновесие:
Сr2O72- + 14H+ + 6?? 2Cr3+ + 7H2O; Е0 = +1,33 В
Для обнаружения конечной точки в бихроматометрическом титровании используют окислительно-восстановительные индикаторы.
4 Комплексонометрическое титрование
Комплексонометрическое титрование основано на реакциях образования хелатных комплексов при взаимодействии катионов металлов с аминополикарбоновыми кислотами (комплексонами). Из многочисленных аминополикарбоновых кислот наиболее часто используют этилендиаминтетрауксусную кислоту (H4Y):
Вследствие низкой растворимости в воде сама кислота не подходит для приготовления раствора титранта. Для этого обычно используют дигидрат ее динатриевой соли Na2H2Y2H2O (ЭДТА, трилон Б). Реакции взаимодействия различных катионов с ЭДТА в растворе можно представить уравнениями:
Са2+ +H2Y2- =CaY2-+2H++ +H2Y2-=BiY- +2H+++H2Y2- =ThY+2H +
Видно, что независимо от заряда катиона образуются комплексы с соотношением компонентов 1:1. Следовательно, молярная масса эквивалента ЭДТА и определяемого иона металла равны их молекулярным массам. Степень протекания реакции зависит от рН и константы устойчивости комплексоната. Катионы, образующие устойчивые комплексонаты, например, Fe(III), могут быть оттитрованы в кислых растворах. Ионы Са(II), Mg(II) и другие, образующие сравнительно менее устойчивые комплексонаты, титруют при рН? 9 и выше. Конечную точку титрования определяют с помощью металлоиндикаторов - органических веществ, изменяющих свою окраску (или флуоресценцию) в зависимости от концентрации катионов металла в растворе. Чаще всего в анализе используются так называемые металлохромные индикаторы, образующие с катионами металлов внутрикомплексные соединения, окраска которых отличается от окраски свободного индикатора, причем комплекс определяемого металла с комплексоном прочнее комплекса этого металла с индикатором. Наиболее распространенный металлохромный индикатор - эриохром черный Т (хромоген). Его используют в твердом виде: индикатор смешивают в отношении 1:200 с каким-либо индифферентным наполнителем, например, NaCl или KCl.
3. Разделение предложенной смеси
Исходная проба:
AgNO3, CuSO4, NiS04, ZnCl2, MnCl2, NH4OH
AgNO3 + HCl = AgCl? + HNO3 белый осадок MnCl2 + 2NaOH = Mn(OH)2? + 2NaCl студнеобразный светло-розовый осадок ZnCl2 + 4NaOH = Na2ZnO2 + 2NaCl + 2H2OОсадокAgCl + 2NH4OH = Cl + 2H2O Mn(OH)2 + H2SO4 = MnSO4 + 2H2O Na2ZnO2 + 2H2SO4 = ZnSO4 + Na2SO4 + 2H2OCl + KI = AgI? + KCl желтый осадок Ag(NH3)2+ + I- = AgI + 2NH3 MnSO4 + H2O2 + 2NH4OH = MnO(OH)2? + (NH4)2SO4 + H2O бурый осадок Mn2+ + H2O2 + 2OH- = MnO(OH)2 + H2O Zn SO4 + 2(NH4)2 + CoCl2 = Co?Zn? + NH4Cl + (NH4)2SO4 голубой осадок Zn2+ + 2- + Co2+ = Co?ZnСuSO4+4 NH?OH" SO4 + 4H?O NiSO4 + 6NH?OH" SO4 + 6H?OРаствор + H2SO4 = CuS04 + 4NH4 + H2SO4 = NiSO4 + 6NH4 NH4OH + H2SO4 = (NH4)2SO4 + H?OCuS04 + H2S = CuS? +H2SO4 темный осадок NiSO4 + H2S = NiS? + H2SO4 черный осадок(NH4)2SO4 +2NaOH = Na2SO4 + 2NH3 + 2H2OCuS + HNO3 = Cu(NO3)2 + H2S NiS + HNO3 = Ni(NO3)2 + H2SCu(NO3)2 + Fe = Fe(NO3)3 + Cu Ni(NO3)2 + Fe = Fe(NO3)3 + Ni
Реакции на анионы
SO42BaCl? + Na?SO4"2NaCl + BaSO4$ белый осадок Ba²?+ SO42-" BaSO4Cl?Ag?+Cl?"AgCl$ AgCl$ + 2NH?OH"Cl+ 2H?O C l+ H?"AgCl? +2NH?NO??2NO??+8H?+3Cu"3Cu²?+4H?O+2NO#; 2NO+O?(воздух)"2NO?
4. Методы и методика определения катиона Сu2+
1 Общая характеристика катионов V аналитической группы
К пятой группе относят катионы d-элементов - Сu2+, Ni2+, Co2+, Cd2+, Hg2+, которые при взаимодействии с водным раствором аммиака в эквивалентных количествах дают осадок гидроксидов, основных солей или амидокомплексов (Hg), растворимых в избытке реагента с образованием амминокомплексов. Групповой реагент - концентрированный раствор аммиака. Образующиеся амминокомплексы M(NH3)42+ имеют различную устойчивость. Наименее устойчивым является ион гексаамминкобальта (II). Он образуется только при достаточно большом избытке NH3. Ион Со2+ легко окисляется до иона Со3+, поэтому под действием окислителей ион Co(NH3)62+ (K = 2,45 ?105) переходит в более прочный ион Co(NH3)63+ (Kуст = 1,62 1035).
Амминокомплексы ртути (II) образуются только при очень большом избытке аммиака и солей аммония. Амминокомплексы могут быть разрушены при действии кислот, связывающих NH3 в ион аммония:
В водных растворах катионы V группы находятся в гидратированном состоянии в виде аквакомплексов типа Cu(H2O)62+. Аквакомплексы Со2+, Ni2+ и Си2+ окрашены: Со(Н2О)62+ - розового цвета, Ni(H2O)62+ - зеленого цвета, Cu(H2O)62+ - голубого цвета. Окраска аквакомплексов - один из характерных признаков, указывающих на наличие этих ионов в растворе. Выпаривание растворов или действие дегидратирующих веществ, например, спирта, вызывает изменение окраски этих ионов. Так, розовая окраска комплекса Со(Н2О)62+ заменяется на синюю вследствие дегидратации комплексных ионов и замены молекул воды другими лигандами.
Кроме аммино- и аквакомплексов катионы V группы способны образовывать и другие комплексные соединения (например, HgBr42-, CdI42, Co(SCN)3-, Cu(S2O3)22- и др.), большинство имеют характерную окраску.
Медь, кобальт и ртуть образуют соединения с разной степенью окисления ионов, поэтому для их обнаружения могут быть использованы реакции окисления-восстановления.
Действие группового реактива на катионы V группы
Раствор NH4OH, прибавленный к растворам солей катионов V группы в эквивалентных количествах, осаждает эти катионы в виде белых или окрашенных основных солей, гидроксидов и амидокомплексов:
CuSO4 + 2NH4OH ? (CuOH)2SO4? + (NH4)2SO4, голубовато-зеленый
CoCl2 + NH4OH ? CoOHCl? + NH4Cl, синий
NiSO4 + 2NH4OH ? (NiOH)2SO4? + (NH4)2SO4, светло-зеленый
CdCl2 + 2NH4OH ? Cd(OH)2? + 2NH4CI, Белый
HgCl2 + 2NH4OH ? Cl? + NH4C1 + 2H2O. белый
В избытке NH4OH эти осадки растворяются с образованием амминокомплексов различной окраски. Образование комплекса гексаамминкобальта (II) и тетраамминртути(II) происходит в присутствии NH4C1 при нагревании:
(CuOH)2SO4 + 8NH4OH ? 22+ + SO42- + 2ОН- + 8Н2О, ярко-синий+ 5NH4OH + NH4+ ? 2+ + Сl- + 6Н2О, желто-бурый
(NiOH)2SO4 + 12NH4OH ? 2Ni(NH3)62+ + SO42- + 2OH- + 12H2O, синий(OH)2 + 4NH4OH ? 2+ + 2OH- + 4H2O, бесцветный
Cl+2NH4OH + NH4+ ? 2+ + Сl- + 2H2O. бесцветный
Гексаамминкобальт(II) окисляется кислородом воздуха до гексаамминкобальта (III) вишнево-красного цвета. В присутствии окислителей (Н2О2) образование гексаамминкобальта (III) происходит мгновенно:
СоС12 + 10NH4OH + 2NH4C1 + Н2О2 ? 2C13 + 12Н2О.
Выполнение реакций. В пять пробирок поместить по 3 капли растворов солей Cu2+, Ni2+, Co2+, Cd2+ и Hg2+ и прибавить в каждую 1-2 капли 2 М раствора NH4OH. К полученным осадкам основных солей меди, никеля и кадмия прибавить при перемешивании несколько капель концентрированного раствора NH4OH до растворения осадков. Осадок основной соли кобальта разделить на две части. К одной прибавить 3-4 капли 3% раствора Н2О2, а затем обе части осадка растворить, прибавив несколько капель концентрированного раствора NH4OH и насыщенного раствора NH4C1. Осадок амидокомплекса ртути растворить в нескольких каплях концентрированного раствора NH4OH и насыщенном растворе NH4C1 при нагревании.
2 Частные аналитические реакции ионов Сu2+
Гексацианоферрат(II) калия K4 осаждает ион Сu2+ в виде гексацианоферрата(II) меди красно-бурого цвета:
2Cu2+ + Fe(CN)62- ? Cu2?.
Осадок не растворяется в разбавленных кислотах, но разлагается щелочами с образованием Сu(ОН)2.
Выполнение реакции. К 2-3 каплям раствора CuSO4 прибавить 1-2 капли реактива. Осадок разделить на две части, к одной прибавить 2-3 капли 2 М раствора НС1, к другой - 2-3 капли 2 М раствора NaOH.
Тиосульфат натрия Na2S2O3 при нагревании осаждает сульфид одновалентной меди:
2CuSO4 + 2Na2S2O3 + H2O ? Cu2S? + 2S + 2Na2SO4 + Н2SO4.
Выполнение реакции. В пробирку поместить 2-3 капли раствора CuSO4, прибавить 4-5 капель воды, 2-3 капли 1 М раствора H2SO4 (до явно кислой реакции) и полуторакратное количество насыщенного раствора тиосульфата натрия Na2S2O3. Перемешать, нагреть. Образование темно-бурого осадка смеси Cu2S с серой свидетельствует о присутствии меди в растворе. Так как Cd2+ при действии тиосульфата натрия в кислой среде не образует осадка сульфида, эта реакция может быть использована для отделения Cu2+ от Cd2+.
Раствор аммиака, взятый без избытка, образует с раствором соли меди осадок Cu(OH)2SO4 сине-зеленого цвета. Осадок растворим в разбавленных кислотах и в избытке аммиака. При растворении в избытке аммиака образуется комплексное соединение 2-, окрашенное в ярко-синий цвет.
SO4 + 10NH4OH ? 2(OH)2 + (NH4)2SO4 + 8H2O.
Выполнение реакции. К 5-6 каплям раствора, содержащего ионы меди, прибавляют 2-3 капли концентрированного аммиака и взбалтывают. Интенсивно-синяя окраска раствора указывает на присутствие ионов Cu2+.
4. Реакция окрашивания пламени. Соли меди окрашивают бесцветное пламя горелки в синий или зеленый цвет
Определение меди методом заместительного титрования, которое основано на реакции:
Cu2+ + 4I- = 2CuI? + I2.
Медь(II) в данном случае выступает в качестве окислителя. В результате окисления иодид-ионов образуется иод, количество которого определяют, оттитровывая его раствором тиосульфата натрия. Количество тиосульфата натрия эквивалентно количеству выделившегося иода, которое, в свою очередь, эквивалентно и количеству меди(II), вступившей в реакцию. Таким образом, по объему раствора Na2S2O3, израсходованного на титрование иода, рассчитывают количество вступившей в реакцию меди(II).
Ход работы
) Бюретку готовят к титрованию, как обычно, и заполняют ее раствором тиосульфата натрия.
) Готовят мерную колбу с анализируемым раствором соли меди и доводят объем раствора до метки дистиллированной водой.
) В колбу для титрования помещают 15-20 мл 10% раствора KI. Вносят туда же пипеткой 10 мл раствора соли меди из мерной колбы и 3 мл раствора H2SO4 (1:4). Колбу для титрования накрывают часовым стеклом и ставят в темное место приблизительно на 5 минут.
) Побуревший от выделившегося иода раствор титруют из бюретки раствором тиосульфата натрия до тех пор, пока окраска не станет соломенно-желтой. После этого прибавляют несколько капель раствора крахмала и продолжают титровать до обесцвечивания синего раствора.
) Титрование проводят 3 раза. По полученному усредненному значению объема тиосульфата натрия рассчитывают содержание меди (в граммах) в выданной пробе, не забывая при этом учесть объем аликвоты взятого на титрование раствора.
) Рассчитывают относительную погрешность определения
Заключение
Значение аналитической химии определяется необходимостью общества в аналитических результатах, в установлении качественного и количественного состава веществ, уровнем развития общества, общественной потребностью в результатах анализа, так же и уровнем развития самой аналитической химии.
Цитата из учебника по аналитической химии Н.А. Меншуткина 1897 года выпуска: "Представив весь ход занятий по аналитической химии в виде задач, решение которых предоставлено занимающемуся, мы должны указать на то, что для подобного решения задач аналитическая химия даст строго определенный путь. Эта определенность (систематичность решения задач аналитической химии) имеет большое педагогическое значение. Занимающийся приучается при этом применять свойства соединений к решению вопросов, выводить условия реакций, комбинировать их. Весь этот ряд умственных процессов можно выразить так: аналитическая химия приучает химически думать. Достижение последнего представляется самым важным для практических занятий аналитической химией".
Список использованной литературы
1.Алексеев В.Н. Курс качественного химического полумикроанализа. - М.: Химия,1979. - 584 с.
.Бессероводородные методы качественного полумикроанализа /под общ. ред. Крешкова А.П. - М.: Высш.шк. 1971. - 222 с.
.Васильев В.П. Аналитическая химия: В четырех частях. - М.: Высш. шк., 2004.
.Васильев А.М. Сборник задач по аналитической химии. - М.: Госхимиздат. - 1985, 275 с.
.Золотов Ю.А. Основы аналитической химии. кн. 1. - М.: Высш. шк., 2004. - 360 с.
.Лурье Ю.Ю. Справочник по аналитической химии. - М.: Химия 1971.- 453 с.
.Мурашова В.И., Тананаева А.Н., Ховякова Р.Ф. Качественный химический дробный анализ. - М.: Химия, 1976. - 279 с.
.Харитонов Ю.Я. Аналитическая химия. Аналитика 1. Общие теоретические основы. Качественный анализ. - М.: Высш. шк., 2001. - 615 с.
Нужна помощь по изучению какой-либы темы?
Наши специалисты проконсультируют или окажут репетиторские услуги по интересующей вас тематике.
Отправь заявку
с указанием темы прямо сейчас, чтобы узнать о возможности получения консультации.
Задачей качественного хроматографического анализа является расшифровка хроматограмм или, иначе говоря, идентификация пиков на хроматограмме. Для этого используют следующие методы.
Метод добавления веществ основан на последовательном введении в анализируемую смесь веществ, присутствие которых в ней предполагается. Если после этого один из пиков на хроматограмме увеличивается (совпадает время удерживания), то можно отождествить пик анализируемой смеси с введенным соединением. Однако ого условие является только необходимым, но не достаточным для идентификации: одно и то же (или очень близкое) время удерживания могут иметь несколько веществ, а не одно. Для достоверности анализа подобные исследования проводят, используя колонки с различными по природе неподвижными фазами (полярными и неполярными).
Метод сравнения с табличными данными предполагает определение качественного состава анализируемой смеси, сопоставляя экспериментально определенные относительные объемы удерживания веществ (при обычных условиях анализа по отношению к стандартным веществам) с аналогичными табличными значениями. Для повышения надежности хроматографической идентификации анализ проводят, используя данные, полученные с фазами, различными по своей природе.
Расчетные методы и корреляционные соотношения применяются в тех случаях, когда в таблицах относительных удерживаемых объемов отсутствуют данные для изучаемых соединений. Используются корреляционные соотношения между логарифмом величин удерживания и свойствами анализируемых соединений (например, числом углеродных атомов, температурой кипения и т.п.). Так, например, для величин удерживаемых объемов алканов справедливо уравнение:
где Г,у - инкремент логарифма величины удерживания, соответствующий определенной комбинации связей (структурный элемент); n,j - число структурных элементов типа ij в молекуле соединения. Полученные таким способом V R сравнивают с опытными значениями: в случае их близости есть основание считать, что идентифицируемый пик соответствует предполагаемому соединению.
Также используется идентификация по индексам Ковача. В результате экспериментов было установлено, что в пределах одного гомологического ряда различных классов органических соединений (алканов, спиртов, альдегидов и т.п.) в координатах:
где п - число атомов углерода в гомологе, получаются линейные зависимости (рис. 5.12).
Эти зависимости могут быть использованы для качественного анализа различных производных углеводородов. Так, Е. Ковач предложил характеризовать удерживание числом атомов углерода (умноженным на 100), которое имеет н-алкан, чтобы его удерживаемый объем совпадал с удерживаемым объемом исследуемого вещества.
Рис. 5.12.
У - линия для н-алканов; 2 - линия для гомологов
Число атомов углерода н-алкана (обычно дробное, умноженное на 100), называют индексом Ковача данного вещества - J. Индексы Ковача для различных неподвижных фаз хорошо воспроизводимы и табулированы.
Величину J какого-либо соединения для данной неподвижной фазы можно определить графически, как это показано на рис. 5.12. С этой целью на выбранной неподвижной фазе получают зависимость gV R от п для ряда н-алканов (пентан, гексан, гептан и т.д.).
Полученные данные располагают на графике lgK fl от их 100. Далее измеряют Ук всех веществ исследуемой смеси и по графику определяют их J, на рис. 5.12 индекс Ковача Уд-равен 598.
Для членов любого гомологического ряда производных алканов (карбоновых кислот, альдегидов и т.п.) можно получить линейную зависимость, аналогичную для алканов (линия 2 на рис. 5.12). Сдвиг этих двух прямых относительно друг друга по горизонтали осуществляет вклад в индекс Ковача функциональной группы (карбоксильной, карбонильной и т.п.) или кратной связи. Этот вклад называется гомоморфным фактором, его величина для многих соединений определена и табулирована
Сумма этих гомоморфных факторов, прибавленная к числу п с х 100 базового алкана, дает возможность рассчитать индекс Ковача для предполагаемого соединения (по данным) научных источников и сравнить его с опытным значением. Близость указанных величин позволяет заключить, что пик на хроматограмме отвечает предполагаемому веществу.
Важным этапом хроматографического анализа является количественная интерпретация хроматограмм, в результате проведения которой определяют содержание компонентов в анализируемой смеси. Точность получаемых результатов зависит от ряда факторов, в частности, от выбранного метода анализа, характеристик используемого детектора, метода калибровки и расчета, а также от природы анализируемых компонентов.
Количество вещества в хроматографической зоне пропорционально площади хроматографического пика на хроматограмме. Существует несколько методов определения площади хроматографических пиков, основанных на предположении, что форма пика отвечает кривой Гаусса. Чаще всего ее определяют как произведение высоты пика и его ширины на половине высоты: см. формулу (5.8). Хроматографы последних поколений управляются компьютером, в этом случае площадь пиков вычисляется программно и выводится на экран монитора.
Площадь пика на хроматограмме зависит не только от количества вещества в хроматографической зоне, но и определяется характеристиками детектора и условиями проведения анализа. Так, для различных веществ даже при равной их концентрации в анализируемой смеси на хроматограмме получаются пики неодинаковой площади. Поэтому для проведения количественного анализа недостаточно только определения площади хроматографических пиков. Существует необходимость установить для каждого вещества пробы коэффициент пропорциональности между площадью пика и его содержанием (концентрацией) в анализируемой смеси. Другими словами следует провести калибровку детектора в выбранных условиях анализа. Обычно применяют следующие методы калибровки.
Методом абсолютной калибровки экспериментально определяют для каждого компонента анализируемой смеси зависимость площади хроматографического пика от абсолютного его количества в пробе. Эту зависимость обычно представляют в виде графика или эмпирического уравнения. Чувствительность детектора со временем может изменяться, поэтому абсолютную калибровку необходимо периодически проверять и корректировать. При повторных калибровках можно ограничиться проверкой нескольких точек на градуировочной кривой.
Методом внутреннего стандарта в анализируемую смесь вводят вещество (внутренний стандарт) с известной концентрацией Сс т. Предварительно для каждого вещества смеси получают калибровочный график (или уравнение), связывающие SfJSct с Св/Со, где S B и 5 Ст - площади пиков анализируемого вещества и внутреннего стандарта, Св - концентрация анализируемого вещества в калибровочной смеси. При проведении исследования определяют на хроматограмме площади пиков анализируемых веществ и внутреннего стандарта, вычисляют их отношение и по калибровочному графику находят Св/Q; т. Далее по известной Сс т рассчитывают неизвестные концентрации веществ Св-
Использование метода внутреннего стандарта позволяет существенно увеличить точность измерений и делает ненужным периодическую коррекцию калибровочного графика. Действительно, изменение условий эксперимента в одинаковой степени сказывается на изменении параметров хроматограммы стандартного вещества и компонентов пробы.
Другое преимущество метода заключается в том, что соблюдение точного объема подаваемой в колонку пробы уже не является необходимым. Необязательным в этом случае является также разделение всех пиков на хроматограмме: достаточно, чтобы раздельно выходили пики интересующих нас веществ и стандарта.
Для повышения точности анализа желательно, чтобы вещество, используемое в качестве стандарта, было близко к определяемым компонентам по величине удерживания и содержанию в анализируемой смеси.
Также используется калибровка с поправочными коэффициентами. Площадь пика /"-го компонента S, на хроматограмме пропорциональна его количеству д, в смеси, введенной в колонку:
Здесь к, - поправочный коэффициент вещества. В том случае, если все вещества анализируемой смеси дают отдельные (разделенные) пики на хроматограмме, можно рассчитать долю /"-го компонента методом внутренней нормировки:
тогда суммирование производится по всем пикам. Если числитель и знаменатель правой части уравнения разделить на поправочный коэффициент какого-либо вещества, взятого за стандарт (? ст), то получаем уравнение:
где к, тн = к,/к„ - относительный поправочный коэффициент. Его легко определить экспериментально, составив смеси определенного состава каждого вещества в паре со стандартным, или - смесь всех веществ известного состава, включая и стандартное вещество. После получения хроматограмм с таким составом веществ и определения площадей пиков всех компонентов можно найти Л: ота для всех веществ из соотношения:
где qjqci - соответствует отношению количеств /-го компонента и стандарта в исходной смеси. Величины q могут определяться по массе (г) или по количеству (моль), из них рассчитывают соответственно массовые или молярные относительные поправочные коэффициенты. Соответственно, с массовыми коэффициентами определяют массовые доли, а с молярными - молярные доли веществ в смеси.
Анализ вещества может проводиться с целью установления качественного или количественного его состава. В соответствии с этим различают качественный и количественный анализ.
Качественный анализ позволяет установить, из каких химических элементов состоит анализируемое вещество и какие ионы, группы атомов или молекулы входят в его состав. При исследовании состава неизвестного вещества качественный анализ всегда предшествует количественному, так как выбор метода количественного определения составных частей анализируемого вещества зависит от данных, полученных при его качественном анализе.
Качественный химический анализ большей частью основывается на превращении анализируемого вещества в какое-нибудь новое соединение» обладающее характерными свойствами: цветом, определенным физическим состоянием, кристаллической или аморфной структурой, специфическим запахом и т. п. Химическое превращение, происходящее при этом, называют качественной аналитической реакцией, а вещества, вызывающие это превращение, называют реактивами (реагентами).
Например, для открытия в растворе Fe +++ -ионов анализируемый раствор сначала подкисляют хлористоводородной кислотой, а затем прибавляют раствор гексацианоферрата (II) калия K4.В присутствии Fe+++ выпадает синий осадок гексацианоферрата (II) железа Fe43. (берлинская лазурь):
Другим примером качественного химического анализа может служить обнаружение солей аммония путем нагревания анализируемого вещества с водным раствором едкого натра. Ионы аммония в присутствии OH- ионов образуют аммиак, который узнают по запаху или по посинению влажной красной лакмусовой бумаги:
В приведенных примерах растворы гексацианоферрата (II) калия и едкого натра являются соответственно реактивами на Fe+++ и NH4+ ионы.
При анализе смеси нескольких веществ, близких по химическим свойствам, их предварительно разделяют и только затем проводят характерные реакции на отдельные вещества (или ионы), поэтому качественный анализ охватывает не только отдельные реакции обнаружения ионов, но и методы их разделения.
Количественный анализ позволяет установить количественные соотношения составных частей данного соединения или смеси веществ. В отличие от качественного анализа количественный анализ дает возможность определить содержание отдельных компонентов анализируемого вещества или общее содержание определяемого вещества в исследуемом продукте.
Методы качественного и количественного анализа, позволяющие определять в анализируемом веществе содержание отдельных элементов, называют элементным анализом; функциональных групп -- функциональным анализом; индивидуальных химических соединений, характеризующихся определенным молекулярным весом, -- молекулярным анализом.
Совокупность разнообразных химических, физических и физикохимических методов разделения и определения отдельных структурных (фазовых) составляющих гетерогенных! систем, различающихся по свойствам и физическому строению и ограниченных друг от друга поверхностями раздела, называют фазовым анализом.
Количественный анализ выражается последовательностью экспериментальных методов, определяющих в образце исследуемого материала содержание (концентрации) отдельных составляющих и примесей. Его задача - определить количественное соотношение химсоединений, ионов, элементов, составляющих образцы исследуемых веществ.
Качественный и количественный анализ являются разделами аналитической химии. В частности, последний решает различные вопросы современной науки и производства. Этой методикой определяют оптимальные условия проведения химико-технологических процессов, контролируют качество сырья, степень чистоты готовой продукции, в том числе и лекарственных препаратов, устанавливают содержание компонентов в смесях, связь между свойствами веществ.
Методы количественного анализа подразделяют на:
Базируется на применении различных видов реакций, количественно происходящих в растворах, газах, телах и т. д. Количественный химический анализ подразделяют на:
Химический количественный анализ веществ считается классическим. Это наиболее разработанный метод анализа, который продолжает развиваться. Он точен, прост в исполнении, не требует спецаппаратуры. Но применение его иногда сопряжено с некоторыми трудностями при исследовании сложных смесей и сравнительно небольшой чертой чувствительности.
Это количественный анализ, базирующийся на измерении величин физических параметров исследуемых веществ или растворов, которые являются функцией их количественного состава. Подразделяется на:
Физическим методам присущи экспрессность, низкий предел определения, объективность результатов, возможность автоматизации процесса. Но они не всегда специфичны, так как на физическую величину влияет не только концентрация исследуемого вещества, но и присутствие других веществ и примесей. Их применение часто требует использования сложной аппаратуры.
Задачи количественного анализа - измерение величин физических параметров исследуемой системы, которые появляются или изменяются в результате проведения химических реакций. Эти методы характеризуются низким пределом обнаружения и скоростью исполнения, требуют применения определенных приборов.
Это старейшая и наиболее разработанная технология количественного анализа. По сути, аналитическая химия началась с гравиметрии. Комплекс действий позволяет точно измерять массу определяемого компонента, отделенного от других компонентов проверяемой системы в постоянной форме химического элемента.
Гравиметрия является фармакопейным методом, который отличается высокой точностью и воспроизводимостью результатов, простотой исполнения, однако трудоемок. Включает приемы:
Количественный анализ осаждения основан на химической реакции определяемого компонента с реагентом-осадителем с образованием малорастворимого соединения, которое отделяют, затем промывают и прокаливают (высушивают). На финише выделенный компонент взвешивают.
Например, при гравиметрическом определении ионов Ва 2+ в растворах солей как осадитель используют серную кислоту. В результате реакции образуется белый кристаллический осадок BaSO 4 (осажденная форма). После прожарки этого осадка формируется так называемая гравиметрическая форма, полностью совпадающая с осажденной формой.
При определении ионов Са 2+ осадителем может быть оксалатная кислота. После аналитической обработки осадка осажденная форма (СаС 2 О 4) превращается в гравиметрическую форму (СаО). Таким образом, осажденная форма может как совпадать, так и отличаться от гравиметрической формы по химической формуле.
Аналитическая химия требует высокоточных измерений. В гравиметрическом методе анализа используют особо точные весы как основной прибор.
Осуществляя количественный анализ, определение массы вещества на технохимических или технических весах проводят следующим образом: исследуемый предмет помещают на левую чашу весов, а уравновешивающие грузики - на правую. Процесс взвешивания заканчивают при установлении стрелки весов в среднем положении.
В процессе взвешивания на аптечных весах центральное кольцо удерживают левой рукой, локтем опираясь на лабораторный стол. Затухание коромысла во время взвешивания может быть ускорено легким прикосновением дна чаши весов к поверхности стола.
Аналитические весы монтируют в отдельных отведенных лабораторных помещениях (весовых комнатах) на специальных монолитных полках-подставках. Для предотвращения влияния колебаний воздуха, пыли и влаги весы защищают специальными стеклянными футлярами. Во время работы с аналитическими весами следует придерживаться следующих требований и правил:
Гравиметрический качественный и количественный анализ включают следующие этапы:
При выборе осадителя - основы количественного анализа - учитывают возможное содержание анализируемого компонента в пробе. Для увеличения полноты удаления осадка используют умеренный избыток осадителя. Используемый осадитель должен обладать:
Среди неорганических осадителей наиболее распространены растворы: HCL; Н 2 SO 4 ; H 3 PO 4 ; NaOH; AgNO 3 ; BaCL 2 и другие. Среди органических осадителей предпочтение отдается растворам диацетилдиоксима, 8-гидроксихинолина, оксалатной кислоте и другим, образующим с ионами металлов внутрикомплексные устойчивые соединения, обладающие преимуществами:
Это важнейший этап характеристики количественного анализа. При получении осажденной формы необходимо минимизировать расходы за счет растворимости осадка в маточном растворе, уменьшить процессы адсорбции, окклюзии, соосаждения. Требуется получить достаточно крупные частицы осадка, не проходящие через фильтрационные поры.
Требования к осажденной форме:
Условия получения оптимального кристаллического осадка:
Условия получения оптимального аморфного осадка:
Методы количественного анализа включают такой важный этап, как фильтрация. Фильтрование и промывание осадков проводят, используя или стеклянные фильтры, или бумажные, не содержащие золы. Бумажные фильтры различны по плотности и размерам пор. Плотные фильтры маркируются голубой лентой, менее плотные - черной и красной. Диаметр бумажных фильтров, не содержащих золы, 6-11 см. Перед фильтрацией сливают прозрачный раствор, находящийся над осадком.
Количественный анализ может осуществляться методом электрогравиметрии. Исследуемый препарат удаляют (чаще всего из растворов) в процессе электролиза на одном из электродов. После окончания реакции электрод промывают, высушивают и взвешивают. По увеличению массы электрода определяют массу вещества, образовавшегося на электроде. Так анализируют сплав золота и меди. После отделения золота в растворе определяют ионы меди, скапливаемые на электроде.
Осуществляется измерением массы вещества во время его непрерывного нагрева в определенном интервале температур. Изменения фиксируются специальным устройством - дериватографом. Оно оборудовано термотерезами непрерывного взвешивания, электрической печью для нагрева исследуемого образца, термопарой для измерения температур, эталоном и самописцем непрерывного действия. Изменение массы образца автоматически фиксируется в виде термогравиграмы (дериватограмы) - кривой изменения массы, построенной в координатах:
Результаты количественного анализа должны быть точными, правильными и воспроизводимыми. С этой целью используют соответствующие аналитические реакции или физические свойства вещества, правильно выполняют все аналитические операции и применяют надежные способы измерения результатов анализа. Во время выполнения любого количественного определения обязательно должна проводиться оценка достоверности результатов.
I . Уже в ходе исследования можно предполагать о его результатах, но обычно эти выводы рассматривают как предварительные, а более достоверные и основательные данные можно получить лишь в результате тщательного анализа.
Анализ данных в социальной работе заключается в интеграции всей собранной информации и в приведении ее к виду, удобному для объяснения.
Методы анализа социальной информации можно условно разделить на два больших класса в соответствии с той формой, в которой эта информации представлена:
– каче ственные методы ориентированы на анализ информации, представленной главным образом в словесной форме.
– количественные методы носят математический характер и представляют собой приемы обработки цифровой информации.
Качественный анализ является предварительным условием для применения количественных методов, он направлен на выявление внутренней структуры данных, то есть на уточнение тех категорий, которые используются для описания изучаемой сферы реальности. На этой стадии происходит окончательное определение параметров (переменных), необходимых для исчерпывающего описания. Когда имеются четкие описательные категории, легко перейти к простейшей измерительной процедуре - подсчету. Например, если выделить группулюдей, нуждающихся в определенной помощи, то можно подсчитать количество таких людей в данном микрорайоне.
При качественном анализе возникает необходимость произвести сжатие инфор мации, то есть получить данные в более компактном виде.
Основным приемом сжатия информации выступаеткодирование процесс анализа качественной информации, который включает выделение смысловых сегментов текста или реального поведения, их категоризацию (называние) и реорганизацию .
Для этого в самом тексте находят и отмечают ключевые слова, то есть те слова и выражения, которые несут главную смысловую нагрузку, прямо указывают на содержание текста в целом или его отдельного фрагмента. Используются разные типы выделения: подчеркивание одной или двумя линиями, цветовая маркировка, наносят пометки на полях, которые могут носить характер как дополнительных значков, так и комментариев. Например, можно выделять те фрагменты, где клиент говорит о себе. С другой стороны, можно выделять все, что касается его здоровья, можно разделить те проблемы, которые клиент в состоянии решить сам, и те проблемы, для решения которых он нуждается в посторонней помощи.
Сходные по содержанию фрагменты метятся аналогичным образом. Это позволяет легко их идентифицировать и при необходимости собиратьвместе. Затем выделенные фрагменты отыскивают по разным рубрикам. Анализируя текст, можно сравнить отдельные его фрагменты между собой, выявляя сходства и различия.
Обработанный таким образом материал становится легко обозримым. Главные моменты выступают на первый план, как бы возвышаясь над массой деталей. Появляется возможность анализировать отношения между ними, выявлять их общую структуру и на этой основе выдвигать некоторые объяснительные гипотезы.
Когда изучается одновременно несколько объектов (как минимум два) и когда сопоставление с целью обнаружения сходств и различий становится основным приемом анализа применяется сравнительный мето д . Количество изучаемых объектов здесь невелико (чаще всего два или три), и каждый из них изучается достаточно углубленно и всесторонне.
Необходимо найти такую форму представления данных, которая наиболее удобна для анализа. Основным приемом здесь выступает схематизация. Схема всегда упрощает реальные отношения, огрубляет истинную картину. В этом смысле схематизация отношений является одновременно и сжатием информации. Но она предполагает также нахождение наглядной и легко обозримой формы представления информации. Этой цели служит сведение данных в таблицы или диаграммы.
Для удобства сравнения материал сводят в таблицы . Общая структура таблицы такова: каждая клетка представляет собой пересечение строки и столбца. Таблица удобна тем, что в нее можно включать как количественные, так и качественные данные. Смысл таблицы в том, чтобы ее можно было окинуть взглядом. Поэтому обычно таблица должна умещаться на одном листе. Сводная таблица, используемая для анализа, часто чертится на большом листе бумаги. Но большую таблицу всегда можно разбить на несколько частей, то есть сделать из нее несколько таблиц. Чаще всего строка соответствует одному случаю, а столбцы представляют его различные аспекты (признаки).
Еще одним приемом сжатого и наглядного представления информации служат диаграммы . Существуют разные типы диаграмм, но практически все они являются структурными схемами, на которых условными фигурами (прямоугольниками или овалами) изображаются элементы, а линиями или стрелками - связи между ними. Например, с помощью диаграммы удобно представить структуру любой организации. Элементами ее выступают люди, точнее - должности. Если организация большая, то в качестве элементов выбираются более крупные структурные элементы - подразделения. С помощью диаграммы легко представить иерархию отношений (систему подчинения): старшие должности располагаются на схеме выше, а младшие - ниже. Линии, соединяющие элементы, точно указывают, кто кому непосредственно подчиняется.
Представление в виде диаграмм вполне можно использовать и для выявления логической структуры событий или текста. В этом случае вначале проводится смысловой анализ и намечаются узловые события или компоненты, а затем они представляются в графической форме так, чтобы максимально ясной становилась связь между ними. Понятно, что схематизация приводит к огрублению картины за счет опускания многих деталей. Однако происходит сжатие информации, преобразование ее в вид, удобный для восприятия и запоминания.
Таким образом, основными приемами качественного анализа являются кодирование и наглядное представление информации.
II . Количественный анализ включает методы статистического описания выборки и методы статистического вывода (проверки статистических гипотез).
Количественные (статистические) методы анализа широко применяются в научных исследованиях вообще и в социальных науках в частности. Социологи прибегают к статистическим методам для обработки результатов массовых опросов общественного мнения. Психологи применяют аппарат математической статистики для создания надежных диагностических инструментов - тестов.
Все методы количественного анализа принято разделять на две большие группы. Методы статистичес кого описания направлены на получение количественной характеристики данных, полученных в конкретном исследовании. Методы статистического вывода позволяют корректно распространять результаты, полученные в конкретном исследовании, на всё явление как таковое, делать заключения общего характера. Статистические методы позволяют выявлять устойчивые тенденции и строить на этой основе теории, предназначенные для их объяснения.
Наука всегда имеет дело с разнообразием действительности, но свою задачу она видит в обнаружении порядка вещей, некоторой устойчивости внутри наблюдаемого разнообразия. Статистика снабжает удобными приемами такого анализа.
Для использования статистики требуются два основных условия:
а) необходимо иметь данные о группе (выборке) людей;
б) эти данные должны быть представлены в формализованном (кодифицированном) виде.
Нужно учитывать возможную ошибку выборки, так как для исследования берутся только отдельные респонденты, нет никакой гарантии, что они являются типичными представителями социальной группы в целом. Ошибка выборки зависит от двух моментов: от размера выборки и от степени вариации признака, который интересует исследователя. Чем больше выборка, тем меньше вероятность того, что в нее попадут индивиды с крайними значениями исследуемой переменной. С другой стороны, чем меньше степень вариации признака, тем в целом ближе будет каждое значение к истинному среднему. Зная размер выборки, и получив меру рассеяния наблюдений, нетрудно вывести показатель, который называется стандартная ошибка среднего. Он дает интервал, в котором должна лежать истинная средняя популяции.
Статистический вывод представляет собой процесс проверки гипотез. Причем первоначально всегда выдвигается предположение, что наблюдаемые различия носят случайный характер, то есть выборка принадлежит к той же генеральной совокупности. В статистике такое предположение получило название нулевая ги потеза.
