Пример.
При проведении анализа было получено 6 параллельных результатов: 98,10; 98,15; 98,22; 98,08; 98,10; 98,24 (%). Провести математическую обработку результатов анализа.
Решение.
Вычисления проводят по формулам, представленным в табл.1.1:
а) рассчитываем среднее арифметическое:
;
б) стандартное отклонение
в) стандартное отклонение среднего арифметического
г) доверительный интервал:
Представляем полученный результат с доверительным интервалом:
Следует отметить, что величина характеризует только влияние случайных погрешностей. Анализ может оказаться совершенно неправильным, несмотря на хорошую воспроизводимость, если при анализе имели место какие-либо систематические погрешности.
Способы обнаружения систематических погрешностей. Обнаружить систематические погрешности можно с помощью следующих приемов.
Провести анализ стандартного образца, т. е. образца, состав которого известен и близок к составу анализируемого объекта.
Провести анализ независимыми методами и сравнить результаты анализа.
Провести так называемый «холостой» опыт, т. е. определить данный элемент с одними реактивами в отсутствие исследуемого объекта. На основании «холостого» опыта в результаты анализов, полученных с помощью данных реактивов, может быть внесена поправка.
Провести анализ, варьируя размер пробы.
Таким образом, чтобы критически относиться к полученным опытным данным и ясно отдавать себе отчет в том, какие выводы из них являются достоверными, а какие сомнительными, необходимо уметь оценить погрешность результатов измерения. При этом обращаются к приемам математической обработки экспериментальных данных.
Однако какими бы могущественными они ни были, сами по себе они бессильны, если измерения выполнены небрежно, неаккуратно, без соблюдения элементарных требований методик.
Значение аналитической химии
Аналитическая химия играет огромную роль в научном и техническом прогрессе, в значительной степени способствуя развитию многих естественных наук, например геохимии, геологии, минералогии, физики, биологии, агрохимии, а также металлургии, медицины и т. д.
Аналитические определения необходимы при выполнении каждой научно-исследовательской работы по химии. Кроме того, к аналитическим методам исследования прибегают в процессе выполнения научно-исследовательских работ в области геохимии геологии, минералогии, металлургии, медицины, биологии, агрохимии и др.
Особенно велико значение аналитической химии и химического анализа в производстве, где необходим постоянный контроль для предупреждения брака, причиной, которого часто бывают нежелательные примеси в исходном сырье, промежуточных продуктах и готовой продукции. По результатам анализа судят о течении технологического процесса и о качестве получаемого материала.
На основании данных химического анализа геологами ведутся поиски полезных ископаемых. На основе многочисленных определений изотопного состава рудных свинцов и метеоритов установлен возраст земной коры (5-109лет) и солнечной системы (>4-109 —-4.5-109 лет). По результатам анализа судят о той роли для питания растений и животных, которую играют входящие в состав почв и удобрений микроэлементы. По данным анализа крови врачи судят о состоянии здоровья человека.
Без современных методов анализа был бы невозможен синтез новых химических соединений. С другой стороны, новые методы производства требуют более совершенных методов анализа.
КАЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ
Для определения качественного химического состава вещества пользуются как химическими, так и физико-химическими методами анализа.
Химические методы основаны на использовании химических реакций определяемого элемента с различными реагентами. В качественном анализе используются аналитические реакции. Аналитическая реакция - это реакция, которая сопровождается каким-либо внешним эффектом (образованием или растворением осадка, выделением газа, изменением окраски раствора и т.д.), позволяющим сделать вывод о наличии соответствующих ионов или молекул в анализируемом веществе. Аналитические реакции делятся на специфические и групповые.
Специфическая реакция – это аналитическая реакция, внешний эффект которой характерен только для данного иона или соединения. С помощью специфической реакции ион может быть обнаружен в присутствии других ионов.
Групповая реакция – это реакция, внешний эффект которой характерен для группы ионов. С помощью групповых реакций смеси ионов разделяют на аналитические группы.
Большинство аналитических реакций выполняется в водных растворах. Так как подавляющее большинство неорганических соединений в растворах диссоциировано, то при анализе практически определяются не элементы вообще, а ионы. Поэтому качественный анализ делится на анализ (открытие, обнаружение) катионов и анализ анионов.
Дробный и систематический методы анализа
Качественный анализ может быть выполнен дробным или систематическим методом.
Дробный метод анализа заключается в том, что ионы открывают в любой последовательности при помощи специфических реакций в отдельных пробах раствора в присутствии других ионов. Однако не всегда дробный метод можно использовать на практике, так как не для всех ионов имеются специфические реакции. Поэтому при анализе смеси ионов в основном пользуются систематическим методом анализа.
Систематический метод качественного анализа заключается в том, что смесь ионов с помощью групповых реагентов предварительно разделяют в определенной последовательности на аналитические группы. Отдельные ионы внутри каждой группы обнаруживаются с помощью их аналитических реакций после разделения или в условиях, устраняющих (маскирующих) влияние других ионов.
АНАЛИТИЧЕСКАЯ КИСЛОТНО-ОСНОВНАЯ
КЛАССИФИКАЦИЯ КАТИОНОВ
В основе кислотно- основной классификации катионов, предложенной С.Д. Бесковым и О.А. Слизковой, лежит их различное отношение к соляной и серной кислотам, к растворам щелочей и аммиака. Катионы делятся на шесть аналитических групп (см. табл. 1).
Первая аналитическая группа катионов (растворимая группа) включает ионы К+, Na+ и NH4+. Эта группа не имеет группового реагента, так как большинство соединений катионов этой группы хорошо растворимо в воде.
Вторая аналитическая группа катионов (хлоридная группа) включает катионы Ag+, Hg22+, Pb2+. Групповым реагентом является соляная кислота, которая осаждает эти катионы в виде малорастворимых хлоридов.
Третья аналитическая группа катионов (сульфатная группа) включает катионы Ba2+, Ca2+, Sr2+. Их групповым реагентом является серная кислота, которая осаждает эти катионы в виде малорастворимых в воде сульфатов.
Четвертая аналитическая группа катионов (амфолитная группа) объединяет катионы Аl3+, Cr3+, Sn2+, Zn2+. Групповым реагентом служит раствор щелочи, при действии избытка которого образуются растворимые комплексные соединения (гидроксокомплексы).
Таблица 1
Аналитическая кислотно-основная классификация катионов
№
группы
|
Катионы
|
Групповой
реагент
|
Характеристика группы
|
Характер получаемых соединений
|
I
|
К+,
Na+,
NH4+
|
нет
|
хлориды, сульфаты, гидроксиды, растворимые в воде
|
раствор
К+, Na+, NH4+
|
II
|
Ag+, Hg22+, Pb2+
|
2 М раствор
НСl
|
хлориды, малорастворимые в воде и в разбавленных кислотах
|
осадок
AgСl, Hg2Cl2, PbCl2
|
III
|
Ba2+, Ca2+, Sr2+ (Pb2+)
|
1 М раствор H2SO4
|
сульфаты, малорастворимые в воде и в разбавленных кислотах
|
осадок
BaSO4, CaSO4, SrSO4 (PbSO4)
|
IV
|
Аl3+, Cr3+, Sn2+, Zn2+ (Sb3+)
|
4 М раствор NaOH
|
амфотерные гидроксиды, растворимые в избытке NaOH
|
раствор [Al(OH)4]-, [Cr(OH)4]-, [Zn(OH)4]2-, [Sn(OH)4]2- ([Sb(OH)4]-)
|
V
|
Mg2+,
Fe2+,
Fe3+, Mn2+,
Sb3+
|
25%-ный
раствор аммиака
|
гидроксиды, не растворимые в избытке NaOH и аммиаке
|
осадок
Mg(OH)2, Mn(OH)2, Fe(OH)2, Fe(OH)3, Sb(OH)3
|
VI
|
Сu2+, Co2+,
Ni2+
|
25%-ный раствор аммиака
|
гидроксиды, малорастворимые в избытке NaOH, но растворимые в избытке аммиака
|
раствор
[Сu(NH3)4]2+, [Co(NH3)6]2+, [Ni(NH3)6]2+
|
Пятая аналитическая группа катионов (гидроксидная группа) включает ионы Mg2+, Fe2+, Fe3+, Mn2+, Sb3+. В качестве группового реагента используется 25%-ный раствор аммиака, который осаждает эти катионы в виде гидроксидов, нерастворимых в избытке реагента.
Шестая аналитическая группа катионов (аммиакатная группа) объединяет ионы Сu2+, Co2+, Ni2+. Групповым реагентом является 25%-ный раствор аммиака, при избытке которого образуются растворимые в воде комплексные соединения (аммиакаты).
Анализ смеси катионов I-VI аналитических групп, основанный на кислотно-основной классификации, начинают обычно с обнаружения иона аммония дробным методом.
Систематический анализ начинают с осаждения и отделения хлоридов катионов II аналитической группы. Затем переводят в осадок и отделяют сульфаты катионов III аналитической группы. При обработке раствора, полученного после осаждения катионов II и III аналитических групп, избытком раствора гидроксида натрия в осадок переводят основные по своей природе гидроксиды катионов V и VI групп, а в растворе остаются катионы IV аналитической группы в виде соответствующих гидроксокомплексов.
При обработке концентрированным раствором аммиака осадка, содержащего катионы V и VI аналитических групп, катионы VI аналитической группы образуют растворимые комплексные соединения - аммиакаты, тогда как катионы V аналитической группы остаются в осадке в виде соответствующих гидроксидов.
После разделения катионов на группы с помощью групповых реагентов проводят обнаружение ионов внутри каждой группы.
Классификация анионов и групповые реагенты
как известно из курса неорганической химии, к анионам относятся отрицательно заряженные частицы, состоящие из отдельных" атомов или групп атомов различных элементов. Эти частицы могут нести один или несколько отрицательных зарядов. В отличие от катионов, которые в большинстве своем состоят из одного атома, анионы могут иметь сложный состав, состоящий из нескольких атомов.
Общепринятой классификации анионов не существует. Разными авторами предложены различные системы классификации их.
В настоящем руководстве принята наиболее часто применяемая классификация, по которой все анионы делятся на три аналитические группы в зависимости от растворимости их бариевых и серебряных селей.
В данном случае групповыми реагентами являются растворимые соли бария и серебра (табл. 2).
Классификация анионов
Группа
|
Анионы
|
Групповой реагент
|
Характеристика группы
|
1
|
SO4 2-, SO3 2- ,
СO32-, РO43-,
SiO3 2-
|
Хлорид бария ВаСl2 в нейтральном или слабощелочном растворе
|
Соли бария практически нерастворимы в воде
|
2
|
С1- , Вг- , I-, S2-
|
Нитрат серебра AgNO3 и присутствии HNO3
|
Соли серебра практически нерастворимы в воде и разбавленной кислоте
|
3
|
NO3-, NO2-,
CH3COO-
|
Группового реагента нет
|
Соли бария и серебра растворимы в воде
|
Общая характеристика анионов первой группы
К первой аналитической группе анионов относятся сульфат-ион SO4 2-, сульфит-ион SO32-, корбонат-ион СO32-, фосфат-ион РO43-, силикат-ион SiO3 2-.
Эти анионы образуют с катионом Ва2+ соли, мало растворимые в воде, но, за исключением сульфата бария, хороню растворимые в разбавленных минеральных кислотах. Поэтому выделить анионы этой группы в виде осадка групповым реагентом—хлоридом бария BaCl2 можно только в нейтральной или слабощелочной среде. Анионы первой группы образуют с катионами серебра Ag+ соли, растворимые в разбавленной азотной кислоте, а сульфат серебра Ag2S04 растворим даже в воде.
Обнаружение анионов первой группы
Вначале исследуют раствор на присутствие анионов первой группы действием группового реагента (хлорида бария BaCl2). Для чего в пробирку к 3—5 каплям нейтрального или слабощелочного раствора прибавляют 5—7 капель 0,5 н. раствора хлорида бария. Образование осадка указывает на присутствие анионов первой группы.
|
