Ка́чественный хими́ческий ана́лиз, получение информации о качественном составе вещества; один из основных видов химического анализа. Цели качественного химического анализа – обнаружение и идентификация компонентов аналитической пробы и/или опознание её как целостного объекта. Исходя из природы компонентов, различают изотопный, вещественный, молекулярный, групповой и другие виды качественного химического анализа. Обычно качественный химический анализ предшествует количественному химическому анализу.

В ходе качественного химического анализа решают разные задачи: проверка присутствия некоторого компонента, установление перечня компонентов пробы, проверка соответствия пробы предполагаемому составу, опознание неизвестного вещества и др. Эти задачи решаются разными способами, но во всех случаях свойства пробы сравнивают со свойствами эталона, состав которого известен. При этом используют те свойства (идентификационные признаки), которые не зависят от массы пробы и содержания компонента. Обычно эталон – предполагаемый компонент в чистом виде или его раствор. Признаки эталона могут быть изучены заранее и представлены в таблицах, справочниках и других базах данных. Совпадение какого-либо признака пробы и эталона указывает на возможное присутствие компонента; при этом компонент считают идентифицированным, если при испытании пробы выявлены совпадения по нескольким независимым признакам. Чем этих совпадений больше и чем они более специфичны именно для данного компонента, тем выше достоверность идентификации. Неспецифичность совпадающих признаков может приводить к ложной идентификации. Вывод «компонент отсутствует» также может быть ошибочным, если в пробе есть вещества, маскирующие опознаваемый компонент (например, переводящие его в другую форму), либо концентрация компонента в пробе ниже некоторого значения (предела обнаружения), зависящего от природы данного компонента и выбранной методики качественного химического анализа. Предел обнаружения (C_min) – минимальное содержание компонента, необходимое для его обнаружения по данной методике с заданной надёжностью. Отрицательный результат проверки обычно означает, что содержание компонента в пробе ниже C_min.

Качественный химический анализ выполняют химическими методами анализа, физическими методами анализа, физико-химическими методами анализа и биохимическими методами анализа, используют также органолептические методы. До середины 17 в. качественный химический анализ сводился к распознаванию веществ по их цвету, запаху, вкусу, плотности, растворимости и т. п.; учитывалось также изменение свойств пробы при прокаливании, окрашивание пламени при внесении в него пробы и др.

Начиная с работ Р. Бойля получил распространение элементный качественный химический анализ. Основным методом качественного химического анализа было проведение качественных химических реакций: к раствору пробы добавляли химический реагент, взаимодействовавший с искомым компонентом, и о наличии в пробе этого компонента судили по образованию или исчезновению осадка, изменению цвета раствора, выделению газа и др. Специфические качественные реакции позволяли обнаружить компонент без его выделения из пробы – т. н. дробный анализ (например, при взаимодействии иода с крахмалом синее окрашивание раствора однозначно указывает на присутствие иода). Неспецифичность многих качественных реакций потребовала разработки сложных схем систематических качественных химических анализов, включавших последовательное выделение нескольких групп, причём компоненты каждой группы имели сходные свойства. Для этого применяли различные осадители – групповые реагенты.

Реакция взаимодействия иода и крахмала.Реакция взаимодействия иода и крахмала.

Ирина ПушкареваИрина Пушкарева

В 18 в. шведским химиком Т. Бергманом предложена и в 19 в. немецкими химиками Г. Розе и К. Фрезениусом разработана сероводородная схема систематического разделения и обнаружения химических элементов, основанная на использовании в качестве группового реагента H₂S. В анализе минералов и сплавов эту схему успешно использовали до 1970-х гг.

В конце 19 в. В. Оствальд предложил рассматривать реакции разделения и обнаружения элементов в растворах как ионные реакции. Были предложены селективные и высокочувствительные органические реагенты на различные катионы и анионы, например диметилглиоксим – реактив Чугаева (Л. А. Чугаев, 1905) для специфического обнаружения ионов Ni²⁺. Использование органических реагентов и маскирующих веществ при проведении качественного химического анализа способствовало созданию надёжных методик капельного анализа неорганических веществ (российский химик Н. А. Тананаев, австрийский химик Ф. Файгль). Успешно развивался качественный химический анализ органических веществ. Элементы, входящие в их состав (С, Н, N, O, S, P, галогены), распознавали с помощью качественных реакций после термического разложения пробы и превращения элементов в реакционноспособные формы. Для установления состава и структуры органических соединений использовали химические методы функционального анализа.

Во 2-й половине 20 в. качественный химический анализ стали проводить преимущественно физическими методами, имеющими ряд преимуществ перед химическими. Как правило, физические методы отличаются большей селективностью, экспрессностью, легче автоматизируются и дают более надёжные результаты. Если для химических методов C_min порядка 10^–4–10^–6 моль/дм³, то некоторые физические методы позволяют обнаруживать примеси на уровне 10^–8–10^–12 моль/дм³. Физические методы основаны на измерении тех признаков пробы и эталона, которые зависят от природы, но не от содержания компонента и присутствия других компонентов. Так, при проведении атомно-эмиссионного спектрального анализа регистрируют спектр пробы, измеряют длины волн спектральных линий и проверяют наличие линий, характерных для искомого элемента. Совпадение множества линий с точностью до погрешности измерения длины волны надёжно доказывает присутствие искомого элемента в пробе. Другие важные физические методы качественного химического анализа – рентгеноспектральный и рентгенофазовый анализ, ИК-спектроскопия, рефрактометрия, масс-спектрометрия, хромато-масс-спектрометрия. Реже используют кинетические и электрохимические методы анализа (например, полярографию), люминесцентный анализ. Резонансные методы (ЯМР- и ЭПР-спектрометрия) применяют для идентификации и установления структуры чистых веществ, а также для анализа смесей. Качественный химический анализ сложных смесей органических соединений (нефтепродукты, лекарственные препараты и др.) обычно включает фракционирование или полное разделение пробы методами хроматографии, экстракции, электрофореза и др. Характеристики удерживания компонентов в хроматографической колонке используются для их идентификации. Современное направление в развитии качественного химического анализа – создание систем компьютерной идентификации, использующих базы данных или алгоритмы распознавания образов.