КА́ЧЕСТВЕННЫЙ ХИМИ́ЧЕСКИЙ АНА́ЛИЗ
-
Рубрика: Химия
-
-
Скопировать библиографическую ссылку:
КА́ЧЕСТВЕННЫЙ ХИМИ́ЧЕСКИЙ АНА́ЛИЗ, получение информации о качественном составе вещества, о природе его компонентов; один из осн. видов химического анализа. Цели К. х. а. – обнаружение и идентификация компонентов аналитич. пробы и/или опознание её как целостного объекта. Исходя из природы компонентов, различают изотопный, элементный, молекулярный, фазовый, структурно-групповой (функциональный) и др. виды К. х. а. Обычно К. х. а. предшествует количественному химическому анализу.
К. х. а. выполняют химическими методами анализа, физическими методами анализа, физико-химическими методами анализа и биохимическими методами анализа; используют также биологический метод анализа. Свойства пробы сравнивают со свойствами эталона, состав которого известен. Обычно эталон – предполагаемый компонент в чистом виде или его раствор. Свойства эталона могут быть изучены заранее и представлены в таблицах, справочниках и др. базах данных. Совпадение к.-л. свойства пробы и эталона – единичный признак присутствия компонента; при этом компонент считают идентифицированным, если при испытании пробы выявлен ряд его независимых характеристик. Чем этих характеристик больше и чем они более специфичны именно для данного компонента, тем выше достоверность идентификации. Неспецифичность характеристик может приводить к ложной идентификации. Вывод «компонент отсутствует» также может быть ошибочным, если в пробе есть вещества, маскирующие опознаваемый компонент (напр., переводящие его в др. форму), либо концентрация компонента в пробе ниже некоторого значения (предела обнаружения), зависящего от природы данного компонента и методики К. х. а. Предел обнаружения (Cmin) – миним. содержание компонента, необходимое для его обнаружения по данной методике с заданной надёжностью. Отрицательный результат обычно означает, что содержание компонента в пробе ниже Cmin.
До сер. 17 в. К. х. а. сводился к распознаванию чистых веществ по их цвету, запаху, вкусу, плотности и т. п.; учитывалось также изменение свойств пробы при прокаливании, окрашивание пламени при внесении в него вещества и др. Начиная с работ Р. Бойля получил распространение элементный К. х. а. Осн. методом анализа стало проведение качественных химич. реакций: к раствору пробы добавляют химич. реагент, взаимодействующий с искомым компонентом, и о наличии в пробе этого компонента судят по образованию или исчезновению осадка, изменению цвета раствора, выделению газа и др. При образовании кристаллич. осадка о его составе судят в осн. по цвету, растворимости и форме кристаллов (на исследовании кристаллич. осадков основана микрокристаллоскопия). Специфич. качественные реакции позволяют обнаружить компонент без его выделения из пробы – т. н. дробный анализ (напр., при взаимодействии иода с крахмалом синее окрашивание раствора однозначно указывает на присутствие иода). Неспецифичность мн. качественных реакций потребовала разработки сложных схем систематич. К. х. а., включающих последовательное выделение из пробы групп ионов с подобными свойствами с помощью разл. осадителей – групповых реагентов. В 18 в. швед. химиком Т. Бергманом предложена и в 19 в. нем. химиками Г. Розе и К. Фрезениусом усовершенствована сероводородная схема систематич. разделения и обнаружения химич. элементов, основанная на использовании в качестве группового реагента H2S. В анализе минералов и сплавов эту схему успешно использовали до 1970-х гг.
В кон. 19 в. В. Оствальд предложил рассматривать реакции разделения и обнаружения элементов в растворах как ионные реакции. Были предложены селективные и высокочувствит. реагенты органические на разл. катионы и анионы, напр. диметилглиоксим – реактив Чугаева (Л. А. Чугаев, 1905) для специфич. обнаружения ионов Ni2+. Использование органич. реагентов и маскирующих веществ при проведении К. х. а. способствовало созданию надёжных методик капельного анализа неорганич. веществ (рос. химик Н. А. Тананаев, австр. химик Ф. Файгль). Успешно развивался К. х. а. органич. веществ. Элементы, входящие в их состав (С, Н, N, O, S, P, галогены), распознавали с помощью качественных реакций после термич. разложения пробы и превращения элементов в реакционноспособные формы. Для установления состава и структуры органич. соединений использовали химич. методы функционального анализа.
Во 2-й пол. 20 в. чаще стали использоваться физич. и физико-химич. методы К. х. а., имеющие ряд преимуществ перед химическими. Как правило, физич. методы отличаются большей селективностью, экспрессностью, легче автоматизируются и дают более надёжные результаты. Если для химич. методов Cmin порядка 10–4–10–6 моль/дм3, то некоторые физич. методы позволяют обнаруживать примеси на уровне 10–8–10–12 моль/дм3. Физич. методы основаны на измерении тех свойств пробы и эталона, которые зависят от природы, но не от содержания компонента. Так, при проведении атомно-эмиссионного спектрального анализа регистрируют спектр пробы, измеряют длины волн спектральных линий и проверяют наличие линий, характерных для искомого элемента и не зависящих от присутствия др. элементов. Совпадение множества линий с точностью до погрешности измерения длины волны надёжно доказывает присутствие искомого элемента в пробе. Др. важные физич. методы К. х. а. – рентгеновский спектральный анализ, ИК-спектроскопия, масс-спектрометрия, хромато-масс-спектрометрия. Реже используют кинетич. и электрохимич. методы анализа (напр., полярографию), люминесцентный анализ. Резонансные методы (ЯМР- и ЭПР-спектрометрия) применяют для идентификации и установления структуры чистых веществ, а также для анализа смесей. К. х. а. смесей органич. веществ (нефтепродукты, лекарственные препараты, белки и др.) обычно включает фракционирование или полное разделение пробы методами хроматографии, экстракции, электрофореза и др. Характеристики удерживания компонентов в хроматографич. колонке используются и для их идентификации. Совр. направление в развитии К. х. а. – создание систем компьютерной идентификации, использующих базы данных или алгоритмы распознавания образов.