КА́ЧЕСТВЕННЫЙ ХИМИ́ЧЕСКИЙ АНА́ЛИЗ

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 (C_min) – ми­ним. со­дер­жа­ние ком­по­нен­та, не­об­хо­ди­мое для его об­на­ру­же­ния по дан­ной ме­то­ди­ке с за­дан­ной на­дёж­но­стью. От­ри­ца­тель­ный ре­зуль­тат обыч­но оз­на­ча­ет, что со­дер­жа­ние ком­по­нен­та в про­бе ни­же C_min.

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 C_min 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.