Меню Рубрики

Катионы анионы для анализа воды

Библиографическая ссылка на статью:
Сагдеев М.А., Чигринева Н.А., Сальникова В.И. Определение содержания катионов и анионов в питьевой воде методом капиллярного электрофореза // Современные научные исследования и инновации. 2017. № 3 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2017/03/79588 (дата обращения: 25.03.2019).

Питьевая вода – это вода, предназначенная для ежедневного и безопасного пользования человеком и другими живыми организмами. Она должна иметь строго регламентированный стандарт по составу и свойствам, а также характеризоваться пониженным содержанием солей и сухого остатка. Вода из пресных источников чаще всего непригодна для питья, и для того чтобы она соответствовала санитарным нормам и правилам, её очищают и подготавливают.

Цель данной работы – оценка содержания различных ионов в питьевой воде различных районов Оренбургской области.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

– провести анализ литературы, научных и технических достижений в мировой практике по исследованию содержания катионного и анионного состава воды;

– определить содержание катионов и анионов в питьевой воде Оренбургской области методом капиллярного электрофореза;

– сравнить полученные результаты по содержанию катионов и анионов в воде с предельно–допустимыми концентрациями.

В качестве пунктов пробоотбора были выбраны следующие: г. Новотроицк, г. Орск, Илекский и Новосергиевский районы. Пробы воды отбирались согласно ГОСТу31862-2012 «Вода питьевая. Отбор проб» [1]. В каждом населенном пункте отбирали по 5 проб. В исследуемых образцах определяли содержание анионов (Cl — , NO2 — , SO4 2- , NO3 — , F — , PO4 3- ) и катионов (NH3 + , K + , Na + , Mg 2+ , Ba 2+ , Ca 2+ ) методом капиллярного электрофореза [2, 3].

Метод капиллярного электрофореза реализуется за счёт разделения заряженных компонентов сложной смеси в кварцевом капилляре под действием приложенного электрического поля [4].

Небольшое количество анализируемого раствора вводят в капилляр, предварительно заполненный нужным буферным раствором-электролитом.

Далее к концам капилляра подают высокое напряжение (до 30кВ) и компоненты смеси с разной скоростью в зависимости от заряда и массы начинают двигаться к зоне детектирования. Информация о прохождении зоны детектирования оцифровывалась и передавалась на компьютер, в виде пиков на электрофореграмме.

Полученная последовательность пиков называется электрофореграммой; качественной характеристикой вещества является время миграции, а количественной – высота или площадь пика, пропорциональная концентрации вещества. Обработка полученных электрофореграмм была проведена в программе “Мультихром”.

Первым этапом в работе была подготовка буферных растворов. Рабочий буферный раствор для определения неорганических анионов состоит из смеси 2,2-дигидроксиэтиламин (основание) и хромовой кислоты с добавкой катионного ПАВ бромида (или гидроксида) цетилтриметиламмония ЦТАБ или ЦТАОН. Анионы мигрируют в зону детектирования в следующем порядке: хлорид, нитрит, сульфат, нитрат, фторид, фосфат.

В результате проведенных исследований было установлено, что содержание ионов хлора наименьшее в воде г. Орска и составляет 69,66 мг/мл, а наибольшее в воде г. Новотроицка – 157,72 мг/мл (таблица 1). Полученные значения не превышают ПДК (350 мг/мл).

Таблица 1 – Содержание анионов в питьевой воде

источник

Автор: Марина Чигорина
Для любителей выпить вкусной водички (инструкция по применению)

На что полагаются среднестатистические покупатели, выбирая бутилированную воду? Самые здравомыслящие — на рекомендации знакомых и собственный опыт. Любители новизны и экспериментов — на рекламу. Ну, а кто-то, кому вечно некогда – может схватить первую попавшуюся бутылку с яркой этикеткой. И только очень, очень немногие удосужатся прочесть, что же на этой этикетке написано. И правильно сделают!

Как правильно читать этикетки

Кто-то скажет: что за вопрос? Конечно, у нас страна всеобщей победившей грамотности. Тогда прочитайте, что написано мелким шрифтом на стандартной, обычной этикетке бутилированной воды (или что должно быть там написано): анионы мг/л, катионы мг/л, общая минерализация мг/л, жёсткость мг/л…
Информация то может быть и исчерпывающая, но малопонятная. Без специальных знаний ориентироваться в анионах-катионах сложно. По ГОСТу на этикетке так же должны быть прописаны общие сведения:

  • когда была изготовлена (разлита) вода;
  • назначение и способ применения;
  • срок годности (и не удивляйтесь, у питьевой воды тоже есть срок годности);
  • ТУ и информация о сертификации;
  • вид (артезианская, ключевая, озёрная, ледниковая и т.д.);
  • тип (газированная или не газированная);
  • категория (столовая, минеральная и т.п.);
  • группа (указывает химический состав);
  • ну, и, естественно, название и товарный знак (если он есть).

Зачем нужны катионы и анионы ?

Абсолютно чистой, без примесей (а вернее, без растворенных в ней солей, кислот, щелочей и газов) воды в природе не существует. Абсолютно чистую Н2О можно получить только в специальных лабораторных или заводских условиях. Но химически чистая вода (дистиллят) – мёртвая вода; для нормальной жизнедеятельности она не годится, ее постоянное употребление может привести к серьезным заболеваниям.
Например, отсутствие катионов кальция и магния в питьевой воде приводит к нарушениям опорно-двигательного аппарата и заболеваниям сердечнососудистой системы. Большое значение играют и другие катионы (положительно заряженные частицы):
Катионы натрия отвечают за обмен веществ. Нехватка натрия приводит к головным болям, общей слабости.

  • Калий – регулирует количество жидкости в организме, от его содержания зависит кровяное давление, состояние мышечных тканей (в том числе сердечных мышц) и нервной системы. Дефицит калия приводит к мышечным спазмам (судорогам), повышенной раздражительности.
  • Магний – без этого катиона в организме не усваиваются углеводы, он стабилизирует работу сердца.
  • Железо – если его не хватает, то может начаться анемия, воспалительные процессы в почках, гастриты.
  • Кальций — не позволяет накапливаться холестерину в крови, этот элемент необходим для формирования скелета. Так же кальций имеет противоаллергические и противовоспалительные свойства. Недостаток кальция — одна из главных причин возникновения остеопороза.
  • Селен – выводит тяжёлые металлы, регулирует работу иммунных систем.

Основные анионы (отрицательно заряженные ионы), содержащиеся в воде:
Хлориды – необходимы для осморегуляции и пищеварения.
Гидрокарбонаты – стабилизируют кислотно-щелочной баланс.
Сульфаты – предотвращают образование мочевого камня, способствуют выведению токсинов и шлаков.

  • Фтор – поддерживает здоровье зубов. А ещё – способствует усвоению железа.
  • Йод – участвует в синтезе гормонов щитовидки, а щитовидная железа, как известно, управляет всем организмом. Так что Йод – всему голова.

Но все хорошо в меру; общая минерализация питьевой воды должна находиться в пределах 200-500 мг/л,
минимум – 100 мг/л (единица измерения мг/л показывает, сколько миллиграммов вещества растворено в одном литре).

У питьевой воды есть допустимые нормы для каждого элемента:

Магний: от 5 мг/ до 20-30 мг/л;
Кальций: от 20 мг/л до 40-80 мг/л;
Натрий: 70-100 мг/л
Калий: 1-10 мг/л
Хлориды: 70-100мг/л
Сульфаты: 5-30 мг/л
Гидрокарбонаты: 140-300мг/л

Немножко про жёсткость

Жёсткость воды – показатель, который так же в обязательном порядке должен указываться на этикетке. Эта величина зависит от количества растворенных солей кальция и магния, единицей измерения является мг-экв/л (мг-экв — это атомная масса делённая на валентность). 1 мг-экв/л кальция соответствует содержанию 20,04мг Са, а магния – 12,6 мг Mg.
Оптимальная жесткость питьевой воды, при которой сохраняются вкусовые качества — 1 — 4 мг-экв/л. Эти значения так же наиболее полно обеспечивают протекание нормальных обменных процессов в организме и комфортное самочувствие.

Что можно прочитать между строчек ?

  • Во-первых, по полноте информации, представленной на этикетке, уже можно судить о добросовестности и профессионализме производителя и, следовательно, качестве воды.
  • Во-вторых. Во всех европейских странах стандарты требуют, чтобы вода разливалась в том месте, где осуществляется ее забор. В России же производителя обязывают указывать только номер скважины, а вот место, где находится линия по розливу, указывать необязательно. Так что будьте внимательны, и делайте выводы, если согласно этикетке вода байкальская, а производство явно находится в Пензе. Так же Н2О с ледников Памира едва ли будет фасоваться под Самарой.
  • В-третьих,… Коварный производитель научился обманывать как суровый закон, так и дотошного покупателя. Есть такие надписи и формулировки на этикетках, за которые никто ответственности не несет, хотя они и являются откровенной дезинформацией.

Итак, будьте бдительны и не ведитесь на слова, за которыми, на самом деле, ничего не стоит: «природная вода класса премиум», «полноценная натуральная вода», «экологическая вода экстра» и т.п.

источник

Образец таблицы приведен на рисунке 8. Такие таблицы составляются для каждой из обрабатываемых проб в отдельности.

В качестве примера заполнения таблицы ис­пользованы результаты химического анализа воды среднекаменноугольного межпластового ненапорного водоносного горизонта, вскрытого скважиной глубиной 30 м, пробуренной на террасе реки Пахры в деревне Ям.

2. Подсчитать суммарное содержание катионов и отдельно суммарное содержание анионов, а затем общее содержание всех ионов. Размерность всех расчетов в мг/л. Результаты расчетов занести в таблицу («общая сумма»). Последнюю цифру сравнить с величиной су­хого остатка (общей минерализа­цией), приведенной в задании.

Контрольный вопрос (KB):

· Почему суммарное содержание ионов, не может быть больше су­хого остатка?

Рис.8. Пример заполнение таблицы химического состава воды.

(по Гречину П.И. и др. 2003.)

Ионы мг/л мг-экв/л %-экв
Катионы NH4 l +
Na I + +K I + 21,2
Mg 2+ 19,4
Са 2+ 68,0
Fe (общ) 0,1
A1 3 +
Сумма 108,7
Анионы
CI 1– 6,0
SO4 2– 33,2
HCO3 1 – 298,0
СО2 2–
NO3 l – 0,06
Сумма 338,1
Общая сумма 446,7 .

Пересчитать содержание ионов из ионной в эквивалентную форму.

Контрольный вопрос:

· Как определить значения переводных коэффи­циентов дляпересчета содержания ионов из ионной формы (мг/л) в эквива­лентную (мг-экв/л)?

Для пересчета используйте данные таблицы 9 и таблицы 2 приложения. Точность расчета – один знак после запятой. Если содержание двух катионов (или анионов) окажется одинаковым, то после запятой следует оставить столько цифр, чтобы можно было определить, какой из ионов преобладает.

Таблица 9. Значения коэффициентов для пересчета содержания ионов из ионной формы (мг/л) в эквивалентную форму (мг-экв/л).

Катионы Коэффициенты Анионы Коэффициенты
Na 1+ +K 1+ 0.0435 CI 1– 0.0282
Mg 2+ 0.0822 SO4 2– 0.0208
Са 2+ 0.0499 НСОз 1– 0.0164

Результаты запишите в соответствующую графу таблицы (рис.9). Данные по аниону NO3 l – и Fe(oбщ), содержание которых составляет соответственно всего 0,001 и 0,005 мг-экв/л, в таблицу не внесены и они при дальнейших расчетах не учитываются. Аналогично поступают с ионами F 1– , J 1– , Br 1– , Fe 2+ Fe 3+ , Li 1+ если данные о них присутствуют в результатах анализов. В дальнейшем все они рассматриваются в качестве «специфических компонентов» (см. далее).

Смысл этой операции заключается в следующем: ионы различаются друг от друга не только зарядом и химическим составом, но и своим молекулярным весом. Поэтому, если сравнивать содержание ионов в весовых единицах ошибки неизбежны. Например, содержащиеся в природных очень небольшом количестве, но «тяжелые» ионы йода будут казаться преобладающими над обычными, но более «легкими» ионами хлора. Значит для корректного сравнения содержания ионов разного состава надо перейти от массовых единиц к количественным.

4. Подсчитать сумму катионов и анионов (в мг-экв/л).

Результаты (отдельно для ка­тионов и отдельно для анионов) запишите в соответствующие строки второй вертикальной колонки таблицы (рис.9). Сум­мы катионов и анионов должны быть равны или могут незначи­тельно отличаться друг от друга, так как некоторые ионы (А1 3+ СОз 2+ и другие) не были учтены. Если суммы катионов (К) и анионов (А) различа­ются более чем на 5%, т.е. если 5%, то допущена ошибка в расчетах или при пе­реписывании исходных дан­ных. Эту ошибку необходимо найти и исправить.

Рис 9. Химический состав той же пробы, что и на рис.8, пересчитанный в эквивалентную форму (по Гречину П.И. и др. 2003).

Ионы мг/л мг-экв/л %-экв
Катионы NH4 l +
Na I + +K I + 21,2 0,9
Mg 2+ 19,4 1,6
Са 2+ 68,0 3,4
Fe (общ) 0,1
A1 3 +
Сумма 108,7 5,6
Анионы
CI 1– 6,0 0,2
SO4 2– 33,2 0,7
HCO3 1 – 298,0 4,9
СО2 2–
NO3 l – 0,06
Сумма 338,1 5,8
Общая сумма 446,7 .

5. Определить процент-эквивалентное содержание ионов.

Для этого сумму отдельно катионов (и, соответственно, отдельно анионов) принимают за 100% и вычис­ляют «долю» каждого катио­на (аниона). Точность — до целых единиц. При одинако­вом содержание двух катио­нов (или анионов), точность следует повысить и опреде­лить какого иона больше. Ре­зультат записать в третью вертикальную колонку таб­лицы (рис.10). Обязательно проверьте, составляет ли со­держание катионов (анионов) в сумме 100 процент-эквивалентов.

Рис.10. Заполнение таблицы химического состава воды (окончание).

Ионы мг/л мг-экв/л %-экв
Катионы NH4 l +
Na I + +K I + 21,2 0,9
Mg 2+ 19,4 1,6
Са 2+ 68,0 3,4
Fe (общ) 0,1
A1 3 +
Сумма 108,7 5,6
Анионы
CI 1– 6,0 0,2
SO4 2– 33,2 0,7
HCO3 1 – 298,0 4,9
СО2 2–
NO3 l – 0,06
Сумма 338,1 5,8
Общая сумма 446,7 .

Примечание: по указанию преподавателя при составлении таблицы кроме основных могут быть учтены и другие ионы, например F 1– .

источник

В волшебном мире химии возможно любое превращение. Например, можно получить безопасное вещество, которым часто пользуются в быту, из нескольких опасных. Подобное взаимодействие элементов, в результате которого получается однородная система, в которой все вещества, вступающие в реакцию, распадаются на молекулы, атомы и ионы, называется растворимость. Для того чтобы разобраться с механизмом взаимодействия веществ, стоит обратить внимание на таблицу растворимости.

Таблица, в которой показана степень растворимости, является одним из пособий для изучения химии. Те, кто постигают науку, не всегда могут запомнить, как определённые вещества растворяются, поэтому под рукой всегда следует иметь таблицу.

Она помогает при решении химических уравнений, где участвуют ионные реакции. Если результатом будет получение нерастворимого вещества, то реакция возможна. Существует несколько вариантов:

  • Вещество хорошо растворяется;
  • Малорастворимо;
  • Практически не растворяется;
  • Нерастворимо;
  • Гидрализуется и не существует в контакте с водой;
  • Не существует.

Это интересно: металлы и неметаллы в периодической таблице Менделеева.

Это растворы или сплавы, проводящие электрический ток. Электропроводность их объясняется мобильностью ионов. Электролиты можно поделить на 2 группы:

  1. Сильные. Растворяются полностью, независимо от степени концентрации раствора.
  2. Слабые. Диссоциация проходит частично, зависит от концентрации. Уменьшается при большой концентрации.

Во время растворения электролиты диссоциируют на имеющие разный заряд ионы: положительные и отрицательные. При воздействии тока положительные ионы направляются в сторону катода, тогда как отрицательные в сторону анода. Катод – положительный заряд, анод – отрицательный. В итоге происходит движение ионов.

Одновременно с диссоциацией проходит противоположный процесс – соединение ионов в молекулы. Кислоты – это такие электролиты, при распаде которых образуется катион – ион водорода. Основания – анионы – это гидроксид ионы. Щелочи – это основания, которые растворяются в воде. Электролиты, которые способны образовывать и катионы и анионы, называются амфотерными.

Это такая частица, в которой больше протонов или электронов, он будет называться анион или катион, в зависимости от того, чего больше: протонов или электронов. В качестве самостоятельных частиц они встречаются во многих агрегатных состояниях: газах, жидкостях, кристаллах и в плазме. Понятие и название ввёл в обиход Майкл Фарадей в 1834 году. Он изучал воздействие электричества на растворы кислот, щелочей и солей.

Простые ионы несут на себе ядро и электроны. Ядро составляет почти всю атомную массу и состоит из протонов и нейтронов. Количество протонов совпадает с порядковым номером атома в периодической системе и зарядом ядра. Ион не имеет определённых границ из-за волнового движения электронов, поэтому невозможно измерить их размеры.

Отрыв электрона от атома требует, в свою очередь, затрат энергии. Она называется энергия ионизации. Когда присоединяется электрон, происходит выделение энергии.

Это частицы, носящие положительный заряд. Могут иметь разную величину заряда, например: Са2+ — двузарядный катион, Na+ — однозарядный катион. Мигрируют к отрицательному катоду в электрическом поле.

Читайте также:  Нормативные документы по анализу воды

Это элементы, имеющие отрицательный заряд. А также обладает различным количеством величины зарядов, например, CL- — однозарядный ион, SO42- — двухзарядный ион. Такие элементы входят в состав веществ, обладающих ионной кристаллической решёткой, в поваренной соли и многих органических соединениях.

  • Натр​ий. Щелочной металл. Отдав один электрон, находящийся на внешнем энергетическом уровне, атом превратится в положительный катион.
  • Хлор. Атом этого элемента принимает на последний энергетический уровень один электрон, он превратится в отрицательный хлорид анион.
  • Поваренная соль. Атом натрия отдаёт электрон хлору, вследствие этого в кристаллической решётке катион натрия окружён шестью анионами хлора и наоборот. В результате такой реакции образуется катион натрия и анион хлора. Благодаря взаимному притяжению формируется хлорид натрия. Между ними образуется прочная ионная связь. Соли — это кристаллические соединения с ионной связью.
  • Кислотный остаток. Это отрицательно заряженный ион, находящийся в сложном неорганическом соединении. Он встречается в формулах кислот и солей, стоит обычно после катиона. Практически для всех таких остатков есть своя кислота, например, SO4 – от серной кислоты. Кислот некоторых остатков не существует, и их записывают формально, но они образуют соли: фосфит ион.

Химия – наука, где возможно творить практически любые чудеса.

источник

Для быстрого определения ограниченного числа содержащихся в смеси катионов или анионов удобнее использовать дробный анализ. Полный анализ многокомпонентной смеси можно провести значительно быстрее, если применить систематический анализ. Для удобства проведения систематического анализа все ионы разделяют на группы, используя сходства или различия свойств ионов в отношении действия групповых реактивов. Например, согласно наиболее удобной в качественном анализе кислотно-основной классификации все катионы делятся на шесть групп по их отношению к серной и соляной кислотам, к едким щелочам и гидроокиси аммония (таблица 1).

Первая группа объединяет катионы NH4 + , K + , Na + , которые не осаждаются ни минеральными кислотами, ни щелочами, т.е. не имеют группового реактива. Катионы второй группы Ag + , Hg + и Pb 2+ осаждаются соляной кислотой. Третью группу образуют катионы Ba 2+ , Sr 2+ и Cа 2+ , которые осаждаются серной кислотой. В четвертую группу объединяются катионы Zn 2+ , Al 3+ , Сr 3+ , Sn 4+ , As 3+ и As 5+ , не выпадающие в осадок при добавлении избытка щёлочи. Пятую группу составляют катионы Fe 2+ , Fe 3+ , Mg 2+ , Мn 2+ , Bi 3+ , Sb 3+ , Sb 5+ . Все они осаждаются раствором щёлочи. Шестая группа катионов Hg 2+ , Cu 2+ , Сd 2+ , Со 2+ и Ni 2+ образует гидроокиси, растворимые в избытке раствора гидроокиси аммония с образованием растворимых аммиакатов.

В основу классификации анионов положено различие в растворимости солей бария, серебра, кальция, свинца и др. Общепринятой классификации не существует.

По наиболее распространенной классификации все анионы делятся на три аналитические группы (таблица 2).

Таблица 1 − Разделение катионов на группы по кислотно─щелочной классификации

Груп- па Катионы Групповой реагент Получаемые соединения Групповая характеристика
K + , Na + , NH4 + Нет Хлориды, сульфаты и гидроокиси растворимы в воде
Ag + , Pb 2+ , Hg2 2+ 2н раствор HCl Осадок AgCl и т.п. Хлориды не растворимы в воде
Ba 2+ , Sr 2+ , Ca 2+ 2н раствор H2SO4 Осадок BaSO4 и т.п. Сульфаты не растворимы в воде
Zn 2+ ,As 5+ Sn 4+ , Al 3+ , Sn 2+ , Cr 3+ Избыток 4 н раствора NaOH или KOH Раствор ZnO2 2- AlO2 — и т.д. Гидроокиси растворимы в избытке раствора NaOH и KOH
Mg 2+ , Mn 2+ , Bi 3+ , Fe 2+ , Fe 3+ , Sb 3+ , Sb 5+ , Избыток 25% — ного раствора NH4OH Mg(OH) 2, Mn(OH) 2 и т.д. Гидроокиси не растворимы в избытке аммиака
Сu 2+ , Hg 2+ , Cd 2+ , Co 2+ , Ni 2+ Избыток 25% — ного раствора NH4OH [Cu(NH3)4] 3+ , [Hg(NH3)4] 3+ и т.д. Аммиакаты растворимы в избытке раствора аммиака

В большинстве случаев анионы открываются дробным методом. Групповые реактивы используются не для отделения группы, а для обнаружения присутствия анионов групп.

Таблица 2 − Классификация анионов

Груп- па Анионы Групповой реак- тив Характеристика группы
SO4 2- , SO3 2- , CO3 2- , PO4 3- , SiO3 2- BaCl2 в нейтральном или слабощелочном растворе Соли бария нерастворимы в воде
Cl — , Br — , J — , S 2- AgNO3 в присутствии HNO3 Соли серебра нерастворимы в воде и в разбавленной азотной кислоте
NO3 — , NO2 — , CH3COO — Группового реагента нет Соли бария и серебра растворимы в воде

При выполнение качественного обнаружения катионов и анионов в определяемом объекте в начале проводят предварительные испытания (определяют некоторые катионы и анионы дробным методом). Затем проводят их разделение на соответствующие группы с помощью групповых реактивов. После этого проводят анализ каждой группы катионов или анионов с целью определения отдельных ионов.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Лабораторная работа «Качественное определение катионов и анионов» (6 часов)

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Для студентов недели бывают четные, нечетные и зачетные. 9043 — | 7269 — или читать все.

193.124.117.139 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)

очень нужно

источник

Определение концентрации водородных ионов (рН). Определение рН в полевых условиях проводят колориметрическим методом. Этот метод основан на свойствах индикаторов принимать определенную окраску в зависимости от концентрации рН в растворе. Опыт показывает, что лучше всего для этих целей применять универсальный индикатор. Для определения рН полоску индикаторной бумаги пропитывают исследуемой водой и появившееся окрашивание сравнивают со стандартной цветовой шкалой.

В лабораторных условиях можно также измерить рН с помощью рН-метра (потенциометрический метод). Этот метод определения рН растворов основан на измерении с помощью потенциометра и двух электродов э. д. с. концентрационной цепи. Причем шкала потенциометра проградуирована и в единицах рН, и в милливольтах.

Для измерения рН в интервале 1-14 используют потенциометры различных типов со стеклянными измерительными электродами. Стеклянный электрод представляет собой стеклянную трубочку, заканчивающуюся стеклянным шариком, заполненным HCl с молярной концентрацией эквивалента о,1 моль/л, в которую погружена серебряная проволочка, покрытая AgCl (хлорсеребряный электрод). На границе раздела стекло-раствор возникает скачок потенциала, величина которого зависит от состава стеклянного шарика и активной концентрации водородных ионов в растворе. Ионы щелочных металлов, входящих в состав электродного стекла, могут обмениваться на ионы водорода в растворе. При определенных условиях устанавливается равновесие между ионами водорода, вошедшими в поверхностный слой стекла, и ионами водорода в испытуемом растворе. Величина потенциала будет определяться соотношением активностей ионов водорода в стекле и растворе.

В качестве внутреннего вспомогательного электрода используют хлорсеребряный электрод в стандартном растворе соляной кислоты.

Открытие катионов аммония (NH4+). Для определения катионов аммония на предметное стекло помещают несколько капель проверяемой воды и добавляют 2-3 капли раствора щелочи (NaOH или KOH). Держа стекло высоко над пламенем, раствор слегка нагревают. При нагревании со щелочами аммонийные соли, содержащиеся в природной воде, выделяют аммиак, который легко обнаруживают по характерному запаху:

NH4OH + NaOH > NH3^ + H2O + NaCl;

Для определения аммиака можно использовать также влажную красную лакмусовую бумажку (ее посинение означает наличие аммиака).

Открытие катионов меди (Сu2+). В пробирку с 5 мл раствора бромистого калия осторожно приливают равный объем концентрированной серной кислоты. После охлаждения пробирки к содержимому добавляют 5 мл исследуемой воды. При наличии в воде катионов меди в растворе образуется сине-фиолетовое кольцо:

CuSO4 + 2KBr > CuBr2v + K2SO4;

Открытие катионов кальция (Ca2+). К 5 мл исследуемой воды прибавить каплю уксусной кислоты. После непродолжительного нагревания добавить три капли раствора щавелевокислого аммония и каплю водного раствора аммиака. При наличии катионов кальция выпадает белый кристаллический осадок кальций оксалата, нерастворимый в воде и в уксусной кислоте:

(NH4)2С2О4 + СaСl2 > 2NH4Сl +СaС2О4v;

Открытие катионов двухвалентного железа (Fe2+). К 5 мл исследуемой воды прибавляют 0,1 г калий сульфата и около 1 г красной кровяной соли ( K3[Fe(CN)6] ). В присутствии ионов двухва-лентного железа появляется сине-зеленое окрашивание:

3Fe2+ + 2K3[Fe(CN)6] > Fe3[Fe(CN)6]2v + 6K+.

Примерное содержание двухвалентного железа определяется по цвету раствора (табл.6).

источник

Определение катионов аммония (NH4 + ). Для определения катионов аммония на предметное стекло помещают несколько капель проверяемой воды и добавляют 2–3 капли раствора щелочи (NaOH или KOH). Держа стекло высоко над пламенем, раствор слегка нагревают. При нагревании со щелочами аммонийные соли, содержащиеся в природной воде, выделяют аммиак, который легко обнаруживают по характерному запаху:

Для определения аммиака можно использовать также влажную красную лакмусовую бумажку (ее посинение означает наличие аммиака).

Определение катионов меди (Сu 2+ ).В пробирку с 5 мл раствора бромистого калия осторожно приливают равный объем концентрированной серной кислоты. После охлаждения пробирки к содержимому добавляют 5 мл исследуемой воды. При наличии в воде катионов меди в растворе образуется сине-фиолетовое кольцо:

Определение катионов кальция (Ca 2+ ). К 5 мл исследуемой воды приливают каплю уксусной кислоты. После непродолжительного нагревания необходимо добавить три капли раствора щавелевокислого аммония и каплю водного раствора аммиака. При наличии катионов кальция выпадает белый кристаллический осадок – кальций оксалата, не растворимый в воде и уксусной кислоте:

Определение катионов двухвалентного железа (Fe 2+ ).К 5 мл исследуемой воды прибавляют 0,1 г калий сульфата и около 1 г красной кровяной соли ( K3[Fe(CN)6] ). В присутствии ионов двухва-лентного железа появляется сине-зеленое окрашивание:

Примерное содержание двухвалентного железа определяется по цвету раствора (табл. 1).

Таблица 1.Шкала оценки содержания Fe 2+

Цвет раствора Содержание Fe 2+ , мг/л
Сине-зеленый 6,0 – 10,0
Синий 10,1–15,0
Темно-синий 15,1–30,0

Определение катионов трехвалентного железа (Fe 3+ ). К 5 мл природной воды добавляют 1–2 капли концентрированной соляной кислоты и 5 капель 10%-ного раствора роданистого аммония NH4CNS. При наличии ионов Fe 3+ появляется красное окрашивание:

Примерное содержание трехвалентного железа определяется по цвету раствора (табл.2).

Таблица 2. Шкала оценки содержания Fe 3+

Цвет раствора Содержание Fe 3+ , мг/л
Желтовато-красный 0,4 – 1,0
Красный 1,1 – 3,0
Ярко-красный 3,1 – 10,0

Определение сульфат-ионов (SO4 2- ). К 5 мл исследуемой воды приливают 4 капли 10%-ного раствора HCl и столько же капель 5%-ного раствора BaCl2. Содержимое пробирки нагревают на пламени спиртовки. В присутствии сульфат-иона выпадает осадок белого цвета или появляется муть:Ba 2+ + SO4 2- → BaSO4↓.

Примерное содержание сульфат-ионов определяется по шкале (табл.3).

Таблица 3. Шкала оценки содержания SO4 2-

Прозрачность раствора Содержание SO4 2- , мг/л
Слабая муть, проявляющаяся через несколько минут 1,0 – 10,0
Слабая муть, появляющаяся сразу 10,1 – 100,0
Сильная муть 100,1 – 500,0
Большой осадок, быстро оседающий на дно пробирки Более 500,0

Определение хлорид-ионов (Cl — ).К 5 мл исследуемой воды приливают три капли 10%-ного раствора азотнокислого серебра, подкисленного азотной кислотой. Появление осадка или мути указывает на наличие анионов хлора (табл.4):

Таблица 4. Шкала оценки содержания Cl –

Прозрачность раствора Содержание Cl — , мг/л
Слабая муть 1,0–10,0
Сильная муть 10,1–50,0
Хлопья осаждаются не сразу 50,1–100,0
Белый объемистый осадок Более 100,0

Определение сульфид-ионов (S 2– ). Присутствие сероводорода легко определить по характерному запаху и почернению свинцовой бумажки. Для этого необходимо в пробирку взять 10 мл исследуемой воды и закрыть отверстие пробирки кусочком фильтровальной бумаги, смоченной раствором Pb(CH3COO)2. Содержимое пробирки слегка подогревают. В присутствии сероводорода бумага чернеет: Pb(CH3COO)2 + H2S → PbS↓ + 2CH3COOH.

Определение нитрат-ионов (NO3 – ). К 5 мл исследуемой воды осторожно по стенкам пробирки прилить около 1 мл раствора дифениламина в серной кислоте. При наличии нитрат-ионов на границе соприкосновения жидкостей появляется синее окрашивание.

Эта реакция является настолько чувствительной, что дает возможность открыть ничтожные следы нитрит-иона. Для того чтобы удалить его, к исследуемой порции воды добавляют несколько кристаллов хлорида аммония и кипятят 2-3 минуты. При этом образовавшийся аммоний нитрит полностью разрушается с выделением свободного азота. После удаления нитрит-иона реакцию проводят с дифениламином.

Определение нитрит-ионов (NO2 — ). Для анализа берут 10 мл исследуемой воды, к ней прибавляют две капли серной кислоты (конц. 1:3), 3 капли 3%-ного раствора йодистого калия. Образующийся при реакции йод выпадает в виде темно-серого осадка и окрашивает раствор в бурый цвет: 2I — + 2NO2 — + 4H + → I2+ 2NO + 2H2O.

Для того чтобы подтвердить наличие йода, к образовавшемуся бурому раствору прибавляют три капли крахмального клейстера. При этом раствор окрашивается в интенсивный синий цвет вследствие образования адсорбированного соединения йода с крахмалом. При нагревании раствора окраска исчезает, а при охлаждении – появляется.

Определение фосфат-ионов (РO4 3– ). Фосфаты определяются, как правило, колориметриче­ским методом (ГОСТ 18309, ИСО 6878) по реакции с молибдатом аммония в кислой среде:

Для анализа берут 20 мл исследуемой воды, к ней прибавляют пипеткой-капельницей 10 капель раствора для связывания нитритов и затем шприцем-дозатором 1 мл раствора молибдата. Склянку закрыть пробкой и встряхнуть для перемешивания раствора. Оставить пробу на 5 мин для полного протекания реакции. Затем добавить к пробе пипеткой-капельницей 2-3 капли раствора восстановителя. При наличии в воде ортофосфатов раствор приобретает синюю окраску. Проведите визуальное колориметрирование пробы. Для этого мерную склянку поместите на белое поле контрольной шкалы и, освещая склянку рассеянным белым светом достаточной интенсивности, определите ближайшее по окраске поле контрольной шкалы и соответствующее ему значение концентрации ортофосфатов (табл.5).

Таблица 5. Шкала оценки содержания РO4 3–

Окраска раствора Содержание РO4 3- , мг/л
Голубоватый 0,1 – 0,2
Светло-синий 0,2 – 1,0
Синий 1,0 – 3,5
Темно-синий Более 3,5

Дата добавления: 2018-06-01 ; просмотров: 154 ; ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ

источник

КАЧЕСТВЕННЫЙ ХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ КАТИОНОВ И АНИОНОВ

Под качественным химическим анализом вещества понимают определение его качественного состава, т.е. открытие (идентификацию) атомов, атомных групп, ионов и молекул в анализируемом веществе.

Существует два метода качественного анализа: дробный и систематический. Дробный качественный анализ предполагает обнаружение иона или вещества в анализируемой пробе с помощью специфического реагента в присутствие всех компонентов пробы. Примером такой реакции может служить обнаружение ионов аммония при подщелачивании раствора:
NH4 + + ОН — = NH3↑ + Н2O
Однако специфических реагентов известно немного. Более распространенны групповые реагенты, дающие сходные реакции с целой группой ионов.

Групповые реагенты используются в систематическом качественном анализе, который предусматривает разделение смеси анализируемых ионов по аналитическим группам, после чего внутри каждой группы с помощью тех или иных реакций разделяют и открывают индивидуальные ионы.

I. Качественный анализ катионов.
Аналитическая классификации катионов но группам.

В основу той или иной аналитической классификации катионов по группам положены их сходства или различия по отношению к действию определенных аналитических реагентов и свойства образующихся продуктов аналитических реакций (растворимость в воде, кислотах и щелочах, способность к комплексообразованию, окислительно-восстановительные свойства).

Существует ряд классификаций катионов по группам (или химических методов качественного анализа катионов). Наиболее распространенными среди них являются три классификации: сероводородная, аммиачно-фосфатная и кислотно-основная, причем сероводородный метод анализа в настоящее время практически не используется, т.к. требует применения токсичного сероводорода и довольно продолжителен.

Читайте также:  Нормативные показатели при анализе воды

Применение групповых реагентов позволяет подразделить многие катионы по аналитическим группам, однако не существует классификации, охватывающей все известные катионы или, по крайней мере, катионы всех металлов.

В таблицах 1.1, 1.2 и 1.3 представлены катионы в соответствии с сероводородной, аммиачно-фосфатной и кислотно-основной классификациями. В этих таблицах перечислены не все катионы, входящие в группу, а только те из них, которые наиболее часто встречаются в фармацевтическом анализе.

Нужно отметить, что в водных растворах «голые» индивидуальные катионы металлов не существуют, поскольку они термодинамически неустойчивы и образуют комплексы различного состава. Поэтому используемая в дальнейшем форма написания катионов Mg 2+ , Bi 3+ и т.д. означает лишь, что речь идет о соединениях элементов в соответствующих степенях окисления, а не о действительном существовании таких ионов.

Таблица 1.1 Сероводородная классификация катионов.

Групповой реагент

Al 3+ , Cr 3+ , Zn 3+ , Mn 3+ , Fe 2+ , Fe 3+ , Co 2+ , Ni 2+

Cu 2+ , Cd 2+ , Mg 2+ , Bi 3+ , Sn 3+ , Sn 4+ , Sb 5+ , As 3+ , As 5+

Таблица 1.2. Аммиачно-фосфатная классификация катионов.

Групповой реагент

Li + , Mg 2+ , Са 2+ , Sr 2+ , Ba 2+ , Mn 2+ , Fe 2+ , Al 3+ , Bi 3+ , Cr 3+ , Fe 3+ *

Cu 2+ , Zn 2+ , Cd 2+ , Mg 2+ , Ni 2+

Раствор (NH4)2HPO4; фосфаты растворимы в водном аммиаке

Sn 2+ , Sn 4+ , As 3+ , As 5+ , Sb 3+ , Sb 5+

* Фосфаты двухзарядных катионов растворимы в уксусной кислоте (2 моль/л), трехзарядных — нет.

Таблица 1.3. Кислотно-основная классификация катионов.

Групповой реагент

Zn 2+ , Al 2+ , Sn 2+ , Sn 4+ , As 3+ , As 5+ , Cr 3+

Раствор NaOH в присутствии
H2O2

Mg 2+ , Sb 3+ , Sb 5+ , Bi 2+ , Mn 2+ , Fe 2+ , Fe 3+

Раствор NaOH или раствор
аммиака (25 %)

Cu 2+ , Cd 2+ , Hg 2+ , Co 2+ , Ni 2+

II. Кислотно-основная классификация катионов.
Систематический анализ катионов по кислотно-основному методу.

2.1. Кислотно-основная классификация катионов.

Данная классификация катионов основана на использовании и качестве групповых реагентов водных растворов кислот и оснований — HCl, H2SO4, NaOH или KOH, NH3*H2O.
Катионы, открываемые в рамках кислотно-основной классификации, подразделяют на шесть аналитических групп (табл. 1.3).

К первой аналитической группе относят катионы Li + , Na + , К + , NH4 + . Групповой реагент отсутствует.

Вторая аналитическая группа представлена катионами Ag + , Hg2 2+ , Pb 2+ . Групповой реагент — раствор НСl (обычно с концентрацией 2 моль/л). Групповой реагент осаждает из водных растворов катионы второй аналитической группы в виде осадков малорастворимых в воде AgCl, Hg2Cl2, РbСl2. Их произведения растворимости при комнатной температуре равны соответственно 1,8*10 -10 , 1,3*10 -18 , 1,6*10 -5 . При действии группового реагента катионы Рb 2+ осаждаются не полностью — частично они остаются в растворе.

К третьей аналитической группе относят катионы Са 2+ , Sr 2+ , Ba 2+ (Рb 2+ иногда). Групповой реагент — раствор H2SO4. Катионы осаждаются в виде малорастворимых CaSO4 (ПР = 2,5*10 -5 ), SrSO4 (ПР = 3,2*10 -7 ), BaSO4 (ПР = 1,1*10 -10 ), PbSO4, (ПР = 1,6*10 -8 ). При действии группового реагента ионы Са 2+ осаждаются не полностью. Для более полнго осаждения ионов кальция в форме CaSО4 к раствору прибавляют этанол, в присутствие которого растворимость сульфата кальция уменьшается. Осадки CaSО4, SrSО4, BaSО4 практически нерастворимы в разбавленных кислотах и щелочах. Сульфат кальция растворим в водном растворе (NH4)24 с образованием комплекса (NH4)2[Ca(SО4)2].

Четвертая аналитическая группа включает катионы Аl 3+ , Cr 3+ , Zn 2+ , As 3+ , As 5+ , Sn 2+ , Sn 4+ . Иногда сюда же относят катионы Sb 3+ . Групповой реагент — водный раствор NaOH (или КОН) в присутствии Н2О2 (обычно избыток 2 моль/л раствора NaOH в присутствии Н2О2(%)), иногда — без Н2О2. При действии группового реагента катионы IV аналитической группы осаждаются из водного раствора в виде амфотерных гидроксидов, растворимых в избытке группового реагента с образованием гидроксомплексов:

А1 3+ + 3ОН — = А1(ОН)3 Al(ОН)3 + 3ОН — = [А1(ОН)6] 3-
Сг 3+ + 3ОН — = Сг(ОН)3 Сг(ОН)3 + 3ОН — = [Сг(ОН)6] 3-
Zn 2+ + 2ОН — = Zn(OH)2 Zn(OH)2 + 2OH — = [Zn(OH)4] 2-
Sn 2+ + 2ОH — = Sn(OH)2 Sn(OH)2 + 4OH — = [Sn(OH)6] 4-

2. Открытие NH4 + :
а) раствор + KOH (NaOH) → NH3↑ (водяная баня) — запах, влажная лакмусовая бумажка синеет
б) раствор + K2[HgJ4], KOH (реактив Несслера) = [(JHg)2NH2]J ↓ — красно-бурый осадок

II. Систематический анализ смеси катионов (см. схему 1).

2.2.2. Анализ смеси катионов второй аналитической группы: Ag + ,Hg 2+ ,Pb 2+ .

Открыть ионы дробно в смеси невозможно, т.к. нет избирательного реагента, поэтому проводят систематический анализ.

К анализируемому раствору прибавляют на холоде групповой реагент-раствор (2 моль/л) HCI до полного выделения осадка, состоящего из AgCl, Hg2CI2, РиСl2 (если раствор остается прозрачным при добавлении 2 капель НCl, осаждение считается полным).

Ход систематического анализа смеси катионов данной группы представлен в схеме 2.

2.2.3. Анализ смеси катионов третьей аналитической группы: Сa 2+ , Sr 2+ , Ba 2+ .

Анализ раствора, содержащего смесь катионов третьей аналитической группы, обычно проводят по следующей схеме.

Вначале проводят предварительные испытания: в отдельных небольших пробах анализируемого раствора дробно открывают катионы, присутствующие в растворе, учитывая их взаимное влияние друг на друга. Часто этим ограничиваются. При необходимости проводят систематический анализ, как описано в схеме 3.

I. Предварительные испытания.

1. Открытие катионов бария (II):

Ва 3+ + К2Сr2O7 (в прис. СН3СОО — ) → ВаСrО4 ↓ — желтый, осадок не растворяется в разбавленной уксусной кислоте;

2. Sr 2+ и Са 2+ может открыть, только если нет Ва 2+ .
Sr 3+ + CaSО4 → SrSO4↓ + Са 2+ (реакция с гипсовой водой);
Са 2+ + K4[Fe(CN)6] + 2 NH4 + → (NH4)2Ca[Fe(CN)6]↓ белый осадок (Sr 2+ не мешает);

3. Если нет Ва 2+ и Sr 2+ , то Са 2+ + Na2C2O4 → СаС2O4 ↓ белый

Осадки гидроксидов не растворяются в полном аммиаке, за исключением Zn(OН)2, который образует аммиачный комплекс [Zn(NH3)4] 2+ . В присутствии H2О2 катионы Cr 3+ , As 3+ , Sn 2+ окисляются соответственно до СrO4 2- , AsO4 3- , [Sn(ОH)6] 2- ионов. Мышьяк (III) и мышьяк (V) считаются катионами As 3+ , As 5+ условно, т.к. в полных растворах они присутствуют и виде ионов AsO3 3- и AsO4 3- соответственно.

В пятую аналитическую группу входят катионы Mg 2+ , Мn 2+ , Sb 3+ , Sb 5+ , Bi 3+ , Fe 2+ , Fe 3+ . Групповой реагент — водный раствор NaOH (обычно 2 моль/л) или 25%-ый водный раствор аммиака. Под действием группового реагента катионы осаждаются в виде соответствующих гидроксидов, которые не растворяются в избытке группового реагента. На воздухе гидроксиды Mn(OH)2 и Fe(ОН)2 постепенно окисляются кислородом до МnО(ОH)2 и Fe(ОН)3.

К шестой аналитической группе относятся катионы Сu 2+ , Cd 2+ , Hg 2+ , Co 2+ , Ni 2+ . Групповой реагент — 25%-ый водный раствор аммиака. При действии группового реагента на водные растворы, содержащие хлориды катионов данной группы, сначала выделяются осадки различного состава: CuOHCl, CoOHCl, NiOHCI, Cd(OH)2, HgNH2CI. Осадки растворяются в избытке группового реагента с образованием соответствующих аммиачных комплексов. Осадки, выпавшие из растворов солей Со 2+ и Hg 2+ , растворяются в избытке аммиака только в присутствии солей аммония. Аммиачный комплекс кобальта (II) грязно-желтого цвета окисляется па воздухе до аммиачного комплекса кобальта (III) вишнево-красного цвета.

2.2. Систематический анализ катионов по кислотно-основному методу.

Сначала будут рассмотрены схемы анализа смесей катионов каждой аналитической группы, а затем — ход анализа смеси катионов всех аналитических групп.

2.2.1. Анализ смеси катионов первой аналитической группы: Li + , Na + , К + , NН + .

Катионы первой аналитической группы не имеют группового реагента. Катионы Li + и NH4 + мешают открытию катионов Na + и К + , поэтому из анализируемого раствора их нужно удалять. Вначале в отдельных пробах анализируемого раствора открывают катионы Li + и NН4 + , после чего эти ноны удаляют, а в остатке открывают К + , Nа + .

I. Предварительные испытания (проводят в отдельной порции анализируемого раствора).

1. Открытие катионов Li + :
а) раствор + Na2РО4 → белый Li3PO4 ↓ (рН=7-8);
б) раствор + NH4F → LiF ↓ (белый)

2.2.4. Анализ смеси катионов четвертой аналитической группы:
Zn 2+ , А
l 3+ , Sn 2+ , Sn 4+ , As 3+ , Cr 3+ , As 5+ .

При анализе раствора, содержащего катионы четвертой аналитической группы, сначала целесообразно провести предварительные испытания, а затем систематический анализ.

I. Предварительные испытания.

1. Открытие Сr 3+ (если они присутствуют, раствор должен быть сине-зеленым):
[Cr(H2О)6] 3+ (зеленый)+ Н2О2(3%) + NaOH изб. → СrО4 2- (желтый)

2. Открытие Sn 2+ :
Sn 2+ + NaOH + Bi(NO3)3 (1-2 капли) → Вi ↓ +[Sn(OH)6] 2-

3. Открытие As 3+ (AsO3 3- в растворе):
AsO3 3- + AgNO3 → Ag3AsO3↓ желтый, аморфный

4. Открытие As 5+ (AsO4 3- в растворе):
AsO4 3- + AgNO3 = Ag3AsO4 аморфный осадок шоколадного цвета

II. Систематический анализ (см. схему 4).

2.2.5. Анализ смеси катионов пятой аналитической группы:
Mg 2+ , Mn 2+ , Sb 3+ , Sb 5+ , Fe 2+ , Fe 3+ , Bi 3+

Некоторые катионы данной аналитической группы удобнее открыть в предварительных испытаниях. Систематический анализ смеси катионов проводят по схеме 5.

1. Предварительные испытания.

1. Открытие ионов Fe 2+ :
4Fe 2+ +3 K3[Fe(CN)6] → Fe4[Fe(CN)6]3 +9K + — темно-синий осадок «турнбуленовой сипи»

2. Открытие ионов Fe 3+ (если ионы присутствуют в растворе, последний имеет желтоватую окраску):
а) 4Fe 3+ + 3K4[Fe(CN)6] → Fe4[Fe(CN)6]3 +12K + — темно-синий осадок «берлинской лазури»
б)Fe 3+ + 6SCN — → [Fe(SCN)6] 3- — красное окрашивание раствора

3. Открытие ионов Мn 2+ :
а) Mn 2+ + NaBiO3 +Н + → МnO4 — + Bi 3+ + Na +
б) Мn 2+ + РbO2 + H + → МnО4 — + Рb 2+
МnO4 — — ноны окрашивают раствор в малиновый цвет.

4. Открытие ионов Bi 3+ (реакцию проводят о щелочной среде, рH=10):
Bi(OH)3 +[Sn(OH)4] 2- → Bi↓ + [Sn(OH)6] 2- черный

2.6. Анализ смеси катионов шестой аналитической группы: Сu 2+ , Сd 2+ , Hg 2+ , Cо 2+ , Ni 2+ .

Перед проведением систематического анализа в отдельных пробах анализируемого раствора можно открыть некоторые катионы с помощью характерных для них реакций.
Некоторые выводы можно сделать по окраске анализируемого раствора: так, аквакатионы Ni 2+ придают раствору зеленоватую окраску, Со 2+ — розовую, Сu 2+ — голубую.

Отдельную порцию раствора можно обработать водным раствором аммиака и проанализировать окраску раствора, зная, что водные растворы аммиачных комплексов металлов окрашены следующим образом:
[Cu(NH3)4] 2+ — синий;
[Co(NH3)6] 2+ — сине-фиолетовый;
[Co(NH3)4] 2+ — желтый;
[Cd(NH3)4] 2+ , [Hg(NH3)4] 2+ — бесцветные.
Систематический анализ проводят в соответствии со схемой 6.

2.2.7. Анализ смеси наиболее распространенных катионов всех шести аналитических групп:
Na + , К + , NH4 + , Ag + , Pb 2+ , Ca 2+ , Sr 2+ , Ba 2+ , Zn 2+ , Al 3+ , Sn 2+ , Cr 3+ , Mg 2+ , Bi 3+ , Mn 2+ , Fе 3+ ,
3+ , Cu 2+ , Cd 2+ , Co 2+ , Ni 2+ .

Примерная схема анализа такого раствора заключается в следущем.

Анализируемый раствор может быть окрашенным или бесцветным. По окраске раствора высказывают предположение о присутствии или отсутствии катионов, имеющих характерную окраску. Например, если раствор прозрачный и бесцветный, можно предположить, что он не содержит катионы Сr 3+ , Fe 3+ , Сu 2+ , Со 2+ , Ni 2+ .

Некоторые предположения можно сделать и на основании измерения рН pacтвора (например, с помощью универсальной индикаторной бумаги). Если значение pН раствора находится в пределах рН = 2 — 4 и раствор не содержит осадка, то о нем отсутствуют Sn(II), Sn(IV), Sb(III), Sb(V), Bi(III), Hg(II), Fe (III), т.к. в противном случае продукты их гидролиза выделились бы в форме осадков.

Анализируемый раствор обычно делят на 3 части. Одну часть используют для предварительных испытании, другую — для проведения систематического анализа, третью оставляют для контроля.

I. Предварительные испытания.

В отдельных небольших порциях анализируемого раствора (объемом примерно 0,3 — 0,5 мл) определяют наличие катионов II — VI аналитических групп действием групповых реагентов.

1. Открытие катионов II аналитической группы (Ag + , Pb 2+ ): анализируемый раствор + HCl → образование осадка белого цвета.

2. Открытие катионов III аналитической группы (Са 2+ , Sr 2+ , Ba 2+ , Pb 2+ ) (свинец (II) относится ко II аналитической группе, но дает осадок PbSO4): анализируемый раствор + H2SO4 → образование осадка белого цвета.

3. Открытие катионов IV, V, VI аналитических групп: анализируемый раствор + NaOH + Н2О2, t°→ образование осадка.

Если при добавлении избытка NaOH осадок полностью растворяется, значит, анализируемый раствор содержит катионы IV аналитической группы (Zn 2+ , Al 3+ , Sn 2+ , Cr 3+ ) и не содержит катионы V и VI аналитических групп. Также в предварительных испытаниях в отдельных порциях раствора открывают некоторые индивидуальные катионы.

4. Открытие катионов NH4 + :
a). NH4 + + КОH → NH3↑ — запах, влажная лакмусовая бумажка синеет.
б) NH4 + + K2[HgJ4], КОН (реактив Несслера) — [(JHg)2NH2]J ↓ — красно-бурый осадок.

6. Открытие ионов Na (если NH4 + удалены):
Na + + K[Sb(OH)6] → ↓ Na[Sb(OH)6] — белый мелкокристаллический

7. Открытие ионов Fe 2+ :
Fe 2+ + K3[Fe(CN)6] → темно-синий осадок «турнбулеповой сини».

8. Открытие ионов Fe 3+ :
Fe 3+ + K4[Fe(CN)6] → темно-синий осадок «берлинской лазури».

9. Открытие ионов Мn 2+ :
Мn 2+ + NaBiO3 → MnO4 — — раствор малиновый.

10. Открытие ионов Сr 3+ :
а) Сr 3+ + H2O2 + NaOH изб. → СrO4 2- синий или зеленый раствор
б) Сr 3+ + КМnO4 + H2SO4 → СrO4 2- + Мn 2+ — желтый раствор

11. Открытие ионов Bi 3+ :
а) Bi 3+ + Sn 2+ → Bi ↓ + Sn 4+ — черный
б) Bi 3+ + Сl — + Н2О → BiOCl ↓, осадок растворяется в избытке HCl — белые хлопья

12. Открытие ионов Сu 2+ :
Сu 2+ + NH3*H2O → ярко-синий раствор (мешает Ni 2+ ).

13. Открытие ионов Ni 2+ :
Ni 2+ + диметилглиоксим → красное окрашивание (мешает Cu 2+ ).

14. Открытие ионов Со 2+ :
Со 2+ + реактив Ильинского (α-нитрозо-β-нафтол) → пурпурно-красный осадок (мешают Fe 3+ , Сu 2+ ).

II. Систематический анализ.

Определив наличие катионов различных групп, приступают к их разделению помощью групповых реагентов. Ход выполнения систематического анализа описан в схеме 7.

2.2.8. Анализ раствора с осадком.

Если анализируемый объект представляет собой раствор с осадком, то вначале эту смесь центрифугируют, отделяют осадок от раствора и обе фазы анализируют отдельно.

Наличие осадка свидетельствует о присутствии в нем малорастворимых в воле соединений, например, хлоридов катионов второй аналитической группы (AgCl, РbСl), сульфатов катионов II и III аналитической группы (CaSO4, SrSO4, SrSO4. BaSO4, PbSO4, Ag2SO4), продуктов гидролиза катионов других групп и т.д.

Осадок испытывают на растворимость в разбавленном растворе уксусной кислоты (растворятся фосфаты двухзарядных катионов: Mg 2+ , Са 2+ , Сr 2+ , Ва 2+ , Мn 2+ ); в разбавленном растворе хлороводородной кислоты (растворятся фосфаты трехзарядных катионов Fe 3+ , Сr 3+ , Bi 3+ , Al 3+ и карбонаты всех катионов); в разбавленной и более концентрированной (1:1) азотной кислоте (растворятся BiOCl, РbС12), в водном растворе винной кислоты (растворится SbOCl), в водном 30%-м растворе ацетата аммония (растворится PbSO4).

Читайте также:  Нормативные документы для анализа сточных вод

III. Качественный анализ анионов. Аналитическая классификация анионов но группам.

Обычно открытие анионов в фармацевтическом анализе осуществляют с использованием разных качественных аналитических реакций в растворах на тот или иной аннон. Разумеется, не исключается применение и других методов анализа (оптических, хроматографических, электрохимических и др.).

Аналитическая классификация анионов по группам, в отличие от аналитической классификации катионов, разработана не столь подробно. Не существует общепризнанной и повсеместно принятой классификации анионов по аналитическим группам. Описаны различные классификации анионов.

Чаще всего принимают во внимание растворимость солей бария и серебра тех или иных анионов и их окислительно-восстановительные свойства в водных растворах. В любом случае удастся логически разделить на группы только часть известных анионов, так что всякая классификация анионов ограничена и не охватывает все анионы, представляющие аналитический интерес.

В табл. 3.1 и 3.2. приведены примеры классификации анионов по аналитическим группам.

По аналитической классификации анионов, основанной на образовании малорастворимых солей бария и серебра, анионы обычно делят на три группы (табл.3.1).

Таблица 3.1. Классификация анионов, основанная на образовании малорастворимых солей бария и серебра.

Групповой реагент

Раствор ВаС12 в нейтральной или слабо-щелочной среде

Сl — , Br — , J — , BrO3 — , CN — , NCS — , S 2- , С6Н5СОО —

Раствор AgNO3 в разб. (2М) азотной кислоте

1 — Бромат-ион иногда относится к III группе, так как бромат серебра AgBrO3 растворяется в разбавленной HNО3.

Осадок Ag2S растворяется при нагревании в растворе HNO3.

Если осадок нерастворим во всех вышеперечисленных растворителях, то это указывает на возможное присутствие в нем соединений: AgCl, PbCl2, CaSO4, SrSО4, BaSO4. Осадок РbСl2 растворяют, обрабатывая его кипящей дистиллированной водой, a AgCl — концентрированным раствором аммиака. Сульфаты катионов третьей аналитической группы переводят в карбонаты обработкой раствором соды и растворяют в уксусной кислоте.

Полученный раствор присоединяют к центрифугату и анализируют далее вместе как описано выше (см. п. 2.2.7).

При аналитической классификации анионов, основанной на их окислительно-восстановительных свойствах, анионы обычно делят на три группы (табл. 3.2.): анионы-окислители, анионы-восстановители и индифферентные анионы, т.е. такие, которые не обладают выраженными окислительно-восстановительными свойствами в обычных условиях.

Таблица 3.2. Классификация анионов, основанная на их окислительно-восстановительных свойствах.

Групповой реагент

I
Окислители

Раствор KI в сернокислой среде

II
Восстановители

S 2- , SO3 2- , S2O 2- , AsO3 3- , 2 NO2 — , 3 C2O4 2- , 4 CI 3 — , Br — , J — , CN — , SCN —

Раствор КМnО4 в сернокислой среде

III
Индифферентные

1 – NO3 — — ион в слабокислой среде практически не реагирует с KI.
2 — NО2 — — ион относят к I или II группе.
3 — С2O4 — заметно обесцвечивает раствор КМnO4 только при нагревании.
4 — Cl — — ион в обычных условиях медленно реагирует с раствором КМnO4.

3.1. Анализ смеси анионов.

В фармацевтическом анализе систематический анализ смеси анионов с использованием любой классификации никогда не проводится, как и в подавляющем большинстве других случаев аналитической практики. Групповой регент можно использовать для доказательства присутствия или отсутствия в смеси (в растворе) анионов той или иной аналитической группы, после чего намечают и реализуют наиболее целесообразную схему анализа данного конкретного объекта. Лекарственные субстанции и лекарственные формы обычно содержат ограниченное число анионов, причем, как правило, бывает известно, какие анионы могут присутствовать в анализируемом препарате. Поэтому при анализе лекарственных препаратов входящие в их состав анионы открывают дробным методом с помощью тех или иных частных аналитических реакций на соответствующий анион.

Общая логическая схема анализа смеси анионов обычно состоит в следующем. Вначале на первом этапе проводят предварительные испытания, в ходе которых определяют рН раствора, устанавливают с помощью групповых реагентов присутствие или отсутствие анионов первой и второй аналитических групп, выясняют наличие анионов-окислителей, анионов-восстановителей, проводят пробу па выделение газов.

Затем на втором этапе дробным методом открывают отдельные анноны в небольших пробах анализируемого раствора.

Если растворы содержат, наряду с ионами водорода H3O + , только катионы натрия и калия, (остальные катионы отсутствуют), то их непосредственно анализируют на присутствие анионов. Если же в растворах присутствуют катионы II-VI аналитических групп, то их обычно предварительно отделяют, так как они могут помешать открытию некоторых анионов. Удаление катионов II-VI аналитических групп можно осуществить либо обработкой раствором соды (Na2CO3) или поташа (К2СО3), переводя эти катионы (а также катион лития Li + ) в малорастворимые карбонаты, либо методом ионообменной хроматографии.

3.1.1. Первод катионов II — VI аналитических групп о малорастворимые карбонаты.

2СН3СООН + Na2CO3 → 2CH3COONa + H2O + CO2↑.Предварительно в отдельных порциях анализируемого раствора открывают карбонат ион и ацетат — ион (как описано ниже).

Затем к пробе анализируемого раствора (

30 капель) осторожно, по каплям прибавляют разбавленный раствор соды для нейтрализации раствора до слабощелочной реакции, после чего добавляют еще

30 капель раствора соды. Смесь нагревают до кипения и кипятят около 5 минут, периодически добавляя по каплям дистиллированную воду по мере упаривания раствора, поддерживая объем жидкой фазы приблизительно постоянным. Полученную смесь центрифугируют, центрифугат отделяют от осадка (который сохраняют для дальнейшего анализа — в случае необходимости).

К центрифугату осторожно, при перемешивании, по каплям прибавляют разбавленную уксусную кислоту до рН

7 для удаления избытка карбонат — ионов. Полученный раствор анализируют далее на присутствие анионов.

3.1.2. Предварительные испытания (проводятся в отдельной порции раствора).

1. Определение рН анализируемого раствора.
Если рН 2- , S2O3 2- , CO3 2- , S 2- , NO2 — . При рН — и NO2 — , SO3 2- и МnО4 — и так далее, т.к. они взаимодействуют между собой. В щелочной среде могут присутствовать все рассматриваемые анионы.

2. Проба на присутствие анионов неустойчивых кислот.
Если при подкислении анализируемого раствора до рН 2- , S2O3 2- , CO3 2- , S 2- , NO2 — . Желто-бурый цвет газа указывает на присутствие нитрит-ионов. Помутнение раствора при его подкислении свидетельствует о наличии в нем S2O3 2- ионов, разлагающихся с выделением элементарной серы.

3. Проба па присутствие анионов первой аналитической группы (табл.3.1).
Если анионы первой аналитической группы имеются в растворе, то при добавлении к нему раствора ВаСl2 при рН=7-9 выпадает белый осадок. Все малорастворимые соли бария, кроме сульфата бария BaSO4, растворяются при подкислении раствора, поэтому если полученный осадок полностью растворяется при прибавлении раствора НСl, то в растворе отсутствуют ионы SO4 2- .

4. Проба на присутствие анионов второй аналитической группы (табл. 3.1).
Если в анализируемом растворе присутствуют анионы второй аналитической группы, то при добавлении к нему азотнокислого раствора AgNO3 образуется осадок. Если осадок не выпадает, то это означает, что анионы второй аналитической группы в анализируемом растворе отсутствуют (возможно, присутствие ионов BrO3 — ).

5. Проба на присутствие анионов-окислителей.
Наличие анионов-окислителей (NO2 — , NO — , ВrО3 — ) устанавливают реакцией с KJ и сернокислой среде (рН

1) в присутствии раствора крахмала. Окислители переводят ионы J в йод J2, при образовании которого крахмальный раствор окрашивается в синий цвет.

6. Проба на присутствие анионов-восстановителей.

Наличие анионов-восстановителей устанавливают реакцией с йодом (раствор йода обесцвечивается, поскольку йод в нейтральной или слабокислой среде окисляет анионы-восстановители S 2- , SO3 2- , S2O3 2- , С2O4 2- , Br — , J — , SCN — , NO2 — ).

3.1.3. Дробное обнаружение анионов.

После проведения предварительных испытаний, отдельные анноны открывают дробным методом, учитывая их возможное мешающее влияние друг на друга.

Рассматриваемые анионы вступают в многочисленные реакции с различными реагентами. Многие из этих реакций представляют аналитический интерес. Ниже охарактеризованы только некоторые из этих реакций, рекомендуемые чаще других.

1. Открытие сульфат-нона.
4 2- — ион обнаруживают по реакции с катионами бария Ва 2+ :
4 2- + Ва 2+ → BaSО4
Образуется белый мелкокристаллический осадок, не растворяющийся в минеральных кислотах.

2. Открытие сульфид-поиа.
S 2- — ион обнаруживают при подкислении раствора разбавленной НCI:
S 2- + 2HCI → Н2S ↑ + 2CI — , фильтровальная бумага, смоченная раствором (СН3СОО)2Pb, чернеет:
Н2S + (СН3СОО)2Рb → PbS + 2СН3COOН.

3. Открытие сульфит — нона.
Если в растворе присутствуют анионы S 2- , S2O3 2- , сульфит-ионы сначала переводят и осадок в виде SrSO3, затем осадок отделяют, растворяют в кислоте и проводят качественную реакцию.
а). В отсутствии ионов S 2- , S2O3 2- , сульфит-ионы обнаруживают по реакции:
3 2- + J2 +H2О → SО4 2- + 2J — + 2H + , pH = 5-7. Желтый раствор йода обесцвечивается.
б). Реакция разложения сульфитов кислотами:’
SO3 2- + 2H + → SO2 ↑ + H2O.
Выделяющийся диоксид серы обнаруживают по обесцвечиванию водного раствора йода или перманганата калия (реакцию проводят в приборе для обнаружения газов).

4. Открытие тиосульфат — иона.
Ионы S2O3 2- открывают по помутнению пробы раствора при подкислении серной или хлороводородной кислотой.
S2О3 2- + 2H + ↔ H2S2О3 → S ↓ + SО2 + Н2О.
Примечание: тиосульфаты щелочных металлов, стронция, цинка, кадмия, марганца (II), железа (II), кобальта (II), никеля (II) растворимы в воде; тиосульфаты других металлов малорастворимы в воде.

5. Открытие карбонат-иона.
Если в растворе отсутствуют ионы SO3 2- , S2O3 2- , то карбонат-ион обнаруживают при подкислении раствора по выделению газообразного СО2, который вызывает помутнение известковой воды: СО3 2- + 2Н + → СО2 ↑ + Н2О.
Если же ионы SO3 2- , S2O3 2- присутствуют, то их необходимо предварительно окислить до SО4 2- и S4О6 2- соответственно раствором КМnO4 пли К2Сr2O7. В полученном растворе открывают СO3 2- — ионы.

6. Открытие оксалат — иона.
При отсутствии и растворе карбонат-ионов и анионов-восстановителей, C2O4 2- иона открывают по реакции:
↓Agl +Na2S3О3 → Na[Ag(S2О3)] • Nal. желтый

7. Открытие нитрит — иона.
NO2 — — ион открывают по реакции с реактивом Грисса-Илошвая (смесь сульфаниловой кислоты HSO3C6H42 с 1 — нафтиламином C10Н7NH2):
NO2 — + реактив Грисса → ярко-красное окрашивание.
NO3 — — ион не дает аналогичной реакции.
Если нитрит — ион открыт, то его обычно удаляют, поскольку он мешает открытию нитрат — иона NO3 — :
2 — + NH4CI → N2 + 2Н2О
Раствор используют для открытия нитрат — ионов.

8. Открытие нитрат — иона.
NO3 — + 1-дифениламин → синее окрашивание раствора; постепенно окраска изменяется на бурую, а затем на желтую.

9. Открытие ацетат — иона.
а). Ацетат — ион в сернокислой среде (H2SO4 конц.) реагирует со спирт образованием сложных эфиров уксусной кислоты:
СН3СООН + С2Н5ОН → СН3СООС2Н5 + Н2О.
Этилацетат СН3СООС2Н5 обладает характерным приятным запахом.
Реакцию катализируют соли серебра.
б). При растирании твердых проб, содержащих ацетаты, с твердыми NaНSО4, KHSO4 выделяется уксусная кислота, обнаруживаемая по характерному запаху укуса

10. Открытие тартрат-иона — ООС — СН(ОН) — СН(ОН) — СОО —
Тартрат-анион — аннон слабой двухосновной винной кислоты, хорошо растворим в воде. В растворе ионы обнаруживают по реакции с хлоридом калия о присутствии ионов:
С4Н4О6 2- + К + + Н + → ↓ KHC4H4O6. Образуется белый кристаллический осадок, растворимый в минеральных кислотах и щелочах

11. Открытие цитрат-иона – ООССН2 — С(ОН)(СОО — ) – СН2СОО — .
Цитрат-ион — анион слабой трех основной лимонной кислоты, хорошо pacтворяется в воде. Открывают ноны по реакции взаимодействия с катионами кальция в нейтральной среде:
2О4 2- + 2MnO4 — + 16H + → 10CO2↑ + 2Mn 2+ + 8H2O.
Раствор KMnO4 обесцвечивается, выделение CO2 фиксируется по помутнению известковой воды за счет образования СаСО3 ↓.
Если исследуемый раствор содержит мешающие ноны, оксалат-ион отделяют в виде осадка оксалата кальция СаС2О4, действуя избытком раствора СаС12 в уксуснокислой среде при нагревании. Полученный осадок обрабатывают разбавленной серной кислотой при нагревании, при этом С2О4 2- — ионы переходят в раствор, где их можно открыть:
↓ СаС2О4 + H24 → CaSО4 + С24 2- ↓ + 2Н + .

12. Открытие ортофосфат — иона.
РO4 3- — ионы можно обнаружить двумя способами:
а) Реакция с магнезиальной смесью (MgCl2 + NH3 + NH4Cl):
HPO4 2- + MgCI2 + NH3 + NH4MgPO4
Образуется белый мелкокристаллический осадок магнийаммонийфосфат растворяющийся в кислотах.
б) Реакция с молибдатом аммония (NH4) 2MoО4:
PO4 3- + 3NH4 + + 12MoO4 2- +24H + →↓(NH4) 3[PO4(Mo5O10) 12 + 12 H2O
Образуется желтый кристаллический осадок комплексной аммонийной фосфоромолибдеповой гетерополикислоты — фосфоромолибдат аммония.
Мешают анионы-восстановители, восстанавливающие продукт реакции молибденовой сини.

13. Открытие Сl — иона.
Хлорид-ионы осаждают в виде белого осадка хлорида серебра, который, в отличие от AgBr и AgJ, растворяется в насыщенном водном растворе (NH4) 23:
Ag + + Cl — → AgCl,
AgCl + (NH4) 2CO3 → [Ag(NH3) 2]CI + CO2 + H2O.
Раствор отделяют от осадка и доказывают присутствие в нем хлорид-ионов:
[Ag(NH3) 2]CI + 2HNO3 (конц.)→ AgCI ↓ + 2NH4NO3
Открытию Сl — иона мешают SCN — ионы, поэтому их необходимо предварительно удалить.

14. Открытие бромид- и иодид-ионов.
Обычно в присутствии Сl — ионов, бромид — и иодид-ионы открывают одновременно, учитывая, что осадок AgCI растворяется в насыщенном растворе (NH4)23, осадок AgBr в концентрированном водном аммиаке, a AgJ — в растворе тиосульфата натрия:
↓ AgBr + 2NH3 → [Ag(NH3)2]Br,
2 Сit 3- + 3СаС12 → Ca2Cit2 + 6Cl — .
При кипячении раствора из него выпадает белый осадок, растворяющийся при охлаждении смеси, а также в разбавленной соляной кислоте. Мешают С2О4 2-

15. Открытие бензоат-иона С6Н5СОО —
Бензоат-ион — анион слабой одноосновной бензойной кислоты, малорастворимой в воде.
При подкислении растворов, содержащих бензоаты, минеральными кислотам образуется белый осадок бензойной кислоты:
С6Р5СОО — + Н + → ↓C6Н5COOН.
Аналогичный эффект дают салицилат-ионы.

16. Открытие салицилат-иона НО – С6Н4 — СОО — .
Салицилат-ион — анион слабой одноосновной салициловой кислоты, очень плохо растворимой в воде.
Обнаружить его можно в нейтральной среде по реакции:
3 НОС6Н4СОО — + Fе 3+ → [Fe(HOC6H4COO) 3].
Образуется соединение сине-фиолетового или красно-фиолетового цвета, при подкислении раствора минеральными кислотами окраска раствора обесцвечивается.
В аналогичной реакции с бензоат-ионами образуется розово-желтый осадок, растворимый в кислотах.

3.1.4. Систематический анализ смеси анионов.

Не существует такая схема систематического анализа смеси анионов в растворе, которая была бы общепринятой, в отличие от систематического анализа смеси катионов.

Ниже предложен один из вариантов анализа смеси анионов. Последовательность операций в общем случае заключается в следующем. Вначале проводятся предварительные испытания, затем дробно в отдельных порциях раствора открывают некоторые анноны, после чего осуществляют разделение анионов с помощью групповых реагентов с последующим открытием анионов в разделенных осадках и растворах.

Пусть анализируемый раствор содержит наиболее распространенные анионы трех аналитических групп.
SО 2- , SO3 2- , РО4 3- , СО3 2- , NO3 — , NО2 — , CH3СOO — , Сl — , Br — , J — , S2O3 2- , S 2- .

В отдельных порциях раствора проводят предварительные испытания и дробно открывают анионы NO3 — , NO2 — , CH3COO — (обязательно!) и некоторые другие. Затем проводят систематический анализ; один возможных способов описан в схеме 8.

источник