1 курс / Химия / Analiticheskaya_khimia_dlya_biologov

Выполнение. В пробирку поместить 2 капли раствора соли цинка, прибавить воды до объема 1 мл и 3−4 капли раствора дитизона в хлороформе. Пробирку встряхнуть.

Никель(II)

Биологическая роль и значение в медицине: никель относится к числу микроэлементов, необходимых для нормального развития живых организмов. Однако о его роли в живых организмах известно немного.

никеля в почвах приводят к эндемическим заболеваниям – у растений появляются уродливые формы, у животных – заболевания глаз, связанные с накоплением никеля в роговице. Особенно вредны летучие соединения

12. Получение диметилглиоксимата никеля

Выполнение. В пробирку поместить 1–2 капли раствора соли никеля, добавить 3–5 капель 2 M раствора аммиака и 2–3 капли спиртового раствора диметилглиоксима. Наблюдать образование яркого красного осадка диметилглиоксимата никеля.

Маскирование и разделение

13. Обнаружение кобальта (II) в присутствии железа (III)

Взаимодействие ионов кобальта (II) с роданид-ионами приводит к образованию малоустойчивых комплексов [Co(NCS)n]2-n (n = 1–4) синего

19

цвета. Амиловый спирт экстрагирует роданидные комплексы кобальта в органическую фазу в виде (NH4)Co(NCS)3·xS (x – число молекул экстрагента). Реакция ионов железа(III) с роданид-ионами приводит

к образованию устойчивых комплексов [Fe(NCS)n]3-n (n = 1–6) кровавокрасного цвета, которые также могут экстрагироваться органическими растворителями, что приводит к невозможности обнаружения ионов кобальта в присутствии ионов железа(III) без использования операции маскирования. Известно, что ионы железа с фторид-ионами образуют

Содержимое пробирки встряхнуть. Синяя окраска органической фазы свидетельствует об обнаружении ионов кобальта(II). Провести «холостой» опыт с раствором соли железа(III).

14. Обнаружение никеля(II) в присутствии железа(III) и кобальта(II)

Ионы железа(III) и кобальта(II) мешают определению никеля(II), так как при их взаимодействии с диметилглиоксимом образуются окрашенные комплексы. Кроме того, поскольку определение никеля протекает при рН = 5–10, мешающим действием обладают ионы железа(III) за счет образования окрашенного гидроксида. Устранить мешающее действие катионов железа и кобальта возможно посредством проведения реакции на фильтровальной бумаге капельным методом с предварительным переведением ионов металлов в малорастворимые фосфаты (из которых фосфат никеля наиболее растворим) действием гидрофосфата натрия с последующей обработкой диметилглиоксимом и аммиаком.

Выполнение. В чистую пробирку поместить по 2 капли растворов солей никеля(II), железа(III) и кобальта(II). На фильтровальную бумагу нанести каплю раствора Na2HPO4, после ее впитывания – каплю исследуемого раствора, а затем еще каплю раствора Na2HPO4. Высохшее пятно обвести по периферии раствором диметилглиоксима и обработать парами аммиака. В присутствии ионов никеля(II) наблюдается образование красного кольца диметилглиоксимата никеля.

20

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДЕЛА ОБНАРУЖЕНИЯ ИОНОВ Fe(III) В

РЕАКЦИЯХ С NaOH И K4[Fe(CN)6]

Цель работы – знакомство студентов с понятием «предел обнаружения» и получение навыков определения предела обнаружения железа(III) в разных реакциях.

Результаты проведенных экспериментов оформляют в лабораторном журнале в виде табл. 2.

Таблица 2

Оценка предела обнаружения реакций Fe(III) с гидроксидом натрия и гексацианоферратом(II) калия

Выполнение эксперимента. Из исходного раствора, содержащего Fe(III) в концентрации 1 · 10−3 г/мл, необходимо приготовить растворы 1–4 путем последовательного разбавления.

Раствор 1: в сухую пробирку поместить 2 капли исходного раствора, добавить 18 капель воды и осторожно перемешать (разбавление исходного раствора в 10 раз).

Раствор 2: в сухую пробирку поместить 2 капли раствора 1, добавить 18 капель воды и осторожно перемешать.

Раствор 3: в сухую пробирку поместить 2 капли раствора 2, добавить 18 капель воды и осторожно перемешать.

Раствор 4: в сухую пробирку поместить 2 капли раствора 3, добавить 18 капель воды и осторожно перемешать.

Обнаружение Fe(III) гидроксидом натрия

Fe3+ + 3OH− Fe(OH)3 ↓

(осадок бурого цвета).

Проведение реакции. В сухие пробирки поместить по 5 капель исходного раствора, растворов 1 и 2; в каждую пробирку добавить по 5 капель 6,0 М раствора NaOH, перемешать, дать постоять несколько

(осадок синего цвета или раствор сине-голубого-цвета).

21

Проведение реакции. В сухие пробирки поместить по 5 капель растворов 1–4, в каждую добавить по капле 2,0 М раствора серной кислоты и по 1 капле раствора K4[Fe(CN)6], перемешать. Отметить, в каких опытах наблюдается аналитический сигнал – образование осадка или окрашивание раствора, полученные результаты занести в табл. 2.

По данным табл. 2 для каждой реакции необходимо определить минимальную концентрацию Fe3+ в г/мл, при которой железо обнаруживается достоверно, и сделать вывод о том, какая реакция имеет большую чувствительность.

ЛИТЕРАТУРА К УЧЕБНОЙ ЗАДАЧЕ

1.А. П. Крешков. Основы аналитической химии : в 2 т . М .: Химия,

1965. Т. 1. 498 с.

2.Аналитическая химия / К. А. Селезнев. М. : Высш. шк., 1963.

288 с.: ил.

3.В .Н. Алексеев. Курс качественного химического полумикроанализа. М. : Госхимиздат, 1958. 584 с.

4.Е. С. Северин. Биохимия : учебник для вузов. М .: ГЭОТАР-МЕД,

2003. 779 с.

5.Химические методы анализа : практикум по аналит. химии / сост. Е. А. Притчина, Л. Г. Лавренова, Т. Д. Федотова; Новосиб. гос. ун-т. Новосибирск : РИЦ НГУ, 2014. 201 с.

22

КОНТРОЛЬНАЯ ЗАДАЧА 1

АНАЛИЗ СМЕСИ КАТИОНОВ III АНАЛИТИЧЕСКОЙ ГРУППЫ:

Fe2+, Fe3+, Zn2+, Al3+, Cr3+, Mn2+, Co2+, Ni2+

Цель работы заключается в использовании приобретенных во время учебной задачи навыков и знаний для определения состава анализируемого раствора, содержащего соли катионов III аналитической группы, а также освоение техники проведения операций в систематическом анализе.

Для успешного проведения анализа необходимо знание следующих понятий:

−«метод свидетеля» – проведение реакции с чистым раствором соли анализируемого катиона и сравнение результата с полученным в ходе анализа;

−«холостой опыт» – проведение реакции в отсутствие

анализируемого катиона с целью установления влияния других ионов

врастворе на результат анализа;

−«искусственная смесь» – модель анализируемой задачи на основе

установленного списка присутствующих катионов.

Высокую вымытую пробирку с пробкой следует подписать своей фамилией и отдать преподавателю. Важно! При получении анализируемого раствора в первую очередь необходимо обратить внимание на его ЦВЕТ, поскольку растворы солей некоторых катионов

IIIаналитической группы имеют характерную окраску.

Впроцессе работы составляется отчет в виде табл. 3, включающей наблюдения в ходе каждой реакции и соответствующие выводы.

Таблица 3

Результаты анализа смеси катионов III аналитической группы

Дробный анализ

1. Обнаружение Fe2+

Получение «турнбулевой сини»

Выполнение эксперимента. На предметное стекло поместить каплю анализируемого раствора, добавить каплю 2 М раствора HCl и каплю раствора гексацианоферрата(III) калия. В присутствии ионов Fe2+ в образовавшемся осадке видны частицы темно-синего цвета.

23

Получение комплекса Fe2+ c α,α’-дипиридилом

Выполнение эксперимента. На предметное стекло поместить каплю анализируемого раствора, добавить 2 капли 0,1 М раствора HCl и 2 капли раствора α, α’-дипиридила. В присутствии ионов Fe2+ наблюдается

образование растворимого комплекса ярко-красного цвета.

2. Обнаружение Fe3+

Получение «берлинской лазури»

Выполнение эксперимента. На предметное стекло поместить каплю анализируемого раствора, добавить каплю раствора гексацианоферрата(II) калия. В присутствии ионов Fe3+ наблюдается образование темно-синего осадка.

Получение роданидных комплексов железа(III)

Выполнение эксперимента. К двум каплям анализируемого раствора добавить на кончике шпателя твердого роданида аммония. В присутствии ионов Fe3+ наблюдается образование растворимых комплексов кроваво-

красного цвета.

3. Обнаружение Zn2+

Получение дитизоната цинка

Выполнение эксперимента. К капле анализируемого раствора

на фильтровальную бумагу капиллярной пипеткой. Образовавшееся пятно

пурпурно-красного кольца дитизоната цинка. Провести холостой

эксперимент в отсутствие ионов цинка и отметить цвет кольца.

4. Обнаружение Ni2+

Получение диметилглиоксимата никеля

Выполнение эксперимента. На фильтровальную бумагу поместить каплю 0,5 М раствора Na2HPO4, после впитывания в центр пятна нанести каплю анализируемого раствора, а затем еще каплю 0,5 М раствора

диметилглиоксимата никеля красного цвета.

5. Обнаружение Al3+

Получение алюминий-ализаринового лака

Выполнение эксперимента. На фильтровальную бумагу нанести каплю раствора гексацианоферрата(II) калия, в центр образовавшегося влажного пятна – каплю исследуемого раствора, а после ее высыхания – еще одну каплю раствора гексацианоферрата(II) калия. Полученное пятно обработать парами аммиака, обвести по периферии раствором ализарина

24

и вновь обработать парами аммиака. В центре образуется пятно осажденных комплексов, присутствующих в анализируемом растворе ионов металлов с гексацианоферратом(II), наряду с которым в присутствии ионов Al3+ наблюдается образование розового кольца

алюминий-ализаринового лака на фиолетовом фоне.

6. Обнаружение Co2+

Получение роданидных комплексов кобальта

Выполнение эксперимента. В пробирку поместить 2 капли анализируемого раствора и 3 капли воды, добавить твердого роданида аммония и фторида аммония, затем добавить 15 капель амилового спирта и встряхнуть. В присутствии ионов Co2+ наблюдается окрашивание

органической фазы в синий цвет.

7. Обнаружение Mn2+

Получение марганцевой кислоты

Выполнение эксперимента. В пробирку поместить одну каплю

отстояться. В присутствии ионов Mn2+ наблюдается образование

марганцевой кислоты красно-фиолетового цвета.

8. Обнаружение Cr3+

Получение пероксида хрома

Выполнение эксперимента. В пробирку поместить 4 капли анализируемого раствора, добавить 6 капель 30 % раствора NaOH и каплю 30 % раствора H2O2, нагреть раствор в пробирке до кипения на песчаной бане. В присутствии ионов Cr3+ наблюдается желтое окрашивание раствора над осадком. Для подтверждения / опровержения вывода о присутствии ионов хрома(III) необходимо охладить реакционную смесь до комнатной температуры, отобрать 5 капель раствора над осадком, добавить каплю 30 % раствора H2O2, 15 капель амилового спирта и по каплям при встряхивании раствор серной кислоты 1:4. В присутствии ионов Cr3+ наблюдается синее окрашивание органической фазы.

Систематический анализ Техника выполнения основных операций в ходе систематического

анализа Осаждение. В пробирку помещают необходимое количество

исследуемого раствора, после чего медленно, по каплям, прибавляют необходимое количество реактива и тщательно перемешивают. Для лучшего разделения ионов раствор проверяют на полноту осаждения: осадку дают отстояться, и к прозрачному раствору над осадком прибавляют каплю осаждающего реактива. Если раствор не помутнел, значит, полнота осаждения достигнута.

25

Центрифугирование. Для отделения осадка от раствора используют центрифугирование, в ходе которого осадок отбрасывается на дно пробирки, а над ним остается прозрачный раствор. При центрифугировании коническую пробирку с мутным раствором помещают в одну из гильз центрифуги, а в противоположную гильзу вставляют такую же пробирку с равным объемом воды, после чего центрифугу закрывают и включают на две минуты при скорости вращения

2000 об/мин.

Внимание! При центрифугировании запрещено использовать поврежденные пробирки и открывать крышку прибора до полной остановки центрифуги!

После полной остановки центрифуги можно открыть крышку, извлечь пробирки с растворами и отделить прозрачный раствор от осадка.

Промывание осадка. После того как осадок отделен от раствора, его надо промыть. Для этого к осадку в той же пробирке прибавляют около 1−1,5 мл промывной жидкости и тщательно перемешивают содержимое пробирки. Полученную смесь центрифугируют, прозрачный раствор отделяют капиллярной пипеткой. Как правило, достаточно один− два раза

повторить операцию промывания осадка.

1. Обнаружение Ni2+

Выполнение эксперимента. В пробирку поместить 10–15 капель анализируемого раствора, добавить концентрированный аммиак до явного

диметилглиоксима. В присутствии ионов Ni2+ наблюдается выпадение ало-

красного осадка.

2. Обнаружение Zn2+ и Al3+

Выполнение эксперимента. В пробирку поместить 15–20 капель анализируемого раствора, добавить равный объем 30 % раствора NaOH до рН ≥ 11, полученную смесь центрифугировать. Для анализа на ионы отобрать раствор над осадком.

Получение дитизоната цинка. На фильтровальную бумагу нанести 2 капли полученного раствора, пятно по периферии обвести при помощи пипетки раствором дитизона в хлороформе.

Получение алюминий-ализаринового лака. В пробирку поместить

5 капель полученного раствора, добавить 2 капли раствора ализарина, по каплям – 2 М раствора уксусной кислоты до исчезновения фиолетового окрашивания и нагреть. В присутствии ионов Al3+ наблюдается красный осадок лака.

Получение гидроксида алюминия. К остаткам раствора в пробирке добавить твердый хлорид аммония и нагреть на водяной бане.

26

В присутствии ионов Al3+ наблюдается выпадение белого коллоидного

осадка.

3. Обнаружение Cr3+, Co2+, Mn2+, Fe3+

Выполнение эксперимента. В пробирку поместить 15–20 капель

В присутствии ионов CrO42– наблюдается желтое окрашивание раствора над осадком. Полученный раствор может содержать ионы CrO42–, а осадок

– гидроксиды Co(II), Mn(II), Fe(III).

Получение пероксида хрома. В пробирку поместить 5 капель охлажденного раствора, 1 каплю 30 % раствора H2O2, 15 капель амилового спирта и по каплям при встряхивании раствор H2SO4 1:4. В присутствии хрома наблюдается синее окрашивание органической фазы.

Определение Co(II), Mn(II), Fe(III)

Впробирку с осадком гидроксидов добавить 2 мл воды, перемешать

ицентрифугировать смесь. Промывные воды удалить. К части промытого

осадка добавить 10 капель 6 М HNO3, 3–4 кристаллика KNO2 и нагреть на песочной бане до прекращения газовыделения. В случае неполного растворения осадка – центрифугировать смесь и отбросить осадок. Дальнейшая работа проводится с раствором, полученным на данном этапе.

Получение марганцевой кислоты. В пробирку поместить 5 капель раствора, добавить 3 капли 6 М азотной кислоты и немного твердого висмутата натрия. В присутствии марганца наблюдается краснофиолетовое окрашивание раствора.

Получение роданидных комплексов Co(II) и Fe(III). В пробирку

поместить 5 капель раствора, добавить избыток твердого роданида аммония. В присутствии ионов Fe3+ наблюдается появление кровавокрасного окраски раствора. Далее добавить твердого фторида аммония до исчезновения красной окраски, 15 капель амилового спирта и встряхнуть. В присутствии ионов Co2+ наблюдается синее окрашивание органической фазы.

Представление результатов

В конце работы необходимо сделать выводы о качественном составе анализируемой смеси и представить преподавателю список обнаруженных катионов.

ЛИТЕРАТУРА К КОНТРОЛЬНОЙ ЗАДАЧЕ 1

1.А. П. Крешков. Основы аналитической химии : в 2 т. М .: Химия,

1965. Т. 1. 498 с.

2.В. Н. Алексеев. Курс качественного химического полумикроанализа. М. : Госхимиздат, 1958. 584 с.

27

ГЛАВА 3. ПРЕДСТАВЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ АНАЛИЗА

Дальнейшие разделы практикума посвящены количественному анализу. При проведении количественного анализа необходимо уметь корректно представлять его результаты. В данном разделе кратко рассматриваются основные моменты, связанные с обработкой результатов анализа, полученных для выборок небольшого объема.

Выборкой объема n называется ряд результатов x1, … , xn, полученный в ходе n измерений величины x.

Среднее значение выборки рассчитывается по формуле:

x = ∑in=1 xi .

n

При проведении анализа мы встречаемся с двумя типами погрешностей

– случайными и систематическими. Случайные погрешности вызывают разброс результатов при проведении многократных измерений определяемой величины x. Избавиться от их воздействия невозможно. Мерой разброса результатов вокруг среднего значения является

стандартное отклонение S:

Число n – 1, стоящее в знаменателе, называется числом степеней свободы и обычно обозначается f. Величина S2 называется дисперсией.

содержания определяемого компонента μ. В принципе, систематические погрешности можно выявить и избавиться от них. Для дальнейшего изложения примем, что мы смогли избавиться от действия систематических погрешностей.

При расчете результатов анализа необходимо уметь корректно оперировать значащими цифрами. Значащие цифры – это все достоверно известные цифры числа плюс первая сомнительная цифра [1]. Определить количество значащих цифр в числе можно с помощью подсчета всех разрядов числа, которые содержат достоверно известные цифры, а затем добавить разряд, содержащий первую недостоверно известную цифру.

Пример

Пусть при измерении массы тигля с осадком на аналитических весах (погрешность взвешивания ± 0,0002 г) получено значение его массы

28