Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Алимарин, И. П. Качественный и количественный ультрамикрохимический анализ

.pdf
Скачиваний:
9
Добавлен:
22.10.2023
Размер:
19.11 Mб
Скачать

И. П. Алпмарин, М. Н. • Петрпкова

КАЧЕСТВЕННЫЙ

ИКОЛИЧЕСТВЕННЫЙ

УЛЬТРАМИКРО­

ХИМИЧЕСКИЙ

АНАЛИЗ

МОСКВА ИЗДАТЕЛЬСТВО «ХИМИЯ» 1974

Алимарин И. П., Петрикова М. Н.

А —50

Качественный

и

количественный

ультрампкрохимический

 

анализ. М., «Химия»,

1974.

 

 

 

 

191 с ; 20 таблиц; 125 рис., список литературы 232 ссылки.

 

Книга

посвящена ультрампкрохимнческому

анализу —

 

сравнительно новому методу в аналитической химии, который

 

позволяет

работать

с

малыми количествами вещества

( Ю - 6

 

10_ э г) при обычных

концентрациях

( Ю - 1 — Ю - 3 н.)

его

в рас­

 

творе. Рассмотрены особенности этого метода, описана

аппара­

 

тура.

 

 

 

 

 

 

Большое внимание уделено подготовке малой пробы к ана­ лизу, переводу вещества в растворимое состояние, приемам идентификации катионов и анионов, качественному исследова­ нию некоторых материалов. В книге подробно описаны ме­ тоды разделения (осаждение, электролиз, экстракция, ионный обмен, перегонка и пр.) и методы количественного ультрамикроаналнза, различные конструкции ультрамикровесов и мето­ дика взвешивания, титрование с визуальной и электрометри­ ческой индикацией точки эквивалентности, а также приборы и методика эксперимента фотометрического ультрамикроанализа.

Книга может быть использована в качестве методического руководства для химиков-аналитиков, выполняющих экспери­ мент в ультрамикромасштабе, и как учебное пособие для сту­ дентов старших курсов, специализирующихся по аналитиче­ ской химии.

© Издательство «Химия», 1974 г,

СОДЕРЖАНИЕ

Предисловие

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-

• _ б

Введение

 

-.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7

 

 

 

 

 

 

 

Ч А С Т Ь I . О Б Щ И Е С В Е Д Е Н И Я

 

 

 

Г л а в а

1. Особенности

ультрамикрометода

химического анализа

. . .

 

9

Г л а в а

2.

Общая

аппаратура

 

 

 

 

 

 

 

 

 

16

§ ] . Основные приборы и приспособления

 

 

 

 

17

 

Микроскоп

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

17

 

Мнкроманипуляторы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

18

 

Поршневое

приспособление

для

мнкропипетки

19

 

Влажная камера

и

держатель

микропосуды . . . . . .

. . .

 

20

 

Микропосуда

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

21

 

Мнкропипетка

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

23

 

Микрососуды

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

23

 

Мерные

капилляры

 

 

 

 

 

 

 

 

 

24

 

Коиденсорная

палочка

.

 

 

 

 

. . . . .

. . .

 

24

 

Стеклянная

 

палочка

или вилка

для

реакций на волокнах

. . .

 

25

§

2. Некоторые

вспомогательные

приборы

и

приспособления

'. .

.

25

 

Прибор

для

обработки

газообразными

реагентами . . .

. . .

 

25

 

Центрифуга

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

26

 

Ммкроиагреватели

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

27

 

Вспомогательные

стеклянные

изделия

 

• -

 

 

28

§

3.

Подготовка

аппаратуры

к

работе

 

 

 

 

 

29

 

Калибровка

окулярного

микрометра

 

 

 

 

 

29

 

Калибровка

микропосуды

 

 

 

 

 

 

 

 

29

 

Сборка

поршневого

приспособления

 

 

 

 

 

30

 

Подготовка

 

влажной

камеры

 

 

 

 

 

 

 

31

§

4. О

методике работы

с

малыми

объемами

растворов

 

 

31

 

 

 

 

 

Ч А С Т Ь I I . К А Ч Е С Т В Е Н Н Ы Й А Н А Л И З

 

 

 

Г л а в а

1.

Методы

 

качественного

анализа

 

 

 

 

 

33

§

1.

Осаждение

 

 

. . . . . . . . . . . . . . . . . . .

.

 

33

 

Обнаружение

 

осаждением

 

 

 

 

 

 

 

 

33

 

Осаждение

 

хлорида

серебра

 

 

 

 

 

 

 

33

 

Осаждение

сульфата

бария

 

 

 

 

' . • * " . . . '

 

;

34

 

Осаждение

днметнлглиоксимата

никеля

 

 

 

 

34

 

Осаждение гидроокиси железа газообразным аммиаком

• -

.

35

 

Разделение

осаждением

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

35

 

Полуколнчественные

определения

по объему

осадка

 

 

36

 

Методика

и

условия

 

определений

 

 

 

 

 

36

 

Примеры

определений

 

 

 

 

 

 

 

 

 

38

§

2.

Колорископия

(обнаружение

по окраске)

 

 

 

39

 

Идентификация по окраске в капиллярах

 

 

 

 

39

 

Аппаратура

 

эксперимента

ч

 

 

 

 

 

 

 

42

 

Выполнение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

42

1*

3

§

3.

Мнкрокристаллоскопия

 

46

§

4.

Другие приемы

качественного обнаружения

• •

49

§

5.

Идентификация

катионов и анионов

• .

52

 

Схема анализа катионов по Вильсону

 

 

 

53

 

Анализ

I I

группы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

53

 

Анализ

I I I

группы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

55

 

Анализ

IV,

 

V

н

V I

групп

 

 

 

 

 

 

 

59

 

Разделение и идентификация некоторых катионов

 

59

 

Анализ смеси

 

некоторых

анионов

(по

Вильсону)

• .

59

Г л а в а

2.

Качественный

анализ

малых

 

образцов

 

 

61

§

I . Подготовка

 

вещества

к

анализу .

 

 

1

61

 

Подготовка

малых

объемов

жидкостей

 

 

 

62

 

Подготовка вещества налетов или покрытий

 

 

63

 

Подготовка

вещества твердых

включений

в минерале

или сплаве .

65

§

2. Перевод микрообразцов вещества в растворимое

состояние • .

72

 

Растворение

 

в

кислотах

 

.

 

 

 

 

 

. . .

72

 

Разложение

кислыми

и

щелочными

плавнями .

 

73

 

Аппаратура

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

73

 

 

Приемы

сплавления

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

75

 

Примеры

сплавления

 

 

 

 

 

 

 

 

 

77

§

3.

Качественный

анализ

некоторых

 

образцов . .

. . . . . .

78

 

Анализ

феррохрома

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

78

 

Анализ

феррованадия

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

79

 

Анализ

латуни

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

80

 

Анализ

ванадннита

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

81

 

 

 

 

 

 

 

Ч А С Т Ь I I I . МЕТОДЫ

Р А З Д Е Л Е Н И Я

 

 

Г л а в а

1.

Разделение

сублимацией

и. перегонкой

 

 

82

§

1. Аппаратура

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

82

§

2.

Методика

эксперимента

 

 

 

 

 

 

 

 

-83

§

3.

Сублимация

и

перегонка

некоторых веществ

 

84

 

Сублимация

 

иода

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

84

 

Сублимация

ртути

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

84

 

Выделение мышьяка перегонкой его хлорида

 

 

84

Г л а в а

2.

Разделение

 

электролизом

 

 

 

 

 

 

86

§

1. Электролиз с твердыми электродами

 

 

 

86

 

Аппаратура

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

87

 

Приемы

электролиза

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

88

 

 

Электролиз

иа

кондексорной

палочке

 

 

 

88

 

 

Электролиз

 

в

мнкроконусе

 

 

 

 

 

 

 

. 8 9

 

Электролитическое

выделение

некоторых

веществ

 

89

 

 

Выделение меди на платиновом катоде

 

 

 

89

 

 

Выделение

двуокиси

свинца

на

платиновом

аноде

 

90

§

2. Электролиз на ртутном катоде

 

 

 

 

 

 

91

 

Аппаратура

 

 

 

 

. . .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

91

 

Приемы

электролиза

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

92

. Разделение

некоторых

веществ

 

 

 

 

 

 

92

 

 

Отделение ванадия от меди и железа

 

 

 

92

 

 

Отделение

ванадия

от

хрома

 

 

 

 

 

 

£3

Г л а в а

3

Разделение

экстракцией

 

 

 

 

 

 

 

93

§

1. Аппаратура

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

94

§

2.

Выполнение

экстракции

 

 

 

 

 

 

 

 

95

Г л а в а

4

Разделение

на ионообменных

 

смолах

 

 

96

§

1.

Аппаратура

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

97

§

2.

Выполнение

ионообменного

разделения

.

>

 

98

4

§ 3. Разделение некоторых веществ на ионообменных

смолах . . . 98

 

Разделение

железа

 

и никеля

 

 

 

98

 

Разделение

хрома

и ванадия

 

 

 

99

Г л а в а

5.

Другие

методы

разделения

 

i

. 99

 

 

 

 

 

ЧАСТЬ

IV . К О Л И Ч Е С Т В Е Н Н Ы Й А Н А Л И З

 

 

Г л а в а

1.

Весы

и

взвешивание

 

 

 

104

§

1. Ультра микровесы

 

.

 

 

 

 

105

 

Весы

с

изгибающейся

нитью

 

 

• 105

 

Весы

с кварцевым

 

коромыслом

 

 

107

 

Использование

ультрамикровесов

 

 

114

 

 

Определение

относительной

плотности жидкости

 

114

 

 

Определение

массы

сухого

остатка

 

114

 

 

Гравиметрические

определения

 

 

114

§ 2. Флотационное

взвешивание

 

 

116

Г л а в а

2.

Титриметрические

методы

 

-. , , .

117

§

1. Визуальное

титрование

 

 

 

.118

 

Аппаратура

 

 

 

 

 

 

 

 

120

 

Приемы

титрования

 

 

 

 

 

123

 

Ультрамикроопределения

 

 

.

125

 

 

Титрование

основания

кислотой

 

 

125

 

 

Аргентометрическое

титрование

 

 

125

 

 

Окислительно-восстановительное

титрование

 

125

 

 

Комплексонометрическое титрование

• 125

§ 2. Электрометрические

 

титрования

и измерения

 

126

 

Потенциометрическое

титрование при 1 = 0

 

126

 

 

Аппаратура

.

 

 

 

 

 

 

126

 

 

Приемы

титрования

 

 

 

 

130

 

 

Ультрамикроопределения

 

 

 

 

 

131

 

Дифференциальное

потенциометрическое

титрование

. .

. .

.

. 137

 

Некомпенсационное

потенциометрическое

титрование

 

 

139

 

 

Потенциометрическое

титрование при

1Ф0

 

 

 

.140

 

-- Амперометрическое

титрование .

 

 

 

 

141

 

 

Титрование с одним индикаторным электродом

 

 

 

141

 

 

Титрование с двумя индикаторными электродами

 

 

 

146

 

Кондуктометрическое

 

титрование

 

 

 

 

147

 

Поляризационное титрование

 

 

-.

. . .

 

151

 

Электрометрическое измерение рН в малых объемах

растворов

.

. 153

§

3.

Кулоиометрический

анализ

 

 

• .

. .

.

158

 

Кулонометрия

при

Е — const

 

 

 

 

158

 

Кулонометрия

при

/ = const

 

 

 

 

161

 

Кулонометрическое

титрование

 

 

 

 

 

163

 

 

Приемы

титрования

 

 

 

 

 

 

165

 

 

Ультрамикроопределения

с

потенциометрической

(/ =

0) инди­

 

 

кацией

точки

эквивалентности

 

 

 

 

166.

 

 

Ультрамикроопределения

с

дифференциальной потенциометриче­

 

 

ской индикацией

точки

эквивалентности .

 

 

 

167

 

 

Ультрамикроопределения

с

биамперометрической _ индикацией

 

 

точки

эквивалентности

 

 

 

~

 

169

Г л а в а

3. Фотометрические

методы

 

 

172

§

1. Капиллярные

кюветы

 

 

 

 

 

173

§

2. Стандартные

приборы

 

 

 

 

 

175

§ 3. Приборы на основе

микроскопа . . .

 

 

 

 

176

Заключение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

181

 

Л и т е р а т у р а

 

 

 

 

 

 

 

 

186

П Р Е Д И С Л О В И Е

Ультрамикрометод химического анализа — сравнительно но­ вый в аналитической химии метод, предназначенный для иссле­ дования весьма малых (по размеру и массе) объектов анализа . Используя технику эксперимента метода, можно работать с ма­

лым количеством

(/i-10~s — « - 1 0 - 9 г)

вещества при обычных кон­

центрациях ( Ю -

1 — Ю - 3 н.)

его в растворе. Такой раствор

полу­

чают,

обрабатывая

малую

навеску

вещества

малым ж е

объ­

емом

растворителя

( « - 1 0 - 3

п-10~5

м л ) . Таким

образом,

сохра­

нив условия обычного эксперимента, проводят анализ общеиз­ вестными химическими и физико-химическими методами, но

применяют специальную аппаратуру .

В

книге описаны

приемы

эксперимента

ультрамикроаналнза, разработанные авторами для

химического

мнкроманипулирования

на

предметном

столике

микроскопа. Обобщен т а к ж е и опыт

других исследователей (по

литературным

д а н н ы м ) .

 

 

 

Авторы будут признательны читателям за все замечания и дополнения к книге.

//. П. АЛЕMAPЕЕ М. И. ПЕТРИКОВА

ВВ Е Д Е Н ИЕ

Ра з в и т ие ультрамикрометода химического анализа неорга­ нических веществ началось с использования приемов микрома­ нипулирования для изучения химических свойств микрограммо ­

вых количеств трансурановых э л е м е н т о в 1 ' 2 . Этот метод можно определить как совокупность приемов использования специаль­ ной аппаратуры для манипулирования с м а л ы м и объемами "рас­ творов, с о д е р ж а щ и м и малые абсолютные количества вещества. М а с ш т а б эксперимента можно наглядно представить по приня­

тым в нем единицам

измерения (табл.

1).

 

 

 

Таблица

1. Единицы измерения

 

 

Коэффи­

 

 

 

 

 

 

циент

Масса

 

Объем

 

Длина

 

перевода

 

 

 

 

 

 

 

Грамм *

г

Литр *

л

Метр *

м

 

Микрограмм

мкг

Микролитр

мкл

Микрометр

мкм

1 8 -

Напограмм

нг

Нанолитр

нл

Нанометр

нм

Пикограмм

пг

Пиколитр

пл

Пикометр

''ГШ

* Единицы, принятые в макроанализе; даны для сравнения.

Такие объекты, как микроминиатюрные изделия полупровод­ никовой техники, различные покрытия и пленки, включения в минералах и сплавах, включения в метеоритах и м а л ы е их части­ цы, отдельные кристаллы синтезированных в лаборатории соеди­ нений, малые объемы различных жидкостей и, наконец, разнооб­ разные продукты коррозии могут быть исследованы лишь при

использовании техники эксперимента

ультрамикрометода .

Основы метода, применение и дальнейшее развитие в общем

виде неоднократно

обсуждались

в л и т е р а т у р е 3 _ 1 6 .

Некоторые

авторы называют

метод по

массе

или

объему взятого образца

с приставкой

«нано», «пико» и т. д. Н а м

представляется более

правомерной

терминология,

о т р а ж а ю щ а я

масштаб эксперимента

(ультрамикро-, субмикро - ) .

 

 

 

 

 

Н а ч а л о систематическим

работам в области ультрамикро ­

анализа положено

трудами

Бенедетти-Пихлера 1 7 - 2 2

и К и р к а 2 3 в

7

С Ш А, а т а к ж е

А л и м а р и н ы м 2 4

и К о р е н м а н о м 2 5

с учениками в

С С С Р . Существенный

вклад

в развитие

метода

внесли более

поздние работы

школы

В и л ь с о н а 2 6 - 3 1 в

Англии,

исследования

Хельбига 3 2 - 4

4 в

Г Д Р .

 

 

 

 

Технику

эксперимента метода р а з р а б а т ы в а ю т

в двух направ ­

лениях, обеспечивающих манипулирование с несколько разня­ щимися по величине малыми объектами: при работе с объемами

Ю - 1 —10~2 мл

за

экспериментом наблюдают через

лупу; при

объемах / г - 1 0 - 3

мл

и менее все основные химические

операции

выполняют на предметном столике микроскопа, пользуясь микроманппуляторами . Владение техникой эксперимента второго направления дает возможность исследовать практически любой малый объект с достаточной полнотой. В этом масштабе Виль­

сон

с с о а в т о р а м и 2 6

- 3 1 предложили методы качественного

обна­

ружения

и полуколичественного

определения многих

катионов

и анионов

с учетом

особенностей

у л ь т р а м и к р о а н а л и з а .

Методам

количественного

определения элементов

посвящены

исследова­

ния

Алимарина

и

Петриковой 4

5 - 5 5 , а

позднее т а к ж е

Хель­

бига

3 2 - 4 4 .

 

 

 

 

 

 

 

Решение ряда конкретных аналитических задач с помощью

техники и

методики

микроманипулирования в поле зрения

мик­

роскопа можно проиллюстрировать примерами исследования

микрообразцов

полупроводникового

с п л а в а 5 4 ' 5 5 , частиц из

проб

почвы

района

падения Тунгусского

м е т е о р и т а 5 0 ' 5 6 ,

состава

рас­

творов

жидких

включений 5 7 - 6 0 , сока

планктоновых

дм атом е й в 1 .

Часть I ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Г л а в а 1

ОСОБЕННОСТИ УЛЬТРАМИКРОМЕТОДА ХИМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

.Химические реакции, в которых участвует небольшое число молекул, ничем не отличаются от реакций, проходящих с боль­ шими количествами вещества, до тех пор пока число реагирую­ щих молекул достаточно велико, чтобы в системе устанавлива ­ лось химическое равновесие. Отсюда и вытекает требование сохранения концентраций обычного метода, что достигается в

случае исследования малых количеств вещества

пропорциональ­

ным уменьшением

используемого

объема р а с т в о р и т е л я 6 2 .

Н а основании

закона ошибок

и полагая,

что

для качествен­

ного обнаружения

допустима ошибка 10%,

а для количествен­

ного определения — 0,1%, можно

вычислить

предельное

коли­

чество

вещества, необходимое

для

выполнения

анализа .

 

Значение

ошибки

(а) вычисляют по уравнению:

 

 

 

 

 

 

сг =

Ю 0 . - ^ р -

 

 

(1)

где п — число реагирующих

молекул;

 

 

 

 

 

 

Д л я качественного

обнаружения

 

 

 

 

 

 

 

 

10'. — = ю 2

 

 

 

откуда п = 100 молекул. Таким образом, если

принять среднюю

массу

одного моля

(мольную

массу)

равную

60 г,

предельная

масса

вещества составит

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

бО-'ОО

~~

1 0 - 2 0 -

 

 

 

 

 

 

 

6 - 102 3

 

 

 

 

 

Д л я количественного

определения

 

 

 

 

\

 

 

 

 

ю 4 - — =

ю - 2

 

 

 

 

 

 

 

 

п

 

 

 

 

 

откуда

п =

106 молекул. Предельная

масса вещества,

если

при­

нять ту ж е среднюю

мольную

массу,

составит

 

 

 

 

 

 

 

6 0 - ' О 6

= ю - 18 г

 

 

 

 

 

 

 

6- ю 2 3

 

 

 

 

 

 

9

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ