20

ВСТУП

Аналітичною хімією називається наука, яка вивчає теоретичні основи і розробляє методи хімічного аналізу. Хімічний аналіз – це процес визначення хімічного складу речовини. Оскільки хімічний склад визначає властивості речовини і можливості застосування її людиною, то методи аналітичної хімії використовуються в усіх сферах діяльності людини. У наукових дослідженнях ці методи є інструментами пізнання природи, а у промисловості – ефективними засобами контролю технологічних процесів.

Хімічний аналіз має два етапи. Спочатку потрібно зясувати, які елементи або сполуки містить обєкт, що аналізується. На це питання відповідає якісний аналіз. Потім потрібно визначити, у яких кількісних співвідношеннях вони входять до складу невідомої речовини. Це встановлюється за допомогою кількісного аналізу. Обидві частини аналізу пов’язані між собою тим, що як відкриття, так і визначення певного елементу (або сполуки) грунтується на використанні індивідуаьних хімічних властивостей цього елементу, які проявляються у одних й тих самих хімічних реакціях.

Хімічна реакція, за допомогою якої можна зробити висновки про хімічний склад речовини, називається аналітичною реакцією. Аналітичні реакції виконуються за допомогою аналітичних реагентів у відповідних умовах (середовище, температура, концентрація) і супроводжуються певним зовнішнім ефектом (утворюється осад, виділяється газ, змінюється забарвлення розчину тощо). У якісному аналізі ефект аналітичної реакції просто спостерігається візуально і на основі цих спостережень роблять відповідні висновки. У кількісному аналізі ефект аналітичної реакції вимірюється за допомогою аналітичних приладів і виконуються відповідні розрахунки.

Переважна більшість аналітичних реакцій відбувається у розчинах. Яким би чином неогранічна речовина, що аналізується, не переводилася б у розчинений стан, одержують розчин, який містить не елементи, а іони, у вигляді яких ці елементи можуть існувати у розчині. Однакові іони проявляють однакові властивості і дають однакові аналітичні реакції незалежно від того, до складу яких сполук вони входять. Наприклад, якщо до розчину хлоридної кислоти або її солей додають розчин нітрату аргентуму, в усіх випадках одержують однаковий характерний осад хлориду аргентуму. Якщо записати ці реації в іонному вигляді, стає ясно, що в усіх випадках відбувається одна аналітична реакція на хлорид-іони:

Cl⁻ + Ag⁺ = AgCl 

Тому аналітичні реакції вивчаються окремо для катіонів і аніонів.

Реактиви, за допомогою яких певний іон можна виявити у присутності інших іонів, називають специфічними. Специфічних реагентів дуже мало, тому перед відкриттям того чи іншого іону необхідно відокремити його від інших іонів, які дають аналітичні реакції з тим же реагентом. Порядок відокремлення одних іонів від інших і послідовність їх відкриття складають систематичний хід аналізу. У систематичному ході аналізу використовують такі реагенти, які дозволяють із складної суміші іонів перевести в осад певну групу іонів для подальшого аналізу. Такі реагенти називають груповими, а групи іонів, які вони відділяють – аналітичними групами. За кислотно-основною класифікацією, де груповими реагентами є кислоти і основи, усі катіони відповідно до їх хімічних властивностей поділяються на 6 аналітичних груп. Класифікація катіонів за кислотно- основною схемою представлена у табл. 1.

Таблиця 1

Класифікація катіонів за кислотно-основною схемою

Группа	Катіони	Хімічні властивості	Груповий реагент	Що утворюється при дії групового реагента
1	K+, Na+, NH4+	Хлориди, сульфати, гідроксиди розчинні у воді	Відсутній
2	Ca2+(Sr2+)Ba2+	Сульфати малорозчинні у воді	H2SO4	CaSO4↓, BaSO4↓ білі осади
3	Pb2+, Ag+(Hg22+)	Хлориди малорозчинні у воді	HCl	PbCl2↓білий AgCl↓ білий
4	Mg2+, Mn2+, Fe2+, Fe3+	Гідроксиди нерозчинні у воді та лугах	NaOH (KOH)	Mg(OH)2↓білий, Mn(OH)2↓білий,темніє, Fe(OH)2↓білий,чорніє, Fe(OH)3↓бурий
5	Al3+, Zn2+ Cr3+, Sn2+	Амфотерні гідроксиди нерозчинні у воді, розчинні у лугах	Надлишок NaOH (KOH)	[Al(OH)4]-, [Zn(OH)4]2- [Sn(OH)4]2- безбарвні розчини [Cr(OH)4]-зелений розчин
6	Co2+, Ni2+, Cu2+, Cd2+	Гідроксиди нерозчинні у воді, розчинні у надлишку NH4OH у присутності NH4Cl	Надлишок NH4OH	[Co(NH3)6]2+жовтий, [Ni(NH3)6]2+ синій, [Cu(NH3)4]2+ синій, [Cd(NH3)4]2+безбарвний розчини

З кількох десятків катіонів шести аналітичних груп у скороченому курсі якісного аналізу ми вивчаємо дуже небагато – тільки ті, що безпосередньо пов‘язані з харчуванням людини та хімічним аналізом об’єктів харчової, біотехнології і довкілля.

Катіони амонію утворюються при розчиненні харчових продуктів у концентрованій сульфатній кислоті. Органічні сполуки при цьому руйнуються, а аміногрупи амінокислот, з яких побудовані білки, перетворюються на іони амонію. Визначивши кількість іонів амонію у розчині, що утворилися, визначають загальний вміст білків у харчовому продукті.

Натрій, калій, кальцій та магній у вигляді відповідних сполук споживаються людиною щодено у кількості від 0,5 до 5 г – це макроелементи. Натрію ми споживаємо більше ніж потрібно, звикнувши додавати NaCl під час приготування їжі. Тому дуже важливо врівноважувати це споживанням продуктів, багатих на калій, оскільки саме іони натрію і калію у певному співвідношенні підтримують осмотичну рівновагу в організмі людини і регулюють водний обмін. Кальцій потрібен дітям, у яких формуються кістки, і дорослим, оскільки він має протизапальні властивості і виконує багато інших функцій в організмі. Магній нормалізує діяльність нервової системи, знімає спазми, розширює судини та має інші важливі властивості.

Ферум, кобальт, манган, купрум, цинк, нікель, хром належать до мікроелементів. Їхня кількість у харчових продуктах, що споживаюється людиною щоденно, вимірюється у міліграмах. Вони входять до складу багатьох ферментів та інших біологічно активних речовин, які відіграють важливу роль у біохімічних процесах, що відбуваються у живому організмі. Алюміній, станум (олово) і цинк можуть потрапляти у харчові продукти з поверхні посуду та технологічного обладнання. Наявність плюмбуму і кадмію у харчових продуктах є показниками їх техногенного забруднення. Їх присутність постійно контролюється методами аналітичної хімії. Солі барію отруйні і небезпечні для людини, але вони часто використовуються як важливий аналітичний реактив.