Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Математика, химия, физика arrow АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА
Посмотреть оригинал

Техника работы

Способы отбора средних проб зависят от особенностей анализируемого материала и от цели определения.

Часто бывает необходимо определить средний химический состав большой партии неоднородного материала (почвы, удобрения, ядохимиката, руды и т.п.). При этом подготовка вещества к анализу сводится к правильному отбору так называемой средней пробы. Наиболее сложен отбор средних проб твердого природного сырья, неоднородность которого сильно выражена. Правила отбора средних проб различных материалов предусмотрены государственными стандартами или техническими условиями. Выполнение этой операции всегда подчинено единому принципу: средняя проба должна быть составлена из большого числа мелких порций, взятых в разных местах анализируемого материала. Благодаря этому состав отобранной пробы приближается к среднему химическому составу большого количества исследуемого материала. Самый тщательный анализ неправильно отобранных проб дает ошибочные результаты.

Первичная средняя проба, отобранная тем или иным способом, еще непригодна для анализа. Обычно она слишком велика (от одного до нескольких килограммов) и неоднородна. Подготовка пробы состоит в измельчении, перемешивании и сокращении до небольшой массы (около 300 г). Для сокращения пробы пользуются так называемым квартованием. Измельченный материал перемешивают и рассыпают слоем в виде квадрата, делят на четыре сектора, содержимое двух противоположных секторов отбрасывают, а двух остальных — соединяют вместе. Операцию квартования повторяют многократно. Из полученного таким образом однородного материала берут навески для анализа.

Одним из основных приборов в количественном анализе являются аналитические весы.

Правила обращения с аналитическими весами следующие.

  • 1. Нагрузка на чашки весов не должна превышать предельной, указанной для данной системы весов.
  • 2. Взвешиваемый предмет и разновески можно помещать на чашки весов и снимать с чашек только при закрытом арретире.
  • 3. Температура взвешиваемого предмета и температура окружающего весы воздуха должны быть одинаковыми (нельзя взвешивать теплые предметы).
  • 4. Взвешиваемые вещества должны находиться в чистой, сухой таре (бюк- сы, тигли, часовые стекла и т.п.). Вещества нельзя непосредственно помещать на чашки весов. Летучие и гигроскопические вещества нужно взвешивать в хорошо закрытых сосудах.
  • 5. Дверцы весов во время взвешивания должны быть закрыты.
  • 6. Все взвешивания для данного анализа должны производиться на одних и тех же весах.

Весы нужно содержать в чистоте, случайно рассыпанное вещество нужно удалить специальной кисточкой. При неисправности весов следует обращаться к преподавателю.

Анализ начинается со взятия точной навески анализируемого вещества. Перед этим необходимо выбрать ее примерную величину, которая зависит от ряда факторов, рассмотренных ранее.

Навески твердых веществ берут обычно в бюксах, стеклянных стаканчиках, на часовых стеклах.

Бюкс

Рис. 4.1. Бюкс

Существуют два основных метода взятия точной навески.

  • 1. Взвешивают на аналитических весах (с точностью до 0,0001 г) чистый сухой бюкс (стаканчик, часовое стекло). Затем помещают его на технические весы, насыпают в него и отвешивают (с точностью до 0,01 г) анализируемое вещество. После чего бюкс с веществом (рис. 4.1) взвешивают на аналитических весах (с точностью до 0,0001 г). Разность двух взвешиваний на аналитических весах дает массу взятой навески. Взвешенное вещество осторожно, не распыляя, пересыпают в химический стакан (или через сухую воронку в колбу), после чего смывают в стакан водой из промывал- ки оставшиеся в бюксе и воронке частицы вещества.
  • 2. На технических весах вначале взвешивают пустой бюкс, а затем с анализируемым веществом. Помещают бюкс с веществом на аналитические весы и взвешивают (с точностью до 0,0001 г). Осторожно пересыпают, не распыляя, вещество в стакан (или через сухую воронку в колбу). Бюкс с оставшимися частицами вещества вновь взвешивают на аналитических весах. По разности двух взвешиваний па аналитических весах находят массу навески. Этот способ называется «взятием навески по разности», он наиболее часто применяется в гравиметрии.

Важным этапом анализа является выбор растворителя для анализируемого вещества: некоторые вещества растворимы в воде, но чаще для растворения используют кислоты (уксусную, соляную, серную, азотную, царскую водку); реже применяют растворы щелочей.

Выбор кислоты для растворения навески определяется, кроме того, характером происходящей при этом реакции. Например, известняк СаС03 следует растворять в соляной кислоте, а не в серной, так как при действии последней образуется малорастворимый сульфат кальция CaSO^. Если в пробе содержатся мышьяк, ртуть(П), при использовании НС1 эти элементы могут быть частично потеряны из-за летучести их хлоридов.

Навеску осторожно растворяют в химических стаканах вместимостью 200—500 мл в кислоте, накрыв стакан часовым стеклом, чтобы избежать потери анализируемого вещества. Потеря возможна потому, что выделяющиеся газы (С02, Н2, H2S) увлекают с собой капельки раствора. При необходимости содержимое стакана нагревают, не допуская кипения.

Ряд веществ невозможно растворить в жидких реагентах. В этих случаях прибегают к сплавлению с карбонатами натрия или калия, гидросульфатами или пиросульфатами натрия или калия, NaOH, Na202 и др.

Приготовленный тем или иным способом раствор нередко приходится еще подготовить к анализу: упарить, нейтрализовать избыток кислоты, связать или удалить ионы, мешающие определению.

В гравиметрии применяют различные осадители. Это могут быть неорганические реагенты, например соляная или серная кислота (для осаждения ионов серебра или бария), хлорид бария (для осаждения сульфат-ионов), водный раствор аммиака (для осаждения гидроксидов металлов) и т.д. Большое значение имеют органические осадители, обладающие рядом преимуществ перед неорганическими. Наиболее часто применяют 8-оксихинолин, диметилглиоксим, а-нитрозо-р-нафтол, тетрафенилборат натрия и др.

Рассчитывают нужный объем раствора-осадителя исходя из концентрации осадителя, взятой навески образца и примерного содержания в нем определяемого компонента.

Установлено, что для практически полного осаждения иона достаточно полуторного избытка осадителя (практически полным считается осаждение, когда в растворе остается меньше 0,0002 г неосажденного иона).

При осаждении в стакан помещают стеклянную палочку с резиновым наконечником так, чтобы наконечник был внутри (стеклянные палочки являются важным инструментом в гравиметрии, служащим для перемешивания растворов, фильтрования жидкостей, перенесения растворов из одного сосуда в другой). После добавления рассчитанного количества осадителя следует убедиться в полноте осаждения. Для этого дают осадку осесть на дно стакана и к просветленному раствору добавляют несколько капель осадителя, наблюдая, не появится ли муть в местах падения капель. Если муть не появляется, то можно считать, что полнота осаждения достигнута.

Фильтрованием отделяют полученный осадок от раствора, содержащего посторонние примеси. Тщательность этой операции сказывается на точности определений.

В гравиметрическом анализе применяют так называемые беззольные фильтры. В процессе изготовления их обрабатывают кислотами (НС1, HF) и таким образом удаляют большую часть минеральных веществ. Масса золы, образующейся при сжигании одного беззольного фильтра, бывает настолько мала, что ею пренебрегают. Обычно массу золы от фильтра того или иного размера указывают на обложке пачки. Если она превышает 0,0002 г, т.е. находится в пределах чувствительности аналитических весов, то ее вычитают из массы прокаленного осадка.

Существуют беззольные фильтры нескольких сортов, различающиеся но диаметру (6, 7, 9 и 11 см) и по плотности. В зависимости от плотности бумаги пачка каждого сорта снабжена лентой определенного цвета.

Черная (или красная) лента — наименее плотные, т.е. быстрофильтрую- щие и крупнопористые фильтры; их используют для отделения аморфных осадков гидроксидов Fe(OII)3, А1(ОН)3 и др.

Белая лента — фильтры средней плотности, применяемые для отделения большинства кристаллических осадков.

Синяя лента — фильтры мелкопористые, наиболее плотные и медленно фильтрующие; их применяют для отделения мелкокристаллических осадков сульфата бария BaS04 и оксалата кальция СаС204.

Перед началом фильтрования выбирают фильтр необходимой плотности и наиболее подходящего размера. При этом руководствуются не объемом фильтруемой жидкости, а количеством отделяемого осадка. Осадок должен заполнить не более половины объема фильтра, иначе возникнут затруднения с его промыванием.

Для фильтрования подбирают стеклянную воронку с углом 60° и такого размера, чтобы фильтр не доходил до ее верхнего края на 5—10 мм. Круглый фильтр сначала перегибают но диаметру пополам и еще складывают вдвое. Затем фильтр раскрывают, вкладывают в воронку, расправляют и смачивают дистиллированной водой (рис. 4.2). Между стеклом и бумагой не должно оставаться пузырьков воздуха. Неправильно вложенный в воронку фильтр сильно замедляет фильтрование.

Правильно сложенный фильтр (а), правильно вложенный в воронку фильтр (б)

Рис. 4.2. Правильно сложенный фильтр (а), правильно вложенный в воронку фильтр (б)

Воронку с фильтром помещают в кольцо со штативом и подставляют под нее стакан для фильтрата. Во избежание разбрызгивания жидкости скошенный конец воронки должен касаться внутренней стенки стакана. Далее приступают к так называемой декантации, т.е. осторожно сливают отстоявшуюся жидкость с осадка, стараясь не взмутить осадок, чтобы поры фильтра возможно дольше не забились твердыми частицами и фильтрование происходило быстрее. Жидкость сливают на фильтр только по стеклянной палочке, которую держат отвесно; нижний конец ее должен находиться примерно на середине боковой поверхности фильтра, но не касаться его.

По мере наполнения фильтра палочку вместе со стаканом поднимают. Нельзя наполнять фильтр жидкостью до самых краев; уровень ее должен быть ниже края бумаги на 3—5 мм. Убирая стакан, ведут носиком его вверх по палочке так, чтобы последняя капля не стекала на наружную поверхность. Наполнив воронку с фильтром, палочку возвращают в стакан, стараясь не взмутить осадок (палочка должна быть или в руке, или в стакане, ни в коем случае нельзя класть ее на стол!), и ставят стакан на стол.

После того как вся прозрачная жидкость будет слита с осадка, следует осмотреть фильтрат: не проскочили ли частицы осадка, и если жидкость абсолютно прозрачна и не нужна для дальнейшей работы, ее следует вылить и поставить под воронку пустой стакан. При прохождении частиц осадка сквозь фильтр следует повторно пропустить фильтрат через тот же фильтр. Затем приступают к промыванию осадка декантацией и перенесению его на фильтр. Предварительно выбирают промывную жидкость. Ею может быть вода, но чаще это разбавленные растворы электролитов, которые при высушивании или прокаливании осадка улетучиваются.

Промывание декантацией заключается в том, что, добавив промывную жидкость к осадку, перемешивают его палочкой, дают ему отстояться несколько минут, и отстоявшуюся жидкость сливают по палочке на фильтр, оставляя основную массу осадка в стакане. Эту операцию повторяют 2—3 раза. После этого с помощью небольших порций промывной жидкости и палочки взмучивают осадок и, не давая ему отстояться, переносят его на фильтр.

Однако часть осадка всегда остается на стенках стакана и палочке. Для перенесения этой части осадка на фильтр поступают следующим образом. Осторожно ополаскивают над стаканом с оставшимся осадком палочку, берут маленький кусочек беззольного фильтра и протирают им палочку, снимая частицы осадка, этот кусочек фильтра присоединяют к осадку на фильтре. Затем с помощью резинового наконечника палочки и небольших порций промывной жидкости протирают дно и стенки стакана, освобождая приставший осадок и перенося его на фильтр. Можно закончить операцию перенесения осадка на фильтр, протерев стенки стакана кусочком беззольного фильтра с помощью палочки. Этот кусочек фильтра тоже нужно поместить в фильтр с осадком.

Наконец, когда ни в стакане, ни на палочке больше не останется частиц осадка, приступают к промыванию осадка на фильтре. Промывают его 3—4 раза маленькими порциями жидкости, которой всякий раз дают полностью стекать. Это обеспечит более быстрое удаление примесей, чем в случае больших порций жидкости (рис. 4.3). Затем с помощью подходящего реагента проверяют полноту удаления примесей. Например, если осадок отмывают от хлорид- ионов, наносят на часовое стекло 1—2 капли последней порции фильтрата, подкисляют одной каплей HN03 и действуют нитратом серебра. Если муть хлорида серебра при этом не появляется, то промывание прекращают.

Фильтрование и промывание осадка надо закончить в одно занятие; отфильтрованный осадок сильно высыхает при хранении и не поддается промыванию.

После того как фильтр с осадком на воронке подсушен (на электроплитке или в сушильном шкафу), заворачивают фильтр на воронке в закрытый «фунтик» и помещают его в прокаленный до постоянной массы тигель (рис. 4.4).

Операция фильтрования

Рис. 4.3. Операция фильтрования: приемы декантации (а —в) и перенесение осадка (г)

Тигли для прокаливания Рис. 4.5. Фильтрующие тигли

Рис. 4.4. Тигли для прокаливания Рис. 4.5. Фильтрующие тигли

осадка и воронки

Кроме бумажных фильтров, в гравиметрии применяют также стеклянные фильтрующие тигли и воронки. Они снабжены впаянной внутрь стеклянной пористой пластинкой, которая служит фильтрующим слоем. Существует несколько сортов фильтрующих тиглей (от № 1 до № 4) с различными размерами пор (рис. 4.5).

Фильтруют через них с помощью вакуум-насоса (рис. 4.6).

Фильтрование с помощью вакуум-насоса

Рис. 4.6. Фильтрование с помощью вакуум-насоса:

  • 1 — фильтрующий тигель; 2 — резиновая прокладка; 3 — специальная воронка;
  • 4 — колба Бюхнера; 5 — кран; 6 — ловушка; 7 — водоструйный вакуумный насос

Стеклянные тигли можно лишь высушивать при температуре не выше 150°С.

Иногда для фильтрования используют фарфоровую воронку Бюхнера (рис. 4.7), на дно которой помещают бумажный фильтр.

Воронка Бюхнера

Рис. 4.7. Воронка Бюхнера

Прокаливают тигли с осадком в электрической муфельной печи. О температуре прокаливания можно ориентировочно судить по цвету каления муфельной печи:

  • • начало темно-красного каления —525°С;
  • • темно-красное каление--700°С;
  • • светло-красное каление —900— 1000°С;
  • • светло-оранжевое каление--1200°С;
  • • белое каление —1300°С;
  • • ослепительно-белое каление--1400—1500°С.

Эксикатор — специальный сосуд, служащий для защиты предметов от поглощения влаги из воздуха. В его нижней части находится осушающее вещество. Эксикатор снабжен притертой крышкой. Чтобы открыть или закрыть эксикатор, крышку, шлиф которой смазан вазелином, сдвигают в сторону. Если в эксикатор помещают сильно нагретый тигель, то не следует сразу плотно его закрывать, нужно слегка сдвинуть крышку для выхода горячего воздуха, а йотом уже плотно закрыть. Способ переноски эксикатора показан на рис 4.8.

Способ переноса эксикатора

Рис. 4.8. Способ переноса эксикатора

Тигель охлаждают в эксикаторе до температуры весовой комнаты и взвешивают.

Взвесив тигель на аналитических весах, его снова прокаливают 15—20 мин, охлаждают в эксикаторе и повторяют взвешивание. Операцию повторяют до тех нор, пока два взвешивания будут отличаться друг от друга не более чем на ±0,0002 г.

В процессе работы тигель должен находиться либо в нагревательном приборе, либо в эксикаторе, либо на чашке весов. Хранить его на воздухе недопустимо!

 
Посмотреть оригинал
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 

Популярные страницы