Общие понятия. Определение содержания (концентрации, массы и т.д.) компонентов в анализируемом веществе называется количественным анализом. С помощью количественного анализа выявляют массовые соотношения компонентов в анализируемом образце, концентрацию вещества в растворе или в газе. При количественном анализе измеряют те или иные химические, физико-химические и физические параметры анализируемого образца, которые зависят от его состава или содержания того иного компонента. В большинстве методов полученные при анализе результаты сравнивают со свойствами известных веществ. Результаты анализа обычно выражают в массовых долях, в %.

Количественный анализ проводят в определенной последовательности, в которую входит отбор и подготовка проб, проведения анализа, обработка и расчет результатов анализа. Как и в качественном анализе, различают макрометоды, полукмикрометоды, микро - и ультрамикрометоды.

Количественный анализ широко используется для изучения состава руд, металлов, неорганических и органических соединений. В последние годы особое внимание обращается на определение содержание токсичных веществ в воздухе, водоемах, почвах, в продуктах питания, различных товарах.

Классификация методов количественного анализа. Все методы количественного анализа можно разделить на две группы химические и инструментальные. Это разделение условно, так как многие инструментальные методы основаны на использовании химических законов и свойств веществ. Обычно количественные методы анализа классифицируют по измеряемым физическим или химическим свойствам.

Таблица 18.3 - Основные методы количественного анализа

Измеряемая величина (свойство)	Название метода	Масса вещества, доступная измерению	Теоретические основы метода (см. параграф или главу)
Масса Объём Плотность Поглощение или испускание инфра- красных лучей Колебания молекул Поглощение или испускание види - мых, ультрафиоле- товых и рентгенов- ских лучей. Колебания атомов. Рассеяние света Диффузионный ток на электроде Электродный по- тенциал Количество электричества Электрическая проводимость Радиоактивность Скорость реакции Тепловой эффект реакции Вязкость Поверхностное натяжение Понижение темпе- ратуры замерзания Повышение темпе- татуры кипения	Гравиметрический Масс-спектрометри- ческий Титрометрический Газоволюметрический Денсиметрический Инфракрасная спектроскопия Комбинационное рассеяние Спектральный и рент- геноспектральный Фотометрический (колориметрия, спек- трофотометрия и дру- гие) Атомно- адсорбционная спек- троскопия Люминесцентный Полярография и вольт- амперометрия Потенциометрический Кулонометрический Кондуктомерический Радиоактивных инди- каторов Кинетический Каталический Термометрия и калориметрия Вискозиметрический Тензометрический Криоскопический Эбулиоскопический	От макро- до ультрамикроколичеств Микроколичества От макро-до ультрамикро - количеств То же Макро - и микроколичества То же То же Полумикро- и микроколи- чества То же Микроколичества То же Полумикро- и микроколичества Макро - и микроколичества Микро - и ультрамикро- количества Макро- и микроколичества От макро- до ультрамикро- количеств Макро - и микроко- личества Макроколичества То же » » »	Параграф 8.6 - Гл. 8 Гл. 8 - Параграф 1. 1, 7.4 - Параграф 1.1-1.3,7.4 Параграф 2.4, 2.5, 3.4 - - Параграф 9.5 Параграф 9.3, 9.4 Параграф 9.2 Параграф 8.4 Гл.17 Параграф 7.1-7.3 Параграф 7.5 Параграф 5.1 - Параграф 4.3, 6.2 Параграф 8.1 Параграф 8.1

В учебнике будут рассмотрены лишь некоторые методы, основанные на теоретических положениях, изученных в предыдущих главах.

Гравиметрический метод. Сущность метода заключается в получении труднорастворимого соединения, в которое входит определяемый компонент. Для этого навеску вещества растворяют в том или ином растворителе, обычно в воде, осаждают с помощью реагента, образующего с анализируемым соединением малорастворимое соединение с низким значением ПР (см. параграф 8.3). Затем после фильтрования осадок высушивают, прокаливают и взвешивают. По массе вещества находят массу определяемого компонента и проводят расчет его массовой доли в анализируемой навеске. Некоторые реагенты (групповые и индивидуальные) были рассмотрены в параграфе 16.1.

Имеются разновидности гравиметрического метода. В методе отгонки анализируемый компонент выделяют в виде газа, который взаимодействует с реактивом. По изменению массы реактива судят о содержании определяемого компонента в навеске. Например, содержание карбонатов в породе можно определить путем воздействия на анализируемый образец кислотой, в результате которого выделяется СО2:

СО+2НН2СО3Н2О+СО2

Количество выделившегося СО2 можно определить по изменению массы вещества, например СаО, с которым реагирует СО2.

Одним из основных недостатков гравиметрического метода является его трудоемкость и относительно большая продолжительность. Менее трудоемким является электрогравиметрический метод, при котором определяемый металл, например медь, осаждают на катоде (платиновой сетке)

По разности массы катода до и после электролиза определяют массу металла в анализируемом растворе. Однако этот метод пригоден лишь для анализа металлов, на которых не выделяется водород (медь, серебро, ртуть).

Титриметрический анализ. Сущность метода заключается в измерении объема раствора того или иного реагента, израсходованного на реакцию с анализируемым компонентом. Для этих целей используют так называемые титрованные растворы, концентрация которых (обычно титр раствора) известны. Титром называется масса вещества, содержащегося в 1 мл (1см) титрованного раствора (в г/мл и г/см).Определение проводят способом титрования, т.е. постепенного приливания титрованного раствора к раствору анализируемого вещества, объем которого точно измерен. Титрование прекращается при достижении точки эквивалентности, т.е. достижения эквивалентности реагента титруемого раствора и анализируемого компонента.

Существует несколько разновидностей титриметрического анализа: кислотно-основное титрование, осадительное титрование, комплексонометрическое титрование и окислительно-восстановительное титрование.

В основе кислотно-основного титрования лежит реакция нейтрализации

Метод позволяет определить концентрацию кислоты или катионов, гидролизирующихся с образованием ионов водорода, титрованием раствором щелочи или определить концентрацию оснований, в том числе анионов, гидролизирующихся с образованием гидроксид-ионов титрованием растворами кислот. Точка эквивалентности устанавливается при помощи кислотно-основных индикаторов, изменяющих окраску в определенном интервале рН. Например, методом кислотно-основного титрования можно определить карбонатную жесткость воды, т.е. концентрацию НСОв воде путем титрования ее раствора HCl в присутствии индикатора метилового оранжевого

НСО+ Н= Н2О+ СО2

В точке эквивалентности желтая окраска индикатора переходит в бледно-розовую. Расчет производится по уравнению закона эквивалентов

, (18.2)

где -объемы анализируемого и титрованного растворов;

Нормальная концентрация эквивалентов вещества HCl в титрованном растворе

Определяемая молярная концентрация эквивалентов ионов НСОв анализируемом растворе.

При осадительном титровании анализируемый раствор титруется реагентом, образующим с компонентом титрованного раствора малорастворимое соединение. Точка эквивалентности определяется с помощью индикатора, образующего с реагентом окрашенное соединение, например, красный осадок Ag2CrO4 при взаимодействии индикатора K2CrO4 с избытком ионов Ag при титровании раствора хлорида раствором нитрата серебра.

Комплексонометрическое титрование. При комплексонометрическом титровании определяемый компонент в растворе титруется раствором комплексона, чаще всего этилендиаминотетрауксусной кислоты (ЕДТА, комплексона II) или ее двунатриевой соли (комплексона III или трилона Б). Комплексоны являются лигандами и образуют со многими катионами комплексы. Индикаторами мочки эквивалентности обычно служат лиганды, образующие с анализируемым ионом окрашенное комплексное соединение. Например, индикатор хромоген черный с кальцием и магнием образует комплексы и красного цвета. В результате титрования раствора винно-красного цвета, содержащего ионы кальция, магния и индикатор, раствором комплексона III кальций связывается в более прочный комплекс с комплексоном, в точке эквивалентности анионы индикатора освобождаются и придают раствору синюю окраску. Этот метод комплексонометрического титрования используются, например, для определения общей жесткости воды.

Окислительно-восстановительное титрование. Данный способ заключается в титровании раствора восстановителя титрованным раствором окислителя или в титровании раствора окислителя титрованным раствором восстановителя. В качестве титрованных растворов окислителей нашли применение растворы перманганата калия KMnO4 (перманганатометрия), дихромата калия K2Cr2O7 (дихроматометрия), иода I2 (иодометрия). Из титрованных растворов восстановителей следует отметить растворы гидразина N2H4 (гидразинометрия).

При перманганатометрическом титровании в кислой среде Mn (VII) (малиновая окраска) переходит в Mn (II) (бесцветный раствор). Например, перманганатометрическим титрованием можно определить содержание нитритов в растворе

2KMnO4 + 5KNO2 + 3H2SO4 = 2MnSO4 + K2SO4 + 5KNO3 + 3H2O

При дихроматометрическом титровании индикатором служит дифениламин, окрашивающий раствор в синий цвет при избытке дихромат-ионов. При иодометрическом титровании индикатором служит крахмал. Иодометрическое титрование используется для анализа растворов окислителей, в этом случае титрованный раствор содержит иодид-ион. Например, медь можно определить титрованием ее растворов раствором иодида

2Cu

Затем образующийся раствор титруется титрованным раствором тиосульфата натрия Na2S2O3 c индикатором крахмалом, добавляемым в конце титрования

2Na2S2O3 + I2 = 2NaI + Na2S4O6

Итак, существует большое число разновидностей количественного химического анализа, позволяющих определять разнообразные вещества в широких пределах концентраций. Среди химических методов анализа наиболее распространены титрометрические и гравиметрические методы.

Задачей количественного анализа является определение количественного содержания отдельных составных ча­стей в исследуемом веществе или в смеси. Результаты количественного определения выражают обычно в про­центах. Количественный анализ используется в биоло­гии, физиологии, медицине, биохимии, химии пищевых продуктов и т. д.

Все методы количественного анализа можно разделить на три основные группы.

1. Гравиметрический (весовой) анализ. Гравиметрическим анализом называют определение количества компонента (элемента или иона) по массе вещества, полученного в результате анализа. В методах этой группы определяемую часть анализируемого вещества выделяют в чистом виде или в виде соединения известного состава, массу которого определяют.

Например, чтобы определить количество бария в его соединениях, ион Ва 2+ осаждают при помощи разбав­ленной серной кислоты:

ВаС1 2 + H 2 S0 4 = BaS0 4 | + 2НС1.

Осадок BaS0 4 фильтруют, промывают, прокаливают и точно взвешивают. Зная массу осадка BaS0 4 и его фор­мулу, вычисляют, сколько в нем содержится бария. Гра­виметрический метод дает результаты высокой точности, но он очень трудоемок.

2. Титриметрический (объемный) анализ. Титриметрический анализ основан на точном измерении количества реактива, затраченного на реакцию с определяемым
компонентом. Реактив берется в виде раствора определенной концентрации - титрованный раствор. Момент,
когда реактив будет прибавлен в количестве, эквивалентном содержанию определяемого компонента, т. е. момент окончания реакции определяется различными способами. При титровании приливают количество реактива, эквивалентное количеству определяемого вещества. Зная объем и точную концентрацию раствора, пошедшего на реакцию с определяемым веществом, рассчитывают количество определяемого вещества.

Титриметрический анализ дает менее точные результаты, чем гравиметрический, но важным его преимуществом является большая скорость выполнения анализа. В зависимости от типа реакций, протекающих в процессе титрования, титриметрический анализ делят на три группы: методы кислотно-основного титрования, методы редоксиметрии и методы осаждения и комплексообра-зования.

3. Методы фотометрии. В этом методе количество вещества определяют по интенсивности окраски раствора. Для этого используют так называемые цветные реакции, т. е. реакции, сопровождающиеся изменением окраски раствора. Например, при определении количества железа используется реакция

FeCl3 + 3KSCN 7-Fe(SCN)3 + 3KCI,

приводящая к образованию раствора красного цвета. Оценку интенсивности окраски раствора производят визуально или с помощью соответствующих приборов.

Иногда определяемый компонент превращают в малорастворимое соединение и о содержании определяемого вещества судят по интенсивности помутнения раствора. Метод, основанный на этом принципе, называют нефелометрией. Методы фотометрии и нефелометрии применяются для определения компонентов, входящих в состав анализируемого вещества в очень малых количествах. Точность этого метода ниже, чем гравиметрического или титриметрического.

Кроме этих методов, имеются еще другие: газовый анализ, спектральный анализ, электрохимический и хро-матографический методы. В данном учебнике эти методы не рассматриваются.

Все методы количественного анализа подразделяются на химические и физико-химические. К химическим методам относятся гравиметрический, титриметрический и газовый анализ, к физико-химическим - фотометрия и нефелометрия, электрохимический, спектральный, хро-.матографический методы анализа

В количественном анализе различают методы макро-, микро- и полумикрометод. В настоящем учебнике рас­сматривается только макрометод. При выполнении макроопределений определяются сравнительно большие (0,01-0,1 г) количества вещества. Исключение состав­ляют фотометрические и нефелометрические методы, при которых количество определяемого вещества состав­ляет доли миллиграмма.

ЗАДАЧИ И МЕТОДЫ КОЛИЧЕСТВЕННОГО АНАЛИЗА

Задачей количественного анализа является определение количественного

Все методы количественного анализа подразделяются на химические, физико-химические и физические. К химическим методам относятся гравиметрический, титриметрический и газовый анализы, к физико-химическим – фотометрия, электрохимический и хроматографический анализы, к физическим – спектральный анализ, люминесцентный.

1. Гравиметрический анализ основан на определении массы вещества, выделенного в чистом виде или в виде соединения известного состава. Например, чтобы определить количество бария в его соединениях, ион Ва 2+ осаждают при помощи разбавленной серной кислоты. Осадок ВаSО 4 фильтруют, промывают, прокаливают и точно взвешивают. По массе осадка ВаSО 4 и его формуле вычисляют, сколько в нем содержится

бария. Гравиметрический метод дает результаты высокой точности, но он очень трудоемок.

2. Титриметрический анализ основан на точном измерении объема реактива,

затраченного на реакцию с определенным компонентом. Реактив берется в виде раствора определенной концентрации – титрованный (стандартный) раствор. Момент, когда реактив будет прибавлен в количестве, эквивалентном содержанию определяемого вещества, т.е. окончания реакции, определяется различными способами. При титровании приливают реактив в количестве, эквивалентном количеству исследуемого вещества. Зная объем и точную концентрацию раствора, пошедшего на реакцию с определяемым веществом, вычисляют его количество.

Титриметрический анализ дает менее точные результаты, чем гравиметрический, но важным его преимуществом является большая скорость выполнения анализа. В зависимости от типа реакций, протекающих в процессе титрования, титриметрический анализ включает методы кислотно-основного титрования, методы оксидиметрии и методы осаждения и комплексообразования.

3. Методы фотометрии основаны на измерении поглощения, пропускания и рассеяния света раствором. Для большинства фотометрических методов используют так называемые цветные реакции, т.е. химические реакции, сопровождающиеся изменением окраски раствора. Метод, основанный на определении содержания вещества по интенсивности окраски, называют колориметрией . Оценку интенсивности окраски раствора производят визуально или с помощью соответствующих приборов.

Иногда определяемый компонент превращают в труднорастворимое соединение и о его содержании судят по интенсивности помутнения раствора. Метод, основанный на этом принципе, называют нефелометрией . Методы колориметрии и нефелометрии применяются для определения компонентов, входящих в состав анализируемого вещества в очень малых количествах. Точность этого метода ниже, чем гравиметрического или титриметрического.

4. Электрохимические методы. К этим методам относятся электрогравиметрический анализ, кондуктометрия, потенциометрия м полярография. Электрогравиметрический метод применяется для определения концентрации металлов. Определяемый элемент осаждается путем электролиза на электроде, масса которого известна. Кондуктометрия и потенциометрия относятся к электротитриметрии. Окончание реакции при титровании устанавливают или путем измерения электропроводности раствора или путем измерения потенциала электрода, погруженного в исследуемый раствор. Потенциометрический метод применяется также для определения рН раствора. Определение основано на измерении электродвижущей силы раствора (э.д.с.), которая зависит от концентрации ионов водорода. В полярографическом метод е о количестве определяемого иона судят по характеру вольтамперной кривой (полярограмма), получаемой при электролизе исследуемого раствора с капельным ртутным катодом в особом приборе – полярографе. Этот метод отличается высокой чувствительностью. Применяя полярографический метод, можно в одном и том же растворе качественно и количественно определять различные элементы, не прибегая к химическим реакциям.

5. Хроматографический метод основан на использовании явления избирательной

адсорбции растворенных веществ (или ионов) различными твердыми веществами – адсорбентами. Адсорбентами могут быть активированный оксид алюминия Al 2 O 3 , пермутит, синтетические смолы и др. Хроматографический метод применяется в качественном и количественном анализе. Особенно широко применяется этот метод для разделения веществ или ионов.

В количественном анализе различают макро-, микро и полумикрометоды. В настоящем учебнике рассматривается выполнение гравиметрических и титриметрических определений только макрометодом.

2. ГРАВИМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ

Методы количественного анализа. Количественный анализ предназначен для определения количественного состава анализируемого вещества. Существуют химические, физические и физико-химические методы количественного анализа. Основой всякого количественного исследования является измерение. Химические методы количественного анализа основаны на измерении массы и объема. Количественные исследования позволили ученым установить такие основные законы химии, как закон сохранения массы вещества, закон постоянства состава, закон эквивалентов и др. законы, на которых основана химическая наука. Принципы количественного анализа являются основной для химико-аналитического контроля производственных процессов различных отраслей промышленности и составляют предмет т. н. технического анализа. Различают 2-ва основных метода количественного химического анализа: весовой или гравиметрический и объемный или титриметрический.

Весовым анализом наз-ся метод количественного анализа, в котором точно измеряют только массу. Объемный анализ - основан на точном измерении массы веществ и объема раствора реактива известной концентрации, реагирующего с определенным количеством анализируемого вещества. Особым видом кол-го анализа является анализ газов и газовых смесей, т.н. газовый анализ, выполняемый тоже путем измерения объема или массы анализируемой смеси или газа. Определение одного и того же вещества можно выполнить весовым или объемным методами анализа. Выбирая метод определения, аналитик должен учитывать необходимую точность результата, чувствительность реакции и быстроту выполнения анализа, а в случае массовых определений - доступность и стоимость применяемых реактивов. В связи с зтим различают макро-, микро-, полумикро-, ультрамикрометоды кол-го анализа, при помощи которых можно проводить анализ минимальных количеств анализируемого вещества. В настоящее время простые химические методы все больше вытесняются физическими и физико-химическим методами, для работы с которыми необходимы дорогостоящие приборы и оборудование.

Оптические, электрохимические, хроматографические, различные спектро- и фотометрические исследования (инфракрасная, атомноадсорбционная, пламенная и т.д.), потенциометрия, полярография, масс-спектрометрия, ЯМР исследования. С одной стороны эти методы ускоряют получение результатов, повышают их точность и чувствительность измерений: предел обнаружения (1-10 -9 мкг) и предельная концентрация (до 10 -15 г/мл), селективность (можно определять составные компоненты смеси без их разделения и выделения), возможность их компьютеризации и автоматизации. Но с другой стороны все более удаляют от химии, снижают знание химических методов анализа у аналитиков, что и привело к ухудшению преподавания химии в школах, отсутствию хороших учителей-химиков, оснащенных школьных химических лабораторий, снижению знаний по химии у школьников.

К недостаткам следует отнести сравнительно большую ошибку определения (от 5 до 20 %, в то время как химический анализ дает ошибку обычно от 0,1 до 0,5 %), сложность аппаратуры и ее высокую стоимость. Требования, предъявляемые к реакциям в количественном анализе. Реакции должны протекать быстро, до конца, по возможности, - при комнатной температуре. Исходные вещества, вступающие в реакцию, должны реагировать в строго определенных количественных соотношениях (стехиометрически) и без побочных процессов. Примеси не должны мешать проведению количественного анализа. При проведении измерений не исключены ошибки, погрешности измерений и расчетов. Для исключения ошибок, сведения их к минимуму, измерение проводят в повторностях (параллельных определениях), не менее 2-х и проводят метрологическую оценку результатов (имеется в виду правильность и воспроизводимость результатов анализа).

Важнейшими характеристиками методов анализа является их чувствительность и точность. Чувствительностью метода анализа называют наименьшее количество вещества, которое можно достоверно определить данным методом. Точностью анализа называют относительную ошибку определения, которая представляет собой отношение разности найденного (х 1) и истинного (х) содержания вещества к истинному содержанию вещества и находят по формуле:

Отн. ош.= (х 1 -х)/ х, для выражения в процентах умножают на 100. За истинное содержание принимают среднеарифметическое содержание вещества, найденное при анализе пробы в 5 -7 определениях.

Метод Чувствительность, моль/л Точность,%

Титриметрический 10 -4 0,2

Гравиметрический 10 -5 0,05

Весовым (гравиметрическим) анализом называют метод количественного анализа, при котором количественный состав анализируемого вещества устанавливают на основании измерений масс, путем точного взвешивания массы устойчивого конечного вещества известного состава, в которое полностью переведен данный определяемый компонент. Например, гравиметрическое определение серной к-ты в водном растворе осуществляется с помощью водного раствора соли бария: ВаС1 2 + Н 2 SО 4 > ВаSО 4 v +2 НСl. Осаждение проводят в таких условиях, в которых практически весь сульфат-ион переходит в осадок ВаSО 4 с наибольшей полнотой - количественно, с минимальными потерями, вследствие незначительной, но все же имеющейся растворимости сульфата бария. Далее осадок отделяют от раствора, промывают для удаления растворимых примесей, высушивают, прокаливают, для удаления летучих сорбированных примесей и взвешивают на аналитических весах в виде чистого безводного сульфата бария. А затем рассчитывают массу серной кислоты. Классификация методов гравиметрического анализа. Методы осаждения, отгонки, выделения, термогравиметрические методы (термогравиметрия).

Методы осаждения - определяемую составную часть количественно связывают в такое химическое соединение, в виде которого она может быть выделена и взвешена. Состав этого соединения должен быть строго определенным, т.е. точно выражаться химической формулой, и оно не должно содержать каких-либо посторонних примесей. Соединение, в виде которого определяемую составную часть взвешивают, называют весовой формой.. Пример, определение Н 2 SО 4 (выше), определение массовой доли железа в его растворимых солях, основанное на осаждении железа (111) в форме гидроксида Fе(ОН) 3 хН 2 О с последующим его отделением и прокаливанием до оксида Fе 2 О 3 (весовая форма). Методы отгонки. Определяемый компонент выделяют из анализируемой пробы в виде газообразного вещества и измеряют либо массу отогнанного вещества (прямой метод), либо массу остатка (косвенный метод).

Прямой метод широко используется для определения содержания воды в анализируемых веществах путем ее отгонки из взвешенного образца и конденсации, а затем измеряют объем конденсированной воды в приемнике. По плотности пересчитывают объем воды на массу и, зная массу образца и воды, рассчитывают содержание воды в анализируемой пробе. Косвенный метод отгонки широко применяют для определения содержания летучих веществ (включая слабосвязанную воду) по изменению массы образца до и после высушивания до постоянного веса в термостате (в сушильном шкафу) при постоянной температуре. Условия проведения таких испытаний (температура, время сушки) определяются природой образца и конкретно указываются в методических руководствах.

Методы выделения основаны на выделении из раствора определяемого компонента путем электролиза на одном из электродов (электрогравиметрический метод). Затем электрод с выделевшимся веществом промывают, высушивают и взвешивают. По увеличению массы электрода с веществом находят массу выделившегося на электроде вещества (сплавы золота, меди переводят в раствор).

Термогравиметрические методы не сопровождаются отделением исследуемого вещества, а исследуется сам образец поэтому эти методы условно относят к гравиметрическим методам анализа. Методы основаны на измерении массы анализируемого вещества при его непрерывном нагревании в заданном температурном интервале на специальных приборах - дериватографах. По полученным термогравиграммам при их расшифровке можно определить содержание влаги и других составляющих анализируемого вещества.

Основные этапы гравиметрического определения: расчет массы навески анализируемой пробы и объема (или массы) осадителя; взвешивание (взятие) навески образца; растворение навески анализируемого образца; осаждение, т.е. получение осаждаемой формы определяемого компонента; фильтрование (отделение осадка от маточного раствора); промывание осадка; высушивание и (при необходимости) прокаливание осадка до постоянной массы, т. е. получение гравиметрической формы; взвешивание гравиметрической формы; расчет результатов анализа, их статистическая обработка и представление. Каждая из этих операций имеет свои особенности.

При расчете оптимальной массы навески анализируемого вещества учитывают возможную массовую долю определяемого компонента в анализируемой пробе и в гравиметрической форме, массу гравиметрической формы, систематическую ошибку взвешивания на аналитических весах (обычно 0,0002), характер получаемого осадка - аморфный, мелкокристаллический, крупнокристаллический. Расчет исходной навески ведут исходя из того, что масса гравиметрической навески должна быть не меньше 0,1 г. В общем случае нижний предел оптимальной массы m исходной навески анализируемого вещества (в граммах) рассчитывают по формуле: m = 100m (ГФ) F/ W(X), где m(ГФ) - масса гравиметрической формы в граммах; F - гравиметрический фактор, фактор пересчета, аналитический множитель); W(X) - массовая доля (в %) определяемого компонента в анализируемом веществе. Гравиметрический фактор F численно равен массе определяемого компонента в граммах, соответствующий одному грамму гравиметрической формы.

Гравиметрический фактор рассчитывают по формуле как отношение молярной массы М(Х) определяемого компонента Х к молярной массе гравиметрической формы М(ГФ), умноженное на число n молей определяемого компонента, из которого получается один моль гравиметрической формы: F = n M(X) / M (ГФ). Так, если из 2-х молей Fе С1 3 6Н 2 О получается один моль гравиметрической формы Fе 2 О 3 , то n = 2. Если из одного моля Ва(NО 3) 2 получают один моль гравиметрической формы ВаСrО 4 , то n = 1.

Это гравиметрический и титриметрический методы. Хотя они постепенно уступают место инструментальным методам, они остаются непревзойденными по точности: их относительная ошибка меньше 0,2 %, тогда как инструментальных - 2-5 %. Они остаются стандартными для оценки правильности результатов других методов. Основное применение: прецизионное определение больших и средних количеств веществ.

Гравиметрический метод заключается в выделении вещества в чистом виде и его взвешивании. Чаще всего выделение проводят осаждением. Осадок должен быть практически нерастворимым. Определяемый компонент должен выделяться в осадок практически полностью, так чтобы концентрация компонента в растворе не превышала 10 -6 М. Этот осадок должен быть по возможности крупнокристаллическим, чтобы его легко можно было промыть. Осадок должен быть стехиометрическим соединением определенного состава. При осаждении происходит захват примесей (соосаждение), поэтому его необходимо промывать. Затем осадок должен быть высушен и взвешен.

Применение гравиметрических методов:

Можно определить большинство неорганических катионов, анионов, нейтральных соединений. Для осаждения применяют неорганические и органические реагенты; последние более селективны. Примеры:

AgNO 3 +HCl=AgCl+HNO 3

(определение серебра или хлорид-ионов),

BaCl 2 +H 2 SO 4 =BaSO 4 +2HCl

(определение бария или сульфат-ионов).

Катионы никеля осаждаются диметилглиоксимом.

Титриметрические методы используют реакции в растворах. Называются также волюмометрическими, так как основаны на измерении объема раствора. Заключаются в постепенном прибавлении к раствору определяемого вещества с неизвестной концентрацией раствора реагирующего с ним вещества (с известной концентрацией), который называется титрантом. Вещества реагируют между собой в эквивалентных количествах: n 1 =n 2 .

Так как n=CV, где С - молярная концентрация эквивалента, V- объем, в котором растворено вещество, то для стехиометрически реагирующих веществ справедливо:

C 1 V 1 =C 2 V 2

Cледовательно, можно найти неизвестную концентрацию одного из веществ (например, C 2), если известны объем его раствора и объем и концентрация прореагировавшего с ним вещества. Зная молекулярную массу эквивалента М, можно рассчитать массу вещества: m 2 =C 2 M.

Для того, чтобы определить конец реакции (который называется точкой эквивалентности), используют изменение цвета раствора или измеряют какое-либо физико-химическое свойство раствора. Используют реакции всех типов: нейтрализации кислот и оснований, окисления и восстановления, комплексообразования, осаждения. Классификация титриметрических методов дана в таблице:

Метод титрования, тип реакции	Подгруппы методов	Вещества титрантов
Кислотно-основное	Ацидиметрия
	Алкалиметрия	NaOH, Na 2 CO 3
Оксилительно-восстановительное	Перманганатометрия
	Иодометрия
	Дихроматометрия
	Броматометрия
	Иодатометрия
Комплексометрическое	Комплексонометрия
Осадительное	Аргентометрия

Титрование бывает прямое и обратное. Если скорость реакции мала, добавляют заведомый избыток титранта, чтобы довести реакцию до конца, а затем количество непрореагированного титранта определяют титрованием другим реагентом.

В основе кислотно-основного титрования лежит реакция нейтрализации, в ходе реакции изменяется рН раствора. График зависимости рН от объема титранта называется кривой титрования, обычно имеет вид:

Для определения точки эквивалентности используют либо рН-метрию, либо индикаторы, изменяющие цвет при определенном значении рН. Чувствительность и точность титрования характеризуются крутизной кривой титрования.

Комплексонометрия основана на реакции образования комплексов. Наиболее часто применяют этилендиаминтетрауксусную кислоту (ЭДТА)

(HOOC)(OOC-H2C)NH-CH2CH2-NH(CH2COO)(CH2COOH)

либо ее) динатриевую соль. Эти вещества часто называют комплексонами. Они образуют прочные комплексы с катионами многих металлов, поэтому применение для титрования требует разделения.

Окислительно-восстановительное титрование сопровождается изменением потенциала системы. Ход титрования контролируется обычно потенциометрическим методом, см. Позднее.

Осадительное титрование - чаще всего применяют аргентометрию как способ определения галогенид-ионов. Последние образуют с катионами серебра практически нерастворимый осадок.

Методы титриметрического анализа обладают высокой точностью(относительная погрешность определения - 0,1 - 0,3%), малой трудоемкостью, простотой аппаратурного оформления. Титриметрию применяют для экспрессного определения высоких и средних концентраций веществ в растворах, в том числе неводных.