Техника выполнения основных операций
Нагревание. Нагревать растворы в пробирках на электроплиткенельзя. Если реакция проходит при нагревании, то раствор (или раствор с осадком), находящийся в пробирке, помещают в водяную баню, заполненную кипящей водой. Воду в баню периодически добавляют, не допуская ее выкипания.
Упаривание растворов с целью их концентрирования или выпаривания досуха и прокаливания сухого остатка проводится в фарфоровых чашках или фарфоровых тиглях. Перенесение сухого остатка в пробирку производится только после охлаждения чашки (иначе произойдет разбрызгивание!) путем ополаскивания ее небольшим количеством воды или кислоты.
Осаждение. При проведении осаждения в пробирке исходный объем раствора не должен превышать 2 мл. После создания нужных условий (кислотность, маскирующий агент, температура) осадитель вводят по каплям и перемешивают содержимое пробирки стеклянной палочкой. Если осаждение используется для разделения или удаления ионов, то следует обязательно проверить полноту осаждения. Для этого после центрифугирования к прозрачному раствору над осадком осторожно из пипетки добавляют 1–2 капли осадителя. Если раствор остается прозрачным, то осаждение полное; если же раствор мутнеет, то проводят повторное добавление осадителя и после центрифугирования системы вновь проверяют полноту осаждения. Если осаждение используется как реакция обнаружения иона, то объем раствора составляет 2–3 капли, а выделившийся осадок после центрифугирования и промывания исследуется дополнительно.
Центрифугирование. Для отделения раствора от осадка в полумикроанализе используют не фильтрование, а центрифугирование. Для центрифугирования обычно используют электрические центрифуги.
Коническую пробирку с раствором и осадком после нагревания на водяной бане и охлаждения помещают в одну из гильз центрифуги. В противоположную гильзу для равновесия помещают пробирку с водой. Центрифугу приводят в действие и центрифугируют в течение 1–2 мин. Под действием центробежной силы осадок собирается на дне пробирки, а над ним остается прозрачный раствор – центрифугат. По окончании центрифугирования центрифугу останавливают, только после этого можно открыть крышку и извлечь пробирки. Осадок должен находиться в виде плотного слоя на дне пробирки, на стенках пробирки осадка не должно оставаться. Необходимо снова проверить полноту осаждения, как указано выше; если полнота осаждения не достигнута, осаждение и центрифугирование повторяют.
По окончании центрифугирования в центрифугат погружают конец капиллярной пипетки и медленно наклоняют пробирку, при этом пипетка под действием капиллярных сил заполняется жидкостью. Кончик капилляра при этом не должен касаться осадка и взмучивать его, пипетка не должна касаться стенок пробирки. Пипетку вынимают, и раствор из нее выпускают в другую пробирку. Таким образом отбирают весь раствор. Если полученный раствор не совсем прозрачен, его центрифугируют и снова отбирают пипеткой.
Промывание осадка. Осадок после отделения раствора пропитан им и содержит имевшиеся в растворе компоненты. Для достижения полного разделения осадок необходимо промыть 2–3 раза. Для этого в пробирку добавляют 10–15 капель промывной жидкости (обычно – дистиллированной воды), тщательно перемешивают смесь стеклянной палочкой, помещают пробирку в водяную баню. После нагревания в течение 1 мин полученную смесь центрифугируют, центрифугат отделяют.
Растворение осадка. Растворение осадка производят для дальнейшего анализа твердой фазы или при изучении свойств малорастворимого соединения. В первом случае необходимо предварительное центрифугирование и промывание осадка. Растворение осадка проводят, добавляя кислоту (щелочь, аммиак) небольшими порциями и перемешивая систему стеклянной палочкой. Следует избегать очень большого избытка растворяющего агента (например, кислоты), так как это приводит к увеличению объема (а следовательно, к разбавлению раствора) и необходимости в дальнейшем приводить систему к нужному значению рН.
Выполнение пробирочных реакций. В пробирках проводят реакции идентификации веществ, связанные с образованием осадков, появлением, исчезновением или изменением окраски, а также реакции осаждения для разделения ионов.
В пробирку с помощью капиллярной пипетки вносят 2–3 капли анализируемого раствора и затем по каплям пипеткой, находящейся в капельнице с раствором реактива, добавляют раствор реактива в нужном количестве. При необходимости реактив может быть внесен в твердом состоянии с помощью шпателя или стеклянной лопаточки. При выполнении реакции нельзя касаться пипеткой из капельницыстенок пробирки, а также класть пипетку на стол во избежание загрязнения реактива. Если же это произошло, пипетку следует тщательно вымыть и поместить в капельницу с реактивом. Для каждого реактива следует применять отдельную пипетку. Растворы перемешивают в пробирке стеклянной палочкой или слегка постукивая указательным пальцем правой руки по нижней части пробирки. Совершенно недопустимо закрывать пробирку пальцем и встряхивать ее в таком виде, при этом можно не только внести какое-либо загрязнение в содержимое пробирки, но и повредить кожу пальца.
При проведении качественных реакций большое значение имеет регулирование и поддержание определенных значений рН.
Качественные реакции часто необходимо проводить при повышенной температуре.
Выполнение микрокристаллоскопических реакций. Проведение микрокристаллоскопических реакций требует особой аккуратности. Предметное стекло, на котором происходит реакция, должно быть чистым и сухим. На него наносят стеклянной палочкой (не пипеткой!) каплю исследуемого раствора (нужное значение кислотности этого раствора и другие условия проведения реакции предварительно обеспечиваются в пробирке); рядом помещают каплю реагента (все реагенты для микрокристаллоскопии находятся около микроскопа). Затем стеклянной палочкой соединяют обе капли. Если реагент твердый, то маленькую его крупинку чистой стеклянной палочкой помещают на край капли исследуемого раствора. Кристаллы имеют правильную форму, когда процесс их роста происходит медленно, поэтому нагревание капли для испарения раствора (если это рекомендуется) нужно проводить осторожно, только до образования каемки. Если капля выпарилась досуха – проба испорчена; реакцию делают заново. Рассматривать кристаллы под микроскопом можно спустя 1–2 мин и только после полного охлаждения предметного стекла. Тубус микроскопа следует опустить так, чтобы объектив находился на расстоянии 0,5 см от предметного стекла, но ни в коем случае не касался капли, и, глядя в окуляр, медленно поднимать тубус до получения отчетливого изображения. Объектив микроскопа надо оберегать от попадания на него растворов.
Выполнение капельных реакций. Капельный анализ основан на использовании капиллярно-поверхностных свойств пористых тел, в частности бумаги. При нанесении реагента на бумаге появляется кольцо, окрашенное в соответствующий цвет. Адсорбция ионов на бумаге приводит одновременно к их концентрированию, что позволяет проводить обнаружение малых количеств вещества. Для проведения капельных реакций используется пипетка с капилляром. Ее погружают в анализируемый раствор, дают жидкости подняться на 1–2 мм. Держа пипетку вертикально, плотно прижимают капилляр к фильтровальной бумаге, при этом образуется влажное пятно. Если жидкость растекается по бумаге, значит нанесена слишком большая капля, и опыт следует повторить. Изменение порядка нанесения на бумагу реагирующих веществ отмечается при описании соответствующей реакции.
Идентификация газообразных продуктов реакции. Для идентификации газов, выделяющихся при реакциях (NH3, CO2, SО2), используют специальные приборы. Наиболее простым прибором является двухколенная пробирка. В одно колено прибора вносят небольшое количество сухого анализируемого вещества или несколько капель его раствора и прибавляют к нему несколько капель реактива, вызывающего выделение газа. В другое колено прибора предварительно помещают несколько капель реактива для идентификации газа. Прибор быстро закрывают пробкой. Выделяющийся газ, соприкасаясь с реактивом, вызывает помутнение реактива или изменение его окраски. Идентификацию газов можно проводить в так называемой «газовой камере», состоящей из двух часовых стекол. В этом случае несколько капель анализируемого раствора (или сухого анализируемого вещества) и реактива помещают на часовое стекло, которое закрывают другим часовым стеклом. Предварительно к вогнутой стороне второго стекла прикрепляют кусочек фильтровальной бумаги, смоченной раствором реактива, изменяющим окраску при взаимодействии с выделяющимся газом. При необходимости «газовую камеру» можно нагреть на водяной бане.
Для создания нужной кислотности прежде всего проверяют значение рН исходного раствора: для этого стеклянной палочкой (не пипеткой!)наносят каплю раствора на кусочек бумаги, пропитанной раствором универсального индикатора, и цвет появившегося пятна сравнивают с цветной шкалой этого индикатора. В зависимости от результата и необходимого значения рН в исследуемый раствор вводят кислоту или щелочь. В любом случае добавлять кислоту или щелочь следует по каплям, каждый раз перемешивая раствор стеклянной палочкой и обязательно вновь проверяя рН по индикатору. В некоторых случаях рекомендуется введение буферной смеси.
Выполнение холостого опыта. При проведении реакций обнаружения (пробирочных и микрокристаллоскопических) полезно сравнивать наблюдаемый эффект с результатом холостого опыта, в котором использовались все те же реагенты в тех же условиях, что и в основном, но в отсутствие определяемого иона. Заключение о наличии иона в системе можно делать лишь в том случае, если наблюдаемый эффект аналитической реакции (выделение осадка, появление окраски) гораздо интенсивнее, чем в холостом опыте.