Химические методы анализа

Химические методы анализа выполняются непосредственно в пробе с помощью специальных реактивов. Они выводят аналит из раствора, и его содержание определяется по весу или объему полученных продуктов. Химические методы выделяются относительно мягким воздействием на аналит и позволяют определять содержание, как ионов, так и весьма крупных и сложных молекул. Они отличаются высокой точностью. Основная область применения химических методов – прецизионные определения больших и средних концентраций минеральных компонентов. Однако эти методы трудоемки и постепенно уступают место инструментальным. Среди них в гидрогеохимии наиболее востребованы гравиметрические, титрометрические и газовые волюметрические методы.

а. Гравиметрические (весовые) методы (gravimetric analysis)заключаются в извлечении аналита из раствора с помощью реактива и в последующем определении его веса. В зависимости от способа извлечения различают методы осаждения, отгонки и выделения. В первом случае компонент переводят в осадок, который затем промывают, сушат или даже прокаливают и взвешивают. Метод отгонки применим к летучим компонентам. Он заключается в выделении анализируемых компонентов в виде газообразного вещества и определении либо непосредственно его массы (прямой метод), либо массы остатка реактива (косвенный метод). При выделении аналит осаждается на электрод путем электролиза, и затем электрод с осадком взвешивается. Гравиметрия широко использовалась, пока не появились спектральные и хроматографические методы. Её отличает относительно высокая точность. В настоящее время она остаётся своеобразным эталоном, методической базой при разработке и аттестации других методов. Полная относительная погрешность гравиметрии составляет 0,1-0,2%. При анализе проб сложного состава погрешность возрастает до нескольких процентов за счёт несовершенства методов разделения и выделения аналита. Селективность гравиметрических методов невысокая. Кроме того, большим недостатком гравиметрии является низкая производительность. Гравиметрические методы применяют при определении Mg²⁺, Na⁺, SiO₄⁴⁺, SO₄^2-, I₂, CO₂ суммарного содержания нефтепродуктов, гумусовых кислот и жиров. Гравиметрические методы требуют очень точное взвешивание в стационарных условиях и для полевого использования практически не пригодны.

б. Титриметрические методы (titrimetric analysis)заключаются в определении расхода реагента (титранта), потраченного на нейтрализацию определяемого компонента в растворе. Момент достижения эквивалентности обычно устанавливается по изменению цвета специально подобранного индикатора. В зависимости от типа используемых реакций различают титрования: кислотно-основные (нейтрализация), окислительно-восстановительные (иодометрия, иодиметрия, перманганатометрия и т.д.), комплексометрические и методы осаждения. Титрирование до сих пор остается самым востребованным химическим методом общего анализа воды. Им определяют содержание Ca²⁺, Mg²⁺, Cl^-, SO₄^2-, CO₃^2- и HCO₃^-, Fe³⁺, Cu²⁺,B, O₂ (метод Винклера), CO₂ и H₂S, связанный азот (метод Кьельдаля), органические кислоты, общую жесткость, кислотность, щелочность, ХПК и т.д. Основным преимуществом титриметрии является простота, быстрота определения, возможность автоматизации. Её нижний предел обнаружения достигает 10^-3-10^-4 % , погрешность - 0,5-1,5%. Эти методы часто используются в полевых условиях.

г. Волюметрические метод ы (volumetric analysis )используется, как правило, для анализа состава природных газов, компоненты которых отличаются исключительно низкой химической активностью. Метод заключается в последовательном удалении компонентов и измерении объёма остатка. Компоненты удаляются с помощью как химических реакций, так и сорбции или сжижения, а их содержание выражается в долях объема. Валюметрический метод сложен, требует высокий вакуум, и очень трудоемок. Он выполним только в стационарных лабораторных условиях. Его практически вытеснил метод газовой хроматографии. Но он удобен, когда необходимо выделить отдельные газовые компоненты в чистом виде для изотопного анализа. Этим методом определяют относительный объем большинства компонентов в составе природного газа, в том числе N₂, Ar и He.

Химические методы самые старые, относительно простые и не требуют аналитиков очень высокой квалификации. Их часто называются классическими, а гравиметрические и титрометрические среди них относят к «мокрым анализам». Без их использования не определить общую щелочность, жесткость и SO₄^2-. В подавляющем большинстве случаев Cl^- также определяется химическими методами. Но необходимо учитывать, что эти методы могут не замечать устойчивые комплексные соединения анализируемых компонентов и тем самым занижать их концентрации. Поэтому они обладают не стабильной точностью, и нынче почти полностью вытеснены современными инструментальными физико-химическими методами. Среди последних наибольшее значение в гидрогеохимии приобрели электрохимические, хроматографические и фотометрические.

Наблюдаемые значения, результаты измерений, мат ожидания