Основные операции весового анализа

В ходе гравиметрического определения различают следующие операции: 1) отбор средней пробы вещества и подготовку ее к анализу; 2) взятие навески; 3) растворение; 4) осаждение определяемого элемента (с пробой на полноту осаждения); 5) фильтрование; 6) промывание осадка (с пробой на полноту промывания); 7) высушивание и прокаливание осадка; 8) взвешивание; 9) вычисление результатов анализа.

Отбор средней пробы.Аналитическое определение лишь тогда приводит к содержательным выводам, когда отобранная для анализа проба является пред­ставительной по отношению к исследуемому материалу.

В производстве бывает необходимо определить средний химический состав большой партии неоднородного материала (удобрения, ядохимиката, почвы, руды и т. п.). При этом подготовка вещества к анализу сводится к правильному отбору так называемой средней пробы. 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.

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 в куче, рассыпают ровным слоем в виде квадрата (или круга), 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.

Перекристаллизация.В условиях исследовательской лаборатории часто требуется найти содержание какого-нибудь элемента в химически чистом соединении (например, содержание бария в хлориде барии ВаС1₂•2Н₂0). Здесь подготовка вещества к анализу состоит и очистке его от примесей и обычно осуществляется путем перекристаллизации для удаления примесей только из кристаллических веществ, например из солей.

Применительно к пробоотбору введены следующие количественные характеристики:

1. Рабочий диапазон.A=mi — диапазон количеств определяемого компонента i, к которым применима данная методика.

2. Диапазон количества пробыP=mi+mo — диапазон общих количеств пробы, состоящий из определяемого компонента (индекс i) и "матрицы" (индекс 0) — суммы остальных компонентов. В зависимости от требуемого для анализа количества пробы методики обычно классифицируют следующим образом:

Р>100мг 100мг>Р>10мг P<10мг

макроанализ полумикроанализ микроанализ

Диапазон содержаний компонента

100m_i

G = ───── %

m_i+m_o

В зависимости от величины Gкомпоненты пробы обычно называют следующим образом:

G> 10%	10%>G> 1%	G< 1%
главный компонент	сопутствующий компонент	следовый компонент

Легко видеть, что между A, P и G существует соотношение:

P = A/G• 100%

Отсюда можно оценить минимальное (и максимальное) количество пробы, требуемое для проведения анализа по выбранной методике, если заданы величины рабочего диапазона и содержание определяемого компонента. На практике следует по возможности брать количество пробы, несколько превышающее рас­считанное.

Примеры.

Содержание определяемого вещества в пробе приблизительно 10%; методика позволяет определять не менее 0.5 мг этого вещества. Минимальное количество пробы, требуемое для анализа, составляет:

P = 0,5 мг/10•100=5мг

Максимальное количество пробы, которым располагает аналитик, составляет 10 мг, содержание определяемого компонента в ней около 0,2%. Следовательно, необходимо использовать методику, позволяющую определять не менее:

А = 0,2 • 10 мг/100 = 0,02 мг = 20 мкг

Взятие навески

Навеской называют количество вещества, необходимое для выполнения анализа.

Как правило, чем больше навеска, тем выше и относительная точность определения. Однако работа с большой навеской имеет свои отрицательные стороны: получающийся при этом большой осадок трудно отфильтровать, промыть или прокалить, анализ занимает много времени. Наоборот, при слишком малой навеске ошибки взвешиваний и других операций, неизбежные при анализе, значительно снижают точность определения.

Таким образом, выбор величины навески анализируемого вещества определяется количеством осадка, наиболее удобным в работе. Например, на бумажном фильтре диаметром 7 см можно легко отфильтровать 0,5 г кристаллического сульфата бария ВаSО₄. Но с таким же количеством аморфных, студенистых осадков гидрооксидов Fe(OH)₃, Al(OH)₃ работать чрезвычайно трудно.

Аналитической практикой установлено, что наиболее удобны в работе кристаллические осадки с массой около 0,5 г и объемистые аморфные осадки с массой 0,1—0,3 г. Учитывая эти нормы осадков и зная приблизительное содержание определяемого элемента в веществе, вычисляют необходимую величину навески.

Пример.Какую навеску хлорида бария BaCl₂• 2H₂O нужно взять для определения содержания в нем бария?

Исходные данные: формула осадка BaSO₄; норма кристаллического осадка 0,5 г.

Решение. Величину навески находят из пропорции:

233,43 г	BaSO4	получаются из	244,31 г	BaCl2•2H2O
0,5 г	BaSO4	» » »	Х г	BaCl2•2H2O

X= 0,52 г.

Ответ: для анализа следует взять навеску хлорида бария ВаС1₂•2Н₂О около 0,5— 0,6 г.

Иногда, выбирая навеску, учитывают необходимую точность определения и возможные потери из-за растворимости осадка.

Разумеется, выбор навески зависит еще от метода, с помощью которого будет выполняться определение (макро-, полумикро- или микроанализ). Мы рассмотрели случай выбора навески при макроанализе.

При определениях, не связанных с получением осадка, например при изучении влажности или зольности различных материалов, допустимы навески в 1,0—2,0 г, а иногда и больше. Вещество взвешивают в специальном ста­канчике — бюксе.