Сынаманы алу және анализге дайындау

10.2 Сынаманы алу және анализге дайындау

Егер гомогенді, мысалы, ерітінді, материал зерттелсе, онда оның кез келген бөлігін алуға болады. Қатты сынаманы алу өте күрделі, себебі қатты заттар көбінесе біркелкі болмайды. Алынған сынамада берілген заттың барлық компоненттері болуы керек, мысалы, көмірдің немесе руданың сынамасын алу үшін материалдың кездейсоқ бөліктерін алып, ұнтақтап, оның кішкене мөлшерін таңдап алады. Химиялық құрамы және қасиеттері бойынша зерттелетін заттың барлық массасына сәйкес келетін осы кішкене мөлшерді орташа сынама деп атайды. Анализ жасау үшін орташа сынаманың кішкене үлгісін алады. Әдебиетте материалдардың көптеген типтерінің сынамаларын алудың әдістемелері берілген. Әдістемелердің бірі бойынша ұнтақталған материалды төбешік қылып үйіп салады. Бұл төбешікті секторларға бөледі. Материалды белгілі бір секторлардан алып, оларды араластырады. Операцияны бірнеше рет қайталайды

Көлемді материалдарды олардың қозғалысы барысында алған жөн. Мысалы, труба бойынша ағып жатқан сұйықтың жолында диаметрі кіші түтік қойылады. Металдар мен басқа қатты заттардың сынамасын жаңқа немесе түйіршік күйінде алады. Газ сынамаларын онымен сұйықты ығыстырып алады.

3. 
   Алдын ала зерттеу.
   

Алдын ала жүргізілетін зерттеулер сынаманың табиғатына қарай әртүрлі жүргізіледі. Егер анализденетін зат қатты болса, онда оның физикалық күйі, түсі, иісі, жалындап кетпейтіндігін, балқуын, жарылуын, жалынды түске бояйтындығын, газдың бөліну-бөлінбеуін, қатты қыздырғаннан кейін қалатын қалдықтың табиғатын, ерігіштігін байқайды. 9 кестеде бір қатар иондардың қосылыстарының кристалдарының түсі келтірілген.

9 - кесте. Бірқатар иондардың қосылыстарының кристалдарының түсі .

Түсі	Ион	Түсі	Ион
Көк	Мыс (II)	Сары	Темір (III), хроматтар
Алқызыл	Кобальт, марганец (II)	Қызғылт-сары	Бихроматтар
Жасыл	Никель (II), темір (II)

Кристалдардың формасын микроскоп арқылы анықтайды. Кристалдардың типтеріндегі айырмашылық сынамада бірнеше заттың бар екендігін көрсетеді.

Жалынның түсін өзгертетін пирохимиялық реакцияны жүргізу бірқатар иондарды анықтауға мүмкіншілік береді. Бұл реакцияны өткізгенде затты платина немесе нихром сымына аз ғана мөлшерін салып қыздырғыштың жалынына енгізеді. Сымды концентрлі HCl салып, одан кейін қатты қыздырып, алдын ала тазартады. Тұздарды жеңіл ұшатын хлоридтерге ауыстыру мақсатында заттың сынамасын HCl ерітіндісімен сулап алуға болады. Жалын берілген затқа тән түске боялады.
10 -кесте. Жалынды түске бояу реакциялары.

Элемент	Жалынның түсі	Элемент	Жалынның түсі
Натрий	Сары	Барий	Сары-жасыл
Калий	Күлгін	Мыс	Жасыл
Кальций	Қоңыр-қызыл	Висмут	Жасыл
Стронций	Қоңыр-қызыл	Қорғасын, сурьма, мышьяк	Көгілдір
Бор	Жасыл

Кейбір иондарды қатты сынаманы құрғақ реактивпен үйкелеу жолымен алдын ала анықтауға болады. Бұл реакцияны фарфор үккішінде немесе фарфор пластинкасында орындайды. Мұндай реакцияларды жүргізу мүмкіншілігі құрғақ реактивтерде және заттарды кішкене ылғадылықтың болуымен түсіндіріледі.

Егер сынама ерітінді болса, онда оны концентрлі күкірт қышқылының бірнеше тамшысымен қышқылдатып, құрғағанша дейін қыздырады.
11-кесте. Кейбір иондарды қатты фазалы реакциялар арқылы анықтау.

Иондар	Реагент	Реакция өнімдері	Түсі
Co2+	NH4CNS	Co(CNS)2	Көк
Fe3+	NH4CNS	Fe(CNS)3	Қызыл
Hg2+	KJ	HgJ2	Қызғылт-сары
Ba2+	K2Cr2O7	BaCrO4	Сары
Br-	AgNO3	AgBr	Сары

Иісі бойынша ұшқыш заттарды анықтауға болады: NH₃, HCl, HNO₃, CHCOOH, H₂S.

Егер сынамаға қышқыл құйғанда газ бөлінсе, онда газдың сипаттамаларына қарай заттың құрамына кіретін анионды табуға болады.
12-кесте. Қышқылды құйғанда бөлінетін газдардың сипаттамалары.

Газ	Анықтау белгілері	Анион
CO2	Әк суының лайлануы	CO32-, НCO3-
H2S	Бұзылған жұмыртқаның иісі	S2, SO32-, S2O32-
NO2	Қызыл-қоңыр бу	NO2-
SO2	Жанған күкірттің иісі	SO32-, S2O32-
CH3C	Сірке қышқыл иісі	CH3COO-
Br2	Қызыл-қоңыр бу	Br-
J2	Күлгін булар	J-
O2	Шоқтанған жаңқаның жануы	MnO4-, ClO4-, Cr2O72-, CrO42-, H2O2

Анализге ерітінді ұшыраса, онда ерітіндінің түсіне және реакциясына көңіл аудару керек.Түсі бойынша иондардың бар немесе, керісінше, жоқ екендігін анықтауға болады, мысалы, Fe³⁺, Co²⁺, Ni²⁺, Cu²⁺, CrO₄^2-, CrO₇^2-.

Реакцияның нейтралдығы күшті қышқыл және күшті негіз арқылы түзілген тұздың болу мүмкіншілігін көрсетеді (NaCl, K₂SO₄). Ерітіндіде диссоциациялану константалары жақын әлсіз негіз бен қышқыл арқылы түзілген тұздар болғанда да орта бейтарап болуы мүмкін (СH₃ CООNH₄).

3. 
   Сынаманы еріту
   

Заттың ерігіштігін анықтау үшін оның өте аз мөлшері алынады. Еріткіш ретінде негізінен су, бейорганикалық қышқылдар немесе олардың судағы ерітінділері, ал кейбір жағдайларда – калий немесе натрий гидроксидтерінің ерітінділері қолданылады. Егер зат аталған реагенттерде ерімесе, онда бұлардан күштірек тұздардың немесе сілтілі балқымалар қолданылады.

Зарядтарының тығыздықтары төмен иондар еритін тұздар, ал зарядтарының тығыздықтары жоғары иондар ерімейтін тұздар түзеді деп есептеледі.Бірінші аталған иондарға 1:1 стехиометриясы немесе кристалдарына (гидроксидтер) күшті сутекті байланыстар тән. Мысалы, сілтілі металдардың, аммонийдің тұздары, нитраттар, галогенидтер, роданидтер, нитриттер, ацетаттар, сульфаттар, хлоридтер жақсы ериді (>0,1 M). Бұл ережеге бағынбайтын мысалдарда бар. Олар кестеде келтірілген.

Ерімейтін тұздарға сульфидтер, оксалаттар, гидроксидтер, оксидтер, сульфаттар, фосфаттар, арсенаттар жатады. Бұл топта да ережеге бағынбайтын мысалдар бар. Бұл ережелер, әрине, сапалық болып келеді.Ерігіштікті сандық түрде бағалау үшін ерігіштік көбейтінді кестелерін қолдану керек.

13-кестеде келтірілген ережелердің негізінде бір қатар операциядан құтылуға мүмкіншілік беретін және осының арқасында анализдің эффективтігін жоғарылататын болжам жасауға болады. Айталық, анализденетін зат суда толық еріп кетсе, онда сілтілі металдар катиондарының және аммонийдің бар екендігін болжамдайды. Аниондардың ішінде сілтілі, сілтілі жер және аммониймен байланысқан хлоридтер, нитраттар, ацетаттар және басқа аниондар болуы мүмкін. Бұл ойды түсті, иісті, ортаны, газдың бөлінуін байқау мәліметтерімен нақтыландыруға болады.

13-кесте. Суда еру ережелері

Еритін заттар
Сілтілі металдар және аммонийдің тұздары		Нитраттар, нитриттер, хлораттар, ацетаттар		Хлоридтер, бромидтер,иодидтер, роданидтер		Сульфат тар
Ережелерге бағынбайтындар
NaSb(OH)6, K2NaCo(NO2)6, NaMg(UO2)3(OAc)96H2O, KClO4, K2PtCl6		AgNO2, AgOAc, Hg2(OAc)2– орташа еритіндер		AgСl, AgJ, AgSCN, Hg2Cl2, Hg2Br2, Hg2(SCN)2, CuCl, CuJ, CuSCN, BlOCl,– ерімейтіндер Hg2J2, CuBr, PbBr2, PbCl2, PbJ2, Pb(SCN)2, HgJ2–орташа еритіндер		Висмут
Ерімейтін заттар
Карбонаттар, сульфидтер, оксалаттар, фосфаттар, арсенаттар		Оксидтер		Сульфидтер		Гидроксидтер
Ережелерге бағынбайтындар
Сілтілік металдар және аммоний тұздары	Сілтілік металдар және аммоний тұздары.		Сілтілік металдар және аммоний сульфидтері. Cr2S3, Al2S3 ерімейтін гидроксидтер түзіп ыдырайды		Сілтілік металдар гидроксидтері ериді (>0,1М). Барий, стронций, кальций гидроксидтері орташа ериді (0,1-0,001 М)

Егер зат суда ерімейтін болса, онда жалпы ережелер негізінде заттың басқа қасиеттерін ескере отыра, тиісті қорытындылар жасалынады. Содан кейін заттың ерігіштігін күштірек реагенттерде тексереді және қажеттілк туған жағдайда ерітіндінің концентрациясын жоғарлатады. Анықтамаларда әртүрлі реагенттерде еритін заттардың типтері келтірілген.

Металдар мен құймаларды тұз қышқылында ерітеді. Тұз қышқылында кернеу қатарында сутектің алдында тұратын металдар ериді. Рудалар көбінесе концентрлі HNO₃, HCl қышқылдарында ериді; бұл жерде минералдардағы карбонаттар, оксидтер, сульфидтер, фосфаттар, сульфаттар еритін хлоридтерге және нитраттарға ауысады. Күкірт қышқылында көптеген заттарға жақсы еріткіш болып келеді. Ыстық концентрлі күкірт қышқылының эффективтігі оның қайнау температурасының жоғары болуымен (340⁰ С маңында) негізделеді. Асыл металдардан басқа көптеген металдар, құймалар және бірқатар басқа заттар ыстық күкірт және хлор қышқылдарының әсерлерінен ыдырайды.

Органикалық қосылыстар ыстық концентрлі қышқылдың әсерінен ыдырайды және тотығады, сондықтан оны сынамадан органикалық қосылыстарды кетіру үшін қолданады.

Концентрлі қышқылдармен, әсіресе хлор қышқылымен, жұмыс істеу қауіпсіздік техникасына көңіл аудару керек. Ыстық концентрлі хлор қышқылы басқа бейорганикалық қышқылдар әсер ете алмайтын темірдің бір қатар құймаларын ыдырататын күшті тотықтырғыш. Ыстық концентрлі қышқыл органикалық заттармен және жеңіл тотығатын бейорганикалық заттармен әсерлескенде күшті жарылыс болуы мүмкін екендігін естен шығармау керек.Сондықтан ыстық хлор қышқылымен жұмысты арнайы иіс тартқышта жасау керек.

10.5 Бөлек операцияларды орындау техникасы

Аналитикалық реакциялар жартылай микроәдіспен орындалады. Бұл әдіс бойынша зерттеуге 10-30 мг қатты зат немесе 1,0-1,5 мл ерітінді алынады.

«Сулы» реакцияларды жүргізгенде пробиркаға 3-4 тамшы анализде-нетін ерітінді, 2-3 тамшы реагент құйылады, содан кейін араластырылады.

Реактив ластанып қалмау үшін ерітіндіні тамшылағанда пипетканың ұшы пробирканың қабырғасына тимеу керек. Ластанып қалғанда пипетканы дистилденген сумен жуу қажет.

Микрокристаллоскопиялық реакцияны орындау: зерттелетін ерітіндінің тамшысын таза және құрғақ шыныға орналастырып, қасына реагенттің тамшысын орналастырады да оларды шыны таяқшамен бір-біріне қосады. Кристалдардың формасын микроскоппен зерттейді.

Тамшылау реакциясын орындау: фильтр қағазына капиллярдың көмегімен дөңгелек дақ түзілетіндей қылып реагенттің тамшысын орналастырады. Алынған дақтың орталығына зерттелетін ерітіндінің тамшысын қосады. Тән түстің пайда болғанын байқайды.

Ерітінділерді су моншасында немесе пробиркаларды орналастыруға арналған 4-5 тесігі бар 200 мл шыны стакандарында жүргізуге болады. Спиртовканың, горелканың немесе құрғақ жанармай (горючее) жалынында пробирканы ұстап, «жалаң» отта да қыздыруға болады. Ерітіндіні сусыздандыруды ең дұрысы құм моншасында жүргізген.

Иондарды бір-бірінен ажыратқанда тұнбаның толық тұнғанын тексеру қажет. Ол үшін тұнбаның бетіндегі ерітіндіге тұндырғыштың тамшысын қосу керек. Тамшының түскен жерінде лайдың болмағандығы иондардың толық тұндырылғанының көрсеткіші.

Тұнбаны ерітіндіден бөліп алу үшін центрифугалау операциясын жүргізеді. Бұл операцияны арнайы аспапта-центрифугада жүргізеді. Центрифугалар электрлік және механикалық болады. Операция нәтижесінде тұнба пробирканың түбінде жиналады, ал ерітінді мөлдір болып шығады. Бұл ерітіндіні центрифугат деп атайды.

Егер алынған тұнба әрі қарай анализге ұшыраса, онда тұнбаны жуады. Ол үшін центрифугатты тұнбадан пипеткамен бөліп алады немесе ақырындап төгіп тастайды. Содан кейін тұнбға 1-1,5 мл дистидленген су (немесе шайқағыш сұйықтық) қосып, шыны таяқшамен мұқият араластырады, сосын тағы да центрифугалайды. Тұнбаны қағаз фильтрі немесе пипетканың ұшына орналастырылған мақта арқылы да бөліп алуға болады. Салыстыру үшін төменде сульфидтік классификация келтірілген.

Қышқылдық–негіздік жүйе бойынша талдау сызбанұсқасы, сапалық микроанализдің практикалық нұсқауларында берілген. Иондарды алдын ала анықтағаннан кейін кедергі жасайтындары жеке аналитикалық реакциялар көмегімен ашылады.

Иондардың сапалық анализі жүйелік анализбен қатар бөлшектік әдісті де қолдануға болатынын көрсетеді. Мысалы, 4,5,6 топ катиондарын анықтау бөлшектік әдіспен жүргізілуі мүмкін, өйткені бұл топтың әрбір катионы басқа катиондар қатысқан жағдайда жеке сынамалардан немесе анықтайтын ерітіндінің жеке порцияларын алдын ала өңдеуден өткізгеннен кейін анықтауға болады. NаOH (КОН) реактиві катион NН₄⁺ ионына арналған сондықтан ол басқа катиондар қатысында анықталуы мүмкін.

Әрбір элементті анықтауға және үлгіні еріту мен бөлу әдістеріне байланысты сапалық анализдің көп ерекшеліктері бар. Катиондардың сульфидті, аммиакты-фосфатты, қышқылды-негіздік жіктелуі жиі қолданылады. Сульфидті жіктеуде келесі реагенттер тобы қолданылады: бейтарап немесе қышқылды ортадағы (NH₄)₂S, аммоний хлориді ортасындағы (NH₄)₂СО₃, аммиактың сулы ерітіндісі мен хлорсутек қышқылы қатысында жүргізілсе; аммиакты – фосфатты жүйедегі анализ натрий гидро-, дигидрофосфатымен (Nа₂HРО₄, Nа₂НРО₄) аммиактың сулы ерітіндісі мен хлорсутек және азот қышқылы (тотықтырғыш ретінде) қатысында жүргізіледі

Соңғы уақытта сульфидтік әдістерді күкіртсіз әдістермен алмастыру қолданылуда, улы күкіртсутекті қолдануды шектеп, көбіне оны жеке аниондарды ашуға қолданады. Катиондарды топтпрға жіктеудің ең қолайлысы қышқылды – негіздік әдіс, оларды топтарға бөлу үшін бейорганикалық қышқылдар мен негіздер қолданылады, яғни сульфидті жіктеудегі күкіртсутек сияқты улы заттар жоқ және эксперимент жүргізу үшін аммиакты – фосфатты жүйедегідей арнайы жағдай қажет емес.

Катиондар қышқылды–негіздік жіктеу бойынша күкірт және тұз қышқылдарына, натрий немесе калий гидроксиді мен аммиак ерітіндісіне қатынасы бойынша топтарға бөлінеді. Қышқылды–негіздік жіктеу бойынша катиондар алты топқа бөлінеді.