Техника общих аналитических операций

Нагревание. Растворы нагревают в колбах, стаканах, чашках или пробирках. Колбы и стаканы нельзя нагревать на открытом пламени. Нагревают на электрической плитке, поставив стакан или колбу на асбестированную проволочную сетку. Посуда с наружной стороны должна быть сухой, иначе она может лопнуть. Если жидкость содержит осадок, то нагревание смеси следует вести при непрерывном помешивании. Пробирки с жидкостью можно нагревать непосредственно на пламени горелки или на водяной бане. При применении горелки пробирку сначала осторожно обогревают, передвигая ее над пламенем, затем нагревание усиливают непосредственно в пламени; однако следует нагревать не дно, а только стенки пробирки (примерно на середине высоты находящейся в ней жидкости), иначе пробирка может лопнуть. Отверстие пробирки при нагревании нельзя направлять на работающих, так как кипящую жидкость (часто кислоту или щелочь) может выбросить. Пробирки, содержащие жидкость с осадком, рекомендуется нагревать на водяной бане, а не непосредственно на огне, так как кипение при этом сопровождается толчками и жидкость может быть выброшена из пробирки.

В ходе анализа часто требуется сконцентрировать (уменьшить объем) раствор или даже выпарить его досуха. Для выпаривания применяют фарфоровые чашки, помещенные на асбестированную сетку или водяную баню.

Осадки прокаливают в фарфоровых тиглях или чашках, которые нагревают на открытом пламени горелки, электрической плитке или в муфельной печи.

Осаждение. В качественном анализе широко применяют осаждение различных соединений из растворов с целью обнаружения их или разделения. Наблюдая образование осадка, обращают внимание на его цвет и внешний вид. Различают кристаллический и аморфный осадки.

Кристаллические осадки при наблюдении их невооруженным глазом кажутся мелкими или крупнозернистыми; под микроскопом обычно видны отдельные кристаллы определенной формы. Кристаллические осадки часто образуются не сразу после их выпадения, а через некоторый промежуток времени. Перемешивание и потирание стенок пробирки стеклянной палочкой ускоряет образование кристаллических осадков. Такие осадки быстро оседают на дно сосуда и легко центрифугируются (примеры — осадки BaS0₄, КНС₄Н₄0₆ и др.).

Аморфные осадки обычно выпадают сразу после приливания реактива, но осаждаются на дно сосуда медленно и трудно центрифугируются. Они относительно легко образуют коллоидные растворы. Нагревание и прибавление электролита способствуют их коагуляции.

Аморфные осадки по внешнему виду бывают порошкообразные, например ВаС0₃, творожистые — AgCl, студенистые — Fe (OH)₃.

Порошкообразный осадок представляет собой тонкую взвесь, медленно оседающую и легко проходящую через фильтр. Под микроскопом такой осадок имеет вид мелких округленных зерен.

Реакции, основанные на осаждении того или иного иона в качественном анализе, имеют целью обнаружение соответствующего иона или отделение одного или нескольких ионов от других, содержащихся в растворе. При обнаружении нет необходимости, чтобы реакция прошла полностью со всем взятым количеством анализируемого вещества. Часто достаточно одной капли реактива, чтобы зафиксировать присутствие или отсутствие определяемого иона. При разделении, напротив, необходимо, чтобы реакция прошла полностью.

Прежде чем прибавлять необходимое количество реактива для полного отделения одних ионов от других, рекомендуется убедиться в присутствии отделяемых ионов. Для этого к 2—3 каплям анализируемого раствора прибавляют несколько капель реактива. Только убедившись, что данный реактив действительно вызывает выпадение осадка, его прибавляют к анализируемому раствору в необходимом для полного осаждения объеме.

Обычно осаждение проводят из горячих растворов, так как повышение температуры способствует укрупнению осадков. Такие осадки легко отделяются при фильтровании или центрифугировании и хорошо промываются. Однако не следует доводить анализируемый раствор до кипения, так как добавление осадителя к кипящему раствору может вызвать разбрызгивание и потерю вещества. Раствор осадителя прибавляют медленно при непрерывном перемешивании стеклянной палочкой. При образовании студенистых осадков все количество осадителя лучше прибавлять сразу.

Обычно при осаждении анализируемый раствор (2—3 мл) помещают в пробирку для центрифугирования или в стакан. Ознакомившись предварительно с условиями проведения реакции осаждения, создают соответствующую среду (кислую, щелочную или нейтральную) и температуру. Реакцию среды проверяют индикаторной бумагой, для чего бумагу помещают на чистое часовое стекло, перемешивают стеклянной палочкой анализируемый раствор и затем прикасаются кончиком палочки к индикаторной бумаге. Создав соответствующую среду, пробирку с раствором при необходимости осторожно нагревают, погружая ее в кипящую водяную баню на 10—15 мин. Затем при непрерывном помешивании приливают осадитель.

Осадитель следует добавлять в избытке. Для достижения полноты осаждения проводят соответствующую пробу.

Центрифугирование. Осадок от раствора при полумикроанализе чаще всего отделяют центрифугированием.

При работе с центрифугой необходимо придерживаться следующих правил.

• 1. Для центрифугирования применяют одинаковые по размеру и форме пробирки.
• 2. Жидкости наливают в пробирку столько, чтобы уровень ее был на 6—8 мм ниже края, это устраняет попадание жидкости в гильзу центрифуги.
• 3. Противоположные гильзы центрифуги должны быть равномерно нагружены. Для этого извлекают из пробирки стеклянную палочку (ею перемешивают раствор) и подбирают другую пробирку, одинаковую по весу с первой. Обе пробирки берут в левую руку и в пустую пробирку наливают столько воды, чтобы уровень жидкостей в обеих пробирках был примерно одинаковым.

При неравномерной нагрузке гильз центрифуга начинает издавать характерные ударные звуки во время работы.

• 4. Помещают пробирки в две противоположные гильзы и центрифугируют: сначала закрывают крышку, включают в сеть и затем тумблер на панели центрифуги.
• 5. По окончании центрифугирования выключают тумблер на панели. После окончательной остановки центрифуги открывают крышку и вынимают пробирки.
• 6. Центрифугу нельзя оставлять во время работы без наблюдения. Если обнаружится необычный звук, вибрация центрифуги или сильное нагревание ее, необходимо немедленно выключить ток. Необычный звук может быть вызван разбитой пробиркой, вибрация указывает на неравномерную нагрузку гильз.

Если во время центрифугирования разобьется пробирка, надо изъять гильзу, освободить ее от осколков стекла, тщательно промыть водой и насухо протереть.

Продолжительность центрифугирования зависит от характера осадка. Кристаллические осадки выпадают на дно пробирки быстро, поэтому их центрифугирование продолжается 0,5—1,5 мин при скорости вращения около 1000 об/мин. Аморфные осадки осаждаются медленно, их центрифугируют в течение 2—3 мин, скорость вращения доводят до 2000 об/мин. После центрифугирования весь осадок собирается на дне пробирки, раствор над ним становится прозрачным. Этот раствор называют центрифугатом.

Некоторые осадки при центрифугировании всплывают на поверхность жидкости или очень медленно оседают; их отфильтровывают через маленький фильтр.

Проба на полноту осаждения. После центрифугирования, не сливая прозрачного раствора, осторожно приливают по стенкам пробирки несколько капель реактива-осадителя, наблюдая за местом падения капли. Если в этом месте муть не появляется, полноту осаждения считают достигнутой.

Полноту осаждения устанавливают также по определению приблизительной концентрации ионов водорода, т. е. кислотности или щелочности раствора, например при осаждении гидроксидов тяжелых металлов щелочью. Смесь тщательно перемешивают стеклянной палочкой и после ее отстаивания палочкой наносят каплю прозрачной жидкости на лакмусовую бумагу, по ее окраске делают вывод об избытке прибавляемого реактива, т. е. о полноте осаждения.

Отделение раствора от осадка. При центрифугировании осадок настолько уплотняется на дне пробирки, что прозрачный раствор над ним (центрифугат) можно легко почти полностью слить. Такой процесс называется декантацией. Можно отделить центрифугат от осадка и другим способом. Пробирку с осадком держат левой рукой в наклонном положении, большим и указательным пальцами правой руки сжимают резиновую трубку капиллярной пипетки для удаления из нее воздуха. Затем конец пипетки погружают в пробирку, чтобы он был ниже поверхности жидкости (рис. 2.49). По мере того как давление на резиновую трубку медленно ослабляют и жидкость в пипетке поднимается, капилляр опускают в пробирку все глубже — до наполнения пипетки. Приближая капилляр ко дну пробирки, следят за тем, чтобы он не коснулся осадка и не взмутил его. Раствор из пипетки сливают в чистую пробирку.

Рис. 2.49. Отделение раствора центрифугата от осадка.

Декантация и фильтрование. Для фильтрования применяют стеклянные воронки, имеющие форму правильного конуса (с утлом 60°), с отходящей стеклянной трубкой длиной немного более высоты конуса. Размеры воронки могут быть различными; чаще применяют воронки с верхним диаметром 5—6 см. Фильтруют через бумажные фильтры. Если нет фильтров, то из фильтровальной бумаги делают простые или складчатые фильтры. Для приготовления простого фильтра кусок фильтровальной бумаги складывают сначала вдвое, затем перегибают еще раз, как показано на рис. 2.50, отрезают ножницами так, чтобы образовалась четверть окружности.

Рис. 2.50. Складывание простого фильтра.

Для изготовления складчатого фильтра (рис. 2.51) квадратный листок фильтровальной бумаги требуемого размера складывают вначале пополам, затем вчетверо и обрезают ножницами, как при приготовлении простого фильтра (1, 2 и 3). Развертывают фильтр (4) и правую четверть его сгибают пополам внутрь (5), отгибают верхнюю.

1/8 часть (6) и снова складывают ее пополам внутрь (7); наконец, полученную 1/16 долю фильтра снова складывают пополам наружу (8).

После этого по размеру полученной доли (1/32 фильтра) складывают гармошкой весь фильтр (9, 10), развертывают его и помещают в воронку. Складки фильтра не должны подходить вплотную к его центру, иначе фильтровальная бумага в центре фильтра прорывается.

Вложив аккуратно сложенный фильтр в воронку, расправляют его и, смочив водой, плотно прижимают большим пальцем правой руки к стенкам воронки так, чтобы между стеклом и бумагой не оставались пузырьки воздуха. При этом края помещенного в воронку фильтра должны быть ниже верхнего края воронки на 5—7 мм. Для проверки правильности работы фильтра заполняют его почти до краев дистиллированной водой. Вода должна стекать быстро тонкой струей, полностью заполняя трубку воронки (без пузырьков воздуха). Если вода капает медленно, необходимо сменить фильтр.

Рис. 2.51. Изготовление складчатого фильтра.

Рис. 2.52. Фильтрование.

Воронку с хорошо пригнанным фильтром помещают в кольцо штатива, под которое подставлена пробирка или стакан для сбора фильтрата (рис. 2.52).

Затем приступают к декантации.

Для этого осторожно, стараясь не взмучивать осадок, сливают прозрачную жидкость. Никогда не следует заполнять фильтр до самых краев, уровень жидкости в фильтре должен быть на 3—5 мм ниже края бумаги. Закончив декантацию, для полного отделения жидкой фазы от твердой проводят фильтрование. Осадок смывают в воронку струей воды из промывалки и дают жидкости стечь через фильтр.

Фильтрование под вакуумом (при пониженном давлении). Когда фильтрование нужно провести быстро, его проводят под вакуумом. Для этого собирают прибор (рис. 2.53), состоящий из фарфоровой воронки Бюхнера, колбы Бунзена для фильтрования, предохранительной склянки и водоструйного вакуум-насоса, который можно заменить любым другим вакуум-насосом. Размер фарфоровой воронки Бюхнера должен соответствовать количеству осадка, но не жидкости. Чем больше осадка, тем крупнее должна быть воронка Бюхнера, и наоборот.

Колбу вакуумной резиновой трубкой соединяют с предохранительной (промывной) склянкой, эту склянку — с вакуум-насосом или с общей вакуумной линией, если она имеется в лаборатории. Предохранительной склянкой следует пользоваться всегда, так как она предупреждает перебрасывание воды из водоструйного насоса в колбу Бунзена. Если вода начинает поступать в склянку, то колбу отсоединяют и соединяют их вновь только после того, как из предохранительной склянки будет удалена вся вода.

На сетчатое дно воронки Бюхнера помещают предварительно вырезанные два кружка фильтровальной бумаги. Нижний фильтр должен закрывать сетчатое дно и не доходить до стенки воронки на 1—2 мм, второй (верхний) должен быть немного (на 3—4 мм) больше нижнего.

Рис. 2.53. Прибор для фильтрования под вакуумом:

1 — колба Бунзена; 2 — воронка Бюхнера; 3 — подсоединение к вакуум-насосу; 4 — предохранительная склянка.