§ 4. Макро-, полумикро- и микрометоды

Анализ больших и малых количеств исследуемого вещества. В прежнее время химики пользовались для анализа большими количествами исследуемого вещества. Для того чтобы определить состав какого-либо вещества, брали пробы в несколько десятков граммов и растворяли их в большом объеме жидкости. Для этого требовалась и химическая посуда соответстзующей емкости.

В настоящее время химики обходятся в аналитической практике малыми количествами веществ.

В зависимости от количества анализируемого вещества, объема растворов, используемых для анализа, и главным образом от применяемой техники выполнения эксперимента, методы анализа делят на макро-, полумикро- и микрометоды.

При выполнении анализа макрометодом для проведения реакции берут несколько миллилитров раствора, содержащего не менее 0,1 грамм вещества, и к испытуемому раствору добавляют не менее 1 мл раствора реактива. Реакции проводят в пробирках. При осаждении получают объемистые осадки, которые отделяют фильтрованием через воронки с бумажными фильтрами.

Рис. 3. Прибор для микрофильтрования.

При выполнении анализа микрометодом требуется в 100 раз меньший объем раствора анализируемой пробы или в 100 раз меньшая навеска сухого анализируемого вещества по сравнению с количествами, используемыми при анализе макрометодом. Поэтому применяемые при микрохимическом методе анализа посуда, приборы и т. п. значительно отличаются от применяемых в макрохимическом анализе. При фильтровании, например, применяют прибор, показанный на рис. 3.

Для анализа еще меньших количеств исследуемого вещества прибегают к ультрамикрохимическим методам анализа.

Рис. 4. Отделение осадка от раствора при различных методах анализа: а — микроанализ; б — полумикро- и микроанализ; в — ультрамикроанализ.

Эти методы анализа основаны на применении специальных приемов работы и специальной аппаратуры. Для проведения эксперимента берут очень малые количества вещества и малые объемы растворов . При растворении малых количеств вещества в малых объемах растворителей получают достаточно концентрированные растворы. В соответствии с количествами исследуемого вещества пользуются различными приемами работы (рис. 4).

При работе с объемами используют простые механические приспособления и наблюдения проводят невооруженным глазом или через лупу. При работе с объемами меньше чем все основные аналитические операции проводят под микроскопом.

Промежуточное положение между макро- и микрометодами анализа занимает полу микрохимический метод. Отличается он тем, что для выполнения анализа требуется в 10—20 раз меньше вещества , чем для макрохимического метода.

Полумикрохимический метод анализа сохраняет в основном принципы макрохимического метода анализа. В этом случае также применяют последовательное разделение ионов и пользуются теми же реактивами.

Но так как при выполнении анализа приходится работать с меньшими количествами вещества , то и аппаратура и техника работы здесь другие. Вместо больших пробирок или колб пользуются микропробирками, а при осаждении сероводородом вместо аппарата Киппа пользуются маленькими приборами для получения сероводорода (рис. 5). Газ пропускают через капиллярную трубку в раствор, помещенный в небольшую пробирку. Для отделения образующихся осадков от маточных растворов при полумикроанализе применяют центрифугирование (рис. 6) или микрофильтрование под вакуумом (см. рис. 3).

При нагревании растворов во избежание «выброса» жидкости пробирку погружают в водяную баню (рис. 7). Выпаривание ведут в маленьких фарфоровых чашках или тиглях (рис. 8), которые во избежание разбрызгивания жидкости нагревают на водяных банях или на небольшом пламени горелки через асбестированную сетку.

Для обнаружения отдельных ионов обычно пользуются маленькими пробирками емкостью , часовыми и предметными стеклами (рис. 9) и фарфоровыми капельными пластинками (рис. 10).

Все необходимые для проведения полумикроанализа реактивы помещают в один штатив (рис. 11).

Историческая справкк. Начало микрохимическим методам анализа было положено М. В. Ломоносовым, впервые применившим (1744 г.) микроскоп для качественного анализа солей. Позднее этот метод разрабатывался русским академиком Т. Е. Ловицем. В 1881 г. Т. Г. Беренс изложил основы качественного микроанализа. В 1905 г. выдающийся русский ученый Д. С. Белянкин опубликовал руководство по микрохимическому методу анализа минералов. Описание методов ультрамикрохимического анализа газа опубликовано К. А. Тимирязевым около 100 лет тому назад (1868 г.).

Рис. 5. Прибор для получения сероводорода, применяемый в полумикрохими-ческом анализе:

1 — -образная трубка; 2 — узкое отверстие, прикрываемое медной сеткой; 3 — резервуар с ; 4 — отводная трубка; 5 — стеклянный шарик; 6 — хлоркальциевая трубка, заполненная стеклянной ватой.

Рис. 6. Центрифуги: а — ручная; б — электрическая.

В настоящее время в области ультрамикроанализа работают ряд советских (И. П. Алимарин, М. Н. Петрикова, И. М. Коренман и др.) и иностранных ученых (А. А. Бенедетти-Пихлер, Д. Глик, П. Кирк и др.).

Рис. 7. Водяная баня с приспособлением для поддержания постоянного уровня воды.

Рис. 8. Фарфоровая чашка (а) и тигель (б).

Рис. 9. Часовое (а) и предметное (б) стекла.

Рис. 10. Фарфоровая капельная пластинка с углублениями.

Преподавание курса качественного анализа по полумикрометоду в СССР впервые было осуществлено кафедрой аналитической химии Московского института тонкой химической технологии им М. В. Ломоносова, возглавлявшейся И. П. Алимариным. Кафедрой аналитической химии Ростовского государственного университета, руководимой П. Н. Коваленко, была проведена большая работа по внедрению качественного полумикроанализа в студенческий практикум.

Рис. 11. Штатив с набором реактивов для полумикроанализа.