3重量分析法

第3章重量分析法Gravimetricanalysis教学指导重量分析法原理及特点第1节挥发法第2节萃取法第3节沉淀法本章重点讨论的是沉淀重量法。欲使沉淀能达到定量的要求，就要使沉淀完全并获得纯净的沉淀。这两方面的问题是本章讨论的中心。方法原理原理：是用适当方法先将试样中的待测组分与其他组分分离，然后用称量的方法测定该组分的含量。分类根据待测组分与其他组分分离方法不同挥发法（汽化法）：利用物质的挥发性萃取法：利用物质在两相中溶解度不同沉淀法：利用沉淀反应特点优点：相对误差:±(0.1～0.2)％，准，不需基准物质。缺点：慢，繁琐，不灵敏。（不适于生产的控制分析，但一些药品的分析检查项目仍用重量法，此外方法的分离理论和操作技术还有应用）第1节挥发法根据试样中的被测组分具有挥发性或可转化为挥发性物质，利用加热等方法使挥发性组分气化逸出或用适宜的吸收剂吸收直至恒重，称量试样减失的重量或吸收剂增加的重量来计算该组分含量的方法。“恒重”系指药物连续两次干燥或灼烧后称得的重量差在0.3mg以下。用挥发法可以测定试样中水分、挥发组分和灰分。一、直接挥发法例如：试样中碳含量的测定（被测组分经化学反应可以生成挥发性物质），可以采用吸收法，以碱石棉的吸收法为例，试样在管式炉中高温灼烧，其中的碳与氧反应C+O2=CO2生成的CO2以碱石棉吸收。100]m[mC%)()()(2样品碱石棉吸收前碱石棉吸收后－mMMCOC二、间接挥发法例如：氯化钡中结晶水含量的测定（被测组分本身是可以挥发的）水分在试样中存在的形式：吸湿水，结晶水吸湿水：在105~110℃烘干结晶水：根据具体的物质决定，BaCl2·2H2O可以在120~125℃烘干。100mmm%OH2（试样）（烘后）（烘前）应用干燥失重：药典规定的某些药物纯度检查项目。干燥方法：（1）常压加热干燥（2）减压加热干燥（3）干燥剂干燥应用中药灰分的测定（被测组分不挥发，而其他组分挥发）：药典规定的控制中药材质量的检查项目第2节萃取法根据被测组分在两种不相混溶的溶剂中的分配比不同，采用溶剂萃取的方法使之与其它组分分离，挥去萃取液中的溶剂，称量干燥萃取物的重量，求出待测组分含量的方法。水有ccD第3节沉淀法利用试剂与待测组分发生沉淀反应，生成难溶化合物沉淀析出，经过分离、洗涤、过滤、烘干或灼烧后称得沉淀的质量，计算出待测组分的含量。试样试液沉淀形式称量称量形式计算含量称量、溶解沉淀过滤、洗涤、烘干或灼烧一、操作步骤例如：过滤800℃SO42-+BaCl2→BaSO4----→---→BaSO4洗涤灼烧过滤1100℃Mg2++(NH4)2HPO4→MgNH4PO4·6H2O--→--→Mg2P2O7洗涤灼烧试液沉淀剂沉淀形式称量形式称量形式与沉淀形式可以相同，也可以不同常用仪器试样用量一般沉淀的适宜用量如下：非晶形沉淀—沉淀灼烧后质量0.08-0.1g晶形沉淀---沉淀灼烧后质量0.1-0.5g1、对沉淀形式的要求最小的溶解度纯度要高具有易过滤和洗去杂质的结构容易转变为称量形式2、对称量形式的要求组成与化学式相符合必须稳定相对分子质量尽可能大例如，测定铝时，称量形式可以是Al2O3(M=101.96)或8-羟基喹啉铝(M=459.44)。如果在操作过程中损失沉淀1mg，以A12O3为称量形式时铝的损失量:A12O3：2A1=1：xx=0.5mg以8-羟基喹啉铝为称量形式时铝的损失量：A1(C9H6NO)3：A1＝1：xx＝0.06mg沉淀的过滤目的：将沉淀与母液中其他组分分离过滤方法:倾泻法常用定量滤纸(也称无灰滤纸)或玻璃砂芯坩埚过滤。对于需要灼烧的沉淀：①一般无定形沉淀如Al(OH)3、Fe(OH)3等，选用疏松的快速滤纸。②粗粒的晶形沉淀如MgNH4PO4·6H2O等选用较紧密的中速滤纸。③颗粒较小的晶形沉淀如BaSO4等，选用紧密的慢速滤纸。对于只需烘干即可作为称量形的沉淀，应选用玻璃砂芯坩埚过滤。沉淀的洗涤■洗涤目的：为了洗去沉淀表面吸附的杂质和混杂在沉淀中的母液。洗涤时要尽量减小沉淀的溶解损失和避免形成胶体。因此，需选择合适的洗涤液。选择洗涤液的原则是：①对于溶解度很小，又不易形成胶体的沉淀，可用蒸馏水洗涤。②对于溶解度较大的晶形沉淀，可用沉淀剂的稀溶液洗涤，但沉淀剂必须在烘干或灼烧时易挥发或易分解除去。③对于溶解度较小而又能形成胶体的沉淀，应用易挥发的电解质稀溶液洗涤。洗涤方法：少量多次倾泻法过滤漏斗中洗涤沉淀沉淀的转移烘干和灼烧沉淀的烘干或灼烧是为了除去沉淀中的水份和挥发性物质，并转化为组成固定的称量形。烘干或灼烧的温度和时间，随沉淀的性质而定。灼烧温度一般在800℃以上，常用瓷坩埚盛放沉淀。若需用氢氟酸处理沉淀，则应用铂坩埚。灼烧沉淀前，应用滤纸包好沉淀，放入已灼烧至质量恒定的瓷坩埚中，先加热烘干、炭化后再进行灼烧。沉淀经烘干或灼烧至质量恒定后，由其质量即可计算测定结果。干燥器的使用沉淀的烘干二、沉淀的溶解度及影响因素溶解度与固有溶解度当水中存在1∶1型微溶化合物MA时，MA溶解并达到饱和状态后，有下列平衡关系：MA（固）＝MA（水）＝M++A-在水溶液中，除了M+、A-外，还有未离解的分子状态的MA。例如：AgCl溶于水中AgCl（固）＝AgCl（水）＝Ag++Cl-对于有些物质可能是离子化合物（M+A-），如CaSO4溶于水中。CaSO4(固)＝Ca2+SO42-(水)＝Ca2++SO42-根据MA（固）和MA（水）之间的溶解平衡可得：（平衡常数）固水Kaa）MA）MA((因固体物质的活度等于1，若用s0表示K’，则：0)(saMA水s0称为MA固有溶解度，当温度一定时，为常数。若溶液中不存在其它副反应，微溶化合物MA的溶解度s等于固有溶解度和M+（或A-）离子浓度之和，即s=s0+[M+]=s0+[A-]如果MA（水）几乎完全离解或s0[M+]时（大多数的电解质属此类情况），则s0可以忽略不计，则s=[M+]=[A-]对于MmAn型微溶化合物的溶解度s可按下式计算MmAn=mMn++nAm-SmSnSKsp=[Mn+]m[Am-]n=(ms)m(ns)n=mm·nn·Sm+n或nmSPnmnmKS当微溶化合物MA溶解于水中，如果除简单的水合离子外，其它各种形式的化合物均可忽略，则根据MA在水溶液中的平衡关系，MA（水）＝M++A-得到KaaaMAAM)(水中性分子的活度系数视为1，0)(saMA水spAMKKsaa0为离子的活度积常数（简称活度积），仅随温度变化。活度积与溶度积若引入活度系数，则可得spAMAMKAMaa][][spAMspKKAM即式中Ksp为溶度积常数（简称溶度积），它是微溶化合物饱和溶液中，各种离子浓度的乘积。Ksp的大小不仅与温度有关，而且与溶液的离子强度大小有关。在重量分析中大多是加入过量沉淀剂，一般离子强度较大，引用溶度积计算比较符合实际，仅在计算水中的溶解度时，才用活度积。对于MmAn型微溶化合物，其溶解平衡如下：MmAn（固）⇌mMn++nAm-因此其溶度积表达式为：Ksp=[Mn+]m[Am-]n例1用BaSO4重量法测定SO42-含量时，以BaCl2为沉淀剂，计算等量和过量0.01mol/L加入Ba2+时，在200mL溶液中BaSO4沉淀的溶解损失。解：gVMKSBaSOSP0005.02.04.233101.1104当加入过量BaCl2，并达到平衡时，[Ba2+]=0.01mol/Lg710101.52.04.23301.0101.1影响沉淀溶解度的因素沉淀完全：被测组分在溶液中的溶解量不超过称量误差（0.2mg）。影响沉淀溶解度的因素：1.同离子效应：当沉淀达平衡后，若向溶液中加入组成沉淀的构晶离子试剂或溶液，使沉淀溶解度降低的现象。构晶离子：组成沉淀晶体的离子讨论：过量加入沉淀剂，可以增大构晶离子的浓度，降低沉淀溶解度，减小沉淀溶解损失过多加入沉淀剂会增大盐效应或其他配位副反应，而使溶解度增大沉淀剂用量：一般——过量50%～100%为宜非挥发性——过量20%～30%2.盐效应溶液中存在大量强电解质使沉淀溶解度增大的现象Na2SO4浓度/mol·L-100.0010.010.020.040.1000.200PbSO4溶解度/mg·L-1457.34.94.23.94.97.0利用同离子效应降低沉淀的溶解度时，应考虑盐效应的影响，即沉淀剂不能过量太多。例如：PbSO4在Na2SO4溶液中的溶解度spAMspKKAM注：沉淀溶解度很小时，常忽略盐效应沉淀溶解度很大，且溶液离子强度很高时，要考虑盐效应的影响3.酸效应溶液酸度影响沉淀溶解度的现象。讨论：酸度对强酸型沉淀物的溶解度影响不大，但对弱酸型或多元酸型沉淀物的溶解度影响较大pH↓，[H+]↑，S↑注：因为酸度变化，构晶离子会与溶液中的H+或OH-反应，降低了构晶离子的浓度，使沉淀溶解平衡移向溶解，从而使沉淀溶解度增大。如：4.配位效应存在配位剂与构晶离子形成配位体，使沉淀的溶解度增大的现象讨论：1）配位效应促使沉淀-溶解平衡移向溶解一方，从而增大溶解度2）当沉淀剂本身又是配位剂时，应避免加入过多；既有同离子效应，又有配位效应，应视浓度而定。3）配位效应与沉淀的溶解度和配合物稳定常数有关，溶解度越大，配合物越稳定，配位效应越显著。三、沉淀的纯度及影响因素在重量分析中，要求获得的沉淀是纯净的。但是，沉淀从溶液中析出时，总会或多或少地夹杂溶液中的其它组分。因此必须了解影响沉淀纯度的各种因素，找出减少杂质混入的方法，以获得符合重量分析要求的沉淀。影响沉淀纯度的主要因素有共沉淀现象和后沉淀现象。共沉淀是引起沉淀不纯的主要原因，也是重量分析误差的主要来源之一。1.共沉淀当沉淀从溶液中析出时，溶液中的某些可溶性组分也同时沉淀下来的现象。（1）表面吸附吸附共沉淀：沉淀表面吸附引起杂质共沉淀。表面吸附吸附规则第一吸附层：先吸附过量的构晶离子再吸附与构晶离子大小接近、电荷相同的离子浓度较高的离子被优先吸附第二吸附层：优先吸附与构晶离子形成的盐溶解度小的离子离子价数高、浓度大的离子，优先被吸附减小方法制备大颗粒沉淀或晶形沉淀（比表面积越大，吸附杂质就越多）适当提高溶液温度（吸附作用是一个放热反应）洗涤沉淀，减小表面吸附（吸附作用是一可逆过程）（2）混晶当溶液杂质离子与构晶离子半径相近，晶体结构相同时，杂质离子将进入晶核排列中形成混晶。例：BaSO4与PbSO4，AgCl与AgBr同型混晶BaSO4中混入KMnO4（粉红色）异型混晶减小或消除方法将杂质事先分离除去；加入络合剂或改变沉淀剂，以消除干扰离子（3）吸留和包藏吸留是被吸附的杂质机械地嵌入沉淀中包藏常指母液机械地包藏在沉淀中原因：由于沉淀剂加入太快，使沉淀急速生长，沉淀表面吸附的杂质来不及离开就被随后生成的沉淀所覆盖，使杂质离子或母液被吸留或包藏在沉淀内部。减少或消除方法改变沉淀条件，重结晶或陈化溶液中被测组分析出沉淀之后在与母液放置过程中，溶液中其他本来难以析出沉淀的组分（杂质离子）在该沉淀表面逐渐沉积的现象。例：Mg2+放置Ca2+C2O42-→CaC2O4↓→[Mg2+]升高达到[Mg2+][C2O42-]Ksp而后沉淀形成MgC2O4↓注：后沉淀经加热、放置后会更加严重消除方法——缩短沉淀与母液的共置时间2.后沉淀3．提高沉淀纯度措施1）选择适当分析步骤测少量组分含量时，首先沉淀含量少的组分2）改变易被吸附杂质的存在形式，降低其浓度分离除去，或掩蔽3）选择合适的沉淀剂选用有机沉淀剂可有效减少共沉淀4）改善沉淀条件温度，浓度，试剂加入次序或速度，是否陈化5）再沉淀有效减小吸留或包埋的共沉淀及后沉淀现象四、沉淀的类型与沉淀条件沉淀类型：（1）晶形沉淀：颗粒直径0.1～1