Основы аналитической химии

ОСНОВЫ
АНАЛИТИЧЕСКОЙ
ХИМИИ

ПРАКТИЧЕСКОЕ 
РУКОВОДСТВО

Москва
Лаборатория знаний
2021

Под редакцией
акад. Ю. А. Золотова, 
д-ра хим. наук Т. Н. Шеховцовой,
канд. хим. наук К. В. Осколка

3-е издание, электронное

У Ч Е Б Н И К  Д Л Я  В Ы С Ш Е Й  Ш К О Л Ы

УДК 543
ББК 24.5я73
О-75

С е р и я о с н о в а н а в 2009 г.
А в т о р с к и й к о л л е к т и в:
Ю. А. Барбалат, А. В. Гармаш, О. В. Моногарова,
Е. А. Осипова, К. В. Осколок, Н. А. Пасекова,
Г. В. Прохорова, Н. М. Сорокина, В. И. Фадеева,
Е. Н. Шаповалова, Н. В. Шведене, Т. Н. Шеховцова,
О. А. Шпигун

О-75

Основы
аналитической
химии
:
практическое
руководство
/
Ю. А. Барбалат
[и др.]
;
под
ред.
акад. Ю. А. Золотова, д-ра хим. наук Т. Н. Шеховцовой
и канд.хим.наук К. В. Осколка. — 3-е изд., электрон. —
М. : Лаборатория знаний, 2021. — 465 с. — (Учебник
для
высшей
школы). — Систем.
требования:
Adobe
Reader
XI
;
экран 10". — Загл. с титул. экрана. —
Текст : электронный.
ISBN 978-5-906828-21-7
Книга написана преподавателями химического факультета
МГУ имени М. В. Ломоносова и служит дополнением к учебнику
«Основы
аналитической
химии»
(6-е
изд.,
2014 г.).
В руководстве представлены практические работы по общему
курсу аналитической химии. Порядок подготовки и выполнения работ обычно предваряется небольшой теоретической
частью и описанием методики и техники эксперимента.
Для студентов классических университетов, а также химико-технологических, педагогических, сельскохозяйственных, медицинских, фармацевтических и военно-химических
высших учебных заведений.
УДК 543
ББК 24.5я73

Деривативное
издание
на
основе
печатного
аналога:
Основы аналитической химии : практическое руководство /
Ю. А. Барбалат
[и др.]
;
под
ред.
акад.
Ю. А. Золотова,
д-ра хим. наук
Т. Н. Шеховцовой
и
канд. хим. наук
К. В. Осколка. — 2-е изд. — М. : Лаборатория знаний, 2018. —
462 с. : ил. — (Учебник для высшей школы).
ISBN 978-5-00101-143-9.

В
соответствии
со
ст. 1299
и
1301
ГК
РФ
при
устранении
ограничений, установленных техническими средствами защиты
авторских
прав,
правообладатель
вправе
требовать
от
нарушителя возмещения убытков или выплаты компенсации

ISBN 978-5-906828-21-7
© Лаборатория знаний, 2017

Предисловие

Химия — наука экспериментальная, глубоко ее постичь невозможно без практических работ в лаборатории. Штудирование учебников, лекции, семинары, 
коллоквиумы, конечно, совершенно необходимы, но почувствовать химию 
«живьем» можно только в ходе опытов, которые выполняешь своими руками. Чтобы стать хорошим химиком, важно видеть вещество, наблюдать его 
превращения, получать новые соединения, самому исследовать их свойства. 
При изучении аналитической химии, кроме того, нужно научиться предельно 
точно измерять количественные характеристики реакций и определять состав 
анализируемых веществ. Очень существенно — воспитать в себе уважение 
к точности во всем, что касается эксперимента, к тщательности, даже к простой аккуратности. Все это дает практикум по аналитической химии.
Еще важнее то, что этот практикум позволяет ознакомиться с аналитическими приборами и оборудованием, которые в практике работы используют 
едва ли не все химики. В самом деле, трудно найти химическую лабораторию научно-исследовательского института или предприятия, где не было бы 
pH-метров, фотометров или хроматографов. Практические работы в химико-аналитической учебной лаборатории знакомят и со многими другими 
приборами — все зависит от уровня оснащения практикума в данном вузе. 
Например, практикум в Московском государственном университете имени М. В. Ломоносова включает спектрофотометры, атомно-абсорбционные 
и атомно-эмиссионные спектрометры, приборы для рентгенофлуоресцентного анализа, вольтамперометрические комплексы, потенциометры, хроматографы, современные электронные весы и другую аналитическую технику.
Практическое руководство подготовлено коллективом кафедры аналитической химии МГУ им. М. В. Ломоносова; оно обобщает многолетний опыт 
данного коллектива, скорректированный на базе новых достижений в методике преподавания, успехов аналитического приборостроения, с учетом возможностей наших вузов. Руководство служит дополнением к двухтомному 
учебнику «Основы аналитической химии» (6-е переработанное и дополненное издание, 2014 г.); желательно использовать руководство именно в сочетании с указанным учебником.
Материал руководства заведомо избыточен. Вероятно, ни один учебный 
план не позволит реализовать в практикуме все задачи, все эксперименты, 
которые собраны в книге. Но эта избыточность позволяет любой кафедре выбрать те работы, которые в наибольшей степени отвечают возможностям, традициям, интересам и пристрастиям кафедры.
В книге использованы ранее издававшиеся пособия, подготовленные кафедрой аналитической химии. В ее основе — второе издание, выпущенное из

Предисловие   

дательством «Высшая школа» в 2003 г. В новое издание включен ряд новых 
практических работ, особенно по инструментальным методам анализа, уточнены многие теоретические и общеметодические разделы. Исключены разделы и задачи по направлениям, теряющим актуальность. Материал по реакциям обнаружения катионов и анионов оставлен и даже дополнен, хотя авторы 
понимают, что его практическое использование весьма ограничено.
Главу 1 написали Т. Н. Шеховцова (1.1), В. И. Фадеева (1.2; 1.3; 1.4), главу 2 — Н. А. Пасекова (2.1), главу 3 — Г. В. Прохорова, главы 5 и 6 — В. И. Фадеева. Автор главы 7 — Т. Н. Шеховцова, главы 8 — Е. Н. Шаповалова, 
Г. Д. Брыкина и О. А. Шпигун, главы 9 — Г. В. Прохорова и Н. В. Шведене, 
главы 10 — Ю. А. Барбалат, А. В. Гармаш, Т. Н. Шеховцова и В. И. Фадеева. 
Главу 11 написал К. В. Осколок. Большую помощь при подготовке книги 
оказали Г. Д. Брыкина (раздел 2.2 и глава 8), И. Ф. Долманова (главы 4 и 7), 
А. А. Железнова (раздел 10.3) и В. М. Иванов (раздел 1.4, главы 5 и 6). Многочисленные добавления и исправления в новое издание внесли К. В. Осколок, 
О. В. Моногарова, Е. А. Осипова и Н. М. Сорокина. Т. Н. Шеховцова и особенно К. В. Осколок выполнили и общую подготовку этого издания.

Ю. А. Золотов

ГЛАВА 1

Химические методы качественного анализа

Аналитическая химия — наука, развивающая теоретические основы химического анализа веществ и материалов и разрабатывающая методы идентификации, обнаружения, разделения и определения химических элементов и их соединений, а также методы установления химического строения веществ.
Идентификация компонентов и определение качественного состава вещества или смеси веществ являются предметом качественного анализа. Определение содержания (количества или концентрации) составных частей веществ — задача количественного анализа.
Деление на качественный и количественный анализ в какой-то степени 
условно и традиционно. Чисто качественное обнаружение веществ или элементов («обнаружен» или «не обнаружен») имеет смысл только для общей 
характеристики объекта анализа, например, для решения вопроса, есть ли 
уран в данной руде, серебро или ртуть в фармацевтических препаратах. Подразумевается, что имеется некий порог концентраций или количеств, выше 
которого компонент может быть обнаружен (если он есть в объекте). Ответ 
«не обнаружен» вовсе не означает, что этого компонента вообще нет в анализируемом объекте, просто выбранным методом он не обнаруживается. Как 
правило, наряду с обнаружением требуется и количественная оценка содержания: «много», «мало», «следы». При обнаружении микроколичеств вещества качественная характеристика вообще может потерять смысл. Например, 
такие распространенные элементы, как железо, алюминий, кальций, магний, 
всегда присутствуют в минералах на уровне, скажем, n ⋅ 10–8%. В этом случае 
иногда необходимо установить, чему равна величина n.

1.1. 
 Основные положения

При обнаружении какого-либо компонента обычно фиксируют появление 
аналитического сигнала — образование осадка, изменение окраски, появление линии в спектре и т. д. Например, при добавлении к раствору хлорида 
железа(III) раствора гексацианоферрата калия появляется интенсивная синяя 
окраска. Появление окраски — аналитический сигнал. Другой пример: при 
внесении солей натрия в пламя оно окрашивается в желтый цвет. В данном 
случае аналитическим сигналом является окрашивание пламени.
Для получения сигнала в аналитической химии используют химические 
реакции разных типов (кислотно-основные, окислительно-восстановительные, комплексообразования), различные процессы, например осаждение, 

Глава 1. Химические методы качественного анализа

а также разнообразные химические, физические и даже биологические свойства самих веществ или продуктов их реакций. Поэтому аналитическая химия 
располагает различными методами для решения своих задач: химическими, 
физическими и биологическими.
В химических методах обнаружения сигнал, возникающий в результате химической реакции, наблюдают часто визуально. В физических методах аналитический сигнал, как правило, получают и регистрируют с помощью специальной аппаратуры. Из физических методов широкое распространение для 
обнаружения веществ получили атомно-эмиссионный и рентгеновские методы анализа.
Между химическими и физическими методами не всегда можно провести 
строгую границу. И в химических методах сигнал обычно регистрируют, используя физические свойства продуктов реакции. Например, аквакомплексы циркония не люминесцируют под действием ультрафиолета, а комплекс 
циркония с морином способен люминесцировать, поэтому сначала проводят 
химическую реакцию комплексообразования, а затем используют физическое 
свойство комплекса светиться под действием ультрафиолетового излучения. 
Сигнал, основанный на физическом свойстве вещества, можно наблюдать визуально, например желтую окраску пламени, возникающую при испускании 
квантов света возбужденными атомами натрия.
По количеству вещества или смеси веществ (пробы), используемых для 
анализа, различают макро-, полумикро-, микро-, субмикро- и ультрамикроанализ. В таблице 1.1 приведены диапазоны массы и объема растворов пробы, 
рекомендуемые отделением аналитической химии Международного союза 
чистой и прикладной химии (ИЮПАК).

 
Таблица 1.1
Масштабы аналитического эксперимента

Вид анализа
Масса пробы, г
Объем раствора, мл
Макроанализ
> 0,1
10–103

Полумикроанализ
0,01–0,1
10–1–10
Микроанализ
< 0,01
10–2–1
Субмикроанализ
10–4–10–3
< 10–2

Ультрамикроанализ
< 10–4
< 10–3

Размер пробы определяет характер операций и технику проведения анализа. При этом содержание компонентов может быть самым разным. В настоящем руководстве для проведения анализа рекомендуется полумикрометод: 
объем растворов не должен превышать 1–2 мл, масса проб — 0,1 г.
Существенными характеристиками реакций, используемых для обнаружения веществ, и методов анализа являются предел обнаружения, чувствительность и избирательность.
Предел обнаружения — минимальная концентрация или минимальное 
количество вещества, которое может быть обнаружено данным методом 
с какой-то допустимой погрешностью. Его обозначают cmin,P, где P — дове

1.1. Основные положения
7

рительная вероятность. Чувствительность характеризует изменение сигнала 
при изменении концентрации или количества и выражается коэффициентом 
чувствительности (углом наклона градуировочного графика при линейной 
зависимости аналитического сигнала от концентрации определяемого вещества). Для уверенного обнаружения доверительная вероятность должна быть 
близка к единице. Поэтому на практике в основном пользуются пределом 
обнаружения при P = 0,95. Это наименьшее содержание обнаруживаемого 
вещества, при котором сигнал еще настолько интенсивен, что его можно 
считать надежным.
Предел обнаружения особенно удобен при оценке результатов анализа 
твердых образцов. При анализе растворов нужно указывать предел обнаружения в определенном объеме V. Объем анализируемой пробы определяется 
способом проведения анализа. В этом руководстве предел обнаружения с помощью реакций, выполняемых в пробирках, указан для объема 1 мл, а микрокристаллоскопических и капельных реакций — для объема 0,05 мл.
Предел обнаружения не является постоянной характеристикой химической реакции, используемой для анализа, и в значительной степени зависит 
от условий протекания реакции: кислотности среды, концентрации реагентов, присутствия посторонних веществ, температуры, времени наблюдения 
и др.
Современный качественный анализ располагает большим числом химических реакций с низким пределом обнаружения. Обычно для обнаружения 
ионов применяют реакции с пределом обнаружения 10–7 г (0,1 мкг) в 1 мл 
раствора. Широкие возможности понижения предела обнаружения в химических методах качественного анализа связаны с применением органических реагентов и смешанолигандных комплексных соединений. Например, 
предел обнаружения ионов серебра в растворе с n-диметиламинобензилиденроданином составляет 0,02 мкг. Реакция с K2CrO4 позволяет обнаружить только 2 мкг серебра. При образовании смешанолигандных комплексов изменяется электронная структура центрального атома, заряд и симметрия молекулы 
комплекса. Например, дитизонат никеля может координировать различные 
органические основания. Включение в координационную сферу никеля 
1,10-фенантролина приводит к образованию смешанолигандного комплекса 
с более интенсивной окраской, чем у дитизоната никеля.
Физические методы позволяют обнаружить элементы в твердых образцах 
с еще более низким пределом обнаружения (менее 10–15 г). Методом лазерной 
спектроскопии возможно селективное обнаружение десятков отдельных атомов, а с помощью электронного микроскопа можно обнаружить отдельные 
атомы. Для обеспечения низкого предела обнаружения используют ряд приемов. Рассмотрим некоторые из них на примере отдельных реакций.
1. Микрокристаллоскопический анализ. Для обнаружения ионов магния 
применяют реакцию осаждения его в виде MgNH4PO4 ⋅ 6H2O, предел обнаружения — 10 мкг магния. При проведении этой реакции микрокристаллоскопическим методом предел обнаружения понижается до 0,6 мкг.

Глава 1. Химические методы качественного анализа

2. Капельный анализ. Диметилглиоксим образует с ионами никеля в нейтральных, уксуснокислых и аммиачных растворах ярко-красный осадок. При 
выполнении реакции на фильтровальной бумаге или капельной пластинке 
предел обнаружения никеля — 0,16 мкг; в пробирке же можно обнаружить 
лишь 1,4 мкг никеля в 1 мл. Предел обнаружения можно снизить до 0,015 мкг, 
если каплю анализируемого раствора нанести на фильтровальную бумагу, 
пропитанную диметилглиоксимом.
3. Флотация. Осадок диметилглиоксимата никеля флотируется на границе 
раздела фаз вода — изоамиловый спирт или вода — диэтиловый эфир. При 
этом предел обнаружения никеля понижается до 0,002 мкг.
4. Жидкостная экстракция. Диэтилдитиокарбаминат образует с ионами 
меди(II) внутрикомплексное соединение красного цвета, хорошо растворимое 
в хлороформе и тетрахлориде углерода, предел обнаружения меди — 0,01 мкг.
5. Метод «умножающихся реакций». «Умножающиеся реакции» — ряд последовательных реакций, в результате которых получается новое вещество 
в количестве, во много раз превышающем первоначальное количество обнаруживаемого вещества. Например:

Cl
AgIO
AgCl
IO
−
−
+
=
↓ +
3
3

IO
I
H
I
H O
3
2
2
5
6
3
3
−
−
+
+
+
=
+

Как видно, количество выделившегося в результате реакций иода в 6 раз больше количества хлорид-ионов. Коэффициент умножения равен 6. Коэффициент умножения может достигать десятков и сотен.
6. Каталитические реакции. Окисление тиосульфат-ионов ионами же леза(III) ускоряется в присутствии ионов меди:

Fe
S O
Fe S O
3
2
3
2
2
3 2
2
+
−
−
+
=
(
)

Fe S O
Cu
Cu
Fe
S O
(
)
2
3 2
2
2
4
6
2
−
+
+
+
−
+
=
+
+

Cu+ + Fe3+ = Cu2+ + Fe2+

Время обесцвечивания тиоцианата железа тиосульфатом натрия в отсутствие 
меди около 2 мин. В присутствии ионов меди раствор обесцвечивается мгновенно. Предел обнаружения меди — 0,02 мкг.
7. Люминесцентные реакции. В нейтральных и уксуснокислых растворах 
ионы алюминия образуют с морином комплексное соединение, способное 
к интенсивной зеленой флуоресценции при дневном и ультрафиолетовом 
освещении. Предел обнаружения алюминия — 0,2 мкг. Предел обнаружения 
можно снизить до 0,005 мкг, если нанести каплю анализируемого раствора 
на фильтровальную бумагу, пропитанную раствором морина. После обработки пятна раствором HCl наблюдают светло-зеленую флуоресценцию.
8. Реакции на носителях. В присутствии ионов германия на поверхности 
анионообменника, обработанного раствором гематоксилина, появляется фиолетовое или черное окрашивание. Поверхность сорбента в отсутствие германия окрашена в желтый цвет. Предел обнаружения германия — 0,003 мкг.

1.1. Основные положения
9

Предел обнаружения является важнейшей характеристикой эффективности метода анализа и реакции. Другой существенной характеристикой является избирательность.
Согласно рекомендации ИЮПАК, различают специфические и избирательные (селективные) методы, реакции и реагенты. Специфическими называют те методы, реакции или реагенты, с помощью которых в определенных 
условиях можно обнаружить только одно вещество; избирательными — методы, реакции и реагенты, позволяющие обнаружить небольшое число веществ.
Избирательность достигается правильным выбором и установлением соответствующих условий реакции. Реакцию или реагент можно сделать более 
избирательными или иногда даже специфическими варьированием pH, концентрации, маскированием, изменением степени окисления элементов, температуры. По избирательности реагенты можно разделить на три группы.
1. Специфические реагенты. Например: крахмал для обнаружения I2; NaOH 

или KOH для обнаружения NH4
+;  миндальная кислота в 7 М HCl для обнаружения циркония.
2. Избирательные (селективные) реагенты. Например: диметилглиоксим 
в аммиачном буферном растворе реагирует с Fe(II), Co(II), Ni(II), Zr, Th; H2O2 
в кислой среде — с Ti(IV), V(V), Mo(VI); фениларсоновая кислота в сильнокислой среде — с Zr, Nb(V), Ta(V).
3. Групповые реагенты, используемые в систематическом анализе смеси 
катионов. Например: HCl на Ag(I), Hg(I), Tl(I), Pb(II); H2SO4 на Ca, Sr, Ba, 
Pb(II), Ra; H2S в кислой среде на Cu(II), Zn, Cd, Sn(II, IV), Sb(III, V), Hg(II), 
Bi(III).
Групповые и селективные реагенты, образующие малорастворимые соединения с ионами, используют при разделении катионов на аналитические 
группы и для селективного осаждения некоторых ионов. Последовательное 
разделение ионов на отдельные аналитические группы методом осаждения 
групповыми реагентами является первым и наиболее вероятным этапом систематического качественного химического анализа исследуемого образца. 
Метод дробного обнаружения ионов основан на применении специфических 
и селективных реагентов. Дробное обнаружение ионов с использованием селективных реагентов без разделения на группы возможно благодаря маскированию мешающих ионов, изменению pH и других условий.
Решающую роль при дробном обнаружении ионов играют органические 
реагенты. Конечно, еще нет такого органического реагента, который бы взаимодействовал только с одним элементом. Но хотя этот идеал, по-видимому, 
представляется недостижимым, некоторые реагенты приближаются к нему. 
Например, арсеназо III реагирует в 8 М HCl с Zr с образованием комплексов 
зеленого цвета, мешают этой реакции только Th и Ti(IV). Реакции иридия(IV) 
с малахитовым зеленым в 2 М CH3COOH мешают только рутений и золото.
Широкие возможности органических реагентов связаны, во-первых, 
с их многообразием и, следовательно, с возможностью выбора подходящего 
реагента, во-вторых, с разнообразием свойств комплексов, таких как устойчи

Глава 1. Химические методы качественного анализа

вость, растворимость, летучесть, окраска, окислительно-восстановительные 
свойства.
Обнаружение элементов или соединений в смеси — трудная аналитическая 
задача, поскольку обнаруживаемые вещества и вещества, сопутствующие им, 
могут вступать в реакции со сходным внешним эффектом. Так, помехи со стороны сопутствующих ионов начинают проявляться при определенном соотношении обнаруживаемых и мешающих ионов и усиливаются с увеличением 
концентрации последних. Для устранения мешающего влияния сопутствующих ионов используют, главным образом, два пути.
1. Маскирование мешающих ионов. Для этого используют химические реакции, протекающие в той же фазе, что и реакции с обнаруживаемым ионом, 
и приводящие к уменьшению концентрации мешающих ионов или реагента. 
Для маскирования применяют реакции комплексообразования, кислотно-основные и окислительно-восстановительные.
2. Избирательное распределение компонентов анализируемой системы между двумя разделяющимися фазами (методы разделения). Наибольшее значение 
в практике анализа имеют осаждение, жидкостная экстракция и хроматография.
Качественный анализ неорганических и органических веществ, осуществляемый химическими методами, основан на реакциях образования осадка 
определенного цвета, формы и свойств, окрашенного или люминесцирующего растворимого соединения или окрашенного (люминесцирующего) продукта окислительно-восстановительной реакции, а также газа со специфическими химическими и физическими свойствами.
Химические реакции обнаружения различают по технике и методике выполнения и способу наблюдения сигнала. Реакции можно выполнять «мокрым» и «сухим» путем. Чаще применяют анализ «мокрым» путем; при этом 
исследуемое вещество предварительно растворяют в воде, кислоте или щелочи. Если вещество нерастворимо, следует сплавить его, например, со щелочью, а затем уже полученный плав растворить в воде или кислоте.
Реакции «сухим» путем иногда используют для анализа твердых веществ, 
но чаще для проведения предварительных испытаний.
Реакции, выполняемые «мокрым» путем, проводят преимущественно 
в пробирках и результат реакции наблюдают визуально. Если реакцию проводят в гетерогенной системе из двух несмешивающихся растворителей (экстракция), то используют делительные воронки или пробирки с притертыми 
пробками. Образующиеся при встряхивании соединения переходят в один 
из растворителей. Особенно часто используют реакции, сопровождающиеся 
образованием окрашенных соединений. Использование экстракции обычно 
обеспечивает относительно низкий предел обнаружения и повышает избирательность.
Для обнаружения ионов можно использовать реакции, в результате которых образуются соединения с характерной формой кристаллов (микрокристаллоскопические реакции). Реакции проводят на предметном стекле, форму и цвет образующихся кристаллов рассматривают под микроскопом.