Esikokeet ja valmistelut

Analyysiaineen yleinen tarkastelu

Saatu analyysiaine kuvaillaan yksityiskohtaisesti analyysipäiväkirjaan (esim. liuosten ja saostumien värit). Tarkastelun jälkeen analyysiaine sekoitetaan huolellisesti ravistelemalla korkki koeputken suulla. Mahdolliset lisähavainnot (esim. CO2­↑) kirjoitetaan muistiin. Liuoksen pH mitataan pH-paperilla. Happamassa liuoksessa ei voi esiintyä CO32–– eikä S2–-ioneja. Näytettä otetaan kokeita varten aina pipetillä juuri ravistellusta koeputkesta.

 

Analyysiaineen liuotuskokeet

Kationianalyysi tehdään liuokseksi saatetusta analyysiaineesta. Niinpä jos alkuperäinen analyysiaine sisältää saostumaa, tehdään ensin liuotuskokeita seuraavassa järjestyksessä, kunnes löydetään liuotusreagenssi. Testeissä käytetään vain vähän analyysiainetta, sekoitetaan huolellisesti ja kuumennetaan.

 

1. H2O

2. 2 M HCl

3. väk. HCl

4. 2,5 M HNO3

5. väk. HNO3

6. kuningasvesi (1 osa väk. HNO3 + 3 osaa väk. HCl)

 

Liukoisuutta voidaan kokeilla myös NaOH:iin (esim. PbSO4:n↓ liukeneminen), NH3:iin, Na2S2O3:iin (AgCl:↓n, AgBr↓:n ja AgI↓:n liukeneminen) ja KI:iin (HgI2↓:n liukeneminen). Liukenematon aine (esim. BaSO4↓) saadaan liukenevaan muotoon sulattamalla se kiinteän Na2CO3:n ja K2CO3:n seoksen kanssa posliiniupokkaassa. Jäähtyneestä sulatteesta liuotetaan vedellä aineen anionit ja sitten hapolla kationit. 

 

Alkalisuolaliuoksen valmistaminen ja ammoniumin tutkiminen 

Anionianalyysi tehdään ennen kationianalyysiä, koska anionien tunteminen helpottaa usein kationien osoittamista. Usein anionien osoituskokeisiin voidaan käyttää suoraan alkuperäistä analyysiainetta. Jos alkuperäinen analyysiaine ei kuitenkaan liukene tutkittavan anionin osoituskokeessa käytettävään happoon (järkevään tilavuuteen), kationien poisto ennen analyysiä on tarpeen. Tätä varten valmistetaan ns. alkalisuolaliuos keittämällä alkuperäistä analyysiainetta Na2CO3:n kanssa. Tällöin 1.–4. ryhmän kationit ja Mg2+ saostuvat karbonaatteina, hydroksideina ja oksideina ja NH4+ poistuu NH3­:na. Mikäli saostumaa ei muodostu, analyysi ei voi yleensä sisältää muita kationeja kuin NH4+, Na+ ja K+.

 

Keittoputkeen otetaan 3 ml alkuperäistä analyysiainetta tai sopiva määrä kiinteää näytettä ja 3 ml vettä. Lisätään 200–300 mg kidevedetöntä Na2CO3:a (makaroonin kokoinen kasa, pH = 10). Seosta kuumennetaan 10–20 min välillä sekoittaen. Vettä lisätään tarvittaessa. Keittämisen alkuvaiheessa viedään keittoputken suun yläpuolelle kostutettu pH-paperi. Jos analyysissä on NH4+-ioni, pH-paperi värjäytyy siniseksi vapautuvan NH3­:n vaikutuksesta. Tällöin jatketaan keittämistä, kunnes kaikki NH4+ on poistunut. Alkalisuolaliuos erotetaan saostumasta sentrifugoimalla ja siihen lisätään vettä siten, että kokonaistilavuudeksi tulee 3 ml. Myös saostuma säilytetään!

 

Jos alkalisuolaliuosta ei valmisteta, täytyy ammonium-ioni tutkia erikseen. Otetaan koeputkeen 0,5 ml analyysiainetta, lisätään 0,5 ml 2 M NaOH ja keitetään. Tutkitaan pH-paperilla kuten yllä.

 

Reaktio rikkihapon kanssa

Saatetaan pieni erä alkuperäistä analyysiainetta koeputkessa liuokseksi (liuotuskokeet). Liuokseen lisätään 2,5 M H2SO4:a ja kuumennetaan, jolloin mahdolliset Pb2+, Ba2+ ja Sr2+ (erittäin väkevissä liuoksissa myös Ca2+) saostuvat valkoisina sulfaatteina. 

 

Liekkireaktio ja natriumin tutkiminen

Krominikkelilanka puhdistetaan kastamalla se väk. HCl-liuokseen ja kuumentamalla kaasupolttimen liekissä. Puhdas lanka ei värjää liekkiä. Puhdistettu lanka kastetaan alkuperäisen analyysiaineen ja väk. HCl:n seokseen (ei tarvitse olla liuos), viedään liekkiin ja tarkastellaan liekin väriä.

 

Na

Keltainen (ei näy kobolttilasin läpi)

 

K

Violetti (näkyy kobolttilasin läpi vaaleanpunaisena)

 

Ca

Tiilenpunainen

 

Sr

Karmiininpunainen

 

Ba

Keltavihreä

 

Cu

Sinivihreä

 

Pb, Bi, Sb, As

Vaalea

 

Natrium osoitetaan liekkireaktiolla!

 

Kaliumin tutkiminen

1. Tarkastellaan alkalisuolaliuoksen liekkireaktiota kobolttilasin läpi. Kaliumin liekkireaktio näkyy myös alkuperäisestä analyysiaineesta olettaen, että se ei sisällä sellaisia ioneja, jotka peittävät omalla liekkireaktiollaan kaliumin heikon liekkireaktion.

2. Pisaraan alkalisuolaliuosta (tai perkloorihappoon liukenevaa analyysiainetta) lisätään pisara HClO4:a ja tarvittaessa pisara etanolia. Jos muodostuu valkoinen KClO4↓, analyysissä on K+-ioni. Ellei käytetä alkalisuolaliuosta on, otettava huomioon, että ammoniumioni saattaa antaa saman reaktion.

Kaliumpermanganaatin pelkistyminen rikkihappoisessa liuoksessa

Otetaan 5 pisaraa alkalisuolaliuosta  koeputkeen ja tehdään happamaksi 2,5 M H2SO4:lla. Liuokseen lisätään pisara 0,02 M KMnO4-liuosta. Jos MnO4-ioni pelkistyy heti, on analyysissä jokin seuraavista anioneista: S2-, Br, I ja AsO33−. Jos väri ei hävinnyt, liuosta kuumennetaan pari minuuttia. Tällöin mahdollisen oksalaatti-ionin (tai joskus myös Cl-ionin) läsnäolo aiheuttaa MnO4-ionin pelkistymisen. Mikäli MnO4-ionin väri ei hävinnyt, ei lueteltuja anioneja voi olla analyysissä. Jos käytetään alkuperäistä analyysiainetta, rikkihapon jälkeen jäävä saostuma ei haittaa, mutta myös Hg(I), Fe(II), Sb ja erittäin hitaasti myös Cr aiheuttavat MnO4-ionin pelkistymisen.

 

Karbonaattisaostuman reaktio kaliumpermanganaatin kanssa rikkihappoisessa liuoksessa

Otetaan alkalisuolaliuoksen valmistuksessa syntynyttä karbonaattisaostumaa koeputkeen, lisätään 1 ml 1 M H2SO4:a ja kuumennetaan. Mahdollinen liukenematon jäännös sentrifugoidaan erilleen suodoksesta. Suodokseen lisätään vielä pisara 0,02 M KMnO4 -liuosta ja kuumennetaan. Mahdollinen MnO4 -ionin värin häviäminen kirjataan ylös.

 

Difenyyliamiini redox-indikaattorina

Koeputkeen otetaan 1 pisara alkalisuolaliuosta ja tehdään happamaksi parilla pisaralla väk. H2SO4:a. Lisätään vielä 1 pisara difenyyliamiinin rikkihappoliuosta. Jos analyysissä on NO3– tai AsO43--ioni, liuos värjäytyy voimakkaan siniseksi. Jos värjäytymistä ei tapahdu, näitä anioneja ei voi olla analyysissä. Päinvastainen tulkinta ei ole yhtä hyödyllinen, sillä myös ainakin Brja I voivat ilman happea katalyyttisesti aktivoimalla aiheuttaa värjäytymisen. Jos käytetään alkuperäistä analyysiainetta, rikkihapon jälkeen jäävä saostuma ei haittaa, mutta monet kationit aiheuttavat värjäytymisen.