минерализация

МИНЕРАЛИЗАЦИЯ органических веществ в химическом анализе

разложение орг. веществ и материалов на их основе с целью выделения определяемых элементов в виде устойчивых неорг. соединений (т. наз. аналит. форм), удобных для анализа подходящим методом. М. подвергают индивидуальные орг. соед., прир. объекты животного и растит. происхождения, сложные композиции с орг. и неорг. составляющими (напр., почвы), полимерные материалы и др.

Различают физ. и хим. способы М. Первые основаны на воздействии высоких температур или на использовании электрич. разрядов. К ним относят, напр., термическую М. (в т. ч. в присутствии катализаторов), лазерный пиролиз, разложение высокомол. соединений искровым разрядом.

Наиб. широко применяют хим. способы М., которые основаны гл. обр. на окислительно-восстановит. реакциях. При этом реагентами служат окислители и восстановители в любом агрегатном состоянии. Обычно анализируемый объект подвергают "сухому" или "мокрому" окислению. Сухое окисление можно осуществить, напр., кислородом воздуха при нагр. в присутствии катализаторов или без них (в трубке, тигле, муфельной печи, калориметрич. бомбе). Этот способ используют при анализе мн. прир. объектов (битумы, смолы и др.) для определения в них таких элементов, как Н, В, С, N, S, Р, галогены и др. Одним из способов сухой окислит. М. является сплавление с окислителями (наиб. часто используют Na₂O₂). Однако из полученного продукта сложно выделить отдельные составляющие для послед. их анализа, что связано с мешающим взаимным влиянием содержащихся в нем веществ. Окислительную М. применяют, в частности, для определения азота в орг. соед. по методу Дюма. В качестве окислителей используют оксиды меди(II), никеля, марганца, ванадия, свинца, кобальта (иногда с добавлением O₂). В автоматич. анализаторах сухую окислит. М. осуществляют газообразным кислородом или твердыми окислителями в присутствии катализатора; элементы определяют хроматографически в виде CO₂, H₂O, N₂, SO₂ и др.

Окислительную М. применяют и в методах Шёнигера , в которых образец разлагают в замкнутом сосуде при высокой температуре. Известны мн. модификации этого способа разложения. Так, иногда бумагу для навески пропитывают раствором KNO₃, добавляют к навеске вещества с высоким содержанием кислорода или углерода (сахароза, додециловый спирт и др.), вводят в поглотит. раствор H₂O₂, N₂H₄∙H₂SO₄, N₂H₄∙H₂O, Na₂S₂O₃ и др. вещества в зависимости от особенностей определяемого элемента и его аналит. формы.

Высокоэффективным способом окислительной М. является разложение образцов с помощью "возбужденного" кислорода (кислородной плазмы), который получают, пропуская газообразный O₂ под давлением 133–665 Па через высокочастотное электрич. поле. Достоинства такого способа М. — быстрота разложения, отсутствие опасности загрязнения пробы материалом сосуда, селективность (орг. часть можно отделить от неорг.), что важно, в частности, при анализе почв. минералов, медико-биол. образцов, объектов животного и растит. происхождения, содержащих одновременно орг. и неорг. составляющие. При М. возбужденным кислородом орг. часть и вода отгоняются (их можно анализировать отдельно), а мн. элементы (Ag, As, Si, В, Be, Co, Cr, Mn, Mo, щелочные, щел.-зем. металлы и др.) образуют оксиды. Последние растворяют в кислотах и определяют разл. аналит. методами.

Мокрым окислением (или мокрым сожжением) называют обработку образца кислотами (серной, азотной, хлорной, фосфорной, фтористоводородной или их смесями) в присутствии катализаторов и без них. Иногда к кислотам добавляют окислители: перманганаты, дихроматы, иодаты и др. Такой способ М. используют, напр., в методах Кьельдаля и Кариуса, а также при анализе многоэлементных композиций и индивидуальных элементоорг. соед., содержащих В, Si, Cr и др. Недостаток его состоит в том, что получаемую после окисления смесь веществ трудно разделить.

Восстановительную М. применяют значительно реже. В качестве восстановителей используют гл. обр. водород, щелочные металлы, углерод, аммиак, металлоорг. соединения. При нагр. анализируемых соед. в токе водорода некоторые элементы (напр., Cd, As, Hg, Zn) выделяются в своб. виде. Разработаны способы дистилляции (отгонки) током водорода Zn, Cd, Tl, In, Pb с послед. осаждением их на охлажденной алюминиевой поверхности. При определении кислорода в орг. веществах для восстановительной М. последних используют H₂ или NH₃ и кислород выделяется в виде H₂O (аналит. форма); иногда образец подвергают пиролизу в токе инертного газа с послед. восстановлением образовавшегося CO₂ над нагретой графитизир. сажей до CO (аналит. форма).

Полное восстановление водородом орг. соед., содержащих галогены, практически достигается только в присутствии небольших добавок NH₃, что приводит к образованию галогенидов аммония. Можно осуществлять восстановительную М. сплавлением орг. веществ с металлами (в частности, с Na, К, Mg, Ca, Ti) при 400–900 °C в запаянных трубках или автоклавах. Этот метод, эффективный при определении галогенов, S, N, P, Si, As, Sb, широкого распространения не получил, однако некоторые его варианты используют в полевых условиях.

Для М. применяют также совместно окислит. и восстановит. разложение образца. Примером может служить метод, в котором объект подвергают действию кислородно-водородной смеси при высокой температуре (до 2000 °C). При этом М. образцов независимо от их массы и состава происходит достаточно полно и быстро. Таким способом можно мине- рализовать полифторир. термостойкие вещества, а также материалы, содержащие P, As, Se, V, В, Hg, Pb, Cu, Zn и др.

Высокоэффективным и перспективным вариантом восстановительной М. является низкотемпературное плазменное разложение. Для получения низкотемпературной (100–300 °C) плазмы применяют генераторы с выходной частотой 5–100 МГц; давление в системе поддерживают в интервале 130–2000 Па. В качестве восстановителей используют прежде всего NH₃, а также H₂ и CH₄. Так, с помощью аммиачной плазмы определяли галогены (в т. ч. F) в материалах, трудноразлагаемых всеми известными способами (напр., фторопласты, комплексные соед. металлов группы платины). Применение аммиачной плазмы с добавками O₂ позволяет минерализовать сложные композиц. материалы, содержащие фториды металлов.

^{Лит.: Терентьев А. П., Органический анализ, М., 1966; Бок Р., Методы разложения в аналитической химии, пер. с англ., М., 1984; Методы количественного органического элементного микроанализа, под ред. Н.Э. Гельман, М., 1987; Techniques and applications of plasma chemistry, ed. by J.R. Hollahan, A.T. Bell, N.Y.-[a.o.], 1974, p. 229–53.}

_{М. А. Володина, В. В. Демидюк}