4.3. Виявлення за забарвленням полум’я

Методи виявлення за забарвленням полум’я при внесенні в нього речовини належать до пірохімічних методів аналізу. З іншого боку, за своєю суттю – це різновид спектрального аналізу. Часто такий аналітичний ефект називають реакцією забарвлення полум’я і цим наголошують на тому, що процеси в полум’ї є фізико-хімічними за своєю природою. Ці процеси охоплюють випаровування речовини (а якщо в полум’я вносять розчин, то ще і попереднє випаровування розчинника), дисоціацію речовин, відновлення іонів металів до атомарного стану та інші складні фізико-хімічні перетворення речовини в середовищі плазми, якою є полум’я.

Особливо важливим для аналізу є утворення в таких процесах електронно збуджених атомів, молекул і радикалів. Збуджені атоми потім випромінюють характеристичне і монохроматичне світло, якому відповідають в спектрі емісійні лінії. Випромінене світло збуджених молекул і радикалів (МеО, МеОН^· для лужноземельних металів) не є монохроматичним, в емісійному спектрі воно дає відносно широкі смуги. Характеристичність спектральних ліній – основа значної селективності цих методів, які, крім того, ще є високочутливими.

Таблиця 4.1 – Забарвлення полум’я і характеристичні довжини хвиль випромінювання атомів і молекул деяких елементів

Елемент	, нм	Колір полум’я	Примітка
Li	671	карміново-червоний	забарвлення появляєть­ся миттєво
Na	589	жовтий	дуже інтенсивне за­барвлення
K	768	світлий червоно-фіо­летовий
Rb	780	червоно-фіолетовий
Cs	852	червоно-фіолетовий
Ca	622	цегляно-червоний
Sr	605, 666, 675	карміново-червоний
Ba	553	блідо-зелений	поява зелених смуг
Tl	535	зелений	дуже характерне за­барвлення
In	451	синьо-фіолетовий

У лабораторному практикумі для виявлення речовин за появою забарвлення полум’я користуються газовим пальником. У його порівняно низькотемпературному полум’ї, яке одержують при спалюванні світильного газу в суміші з повітрям (~ 1700^oC), випромінюють світло лише атоми (рідше молекули) деяких елементів. Це лужні і лужноземельні, а також окремі важкі метали (див. табл. 4.1). Крім того, практично важливим є виявлення бору. Борати переводять в борнометиловий чи борноетиловий ефір або у BF₃, і їхню присутність виявляють за зеленим забарвленням полум’я.

Забарвлення полум’я можна оцінити візуально, та краще користуватися спектроскопом прямого бачення, особливо під час аналізу суміші речовин. Візуальне оцінювання є неможливим, якщо в такій суміші присутні декілька елементів, атоми яких одночасно випромінюють, бо тоді відбувається значне перекривання (накладання) забарвлення. Наприклад, дуже інтенсивне забарвлення полум’я сполуками Натрію часто майже повністю маскує забарвлення від інших елементів. Вплив Натрію проявляється, по суті, завжди, тому що майже неможливо усунути слідові його кількості у дистильованій воді, реагентах і зразках для аналізу. В цьому конкретному випадку допоможе користування скляним синім фільтром, а ще краще спектроскопом.

Випромінювання залежить від аніонного складу аналіту. Наприклад, сульфати лужноземельних металів у полум’ї, по суті, не випромінюють світла. Для досліджень на забарвлення полум’я переважно використовують хлориди, в які переводять інші сполуки. Пробу, де є сульфати, фосфати чи силікати лужноземельних металів, попередньо нагрівають в зоні внутрішнього конуса полум’я, і тільки потім змочують HCl.

У лабораторному практикумі для проведення досліджень важливо користуватися чистим газовим пальником, який дає змогу одержати безбарвне полум’я. Речовину вносять у полум’я за допомогою запаяної у скляну трубку ніхромової чи платинової дротини. Якщо при внесенні такої дротини полум’я забарвлюється, то нею користуватися не можна, а треба попередньо її очистити. Для цього деякий час її витримують у полум’ї, і коли забарвлення не зникає, то змочують дротину концентрованою HCl, а потім знову вносять у полум’я. За необхідністю повторюють це, аж поки полум’я не залишається безбарвним при внесенні дротини.

Щоб внести речовину у полум’я за допомогою підготовленої дротини, невелику кількість речовини або сухий залишок після випаровування розчину попередньо поміщають на крапельну платистинку чи маленьке годинникове скло. На інше таке ж скло чи у заглиблення крапельної пластинки – краплю концентрованої HCl. Цією кислотою змочують дротину, на яку потім наносять суху речовину і вносять у полум’я. За забарвленням полум’я спостерігають аж до його зникнення. Після роботи дротину потрібно очистити.

Для внесення у полум’я розчинів можна використати малу смужку беззольного фільтрувального паперу, що сам не надає полум’ю забарвлення. Таку смужку згортають тампоном і закріплюють в петлі чистої дротини. Потім дротину з тампоном опускають у досліджуваний розчин, а далі вносять у безбарвну ділянку полум’я і спостерігають за забарвленням.