Применение баз данных (БД) и компьютерных информационно-поисковых систем (ИПС) позволяет с заданной надежностью идентифицировать компоненты пробы в неразделенных смесях [1]. Известны эффективные ИПС для спектральной, масс-спектральной, рентгенодифракционной и хроматографической идентификации веществ [2]. Очевидно, тот же "компьютерный" подход можно применить для дробного качественного анализа растворов, содержащих смесь ионов. Стадиями анализа будут: а) испытание аликвот раствора по стандартным методикам (по несколько качественных реакций на каждый отыскиваемый ион); б) регистрация визуальных эффектов и ввод информации в компьютер; в) сопоставление совокупности зарегистрированных эффектов с информацией из БД, поиск совпадений и оценка их значимости; г) формирование рейтинга ионов по достоверности идентификации; д) выдача перечня обнаруженных ионов с учетом заранее заданных вероятностных критериев.

Применение подобных ИПС целесообразно в учебном процессе: самостоятельная работа с простой и понятной моделью подготовит студентов к освоению гораздо более сложных ИПС для масс-спектрального или хроматографического анализа. Возможно и самостоятельное практическое применение, например, в гидрохимическом анализе, при отборе перспективных тест-методов и т.п.

Поскольку качественные реакции ионов известны, а алгоритмы поиска и вероятностные критерии мало зависят от природы поисковых признаков [3], то проблема заключается лишь в организации подходящей БД, особенно в отборе признаков. Единичным элементом БД может быть сообщение о визуальном эффекте при добавлении к раствору пробы j-ого реагента на i-ый ион (Rij) в строго определенных условиях (рН, температура, наличие маскирующих веществ, соотношение концентраций, порядок смешивания реагентов).

Эффекты: образование или растворение осадка, изменение видимой окраски или свечения раствора, выделение пузырьков газа и даже его запах. Совокупность таких эффектов при последовательном проведении li качественных реакций, характерных для i-ого иона (Xi), составит его "химический спектр" как часть БД.

Таблица 1

Не все описанные в литературе реакции можно включать в предполагаемую БД, принципы их отбора могут быть заимствованы из опыта организации БД в других методах анализа. Так, в спектральные БД вносят информацию о положении li линий Xi в его эталонном спектре и линии предварительно отбирают с учетом относительной интенсивности и характеристичности. Если ИПС ориентирована на анализ смесей, то появляется еще одно требование - независимость признаков разных Xi, устойчивость их к присутствию посторонних веществ, т.е. аддитивность свойств смеси [1]. Очевидно, чувствительность, селективность и устойчивость признаков важны и при формировании БД для качественного анализа смеси ионов. Анализ литературы показывает, что в информационно-поисковом аспекте качественные реакции исследованы недостаточно. В учебной, справочной и монографической литературе пределы обнаружения часто не указываются, селективность оценивается лишь в пределах узкой группы ионов, выделенных с помощью реагента-осадителя, а устойчивость эффектов в присутствии посторонних ионов вообще не рассматривается [4]. По литературным данным можно формировать массив возможных признаков каждого Хi , но невозможно проверить их соответствие комплексу конкретных требований, такая проверка требует специального эксперимента. Так как число возможных компонентов раствора (ионов) измеряется сотнями, а число качественных реакций каждого компонента - десятками, то общее число элементов несокращенной БД должно измеряться тысячами 1. Проверка устойчивости признаков требует реализации всех их парных сочетаний, т.е. число опытов должно измеряться миллионами ( даже если пренебречь тройными и более сложными взаимодействиями, а также варьированием концентраций), что нереально. Поэтому необходимо ограничение объема БД, т.е. требуется предварительный отбор наиболее ценных признаков каждого Хi на основе заранее сформулированных критериев.

Проведение эксперимента. Целью работы была экспериментальная проверка селективности и чувствительности некоторых качественных реакций, а также устойчивости соответствующих поисковых признаков. Были выделены модельные группы ионов: катионы d-элементов (переходных металлов); катионы s- и p-элементов; наиболее распространенные анионы. В каждую группу включили по 6 однотипных ионов: 1-я группа - Ni2+, Со2+, Сd2+, Cu2+, Fe3+, Zn2+ ; 2-я группа - K+, Mg2+, Ca2+, Sr2+, Ba2+, Al3+; 3-я группа - Cl-, Br-, J-, NO-3, PO3-4, CH3COO-.

Для каждого из этих ионов, особенно для 1-й группы, в литературе рекомендуется множество качественных реакций, их перечень и рекомендуемые методики проведения в разных источниках существенно различны. Сопоставление литературных данных позволило нам отобрать для проверки по 5 - 7 наиболее перспективных качественных реакций на каждый из ионов, примерно половина их была связана с применением органических реагентов (ОР). Существенным ограничением была доступность и общеизвестность реактивов. Для каждой реакции была отобрана методика выполнения. Ее модифицировали так, чтобы в каждом случае объем исследуемого раствора составлял 0,5 мл, а при внесении реагентов раствор разбавлялся до 5 мл. В отдельных случаях методика была нами изменена (внесение маскирующих веществ и т.п.) или разработана заново.