Igas analüüsimeetodis kasutatakse teatud analüütilist signaali, mille antud tingimustes annavad konkreetsed elementaarobjektid (aatomid, molekulid, ioonid), mis moodustavad uuritavaid aineid.

Analüütiline signaal annab nii kvalitatiivset kui ka kvantitatiivset teavet. Näiteks kui analüüsiks kasutatakse sadestamisreaktsioone, saadakse kvalitatiivne teave sademe ilmnemise või puudumise põhjal. Kvantitatiivne teave saadakse sette massist. Kui aine kiirgab teatud tingimustel valgust, saadakse kvalitatiivne teave signaali (valguse emissiooni) ilmumisel iseloomulikule värvile vastaval lainepikkusel ja kvantitatiivne teave valguskiirguse intensiivsuse järgi.

Analüütilise signaali päritolu järgi võib analüütilise keemia meetodeid liigitada keemilisteks, füüsikalisteks ja füüsikalis-keemilisteks meetoditeks.

IN keemilised meetodid viia läbi keemiline reaktsioon ja mõõta saadud toote mass - gravimeetrilised (massi) meetodid või ainega interaktsiooniks kasutatud reaktiivi maht - titrimeetrilised, gaasimahulised (mahumeetrilised) meetodid.

Gaasi mahumõõtmine (gaasi mahuanalüüs) põhineb gaasisegu koostisosade selektiivsel neeldumisel ühe või teise neelduriga täidetud anumates, millele järgneb gaasimahu vähenemise mõõtmine büreti abil. Niisiis absorbeerib süsinikdioksiid kaaliumhüdroksiidi lahusega, hapnik - pürogallooli lahusega, süsinikmonooksiid - vaskkloriidi ammoniaagilahusega. Gaasi mahumõõtmine viitab ekspressanalüüsimeetoditele. Seda kasutatakse laialdaselt karbonaatide määramiseks gp ja mineraalides.

Maakide, kivimite, mineraalide ja muude materjalide analüüsimisel kasutatakse laialdaselt keemilisi analüüsimeetodeid nende komponentide määramisel kümnendiku kuni mitmekümne protsendi sisaldusega. Keemilise analüüsi meetodeid iseloomustab suur täpsus (analüüsi viga on tavaliselt kümnendikud protsendist). Kuid need meetodid asendatakse järk-järgult kiiremate füüsikalis-keemiliste ja füüsikaliste analüüsimeetoditega.

Füüsikalised meetodid analüüsid põhinevad mõne mõõtmisel füüsiline vara aineid, mis on koostise funktsioon. Näiteks refraktomeetria põhineb valguse suhteliste murdumisnäitajate mõõtmisel. Aktiveerimisanalüüsis mõõdetakse isotoopide aktiivsust jne. Sageli viiakse analüüsi käigus eelnevalt läbi keemiline reaktsioon, mille tulemusena saadud produkti kontsentratsiooni määravad füüsikalised omadused, näiteks neeldumise intensiivsus. värvilise reaktsiooniprodukti valguskiirgus. Selliseid analüüsimeetodeid nimetatakse füüsikalis-keemilisteks.

Füüsikalisi analüüsimeetodeid iseloomustab kõrge tootlikkus, madalad elementide tuvastamise piirid, analüüsitulemuste objektiivsus, kõrge tase automatiseerimine. Kivimite ja mineraalide analüüsimisel kasutatakse füüsikalisi analüüsimeetodeid. Näiteks määrab aatomiemissiooni meetod volframi graniidis ja kiltkivis, antimoni, tina ja plii kivimites ja fosfaatides; aatomabsorptsiooni meetod - magneesium ja räni silikaatides; Röntgenikiirgus fluorestseeruv - vanaadium ilmeniidis, magnesiidis, alumiiniumoksiidis; massispektromeetriline - mangaan Kuu regoliidis; neutronite aktiveerimine - raud, tsink, antimon, hõbe, koobalt, seleen ja skandium õlis; isotooplahjenduse meetod - koobalt silikaatkivimites.

Füüsikalisi ja füüsikalis-keemilisi meetodeid nimetatakse mõnikord instrumentaalseteks, kuna need meetodid nõuavad tööriistu (seadmeid), mis on spetsiaalselt kohandatud analüüsi põhietappide läbiviimiseks ja tulemuste registreerimiseks.

Füüsikalised ja keemilised meetodid analüüs võib hõlmata analüüdi keemilisi muundumisi, proovi lahustumist, analüüsitava komponendi kontsentratsiooni, segavate ainete maskeerimist ja muud. Erinevalt "klassikalistest" keemilistest analüüsimeetoditest, kus analüütiliseks signaaliks on aine mass või selle maht, kasutavad füüsikalis-keemilised analüüsimeetodid analüütilise signaalina kiirguse intensiivsust, voolutugevust, elektrijuhtivust ja potentsiaalide erinevust.

Suur praktiline tähtsus on meetoditel, mis põhinevad elektromagnetilise kiirguse emissiooni ja neeldumise uurimisel spektri erinevates piirkondades. Nende hulka kuuluvad spektroskoopia (näiteks luminestsentsanalüüs, spektraalanalüüs, nefelomeetria ja turbidimeetria jt). Olulised füüsikalis-keemilised analüüsimeetodid hõlmavad elektrokeemilisi meetodeid, mis kasutavad mõõtmist elektrilised omadused ained (kulomeetria, potentsiomeetria jne) kui ka kromatograafia (nt gaasikromatograafia, vedelikkromatograafia, ioonvahetuskromatograafia, õhekihikromatograafia). Edukalt arendatakse meetodeid, mis põhinevad keemiliste reaktsioonide kiiruste (kineetilised analüüsimeetodid), reaktsioonide termiliste mõjude (termomeetriline tiitrimine) mõõtmisel, samuti ioonide eraldamisel magnetväljas (massispektromeetria).

1. SISSEJUHATUS

2. MEETODITE KLASSIFIKATSIOON

3. ANALÜÜTILINE SIGNAAL

4.3. KEEMILISED MEETODID

4.8. TERMILISED MEETODID

5. KOKKUVÕTE

6. KASUTATUD KIRJANDUSE LOETELU

SISSEJUHATUS

Keemiline analüüs on vahend tootmise ja tootekvaliteedi jälgimiseks paljudes tööstusharudes Rahvamajandus. Maavarade uurimine põhineb erineval määral analüüsi tulemustel. Analüüs on peamine vahend saastumise kontrollimiseks keskkond. Muldade, väetiste, sööda ja põllumajandussaaduste keemilise koostise väljaselgitamine on oluline agrotööstuskompleksi normaalseks toimimiseks. Keemiline analüüs on meditsiinidiagnostikas ja biotehnoloogias asendamatu. Paljude teaduste areng sõltub keemilise analüüsi tasemest, labori varustatusest meetodite, instrumentide ja reagentidega.

Keemilise analüüsi teaduslikuks aluseks on analüütiline keemia, teadus, mis on sajandeid olnud keemia osa ja mõnikord ka põhiosa.

Analüütiline keemia- See on ainete keemilise koostise ja osaliselt nende keemilise struktuuri määramise teadus. Analüütilise keemia meetodid võimaldavad vastata küsimustele, millest aine koosneb, milliseid komponente selle koostis sisaldab. Need meetodid võimaldavad sageli välja selgitada, millisel kujul antud komponent aines esineb, näiteks elemendi oksüdatsiooniastme määramiseks. Mõnikord on võimalik hinnata komponentide ruumilist paigutust.

Meetodite väljatöötamisel tuleb sageli laenata ideid seotud teadusvaldkondadest ja kohandada neid oma eesmärkidega. Analüütilise keemia ülesanne hõlmab meetodite teoreetiliste aluste väljatöötamist, nende rakendatavuse piiride kehtestamist, metroloogiliste ja muude tunnuste hindamist, erinevate objektide analüüsi meetodite loomist.

Analüüsimeetodid ja -vahendid muutuvad pidevalt: kaasatakse uusi lähenemisviise, kasutatakse uusi põhimõtteid ja nähtusi, sageli kaugetest teadmusvaldkondadest.

Analüüsimeetodi all mõistetakse üsna universaalset ja teoreetiliselt põhjendatud meetodit koostise määramiseks, sõltumata määratavast komponendist ja analüüsitavast objektist. Rääkides analüüsimeetodist, peavad nad silmas aluspõhimõtet, koostise ja mis tahes mõõdetud omaduse vahelise seose kvantitatiivset väljendust; valitud rakendustehnikad, sealhulgas häirete tuvastamine ja kõrvaldamine; seadmed praktiliseks rakendamiseks ja meetodid mõõtmistulemuste töötlemiseks. Analüüsi metoodika on antud objekti analüüsi üksikasjalik kirjeldus valitud meetodil.

Analüütilisel keemial kui teadmistevaldkonnal on kolm funktsiooni:

1. analüüsi üldiste küsimuste lahendamine,

2. analüütiliste meetodite arendamine;

3. analüüsi spetsiifiliste probleemide lahendamine.

Seda saab ka eristada kvalitatiivne Ja kvantitatiivne analüüsid. Esimene otsustab küsimuse, milliseid komponente analüüsitav objekt sisaldab, teine ​​annab teavet kõigi või üksikute komponentide kvantitatiivse sisu kohta.

2. MEETODITE KLASSIFIKATSIOON

Kõik olemasolevad analüütilise keemia meetodid võib jagada proovivõtu, proovide lagundamise, komponentide eraldamise, tuvastamise (identifitseerimise) ja määramise meetoditeks. On hübriidmeetodeid, mis ühendavad eraldamise ja määratluse. Tuvastamis- ja määratlusmeetoditel on palju ühist.

Määramismeetodid on kõige olulisemad. Neid saab klassifitseerida vastavalt mõõdetava omaduse olemusele või vastava signaali registreerimisviisile. Määramismeetodid jagunevad keemiline , füüsiline Ja bioloogiline. Keemilised meetodid põhinevad keemilistel (sh elektrokeemilistel) reaktsioonidel. See hõlmab meetodeid, mida nimetatakse füüsikalis-keemilisteks. Füüsikalised meetodid põhinevad füüsikalistel nähtustel ja protsessidel, bioloogilised meetodid põhinevad elu nähtusel.

Peamised nõuded analüütilise keemia meetoditele on: tulemuste korrektsus ja hea reprodutseeritavus, vajalike komponentide madal avastamispiir, selektiivsus, kiirus, analüüsi lihtsus ja selle automatiseerimise võimalus.

Analüüsimeetodi valikul on vaja selgelt teada analüüsi eesmärki, lahendamist vajavaid ülesandeid ning hinnata olemasolevate analüüsimeetodite eeliseid ja puudusi.

3. ANALÜÜTILINE SIGNAAL

Pärast proovi valimist ja ettevalmistamist algab keemilise analüüsi etapp, mille käigus tuvastatakse komponent või määratakse selle kogus. Sel eesmärgil nad mõõdavad analüütiline signaal. Enamiku meetodite puhul on analüütiline signaal füüsikalise suuruse mõõtmiste keskmine analüüsi lõppfaasis, mis on funktsionaalselt seotud analüüdi sisaldusega.

Kui on vaja mõnda komponenti tuvastada, siis see tavaliselt fikseeritakse välimus analüütiline signaal - sademe ilmumine, värvus, jooned spektris jne. Analüütilise signaali ilmumine tuleb usaldusväärselt registreerida. Komponendi koguse määramisel mõõdetakse seda suurusjärk analüütiline signaal - setete mass, voolutugevus, spektrijoone intensiivsus jne.

4. ANALÜÜTILISE KEEMIA MEETODID

4.1. MAKSMISE, ERALDAMISE JA KONTSENTREERIMISE MEETODID

Maskeerimine.

Maskeerimine on pärssimine või täielik mahasurumine keemiline reaktsioon ainete juuresolekul, mis on võimelised muutma selle suunda või kiirust. Sel juhul uut faasi ei moodustata. Maskeerimist on kahte tüüpi – termodünaamiline (tasakaaluline) ja kineetiline (mittetasakaaluline). Termodünaamilise maskeerimise korral luuakse tingimused, mille korral tinglikku reaktsioonikonstanti vähendatakse sedavõrd, et reaktsioon kulgeb ebaoluliselt. Maskeeritud komponendi kontsentratsioon muutub analüütilise signaali usaldusväärseks fikseerimiseks ebapiisavaks. Kineetiline maskeerimine põhineb maskeeritava ja analüüdi reaktsioonikiiruste erinevuse suurendamisel sama reagendiga.

Eraldamine ja keskendumine.

Eraldamise ja kontsentreerimise vajadus võib olla tingitud järgmistest teguritest: proov sisaldab komponente, mis segavad määramist; analüüdi kontsentratsioon on alla meetodi avastamispiiri; määratavad komponendid on proovis ebaühtlaselt jaotunud; instrumentide kalibreerimiseks puuduvad standardnäidised; proov on väga mürgine, radioaktiivne ja kallis.

Eraldamine- see on toiming (protsess), mille tulemusena eraldatakse üksteisest algsegu moodustavad komponendid.

kontsentratsioon- see on toiming (protsess), mille tulemusena suureneb mikrokomponentide kontsentratsiooni või koguse ja makrokomponendi kontsentratsiooni või koguse suhe.

Sademed ja kaassademed.

Anorgaaniliste ainete eraldamiseks kasutatakse tavaliselt sadet. Mikrokomponentide sadestamine orgaaniliste reagentidega ja eriti nende koossadestamine annab kõrge kontsentratsiooniteguri. Neid meetodeid kasutatakse koos määramismeetoditega, mis on loodud tahketest proovidest analüütilise signaali saamiseks.

Sadestamise teel eraldamine põhineb ühendite erineval lahustuvusel, peamiselt vesilahustes.

Kaassadestamine on mikrokomponendi jaotumine lahuse ja sademe vahel.

Ekstraheerimine.

Ekstraheerimine on füüsikalis-keemiline protsess aine jaotamiseks kahe faasi vahel, kõige sagedamini kahe segunematu vedeliku vahel. See on ka massiülekande protsess keemiliste reaktsioonidega.

Ekstraheerimismeetodid sobivad kontsentreerimiseks, mikro- või makrokomponentide ekstraheerimiseks, komponentide individuaalseks ja rühmaks eraldamiseks erinevate tööstus- ja loodusobjektide analüüsimisel. Meetod on lihtne ja kiire teostatav, tagab kõrge eraldamise ja kontsentreerimise efektiivsuse ning ühildub erinevate määramismeetoditega. Ekstraheerimine võimaldab uurida ainete olekut lahuses erinevates tingimustes, määrata füüsikalis-keemilisi omadusi.

Sorptsioon.

Sorptsiooni kasutatakse hästi ainete eraldamiseks ja kontsentreerimiseks. Sorptsioonimeetodid tagavad tavaliselt hea eraldamise selektiivsuse ja kõrge kontsentratsioonitegurite väärtuse.

Sorptsioon- gaaside, aurude ja lahustunud ainete imendumise protsess tahkel kandjal (sorbendid) tahkete või vedelate neeldurite abil.

Elektrolüütiline eraldamine ja tsementeerimine.

Kõige tavalisem valimiste eraldamise meetod, mille puhul eraldatud või kontsentreeritud aine eraldatakse tahketel elektroodidel elementaarses olekus või mingi ühendi kujul. Elektrolüütiline isolatsioon (elektrolüüs) sademete põhjal elektri-šokk kontrollitud potentsiaalil. Metallide katoodsadestamise levinuim variant. Elektroodi materjaliks võib olla süsinik, plaatina, hõbe, vask, volfram jne.

elektroforees põhineb erineva laengu, kuju ja suurusega osakeste liikumiskiiruste erinevustel elektriväljas. Liikumiskiirus sõltub laengust, väljatugevusest ja osakeste raadiusest. Elektroforeesi on kahte tüüpi: frontaalne (lihtne) ja tsoon (kandjal). Esimesel juhul asetatakse elektrolüüdilahusega torusse väike kogus lahust, mis sisaldab eraldatavaid komponente. Teisel juhul toimub liikumine stabiliseerivas keskkonnas, mis hoiab osakesed paigal pärast elektrivälja väljalülitamist.

meetod vuukimine seisneb komponentide (tavaliselt väikestes kogustes) redutseerimises piisavalt negatiivse potentsiaaliga metallidel või elektronegatiivsete metallide almagaamadel. Tsementeerimisel toimub samaaegselt kaks protsessi: katoodne (komponendi eraldumine) ja anoodne (tsementeeriva metalli lahustumine).

Aurutamismeetodid.

meetodid destilleerimine mis põhinevad ainete erineval lenduvusel. Aine läheb vedelast olekust gaasilisse olekusse ja seejärel kondenseerub, moodustades uuesti vedela või mõnikord tahke faasi.

Lihtne destilleerimine (aurustamine)– üheetapiline eraldamis- ja kontsentreerimisprotsess. Aurutamine eemaldab ained, mis on valmis lenduvate ühendite kujul. Need võivad olla makro- ja mikrokomponendid, viimaste destilleerimist kasutatakse harvemini.

Sublimatsioon (sublimatsioon)- aine ülekandmine alates tahkes olekus gaasiliseks ja sellele järgnev sadestumine tahkel kujul (vedelast faasist mööda minnes). Sublimatsiooniga eraldamist kasutatakse tavaliselt siis, kui eraldatavad komponendid on raskesti sulavad või lahustuvad.

Kontrollitud kristalliseerumine.

Lahuse, sulatise või gaasi jahutamisel tekivad tahke faasi tuumad – kristalliseerumine, mis võib olla kontrollimatu (hulk) ja kontrollitav. Kontrollimatu kristalliseerumise korral tekivad kristallid spontaanselt kogu mahu ulatuses. Kontrollitud kristallisatsiooni korral määravad protsessi välistingimused (temperatuur, faasi liikumise suund jne).

Kontrollitud kristallisatsiooni on kahte tüüpi: suunaline kristalliseerumine(V antud suund) Ja tsooni sulamine(vedeliku tsooni liikumine tahkes kehas kindlas suunas).

Suunatud kristallisatsiooniga tekib tahke ja vedeliku vahele üks liides – kristallisatsioonifront. Tsoonisulamisel on kaks piiri: kristallisatsioonifront ja sulamisfront.

4.2. KROMATOGRAAFILISED MEETODID

Kromatograafia on kõige sagedamini kasutatav analüüsimeetod. Uusimate kromatograafiliste meetoditega saab määrata gaasilisi, vedelaid ja tahkeid aineid molekulmassiga ühikutest kuni 10 6 . Nendeks võivad olla vesiniku isotoobid, metalliioonid, sünteetilised polümeerid, valgud jne. Kromatograafia abil saab laialdast teavet nende struktuuri ja omaduste kohta. orgaanilised ühendid palju klasse.

Kromatograafia- See on füüsikalis-keemiline ainete eraldamise meetod, mis põhineb komponentide jaotusel kahe faasi vahel - statsionaarne ja mobiilne. Statsionaarne faas (statsionaarne) on tavaliselt tahke aine (sageli nimetatakse seda sorbendiks) või tahkele ainele sadestunud vedel kile. Liikuv faas on vedelik või gaas, mis voolab läbi statsionaarse faasi.

Meetod võimaldab eraldada mitmekomponendilist segu, tuvastada komponendid ja määrata selle kvantitatiivne koostis.

Kromatograafilised meetodid klassifitseeritakse järgmiste kriteeriumide alusel:

a) vastavalt segu agregatsiooni olekule, milles see on jagatud komponentideks - gaas-, vedelik- ja gaas-vedelikkromatograafia;

b) eraldusmehhanismi järgi - adsorptsioon-, jaotus-, ioonivahetus-, sette-, redoks-, adsorptsioon-komplekskromatograafia;

c) kromatograafilise protsessi vormi järgi - kolonn, kapillaar, tasapinnaline (paber, õhuke kiht ja membraan).

4.3. KEEMILISED MEETODID

Keemilised tuvastamis- ja määramismeetodid põhinevad kolme tüüpi keemilistel reaktsioonidel: happe-aluse, redoks- ja kompleksi moodustumise reaktsioonid. Mõnikord kaasneb nendega komponentide koondseisundi muutus. Keemiliste meetodite hulgas on kõige olulisemad gravimeetrilised ja titrimeetrilised. Neid analüüsimeetodeid nimetatakse klassikalisteks. Keemilise reaktsiooni sobivuse kriteeriumiks analüüsimeetodi aluseks on enamikul juhtudel täielikkus ja suur kiirus.

gravimeetrilised meetodid.

Gravimeetriline analüüs seisneb aine eraldamises puhtal kujul ja selle kaalumises. Enamasti viiakse selline eraldamine läbi sademete abil. Harvemini määratud komponent eraldatakse lenduva ühendina (destilleerimismeetodid). Mõnel juhul on gravimeetria parim viis analüütilise probleemi lahendamiseks. See on absoluutne (referents)meetod.

Gravimeetriliste meetodite puuduseks on määramise kestus, eriti seeriaanalüüsides. suur hulk proovid, samuti mitteselektiivsus – sadestavad reaktiivid, välja arvatud mõned erandid, on harva spetsiifilised. Seetõttu on sageli vajalikud esialgsed eraldamised.

Mass on gravimeetria analüütiline signaal.

titrimeetrilised meetodid.

Kvantitatiivse keemilise analüüsi titrimeetriline meetod on meetod, mis põhineb reaktsioonil määratava komponendiga A kulunud reaktiivi B koguse mõõtmisel. Praktikas on kõige mugavam lisada reaktiiv täpselt teadaoleva kontsentratsiooniga lahuse kujul. . Selles versioonis on tiitrimine protsess, mille käigus lisatakse määratava komponendi lahusele pidevalt kontrollitud kogus täpselt teadaoleva kontsentratsiooniga (titraani) reaktiivilahust.

Titrimeetrias kasutatakse kolme tiitrimismeetodit: edasi-, tagurpidi- ja asendustiitrimine.

otsene tiitrimine- see on analüüdi A lahuse tiitrimine otse titraani B lahusega. Seda kasutatakse juhul, kui reaktsioon A ja B vahel kulgeb kiiresti.

Tagasi tiitrimine seisneb selles, et analüüdile A lisatakse liias täpselt teadaolev kogus standardlahust B ja pärast nendevahelise reaktsiooni lõppemist ülejäänud B kogus tiitritakse titraani B' lahusega. Seda meetodit kasutatakse juhtudel, kui reaktsioon A ja B vahel ei ole piisavalt kiire või puudub sobiv indikaator reaktsiooni ekvivalentpunkti fikseerimiseks.

Asendusainete tiitrimine seisneb mitte kindlaksmääratud koguse aine A, vaid samaväärse koguse asendaja A tiitrimises tiitriga B, mis tuleneb kindlaksmääratud aine A ja mõne reagendi vahelisest esialgsest reaktsioonist. Seda tiitrimismeetodit kasutatakse tavaliselt juhtudel, kui otsest tiitrimist ei ole võimalik teostada.

Kineetilised meetodid.

Kineetilised meetodid põhinevad keemilise reaktsiooni kiiruse sõltuvusel reagentide kontsentratsioonist ja katalüütiliste reaktsioonide korral katalüsaatori kontsentratsioonist. Analüütiliseks signaaliks kineetilistes meetodites on protsessi kiirus või sellega võrdeline suurus.

Kineetilise meetodi aluseks olevat reaktsiooni nimetatakse indikaatoriks. Indikaator on aine, mille kontsentratsiooni muutust kasutatakse indikaatorprotsessi kiiruse hindamiseks.

biokeemilised meetodid.

hulgas kaasaegsed meetodid keemilises analüüsis on olulisel kohal biokeemilised meetodid. Biokeemilised meetodid hõlmavad meetodeid, mis põhinevad bioloogilisi komponente (ensüüme, antikehi jne) hõlmavate protsesside kasutamisel. Sel juhul on analüütiliseks signaaliks kõige sagedamini kas protsessi algkiirus või ühe reaktsiooniprodukti lõppkontsentratsioon, mis on määratud mis tahes instrumentaalse meetodiga.

Ensümaatilised meetodid põhineb ensüümide – bioloogiliste katalüsaatorite – katalüüsitavate reaktsioonide kasutamisel, mida iseloomustab kõrge aktiivsus ja toime selektiivsus.

Immunokeemilised meetodid analüüsid põhinevad määratud ühendi - antigeeni spetsiifilisel seondumisel vastavate antikehade poolt. Immunokeemiline reaktsioon lahuses antikehade ja antigeenide vahel on keeruline protsess, mis toimub mitmes etapis.

4.4. ELEKTROKEEMILISED MEETODID

Elektrokeemilised analüüsi- ja uurimismeetodid põhinevad elektroodi pinnal või elektroodilähedases ruumis toimuvate protsesside uurimisel ja kasutamisel. Analüütiliseks signaaliks võivad olla kõik elektrilised parameetrid (potentsiaal, voolutugevus, takistus jne), mis on funktsionaalselt seotud analüüsitava lahuse kontsentratsiooniga ja mida saab õigesti mõõta.

On olemas otsesed ja kaudsed elektrokeemilised meetodid. Otseste meetodite puhul kasutatakse voolutugevuse (potentsiaali jne) sõltuvust analüüdi kontsentratsioonist. Kaudsete meetoditega mõõdetakse voolutugevust (potentsiaali jne), et leida sobiva tiitriga analüüdi tiitrimise lõpp-punkt, s.o. kasutada mõõdetud parameetri sõltuvust titrandi mahust.

Igasuguste elektrokeemiliste mõõtmiste jaoks on vaja elektrokeemilist ahelat või elektrokeemilist elementi, mille komponendiks on analüüsitav lahus.

Elektrokeemiliste meetodite klassifitseerimiseks on erinevaid viise, alates väga lihtsast kuni väga keerukani, mis hõlmab elektroodiprotsesside üksikasjade arvessevõtmist.

4.5. SPEKTROSKOOPILISED MEETODID

Spektroskoopilised analüüsimeetodid hõlmavad füüsilised meetodid põhineb elektromagnetilise kiirguse vastasmõjul ainega. See interaktsioon viib erinevate energiaüleminekuteni, mis registreeritakse eksperimentaalselt kiirguse neeldumise, peegelduse ja elektromagnetilise kiirguse hajumise näol.

4.6. MASSISPEKTROMEETRILISED MEETODID

Massispektromeetriline analüüsimeetod põhineb eralduva aine aatomite ja molekulide ioniseerimisel ning sellele järgneval tekkivate ioonide eraldamisel ruumis või ajas.

Massispektromeetria kõige olulisem rakendus on olnud orgaaniliste ühendite struktuuri tuvastamine ja kindlakstegemine. Orgaaniliste ühendite komplekssete segude molekulaaranalüüs tuleks läbi viia pärast nende kromatograafilist eraldamist.

4.7. RADIOAKTIIVSUSEL PÕHINEVAD ANALÜÜSI MEETODID

Radioaktiivsusel põhinevad analüüsimeetodid tekkisid tuumafüüsika, radiokeemia ja aatomitehnoloogia arengu ajastul ning on nüüdseks edukalt kasutusel erinevates analüüsides, sealhulgas tööstuses ja geoloogiateenistuses. Neid meetodeid on väga palju ja erinevaid. Eristada saab nelja põhirühma: radioaktiivne analüüs; isotoopide lahjendusmeetodid ja muud radiomärgistusmeetodid; kiirguse neeldumisel ja hajutamisel põhinevad meetodid; puhtalt radiomeetrilised meetodid. Kõige levinum radioaktiivne meetod. See meetod ilmus pärast kunstliku radioaktiivsuse avastamist ja põhineb elemendi radioaktiivsete isotoopide moodustumisel, mille määramisel kiiritatakse proovi tuuma- või g-osakestega ja registreeritakse aktiveerimisel saadud kunstlik radioaktiivsus.

4.8. TERMILISED MEETODID

Termilised analüüsimeetodid põhinevad aine vastasmõjul soojusenergiaga. Analüütilises keemias kasutatakse kõige laialdasemalt termilisi mõjusid, mis on keemiliste reaktsioonide põhjuseks või tagajärjeks. Vähemal määral kasutatakse meetodeid, mis põhinevad füüsikaliste protsesside tulemusena soojuse eraldumisel või neeldumisel. Need on protsessid, mis on seotud aine üleminekuga ühelt modifikatsioonilt teisele, agregatsiooniseisundi muutumisega ja muude muutustega molekulidevahelises interaktsioonis, näiteks lahustumisel või lahjendamisel. Tabelis on toodud kõige levinumad termoanalüüsi meetodid.

Termomeetodeid kasutatakse edukalt metallurgiliste materjalide, mineraalide, silikaatide, aga ka polümeeride analüüsil, muldade faasianalüüsil ning proovide niiskusesisalduse määramisel.

4.9. BIOLOOGILISED ANALÜÜSIMEETODID

Bioloogilised analüüsimeetodid põhinevad asjaolul, et elutähtsa aktiivsuse - kasvu, paljunemise ja üldiselt elusolendite normaalse funktsioneerimise jaoks on vajalik rangelt määratletud keemilise koostisega keskkond. Kui see koostis muutub, näiteks kui mõni komponent söötmest välja jäetakse või lisatakse (määratud) ühend, annab keha mõne aja pärast, mõnikord peaaegu kohe, sobiva vastusesignaali. Seose tuvastamine keha reaktsioonisignaali iseloomu või intensiivsuse ja keskkonda viidud või keskkonnast välja jäetud komponendi koguse vahel aitab seda tuvastada ja määrata.

Analüütilisteks näitajateks bioloogilistes meetodites on erinevad elusorganismid, nende elundid ja koed, füsioloogilised funktsioonid jne. Indikaatororganismidena võivad toimida mikroorganismid, selgrootud, selgroogsed, aga ka taimed.

5. KOKKUVÕTE

Analüütilise keemia olulisuse määrab ühiskonna vajadus analüüsitulemuste järele, ainete kvalitatiivse ja kvantitatiivse koostise kindlakstegemisel, ühiskonna arengutase, sotsiaalne vajadus analüüsitulemuste järele, aga ka ainete arengutase. analüütiline keemia ise.

Tsitaat N. A. Menshutkini analüütilise keemia õpikust, 1897: „Olles kogu analüütilise keemia klasside kursuse esitanud ülesannete kujul, mille lahendamine on õpilase otsustada, peame märkima, et sellise ülesannete lahendamise puhul , annab analüütiline keemia rangelt määratletud tee. Sellel kindlusel (analüütilise keemia ülesannete süstemaatiline lahendamine) on suur pedagoogiline tähtsus, samal ajal õpib õpilane rakendama ühendite omadusi ülesannete lahendamisel, tuletama reaktsioonitingimusi ja neid kombineerima. Kogu seda vaimsete protsesside jada võib väljendada järgmiselt: analüütiline keemia õpetab keemilist mõtlemist. Viimase saavutamine tundub analüütilise keemia praktiliste õpingute jaoks kõige olulisem olevat.

KASUTATUD KIRJANDUSE LOETELU

1. K.M. Olshanova, S.K. Piskareva, K.M. Barashkov "Analüütiline keemia", Moskva, "Keemia", 1980

2. "Analüütiline keemia. Keemilised analüüsimeetodid”, Moskva, “Keemia”, 1993

3. “Analüütilise keemia alused. 1. raamat, Moskva, " lõpetanud kool", 1999

4. “Analüütilise keemia alused. 2. raamat, Moskva, Kõrgkool, 1999

Kõik olemasolevad analüütilise keemia meetodid võib jagada proovivõtu, proovide lagundamise, komponentide eraldamise, tuvastamise (identifitseerimise) ja määramise meetoditeks.

Peaaegu kõik meetodid põhinevad seosel aine koostise ja selle omaduste vahel. Komponendi või selle koguse tuvastamiseks mõõtke analüütiline signaal.

Analüütiline signaal on füüsikalise suuruse mõõtmiste keskmine analüüsi viimases etapis. Analüütiline signaal on funktsionaalselt seotud määratud komponendi sisuga. See võib olla voolutugevus, süsteemi EMF, optiline tihedus, kiirguse intensiivsus jne.

Kui on vaja tuvastada mõnda komponenti, registreeritakse tavaliselt analüütilise signaali ilmumine - sademe, värvi, joone ilmumine spektris jne. Analüütilise signaali ilmumine tuleb usaldusväärselt registreerida. Teatud koguse komponendi juures mõõdetakse analüütilise signaali suurust: lademe mass, voolutugevus, spektrijoonte intensiivsus jne. Seejärel arvutatakse komponendi sisaldus funktsionaalse sõltuvuse analüütilise signaali abil - sisu: y=f(c), mis määratakse arvutuse või kogemusega ja mida saab esitada valemi, tabeli või graafiku kujul.

Analüütilises keemias on olemas keemilised, füüsikalised ja füüsikalis-keemilised analüüsimeetodid.

Keemilistes analüüsimeetodites muudetakse määratav element või ioon ühendiks, millel on üks või teine ​​iseloomulik omadus, mille põhjal saab kindlaks teha, et see konkreetne ühend tekkis.

Keemilised meetodid analüüsil on konkreetne ulatus. Samuti ei rahulda keemilistel meetoditel analüüside tegemise kiirus alati tootmise vajadusi, kus on väga oluline analüüside õigeaegne saamine, samas kui tehnoloogilist protsessi on veel võimalik reguleerida. Seetõttu levivad koos keemiliste meetoditega ka füüsikalised ja füüsikalis-keemilised analüüsimeetodid.

Füüsikalised meetodid analüüsid põhinevad mõne mõõtmisel

süsteemi parameeter, mis on koostise funktsioon, nagu emissiooni neeldumisspekter, elektri- või soojusjuhtivus, lahusesse sukeldatud elektroodi potentsiaal, läbilaskvus, murdumisnäitaja, tuumamagnetresonants jne.

Füüsikalised analüüsimeetodid võimaldavad lahendada probleeme, mida ei saa lahendada keemilise analüüsi meetoditega.

Ainete analüüsiks kasutatakse laialdaselt füüsikalis-keemilisi analüüsimeetodeid, mis põhinevad keemilistel reaktsioonidel, mille käiguga kaasneb analüüsitava süsteemi füüsikaliste omaduste muutumine, näiteks selle värvus, värvi intensiivsus, läbipaistvus, termiline ja elektrijuhtivus jne.

Füüsikalised ja keemilised analüüsimeetodid iseloomustab kõrge tundlikkus ja kiire teostamine, need võimaldavad automatiseerida keemilis-analüütilisi määramisi ja on asendamatud väikeste ainete koguste analüüsimisel.

Tuleb märkida, et füüsikaliste ja füüsikalis-keemiliste analüüsimeetodite vahel ei ole alati võimalik ranget piiri tõmmata. Mõnikord kombineeritakse need alla üldnimetus"instrumentaalsed" meetodid, sest teatud mõõtmiste tegemiseks on vaja mõõtevahendeid, mis võimaldavad suure täpsusega mõõta teatud parameetrite väärtusi, mis iseloomustavad aine teatud omadusi.

Neid analüüsimeetodeid kasutatakse mõõdetud füüsikalise vahelise seose olemasolul omadused in-in ning nende kvalitatiivne ja kvantitatiivne koostis. Kuna füüsikaliste omaduste mõõtmiseks kasutatakse erinevaid instrumente (instrumente), nimetatakse neid meetodeid instrumentaalseteks. Füüsikaliste ja füüsikalis-keemiliste analüüsimeetodite klassifikatsioon. Põhineb mõõdetud füüsikaliste ja füüsikalis-keemiliste näitajate arvestamisel sv-v-va või uuritav süsteem. Optilised meetodid põhinevad optilise St-in-in mõõtmisel. Kromatograafiline kasutusvõime erinevad in-in selektiivsele sorptsioonile. Elektrokeemilised meetodid põhinevad süsteemi elektrokeemiliste omaduste mõõtmisel. Radiomeetriline, mis põhineb radioaktiivse sv-in in-in mõõtmisel. Termiline asjakohaste protsesside soojusmõjude mõõtmisel. Massispektromeetria in-in ioniseeritud fragmentide ("fragmentide") uurimisel. Ultraheli, magnetokeemiline, püknomeetriline jne. Instrumentaalsete analüüsimeetodite eelised: madal avastamispiir 1 -10 -9 µg; madal piirkontsentratsioon, kuni 10-12 g / ml määratud in-va; kõrge tundlikkus, mis on formaalselt määratud vastava kalibreerimiskõvera kalde puutuja väärtusega, mis peegeldab graafiliselt mõõdetud füüsikalise parameetri, mis on tavaliselt joonistatud piki ordinaattelge, sõltuvust määratud aine kogusest või kontsentratsioonist ( abstsisstelg). Mida suurem on kõvera kalde puutuja x-telje suhtes, seda tundlikum on meetod, mis tähendab järgmist: sama "vastuse" saamiseks - füüsikalise omaduse muutus - väiksem kontsentratsiooni või koguse muutus. mõõdetud aine on vajalik. Eelised hõlmavad meetodite suurt selektiivsust (selektiivsust), st segude koostisosi saab määrata ilma neid komponente eraldamata ja isoleerimata; analüüsi lühike kestus, nende automatiseerimise ja arvutistamise võimalus. Puudused: riistvara keerukus ja kõrge hind; suurem viga (5 -20%) kui klassikalises keemilises analüüsis (0,1 -0,5%); halvem reprodutseeritavus. Optilised analüüsimeetodid põhinevad saarte optiliste omaduste mõõtmisel (kiirgus, neeldumine, hajumine, peegeldus, murdumine, valguse polarisatsioon), mis avalduvad elektromagnetilise kiirguse vastasmõjul saarega.

Klassifikatsioon uuritavate objektide järgi: aatomi- ja molekulaarspektraalanalüüs. Elektromagnetilise kiirguse interaktsiooni olemuse järgi in-oomiga. Sel juhul eristatakse järgmisi meetodeid. Aatomabsorptsioonianalüüs, mis põhineb monokromaatilise kiirguse neeldumise mõõtmisel gaasifaasis pärast aine pihustamist määratud aine aatomite poolt. Emissioonispektraalanalüüs - th-s (enamasti aatomites või ioonides) kiirgava valguse intensiivsuse mõõtmine selle energiaga ergastamisel, näiteks elektrilahendusplasmas. Leegi fotomeetria - gaasileegi kasutamine kiirguse ergastamise energiaallikana. Nefelomeetria - hajutatud süsteemi (keskkonna) valgusosakeste valguse hajumise mõõtmine. Turbidimeetriline analüüs - kiirguse intensiivsuse nõrgenemise mõõtmine selle läbimisel hajutatud keskkonnas. Valguse murdumisnäitajate refraktomeetriline analüüs in-in mõõtmine. Polarimeetriline analüüs on optilise pöörde suuruse mõõtmine - valguse polarisatsioonitasandi pöördenurk optiliselt aktiivsete objektide poolt. Kasutatava elektromagnetilise spektri piirkonna järgi klassifitseeritakse järgmised meetodid: spektroskoopia (spektrofotomeetria) spektri UVI piirkonnas, st spektri lähimas ultraviolettkiirguse piirkonnas - lainepikkuste vahemikus 200–400 nm ja nähtav piirkond – lainepikkuste vahemikus 400–700 nm. Infrapunaspektroskoopia, mis uurib elektromagnetilise spektri lõiku vahemikus 0,76 - 1000 μm (1 μm = 10 -6 m), harvem röntgen- ja mikrolainespektroskoopia. Energia üleminekute olemuse järgi erinevates spektrites - elektrooniline (aatomite, ioonide, radikaalide, molekulide, kristallide elektrooniliste olekute energia muutus UVI piirkonnas); vibratsiooniline (2- ja mitmeaatomiliste ioonide, radikaalide, molekulide, samuti vedelate ja tahkete faaside võnkeseisundite energia muutmisel IR-piirkonnas); pöörlev ka IR ja mikrolaine piirkonnas. See. Molekulide ja elektromagnetkiirguse vastastikmõju seisneb selles, et elektromagnetkiirgust neelates lähevad molekulid ergastatud olekusse. Sel juhul mängib olulist rolli energia, st neeldunud kiirguse lainepikkus.

Niisiis toimub röntgenkiirtes, mille lainepikkus on 0,05–5 nm, sisemiste elektronide ergastamise protsess aatomites ja molekulides; ultraviolettkiirtes (5 - 400 nm) toimub aatomites ja molekulides väliste elektronide ergastusprotsess; nähtav valgus (400–700 nm) väliste elektronide ergastus konjugeeritud p-elektroonilised süsteemid; infrapunakiirgus (700 nm - 500 mikronit) on molekulide vibratsiooni ergastamise protsess; mikrolained (500 mikronit - 30 cm) molekulide pöörlemise ergastamise protsess; raadiolained (üle 30 cm) aatomituumade spinni siirete ergastamise protsess (tuumamagnetresonants). Kiirguste neeldumine võimaldab neid spektromeetriliselt mõõta ja registreerida. Sellisel juhul jagatakse langev kiirgus võrdluseks ja mõõdetakse sama intensiivsusega. Mõõdetud kiirgus läbib proovi; kui imendumine toimub, muutub intensiivsus. Elektromagnetkiirguse energia neelamisel suurendavad saartel olevad osakesed (aatomid, molekulid, ioonid) oma energiat, s.t lähevad üle kõrgema energiaga olekusse. Osakeste elektrooniline, vibratsiooniline, pöörlemisenergia olek saartel saab muutuda ainult diskreetselt, rangelt määratletud koguse võrra. Iga osakese jaoks on individuaalne energiaseisundite kogum - energiatasemed (terminid), näiteks elektroonilised energiatasemed. Molekulide ja polüatomiliste ioonide elektroonilised energiatasemed on peenstruktuuriga – vibratsiooni alamtasandid; seetõttu toimuvad vibratsioonilised üleminekud ka üheaegselt puhtelektrooniliste üleminekutega.

Iga elektrooniline (elektroonilis-vibratsiooniline) üleminek madalamalt energiatasemelt kõrgemale elektroonilisele tasemele vastab elektroonilise neeldumisspektri ribale. Kuna iga osakese (aatomi, iooni, molekuli) elektrooniliste tasemete erinevus on rangelt määratletud, on rangelt määratletud ka ühele või teisele elektroonilisele üleminekule vastava riba asend elektroonilise neeldumisspektris, st lainepikkus (sagedus, laine). arv) neeldumisriba maksimum. Intensiivsuse erinevused mõõdetakse detektoriga ja salvestatakse makile signaali kujul (tipp), lk 318, keemia, kooliõpilaste ja õpilaste teatmik, spektromeetri skeem. Ultraviolettspektroskoopia ja neeldumisspektroskoopia nähtavas piirkonnas. Elektromagnetilise kiirguse neeldumine spektri ultraviolett- ja nähtavatest osadest; ergastab molekulides elektronide üleminekuid hõivatud energiatasemelt hõivamata. Mida suurem on energia erinevus energiatasemete vahel, seda suurem on energia, s.t. lühem lainepikkus, peab olema kiirgust. Molekuli seda osa, mis suures osas määrab valguse neeldumise, nimetatakse kromofooriks (sõna-sõnalt värvikandjad) – need on aatomirühmad, mis mõjutavad valguse neeldumist molekuli poolt, eriti konjugeeritud ja aromaatsed p-elektronsüsteemid.

Kromofooride struktuurielemendid osalevad peamiselt valgusenergia kvanti neeldumises, mis viib ribade ilmumiseni ühendite neeldumisspektri suhteliselt kitsas piirkonnas. Piirkond 200–700 nm on praktilise tähtsusega orgaaniliste molekulide struktuuri määramisel. Kvantitatiivne mõõtmine: koos neeldumismaksimumi asukohaga on analüüsi jaoks oluline kiirguse väljasuremise (sumbumise) väärtus, st selle neeldumise intensiivsus. Vastavalt Lamberti seadusele - õlu E \u003d lgI 0 / I \u003d ecd, E - väljasuremine, I 0 - langeva valguse intensiivsus, I - läbiva valguse intensiivsus, e - molaarne ekstinktsioonikoefitsient, cm 2 / mol, c - kontsentratsioon, mol / l, d - proovikihi paksus, cm Ekstinktsioon sõltub absorbeeriva aine kontsentratsioonist. Absorptsioonianalüüsi meetodid: kolorimeetria, fotoelektrokolorimeetria, spektromeetria. Kolorimeetria on lihtsaim ja vanim analüüsimeetod, mis põhineb vedelike värvuse visuaalsel võrdlusel (mulla pH määramine Alyamovski seadmega) - lihtsaim võrdlusmeetod võrdlusp-de seeriaga. Laialdaselt kasutatakse 3 kolorimeetria meetodit: standardseeria meetod (skaala meetod), värvide võrdsustamise meetod ja lahjendusmeetod. Kasutatakse klaasist kolorimeetrilisi katseklaase, klaasbürete, kolorimeetreid, fotomeetreid. Skaalameetod on pH määramine Alyamovski instrumendiga, s.o katseklaaside seeriaga, mille kontsentratsioonid on saartel erinevad ja erinevad lahuse või võrdluslahuste värvuse intensiivsuse muutmise poolest. Fotokolorimeetria – meetod põhineb analüüsitavat lahust läbinud mittemonokromaatilise valgusvoo intensiivsuse mõõtmisel fotoelementide abil.

Kiirgusallikast (hõõglambist) tulev valgusvoog läbib valgusfiltrit, mis edastab kiirgust ainult teatud lainepikkuste vahemikus, läbi analüüsitud p-oomiga küveti ja siseneb fotoelemendisse, mis muundab valgusenergia vastava seadmega salvestatud fotovooluks. . Mida suurem on analüüsitava lahuse valguse neeldumine (st mida suurem on selle optiline tihedus), seda väiksem on fotoelemendile langeva valgusvoo energia. FEC-id tarnitakse n-mi filtritega, millel on maksimaalne valguse läbilaskvus erinevatel lainepikkustel. 2 fotoelemendi juuresolekul mõõdetakse 2 valgusvoogu, üks läbi analüüsitud lahuse, teine ​​läbi võrdluslahendus. Uuritava aine kontsentratsioon leitakse kalibreerimiskõvera järgi.

Elektrokeemilised analüüsimeetodid põhinevad elektroodreaktsioonidel ja elektri ülekandel lahuste kaudu. Kvantitatiivses analüüsis kasutatakse elektrokeemiliste protsesside mõõdetud parameetrite väärtuste (elektripotentsiaalide erinevus, vool, elektrienergia hulk) väärtuste sõltuvust selles elektrokeemilises protsessis osaleva lahuses sisalduva määratud aine sisaldusest. Elektrokeemilised protsessid on need protsessid, millega kaasneb samaaegne keemiliste reaktsioonide toimumine ja süsteemi elektriliste omaduste muutumine, mida sellistel juhtudel võib nimetada elektrokeemiliseks süsteemiks. Potentsiomeetria põhiprintsiibid

Nagu meetodi nimigi ütleb, mõõdetakse selles potentsiaali. Et selgitada, milline potentsiaal ja miks see tekib, vaatleme süsteemi, mis koosneb metallplaadist ja lahusest, mis sisaldab sellega kokkupuutes sama metalli (elektrolüüdi) ioone (joonis 1). Sellist süsteemi nimetatakse elektroodiks. Iga süsteem kaldub olekusse, mis vastab selle miinimumile sisemine energia. Seetõttu hakkavad esimesel hetkel pärast metalli lahusesse kastmist faasipiiril toimuma protsessid, mis viivad süsteemi siseenergia vähenemiseni. Oletame, et metalli aatomi ioniseeritud olek on energeetiliselt "soodsam" kui neutraalne olek (võimalik on ka vastupidine olek). Seejärel liiguvad metalliaatomid esimesel ajahetkel plaadi pinnakihist lahusesse, jättes sinna oma valentselektronid. Sel juhul omandab plaadi pind negatiivse laengu ja see laeng suureneb koos ioonide kujul lahusesse läinud metalliaatomite arvu suurenemisega. Erinevate laengute elektrostaatilised tõmbejõud (negatiivselt laetud elektronid plaadis ja positiivsed metalliioonid lahuses) ei lase neil laengutel faasipiirist eemalduda ning põhjustavad ka metalliioonide pöördprotsessi ülemineku lahusest laengusse. metallfaasi ja taastage need seal. Kui päri- ja pöördprotsesside kiirused muutuvad samaks, tekib tasakaal. Süsteemi tasakaaluseisundit iseloomustab laengute eraldumine faasipiiril, st tekib potentsiaali “hüpe”. Tuleb märkida, et kirjeldatud elektroodipotentsiaali esinemise mehhanism ei ole ainus, reaalsetes süsteemides toimub ka palju muid protsesse, mis põhjustavad liideses potentsiaalide "hüppe". Lisaks võib faasipiiril tekkida potentsiaalne "hüpe" mitte ainult siis, kui elektrolüüt puutub kokku metalliga, vaid ka siis, kui elektrolüüt puutub kokku teiste materjalidega, nagu pooljuhid, ioonvahetusvaigud, klaasid jne.

Sel juhul nimetatakse ioone, mille kontsentratsioon mõjutab elektroodi potentsiaali, potentsiaali määravateks. Elektroodi potentsiaal sõltub elektrolüüdiga kokkupuutuva materjali iseloomust, potentsiaali määravate ioonide kontsentratsioonist lahuses ja temperatuurist. Seda potentsiaali mõõdetakse teise elektroodi suhtes, mille potentsiaal on konstantne. Seega, kui see seos on kindlaks tehtud, on võimalik seda kasutada analüütilises praktikas ioonide kontsentratsiooni määramiseks lahuses. Sel juhul nimetatakse elektroodi, mille potentsiaali mõõdetakse, mõõteelektroodiks ja elektroodi, mille suhtes mõõtmisi tehakse, abi- või võrdluselektroodiks. Võrdluselektroodide potentsiaali püsivus saavutatakse potentsiaali määravate ioonide kontsentratsiooni püsivusega selle elektrolüüdis (elektrolüüt nr 1). Elektrolüüdi nr 2 koostis võib varieeruda. Kahe erineva elektrolüüdi segunemise vältimiseks eraldatakse need ioone läbilaskva membraaniga. Mõõteelektroodi potentsiaal võetakse võrdseks redutseeritud elektrokeemilise süsteemi mõõdetud emf-ga. Kasutades elektrolüüdina nr 2 tuntud koostisega lahuseid, on võimalik kindlaks teha mõõteelektroodi potentsiaali sõltuvus potentsiaali määravate ioonide kontsentratsioonist. Seda sõltuvust saab hiljem kasutada tundmatu kontsentratsiooniga lahuse analüüsimisel.

Potentsiaalide skaala standardiseerimiseks kasutati standardelektroodina standardset vesinikelektroodi, mille potentsiaal eeldati nulliks igal temperatuuril. Kuid tavapärastel mõõtmistel kasutatakse vesinikelektroodi selle mahukuse tõttu harva. Igapäevapraktikas kasutatakse teisi lihtsamaid etalonelektroode, mille potentsiaal vesinikelektroodi suhtes määratakse. Seetõttu saab vajaduse korral selliste elektroodide suhtes tehtud potentsiaalimõõtmise tulemuse vesinikelektroodi suhtes ümber arvutada. Kõige laialdasemalt kasutatavad on hõbekloriidi ja kalomeli võrdluselektroodid. Mõõteelektroodi ja võrdluselektroodi potentsiaalide erinevus on määratavate ioonide kontsentratsiooni mõõt.

Elektroodi funktsiooni saab kirjeldada kasutades lineaarvõrrand Nernst:

E \u003d E 0 + 2,3 RT / nF * lg a,

kus E on potentsiaalide erinevus mõõteelektroodi ja võrdluselektroodi vahel, mV; E 0 - konstantne, sõltub peamiselt võrdluselektroodi omadustest (elektroodi standardpotentsiaal), mV; R - gaasikonstant, J * mol -1 * K -1. ; n on iooni laeng, võttes arvesse selle märki; F – Faraday arv, C/mol; T - absoluutne temperatuur, 0 K; Nernsti võrrandis sisalduv termin 2,3 RT/nF temperatuuril 25 0 C on 59,16 mV ühekordselt laetud ioonide puhul. Välise (võõra) potentsiaali rakendamata meetod liigitatakse meetodiks, mis põhineb süsteemi elektrienergia allika olemuse arvestamisel. Selle meetodi puhul on allikas el.en. elektrokeemiline süsteem ise teenib, mis on galvaaniline element(galvaaniline ahel) - potentsiomeetrilised meetodid. EMF ja elektroodide potentsiaalid sellises süsteemis sõltuvad määratud aine soodast lahuses. Elektrokeemiline element sisaldab 2 elektroodi - indikaator- ja võrdluselektroodi. Lahtris tekkiva EMF-i väärtus on võrdne nende 2 elektroodi potentsiaalide erinevusega.

Võrdluselektroodi potentsiaal potentsiomeetrilise määramise tingimustes jääb konstantseks, siis sõltub EMF ainult indikaatorelektroodi potentsiaalist, see tähendab teatud ioonide aktiivsusest (kontsentratsioonist) lahuses. See on aluseks antud aine kontsentratsiooni potentsiomeetriliseks määramiseks anaalses lahuses. Kasutatakse nii otsest potentsiomeetriat kui ka potentsiomeetrilist tiitrimist. Lahuste pH määramisel kasutatakse indikaatorelektroodidena, mille potentsiaal sõltub vesinikioonide kontsentratsioonist: klaas, vesinik, kinhüdroon (redokselektrood plaatinatraadi kujul, mis on sukeldatud HC1 lahusesse, küllastunud kinhüdrooniga - an ekvimolekulaarne ühend kinoon hüdrokinooniga) ja mõned teised Membraan- või ioonselektiivsed elektroodid omavad reaalset potentsiaali, olenevalt nende ioonide aktiivsusest lahuses, mis sorbeeritakse elektroodi membraaniga (tahke või vedel), meetodit nimetatakse ionomeetriaks. .

Spektrofotomeetrid on seadmed, mis võimaldavad mõõta proovide valguse neeldumist kitsa spektraalse koostisega valguskiirtes (monokromaatiline valgus). Spektrofotomeetrid võimaldavad lagunemist valge valgus pidevasse spektrisse, valige sellest spektrist kitsas lainepikkuste vahemik (valitud spektririba laius 1–20 nm), lasege isoleeritud valguskiir läbi analüüsitava lahuse ja mõõtke selle kiire intensiivsus suure täpsusega. Valguse neeldumist lahuses oleva värvilise lahuse poolt mõõdetakse, võrreldes seda neeldumisega null lahendus. Spektrofotomeeter ühendab kaks seadet: monokromaatori monokromaatilise valgusvoo saamiseks ja fotoelektrilist fotomeetrit valguse intensiivsuse mõõtmiseks. Monokromaator koosneb valgusallikast, hajutusseadmest (lammutab valge valguse spektriks) ja seadmest, mis reguleerib lahusele langeva valguskiire lainepikkuse intervalli suurust.

Erinevatest füüsikalis-keemilistest ja füüsikalistest analüüsimeetoditest on suurima tähtsusega 2 meetodite rühma: 1 - saare spektraalomaduste uurimisel põhinevad meetodid; 2 - füüsikalis-keemiliste parameetrite uurimisel põhinevad meetodid. Spektrimeetodid põhinevad nähtustel, mis tekivad aine interaktsioonil erinevat tüüpi energia (elektromagnetkiirgus, soojusenergia, elektrienergia jne). Peamised interaktsiooni tüübid in-va kiirgusenergiaga hõlmavad kiirguse neeldumist ja emissiooni (emissiooni). Neeldumisest või emissioonist tingitud nähtuste olemus on põhimõtteliselt sama. Kui kiirgus interakteerub ainega, lähevad selle osakesed (molekuli aatomid) ergastatud olekusse. Mõne aja pärast (10 -8 s) naasevad osakesed põhiolekusse, eraldades elektromagnetkiirguse kujul liigset energiat. Need protsessid on seotud elektrooniliste üleminekutega aatomis või molekulis.

Elektromagnetkiirgust saab iseloomustada lainepikkuse või sagedusega n, mis on omavahel seotud suhtega n=s/l, kus c on valguse kiirus vaakumis (2,29810 8 m/s). Elektromagnetilise kiirguse kõigi lainepikkuste (sageduste) kogusumma moodustab r-kiirte elektromagnetilise spektri (lühilaine piirkond, footonitel on kõrge energia) spektri nähtavale piirkonnale (400–700 nm) ja raadiolainetele (pika lainepikkuse piirkond, madala energiaga footonid).

Praktikas käsitletakse kiirgust, mida iseloomustab teatud lainepikkuste (sageduste) intervall, st teatud spektriosa (või, nagu öeldakse, kiirgusriba). Sageli kasutatakse analüütilistel eesmärkidel ka monokromaatilist valgust (valgusvoogu, milles elektromagnetlainetel on üks lainepikkus). Teatud lainepikkustega kiirguse selektiivne neeldumine aatomite ja molekulide poolt toob kaasa asjaolu, et iga sisse-sisenemist iseloomustavad individuaalsed spektraalsed omadused.

Analüütilisel eesmärgil kasutatakse nii kiirguse neeldumist aatomite ja molekulide poolt (vastavalt aatomabsorptsioonspektroskoopia) kui ka kiirguse emissiooni aatomite ja molekulide poolt (emissioonspektroskoopia ja luminestsents).

Spektrofotomeetria põhineb elektromagnetilise kiirguse selektiivsel neeldumisel in-vom. Mõõtes erineva lainepikkusega kiirguse neeldumis-sisendit, on võimalik saada neeldumisspekter, st neeldumise sõltuvus langeva valguse lainepikkusest. Neeldumisspekter on saare kvalitatiivne tunnus. Kvantitatiivne tunnus on neeldunud energia hulk või lahuse optiline tihedus, mis sõltub neelduva aine kontsentratsioonist vastavalt Bouguer-Lambert-Beeri seadusele: D \u003d eIs, kus D on optiline tihedus, i on kihi paksus; с - kontsentratsioon, mol/l; e on molaarne neeldumistegur (e = D, kui I = 1 cm ja c = 1 mol/l). Tundlikkuskarakteristikuna toimib e väärtus: mida suurem on e väärtus, seda väiksema v-va hulga saab määrata. Paljud ained (eriti orgaanilised) neelavad intensiivselt kiirgust UV- ja nähtavates piirkondades, mis võimaldab neid vahetult määrata. Enamik ioone, vastupidi, neelab nõrgalt kiirgust spektri nähtavas piirkonnas (е? 10…1000), mistõttu nad kanduvad tavaliselt üle teistele, intensiivsemalt neelavatele ühenditele ja seejärel tehakse mõõtmised. Absorptsiooni (optilise tiheduse) mõõtmiseks kasutatakse kahte tüüpi spektriseadmeid: fotoelektrokolorimeetreid (jäme monokromatiseerimisega) ja spektrofotomeetreid (peenema monokromatiseerimisega). Levinuim on fotomeetriline analüüsimeetod, mille kvantitatiivsed määramised põhinevad Bouguer-Lambert-Beeri seadusel. Fotomeetriliste mõõtmiste peamised meetodid on: molaarse valguse neeldumisteguri meetod, kalibreerimiskõvera meetod, standardmeetod (võrdlusmeetod), aditiivne meetod. Molaarse valguse neeldumisteguri meetodil mõõdetakse uuritava lahuse optiline tihedus D ja, kasutades teadaolevat molaarse valguse neeldumisteguri e väärtust, arvutatakse neelava aine kontsentratsioon lahuses: c \u003d D / (e I). Kalibreerimiskõvera meetodil valmistatakse määratavast komponendist teadaoleva kontsentratsiooniväärtusega standardlahused ja määratakse nende optilise tiheduse väärtus D.

Saadud andmete järgi koostatakse kalibreerimisgraafik - lahuse optilise tiheduse sõltuvus in-va kontsentratsioonist: D = f (c). Bucher-Lambert-Beeri seaduse järgi on graafik sirgjoon. Seejärel mõõdetakse uuritava lahuse optiline tihedus D ja kalibreerimiskõveralt määratakse analüüdi kontsentratsioon. Võrdlusmeetod (standardid) põhineb standard- ja katselahuste optilise tiheduse võrdlusel:

D st \u003d e * I * s st ja D x \u003d e * I * s x,

kust D x / D st \u003d e * I * s x / e * I * s st ja c x \u003d s st * D x / D st. Lisamismeetodi puhul võrreldakse uuritava lahuse optilise tiheduse väärtusi sama lahusega, millele on lisatud (koos a) teadaolev kogus määratavat komponenti. Määramise tulemuste põhjal arvutatakse aine kontsentratsioon uuritavas lahuses: D x \u003d e * I * c x ja D x + a \u003d e * I * (c x + c a), kust D x / D x + a \u003d e * I * c x / e * I * (c x + c a) ja c x \u003d c a * D x / D x + a - D x. .

Aatomabsorptsioonspektroskoopia põhineb kiirguse selektiivsel neeldumisel aatomite poolt. Aine aatomiolekusse viimiseks süstitakse proovilahus leeki või kuumutatakse spetsiaalses küvetis. Selle tulemusena lahusti lendub või põleb ära ja tahke aine pihustub. Enamik aatomeid jääb ergastamata olekusse ja ainult väike osa on ergastatud järgneva kiirguse emissiooniga. Neeldunud kiirguse lainepikkustele ehk spektrile vastav joonte kogum on kvalitatiivne karakteristik ja nende joonte intensiivsus on vastavalt saare kvantitatiivne tunnus.

Aatomiemissioonspektroskoopia põhineb ergastatud aatomite poolt kiiratava valguse intensiivsuse mõõtmisel. Ergastusallikateks võivad olla leek, sädelahendus, elektrikaar jne. Emissioonispektrite saamiseks viiakse ergutusallikasse pulbri või lahuse kujul olev proov, kus aine läheb gaasilisse olekusse või laguneb osaliselt. aatomiteks ja lihtsateks (koostise järgi) molekulideks. Aine kvalitatiivne tunnus on selle spekter (s.o joonte kogum emissioonispektris) ja kvantitatiivne tunnus on nende joonte intensiivsus.

Luminestsents põhineb ergastatud molekulide (aatomite, ioonide) kiirguse emissioonil nende üleminekul põhiolekusse. Sel juhul võivad ergastuse allikad olla ultraviolett- ja nähtav kiirgus, katoodkiired, keemilise reaktsiooni energia jne. Kiirguse energia (luminestsents) on alati väiksem kui neeldunud energia, kuna osa neeldunud energiast muundatakse soojust isegi enne emissiooni algust. Seetõttu on luminestsentskiirgusel alati lühem lainepikkus kui ergastamise ajal neeldunud valguse lainepikkus. Luminestsentsi saab kasutada nii ainete tuvastamiseks (lainepikkuse järgi) kui ka kvantifitseerimiseks (kiirguse intensiivsuse järgi). Elektrokeemilised analüüsimeetodid põhinevad aine vastasmõjul elektrivooluga. Sel juhul toimuvad protsessid paiknevad kas elektroodidel või elektroodilähedases ruumis. Enamik meetodeid on nendest esimestest tüüpidest. Potentsiomeetria. Elektroodprotsess on heterogeenne reaktsioon, mille käigus laetud osake (ioon, elektron) kantakse läbi faasipiiri. Sellise ülekande tulemusena tekib elektroodi pinnal potentsiaalide erinevus, mis on tingitud kahekordse elektrikihi moodustumisest. Nagu iga protsess, jõuab elektroodi reaktsioon lõpuks tasakaalu ja elektroodil tekib tasakaalupotentsiaal.

Tasakaaluliste elektroodide potentsiaalide väärtuste mõõtmine on potentsiomeetrilise analüüsimeetodi ülesanne. Mõõtmised viiakse läbi elektrokeemilises rakus, mis koosneb 2 poolelemendist. Üks neist sisaldab indikaatorelektroodi (mille potentsiaal sõltub vastavalt Nernsti võrrandile määratavate ioonide kontsentratsioonist lahuses) ja teine ​​võrdluselektroodi (mille potentsiaal on konstantne ja ei sõltu lahuse koostise kohta). Meetodit saab rakendada otsese potentsiomeetria või potentsiomeetrilise tiitrimisena. Esimesel juhul mõõdetakse indikaatorelektroodi potentsiaali analüüsitavas lahuses võrdluselektroodi suhtes ning Nernsti võrrandi abil arvutatakse määratava iooni kontsentratsioon. Potentsiomeetrilise tiitrimise variandis tiitritakse määratav ioon sobiva reagendiga, jälgides samal ajal indikaatorelektroodi potentsiaali muutust. Saadud andmete põhjal koostatakse tiitrimiskõver (indikaatorelektroodi potentsiaali sõltuvus lisatud tiitrimise mahust). Ekvivalentsuspunkti lähedasel kõveral on indikaatorelektroodi potentsiaali väärtuse järsk muutus (potentsiaalihüpe), mis võimaldab arvutada määratava iooni sisaldust lahuses. Elektroodide protsessid on väga mitmekesised. Üldiselt võib need liigitada kahte suurde rühma: protsessid, mis toimuvad elektronide ülekandega (st tegelikud elektrokeemilised protsessid) ja ioonide ülekandega seotud protsessid (sel juhul on elektrood omane ioonjuhtivus). Viimasel juhul räägime nn ioonselektiivsetest membraanelektroodidest, mis on praegu laialt kasutusel. Sellise elektroodi potentsiaal määratavas ioone sisaldavas lahuses sõltub nende kontsentratsioonist vastavalt Nernsti võrrandile. Sama tüüpi elektroodide hulka kuulub ka pH-meetrias kasutatav klaaselektrood. Võimalus luua suur hulk teatud ioonide suhtes kõrge selektiivsusega membraanelektroode on eraldanud selle potentsiomeetrilise analüüsi valdkonna iseseisvaks haruks - ionomeetriaks.

Polarograafia. Voolu läbimisel elektrokeemilises rakus täheldatakse elektroodide potentsiaalide väärtuste kõrvalekaldeid nende tasakaaluväärtustest. Mitmel põhjusel tekib nn elektroodide polarisatsioon. Selle analüüsimeetodi aluseks on polarisatsiooni nähtus, mis tekib väikese pinnaga elektroodil elektrolüüsi ajal. Selle meetodi puhul rakendatakse katselahusesse kastetud elektroodidele kasvavat potentsiaalide erinevust. Väikese potentsiaalide erinevuse korral lahust läbivat voolu praktiliselt ei toimu (nn rikkevool). Potentsiaalide erinevuse suurenemisega elektrolüüdi lagunemiseks piisava väärtuseni suureneb vool järsult. Seda potentsiaalide erinevust nimetatakse paisumispotentsiaaliks. Mõõtes lahendust läbiva voolu tugevuse sõltuvust rakendatud pinge suurusest, saab konstrueerida nn. voolu-pinge kõver, mis võimaldab piisava täpsusega määrata lahuse kvalitatiivse ja kvantitatiivse koostise. Samal ajal on aine kvalitatiivne omadus selle elektrokeemiliseks lagunemiseks piisava potentsiaalide erinevuse suurus (poollaine potentsiaal E S) ja kvantitatiivne tunnus on voolutugevuse suurenemise suurus, mis on tingitud selle elektrokeemilisest lagunemisest. lahendus (lainepikkus H või piirava difusioonivoolu ja jääkvoolu väärtuste erinevus). Aine kontsentratsiooni kvantifitseerimiseks lahuses kasutatakse järgmisi meetodeid: kalibreerimiskõvera meetod, standardmeetod, aditiivne meetod. Konduktomeetriline analüüsimeetod põhineb lahuse elektrijuhtivuse sõltuvusel elektrolüüdi kontsentratsioonist. Seda kasutatakse reeglina konduktomeetrilise tiitrimise variandis, mille ekvivalentpunkti määrab tiitrimiskõvera kääne (elektrijuhtivuse sõltuvus lisatud tiitrimise kogusest). Amperomeetriline tiitrimine on omamoodi potentsiomeetriline tiitrimine, ainult indikaatorelektrood on polarograafiline seade, st. rakendatud pealispingega mikroelektrood.

FÜÜSIKALISED ANALÜÜSIMEETODID, põhineb interaktsioonist põhjustatud mõju mõõtmisel. kiirguse sissepääsuga – kvantide või osakeste voog. Kiirgus mängib keemilistes analüüsimeetodites ligikaudu sama rolli, mida reaktiiv. mõõdetud füüsiline. efekt on signaal. Selle tulemusena mitmed või palju signaali tugevuse mõõtmised ja nende statistiline ühendamine. töötlemisel saada analüüti. signaal. See on seotud määratavate komponentide kontsentratsiooni või massiga.

Kasutatava kiirguse iseloomu alusel võib füüsikalised analüüsimeetodid jagada kolme rühma: 1) meetodid, mis kasutavad proovis neeldunud primaarset kiirgust; 2) proovist hajutatud primaarse kiirguse kasutamine; 3) proovist kiirgava sekundaarse kiirguse kasutamine. Näiteks massispektromeetria kuulub kolmandasse rühma – primaarne kiirgus on siin elektronide, valguskvantide, primaarsete ioonide või muude osakeste voog ning sekundaarne kiirgus on lagunenud ioonid. massid ja laengud.

Praktilisest vaatenurgast rakendustes kasutatakse sagedamini teistsugust füüsikaliste analüüsimeetodite klassifikatsiooni: 1) spektroskoopiline. analüüsimeetodid - aatomemissioon, aatomabsorptsioon, jne (vt nt Aatomabsorptsioonianalüüs, Aatomfluorestsentsanalüüs, Infrapunaspektroskoopia, Ultraviolettspektroskoopia), röntgenspektroskoopia, sh röntgenfluorestsents-meetod ja röntgenikiirgus. kiirspektraalne mikroanalüüs, massispektromeetria, elektronide paramagnetresonants ja tuumamagnetresonants, elektronspektromeetria; 2) tuuma-no-phys. ja radiokeemiline. meetodid - radioaktiivne analüüs (vt. Aktivatsioonianalüüs), tuuma gamma-resonants, või Mössbaueri spektroskoopia, isotoopide lahjendusmeetod ", 3) muud meetodid, näiteks Röntgendifraktomeetria (vt. Difraktsioonimeetodid) jne.

Füüsika eelised meetodid: proovide ettevalmistamise lihtsus (enamikul juhtudel) ja proovide kvalitatiivne analüüs, suurem mitmekülgsus võrreldes keemilisega. ja fiz.-chem. meetodid (sealhulgas mitmekomponentsete segude analüüsimise võimalus), lai dünaamika. vahemik (st võime määrata põhi-, lisandi- ja mikrokomponente), sageli madalad avastamispiirid nii kontsentratsioonis (kuni 10 -8% ilma kontsentratsiooni kasutamata) kui ka massis (10 -10 -10 -20 g) , mis võimaldab kulutada väga väikeseid koguseid proove ja mõnikord teostada mittepurustavat analüüsi. Paljud füüsikalised analüüsimeetodid võimaldavad teostada ruumidest nii bruto- kui ka lokaalset ja kihtide kaupa analüüsi. eraldusvõime kuni monatoomilise tasemeni. Füüsikalised analüüsimeetodid on automatiseerimiseks mugavad.

Füüsika saavutuste kasutamine analüütikas. keemia viib uute analüüsimeetodite loomiseni. Jah, in con. 80ndad ilmus induktiivselt sidestatud plasma massispektromeetria, tuumamikrosond (registreerimisel põhinev meetod röntgenikiirgus ergastatud, pommitades uuritavat proovi kiirendatud ioonide, tavaliselt prootonite, kiirtega). Füüsikaliste meetodite rakendusalad loodusobjektide ja tehnoloogiate analüüsimisel laienevad. materjalid. Uus tõuge nende arengule annab ülemineku teoreetiliselt arengult. üksikute meetodite alused üldine teooria füüsikalised analüüsimeetodid. Selliste uuringute eesmärk on tuvastada füüsiline. tegurid, mis annavad analüüsiprotsessis kõik seosed. Analüüdi täpse seose leidmine. määratud komponendi sisuga signaal avab tee "absoluutsete" analüüsimeetodite loomisele, mis ei nõua võrdlusproove. Üldteooria loomine hõlbustab füüsikaliste analüüsimeetodite omavahelist võrdlemist, meetodi õiget valikut konkreetsete analüütide lahendamiseks. ülesanded, analüüsitingimuste optimeerimine.

Lit .: Danzer K., Tan E., Molkh D., Analytics. Süstemaatiline ülevaade, tlk. saksa keelest, M., 1981; Ewing G., Keemilise analüüsi instrumentaalsed meetodid, tlk. inglise keelest, M., 1989; Ramendik G.I., Shishov V.V., "Journal of Analytical Chemistry", 1990, kd 45, nr 2, lk. 237-48; Zolotov Yu.A., Analüütiline keemia: probleemid ja saavutused, M., 1992. G.I. Ramendik.