Az anyagok tanulmányozása meglehetősen összetett és érdekes téma. Valójában tiszta formájukban szinte soha nem találhatók meg a természetben. Leggyakrabban ezek összetett összetételű keverékek, amelyekben az összetevők szétválasztása bizonyos erőfeszítéseket, készségeket és felszerelést igényel.

A szétválasztás után ugyanilyen fontos az anyag egy adott osztályhoz való tartozásának helyes meghatározása, azaz azonosítása. Határozza meg a forráspontot és az olvadáspontot, számítsa ki a molekulatömeget, ellenőrizze a radioaktivitást, és így tovább, általában vizsgálja meg. Erre használják őket különböző utak, beleértve fizikai és kémiai módszerek elemzés. Ezek meglehetősen változatosak, és általában speciális felszerelést igényelnek. Róluk, és még lesz szó róla.

Fizikai és kémiai elemzési módszerek: általános fogalom

Mik ezek a módszerek a vegyületek azonosítására? Ezek olyan módszerek, amelyek minden közvetlen függőségén alapulnak fizikai tulajdonságok szerkezeti kémiai összetételéből származó anyagokat. Mivel ezek a mutatók minden vegyületre szigorúan egyediek, a fizikai-kémiai kutatási módszerek rendkívül hatékonyak, és 100% -os eredményt adnak az összetétel és egyéb mutatók meghatározásában.

Tehát egy anyag ilyen tulajdonságait lehet alapul venni, például:

• a fényelnyelés képessége;
• hővezető;
• elektromos vezetőképesség;
• forráspont;
• olvadás és egyéb paraméterek.

A fizikai-kémiai kutatási módszerek jelentős eltérést mutatnak az anyagok azonosításának tisztán kémiai módszereitől. Munkájuk eredményeként nincs reakció, vagyis egy anyag átalakulása, reverzibilis és irreverzibilis egyaránt. Általában a vegyületek mind tömegüket, mind összetételüket tekintve érintetlenek maradnak.

Ezen kutatási módszerek jellemzői

Az ilyen anyagok meghatározására szolgáló módszerekre számos fő jellemző jellemző.

1. A vizsgálati mintát az eljárás előtt nem kell megtisztítani a szennyeződésektől, mivel a berendezés ezt nem igényli.
2. Fizikai és kémiai elemzési módszerek rendelkeznek magas fokérzékenység és fokozott szelektivitás. Ezért az elemzéshez nagyon kis mennyiségű vizsgálati minta szükséges, ami nagyon kényelmessé és hatékonysá teszi ezeket a módszereket. Még ha a teljes nedves tömegben elhanyagolható mennyiségben jelen lévő elemet is meg kell határozni, ez nem akadály a jelzett módszereknél.
3. Az elemzés csak néhány percet vesz igénybe, így egy másik jellemző a rövid időtartam vagy a gyorsaság.
4. A vizsgált kutatási módszerek nem igénylik költséges mutatók alkalmazását.

Nyilvánvaló, hogy az előnyök és jellemzők elegendőek ahhoz, hogy a fiziko-kémiai kutatási módszerek univerzálissá váljanak, és szinte minden tanulmányban keresettek legyenek, tevékenységi területtől függetlenül.

Osztályozás

Számos jellemző van, amelyek alapján a vizsgált módszereket osztályozzák. Mindazonáltal a legáltalánosabb rendszert adjuk meg, amely egyesíti és átöleli a fizikai és kémiai kutatásokhoz közvetlenül kapcsolódó főbb kutatási módszereket.

1. Elektrokémiai kutatási módszerek. A mért paraméter alapján a következőkre oszthatók:

• potenciometria;
• voltammetria;
• polarográfia;
• oszcillometria;
• konduktometria;
• elektrogravimetria;
• coulometria;
• amperometria;
• dielkometria;
• nagyfrekvenciás konduktometria.

2. Spektrális. Tartalmazza:

• optikai;
• röntgen fotoelektron spektroszkópia;
• elektromágneses és magmágneses rezonancia.

3. Termikus. Felosztva:

• termikus;
• termogravimetria;
• kalorimetria;
• entalpimetria;
• delatometria.

4. Kromatográfiás módszerek, amelyek a következők:

• gáz;
• üledékes;
• gélen áthatoló;
• csere;
• folyékony.

A fizikai-kémiai elemzési módszereket két nagy csoportra is fel lehet osztani. Az elsők azok, amelyek pusztulást, azaz egy anyag vagy elem teljes vagy részleges megsemmisülését eredményezik. A második roncsolásmentes, megőrzi a vizsgálati minta integritását.

Az ilyen módszerek gyakorlati alkalmazása

A vizsgált munkamódszerek felhasználási területei meglehetősen szerteágazóak, de mindegyik természetesen így vagy úgy a tudományhoz vagy a technikához kapcsolódik. Általában több alapvető példát is fel lehet hozni, amelyekből kiderül, miért van szükség ilyen módszerekre.

1. Az összetett technológiai folyamatok lefolyásának ellenőrzése a termelésben. Ezekben az esetekben a berendezés szükséges a munkalánc összes szerkezeti láncszemének érintésmentes vezérléséhez és nyomon követéséhez. Ugyanazok az eszközök javítják a meghibásodásokat és meghibásodásokat, és pontos mennyiségi és minőségi jelentést adnak a korrekciós és megelőző intézkedésekről.
2. Kémiai munkavégzés praktikus munka a reakciótermék hozamának minőségi és mennyiségi meghatározása céljából.
3. Egy anyag mintájának vizsgálata annak pontos elemi összetételének megállapítása érdekében.
4. A szennyeződések mennyiségének és minőségének meghatározása a minta teljes tömegében.
5. A reakció közbenső, fő és mellék résztvevőinek pontos elemzése.
6. Részletes leírás az anyag szerkezetéről és tulajdonságairól.
7. Új elemek felfedezése, tulajdonságaikat jellemző adatok beszerzése.
8. Az empirikusan nyert elméleti adatok gyakorlati megerősítése.
9. Nagy tisztaságú anyagokkal végzett analitikai munka különféle iparágak technológia.
10. Az oldatok titrálása indikátorok használata nélkül, ami pontosabb eredményt ad és teljesen egyszerű vezérlésű, köszönhetően a készülék működésének. Vagyis a befolyás emberi tényező nullára csökken.
11. A fő fizikai-kémiai elemzési módszerek lehetővé teszik a következők összetételének tanulmányozását:

• ásványok;
• ásványi;
• szilikátok;
• meteoritok és idegen testek;
• fémek és nem fémek;
• ötvözetek;
• szerves és szervetlen anyagok;
• egykristályok;
• ritka és nyomelemek.

A módszerek felhasználási területei

• atomenergia;
• fizika;
• kémia;
• rádióelektronika;
• lézeres technológia;
• űrkutatás és mások.

A fizikai-kémiai elemzési módszerek osztályozása csak megerősíti, hogy mennyire átfogóak, pontosak és sokoldalúak a kutatásban való felhasználásuk során.

Elektrokémiai módszerek

Ezeknek a módszereknek az alapja a reakciók vizes oldatokés az elektródákon elektromos áram hatására, vagyis más szóval elektrolízissel. Ennek megfelelően az energia típusa, amelyet ezekben az elemzési módszerekben használnak, az elektronok áramlása.

Ezek a módszerek a fizikai-kémiai elemzési módszerek saját osztályozásával rendelkeznek. Ebbe a csoportba a következő fajok tartoznak.

1. Elektromos súlyelemzés. Az elektrolízis eredményei szerint az elektródákról anyagok tömegét távolítják el, majd lemérik és elemzik. Tehát szerezzen adatokat a vegyületek tömegéről. Az ilyen munkák egyik változata a belső elektrolízis módszere.
2. Polarográfia. Ennek alapja az áramerősség mérése. Ez a mutató egyenesen arányos az oldatban lévő kívánt ionok koncentrációjával. Az oldatok amperometriás titrálása a vizsgált polarográfiás módszer egyik változata.
3. A coulometria Faraday törvényén alapul. Megmérik a folyamatra fordított villamos energia mennyiségét, amelyből azután az oldatban lévő ionok kiszámításához kezdenek.
4. Potenciometria - a folyamatban résztvevők elektródpotenciáljának mérésén alapul.

Az összes figyelembe vett folyamat az anyagok mennyiségi elemzésének fizikai-kémiai módszere. Elektrokémiai kutatási módszerekkel a keverékeket alkotóelemekre bontják, meghatározzák a réz, ólom, nikkel és egyéb fémek mennyiségét.

Spektrális

Az elektromágneses sugárzás folyamatain alapul. Az alkalmazott módszerek osztályozása is létezik.

1. Lángfotometria. Ehhez a vizsgált anyagot nyílt lángba permetezzük. Sok fémkation ad színt bizonyos színt, így lehetséges ilyen módon azonosítani őket. Ezek főleg olyan anyagok, mint: lúgos és alkáliföldfémek, réz, gallium, tallium, indium, mangán, ólom és még foszfor is.
2. Abszorpciós spektroszkópia. Két típust tartalmaz: spektrofotometriát és kolorimetriát. Az alap az anyag által elnyelt spektrum meghatározása. A sugárzás látható és forró (infravörös) részében egyaránt működik.
3. Turbidimetria.
4. Nefelometria.
5. Lumineszcens elemzés.
6. Refraktometria és polarometria.

Nyilvánvaló, hogy ebben a csoportban az összes vizsgált módszer egy anyag kvalitatív elemzésének módszere.

Emisszió elemzés

Ez elektromágneses hullámok kibocsátását vagy elnyelését okozza. E mutató alapján meg lehet ítélni az anyag minőségi összetételét, vagyis azt, hogy a kutatási minta összetételében milyen konkrét elemek szerepelnek.

Kromatográfia

A fizikai-kémiai vizsgálatokat gyakran különböző környezetben végzik. Ebben az esetben nagyon kényelmes és hatékony módszerek kromatográfiás lesz. A következő típusokra oszthatók.

1. Adszorpciós folyadék. A komponensek eltérő adszorpciós képességének középpontjában.
2. Gáz kromatográfia. Adszorpciós kapacitás alapján is, csak gőzállapotú gázokra és anyagokra. Használt tömegtermelés hasonló aggregációs állapotú vegyületek, amikor a termék olyan keverékben jön ki, amelyet el kell választani.
3. Megoszlási kromatográfia.
4. Redox.
5. Ioncsere.
6. Papír.
7. Vékonyréteg.
8. Üledékes.
9. Adszorpciós-komplexképző.

Termikus

A fizikai és kémiai vizsgálatok során az anyagok képződés- vagy bomláshőjén alapuló módszereket is alkalmaznak. Az ilyen módszereknek saját osztályozásuk is van.

1. Termikus elemzés.
2. Termogravimetria.
3. Kalorimetria.
4. Entalpometria.
5. Dilatometria.

Mindezek a módszerek lehetővé teszik az anyagok hőmennyiségének, mechanikai tulajdonságainak, entalpiájának meghatározását. Ezen mutatók alapján számszerűsítik a vegyületek összetételét.

Az analitikai kémia módszerei

A kémia ezen szakaszának megvannak a maga sajátosságai, mivel az elemzők fő feladata egy anyag összetételének minőségi meghatározása, azonosítása és mennyiségi elszámolása. Ebben a tekintetben az analitikai elemzési módszerek a következőkre oszlanak:

• kémiai;
• biológiai;
• fizikai és kémiai.

Mivel minket ez utóbbi érdekel, megvizsgáljuk, hogy melyiket használják az anyagok meghatározására.

A fizikai-kémiai módszerek főbb változatai az analitikai kémiában

1. Spektroszkópikus - ugyanaz, mint a fentebb tárgyaltak.
2. Tömegspektrum - elektromos és mágneses tér szabad gyökökre, részecskékre vagy ionokra gyakorolt ​​hatására. A fizikai-kémiai elemző laborasszisztens biztosítja a jelzett erőterek együttes hatását, és a részecskék a töltés és a tömeg arányának megfelelően külön ionáramokká válnak szét.
3. radioaktív módszerek.
4. Elektrokémiai.
5. Biokémiai.
6. Termikus.

Mit tesznek lehetővé az ilyen feldolgozási módszerek az anyagok és molekulák megismerését? Először is, az izotóp összetétele. És még: reakciótermékek, bizonyos részecskék tartalma különösen tiszta anyagokban, a kívánt vegyületek tömege és egyéb, a tudósok számára hasznos dolgok.

Az analitikai kémia módszerei tehát fontos módszerei az ionokról, részecskékről, vegyületekről, anyagokról és azok elemzéséről való információszerzésnek.

FIZIKAI-KÉMIAI ELEMZÉS, a kompozíció és a St. you makroszkopikus kapcsolatát vizsgálja. többből álló rendszerek kezdeti be-be(alkatrészek). A fizikai és kémiai elemzést ezen függőségek grafikus ábrázolása jellemzi, összetétel-tulajdonság diagram formájában; alkalmazza a numerikus adatok és az analit táblázatait is. rekordokat. Mivel egy rendszer tulajdonságai nem csak az összetételétől függenek, hanem más tényezőktől is, amelyek meghatározzák a rendszer állapotát - nyomás, t-ry, diszperzió foka, gravitációs erősségek. és elektromágnes. mezőket, valamint a megfigyelési időt, majd általános formában az egyensúlyi tényező diagramjairól - St., vagy a fizikai-kémiairól beszélnek. (kémiai) diagramok. Ezeken az ábrákon az összes chem. rendszerekben előforduló folyamatok, amikor a c.-l. egyensúlyi tényező, mint például a vegyi anyagok képződése és bomlása. Comm., szilárd és (vagy) folyékony oldatok megjelenése és eltűnése stb., geom. vonalak, felületek és pontok komplexumának változásai, amely diagramot alkot. Ezért a diagramok geometriájának elemzése lehetővé teszi a rendszer megfelelő folyamataira vonatkozó következtetések levonását.

Két alapvető a fizikai-kémiai elemzés alapelveit N.S. Kurnakov. A megfeleltetési elv szerint minden fázishalmaz, amely egy adott rendszerben a fázisszabály szerint egyensúlyban van, egy adott geomnak felel meg a diagramon. kép. Ezen elv alapján az N.S. Kurnakov meghatározta a fizikai- kémiai elemzés mint Geom. kémiai kutatási módszer. átalakulások.

A második fő a fizikai-kémiai elemzés elve, az ún. folytonosság elvét, a következőket fogalmazzuk meg. mód: a rendszer állapotát meghatározó paraméterek folyamatos változásával az egyes fázisainak tulajdonságai folyamatosan változnak. A St.-va rendszerek egésze is folyamatosan változik, de azzal a feltétellel, hogy új fázisok nem jönnek létre, és a régiek nem tűnnek el; ha a fázisok száma változik, akkor a rendszer tulajdonságai is megváltoznak, és általában hirtelen.

A fizikai-kémiai elemzés harmadik elvét Ya.G. Goroscsenko. Azt állítja, hogy az összetevők bármely halmaza, függetlenül azok számától és fizikai állapotától. sv-in, rendszert alkothat (a kompatibilitás elve). Ebből következik, hogy bármely rendszer diagramja tartalmazza az adott rendszerek (alrendszerek) összes elemét, amelyekből áll. BAN BEN közös rendszer magánrendszerek fordítási elemeit kombinálják a geom. képek a chem. diagram, amely a teljes rendszer összes összetevőjének részvételével zajló folyamatok megjelenítéseként jön létre.

Az egyik fő A fizikai-kémiai elemzés elméletének irányai a kémiai topológiának a tanulmányozása. diagramok. A fizikai-kémiai elemzés, mint kutatási módszer előnye, hogy nem igényli a vegyi termék izolálását. a reakcióelegyből származó komponensek kölcsönhatása, aminek eredményeként a módszer lehetővé teszi a vegyi anyag feltárását. átalakulások oldatokban, ötvözetek (főleg fémes), üvegek stb. tárgyaiban, amelyeket gyakorlatilag lehetetlen a klasszikus segítségével tanulmányozni. preparatív-szintetikus. mód. A fizikai és kémiai analízist széles körben alkalmazták az oldatok komplexképződésének vizsgálatában a vegyszer összetételének és stabilitásának meghatározására. kapcsolatokat. Ütemezési összetétel - az sv-in általában egy szélsőponttal rendelkezik, általában maximum. Egyszerű esetekben a maximum a rendszer komponenseinek mólarányának felel meg, ami a komplex vegyület sztöchiometriáját jelenti. Általános esetben a St.-in görbéin (vagy felületein) lévő szélsőpontok, valamint az inflexiós pontok nem felelnek meg a rendszerben képződött kémiai vegyületek összetételének. Comm., de a határértékben, amikor a kémiai disszociáció mértéke. konn. egyenlő nullával, az St-va összetételtől való függésének folytonos görbéje két szinguláris pontban metsző ágra bomlik fel, amelyek abszcissza a vegyszer összetételének felel meg. kapcsolatokat.

A diagramok összetétele - sv-in képezik az analit alapját. módszerek (kolorimetria, potenciometria stb.). - l. Szent Sziget az analitikában. célból kívánatos, hogy ennek a tulajdonságnak az értékei additív módon függjenek az összetételtől. Ezért nagy jelentőséget tulajdonítanak a tulajdonságok ésszerű megválasztásának (különösen a közvetlen vagy fordított, például az elektromos vezetőképesség vagy az elektromos ellenállás), valamint a rendszerelemek koncentrációjának (tömeg) kifejezésére szolgáló módszer megválasztásának.moláris, térfogat, ekvivalens frakciók vagy százalékok). Modernben A fizikai-kémiai elemzésben a rendszerben használt St. száma sok tíz. Elvileg bármilyen sv-in, to-swarm m-t használhatsz. b. mért vagy számított. Például az elméleti megoldáskor kérdések, különösen a dekomp. diagramtípusok, k.-l. termodinamikai potenciális, to-ry nem m. b. közvetlenül mérni. A St. Islands kiválasztásakor figyelembe kell venni mind az értékek meghatározásának lehetséges pontosságát, mind a kémiai rendszerben zajló eseményekre való érzékenységét. átalakulások. Például a v-va sűrűsége m. b. nagy pontossággal meghatározva, de érzéketlen a vegyi anyagok képződésére. Comm., míg a keménység vegyszerérzékeny. kölcsönhatás a rendszerben, de a meghatározásának pontossága alacsony. A fizikai és kémiai elemzést a párhuzamos vizsgálat és a több meghatározásának eredményeinek összehasonlítása jellemzi. St. például. elektromos vezetőképesség, keménység.

Között a chem. diagramok, különleges helyet foglalnak el az olvadási (olvadási) diagramok, p-diagramok, gőznyomás diagramok, a to-rozs az állapotdiagram változatai. Az ilyen diagramokon bármely pont, függetlenül attól, hogy a c.-l. vonalak vagy vonalak a diagramon vagy sem, leírja a rendszer állapotát. Az állapotdiagram bármely tulajdonság diagramjának az alapja, mivel a rendszerben az egyes tulajdonságok értéke általában függ az összetételtől, és a t-ry-től, valamint a nyomástól, pl. az összes egyensúlyi tényezőből, amelyek aránya adja az állapotdiagramot. Egyre gyakrabban vizsgálják és használják a gyakorlatban diagramokat, amelyek egyidejűleg mutatják be a rendszer állapotának függőségét a két legfontosabb egyensúlyi tényezőtől - a nyomástól és a t-ry-től. Ezeket a diagramokat p-T-x diagramoknak nevezzük (x a komponens moláris hányada). A p-T-x-diagram felépítéséhez bináris rendszer esetén is szükség van szóközök használatára, koordinátarendszerre, így a kompozíciós diagram tulajdonsága kettős és több összetett rendszereképített és vizsgált, általában állandó nyomáson, t-re stb. tényezőket. A kémia felépítésének bonyolultsága. diagramok megfelelő módszerek kidolgozását igényelték grafika. Képek.

F a fizikai-kémiai elemzés sokak megoldásához hozzájárult. elméleti a kémia problémái, különösen a kémiai anyagok szerkezetére vonatkozó elmélet megalkotása. konn. változó összetételű (lásd Nonsztöchiometria). Fizikai-kémiai elemzés az alapja új és ismert anyagok - ötvözetek, félvezetők, üvegek, kerámiák stb. - létrehozásának és módosításának. például doppinggal. A fizikai-kémiai elemzésről és a fiz.-chem. sok technológia diagramokon alapul. különösen a kristályosítással, rektifikálással, extrakcióval stb., azaz fázisszétválasztással kapcsolatos folyamatok. Az ilyen diagramok különösen a vegyület izolálásának, az egykristályok termesztésének körülményeit mutatják. T. hívott a maradék koncentrációk módszere lehetővé teszi a vegyi anyagok lerakódási körzetének feltárását. konn. interakció eredményeként r-ra. E módszer szerint a szilárd fázisok - a kerület termékei - összetételét a kezdeti elegyek sorozatában lévő reagáló komponensek és a kölcsönhatás végén a megfelelő egyensúlyi p-pas közötti különbség határozza meg. Ezzel egyidejűleg diagramot készítünk az oldatban lévő reagáló komponensek egyensúlyi koncentrációinak a kezdeti keverékekben fennálló arányától való függéséről. Ezzel párhuzamosan általában megváltoztatják a pH-t, az oldatok elektromos vezetőképességét, a szuszpenzió általi fényelnyelést stb. St. Islands.

A klasszikusban A rendszer fizikai-kémiai elemzését csak egyensúlyi állapotban vizsgáltuk. Az egyensúly megközelítése gyakran hosszú időt vesz igénybe, vagy általában nehéz elérni, ezért gyakorlati okokból. a módszer segítségével nem egyensúlyi állapotú rendszereket kell vizsgálni, különösen az egyensúlyhoz közeledő folyamatban. Szigorúan véve a rendszereket nem egyensúlyi állapotúnak tekintjük, amelyben a metastaoilok vesznek részt. módosítások in-in, korlátlanul képes létezni hosszú idő. Tech. nem egyensúlyi állapotban lévő anyagok felhasználása, pl. üveges fém. ötvözetek, kompozit anyagok, üveges félvezetők, szükségessé tette nyilvánvalóan nem egyensúlyi rendszerek összetétel-összetétel diagramjait.

A fizikai-kémiai elemzés eredményesnek bizonyult az új Comm. a nem egyensúlyi rendszerekben fellépő irreverzibilis p-ciók eredményeként. Az egyensúlyi állapotba való átmenet folyamatában lévő rendszerek vizsgálata lehetővé teszi nemcsak a p-ció végtermékeinek, hanem a köztes termékeknek a létezését is. in-in, valamint az ebből eredő instabil in-in. Kinetikus tényezőt, vagyis az átalakulás sebességét (az egyensúlyhoz való közeledés sebességét) ma már más kritériumokkal és más szentekkel egyenrangúnak tekintjük. A Szent-szigeteken a rendszert jelentősen befolyásolja diszperziója - a komponensek mol-diszperz eloszlása ​​(szubmikroszkópos állapot), a kolloid kioldódás állapota stb., egészen egykristályig. Államok. A diagramok összetétele - szerkezete - szóródási foka - sv-in meghatározzák a modern jellemzőit. fizikai-kémiai elemzési tanulmányok.

A számítógépek fejlődése oda vezetett, hogy az analit szerepe a fizikai-kémiai elemzésben jelentősen megnőtt. kifejezési formái a függőségek St. a rendszerben annak összetételére. Ez megkönnyíti az információk tárolását (a modern számítógépes rendszerek lehetővé teszik a referenciaanyag összegyűjtését és tárolását kémiai diagramokon és grafikus formában), és különösen a mat. eredmények feldolgozása, amelyet korábban főként használtak. csak az oldatokban való komplexképződés vizsgálatánál. Bizonyos mértékig a modern használata kiszámítja, a technika lehetővé teszi a fiziko-kémiai elemzés korlátainak leküzdését, ami abban rejlik, hogy megállapítja, melyik kém. átalakulások mennek végbe a rendszerben, de nem válaszol az ezen átalakulások okával és mechanizmusával kapcsolatos kérdésekre. A számítási módszerek lehetővé teszik további kinyerést. információ a chem. diagramok, pl. határozza meg a kémiai disszociáció mértékét. konn. az olvadékban a bináris rendszerek esetében a likviduszvonal görbületének vagy a rendszer szabadenergia-változásának elemzése alapján a sók cseréje során, a hármas reciprok rendszerek likvidusz izotermáinak alakja alapján. Vonzó diff. szilárd anyagok elméletei, folyadékmodellek és gázelegyek halmazállapotai, valamint a kísérletek általánosítása. adatok, lehetővé teszi a fizikai. diagramok (vagy elemeik) számítással.

Történelmi esszé. Fő a fizikai-kémiai elemzés ötletét M.V. Lomonoszov (1752), az első kísérlet a kémiai rendszer oktatásának megalapozására. Comm., annak összetételétől való függése alapján, az elejéhez tartoznak. 19. század Mind R . 19. század művei P.P. Anosov (1831), G.K. Sorby (1864), D.K. Csernov (1869) lefektette a kohászat alapjait; DI. Mengyelejev volt az első, aki geomot végzett. diagramok elemzése összetétele - St. a kénsav hidrátjainak vizsgálatának példájában. V.F. Alekszejev a folyadékok kölcsönös oldhatóságáról, D.P. Konovalova - egy megoldáspár rugalmasságáról (lásd Konovalov törvényeit), I.F. Schroeder - az oldhatóság hőmérsékletfüggéséről (lásd Pasmicitás). század fordulóján. A technológiai igényekhez kapcsolódóan megindult a fizikai-kémiai elemzés gyors fejlődése (A. Le Chatelier, J. van't Hoff, F. Osmond, W. Roberts-Austen, J. Van Laar és mások). Az alapvető elméleti és kísérletezzen. modern alkotások A fizikai és kémiai elemzés az N.S. Kurnakov. Egy irányba egyesítették az ötvözetek és homogén oldatok tanulmányozását, és javasolták a „fiziko-kémiai elemzés” kifejezést (1913). A komplexképzés vizsgálata megoldásokban I.I. Ostromyslensky (1911), P. Job (1928) és a vegyi anyagok összetételének meghatározására szolgáló módszerek kidolgozása. konn. és állandók r shchenko Ya.G.-ről: Homogén és heterogén rendszerek fizikai-kémiai elemzése, K., 1978; Chernogorenko V.B., Pryadko L.F., "Journal of inorg. chemistry", 1982, 27. kötet, 6. szám, 1. o. 1527-30; Glazov V.M., "Izv. AN SSSR. Ser. inorganic materials", 1984, 20. v., 6. sz., p. 925-36; Fedorov P.I., Fedorov P.P., Dr about D.V., Physical and Chemical analysis of anhydrous salt systems, M., 1987. P.I. Fedorov.

Több

14. téma. Fizikai elemzési módszerek

Ezek a módszerek a sugárzás és az anyag közötti kölcsönhatás – a kvantumok vagy részecskék fluxusa – hatásának mérésén alapulnak. A sugárzás nagyjából ugyanazt a szerepet játszik, mint a reagens a kémiai elemzési módszerekben. A mért fizikai hatás egy jel. A jelnagyság többszöri vagy többszöri mérése és azok statikus feldolgozása eredményeként analitikus jelet kapunk. Ez a meghatározandó komponensek koncentrációjával vagy tömegével kapcsolatos.

Fizikai módszerek Az elemzésnek számos előnye van:

– a minták egyszerű előkészítése (a legtöbb esetben) és a minták minőségi elemzése;

– nagyobb sokoldalúság a kémiai és fizikai-kémiai módszerekkel összehasonlítva (beleértve a többkomponensű keverékek elemzésének lehetőségét);

– a fő szennyező- és nyomelemek meghatározásának lehetősége;

– gyakran alacsony kimutatási határok mind koncentrációban (akár 10-8% koncentráció használata nélkül), és tömeg (10-10 -10-20 g), ami lehetővé teszi rendkívül kis mennyiségű minta elköltését, ill.

néha roncsolásmentes elemzést végeznek.

Ezen túlmenően számos fizikai elemzési módszer lehetővé teszi mind a bruttó, mind a lokális és a rétegenkénti elemzés elvégzését, térbeli felbontással a monatomikus szintig. Ezek a módszerek kényelmesek az automatizáláshoz.

Nézzünk meg részletesebben néhány fizikai elemzési módszert.

14.1. Spektrális elemzés

A spektrális analízis egy fizikai módszer egy anyag kémiai összetételének és szerkezetének a spektrumából történő meghatározására. A spektrum hullámhossz szerint rendezett elektromágneses sugárzás. Ha egy anyagot egy bizonyos energia gerjeszt, akkor változások mennek végbe benne (valencia vagy belső elektronok gerjesztése, molekulák forgása vagy rezgése), amelyek a spektrumában vonalak vagy sávok megjelenésével járnak. A gerjesztés természetétől és az anyag belső kölcsönhatási folyamataitól függően a spektrális elemzés módszereit (elveit) is megkülönböztetik: atomemisszió, abszorpció, lumineszcencia, Raman-szórás, rádió- és röntgenspektroszkópia stb.

Minden spektrális vonalat egy hullámhossz vagy frekvencia jellemez. A spektrális elemzés során egy vonal hullámhosszát általában nanométerben (1 nm = 10-9 m) vagy mikrométerben (1 μm = 10-6 m) adják meg. Azonban egy nem szisztémás egységet is használnak - az angströmet (1 Å \u003d 0,1 nm \u003d 10-10 m). Például a nátrium egyik sárga vonalának hullámhossza így írható fel: Na 5893 Å,

7. SZAKASZ. AZ ANYAGANALÍZIS KORSZERŰ MÓDSZEREK ÁTTEKINTÉSE

14. témakör. Fizikai elemzési módszerek

vagy Na 589,3 nm, vagy Na 0,5893 um. A vonalspektrumok olyan atomokat vagy ionokat bocsátanak ki, amelyek olyan távolságra vannak egymástól, hogy kibocsátásuk függetlennek tekinthető. A fémek gázainak és gőzeinek vonalspektruma van. Csíkos színkép Két vagy több atomból álló ionizált és nem ionizált molekulák kisugárzása során keletkeznek, ha ezek a molekulák olyan távol vannak egymástól, hogy nem lépnek kölcsönhatásba a szomszédos molekulákkal. A folyamatos vagy folytonos spektrumok izzó folyadékot, ill szilárd testek. Bizonyos körülmények között ezeket egyes atomok vagy molekulák is kibocsáthatják.

A csíkos spektrumok szorosan elhelyezkedő vonalakból állnak, amelyek jól megfigyelhetők a nagy szórású műszereken kapott spektrumokban. Analitikai célokra gyakrabban használják a spektrum ultraibolya, látható és közeli infravörös részét. A spektrum ultraibolya tartománya feltételesen fel van osztva vákuumra (10-185 nm), távolira (185-230 nm) és közelire (230-400 nm). Látható rész a spektrumot (400–750 nm), a spektrum többi részétől eltérően, az emberi szem hét alapszín formájában érzékeli: ibolya (390–420 nm), kék (424–455 nm), cián (455–494). nm), zöld (494–565 nm), sárga (565–595 nm), narancssárga (595–640 nm), vörös (640–723 nm) és ezek árnyalatai. A spektrum látható vörös része mögött található a spektrum infravörös tartománya, amely közeli (0,75–25 µm) és távoli (> 25 µm) részre oszlik.

A spektrális elemzés lehetővé teszi egy anyag elemi, izotópos, molekuláris összetételének és szerkezetének megállapítását.

Atomemissziós spektrális elemzés olyan emissziós spektrumok elemzésére szolgáló módszer, amelyek akkor keletkeznek, amikor a mintát elpárologtatják és ívben, szikrában vagy lángban gerjesztik. A gerjesztett atomok és ionok spontán módon, spontán átkerülnek a gerjesztett E-ből k alacsonyabb energiaállapotokra Ei . Ez a folyamat frekvenciájú fénykibocsátáshoz vezet

v k i = (E k – E i )/h

és egy színképvonal megjelenése.

A modern fotoelektromos spektrális eszközök, például a kvantométerek miniszámítógéppel vannak felszerelve, amely lehetővé teszi a szabványos összetételű anyagok tömeges többelemes expressz elemzését olyan pontossággal, amely gyakran nem alacsonyabb a legtöbb kémiai módszer pontosságánál.

Lángfotometria- az atomemissziós spektrális elemzés egyik módszere. Ez a módszer abból áll, hogy a vizsgált mintát oldatba visszük, amit aztán permetező segítségével aeroszollá alakítunk, és az égő lángjába tápláljuk. Az oldószer elpárolog, és az elemek gerjesztve spektrumot bocsátanak ki. Az elemzett spektrumvonalat egy eszközzel - monokromátorral vagy fényszűrővel - izolálják, és fényének intenzitását fotocellával mérik. A láng kedvezően hasonlít a elektromos források könnyít azáltal, hogy a hengerből érkező gázüzemanyag és oxidáló gáz nagyon stabil, egyenletesen égő lángot ad. A láng alacsony hőmérséklete miatt az elemek alacsony

7. SZAKASZ. AZ ANYAGANALÍZIS KORSZERŰ MÓDSZEREK ÁTTEKINTÉSE

14. témakör. Fizikai elemzési módszerek

gerjesztési potenciálok: mindenekelőtt az alkáli elemek, amelyek meghatározására gyakorlatilag nincs kifejezett kémiai módszer, valamint az alkáliföldfém és egyéb elemek. Ezzel a módszerrel összesen több mint 70 elemet határoznak meg. Az indukciós nagyfrekvenciás kisülés és a plazmafáklya ívplazma égőjének alkalmazása lehetővé teszi a nagy ionizációs potenciállal rendelkező elemek, valamint a hőálló oxidokat képező elemek meghatározását, amelyek gerjesztésére a láng. kevés használat.

Atomabszorpciós elemzés (AAA) az egyik legtöbb

az analitikai kémia általános módszerei. A vizsgált minta előzetes előkészítése hasonló ehhez a lángfotometriás művelethez: a minta oldatba helyezése, permetezés, majd aeroszolok adagolása a lángba. Az oldószer elpárolog, a sók lebomlanak, a fémek gőzállapotba kerülnek, amelyben olyan hullámhosszú sugárzást képesek elnyelni, amelyet magasabb hőmérsékleten maguk is ki tudnának bocsátani. A meghatározandó elem ívspektrumát kibocsátó üregkatódos lámpa fénysugara a lángon keresztül a spektrométer rése felé irányul, amely egy analitikai spektrumvonal kiemelésére és intenzitásának abszorpciós fokának mérésére szolgál. a meghatározandó elem gőzei által.

A modern atomabszorpciós spektrométerek miniszámítógépekkel és digitális nyomtatóeszközökkel vannak felszerelve. A többcsatornás műszerek, például a kvantométerek óránként akár 600 meghatározást tesznek lehetővé.

A láng helyett az elektrotermikus porlasztók alkalmazása kémiai koncentrálási módszerekkel kombinálva lehetővé teszi az elemek kimutatási határának több nagyságrenddel történő csökkentését.

Atom fluoreszkáló az elemzés közel áll az atomabszorpciós elemzéshez. A módszer segítségével nem csak az atomabszorpciós elemzéssel végzett feladatok oldhatók meg, hanem lehetővé teszi az egyes atomok meghatározását gáznemű közegben. Például lézersugárral gerjesztett atomfluoreszcenciával a nátriumot távolról meghatározhatjuk a felső légkörben.

100 km-re a Földtől.

14.2. Anyag kölcsönhatásán alapuló módszerek

mágneses mezővel

Rövid információ a mágnesességről. Egy mágneses rendszerben (makroszkópos vagy mikroszkopikus) mindig két különböző előjelű, de abszolút értékű mágneses töltés van, amelyeket bizonyos távolság választ el egymástól. Az ilyen mágneses rendszer egy mágneses dipólus, és ha H erősségű külső mágneses térbe helyezzük, akkor hajlamos párhuzamos lenni erővonalak alkalmazott mező. A szabad dipólust mágneses térben orientáló erő vagy behúzhatja egy erősebb tér tartományába, vagy ki is tolhatja, attól függően, hogy a dipólusmomentumot és a dН/dx térgradienst jellemző vektor irányai egybeesnek-e vagy sem. Ellentétben az elektromossággal, egyedi mágneses töltéseket nem észleltek. Alapvető

7. SZAKASZ. AZ ANYAGANALÍZIS KORSZERŰ MÓDSZEREK ÁTTEKINTÉSE

14. témakör. Fizikai elemzési módszerek

a mágneses tulajdonságok hordozói a mágneses dipólusok, amelyek áramvezető hurokkal modellezhetők. Ebben az esetben a kapott μ mágneses momentum egyenesen arányos az áramerősséggel és a hurok területével.

Tekintsünk egy atomokból és molekulákból álló testet, amelynek mágneses nyomatéka μi. Ha a test méretei elég kicsik és feltételezhetjük, hogy határain belül a dH/dx térgradiens nem változik, akkor a rá ható F összerő egyenlő lesz

F = ∑ i μi dH = M dH , 1 dx dx

azaz kifejezhető a mágneses momentumban vagy az egész test M mágnesezettségében. Valós körülmények között a molekulák termikus mozgása és a kristályszerkezet anizotrópiája miatt a μi vektorok nem feltétlenül a mező mentén orientálódnak H. Ezért az M vektor értéke sokszorosa is lehet számtani összegμi és a T hőmérséklettől függ, iránya pedig nem feltétlenül esik egybe H irányával.

Egy adott anyag jellemzésére bevezetjük a fajlagos mágnesezettség σ = M/m (m a testtömeg) fogalmát, amely teljes mértékben tükrözi a külső térrel való kölcsönhatás sajátosságait. Sok esetben azonban célszerű a fajlagos mágneses szuszceptibilitás χ fogalmát használni, amely arányossági tényező a σ = χН arányban, amely nem függ sem a test méretétől, sem a térerősségtől, hanem csak meghatározható. az anyag alapvető tulajdonságai és bizonyos esetekben a hőmérséklet. A specifikus érzékenységet néha χ g-nek nevezik. Az atomonkénti, mól- és térfogategységenkénti mágneses szuszceptibilitásra a χА, χМ és χV jelöléseket használjuk. Ha egy testet χ0 mágneses szuszceptibilitású közegbe helyezünk, akkor erő hat rá

F = (χ − χ 0 )mH dH dx .

A mintát alkotó mágneses dipólusok saját mágneses mezőket hoznak létre. Ezért a mintán belüli effektív mező a külső H mező és a dipólusok mezőjének összege, és a tér ilyen változása a vákuumhoz képest a következő egyenlettel írható le:

B = H + 4πI ,

ahol B a mintán belüli mágneses tér indukciós vektora; I az anyag egységnyi térfogatának mágnesezettsége.

Izotróp közegben mindhárom vektor kollineáris, így bevezethető egy skalár

μ \u003d H B \u003d 1 + 4 πχ,

7. SZAKASZ. AZ ANYAGANALÍZIS KORSZERŰ MÓDSZEREK ÁTTEKINTÉSE

14. témakör. Fizikai elemzési módszerek

relatív mágneses permeabilitásnak nevezzük. Mint látható, μ és χ dimenzió nélküliek. A legtöbb anyag esetében μ ≈ 1, |χ|<< 1 и приближение В ≈ Н выполняется с высокой точностью.

Ismeretes, hogy bármely rendszer jellemezhető a külső hatásokra adott válaszával. Ha egy kondenzált állapotban lévő anyagot töltések és áramok rendszerének tekintünk, akkor válaszfüggvénnyel is jellemezhető. Ebben az esetben elsősorban egy ilyen rendszer mágneses térre adott válaszára vagyunk kíváncsiak. Itt a kimenet a mágnesezés, a válaszfüggvény pedig a mágneses szuszceptibilitás. Általában a mágneses szuszceptibilitás változását használjuk a rendszerben lezajló legfontosabb folyamatok megítélésére, majd az azonosított folyamatok figyelembevételével elemzik a rendszert. Egy ilyen program megvalósításához tudni kell, hogy milyen folyamatok lehetségesek a rendszerben, hogyan befolyásolják az érzékenységet, és mekkora a valószínűsége a vizsgált rendszer egy adott állapotának. Az ilyen információkat a rendszer eloszlási függvénye tartalmazza, amelyet a teljes energia vagy a Hamilton-függvény határoz meg, amely figyelembe veszi a kvantumrendszerben előforduló összes kölcsönhatást.

Mindenekelőtt azokra a kölcsönhatásokra kell figyelni, amelyek elengedhetetlenek a mágnesesség megnyilvánulásához. Ezenkívül figyelembe kell venni a vizsgált rendszerek viselkedésének sajátosságait olyan mágneses térben, amelynek erőssége állandó vagy időben változik. Ebben az esetben az anyagok mágneses szuszceptibilitását a kifejezés határozza meg

χ = χ" + χ"",

ahol χ" - szuszceptibilitás - reakció egy időben állandó tér hatására; χ"" - dinamikus mágneses szuszceptibilitás - válasz egy váltakozó tér hatására.

Feltételezhető, hogy konstans térben a rendszer termikus egyensúlyban van, majd az eloszlásfüggvény megtalálása a Bloch-egyenletek megoldására redukálódik. A térerősség időtől való függése esetén az eloszlásfüggvény kiszámításához szükséges a megfelelő Boltzmann-egyenletek bevezetése. A vizsgált folyamatok képezik az alapját a kémiában az anyagok szerkezetére és reakcióképességére vonatkozó információk megszerzésére használt módszereknek: a statikus mágneses szuszceptibilitás, az elektronparamágneses rezonancia, a mágneses magrezonancia stb.

A statikus mágneses szuszceptibilitás módszere. A mágneses tér részvételével végzett kísérleti kutatási módszer alkalmazásának célszerűsége jelentősen függ az anyag mágneses térben való viselkedésétől. Mágneses tulajdonságaik szerint minden testet diamágnesekre, paramágnesekre, ferromágnesekre, antiferromágnesekre és ferrimágnesekre osztanak. Egy atom diamágneses szuszceptibilitása arányos az elektronok számával és az elektronpályák sugarainak négyzetösszegével, ellentétes előjellel, összhangban a Lenz-törvénnyel, amely szerint a mágneses fluxus megváltozásakor

7. SZAKASZ. AZ ANYAGANALÍZIS KORSZERŰ MÓDSZEREK ÁTTEKINTÉSE

14. témakör. Fizikai elemzési módszerek

a töltések rendszere, áramok keletkeznek, amelyek irányát az áramlás változásának kompenzálásának igénye határozza meg.

Egy kémiai vegyület molekuláris érzékenysége úgy fejezhető ki

χM = ∑ N i χi + λ,

ahol N i az i-edik elem atomjainak száma a vegyületmolekulában; χi egy adott elem atomi szuszceptibilitása; A λ egy korrekciós tényező az atomok közötti kémiai kötés természetétől függően.

A sókhoz vegyünk

χ mol = χ cat + χ an.

A keverékek és oldatok esetében a fajlagos mágneses szuszceptibilitás az összes komponens mágneses szuszceptivitásának összege, figyelembe véve a mintában való arányukat.

Tekintsünk egy anyagot, amelyet nem kölcsönható mágneses momentumok halmaza jellemez. Külső mágneses tér hiányában hőmozgás hatására a mágneses momentumok teljesen rendezetlenek, a mágnesezettség pedig nulla. Külső mágneses térben a mágneses momentumok rendeződnek, ami a tér irányába történő mágnesezéshez vezet, és a test kölcsönhatás következtében az erős tér tartományába kerül. Ezt a jelenséget paramágnesességnek nevezik. A T ≠ 0-nál a termikus mozgás versengő hatása miatt a rendezettség soha nem teljes, és a rendezettség mértéke arányos H-val. Általában paramágneseknél a mágneses szuszceptibilitás a dia- és paramágneses hozzájárulások összege:

χ = χpár + χdia .

A szuszceptibilitás tipikus értékeinek becsléséhez azt a tényt vesszük alapul, hogy az effektív mágneses momentum, definíció szerint

μ eff \u003d 8χ M T , mert egy közönséges paramágnes nem függ T-től, és egyenlő 1÷6

a Bohr-magneton egységei; így χm ≈ (0,2 ÷ 1,0) 10-2 cm3/mol T ≈ 300 K mellett. A kapott eredmények értelmezéséhez számos hatás figyelembevétele szükséges (például a pálya impulzusának hozzájárulása stb.).

Csak a kölcsönhatások minden egyes konkrét esetben történő teljes elemzése fedheti fel azokat. Az elektronhéjak mellett saját mágneses

momentumokkal rendelkezik a legtöbb atommag is, amelyek páratlan számú protonnal (1 H, 15 N, 19 F, 3I P, 11 B, 79 Br) vagy neutronokkal (13 C, 127 I) rendelkeznek, de a hatás

kölcsönhatásuk a külső térrel túl kicsi - az atommagok mágneses szuszceptibilitása 10-10 cm3 / mol nagyságrendű.

A mágneses szuszceptibilitás mérésének számos módja van,

7. SZAKASZ. AZ ANYAGANALÍZIS KORSZERŰ MÓDSZEREK ÁTTEKINTÉSE

14. témakör. Fizikai elemzési módszerek

azon alapul, hogy egy inhomogén mezőbe helyezett, χg fajlagos szuszceptibilitású m tömegű mintát, amelynek gradiensének iránya merőleges a mező irányára (Z, illetve X irányokat jelöljük), az érintett. az erő által

Fz = Hx dH dZ x χ g m ,

amely mérleggel mérhető.

A leggyakrabban használt módszer a Faraday-módszer, amely mágnest használ, amelynek pólusait gondosan megmunkálják, hogy nagy területet hozzanak létre állandó H x (dHx/dZ ). Az ehhez a területhez képest kis méretű mintákat a H x (dHx/dZ ) ismert értékeinek zónájába helyezzük (amelyet a rendszer standard mintához, általában Pt ) kalibrálunk, és megmérjük a rá ható erőt. A mérleg munkaérzékenysége 5 µg.

A leírt módszer különféle módosításainak alkalmazási területei igen szélesek: komplexképzés, kinetika, katalízis, szerkezeti vizsgálatok, többkomponensű rendszerek összetételének elemzése stb. Ezt a könnyű telepítés, a mérési pontosság és a gyorsaság határozza meg. eredményeket, és könnyen megvalósíthatóvá teszi a módszert a folyamatirányító automatizálási rendszerekben. A módszer ismertetett módosításainak széles körű elterjedése és egyszerűsége ellenére fel kell hívni a figyelmet az információs képességeinek számos korlátjára. Először is, az analit koncentrációjának kellően megbízhatónak kell lennie a regisztráláshoz. A diamágneses anyagok viselkedésének tanulmányozása során pontosnak kell lennie<< 1 % и может быть достигнута только путем их глубокой очистки от парамагнитных примесей (О2 и др.). Менее жесткие требования предъявляются к процессам с участием парамагнетиков, однако и в этом случае можно различить образование только >2% új alkatrész. Ezenkívül a vizsgált transzformációk sebességének alacsonynak kell lennie, mivel a mérési idő még automatikus rögzítés esetén is legalább néhány másodperc. Gyakran az egyes reakciótermékek mágneses szuszceptibilitásának kis különbségei miatt a módszer nem teszi lehetővé azok azonosítását és meghatározását.

Az elektronparamágneses rezonancia (EPR) módszere. Belépéskor

Ha egy paramágneses anyagot υ frekvenciájú váltakozó mágneses térbe helyezünk, akkor a mágneses permeabilitás diszperziója (azaz a mágneses permeabilitás υ frekvenciától való függése) és a külső tér energiájának abszorpciója figyelhető meg. Ebben az esetben az abszorpció rezonáns jellegű. Egy ilyen kísérlet tipikus körülményei a következők: egy paramágneses anyag mintáját állandó H mágneses térbe helyezzük, amely derékszögben egy v frekvenciájú váltakozó mágneses mezőt kapcsol be, és a komplex mágneses szuszceptibilitás χ \ u003d χ "+ iχ" mérik. A valós χ "részt nagyfrekvenciás vagy dinamikus szuszceptibilitásnak nevezik, és az iχ" képzeletbeli részt jellemzi

7. SZAKASZ. AZ ANYAGANALÍZIS KORSZERŰ MÓDSZEREK ÁTTEKINTÉSE

14. témakör. Fizikai elemzési módszerek

abszorpciós együttható.

A sugárzási frekvencia vagy a mágneses térerősség változtatásával rezonanciaviszonyokat találhatunk és EPR spektrumokat kaphatunk. A legtöbb esetben állandó frekvenciájú berendezések állnak a kísérletezők rendelkezésére, amelyekben a mező változtatásával az emitter frekvenciájához igazodnak. A paramágneses rezonancia a makroszkopikus rendszerek energiaszintjei között rezonanciafrekvenciájú váltakozó mágneses tér hatására létrejövő kvantumátmenetekkel kapcsolatos jelenségek összessége.

Az EPR-módszert a redox- és komplexképződés folyamatairól, valamint a vegyületek elektron- és geometriai szerkezetének meghatározására használják, amikor a megfigyelt paramágneses részecskék a vizsgálat közvetlen tárgyai. Információszerzéshez felhasználható a szélesség, a vonal alakja, a spektrum vonalainak száma, a g-tényező értéke, az STS és DSTS összetevőinek száma és állandói, a jelintenzitás vagy terület.

Az EPR spektrumban a jeleket meghatározó részecskék típusai a következők: elektron (szolvatált, csapdába esett, fémekben); gyökök (szervetlen, szerves); ionok; gyökös ionok; komplexek.

A koordinációs vegyületek kémiájának analitikai szempontjai szempontjából fontos az EPR megnyilvánulása a következő paramágneses ionok komplexeiben: a 3d elemek csoportjában - TiIII, VII, CrIII, CrV, CuII, MnII, FeIII; csoportban

4d elemek − ZrIII , PdI , PdIII , RhII , NbIV , MoV ; az 5d elemek csoportjában - ReVI , WV , AuIII , RuIII ; a REE és a transzurán - GdIII , CeIII , EuIII csoportjában .

14.3. Rezgésspektroszkópia

A molekulákban a rezgési átmenetek energiája összemérhető az infravörös tartományban lévő sugárzási kvantumok energiájával. A kémiai vegyületek molekuláinak infravörös (IR) és Raman spektruma (RS) az anyagok fontos jellemzői közé tartozik. Mivel azonban a spektrumok eltérő természetűek, ugyanazon rezgések megnyilvánulásának intenzitása bennük eltérő.

IR spektroszkópia. Tekintsünk egy N atomot tartalmazó molekulát; az egyes atomok helyzete három koordináta megadásával határozható meg (például x, y és z téglalap alakú koordinátarendszerben). Az ilyen koordinátaértékek száma összesen 3N lesz, és mivel minden koordináta a többitől függetlenül állítható be, feltételezhetjük, hogy a molekulának 3N szabadsági foka van. Az összes 3N koordináta beállítása után teljesen leírjuk a molekulát - a kötések hosszát, a köztük lévő szögeket, valamint helyét és tájolását a térben.

7. SZAKASZ. AZ ANYAGANALÍZIS KORSZERŰ MÓDSZEREK ÁTTEKINTÉSE

14. témakör. Fizikai elemzési módszerek

14.1. ábra. A vízmolekula szimmetriája és három fő rezgéstípusa.

Az oxigénatom mozgása elhanyagolható, mivel a molekula súlypontja közelében található:

a – feszítő szimmetrikus rezgés υ1 (párhuzamos); b - deformáció szimmetrikus rezgés υ2.(párhuzamos); c – nyújtó antiszimmetrikus rezgés υ3 (merőleges)

Ahhoz, hogy egy molekula szabad mozgását leírhassuk a háromdimenziós térben anélkül, hogy megváltoztatnánk a konfigurációját, ismerni kell a súlypontjának három koordinátáját. Egy nemlineáris molekula tetszőleges forgása három egymásra merőleges tengely körüli forgások összegeként ábrázolható. Ezt szem előtt tartva, a molekula egyetlen megmaradt független mozgásformája a belső rezgések. Egy lineáris molekula alaprezgésének száma 3N–5 lesz (figyelembe véve a kötéstengely körüli forgást), nemlineáris - 3N – 6. Mindkét esetben a molekula (nem ciklikus) N–1 kötést tartalmaz. az atomok között és az N–1 rezgések a kötések mentén irányulnak - ezek vegyértékek, a maradék 2N-5 (vagy 2N-4) pedig megváltoztatja a kötések közötti szögeket - ezek deformációs rezgések. ábrán. A 14.1 a vízmolekula összes lehetséges rezgéstípusát mutatja.

Ahhoz, hogy az oszcilláció az infravörös tartományban megnyilvánuljon, a szimmetriatengely mentén vagy arra merőlegesen meg kell változtatni a rezgés során a dipólusmomentumot, azaz a dipólus értékének vagy irányának bármilyen változása a rezgés megjelenéséhez vezet. oszcilláló dipólus, amely képes elnyelni az energiát; kölcsönhatásba lép az infravörös sugárzás elektromos komponensével. Mivel a legtöbb molekula szobahőmérsékleten υ0 rezgésszinten van (14.2. ábra), a legtöbb átmenetnek a υ0 állapotból υ1-be kell történnie. A H2O molekula szimmetrikus rezgéseit υ1-nek jelöljük a legmagasabb frekvenciának (3651,7 cm-1), a következőnek υ2-nek (1595,0 cm-1), a 3755,8 cm-1 frekvenciájú antiszimmetrikus rezgést υ3-nak.

7. SZAKASZ. AZ ANYAGANALÍZIS KORSZERŰ MÓDSZEREK ÁTTEKINTÉSE

14. témakör. Fizikai elemzési módszerek

A magok közötti távolság

Rizs. 14.2. A harmonikus oszcillátor rezgési állapotai

A rezgések szimmetrikus és antiszimmetrikus felosztásánál hangsúlyozni kell, hogy a szimmetrikus nyújtórezgés nem változtatja meg a dipólusmomentumot, ezért nem jelenik meg a spektrum infravörös tartományában. Ezért egy homonukleáris molekula nyújtása nem vezethet az infravörös régióban történő abszorpcióhoz. A leírt leegyszerűsített oszcillációs kép csak akkor valósítható meg, ha két feltevés igaz: 1) minden rezgés tisztán harmonikus; 2) minden rezgés teljesen független és nincs hatással egymásra.

Az igazán vibráló molekulák esetében a mozgás képe nagyon összetett, az egyes atomok nem mozognak pontosan a 14.1. ábrán látható pályák egyikén, mozgásuk a 14.2. ábrán látható összes lehetséges rezgés szuperpozíciója. Az ilyen szuperpozíció azonban komponensekre bontható, ha például a molekulát stroboszkóposan figyeljük meg, megvilágítva azt az egyes alaprezgések frekvenciájával egymás után egybeeső impulzusfrekvenciákkal. Ez az infravörös spektroszkópia lényege, csak az elnyelt sugárzás frekvenciája játssza a megvilágítás szerepét, és a megfigyelést a dipólusmomentum változásaira végezzük.

Egy összetett molekula nagyszámú rezgéssel rendelkezik, amelyek közül sok látható az IR spektrumban. Mindegyik ilyen rezgés magában foglalja a molekula legtöbb atomjának mozgását, de egyes esetekben az atomok megközelítőleg azonos távolságra, más esetekben pedig egyes kis atomcsoportok jobban elmozdulnak, mint mások. Ennek alapján a rezgések két osztályba sorolhatók: vázrezgések és jellegzetes csoportok rezgései.

A szerves molekulák vázrezgésének frekvenciái általában 1400-700 cm-1 tartományba esnek, és gyakran nehéz a molekula által lehetséges rezgések bármelyikéhez egyedi frekvenciát rendelni, bár a sávok összessége egyértelműen a egy bizonyos molekulaszerkezet. Ilyen esetekben a sávokat a spektrumban lévő molekula ujjlenyomatainak nevezzük.

A karakterisztikus csoportok rezgési frekvenciái kevéssé függenek a molekula egészének szerkezetétől, általában nem fedő tartományokban vannak.

7. SZAKASZ. AZ ANYAGANALÍZIS KORSZERŰ MÓDSZEREK ÁTTEKINTÉSE

14. témakör. Fizikai elemzési módszerek

a csontváz rezgésének tartományával, és analitikai célokra használható.

Az IR spektroszkópia a következő problémák megoldására használható.

1. Szintézistermékek anyagösszetételének meghatározása különböző fázisállapotokban.

2. A termékek fázisszerkezeti változásainak vizsgálata bizonyos technológiai mutatók adott tartományban tartása mellett.

3. Az egyensúlyi állapot, a folyamat sebességének értékelése.

4. A technológiai séma egészének mutatóinak értékelése változó folyamatfeltételekkel.

5. Az aktív komponensek funkcionális hovatartozásának és fogyasztásának vizsgálata.

A kvantitatív mérések, akárcsak az abszorpciós spektroszkópia más típusai, a Bouguer-törvényen alapulnak.

Az IR spektroszkópia analitikai képességei bemutathatók

rovat, rámutatva néhányra: gyakorlati eredmények.

A szűrőanyag és a szénpor átlátszósági tartományába eső 780 és 800 cm-1-nél jellemző abszorpciós sávok és a megfelelő kalibrációs görbék segítségével meghatározható a szén kvarctartalma (10 μg-nál kisebb) a vezérlőszűrőkre egy bizonyos idő alatt lerakódott por. Hasonló eredmények érhetők el a levegőben lévő azbeszt meghatározásánál.

14.4. Röntgen-fluoreszcens elemzési módszer

A röntgenspektrális módszer a röntgensugárzás természetének és intenzitásának elemzésén alapul. Kétféle módszer létezik.

1. Megfelelő röntgenelemzés. Ennél a módszernél a mintát egy röntgencsőbe helyezik antikatódként. A fűtött katód elektronáramot bocsát ki, amely bombázza az antikatódot. Ezen elektronok energiája a katód hőmérsékletétől, az elektródákra adott feszültségtől és egyéb tényezőktől függ. A cső antikatódjában lévő elektronok energiájának hatására röntgensugárzás gerjesztődik, amelynek hullámhossza az antikatód anyagától, a sugárzás intenzitása pedig ennek az elemnek a mintában lévő mennyiségétől függ. .

Speciális eszközök segítségével az elektronsugarat a célpont - az antikatód - nagyon kis felületére lehet fókuszálni. Ez lehetővé teszi a minőségi és mennyiségi összetétel meghatározását a vizsgált anyag helyi területén. Ezt a mikroszondás módszert például szükség esetén az ásványokban vagy fémszemcsék felületén lévő legkisebb zárványok természetének meghatározására használják.

A módszer egy másik típusa, nevezetesen a röntgen-fluoreszcencia analízis, egyre szélesebb körben elterjedt.

2. Röntgen-fluoreszcencia analízis. Ennél a módszernél a mintát a cső elsődleges röntgensugárzásának teszik ki. Ennek eredményeként

7. SZAKASZ. AZ ANYAGANALÍZIS KORSZERŰ MÓDSZEREK ÁTTEKINTÉSE

14. témakör. Fizikai elemzési módszerek

másodlagos röntgensugárzást bocsát ki a mintából, melynek jellege a minta minőségi és mennyiségi összetételétől függ.

A jó minőségű röntgen-fluoreszcencia analízishez fontos, hogy a röntgencső polikromatikus sugárzásának (különböző hullámhosszú sugárzásának) energiája egyenlő legyen vagy meghaladja azt az energiát, amely ahhoz szükséges, hogy az alkotóelemek K-elektronjait kiütjük. fel az elemzett mintát. Ebben az esetben a másodlagos röntgenspektrum jellegzetes röntgenvonalakat tartalmaz. A cső primer sugárzásának többletenergiája (az elektronok eltávolításához szükségesnél több) a fotoelektron mozgási energiája formájában szabadul fel.

A kvantitatív röntgen-fluoreszcencia analízisnél fontos a jellegzetes emissziós vonalak intenzitásának mérése.

A röntgen-fluoreszcencia analízis berendezésének vázlatos diagramja a 2. ábrán látható. 14.3. A röntgencső primer sugárzása a 2. mintára esik, amelyben a mintát alkotó elemek atomjainak jellegzetes másodlagos röntgensugárzása gerjesztődik. A minta felületéről visszaverődő, különböző hullámhosszúságú röntgensugarak áthaladnak a 3 kollimátoron, amely párhuzamos molibdénlemezekből álló rendszer, amely a csak egy irányban haladó párhuzamos sugarak továbbítására szolgál. A más irányokból érkező, eltérő sugarakat a csövek belső felülete nyeli el. A mintából érkező sugarakat spektrumra bontják, azaz egy 4 analizátorkristály segítségével szétosztják a hullámhosszokon. A kristályról érkező sugarak 0 visszaverődési szöge megegyezik a beesési szöggel; azonban

Rizs. 14.3. A röntgen-fluoreszcencia analízis berendezésének sematikus diagramja

1 - röntgencső; 2 - minta; 3, 5 - kollimátorok; 4 - kristály; 6 - vevő; 7 - felvevő

ennél a szögnél csak a Bragg-egyenlet alapján θ-hoz viszonyított hullámhosszú sugarak verődnek vissza:

ahol d az analizátor kristályrácsának atomjainak síkjai közötti távolság.

7. SZAKASZ. AZ ANYAGANALÍZIS KORSZERŰ MÓDSZEREK ÁTTEKINTÉSE

14. témakör. Fizikai elemzési módszerek

Ez utóbbi elforgatásával megváltoztatható a θ szög, és ennek következtében a visszavert sugarak hullámhossza.

Kristályként különféle anyagokat használnak.

A Bragg-egyenlet szerint könnyen kiszámítható, hogy ha például egy lítium-fluorid kristályt (2d = 0,4026 nm) használunk, és a θ szöget a kristály elforgatásával 10°-ról 80°-ra változtatjuk, akkor a hullámhossz a visszavert sugarak 0,068–0,394 nm-en belül lesznek. Ennek megfelelően a vonalak képesek azonosítani és számszerűsíteni a 19-től 42-ig terjedő atomszámú elemeket, azaz a káliumtól a molibdénig (Kα = 0,0709 nm). Az etilén-diamin-ditartarát kristályával kisebb rendszámú elemek, például alumínium (13), kálium-hidroftaláttal pedig magnézium, nátrium stb. A 13-tól nagyobb rendszámú elemek a leginkább megbízhatóan meghatározott.

Az analizátorkristályról visszaverődő monokromatikus nyalábok áthaladnak a kollimátoron, és a vevő rögzíti őket, amely kétszeres sebességgel forog szinkronban az analizátorkristállyal. Vevőként Geiger, arányos vagy szcintillációs számlálókat használnak. Ez utóbbi kristályos foszforból áll - tallium által aktivált kálium-jodidból -, amely a röntgensugárzást láthatóvá alakítja. A fény viszont elektromos impulzusokká alakul, amelyeket aztán felerősít és rögzít egy rögzítő műszer. A rögzítő papírszalagjára görbéket rajzolnak, amelyek magassága a sugárzás intenzitását jellemzi, az abszcissza tengelyhez viszonyított helyzete - hullámhosszak - pedig lehetővé teszi a minta minőségi összetételének azonosítását.

Jelenleg a röntgen-fluoreszcencia analízishez teljesen automatizált eszközök állnak rendelkezésre, amelyek statisztikailag feldolgozott eredményeket produkáló számítógéppel kombinálva gyorssá és meglehetősen pontossá teszik az elemzést.

A röntgenfluoreszcencia módszer lehetővé teszi az egyes elemeket tartalmazó minták (13 atomtömegű elemből kiindulva) tízezreléktől tíz százalékig terjedő elemzését. Más fizikai módszerekhez hasonlóan ez a módszer is relatív, azaz az analízist ismert kémiai összetételű standardok alkalmazásával végezzük. Lehetőség van különböző halmazállapotú - szilárd, folyékony és gáznemű - minták elemzésére. A szilárd anyagok elemzése során tablettákat készítenek belőlük, amelyeket azután röntgencső sugárzásának tesznek ki.

Az eljárás bizonyos hátránya, hogy a referencia- és az elemzett tabletták felületének teljes homogenitására van szükség, amit gyakran nagy nehézségek árán sikerül elérni.

7. SZAKASZ. AZ ANYAGANALÍZIS KORSZERŰ MÓDSZEREK ÁTTEKINTÉSE

14. témakör. Fizikai elemzési módszerek

14.5. Radioaktivációs elemzési módszer

A radioaktivációs analízis egy fizikai elemzési módszer, amely az atomenergia felfedezése és az atomreaktorok létrehozása után keletkezett és fejlődött ki. Az elemek radioaktív kibocsátásának mérésén alapul. A radioaktivitás-analízis korábban ismert volt. Így az uránércek természetes radioaktivitásának mérésével meghatározták a bennük lévő urántartalmat. Hasonló módszer ismert a kálium meghatározására ezen elem radioaktív izotópjából. Az aktivációs analízis abban különbözik ezektől a módszerektől, hogy a vizsgált minta elemi részecskék áramával történő bombázása következtében keletkező elemek radioizotópjainak sugárzási intenzitását méri. Egy ilyen bombázással nukleáris reakciók lépnek fel, és az elemzett mintát alkotó elemek radioaktív izotópjai keletkeznek.

14.1. táblázat

Elemek kimutatási határai termikus neutronaktiválási elemzéssel

Elemek	Tömeg - lg g
Mn, Co, Rh, Ag, In, Sm, Ho, Lu, Re, Ir, Au,
Na, Se, V, Cu, Ga, As, Br, Kr, Pd, Sb, I, La
Pr, Tb, Tm, Yb, W, Hg, Th, Zn, Ge, Se, Rb,
Sr, Y, Nb, Cd, Cs, Gd, Er, Hf, Ta, Os, U
Al, Cl, Ar, K, Cr, P, Ni, Mo, Ru,
Sn, Fe, Xe, Ba, Ce, Nd, Pt, Te
Mg, Si, Ca, Ti, Bi

Az aktivációs elemzési módszert alacsony kimutatási határ jellemzi, táblázat. 14.1, és ez a fő előnye más elemzési módszerekkel szemben.

A táblázat azt mutatja, hogy több mint 50 elemnél a kimutatási határ 10-9 g alatt van.

A keletkező radioaktív izotópok felezési ideje és sugárzási energiája az egyes elemeknél eltérő, ezért jelentős specifitás érhető el a meghatározásban. Az elemzett anyag egy mintájában nagyszámú szennyező elem határozható meg. Végül a módszer előnye, hogy nincs szükség az elemek nyomainak mennyiségi elkülönítésére - a szabványok használata lehetővé teszi a helyes eredmény elérését akkor is, ha a meghatározandó elem egy része elveszik.

A módszer hátrányai közé tartozik az összetett és drága berendezések használatának szükségessége; emellett biztosítani kell az elemzést végzők radioaktív sugárzás elleni védelmét.

7. SZAKASZ. AZ ANYAGANALÍZIS KORSZERŰ MÓDSZEREK ÁTTEKINTÉSE

14. témakör. Fizikai elemzési módszerek

Az aktiválási analízis során különféle elemi részecskék használhatók a minták besugárzására - neutronok, protonok, α-részecskék, valamint γ-sugárzás. A leggyakrabban használt neutronbesugárzás. Az aktivációs elemzésnek ezt a részét neutronanalízisnek nevezik. Általában lassú termikus neutronfluxust használnak.

Az atomreaktorok neutronforrásként szolgálhatnak, amelyekben az uránmagok hasadásának szabályozott láncreakciója megy végbe. Ismert neutrongenerátorok, amelyekben neutronokat nyernek a deutérium és a trícium kölcsönhatásának reakciójával, valamint más eszközök.

Az elemek radioaktív izotópjai, amelyek egy minta neutronfluxussal történő besugárzása következtében keletkeznek, radioaktív bomláson mennek keresztül. Az ilyen bomlás fő típusai a következők.

1. Az α-bomlás a legnehezebb elemekre jellemző. Az ilyen bomlás eredményeként az atommag töltése két egységgel, a tömege pedig négy egységgel csökken.

2. β-bomlás, amelyben az elem tömegszáma megmarad, de az atommag töltése eggyel változik - felfelé, ha az atommag elektronokat bocsát ki, és lefelé, ha pozitronokat bocsát ki. A sugárzásnak folyamatos energiaspektruma van.

Az α- vagy β-bomlás után a bomlás eredményeként kialakult mag gyakran gerjesztett állapotban van. Az ilyen atommagok gerjesztett állapotból alapállapotba való átmenetét általában γ-sugárzás kíséri. Az atommagok emissziója diszkrét, nagyon szűk vonalszélességgel. Az ilyen sugárzás elvileg a radioizotópok egyértelmű azonosítására szolgálhat.

14.6. Az elemzési séma és módszer kiválasztása

Az elemzési séma és módszer kiválasztásához ismerni kell az analit mennyiségi és félkvantitatív összetételét. Az elemzőnek tudnia kell, mivel foglalkozik, mert az analit összetételétől függően választják ki az elemzési módszert. Az elemzés elvégzése előtt egy analitikai sémát kell készíteni, amelyből kiderül, hogy milyen módszerekkel lehet az analitot oldatba juttatni, milyen módszerekkel kell elválasztani a meghatározandó komponenseket, és milyen mértékben lehet az analitot oldatba juttatni. a jelenlévő komponensek zavarják az elválasztást, amennyire lehetséges, hogy megakadályozzák a jelenlévő anyagok zavaró hatását bizonyos komponensek meghatározásakor. Szilikátok, kőzetek, ásványok, gyakran ércek elemzésénél általában szinte minden komponens meghatározására van szükség, bár esetenként szűkebb feladat is kitűzhető. Például bármely érctelep tanulmányozásakor nem szükséges az összes minta teljes elemzését elvégezni. Ehhez elegendő bizonyos számú minta teljes elemzése, de a fő érckomponens meghatározása (például vas vagy mangán az elemzésben

7. SZAKASZ. AZ ANYAGANALÍZIS KORSZERŰ MÓDSZEREK ÁTTEKINTÉSE

14. témakör. Fizikai elemzési módszerek

vas- vagy mangánércek) nagyszámú minta esetén kötelező. A teljes elemzés menete általában eltér az egy vagy több komponens meghatározásában végzett elemzés menetétől. Fémek elemzésekor nagyon ritka, hogy az elemző meghatározza a főkomponens tartalmát, általában a szennyeződések tartalmát kell meghatározni. Ez utóbbi nagyban befolyásolja a fém minőségét. Tehát az acélok elemzésekor a vastartalmat nagyon ritkán határozzák meg, de mindig az acél minőségét, a szén-, kén-, foszfor-, szilícium-, mangán-, ötvöző- és néhány egyéb komponens tartalmát kell meghatározni, amelyek meghatározzák az acél minőségét. eltökélt. Ez gyakran vonatkozik a nagy tisztaságú anyagok elemzésére. A nagy tisztaságú acélok és fémek elemzése során a szennyeződések meghatározásának megközelítése azonban más legyen.

A minta oldatba juttatásának vagy a minta emésztésének módszerei teljes mértékben az analit összetételétől függenek. Általánosságban elmondható, hogy a szilikátok, kőzetek, ásványok elemzésekor általában lúgos fúziót végeznek a minták lebontására, ritkábban

– szinterezés kalcium-karbonáttal, savas lebontás savak keverékében. A fémek és ötvözetek elemzésekor általában savas lebontást végeznek, néha más mintabontási módszereket alkalmaznak. Például alumínium elemzésekor a mintát lúgos oldatban oldják fel. Más módszerek is javasolhatók a minta oldatba való átvitelére. Az elemzési séma kiválasztására példaként bemutatunk egy sémát a szilikát elemzésére.

	A szilikátanalízis sémája
Szilikát (mérleg)
Fúzió KNaCO3-mal
Vízzel való kilúgozás és sósavval történő bepárlás
SiO2	NH4OH kicsapása
		csapadék
	Ca2 C2 O4	(NH4) 2 7. SZAKASZ. AZ ANYAGANALÍZIS KORSZERŰ MÓDSZEREK ÁTTEKINTÉSE 14. témakör. Fizikai elemzési módszerek Mindazonáltal a sémában lévő különböző összetevők tartalmától függően meg kell határozni ezeknek az összetevőknek a hatását és viselkedését az ilyen séma szerinti elemzési folyamatban. Tehát, ha a szilikátban bór, fluor és mangán van jelen, akkor ez a séma nem fogadható el változtatás nélkül, mert a következő eltérések lehetnek: 1) sósavval történő párolgás során a szilícium és a bór veszteségei észrevehetők; 2) a bór részben kicsapódik a kovasavval együtt, majd elpárolog, amikor a kovasav csapadékot hidrogén-fluoriddal kezelik; 3) a fluor egy része oldatban maradhat, és megakadályozza az alumínium és a vas kicsapódását vizes ammóniaoldat hatására; 4) a bór egy része szeszkvihidroxiddal együtt ülepedik; 5) oxidálószer hozzáadása nélkül nem minden mangán válik ki szeszkvihidroxiddal a vizes ammóniaoldattal végzett kicsapás során, majd kalcium-oxaláttal együtt oxalát formájában részlegesen kicsapódik; 6) ha a magnézium foszfáttal kicsapódik, a mangán-foszfát is kicsapódik. Így a bemutatott elemzési séma nem mindig alkalmazható, és csak a minőségi és hozzávetőleges mennyiségi összetétel ismeretében lehet olyan elemzési sémát készíteni, amely figyelembe veszi a vizsgált mintában jelen lévő összes komponens hatását. A meghatározási módszer kiválasztása az analit tartalmától és más anyagok jelenlététől is függ. Tehát a fémekben lévő szén tizedeinek meghatározásakor ezred- vagy akár több századszázaléknyi kén jelenlétében is elvégezhető a meghatározás a kén figyelembevétele nélkül. Ha a kéntartalom meghaladja a 0,04%-ot, akkor a kén hatását figyelembe kell venni és ki kell küszöbölni. Kvízek és gyakorlatok 1. Mire épülnek a fizikai elemzési módszerek? 2. Milyen előnyei vannak a fizikai elemzési módszereknek a kémiai és fizikai és kémiai módszerekkel? 3. Mi az analitikai jel természete a spektrális elemzésben? 4. Milyen analitikai problémákat lehet megoldani spektrális elemzési módszerekkel? 5. Hogyan osztályozzák a testeket mágneses tulajdonságaik szerint? 6. Mi a fajlagos mágnesezés? 7. Mi az alapja a statikus mágneses szuszceptibilitás módszerének? 8. Mi az a paramágneses rezolax? 9. Milyen célokra használható az EPR módszer? 10. Mi a módszer lényege IR spektroszkópia? 11. Milyen típusú ingadozások Használható-e a komplex molekulák IR spektruma analitikai célokra? 12. Mire épülnek a kvantitatív mérések? IR spektroszkópia? 13. Mi a mikroszondás módszer a röntgenspektrumanalízisben? 7. SZAKASZ. AZ ANYAGANALÍZIS KORSZERŰ MÓDSZEREK ÁTTEKINTÉSE 14. témakör. Fizikai elemzési módszerek 14. Milyen természetű az analitikai jel a röntgen-fluoreszcencia analízisben? 15. Hogyan történik egy minta kvalitatív elemzése a röntgen-fluoreszcens elemzési módszerrel? 16. Mi a különbség az aktivációs elemzés és más radioaktivitási módszerek között? 17. Mi az aktiválási módszer fő előnye? 18. Mi az a neutronanalízis? 19. Hogyan használják fel a minta összetételére vonatkozó előzetes információkat a módszer és az elemzési séma kiválasztása előtt? 20. Miért szükséges mintaelemzési sémát készíteni?

Az összes létező analitikai kémia módszer felosztható mintavételi, mintabontási, komponensek szétválasztási, kimutatási (azonosítási) és meghatározási módszerekre.

Szinte minden módszer egy anyag összetétele és tulajdonságai közötti összefüggésen alapul. Egy komponens vagy mennyiségének kimutatásához mérje meg elemző jel.

Analitikai jel a fizikai mennyiség méréseinek átlaga az elemzés utolsó szakaszában. Az analitikai jel funkcionálisan összefügg a meghatározott komponens tartalmával. Ez lehet az áramerősség, a rendszer EMF-je, az optikai sűrűség, a sugárzás intenzitása stb.

Ha bármilyen komponens kimutatására van szükség, általában egy analitikai jel megjelenését rögzítik - csapadék, szín, vonal megjelenése a spektrumban stb. Az analitikai jel megjelenését megbízhatóan rögzíteni kell. A komponens egy bizonyos mennyiségénél megmérik az analitikai jel nagyságát: a lerakódás tömegét, az áramerősséget, a spektrum vonalainak intenzitását stb. Ezután a komponens tartalmát kiszámítjuk a funkcionális függőség elemző jellel - tartalom: y=f(c), amely számítással vagy tapasztalattal állapítható meg és képlet, táblázat vagy grafikon formájában is bemutatható.

Az analitikai kémiában léteznek kémiai, fizikai és fizikai-kémiai elemzési módszerek.

A kémiai elemzési eljárások során a meghatározandó elemet vagy iont olyan vegyületté alakítják, amely rendelkezik egy vagy másik jellemző tulajdonsággal, amely alapján megállapítható, hogy az adott vegyület keletkezett.

Kémiai módszerek az elemzésnek sajátos hatóköre van. A kémiai módszerekkel végzett elemzések gyorsasága sem mindig elégíti ki a termelési igényeket, ahol nagyon fontos az elemzések időben történő megszerzése, miközben a technológiai folyamat szabályozható. Ezért a kémiai módszerekkel együtt egyre elterjedtebbek a fizikai és fizikai-kémiai elemzési módszerek.

Fizikai módszerek elemzések egyesek mérésén alapulnak

olyan rendszerparaméter, amely az összetétel függvénye, mint például az emissziós abszorpciós spektrumok, az elektromos vagy hővezető képesség, az oldatba merített elektróda potenciálja, a permittivitás, a törésmutató, a mágneses magrezonancia stb.

A fizikai elemzési módszerek lehetővé teszik a kémiai elemzési módszerekkel nem megoldható problémák megoldását.

Az anyagok elemzésére széles körben alkalmazzák a fizikai-kémiai elemzési módszereket, amelyek kémiai reakciókon alapulnak, amelyek lefolyása a vizsgált rendszer fizikai tulajdonságainak megváltozásával jár együtt, például színe, színintenzitása, átlátszósága, termikus ill. elektromos vezetőképesség stb.

Fizikai és kémiai elemzési módszerek nagy érzékenység és gyors végrehajtás jellemzi, lehetővé teszik a kémiai-analitikai meghatározások automatizálását, és nélkülözhetetlenek kis mennyiségű anyagok elemzéséhez.

Meg kell jegyezni, hogy nem mindig lehet szigorú határt húzni a fizikai és fizikai-kémiai elemzési módszerek között. Néha „instrumentális” módszerek általános néven kombinálják őket, mert. bizonyos mérések elvégzéséhez olyan műszerekre van szükség, amelyek lehetővé teszik bizonyos paraméterek értékének nagy pontosságú mérését, amelyek az anyag bizonyos tulajdonságait jellemzik.

ANALITIKAI KÉMIA ÉS FIZIKAI-KÉMIAI ANALÍZIS MÓDSZEREK Kiadó TSTU Az Orosz Föderáció Oktatási és Tudományos Minisztériuma Állami Szakmai Felsőoktatási Intézmény "Tambov Állami Műszaki Egyetem" M.I. LEBEDEV ANALITIKAI KÉMIA ÉS FIZIKAI-KÉMIAI ANALÍZIS MÓDSZEREK Előadások a Tambov Kiadó TSTU 2005 kurzushoz Kilimnik a kémiai tudományok kandidátusa, a TSU Szervetlen és Fizikai Kémiai Tanszékének docense. G.R. Derzhavina A.I. Rjaguzov Lebedeva, M.I. L33 Analitikai kémia és fizikai-kémiai elemzési módszerek: tankönyv. pótlék / M.I. Lebegyev. Tambov: Tamb Kiadó. állapot tech. un-ta, 2005. 216 p. Az "Analitikai kémia és fizikai-kémiai elemzési módszerek" kurzus fő kérdéseit figyelembe veszik. Az egyes fejezetekben az elméleti anyag bemutatása után értelmes blokkokat adunk az ismeretek tesztfeladatokkal történő teszteléséhez, valamint a tudásfelmérés minősítését. Az egyes fejezetek harmadik része a legnehezebb problémák megoldásait és azok pontokban történő értékelését tartalmazza. Nem vegyész szakos hallgatók számára készült (200401, 200402, 240202, 240802, 240902), szabványoknak és tanterveknek megfelelően összeállított. UDC 543(075) BBK G4ya73-4 ISBN 5-8265-0372-6 © Lebedeva M.I., 2005 © Tambov Állami Műszaki Egyetem (TSTU), 2005 Oktatási kiadvány Maria Ivanovna LEBEDEVA ANALITIKAI KÉMIA ÉS FIZIKAI Tanfolyam szerkesztése V.N. Mitrofanova Számítógép prototípus D.A. Lopukhova Közzétételre aláírva 2005. május 21. Formátum 60 × 84 / 16. Ofszetpapír. Ofszetnyomás Betűtípus Times New Roman. Térfogat: 12,55 arb. sütő l.; 12.50 szerk. l. Példányszám 200 példány. P. 571M Tambovi Állami Műszaki Egyetem Kiadói és Nyomdai Központja, 392000, Tambov, Sovetskaya, 106, k. 14 ELŐSZÓ Nincs szintézis elemzés nélkül F. Engels szerkezetük. Az analitikai kémia napjainkban különösen fontos, mivel a kémiai szennyezés a fő tényező a természetre gyakorolt ​​káros antropogén hatásban. A különböző természeti objektumokban való koncentrációjuk meghatározása nagy feladattá válik. Az analitikus kémia alapjainak ismerete egyaránt szükséges egy modern diák, mérnök, tanár és vállalkozó számára. Korlátozott számban tankönyvek és taneszközök az "Analitikai kémia, valamint az elemzés fizikai és kémiai módszerei" kurzushoz a kémiai profilú hallgatók számára és teljes hiányuk a "Szabványosítás és tanúsítás", "Élelmiszer biotechnológia", "Műszaki környezetvédelem" szakokon. ", valamint a TSTU-ban e tudományág oktatásában szerzett sokéves tapasztalatom vezetett ahhoz, hogy össze kell állítani és közzé kell tenni a javasolt előadási kurzust. A javasolt kiadás tizenegy fejezetből áll, amelyek mindegyikében kiemelik a legfontosabb elméleti kérdéseket, tükrözve az előadás anyagának bemutatási sorrendjét. Az I–V. fejezet a kémiai (klasszikus) elemzési módszereknek, a VIII–X. fejezet a főbb fizikai-kémiai elemzési módszereknek, a XI. fejezet pedig a szerves analitikai reagenseknek szól. Az egyes szakaszok tanulmányozását a fejezet végén található megfelelő tartalmi blokk megoldásával javasolt befejezni. A feladatblokkok három speciális formában vannak megfogalmazva. Elméleti feladatok válaszválasztékkal (A típus). Minden ilyen típusú elméleti kérdésre négy vonzó választ kínálnak, amelyek közül csak egy helyes. Minden helyesen megoldott A típusú feladatért a tanuló egy pontot kap. A feleletválasztós feladatok (B típusú)1 két pontot érnek. Egyszerűek és gyakorlatilag egy vagy több lépésben megoldhatók. A helyes válasz négy lehetőség közül kerül kiválasztásra. A részletes választ tartalmazó (C típusú)2 feladatok felkínálják a tanulónak, hogy a választ részletes formában írja le, és a megoldás teljességétől és helyességétől függően egytől ötig értékelhető. A maximális pontszámot a teljesen megoldott feladatra adják, és az értékelési táblázat utolsó sorában van feltüntetve. Az adott témában elért összpontszám a hallgató tudásának mutatója, melynek szintje a javasolt értékelési rendszerben értékelhető. Pontszám 32 - 40 Kiváló 25 - 31 Jó 16 - 24 Megfelelő Kevesebb, mint 16 Nem megfelelő PB-21), Popova S. (gr. Z-31), aki aktívan részt vett a munka tervezésében. 1 Lehet, hogy néhány fejezet hiányzik. 2 Néhány fejezet hiányzik „Az analitikai kémia érzékeny az iparági igényekre, és ebből merít erőt és lendületet a további növekedéshez. » N.S. Kurnakov 1 AZ ELEMZŐ KÉMIA MINT TUDOMÁNY. ALAPFOGALMAK A jelentősebb emberi problémák (a nyersanyag-, élelmiszer-, atomenergia-probléma, űrhajózás, félvezető- és lézertechnika) megoldásában az analitikus kémia a vezető hely. A környezeti monitorozás alapja a különböző kémiai tudományok kombinációja, amelyek mindegyike kémiai elemzési eredményeket igényel, mivel a kémiai szennyezés a fő tényező a természetre gyakorolt ​​káros antropogén hatásban. Az analitikai kémia célja a különböző természeti objektumok szennyezőanyag-koncentrációjának meghatározása. Különféle összetételű természetes és szennyvizek, fenéküledékek, légköri csapadék, levegő, talajok, biológiai objektumok stb. A diagnózis szempontjából nagyon fontos a természeti környezet állapotának szabályozására szolgáló rendkívül hatékony intézkedések széles körben elterjedt bevezetése, anélkül, hogy a betegséget a gyökereknél megszüntetnék. A hatás ebben az esetben sokkal gyorsabban és a legalacsonyabb költséggel érhető el. Az ellenőrző rendszer lehetővé teszi a káros szennyeződések időben történő észlelését és a szennyező forrás lokalizálását. Éppen ezért egyre fontosabbá válik az analitikus kémia környezetvédelemben betöltött szerepe. Az analitikai kémia a kémiai vegyületek azonosítási módszereinek, az anyagok kémiai összetételének és szerkezetének meghatározásának elveinek és módszereinek tudománya. Ez a kémiai elemzés tudományos alapja. A kémiai elemzés a tárgyak összetételére és tulajdonságaira vonatkozó adatok empirikus beszerzése. Ezt az elképzelést először R. Boyle támasztotta alá tudományosan a "Skeptic Chemist" (1661) című könyvében, és bevezette az "analízis" kifejezést. Az analitikus kémia a szervetlen, szerves, fizikai kémia, fizika és matematika tantárgyak tanulmányozása során szerzett ismeretekre épül. Az analitikus kémia tanulmányozásának célja az anyagok elemzésére alkalmas korszerű módszerek kidolgozása és azok nemzetgazdasági problémák megoldására történő alkalmazása. A termelési és környezeti objektumok gondos és állandó ellenőrzése az analitikus kémia eredményein alapul. W. Ostwald ezt írta: „Az analitikai kémia, vagy az anyagok vagy összetevőik felismerésének művészete különleges helyet foglal el a tudományos kémia alkalmazásai között, mivel a kémiai folyamatok tudományos célú reprodukálása során mindig felmerülnek azok a kérdések, amelyek megválaszolását lehetővé teszi. vagy technikai célok. Jelentősége miatt az analitikus kémiát régóta folyamatosan gondozzák ... ". 1.1 Az analitikus kémia fejlődésének rövid története Az analitikus kémia fejlődéstörténete elválaszthatatlan a kémia és a vegyipar fejlődéstörténetétől. A kémiai elemzésnek már az ókorban ismertek külön technikái és módszerei (anyagok felismerése szín, szag, íz, keménység alapján). A IX - X században. Ruszban az úgynevezett „assay analízist” (az arany, ezüst és ércek tisztaságának meghatározása) alkalmazták. Így vannak feljegyzések Nagy Péterről az ércek „vizsgálati elemzéséről”. Ugyanakkor a kvalitatív elemzés (a minőségi összetétel meghatározása) mindig megelőzte a kvantitatív elemzést (az összetevők mennyiségi arányának meghatározása). A kvalitatív elemzés megalapítója Robert Boyle angol tudós, aki először leírt módszereket SO 2 - és Cl - - ionok kimutatására Ba 2 + - és Ag + - ionok segítségével, valamint 4 szerves festéket használt indikátorként (lakmusz). Az analitikus kémia azonban M.V. felfedezése után kezdett tudományná formálódni. Lomonoszov az anyagok tömegének kémiai reakciókban való megmaradásának törvényéről és a mérlegek használatáról a kémiai gyakorlatban. Így M.V. Lomonoszov a kvantitatív elemzés alapítója. Lomonoszov kortársa, T.E. akadémikus. Lovitz megállapította a kapcsolatot a kristályok alakja és kémiai összetételük között: "mikrokristályos elemzés". A kémiai elemzéssel foglalkozó első klasszikus munkák V.M. akadémikushoz tartoznak. Severgin, aki kiadta az "Útmutatót az ásványvizek vizsgálatához". 1844-ben a kazanyi egyetem professzora, K.K. Klaus a "nyers platina" elemzése során egy új elemet fedezett fel - a ruténiumot. Az analitikus kémia fejlődésében, tudománygá formálódásában fordulópontot jelentett, hogy D.I. felfedezte a periodikus törvényt. Mengyelejev (1869). A D.I. Mengyelejev megteremtette az analitikus kémia módszereinek elméleti alapját, és meghatározta fejlesztésének fő irányát. 1871-ben az első kvalitatív és kvantitatív elemzési kézikönyvet N.A. Menshutkin "Analitikai kémia". Az analitikai kémiát számos ország tudósának munkái hozták létre. Az analitikai kémia fejlesztéséhez felbecsülhetetlen értékű hozzájárulást tettek orosz tudósok: A.P. Vinogradov, N.A. Tananaev, I.P. Alimarin, Yu.A. Zolotov, A.P. Kreshkov, L.A. Chugaev, M.S. Színes, E.A. Bozsevolnov, V.I. Kuznyecov, S.B. Savvin és társai Az analitikus kémia fejlődése a szovjet hatalom első éveiben három fő irányban zajlott: – a vállalkozások segítése az elemzések elvégzésében; – új módszerek kidolgozása a természeti és ipari objektumok elemzésére; – kémiai reagensek és készítmények beszerzése. A második világháború idején az analitikai kémia végzett védelmi feladatokat. Az analitikai kémiában sokáig az úgynevezett „klasszikus” elemzési módszerek domináltak. Az analízist „művészetnek” tekintették, és élesen a kísérletező „kezétől” függött. A technológiai fejlődés gyorsabb, egyszerűbb elemzési módszereket igényelt. Jelenleg a legtöbb tömeges kémiai elemzést félautomata és automata műszerekkel végzik. Ugyanakkor a berendezés ára megtérül a magas hatásfokkal. Jelenleg hatékony, informatív és érzékeny elemzési módszerek alkalmazására van szükség a szennyező anyagok MPC-nél alacsonyabb koncentrációjának szabályozására. Valóban, mit jelent a normatív "összetevő hiánya"? Talán olyan alacsony a koncentrációja, hogy hagyományos módszerrel nem határozható meg, de még meg kell tenni. Valójában a környezet védelme kihívást jelent az analitikai kémia számára. Alapvető fontosságú, hogy a szennyező anyagok analitikai módszerekkel történő kimutatásának határa ne legyen alacsonyabb 0,5 MPC-nél. 1.2 TECHNIKAI ELEMZÉS Bármely gyártás minden szakaszában műszaki ellenőrzést végeznek - pl. munkát végeznek a termékek minőségének ellenőrzésére a technológiai folyamat során a hibák megelőzése és a műszaki előírásoknak és az állami szabványoknak megfelelő termékek kiadásának biztosítása érdekében. A műszaki elemzés általános - minden vállalkozásban megtalálható anyagok elemzésére (H2O, üzemanyag, kenőanyagok) és speciális - csak ebben a vállalkozásban található anyagok elemzésére (alapanyagok, féltermékek, gyártási hulladékok, végtermék) oszlik. Ennek érdekében analitikus vegyészek ezrei végeznek naponta több millió elemzést a vonatkozó nemzetközi állami szabványoknak megfelelően. Elemzési módszer - az analitikai reakciók teljesítményének részletes leírása, megjelölve végrehajtásuk feltételeit. Feladata a kísérletezés készségeinek és az analitikus reakciók lényegének elsajátítása. Az analitikai kémia módszerei különböző elveken alapulnak. 1.3 AZ ANALÍZIS MÓDSZEREK OSZTÁLYOZÁSA 1 Az elemzés tárgyai szerint: szervetlen és szerves. 2 Cél szerint: minőségi és mennyiségi. A kvantitatív elemzés lehetővé teszi egy adott vegyület vagy anyagkeverék alkotórészeinek mennyiségi arányának meghatározását. A kvalitatív elemzéstől eltérően a kvantitatív elemzés lehetővé teszi az analit egyes komponenseinek vagy az analit teljes tartalmának meghatározását a vizsgált objektumban. A kvalitatív és kvantitatív elemzési módszereket, amelyek lehetővé teszik az elemzett anyag egyes elemeinek tartalmának meghatározását, elemanalízisnek nevezzük; funkcionális csoportok - funkcionális elemzés; egyes kémiai vegyületek, amelyeket egy bizonyos molekulatömeg jellemez - molekuláris analízis. Fázisanalízisnek nevezzük a heterogén rendszerek tulajdonságaiban és fizikai felépítésében eltérő, egymástól interfészekkel határolt egyedi szerkezeti (fázis) komponenseinek elkülönítésére és meghatározására szolgáló különféle kémiai, fizikai és fizikai-kémiai módszerek összességét. 3 A kivitelezés módja szerint: kémiai, fizikai és fizikai-kémiai (műszeres) módszerek. 4 A minta tömege szerint: makro– (>> 0,10 g), félig – (0,10–0,01 g), mikro– (0,01–10–6 g), ultramikroanalízis (< 10 −6 г). 1.4 АНАЛИТИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ 1.4.1 Способы выполнения аналитических реакций В основе аналитических методов – получение и измерение аналитического сигнала, т.е. любое проявление химических и физических свойств вещества в результате протекания химической реакции. Аналитические реакции можно проводить «сухим» и «мокрым» путем. Примеры реакций, проводимых «сухим» путем: реакции окрашивания пламени (Na + – желтый; Sr 2+ – красный; Ba 2+ – зеленый; K + – фиолетовый; Tl 3+ – зеленый, In + – синий и др.); при сплавлении Na 2 B 4 O 7 и Co 2+ , Na 2 B 4 O 7 и Ni 2+ , Na 2 B 4 O 7 и Cr 3+ образуются «перлы» буры различной окраски. Чаще всего аналитические реакции проводят в растворах. Анализируемый объект (индивидуальное вещество или смесь веществ) может находиться в любом az összesítés állapota(szilárd, folyékony, gáznemű). Az elemzés tárgyát mintának vagy mintának nevezzük. Ugyanaz az elem a mintában eltérő lehet kémiai formák . Például: S 0, S 2−, SO 2 −, SO 3 - stb. Az elemzés céljaitól és célkitűzéseitől függően a minta oldatba adása után elemanalízist (a teljes kéntartalom meghatározása) vagy fázisanalízist (a kéntartalom meghatározása minden fázisban vagy annak egyes kémiai formáiban) végeznek. . Ennek vagy annak az analitikai reakciónak a végrehajtásakor szigorúan be kell tartani bizonyos feltételeket annak lefolyására (hőmérséklet, az oldat pH-ja, koncentrációja), hogy gyorsan lezajlik és kellően alacsony kimutatási határa legyen. 1.4.2 Az analitikai reakciók osztályozása 1 Csoportreakciók: ugyanaz a reagens reagál egy ioncsoporttal, ugyanazt a jelet adva. Tehát egy ioncsoport (Ag +, Pb 2+, Hg 2+) szétválasztásához a Cl - - ionokkal való reakciójukat használják, miközben 2 fehér csapadék képződik (AgCl, PbCl 2, Hg 2 Cl 2). 2 Szelektív (szelektív) reakciók. Példa: keményítő-jód reakció. F. Stromeyer német kémikus írta le először 1815-ben. Erre a célra szerves reagenseket használnak. Példa: dimetil-glioxim + Ni 2+ → nikkel-dimetil-glioximát alo-vörös csapadék képződése. Az analitikai reakció lefolyásának körülményeinek megváltoztatásával lehetőség nyílik a nem szelektív reakciók szelektívvé tételére. Példa: ha az Ag +, Pb 2 +, Hg 2 + + Cl - reakciókat hevítés közben hajtják végre, akkor a PbCl 2 nem csapódik ki, mivel 2 jól oldódik forró vízben. 3 A komplexképzési reakciókat a zavaró ionok elfedésére használják. Példa: Co 2+ kimutatására Fe 3+ - ionok jelenlétében KSCN segítségével a reakciót F - - ionok jelenlétében hajtjuk végre. Ebben az esetben Fe 3+ + 4F − → − , K n = 10 −16, ezért a Fe 3+ - ionok komplexek, és nem zavarják a Co 2+ - ionok meghatározását. 1.4.3 Az analitikai kémiában alkalmazott reakciók 1 Hidrolízis (kation, anion, kation és anion) Al 3+ + HOH ↔ Al(OH) 2+ + H + ; CO 3 - + HOH ↔ HCO 3 + OH - ; 2 − Fe 3+ + (NH 4) 2 S + HOH → Fe(OH) 3 + ... 4 + 2H 2 SO 4  3 Komplex képződési reakciók СuSO 4 + 4 NH 4 OH → SO 4 + 4H 2 O 4 Kicsapási reakciók Ba 2+ + SO 2− →↓ BaSO 4 4 1.4.4 Kvalitatív elemzési módszerek jelei 1 A csapadék képződése vagy feloldódása Hg 2+ + 2I − →↓ HgI 2 ; piros HgI 2 + 2KI - → K 2 színtelen 2 Az oldat színének megjelenése, változása, eltűnése (színreakciók) Mn 2 + → - MnO 4 → MnO 2 - 4 színtelen lila zöld 3 Gázfejlődés SO 3 - + 2H + → SO 2 + H 2 O. 2 4 Szigorúan meghatározott alakú kristályok képződésének reakciói (mikrokristályos reakciók). 5 Lángszínreakciók. 1.5 A kationok és anionok analitikai osztályozása A kationok két osztályozása létezik: sav-bázis és hidrogén-szulfid. A kationok hidrogén-szulfidos osztályozását a táblázat mutatja be. 1.1. 1.1. A kationok hidrogén-szulfidos osztályozása Analitikai analitikai kationok Reagenscsoport csoport formája І K + , Na + , NH + , Mg 2 + 4   (NH 4) 2 CO 3 + NH 4 OH + NH 4 Cl II Ba 2 + , Sr 2 + , Ca 2 + MeCO3 ↓ pH ~ 9 Al3 +, Cr 3 + (NH 4) 2 S + NH 4 OH + NH 4 Cl Me(OH)m ↓ III Zn 2 +, Mn 2 +, Ni 2 +, Co 2 + , Fe 2 + , Fe3 + pH ~ 9 MeS ↓ Cu 2 + , Cd 2 + , Bi 3 + , Sn 2 + , Sn 4 + H 2S → HCl , IV MeS ↓ Hg 2 + , As3 + , As5 + , Sb 3 + , Sb 5 + pH ~ 0,5 V Ag + , Pb 2 + , 2 + HCl MeCl m ↓ Minden aniont két csoportra osztanak: 1 Csoport reagens - BaCl 2 ; ebben az esetben oldható báriumsók keletkeznek: - - - Cl, Br, I, NO 3, CH 3 COO - , SCN - , - , 4- 3- 2 - ClO - , ClO - , ClO 3, ClO - . − , BrO3 4 2 Az anionok rosszul oldódó báriumsókat képeznek, amelyek oldódnak ecetsavban, sósavban és salétromsavban (a BaSO 4 kivételével): F − , CO 3 − , SO 2− , SO 3 − , S 2 O 3 − , SiO 3 − , CrO 2− , PO 3− . 2 4 2 2 2 4 4 1.5.1 Elemzési séma ismeretlen anyag azonosítására 1 Szárazanyag színe: fekete: FeS, PbS, Ag 2 S, HgS, NiS, CoS, CuO, MnO 2 stb.; narancs: Cr2O 7− és mások; 2 sárga: CrO 2−, HgO, CdS; 4 piros: Fe(SCN)3, Co 2+; kék: Cu 2+ . 2 Lángszínezés. 3 Ellenőrizze, hogy van-e kristályos víz. 4 Savak hatása száraz sóra (gázra). 5 Oldószer kiválasztása (szobahőmérsékleten, melegítéssel): H 2 O, CH 3 COOH, HCl, H 2 SO 4, aqua regia, fúzió Na 2CO3-mal és ezt követő kilúgozás. Nem szabad elfelejteni, hogy gyakorlatilag minden nitrát, minden kálium-, nátrium- és ammónium-só vízben oldódik. 6 Oldat pH-szabályozása (csak vízoldható tárgyak esetén). 7 Előzetes vizsgálatok (Fe 2+, Fe 3+, NH +). 4 8 Kationok, anionok csoportjának kimutatása. 9 A kation kimutatása. 10 Anionérzékelés. 1.6. Elválasztási és sűrítési módszerek Az elválasztás olyan művelet (folyamat), amelynek eredményeként a kiindulási keveréket alkotó komponensek elválik egymástól. A koncentrálás olyan művelet (folyamat), amelynek eredményeként megnő a mikrokomponensek koncentrációjának vagy mennyiségének a makrokomponensek koncentrációjához vagy mennyiségéhez viszonyított aránya. Az elválasztás és a sűrítés szükségességét a következő tényezők indokolhatják: - a minta a meghatározást zavaró komponenseket tartalmaz; – az analit koncentrációja a módszer kimutatási határa alatt van; – a meghatározott komponensek egyenetlenül oszlanak el a mintában; – nincsenek szabványos minták a műszerek kalibrálásához; – a minta erősen mérgező, radioaktív vagy drága. A legtöbb elválasztási módszer az anyag két fázis közötti eloszlásán alapul: I - vizes és II - szerves fázis. Például az A anyagnál az A I ↔ A II egyensúly jön létre. Ekkor a szerves fázisban lévő A anyag koncentrációjának és a vizes fázisban lévő anyag koncentrációjának arányát K D KD = [A]II [A]I eloszlási állandónak nevezzük, ha mindkét fázis szilárd anyaggal telített oldat. fázisú, és az extrahálandó anyag egyetlen formában létezik, akkor egyensúlyi állapotban az eloszlási állandó egyenlő S II KD = , (1.1) SI ahol S I , S II az anyag oldhatósága a vizes és szerves fázisban. A teljesen teljes extrakció, következésképpen az elválasztás elméletileg kivitelezhetetlen. Az A anyag egyik fázisból a másikba történő extrakciójának hatékonysága két tényezővel jellemezhető: az Rn extrakció teljességével és az Rc szennyeződések elválasztási fokával. x y Rn = ; Rc = , (1.2) x0 y0 ahol x és x0 a kivont anyag tartalma és tartalma az eredeti mintában; y és y0 a végső és a kezdeti szennyezőtartalom. Minél kisebb Rc és minél nagyobb Rn, annál tökéletesebb az elválasztás.