Bármely elemzési módszer egy bizonyos analitikai jelet használ, amelyet adott körülmények között meghatározott elemi objektumok (atomok, molekulák, ionok) adnak, amelyek a vizsgált anyagokat alkotják.

Az analitikai jelek minőségi és mennyiségi információkat is szolgáltatnak. Például, ha kicsapási reakciókat használunk az elemzéshez, akkor minőségi információt kapunk a csapadék megjelenéséből vagy hiányából. A mennyiségi információt az üledék tömegéből nyerjük. Amikor egy anyag bizonyos körülmények között fényt bocsát ki, a minőségi információt a jellemző színnek megfelelő hullámhosszon megjelenő jel (fénykibocsátás), a mennyiségi információ pedig a fénysugárzás intenzitásából nyeri.

Az analitikai jel eredete szerint az analitikai kémia módszerei kémiai, fizikai és fizikai-kémiai módszerekre oszthatók.

BAN BEN kémiai módszerek végezzen kémiai reakciót, és mérje meg vagy a kapott termék tömegét - gravimetriás (tömeg) módszerekkel, vagy az anyaggal való kölcsönhatáshoz felhasznált reagens térfogatát - titrimetriás, gáztérfogati (volumetriás) módszerekkel.

A gáztérfogat-elemzés (gáztérfogat-analízis) a gázkeverék alkotórészeinek szelektív abszorpcióján alapul egy vagy másik abszorberrel töltött edényekben, majd ezt követi a gáztérfogat-csökkenés bürettával történő mérése. Tehát a szén-dioxidot kálium-hidroxid oldattal, az oxigént - pirogallol oldattal, a szén-monoxidot - a réz-klorid ammónia oldatával abszorbeálják. A gáztérfogat mérés kifejezett elemzési módszerekre utal. Széles körben használják karbonátok meghatározására g.p.-ben és ásványi anyagokban.

A kémiai elemzési módszereket széles körben alkalmazzák ércek, kőzetek, ásványok és egyéb anyagok elemzésére a bennük lévő komponensek meghatározására, tized-többtíz százalékos tartalommal. A kémiai elemzési módszereket nagy pontosság jellemzi (az elemzési hiba általában tized százalék). Ezeket a módszereket azonban fokozatosan felváltják a gyorsabb fizikai-kémiai és fizikai elemzési módszerek.

Fizikai módszerek elemzések egyesek mérésén alapulnak fizikai tulajdon anyagok, ami az összetétel függvénye. Például a refraktometria a fény relatív törésmutatóinak mérésén alapul. Az aktiválási vizsgálat során az izotópok aktivitását stb. mérik. Gyakran előfordul, hogy a vizsgálat során előzetesen kémiai reakciót hajtanak végre, és a kapott termék koncentrációját fizikai tulajdonságok határozzák meg, például a színes reakciótermék fénysugárzás elnyelésének intenzitása. Az ilyen elemzési módszereket fizikokémiainak nevezzük.

A fizikai elemzési módszereket a magas termelékenység, az elemek alacsony kimutatási határa, az elemzési eredmények objektivitása jellemzi, magas szint automatizálás. A kőzetek és ásványok elemzése során fizikai elemzési módszereket alkalmaznak. Az atomemissziós módszer például meghatározza a wolframot a gránitokban és a palákban, az antimont, az ónt és az ólmot a kőzetekben és a foszfátokban; atomabszorpciós módszer - magnézium és szilícium szilikátokban; Röntgen fluoreszcens - vanádium ilmenitben, magnezitben, alumínium-oxidban; tömegspektrometriás - mangán a holdi regolitban; neutronaktiválás - vas, cink, antimon, ezüst, kobalt, szelén és szkandium olajban; izotópos hígítási módszer - kobalt szilikát kőzetekben.

A fizikai és fizikai-kémiai módszereket néha műszeresnek is nevezik, mivel ezek a módszerek speciálisan az elemzés főbb szakaszainak elvégzésére és eredményeinek rögzítésére alkalmas eszközök (berendezések) használatát igénylik.

Fizikai és kémiai módszerek az elemzés magában foglalhatja az analit kémiai átalakulását, a minta feloldódását, az elemzett komponens koncentrációját, a zavaró anyagok elfedését és egyebeket. Ellentétben a "klasszikus" kémiai elemzési módszerekkel, ahol az anyag tömege vagy térfogata szolgál analitikai jelként, a fizikai-kémiai elemzési módszerek a sugárzás intenzitását, az áramerősséget, az elektromos vezetőképességet és a potenciálkülönbséget használják analitikai jelként.

Nagy gyakorlati jelentőséggel bírnak az elektromágneses sugárzás kibocsátásának és abszorpciójának vizsgálatán alapuló módszerek a spektrum különböző tartományaiban. Ide tartozik a spektroszkópia (például lumineszcens elemzés, spektrális elemzés, nefelometria és turbidimetria és mások). A fontos fizikai-kémiai elemzési módszerek közé tartoznak a mérést használó elektrokémiai módszerek elektromos tulajdonságok anyagok (coulometria, potenciometria stb.), valamint kromatográfia (pl. gázkromatográfia, folyadékkromatográfia, ioncserélő kromatográfia, vékonyréteg-kromatográfia). Sikeresen dolgoznak ki a kémiai reakciók sebességének mérésén (kinetikai elemzési módszerek), a reakciók termikus hatásán (termometrikus titrálás), valamint az ionok mágneses térben történő elválasztásán (tömegspektrometria) alapuló módszereket.

1. BEVEZETÉS

2. A MÓDSZEREK OSZTÁLYOZÁSA

3. ELEMZŐ JEL

4.3. KÉMIAI MÓDSZEREK

4.8. TERMÁLIS MÓDSZEREK

5. KÖVETKEZTETÉS

6. HASZNÁLT IRODALOM JEGYZÉKE

BEVEZETÉS

A kémiai elemzés számos iparágban a termelés és a termékminőség ellenőrzésének eszközeként szolgál nemzetgazdaság. Az ásványkutatás különböző mértékben az elemzés eredményein alapul. Az elemzés a szennyeződés ellenőrzésének fő eszköze környezet. A talajok, műtrágyák, takarmányok és mezőgazdasági termékek kémiai összetételének megismerése fontos az agráripari komplexum normális működéséhez. A kémiai elemzés nélkülözhetetlen az orvosi diagnosztikában és a biotechnológiában. Számos tudomány fejlődése függ a kémiai elemzés színvonalától, a laboratórium módszerekkel, műszerekkel, reagensekkel való felszereltségétől.

A kémiai elemzés tudományos alapja az analitikus kémia, egy olyan tudomány, amely évszázadok óta a kémia része, néha pedig fő része.

Analitikai kémia- Ez az anyagok kémiai összetételének és részben kémiai szerkezetének meghatározásának tudománya. Az analitikai kémia módszerei lehetővé teszik olyan kérdések megválaszolását, hogy miből áll egy anyag, milyen összetevőket tartalmaz az összetétele. Ezek a módszerek gyakran lehetővé teszik annak kiderítését, hogy egy adott komponens milyen formában van jelen egy anyagban, például egy elem oxidációs állapotának meghatározásához. Néha meg lehet becsülni az összetevők térbeli elrendezését.

A módszerek kidolgozásakor gyakran kell ötleteket kölcsönöznie a kapcsolódó tudományterületekről, és azokat a céljaihoz igazítania. Az analitikus kémia feladata a módszerek elméleti alapjainak kidolgozása, alkalmazhatóságuk korlátainak megállapítása, a metrológiai és egyéb jellemzők felmérése, a különböző objektumok elemzési módszereinek megalkotása.

Az elemzés módszerei és eszközei folyamatosan változnak: új megközelítések jelennek meg, új elvek és jelenségek kerülnek alkalmazásra, gyakran a tudás távoli területeiről.

Az elemzési módszer egy meglehetősen univerzális és elméletileg indokolt módszer az összetétel meghatározására, függetlenül a meghatározandó komponenstől és az elemzett objektumtól. Amikor az elemzés módszeréről beszélnek, akkor a mögöttes elvet, az összetétel és bármely mért tulajdonság közötti kapcsolat mennyiségi kifejezését értik; kiválasztott megvalósítási technikák, beleértve az interferencia észlelését és kiküszöbölését; gyakorlati megvalósítást szolgáló eszközök és mérési eredmények feldolgozásának módszerei. Az elemzési módszertan egy adott objektum elemzésének részletes leírása a kiválasztott módszerrel.

Az analitikus kémiának, mint tudásterületnek három funkciója van:

1. általános elemzési kérdések megoldása,

2. analitikai módszerek fejlesztése,

3. konkrét elemzési problémák megoldása.

Azt is meg lehet különböztetni minőségiÉs mennyiségi elemzések. Az első eldönti, hogy az elemzett objektum mely komponenseket tartalmazza, a második pedig az összes vagy egyes komponensek mennyiségi tartalmáról ad információt.

2. A MÓDSZEREK OSZTÁLYOZÁSA

Az összes létező analitikai kémia módszer felosztható mintavételi, mintabontási, komponensek szétválasztási, kimutatási (azonosítási) és meghatározási módszerekre. Vannak hibrid módszerek, amelyek kombinálják az elválasztást és a meghatározást. Az észlelési és meghatározási módszereknek sok közös vonása van.

A meghatározás módszerei a legnagyobb jelentőséggel bírnak. Osztályozhatók a mért tulajdonság jellege vagy a megfelelő jel regisztrálásának módja szerint. A meghatározási módszerek a következőkre oszlanak kémiai , fizikaiÉs biológiai. A kémiai módszerek kémiai (beleértve az elektrokémiai) reakciókon alapulnak. Ez magában foglalja a fizikai-kémiai módszereket. A fizikai módszerek a fizikai jelenségeken és folyamatokon, a biológiai módszerek az élet jelenségén alapulnak.

Az analitikai kémiai módszerekkel szemben támasztott fő követelmények: az eredmények helyessége és jó reprodukálhatósága, a szükséges komponensek alacsony kimutatási határa, szelektivitás, gyorsaság, az analízis egyszerűsége, automatizálásának lehetősége.

Az elemzési módszer kiválasztásakor egyértelműen ismerni kell az elemzés célját, a megoldandó feladatokat, értékelni kell a rendelkezésre álló elemzési módszerek előnyeit és hátrányait.

3. ELEMZŐ JEL

A minta kiválasztása és előkészítése után kezdődik a kémiai elemzés szakasza, amelynél a komponens kimutatása vagy mennyisége meghatározásra kerül. Ebből a célból mérik elemző jel. A legtöbb módszerben az analitikai jel egy fizikai mennyiség méréseinek átlaga az analízis végső szakaszában, funkcionálisan az analit tartalmával kapcsolatban.

Ha valamilyen alkatrész észlelésére van szükség, azt általában rögzítik kinézet analitikai jel - csapadék, szín, vonalak megjelenése a spektrumban stb. Az analitikai jel megjelenését megbízhatóan rögzíteni kell. Egy komponens mennyiségének meghatározásakor azt mérik nagyságrendű analitikai jel - üledék tömege, áramerősség, spektrumvonal intenzitása stb.

4. ANALITIKAI KÉMIA MÓDSZEREI

4.1. MASZKOLÁS, ELVÁLASZTÁS ÉS TÖRÍTÉS MÓDSZEREI

Maszkolás.

A maszkolás gátlás vagy teljes elnyomás kémiai reakció irányát vagy sebességét megváltoztatni képes anyagok jelenlétében. Ebben az esetben nem képződik új fázis. Kétféle maszkolás létezik: termodinamikai (egyensúlyi) és kinetikus (nem egyensúlyi). A termodinamikai maszkolásnál olyan feltételek jönnek létre, amelyek mellett a feltételes reakcióállandó olyan mértékben csökken, hogy a reakció elenyésző mértékben megy végbe. A maszkolt komponens koncentrációja nem lesz elegendő az analitikai jel megbízható rögzítéséhez. A kinetikus maszkolás azon alapul, hogy ugyanazzal a reagenssel növeljük a maszkolt és az analit reakciósebessége közötti különbséget.

Elkülönülés és koncentráció.

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 meghatározandó komponensek egyenetlenül oszlanak el a mintában; nincsenek szabványos minták a műszerek kalibrálásához; a minta erősen mérgező, radioaktív és drága.

Elválasztás- ez egy művelet (folyamat), amelynek eredményeként a kiindulási keveréket alkotó komponensek elválik egymástól.

koncentráció- ez egy olyan művelet (folyamat), amelynek eredményeként megnő a mikrokomponensek koncentrációjának vagy mennyiségének a makrokomponens koncentrációjához vagy mennyiségéhez viszonyított aránya.

Csapadék és társcsapadék.

A csapadékot általában szervetlen anyagok elkülönítésére használják. A mikrokomponensek szerves reagensekkel történő kicsapása, és különösen ezek együttes kicsapása magas koncentrációs tényezőt biztosít. Ezeket a módszereket olyan meghatározási módszerekkel kombinálva alkalmazzák, amelyeket úgy terveztek, hogy szilárd mintákból analitikai jelet kapjanak.

A kicsapással történő elválasztás a vegyületek eltérő oldhatóságán alapul, főleg vizes oldatokban.

A koprecipitáció egy mikrokomponens eloszlása ​​az oldat és a csapadék között.

Kitermelés.

Az extrakció egy fiziko-kémiai folyamat, amelynek során egy anyagot két fázis, leggyakrabban két egymással nem elegyedő folyadék között osztanak el. Ez is egy kémiai reakciókkal járó tömegátviteli folyamat.

Az extrakciós módszerek alkalmasak töményítésre, mikro- vagy makrokomponensek extrakciójára, komponensek egyedi és csoportos izolálására különböző ipari és természeti objektumok elemzésénél. A módszer egyszerűen és gyorsan kivitelezhető, nagy hatékonyságot biztosít az elválasztásban és a koncentrálásban, valamint kompatibilis a különböző meghatározási módszerekkel. Az extrakció lehetővé teszi az anyagok oldatban lévő állapotának tanulmányozását különböző körülmények között, a fizikai-kémiai jellemzők meghatározásához.

Szorpció.

A szorpció jól használható anyagok szétválasztására és koncentrálására. A szorpciós módszerek általában jó elválasztási szelektivitást és magas koncentrációs faktorokat biztosítanak.

Szorpció- gázok, gőzök és oldott anyagok szilárd vagy folyékony abszorberek általi abszorpciója szilárd hordozón (szorbensek).

Elektrolitikus elválasztás és cementálás.

A legelterjedtebb választási elválasztási módszer, amelyben az elválasztott vagy koncentrált anyagot szilárd elektródákon elemi állapotban vagy valamilyen vegyület formájában izolálják. Elektrolitikus leválasztás (elektrolízis) csapadék alapján Áramütés szabályozott potenciálon. A fémek katódos leválasztásának leggyakoribb változata. Az elektróda anyaga lehet szén, platina, ezüst, réz, volfrám stb.

elektroforézis a különböző töltésű, alakú és méretű részecskék elektromos térben való mozgási sebességének különbségén alapul. A mozgás sebessége a töltéstől, a térerősségtől és a részecskesugártól függ. Kétféle elektroforézis létezik: frontális (egyszerű) és zóna (hordozón). Az első esetben a szétválasztandó komponenseket tartalmazó oldat kis térfogatát elektrolitoldattal ellátott csőbe helyezzük. A második esetben a mozgás egy stabilizáló közegben történik, amely a részecskéket a helyükön tartja az elektromos tér kikapcsolása után.

Módszer fugázás a kellően negatív potenciállal rendelkező fémeken lévő komponensek (általában kis mennyiségben) redukciójából vagy elektronegatív fémek almagámáiból áll. A cementálás során egyidejűleg két folyamat megy végbe: katódos (a komponens szétválása) és anódos (a cementáló fém feloldódása).

Párolgási módszerek.

Mód lepárlás anyagok eltérő illékonysága alapján. Az anyag folyékony halmazállapotból gázhalmazállapotba kerül, majd kondenzálódik, ismét folyékony vagy néha szilárd fázist képezve.

Egyszerű desztilláció (bepárlás)– egylépcsős elválasztási és koncentrálási folyamat. A párolgás eltávolítja azokat az anyagokat, amelyek kész illékony vegyületek formájában vannak. Ezek lehetnek makro- és mikrokomponensek, utóbbi desztillációját ritkábban alkalmazzák.

Szublimáció (szublimáció)- anyag átadása a szilárd állapot gáz halmazállapotúvá, majd szilárd formában (a folyadékfázis megkerülésével) kicsapódik. A szublimációs elválasztást általában akkor alkalmazzák, ha az elválasztandó komponensek nehezen olvadnak vagy nehezen oldódnak.

Ellenőrzött kristályosítás.

Amikor egy oldatot, olvadékot vagy gázt lehűtjük, szilárd fázisú magok képződnek - kristályosodás, amely ellenőrizhetetlen (ömlesztett) és szabályozható. Kontrollálatlan kristályosodás esetén a kristályok spontán módon keletkeznek az egész térfogatban. Az irányított kristályosításnál a folyamatot külső körülmények (hőmérséklet, fázismozgás iránya stb.) határozzák meg.

Kétféle szabályozott kristályosítás létezik: irányított kristályosítás(V adott irányt) És zóna olvadás(folyékony zóna mozgása szilárd testben meghatározott irányban).

Az irányított kristályosítással egy határfelület jelenik meg a szilárd és a folyadék között - a kristályosodási front. A zónaolvadásnak két határa van: a kristályosodási front és az olvadási front.

4.2. KROMATOGRÁFIAI MÓDSZEREK

A kromatográfia a leggyakrabban használt analitikai módszer. A legújabb kromatográfiás módszerekkel egységnyi molekulatömegű, 10 6 közötti molekulatömegű gáznemű, folyékony és szilárd anyagokat lehet meghatározni. Ezek lehetnek hidrogénizotópok, fémionok, szintetikus polimerek, fehérjék, stb. A kromatográfia segítségével széleskörű információhoz juthatunk az izotóp szerkezetéről és tulajdonságairól. szerves vegyületek sok osztály.

Kromatográfia- Ez az anyagok elválasztásának fiziko-kémiai módszere, amely a komponensek két fázis – álló és mobil – közötti eloszlásán alapul. Az állófázis (stacionárius) általában szilárd anyag (gyakran szorbensnek nevezik) vagy szilárd anyagra lerakódott folyékony film. A mozgófázis az állófázison átáramló folyadék vagy gáz.

A módszer lehetővé teszi egy többkomponensű keverék szétválasztását, a komponensek azonosítását és mennyiségi összetételének meghatározását.

A kromatográfiás módszereket a következő kritériumok szerint osztályozzák:

a) a keverék aggregáltsági állapota szerint, amelyben komponensekre - gáz-, folyadék- és gáz-folyadék kromatográfia - szétválasztják;

b) az elválasztási mechanizmus szerint - adszorpciós, eloszlási, ioncserélő, üledékes, redox, adszorpciós-komplexációs kromatográfia;

c) a kromatográfiás eljárás formája szerint - oszlop, kapilláris, sík (papír, vékonyréteg és membrán).

4.3. KÉMIAI MÓDSZEREK

A kimutatás és meghatározás kémiai módszerei háromféle kémiai reakción alapulnak: sav-bázis, redox és komplexképződés. Néha az összetevők aggregált állapotának megváltozásával járnak együtt. A kémiai módszerek közül a legfontosabb a gravimetriás és a titrimetriás. Ezeket az analitikai módszereket klasszikusnak nevezzük. A kémiai reakció analitikai módszer alapjául való alkalmasságának kritériuma a legtöbb esetben a teljesség és a nagy sebesség.

gravimetriás módszerek.

A gravimetriás elemzés abból áll, hogy egy anyagot tiszta formában izolálnak és lemérnek. Leggyakrabban az ilyen izolálást csapadékkal végzik. Egy ritkábban meghatározott komponenst illékony vegyületként izolálnak (desztillációs módszerek). Egyes esetekben a gravimetria a legjobb módszer egy analitikai probléma megoldására. Ez egy abszolút (referencia) módszer.

A gravimetriás módszerek hátránya a meghatározás időtartama, különösen a sorozatanalíziseknél. egy nagy szám a minták, valamint a nem szelektivitás - kicsapó reagensek, néhány kivételtől eltekintve, ritkán specifikusak. Ezért gyakran szükség van előzetes szétválasztásra.

A tömeg az analitikai jel a gravimetriában.

titrimetriás módszerek.

A kvantitatív kémiai analízis titrimetriás módszere a meghatározandó A komponenssel történő reakcióhoz elköltött B reagens mennyiségének mérésén alapuló módszer, a gyakorlatban a legkényelmesebb, ha a reagenst pontosan ismert koncentrációjú oldat formájában adagoljuk. Ennél a változatnál a titrálás az a folyamat, amikor egy pontosan ismert koncentrációjú (titrán) reagens oldatot folyamatosan adagolunk a meghatározandó komponens oldatához.

A titrimetriában három titrálási módszert alkalmaznak: előre, fordított és szubsztituens titrálást.

közvetlen titrálás- ez az A analit oldatának közvetlenül a B titrán oldatával történő titrálása. Akkor használják, ha az A és B közötti reakció gyorsan lezajlik.

Visszatitrálás abból áll, hogy az A analithoz feleslegben adjuk a B standard oldatot pontosan ismert mennyiségben, és a reakció befejeződése után a B maradék mennyiségét titráljuk B' titrán oldatával. Ezt a módszert olyan esetekben alkalmazzuk, amikor az A és B közötti reakció nem elég gyors, vagy nincs megfelelő indikátor a reakció ekvivalencia pontjának rögzítésére.

Helyettesítő titrálás nem meghatározott mennyiségű A anyag, hanem egyenértékű mennyiségű A szubsztituens titrálásából áll a B titrálóval, amely egy meghatározott A anyag és valamilyen reagens közötti előzetes reakció eredménye. Ezt a titrálási módszert általában olyan esetekben alkalmazzák, amikor lehetetlen közvetlen titrálást végezni.

Kinetikai módszerek.

A kinetikai módszerek a kémiai reakció sebességének a reagensek koncentrációjától, katalitikus reakciók esetén pedig a katalizátor koncentrációjától való függésén alapulnak. Az analitikai jel a kinetikai módszerekben a folyamat sebessége vagy azzal arányos mennyiség.

A kinetikai módszer alapjául szolgáló reakciót indikátornak nevezzük. Az az anyag, amelynek koncentrációjának változását egy indikátorfolyamat sebességének megítélésére használják, indikátor.

biokémiai módszerek.

Között modern módszerek A kémiai elemzésben fontos helyet foglalnak el a biokémiai módszerek. A biokémiai módszerek közé tartoznak a biológiai komponenseket (enzimeket, antitesteket stb.) tartalmazó folyamatok alkalmazásán alapuló módszerek. Ebben az esetben az analitikai jel leggyakrabban vagy a folyamat kezdeti sebessége, vagy az egyik reakciótermék végső koncentrációja, amelyet bármilyen műszeres módszerrel határoznak meg.

Enzimatikus módszerek enzimek – biológiai katalizátorok – által katalizált reakciók felhasználásán alapul, nagy aktivitással és hatásszelektivitással jellemezhető.

Immunkémiai módszerek az elemzések a meghatározott vegyület - antigén megfelelő antitestek specifikus kötődésén alapulnak. Az oldatban az antitestek és az antigének közötti immunkémiai reakció összetett folyamat, amely több szakaszból áll.

4.4. ELEKTROKÉMIAI MÓDSZEREK

Az elektrokémiai elemzési és kutatási módszerek az elektródák felületén vagy az elektródához közeli térben lezajló folyamatok vizsgálatán és felhasználásán alapulnak. Analitikai jelként szolgálhat bármely elektromos paraméter (potenciál, áramerősség, ellenállás stb.), amely funkcionálisan összefügg a vizsgált oldat koncentrációjával, és helyesen mérhető.

Vannak direkt és közvetett elektrokémiai módszerek. A direkt módszereknél az áramerősség (potenciál stb.) az analit koncentrációjától való függését használják. Az indirekt módszereknél az áramerősséget (potenciált stb.) mérik, hogy megtalálják az analit megfelelő titrálóval történő titrálásának végpontját, pl. használja a mért paraméter függőségét a titráló térfogatától.

Bármilyen elektrokémiai méréshez elektrokémiai áramkörre vagy elektrokémiai cellára van szükség, melynek összetevője a vizsgált oldat.

Az elektrokémiai módszerek osztályozásának különféle módjai vannak, a nagyon egyszerűtől a nagyon összetettig, az elektródafolyamatok részleteinek figyelembevételével.

4.5. SPEKTROSZKÓPOS MÓDSZEREK

A spektroszkópiai elemzési módszerek közé tartozik fizikai módszerek az elektromágneses sugárzás anyaggal való kölcsönhatásán alapul. Ez a kölcsönhatás különféle energiaátmenetekhez vezet, amelyeket kísérletileg sugárzáselnyelés, visszaverődés és elektromágneses sugárzás szórása formájában regisztrálnak.

4.6. TÖMEGSPEKTROMETRIUS MÓDSZEREK

A tömegspektrometriás elemzési módszer a kibocsátott anyag atomjainak és molekuláinak ionizálásán, majd a keletkező ionok térben vagy időben történő elválasztásán alapul.

A tömegspektrometria legfontosabb alkalmazása a szerves vegyületek szerkezetének azonosítása és megállapítása volt. A szerves vegyületek összetett keverékeinek molekuláris elemzését kromatográfiás elválasztásuk után kell elvégezni.

4.7. ANALÍZIS MÓDSZEREK RADIOAKTIVITÁS ALAPJÁN

A radioaktivitáson alapuló elemzési módszerek a magfizika, a radiokémia és az atomtechnika fejlődésének korszakában jelentek meg, és ma már sikeresen alkalmazzák különféle elemzésekben, így az iparban és a geológiai szolgálatban is. Ezek a módszerek nagyon sokfélék és változatosak. Négy fő csoport különíthető el: radioaktív elemzés; izotóphígítási módszerek és egyéb radioaktív nyomkövető módszerek; a sugárzás abszorpcióján és szóródásán alapuló módszerek; tisztán radiometriai módszerek. A legelterjedtebb radioaktív módszer. Ez a módszer a mesterséges radioaktivitás felfedezése után jelent meg, és az elem radioaktív izotópjainak képzésén alapul, amelyet a minta nukleáris vagy g-részecskékkel történő besugárzásával és az aktiválás során kapott mesterséges radioaktivitás rögzítésével határoznak meg.

4.8. TERMÁLIS MÓDSZEREK

A termikus elemzési módszerek az anyag és a hőenergia kölcsönhatásán alapulnak. A hőhatásokat, amelyek kémiai reakciók okai vagy következményei, a legszélesebb körben használják az analitikai kémiában. Kisebb mértékben olyan módszereket alkalmaznak, amelyek a fizikai folyamatok eredményeként történő hőleadáson vagy -elnyelésen alapulnak. Ezek olyan folyamatok, amelyek egy anyag egyik módosításból a másikba való átmenetéhez, az aggregációs állapot megváltozásával és a molekulák közötti kölcsönhatásban bekövetkező egyéb változásokkal járnak, például az oldódás vagy hígítás során. A táblázat a termikus elemzés leggyakoribb módszereit mutatja be.

A termikus módszereket sikeresen alkalmazzák kohászati ​​anyagok, ásványok, szilikátok, valamint polimerek elemzésére, talajok fázisanalízisére, valamint a minták nedvességtartalmának meghatározására.

4.9. BIOLÓGIAI ANALÍZIS MÓDSZEREK

A biológiai elemzési módszerek azon a tényen alapulnak, hogy a létfontosságú tevékenységhez - növekedéshez, szaporodáshoz és általában az élőlények normális működéséhez szigorúan meghatározott kémiai összetételű környezet szükséges. Amikor ez az összetétel megváltozik, például ha egy komponenst kizárnak a tápközegből, vagy további (meghatározott) vegyületet visznek be, a test egy idő után, néha szinte azonnal, megfelelő válaszjelet ad. A szervezet válaszjelének jellege vagy intenzitása és a környezetbe bevitt vagy a környezetből kizárt komponens mennyisége közötti kapcsolat megállapítása annak kimutatását és meghatározását szolgálja.

A biológiai módszerek analitikai indikátorai a különféle élő szervezetek, azok szervei és szövetei, élettani funkciói stb. Mikroorganizmusok, gerinctelenek, gerincesek, valamint növények is működhetnek indikátorszervezetként.

5. KÖVETKEZTETÉS

Az analitikai kémia jelentőségét meghatározza a társadalom analitikai eredmények iránti igénye, az anyagok minőségi és mennyiségi összetételének megállapításában, a társadalom fejlettségi szintje, az elemzési eredmények társadalmi igénye, valamint magának az analitikus kémiának a fejlettségi szintje.

Idézet N. A. Menshutkin analitikus kémiáról szóló tankönyvéből, 1897: „Miután az analitikus kémia órák teljes kurzusát feladatok formájában mutattuk be, amelyek megoldását a hallgatóra bízzuk, rá kell mutatnunk, hogy a probléma ilyen megoldásához az analitikus kémia szigorúan meghatározott utat ad. Ez a bizonyosság (az analitikus kémia feladatainak szisztematikus megoldása) pedagógiai jelentőséggel bír, ugyanakkor a hallgató megtanulja a vegyületek tulajdonságait a feladatok megoldásában alkalmazni, reakciókörülményeket levezetni, kombinálni. A mentális folyamatoknak ez az egész sorozata így fejezhető ki: az analitikus kémia kémiai gondolkodásra tanít. Ez utóbbi elérése tűnik a legfontosabbnak az analitikus kémia gyakorlati tanulmányaiban.

HASZNÁLT IRODALOM JEGYZÉKE

1. K.M. Olshanova, S.K. Piskareva, K. M. Barashkov "Analitikai kémia", Moszkva, "Kémia", 1980

2. "Analitikai kémia. Kémiai elemzési módszerek”, Moszkva, „Kémia”, 1993

3. „Az analitikai kémia alapjai. 1. könyv, Moszkva, " elvégezni az iskolát", 1999

4. „Az analitikai kémia alapjai. 2. könyv, Moszkva, Felsőiskola, 1999

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, hő- és elektromos vezetőképessége 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 alá vannak kombinálva gyakori név„instrumentális” módszerek, mert bizonyos mérések elvégzéséhez olyan műszerekre van szükség, amelyek lehetővé teszik bizonyos paraméterek értékének nagy pontosságú mérését, amelyek az anyag bizonyos tulajdonságait jellemzik.

Ezeket az elemzési módszereket a mért fizikai értékek közötti kapcsolat jelenlétében alkalmazzuk tulajdonságok in-inés ezek minőségi és mennyiségi összetétele. Mivel a fizikai tulajdonságok mérésére különféle műszereket (műszereket) használnak, ezeket a módszereket műszeresnek nevezzük. Fizikai és fizikai-kémiai elemzési módszerek osztályozása. A mért fizikai és fizikai-kémiai értékek figyelembevétele alapján sv-v-va vagy a vizsgált rendszer. Az optikai módszerek az optikai St-in-in mérésén alapulnak. Kromatográfia a használhatóságról különféle in-in szelektív szorpcióra. Az elektrokémiai módszerek a rendszer elektrokémiai tulajdonságainak mérésén alapulnak. Radiometrikus a radioaktív sv-in in-in mérésén alapul. Termikus az érintett folyamatok hőhatásainak mérésén. Tömegspektrometria az ionizált fragmensek ("fragmensek") vizsgálatában. Ultrahangos, magnetokémiai, piknometriás stb. A műszeres elemzési módszerek előnyei: alacsony kimutatási határ 1 -10 -9 µg; alacsony határkoncentráció, legfeljebb 10-12 g / ml meghatározott in-va; nagy érzékenység, formálisan a megfelelő kalibrációs görbe meredekségének tangensének értéke határozza meg, amely grafikusan tükrözi a mért fizikai paraméter, amelyet általában az ordináta tengely mentén ábrázolnak, függését a meghatározott anyag mennyiségétől vagy koncentrációjától (abszcissza tengely). Minél nagyobb a görbe meredekségének érintője az x tengelyhez képest, annál érzékenyebb a módszer, ami a következőket jelenti: ugyanazon „válasz” - fizikai tulajdonság változása - eléréséhez kisebb változás szükséges a mért anyag koncentrációjában vagy mennyiségében. Az előnyök közé tartozik a módszerek nagy szelektivitása (szelektivitása), azaz a keverékek alkotóelemei meghatározhatók anélkül, hogy ezeket a komponenseket szétválasztanák és izolálnák; rövid elemzési időtartam, automatizálásuk és számítógépesítésük lehetősége. Hátrányok: hardver összetettsége és magas költsége; nagyobb hiba (5 -20%), mint a klasszikus kémiai elemzésben (0,1 -0,5%); rosszabb reprodukálhatóság. Az optikai elemzési módszerek a szigetek optikai tulajdonságainak (emisszió, abszorpció, szórás, visszaverődés, fénytörés, fénypolarizáció) mérésén alapulnak, amelyek az elektromágneses sugárzás és a sziget közötti kölcsönhatás során jelentkeznek.

Osztályozás a vizsgált objektumok szerint: atomi és molekuláris spektrális elemzés. Az elektromágneses sugárzás és az in-ohm kölcsönhatás természete szerint. Ebben az esetben a következő módszereket különböztetjük meg. Atomabszorpciós analízis, amely az anyag porlasztása után a gázfázisban meghatározott monokromatikus sugárzás atomok általi elnyelésének mérésén alapul. Emissziós spektrális analízis - a th-ben (leggyakrabban atomokban vagy ionokban) kibocsátott fény intenzitásának mérése energiagerjesztése során, például elektromos kisülésű plazmában. Lángfotometria - gázláng használata sugárzás gerjesztésének energiaforrásaként. Nefelometria - diszperz rendszer (környezet) fényrészecskéi általi fényszórás mérése. Turbidimetriás elemzés - a sugárzás intenzitásának csillapításának mérése a diszpergált közegen való áthaladás során. Fénytörési indexek refraktometrikus elemzése be-be. A polarimetriás elemzés az optikai forgás nagyságának mérése - a fény polarizációs síkjának elfordulási szöge az optikailag aktív tárgyak által. A következő módszereket osztályozzák az alkalmazott elektromágneses spektrum tartománya szerint: spektroszkópia (spektrofotometria) a spektrum UVI tartományában, azaz a spektrum legközelebbi ultraibolya tartományában - a 200-400 nm hullámhossz-tartományban és a látható tartományban - a 4000-7000 nm hullámhossz-tartományban. Infravörös spektroszkópia, amely az elektromágneses spektrum egy szakaszát vizsgálja a 0,76 - 1000 μm tartományban (1 μm = 10 -6 m), ritkábban röntgen- és mikrohullámú spektroszkópia. Az energiaátmenetek természete szerint különböző spektrumokban - elektronikus (atomok, ionok, gyökök, molekulák, kristályok elektronállapotának energiájának változása az UVI régióban); vibrációs (2- és többatomos ionok, gyökök, molekulák, valamint folyékony és szilárd fázisok rezgési állapotának energiájának megváltoztatásakor az IR régióban); forgás az IR és a mikrohullámú tartományban is. Hogy. A molekulák és az elektromágneses sugárzás közötti kölcsönhatás abban rejlik, hogy az elektromágneses sugárzás elnyelésével a molekulák gerjesztett állapotba kerülnek. Ebben az esetben fontos szerepet játszik az energia, vagyis az elnyelt sugárzás hullámhossza.

Tehát a 0,05-5 nm hullámhosszú röntgensugárzásban az atomokban és molekulákban a belső elektronok gerjesztésének folyamata megy végbe; ultraibolya sugarakban (5-400 nm) az atomokban és molekulákban lévő külső elektronok gerjesztésének folyamata megy végbe; látható fény (400-700 nm) külső elektronok gerjesztése konjugált p-elektronikus rendszerek; infravörös sugárzás (700 nm - 500 mikron) a molekulák rezgésének gerjesztésének folyamata; mikrohullámok (500 mikron - 30 cm) a molekulák forgásának gerjesztésének folyamata; rádióhullámok (több mint 30 cm) az atommagok spinátmeneteinek gerjesztésének folyamata (mágneses magrezonancia). A sugárzások abszorpciója lehetővé teszi azok spektrometriás mérését és rögzítését. Ebben az esetben a beeső sugárzást referencia-re osztják, és azonos intenzitással mérik. A mért sugárzás áthalad a mintán; felszívódáskor az intenzitás megváltozik. Az elektromágneses sugárzás energiájának elnyelésekor a szigetekben lévő részecskék (atomok, molekulák, ionok) megnövelik energiájukat, azaz magasabb energiájú állapotba kerülnek. A részecskék elektronikus, rezgési, forgási energiaállapotai a szigetekben csak diszkréten, szigorúan meghatározott mértékben változhatnak. Minden részecskének van egy egyedi energiaállapot-készlete - energiaszintek (kifejezések), például elektronikus energiaszintek. A molekulák és a többatomos ionok elektronikus energiaszintjei finom szerkezetűek - rezgési alszintek; ezért a vibrációs átmenetek is a tisztán elektronikus átmenetekkel egyidejűleg zajlanak.

Minden egyes elektronikus (elektronikus-vibrációs) átmenet egy alacsonyabb energiaszintről egy magasabb fekvésű elektronikus szintre egy sávnak felel meg az elektronikus abszorpciós spektrumban. Mivel az egyes részecskék (atom, ion, molekula) elektronszintjei közötti különbség szigorúan meghatározott, az egyik vagy másik elektronátmenetnek megfelelő sáv helyzete az elektronabszorpciós spektrumban, azaz az abszorpciós sáv maximumának hullámhossza (frekvencia, hullámszám) is szigorúan meghatározott. Az intenzitáskülönbségeket detektor méri, és rögzítőre rögzíti jel (csúcs) formájában, 318. oldal, kémia, iskolás és diák kézikönyv, spektrométer séma. Ultraibolya spektroszkópia és abszorpciós spektroszkópia a látható tartományban. Elektromágneses sugárzás elnyelése a spektrum ultraibolya és látható részeiről; gerjeszti a molekulákban lévő elektronok átmeneteit a foglalt energiaszintekről a szabad energiaszintekre. Minél nagyobb az energiaszintek közötti energiakülönbség, annál nagyobb az energia, azaz. rövidebb hullámhosszúságú, sugárzással kell rendelkeznie. A molekulának azt a részét, amely nagymértékben meghatározza a fényelnyelést, kromofornak (szó szerint színhordozóknak) nevezzük - ezek olyan atomcsoportok, amelyek befolyásolják a molekula fényelnyelését, különösen a konjugált és aromás p-elektron rendszerek.

A kromoforok szerkezeti elemei főként a fényenergia kvantumának elnyelésében vesznek részt, ami sávok megjelenéséhez vezet a vegyületek abszorpciós spektrumának egy viszonylag szűk tartományában. A 200-700 nm-es tartomány gyakorlati jelentőséggel bír a szerves molekulák szerkezetének meghatározásában. Kvantitatív mérés: az abszorpciós maximum helyzetével együtt a sugárzás kioltásának (csillapításának) értéke, azaz abszorpció intenzitása is fontos az elemzéshez. A Lambert-Beer törvénynek megfelelően E \u003d lgI 0 / I \u003d ecd, E az extinkció, I 0 a beeső fény intenzitása, I az áteresztett fény intenzitása, e a moláris kioltási együttható, cm 2 / mol, c a réteg vastagsága, extinációja a koncentrációtól függ, lásd az anyag koncentrációját . Abszorpciós elemzési módszerek: kolorimetria, fotoelektrokolorimetria, spektrometria. A kolorimetria a legegyszerűbb és legrégebbi elemzési módszer, amely a folyadékok színének vizuális összehasonlításán alapul (a talaj pH-jának meghatározása Alyamovsky készüléken) - a legegyszerűbb összehasonlítási módszer egy referencia p-sorozattal. A kolorimetria 3 módszerét széles körben alkalmazzák: standard sorozatos módszer (skálás módszer), színkiegyenlítési módszer és hígítási módszer. Üvegkolorimetriás kémcsöveket, üvegbürettákat, kolorimétereket, fotométereket használnak. A skálamódszer a pH meghatározása Alyamovsky műszerrel, azaz egy sor kémcsővel, amelyek a szigeteken különböző koncentrációjúak, és eltérőek az oldat vagy a referenciaoldatok színének intenzitását illetően. Fotokolorimetria - a módszer a vizsgált oldaton áthaladó nem monokromatikus fényáram intenzitásának fotocellák segítségével történő mérésén alapul.

A sugárforrásból (izzólámpából) származó fényáram egy csak meghatározott hullámhossz-tartományban sugárzást továbbító fényszűrőn halad át a vizsgált p-ohm-os küvettán és egy fotocellába jut, amely a fényenergiát megfelelő eszközzel rögzített fotoárammá alakítja. Minél nagyobb a vizsgált oldat fényelnyelése (azaz minél nagyobb az optikai sűrűsége), annál kisebb a fotocellára eső fényáram energiája. Az FEC-eket n-mi szűrőkkel látják el, amelyek maximális fényáteresztő képességgel rendelkeznek különböző hullámhosszokon. 2 fotocella jelenlétében 2 fényáramot mérünk, az egyik a vizsgált oldaton, a másik a összehasonlító megoldás. A vizsgált anyag koncentrációját a kalibrációs görbe alapján határozzuk meg.

Az elektrokémiai elemzési módszerek az elektród reakciókon és az elektromosság oldatokon keresztül történő átvitelén alapulnak. A kvantitatív elemzés során az elektrokémiai folyamatok mért paraméterei értékeinek (az elektromos potenciálok különbsége, az áramerősség, az elektromosság mennyisége) függését használják az elektrokémiai folyamatban részt vevő oldatban lévő meghatározott anyag tartalmától. Elektrokémiai folyamatoknak nevezzük azokat a folyamatokat, amelyek egyidejű kémiai reakciókkal és a rendszer elektromos tulajdonságainak megváltozásával járnak, amelyeket ilyen esetekben elektrokémiai rendszernek nevezhetünk. A potenciometria alapelvei

Ahogy a módszer neve is sugallja, a potenciált mérik benne. Annak tisztázásához, hogy milyen potenciál és miért keletkezik, tekintsünk egy rendszert, amely egy fémlemezből és ugyanazon fém (elektrolit) ionjait tartalmazó oldatból áll (1. ábra). Az ilyen rendszert elektródának nevezik. Bármely rendszer olyan állapotba kerül, amely megfelel a minimumának belső energia. Ezért az első pillanatban, miután a fém elmerül az oldatban, folyamatok kezdődnek a fázishatáron, ami a rendszer belső energiájának csökkenéséhez vezet. Tegyük fel, hogy a fématom ionizált állapota energetikailag „kedvezőbb”, mint a semleges állapot (ennek ellenkezője is lehetséges). Ekkor az első pillanatban a fématomok a lemez felületi rétegéből átjutnak az oldatba, és benne hagyják vegyértékelektronjaikat. Ebben az esetben a lemez felülete negatív töltést kap, és ez a töltés az oldatba ionok formájában átjutott fématomok számának növekedésével nő. Az eltérő töltések elektrosztatikus vonzási ereje (negatív töltésű elektronok a lemezben és pozitív fémionok oldatban) nem engedik, hogy ezek a töltések eltávolodjanak a fázishatártól, és a fémionok fordított folyamata az oldatból a fémfázisba kerül, és ott helyreáll. Amikor a forward és a reverse folyamat sebessége azonos lesz, egyensúly áll be. A rendszer egyensúlyi állapotát a fázishatáron a töltések szétválása jellemzi, azaz megjelenik a potenciál „ugrása”. Meg kell jegyezni, hogy az elektródpotenciál előfordulásának leírt mechanizmusa nem az egyetlen, a valós rendszerekben sok más folyamat is előfordul, ami potenciálok „ugrás” kialakulásához vezet a határfelületen. Ráadásul a fázishatáron nem csak az elektrolit fémmel való érintkezésekor, hanem más anyagokkal, például félvezetőkkel, ioncserélő gyantákkal, üvegekkel stb.

Ebben az esetben potenciálmeghatározónak nevezzük azokat az ionokat, amelyek koncentrációja befolyásolja az elektróda potenciálját. Az elektródpotenciál függ az elektrolittal érintkező anyag természetétől, az oldatban lévő potenciált meghatározó ionok koncentrációjától és a hőmérséklettől. Ezt a potenciált egy másik elektródához viszonyítva mérik, amelynek potenciálja állandó. Így ennek az összefüggésnek a megállapítása után az analitikai gyakorlatban is felhasználható az oldatban lévő ionok koncentrációjának meghatározására. Ebben az esetben azt az elektródát, amelynek potenciálját mérik, mérőelektródának, az elektródát, amelyhez képest a méréseket végezzük, segéd- vagy referenciaelektródának nevezzük. A referenciaelektródák potenciáljának állandóságát az elektrolitjában (1. számú elektrolit) a potenciált meghatározó ionok koncentrációjának állandóságával érjük el. A 2. elektrolit összetétele változhat. Két különböző elektrolit keveredésének megakadályozása érdekében ionáteresztő membrán választja el őket egymástól. A mérőelektróda potenciálját egyenlőnek vesszük a redukált elektrokémiai rendszer mért emf-jével. A 2. számú elektrolitként ismert összetételű oldatok felhasználásával megállapítható a mérőelektróda potenciáljának függése a potenciált meghatározó ionok koncentrációjától. Ezt a függőséget később egy ismeretlen koncentrációjú oldat elemzésénél is felhasználhatjuk.

A potenciál skála szabványosítása érdekében egy szabványos hidrogénelektródát alkalmaztak referenciaelektródként, amelynek potenciálját bármely hőmérsékleten nullának tekintették. A hagyományos méréseknél azonban a hidrogénelektródát ritkán használják terjedelmessége miatt. A mindennapi gyakorlatban más egyszerűbb referenciaelektródákat használnak, amelyeknek a hidrogénelektródához viszonyított potenciálját határozzák meg. Ezért, ha szükséges, az ilyen elektródákkal végzett potenciálmérés eredménye a hidrogénelektródához képest újraszámítható. A legszélesebb körben használt ezüst-klorid és kalomel referenciaelektródák. A mérőelektróda és a referenciaelektróda közötti potenciálkülönbség a meghatározandó ionok koncentrációjának mértéke.

Az elektróda funkciója a segítségével írható le lineáris egyenlet Nernst:

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

ahol E a mérőelektróda és a referenciaelektróda közötti potenciálkülönbség, mV; E 0 - állandó, főként a referenciaelektróda tulajdonságaitól függően (standard elektródpotenciál), mV; R - gázállandó, J * mol -1 * K -1. ; n az ion töltése, előjelét figyelembe véve; F - Faraday-szám, C/mol; T - abszolút hőmérséklet, 0 K; a Nernst-egyenletben szereplő 2,3 RT/nF kifejezés 25 0 C-on 59,16 mV egyszeres töltésű ionok esetén. A külső (külső) potenciál bevezetése nélküli módszer a rendszerben lévő villamos energia forrásának jellegének figyelembevételén alapuló módszernek minősül. Ennél a módszernél az el.en forrása. maga az elektrokémiai rendszer szolgál, ami az galvánelem(galvanikus áramkör) - potenciometrikus módszerek. Az EMF és az elektródpotenciálok egy ilyen rendszerben az oldatban lévő meghatározott anyag szódától függenek. Az elektrokémiai cella 2 elektródát tartalmaz - indikátor és referencia elektródát. A cellában generált EMF értéke megegyezik a két elektróda potenciálkülönbségével.

A referenciaelektróda potenciálja a potenciometrikus meghatározás körülményei között állandó marad, ekkor az EMF csak az indikátorelektród potenciáljától, vagyis az oldatban lévő egyes ionok aktivitásától (koncentrációjától) függ. Ez az alapja egy adott anyag anális oldatban való koncentrációjának potenciometrikus meghatározásának. Közvetlen potenciometriát és potenciometrikus titrálást egyaránt alkalmaznak. Az oldatok pH-értékének meghatározásához indikátorelektródokat használnak, amelyek potenciálja a hidrogénionok koncentrációjától függ: üveg, hidrogén, kinhidron (redox elektród HC1-oldatba merített platinahuzal formájában, kinhidronnal telített - kinon és hidrokinon ekvimolekuláris vegyülete) és néhány más ion, amely a valós potenciálaktivitástól függ. oldattal, amelyeket az elektródmembrán (szilárd vagy folyékony) szorbeál, a módszert ionometriának nevezik.

A spektrofotométerek olyan eszközök, amelyek lehetővé teszik a minták fényelnyelésének mérését szűk spektrális összetételű fénynyalábokban (monokromatikus fény). A spektrofotométerek lehetővé teszik a lebontást fehér fény folytonos spektrumba, ebből a spektrumból válasszon ki egy szűk hullámhossz-tartományt (a kiválasztott spektrumsáv 1-20 nm szélessége), engedjen át egy izolált fénysugarat a vizsgált oldaton, és mérje meg nagy pontossággal ennek a sugárnak az intenzitását. Az oldatban lévő színes oldat fényelnyelését úgy mérjük, hogy összehasonlítjuk az abszorpcióval nulla megoldás. A spektrofotométer két eszközt kombinál: egy monokromátort a monokromatikus fényáram előállítására és egy fotoelektromos fotométert a fényintenzitás mérésére. A monokromátor egy fényforrásból, egy diszpergáló berendezésből (a fehér fényt spektrumra bontja) és az oldatra eső fénysugár hullámhossz-intervallumának nagyságát szabályozó készülékből áll.

A különféle fiziko-kémiai és fizikai elemzési módszerek közül 2 módszercsoport bír a legnagyobb jelentőséggel: 1 - a sziget spektrális jellemzőinek vizsgálatán alapuló módszerek; 2 - fizikai-kémiai paraméterek vizsgálatán alapuló módszerek. A spektrális módszerek azokon a jelenségeken alapulnak, amelyek akkor lépnek fel, amikor egy anyag kölcsönhatásba lép különféle típusok energia (elektromágneses sugárzás, hőenergia, elektromos energia stb.). Az in-va és a sugárzó energiával való kölcsönhatás fő típusai közé tartozik a sugárzás elnyelése és emissziója (emissziója). Az abszorpció vagy emisszió miatti jelenségek természete elvileg azonos. Amikor a sugárzás kölcsönhatásba lép az anyaggal, részecskéi (a molekula atomjai) gerjesztett állapotba kerülnek. Egy idő után (10-8 s) a részecskék visszatérnek az alapállapotba, és elektromágneses sugárzás formájában többletenergiát bocsátanak ki. Ezek a folyamatok egy atomban vagy molekulában elektronikus átmenetekhez kapcsolódnak.

Az elektromágneses sugárzás jellemezhető n hullámhosszal vagy frekvenciával, amelyeket az n=s/l aránnyal kapcsolunk össze, ahol c a fény sebessége vákuumban (2,29810 8 m/s). Az elektromágneses sugárzás összes hullámhosszának (frekvenciájának) összessége alkotja az r-sugarak elektromágneses spektrumát (rövidhullámú régió, fotonok nagy energia) a spektrum (400-700 nm) és a rádióhullámok (hosszú hullámhosszú tartomány, alacsony energiájú fotonok) látható tartományába.

A gyakorlatban olyan sugárzással foglalkoznak, amelyet egy bizonyos hullámhossz-intervallum (frekvenciák) jellemez, azaz a spektrum egy bizonyos szakasza (vagy ahogy mondják, egy sugárzási sáv). Analitikai célokra gyakran monokromatikus fényt is használnak (olyan fényáramot, amelyben az elektromágneses hullámok egy hullámhosszúak). A meghatározott hullámhosszúságú sugárzás atomok és molekulák szelektív abszorpciója ahhoz a tényhez vezet, hogy minden bemenetet egyedi spektrális jellemzők jellemeznek.

Analitikai célokra mind a sugárzás atomok és molekulák általi elnyelését (illetve atomabszorpciós spektroszkópia), mind az atomok és molekulák általi sugárzás kibocsátását (emissziós spektroszkópia és lumineszcencia) alkalmazzák.

A spektrofotometria az elektromágneses sugárzás szelektív in-vom abszorpcióján alapul. A különböző hullámhosszú sugárzások abszorpciós bemeneti értékének mérésével abszorpciós spektrumot kaphatunk, vagyis az abszorpciónak a beeső fény hullámhosszától való függőségét. Az abszorpciós spektrum a sziget minőségi jellemzője. A mennyiségi jellemző az elnyelt energia mennyisége vagy az oldat optikai sűrűsége, amely a Bouguer-Lambert-Beer törvény szerint az elnyelő anyag koncentrációjától függ: D \u003d eIs, ahol D az optikai sűrűség, i a rétegvastagság; с - koncentráció, mol/l; e a moláris abszorpciós együttható (e = D I=1 cm-nél és c=1 mol/l). Az e értéke érzékenységi jellemzőként szolgál: minél nagyobb e értéke, annál kisebb v-va mennyiség határozható meg. Sok anyag (különösen a szerves) intenzíven nyeli el a sugárzást az UV- és a látható területeken, ami lehetővé teszi azok közvetlen meghatározását. A legtöbb ion ezzel szemben a spektrum látható tartományában gyengén nyeli el a sugárzást (е? 10…1000), így általában más, intenzívebben elnyelő vegyületekbe kerül, majd méréseket végeznek. Az abszorpció (optikai sűrűség) mérésére kétféle spektrális műszert használnak: fotoelektrokolorimétereket (durva monokromatizálással) és spektrofotométereket (finomabb monokromatizálással). A legelterjedtebb a fotometriás elemzési módszer, amelyben a kvantitatív meghatározások a Bouguer-Lambert-Beer törvényen alapulnak. A fotometriai mérések főbb módszerei: a moláris fényelnyelési együttható módszere, a kalibrációs görbe módszer, a standard módszer (összehasonlító módszer), az additív módszer. A moláris fényelnyelési együttható módszerében megmérjük a vizsgált oldat D optikai sűrűségét, és az e moláris fényelnyelési együttható ismert értékével kiszámítjuk az oldatban lévő abszorpciós anyag koncentrációját: c \u003d D / (e I). A kalibrációs görbe módszernél a meghatározandó komponensből ismert koncentrációjú standard oldatok sorozatát készítjük, és meghatározzuk azok D optikai sűrűsége értékét.

A kapott adatok alapján kalibrációs grafikont készítünk - az oldat optikai sűrűségének függése az in-va koncentrációjától: D = f (c). A Bucher-Lambert-Beer törvény szerint a gráf egy egyenes. Ezután megmérjük a vizsgálati oldat D optikai sűrűségét, és a kalibrációs görbéből meghatározzuk az analit koncentrációját. Az összehasonlítási módszer (standardok) a standard és a vizsgálati oldatok optikai sűrűségének összehasonlításán alapul:

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

ahonnan D x / D st \u003d e * I * s x / e * I * s st és c x \u003d s st * D x / D st. Az adagolási módszernél a vizsgálandó oldat optikai sűrűségének értékeit összehasonlítjuk azonos oldattal, ismert mennyiségű meghatározandó komponens hozzáadásával (a-val). A meghatározások eredményei alapján kiszámítják az anyag koncentrációját a vizsgálati oldatban: D x \u003d e * I * c x és D x + a \u003d e * I * (c x + c a), ahonnan D x / D x + a \u003d e * I * c x / e * I * c x / e * I * c a * és D x a * 0 D x +3 x. .

Az atomabszorpciós spektroszkópia a sugárzás atomok általi szelektív abszorpcióján alapul. Az anyag atomi állapotba hozásához a mintaoldatot a lángba fecskendezik, vagy egy speciális küvettában melegítik. Ennek eredményeként az oldószer elpárolog vagy kiég, és a szilárd anyag porlasztódik. Az atomok többsége gerjesztetlen állapotban marad, és csak egy kis része gerjesztődik az ezt követő sugárzás kibocsátásával. Az elnyelt sugárzás hullámhosszainak, azaz a spektrumnak megfelelő vonalak halmaza minőségi jellemző, ezen vonalak intenzitása pedig a sziget mennyiségi jellemzője.

Az atomemissziós spektroszkópia a gerjesztett atomok által kibocsátott fény intenzitásának mérésén alapul. Gerjesztő forrás lehet láng, szikrakisülés, elektromos ív stb. Az emissziós spektrumok megszerzéséhez por vagy oldat formájú mintát viszünk be a gerjesztő forrásba, ahol az anyag gázhalmazállapotba kerül, vagy részben atomokra és egyszerű (összetétel szerint) molekulákra bontja. Egy anyag minőségi jellemzője a spektruma (azaz az emissziós spektrumban lévő vonalak halmaza), mennyiségi jellemzője pedig e vonalak intenzitása.

A lumineszcencia a gerjesztett molekulák (atomok, ionok) által az alapállapotba való átmenet során kibocsátott sugárzáson alapul. Ebben az esetben a gerjesztés forrása lehet ultraibolya és látható sugárzás, katódsugárzás, kémiai reakció energiája stb. A sugárzás energiája (lumineszcencia) mindig kisebb, mint az elnyelt energia, mivel az elnyelt energia egy része még az emisszió megkezdése előtt hővé alakul. Ezért a lumineszcens emisszió mindig rövidebb hullámhosszú, mint a gerjesztés során elnyelt fény hullámhossza. A lumineszcenciát az anyagok detektálására (hullámhossz alapján) és mennyiségi meghatározására (sugárzási intenzitás alapján) egyaránt lehet használni. Az elektrokémiai elemzési módszerek az anyag és az elektromos áram közötti kölcsönhatáson alapulnak. Az ebben az esetben lezajló folyamatok vagy az elektródákon, vagy az elektródaközeli térben lokalizálódnak. A legtöbb módszer az első ilyen típusú. Potenciometria. Az elektródfolyamat egy heterogén reakció, amelyben egy töltött részecske (ion, elektron) kerül át a fázishatáron. Az ilyen átvitel eredményeként az elektróda felületén potenciálkülönbség keletkezik, kettős elektromos réteg kialakulása miatt. Mint minden folyamat, az elektród reakciója végül egyensúlyba kerül, és az elektródán egyensúlyi potenciál jön létre.

Az egyensúlyi elektródpotenciál értékeinek mérése a potenciometrikus elemzési módszer feladata. A méréseket 2 félcellából álló elektrokémiai cellában végezzük. Az egyik indikátorelektródát (amelynek potenciálja a Nernst-egyenlet szerint az oldatban meghatározandó ionok koncentrációjától függ), a másik pedig referenciaelektródát (amelynek potenciálja állandó és nem függ az oldat összetételétől) tartalmaz. A módszer megvalósítható direkt potenciometriásként vagy potenciometrikus titrálásként. Az első esetben a vizsgált oldatban lévő indikátorelektród potenciálját a referenciaelektródához viszonyítva mérjük, és a Nernst-egyenlet segítségével számítjuk ki a meghatározandó ion koncentrációját. A potenciometrikus titrálás változatánál a meghatározandó iont megfelelő reagenssel titráljuk, miközben egyidejűleg figyeljük az indikátorelektród potenciálváltozását. A kapott adatok alapján titrálási görbét készítünk (az indikátorelektród potenciáljának függése a hozzáadott titrálószer térfogatától). Az ekvivalenciapont közelében lévő görbén az indikátorelektróda potenciálértékében (potenciálugrás) éles változás következik be, ami lehetővé teszi az oldatban meghatározandó iontartalom kiszámítását. Az elektródák folyamatai nagyon változatosak. Általánosságban elmondható, hogy 2 nagy csoportba sorolhatók: az elektronátvitel során fellépő folyamatok (azaz a tényleges elektrokémiai folyamatok) és az ionátadással kapcsolatos folyamatok (ebben az esetben az elektróda velejárója ionvezetőképesség). Utóbbi esetben a jelenleg széles körben használt, úgynevezett ion-szelektív membránelektródákról beszélünk. Egy ilyen elektróda potenciálja a meghatározandó ionokat tartalmazó oldatban a Nernst-egyenlet szerint azok koncentrációjától függ. A pH-metriában használt üvegelektróda is ugyanilyen típusú elektródák közé tartozik. A nagyszámú, bizonyos ionokra nagy szelektivitással rendelkező membránelektródák létrehozásának lehetősége a potenciometrikus elemzés ezen területét egy független ágba - ionometriába - választotta ki.

Polarográfia. Az elektrokémiai cellában az áram áthaladása során megfigyelhető az elektródpotenciálok értékeinek eltérése az egyensúlyi értékektől. Számos okból következik be az úgynevezett elektródapolarizáció. A kis felületű elektródák elektrolízise során fellépő polarizáció jelensége támasztja alá ezt az elemzési módszert. Ennél a módszernél a vizsgálandó oldatba mártott elektródákra növekvő potenciálkülönbséget alkalmaznak. Kis potenciálkülönbség mellett gyakorlatilag nincs áram a megoldáson (ún. maradékáram). Ha a potenciálkülönbség olyan értékre nő, amely elegendő az elektrolit lebomlásához, az áramerősség meredeken növekszik. Ezt a potenciálkülönbséget bomlási potenciálnak nevezzük. A megoldáson áthaladó áram erősségének a rákapcsolt feszültség nagyságától való függését mérve megszerkeszthető az ún. áram-feszültség görbe, amely lehetővé teszi az oldat minőségi és mennyiségi összetételének megfelelő pontos meghatározását. Ugyanakkor az anyag minőségi jellemzője az elektrokémiai bomlásához elegendő potenciálkülönbség nagysága (félhullámú potenciál E S), kvantitatív pedig az oldatban történő elektrokémiai bomlás következtében fellépő áramerősség-növekedés nagysága (H hullámhossz magasság, vagy a határ diffúziós áram és a maradékáram értékeinek különbsége). Az oldatban lévő anyag koncentrációjának számszerűsítésére a következő módszereket alkalmazzuk: kalibrációs görbe módszer, standard módszer, additív módszer. A konduktometrikus elemzési módszer az oldat elektromos vezetőképességének az elektrolit koncentrációjától való függésén alapul. Általában a konduktometrikus titrálás változatában használják, ahol az ekvivalenciapontot a titrálási görbe inflexiója határozza meg (az elektromos vezetőképesség függése a hozzáadott titrálószer mennyiségétől). Az amperometrikus titrálás egyfajta potenciometrikus titrálás, csak az indikátorelektróda polarográfiai eszköz, i.e. ráhelyezett mikroelektróda szuperponált feszültséggel.

AZ ELEMZÉS FIZIKAI MÓDSZEREI, a kölcsönhatás által kiváltott hatás mérése alapján. sugárzás bejutásával - kvantumok vagy részecskék áramlása. A sugárzás nagyjából ugyanazt a szerepet játszik, mint a reagens a kémiai elemzési módszerekben. mért fizikai. a hatás egy jel. Ennek eredményeként több vagy sok a jel nagyságának mérése és azok statisztikai összeillesztése. feldolgozása analitot kap. jel. Ez a meghatározandó komponensek koncentrációjával vagy tömegével kapcsolatos.

Az alkalmazott sugárzás jellege alapján a fizikai elemzési módszerek három csoportra oszthatók: 1) a minta által elnyelt primer sugárzást használó módszerek; 2) a minta által szórt primer sugárzás felhasználásával; 3) a minta által kibocsátott másodlagos sugárzás felhasználásával. Például a tömegspektrometria a harmadik csoportba tartozik - itt az elsődleges sugárzás az elektronok, fénykvantumok, primer ionok vagy más részecskék áramlása, a másodlagos sugárzás pedig a lebontott ionok. tömegek és töltések.

Gyakorlati szempontból alkalmazások gyakrabban alkalmazzák a fizikai elemzési módszerek más osztályozását: 1) spektroszkópiai. elemzési módszerek – atomemisszió, atomabszorpció, atomfluoreszcencia-spektrometria stb. elektronparamágneses rezonancia és magmágneses rezonancia, elektronspektrometria; 2) nukleáris-no-phys. és radiochem. módszerek - radioaktív analízis (lásd. Aktivációs elemzés), gamma-rezonancia, vagy Mössbauer-spektroszkópia, izotóphígítási módszer ", 3) egyéb módszerek, pl. Röntgen-diffraktometria (lásd. Diffrakciós módszerek) stb.

A fizikai előnyei módszerek: egyszerű minta-előkészítés (a legtöbb esetben) és a minták minőségi elemzése, nagyobb sokoldalúság a kémiaihoz képest. és fiz.-chem. módszerek (beleértve a többkomponensű keverékek elemzésének lehetőségét is), széles dinamika. tartomány (azaz a fő, szennyező és nyomelemek meghatározásának képessége), gyakran alacsony kimutatási határok mind koncentrációban (10 -8% koncentráció nélkül), mind tömegben (10 -10 -10 -20 g), ami lehetővé teszi rendkívül kis mennyiségű minta elköltését, és néha roncsolásmentes elemzést. Számos fizikai elemzési módszer lehetővé teszi mind a bruttó, mind a lokális és a rétegenkénti elemzést a terekből. felbontása egészen a monatomikus szintig. A fizikai elemzési módszerek kényelmesek az automatizáláshoz.

A fizika vívmányainak felhasználása az elemzőben. A kémia új elemzési módszerek megalkotásához vezet. Igen, con. 80-as évek megjelent induktív csatolású plazma tömegspektrometria, nukleáris mikroszonda (regisztráción alapuló módszer röntgensugárzás, amelyet a vizsgált minta felgyorsult ionok, általában protonok sugárával történő bombázásával gerjesztenek). Bővülnek a természeti objektumok és technológiák elemzésére szolgáló fizikai módszerek alkalmazási területei. anyagokat. Fejlődésüknek új lendületet ad az elméleti fejlődésről való átmenet. létrehozásának egyéni módszereinek alapjai általános elmélet fizikai elemzési módszerek. Az ilyen vizsgálatok célja a fizikai azonosítás. tényezők, amelyek minden kapcsolatot biztosítanak az elemzési folyamatban. Az analit pontos kapcsolatának megtalálása. a meghatározott komponens tartalmával rendelkező jel megnyitja az utat az összehasonlító mintákat nem igénylő "abszolút" elemzési módszerek létrehozásához. Egy általános elmélet megalkotása megkönnyíti a fizikai elemzési módszerek egymással való összehasonlítását, a módszer helyes megválasztását az egyes analitok megoldására. feladatok, elemzési feltételek optimalizálása.

Lit.: Danzer K., Tan E., Molkh D., Analytics. Szisztematikus áttekintés, ford. németből, M., 1981; Ewing G., Instrumental Methods of Chemical Analysis, ford. angolból, M., 1989; Ramendik G.I., Shishov V.V., "Journal of Analytical Chemistry", 1990, 45. kötet, 2. szám, 1. o. 237-48; Zolotov Yu.A., Analitikai kémia: problémák és eredmények, M., 1992. G.I. Ramendik.