Физико химические исследования


Навигация по странице:

  • Особенности данных методов исследования

  • Классификация

  • Практическое применение подобных методов

  • Области использования методов

  • Спектральные

  • Эмисионный анализ

  • Хроматографические

  • Методы аналитической химии

  • Основные разновидности физико-химических методов в аналитической химии

    		•

    Физикохимические методы анализа общее понятие
    Физико-химические методы анализа: общее понятие Что собой представляют подобные способы идентификации соединений? Это такие методы, в основу которых положена прямая зависимость всех физических свойств вещества от его структурного химического состава. Так как эти показатели строго индивидуальны для каждого соединения, то физико-химические методы исследования крайне эффективны и дают 100 % результат при определении состава и прочих показателей.

    Так, за основу могут быть взяты такие свойства вещества, как: способность к светопоглощению; теплопроводность; электропроводность; температура кипения; плавления и прочие параметры. Физико-химические методы исследования имеют существенное отличие от чисто химических способов идентификации веществ. В результате их работы не происходит реакция, то есть превращения вещества как обратимого, так и необратимого. Как правило, соединения остаются нетронутыми как по массе, так и по составу.

    Особенности данных методов исследования

    Существует несколько основных особенностей, характерных для подобных способов определения веществ.

    1. Образец исследования необязательно очищать от примесей перед проведением процедуры, так как оборудование этого не требует.

    2. Физико-химические методы анализа обладают высокой степенью чувствительности, а также повышенной избирательностью. Поэтому для анализа необходимо совсем небольшое количество исследуемого образца, что делает эти способы очень удобными и эффективными. Даже если требуется определить элемент, который содержится в общей сырой массе в ничтожно малых количествах, для обозначенных методов это не является препятствием.

    3. Анализ занимает всего несколько минут, поэтому еще одна особенность — это кратковременность, или экспрессность.

    4. Рассматриваемые методы исследования не требуют применения дорогостоящих индикаторов.

    Очевидно, что преимуществ и особенностей достаточно, чтобы сделать физико-химические способы исследования универсальными и востребованными практически во всех исследованиях независимо от области деятельности.

    Классификация

    Можно выделить несколько признаков, на основе которых классифицируются рассматриваемые методы. Однако мы приведем самую общую систему, объединяющую и охватывающую все основные способы исследования, относящиеся непосредственно к физико-химическим.

    1. Электрохимические методы исследования. Подразделяются на основе измеряемого параметра на:

    потенциометрию; вольтамперометрию; полярографию; осциллометрию;

    кондуктометрию; электрогравиметрию; кулонометрию;

    амперометрию; диэлкометрию; высокочастотную кондуктометрию.

    2. Спектральные. Включают в себя:

    оптические; рентгеновскую фотоэлектронную спектроскопию; электромагнитный и ядерномагнитный резонанс.

    3. Тепловые. Подразделяются на:

    термические; термогравиметрию; калориметрию; энтальпиметрию; делатометрию.

    4. Хроматографические методы, которые бывают:

    газовые; осадочные; гельпроникающие; обменные; жидкостные.

    Также можно разделить физико-химические методы анализа на две большие группы. Первая — это те, в результате проведения которых происходит деструкция, то есть полное или частичное разрушение вещества или элемента. Вторая — недеструктивные, сохраняющие целостность исследуемого образца.

    Практическое применение подобных методов

    Области использования рассматриваемых способов работы достаточно разнообразны, но все они, конечно, так или иначе, касаются науки или техники. В целом можно привести несколько основных примеров, из которых станет понятно, для чего именно нужны подобные методы.

    1. Контроль над протеканием сложных технологических процессов на производстве. В этих случаях оборудование необходимо для бесконтактного управления и отслеживания всех структурных звеньев рабочей цепочки. Эти же приборы зафиксируют неполадки и неисправности и дадут точный количественный и качественный отчет о мерах устранения и предупреждения.

    2. Проведение химических практических работ с целью качественного и количественного определения выхода продукта реакции.

    3. Исследование образца вещества с целью установления его точного элементного состава.

    4. Определение количества и качества примесей в общей массе образца.

    5. Точный анализ промежуточных, основных и побочных участников реакции.

    6. Подробный отчет о строении вещества и проявляемых им свойствах.

    7. Открытие новых элементов и получение данных, характеризующих их свойства.

    8. Практическое подтверждение теоретических данных, полученных эмпирическим путем.

    9. Аналитическая работа с веществами высокой чистоты, применяемыми в различных отраслях техники.

    10. Титрование растворов без применения индикаторов, которое дает более точный результат и имеет совершенно простое управление, благодаря работе аппарата. То есть влияние человеческого фактора сводится к нулю.

    11. Основные физико-химические методы анализа позволяют изучить состав: минералов; полезных ископаемых; силикатов; метеоритов и инородных тел; металлов и неметаллов; сплавов; органических и неорганических веществ; монокристаллов; редких и рассеянных элементов.

    Области использования методов

    атомная энергетика; физика; химия; радиоэлектроника; лазерная техника; космические исследования и прочие.

    Классификация физико-химических методов анализа лишь подтверждает, насколько они всеобъемлющи, точны и универсальны для применения в исследованиях.

    У данных способов есть своя классификация физико-химических методов анализа. К данной группе относятся следующие виды.

    1. Электровесовой анализ. По результатам электролиза с электродов снимается масса веществ, которая затем взвешивается и анализируется. Так получают данные о массе соединений. Одной из разновидностей подобных работ является метод внутреннего электролиза.

    2. Полярография. В основе — измерение силы тока. Именно этот показатель будет прямо пропорционален концентрации искомых ионов в растворе. Амперометрическое титрование растворов — это разновидность рассмотренного полярографического метода.

    3. Кулонометрия основана на законе Фарадея. Измеряется количество затраченного на процесс электричества, от которого затем переходят к расчету ионов в растворе.

    4. Потенциометрия — основана на измерении электродных потенциалов участников процесса. Все рассмотренные процессы — это физико-химические методы количественного анализа веществ. При помощи электрохимических способов исследования разделяют смеси на составные компоненты, определяют количество меди, свинца, никеля и прочих металлов.

    Спектральные

    В основе лежат процессы электромагнитного излучения. Также имеется своя классификация используемых способов.

    1. Фотометрия пламени. Для этого исследуемое вещество распыляют в открытое пламя. Многие катионы металлов дают окраску определенного цвета, поэтому таким образом возможна их идентификация. В основном это такие вещества, как: щелочные и щелочноземельные металлы, медь, галлий, таллий, индий, марганец, свинец и даже фосфор.

    2. Абсорбционная спектроскопия. Включает в себя два вида: спектрофотометрию и колориметрию. Основа — определение спектра, поглощаемого веществом. Действует как в видимой, так и в горячей (инфракрасной) части излучения.

    3. Турбидиметрия.

    4. Нефелометрия.

    5. Люминесцентный анализ.

    6. Рефрактометрия и полярометрия.

    Очевидно, что все рассмотренные методы в этой группе — это способы качественного анализа вещества.

    Эмисионный анализ

    Это одна из разновидностей спектрального анализа. При его осуществлении вещество подвергается действию сильнейшего источника возбуждения, например, разряду электрической дуги.

    При этом вызывается испускание или поглощения электромагнитных волн. По этому показателю можно судить о качественном составе вещества, то есть о том, какие конкретно элементы входят в состав образца исследования.

    Хроматографические

    Физико-химические исследования зачастую проводятся в разных средах. В этом случае очень удобными и эффективными методами становятся хроматографические. Они подразделяются на следующие виды.

    1. Адсорбционная жидкостная. В основе различная способность компонентов к адсорбции.

    2. Газовая хроматография. Также основана на адсорбционной способности, только для газов и веществ в парообразном состоянии. Используется на массовых производствах соединений в подобных агрегатных состояниях, когда продукт выходит в смеси, которую следует разделить.

    3. Распределительная хроматография.

    4. Окислительно-восстановительная.

    5. Ионообменная.

    6Бумажная. Тонкослойная. Осадочная. Адсорбционно-комплексообразовательная.

    Тепловые

    Физико-химические исследования подразумевают также использование методов, основанных на теплоте образования или распада веществ. Такие способы также имеют собственную классификацию.

    1-Термический анализ.

    2-Термогравиметрия.

    3-Калориметрия.

    4-Энтальпометрия.

    5-Дилатометрия.

    Все эти способы позволяют определять количество теплоты, механические свойства, энтальпии веществ. На основании этих показателей происходит количественное определение состава соединений.

    Методы аналитической химии

    Данный раздел химии имеет свои особенности, ведь главная задача, стоящая перед аналитиками — качественное определение состава вещества, их идентификация и количественный учет. В связи с этим аналитические методы анализа подразделяются на:

    -химические;

    -биологические;

    -физико-химические.

    Так как нас интересуют именно последние, то рассмотрим, какие же именно из них используются для определения веществ.

    Основные разновидности физико-химических методов в аналитической химии

    1-Спектроскопические — все те же самые, что были рассмотрены выше.

    2-Масс-спектральные — основаны на действии электрического и магнитного поля на свободные радикалы, частицы или ионы. Лаборант физико-химического анализа обеспечивают комбинированное воздействие обозначенных силовых полей, и частицы разделяются на отдельные ионные потоки по соотношению заряда и массы.

    3-Радиоактивные методы.

    4-Электрохимические.

    5-Биохимические.

    6-Термические.

    Что позволяют узнать о веществах и молекулах подобные способы обработки? Во-первых, изотопный состав. А также: продукты реакции, содержание тех или иных частиц в особо чистых веществах, массы искомых соединений и прочие полезные для научных сотрудников вещи.

    Таким образом, методы аналитической химии — это важные способы получения информации о ионах, частицах, соединениях, веществах и их анализ.

    1   2   3   4   5   6   7   8   9   10

    А.И.Мишустин. Лекции по физико-химическим методам анализа.

    Лекции по физико-химическим методам анализа

    Лекция 1. Предмет аналитической химии. Классификация методов анализа. Метрология. Классические методы количественного анализа.

    1. Предмет аналитической химии.

    Инженеры-экологи должны знать химический состав сырья, продуктов и отходов производства и окружающей среды — воздуха, воды и почвы; важно выявить вредные вещества и определить их концентрацию. Эту задачу решает аналитическая химия — наука об определении химического состава веществ.

    Задачи аналитической химии решаются главным образом физико-химическими методами анализа, которые, называют также инструментальными. Они используют измерение какого-либо физического или физико-химического свойства вещества для определения его состава. Он включает также разделы, посвящённые методам разделения и очистки веществ.

    Цель данного курса лекций — ознакомление с принципами инструментальных методов анализа, чтобы ориентироваться в их возможностях и на этой основе ставить конкретные задачи специалистам — химикам и понимать смысл полученных результатов анализа.

    Литература

    1. Алесковский В.Б. и др. Физико-химические методы анализа. Л-д, "Химия", 1988 г.
    2. Ю.С.Ляликов. Физико-химические методы анализа. М.,изд-во "Химия", 1974 г.
    3. Васильев В.П. Теоретические основы физико-химических методов анализа.М., Высшая школа, 1979 г.
    4. А.Д.Зимон, Н.Ф.Лещенко. Коллоидная химия. М., "Агар", 2001 г.
    5. А.И.Мишустин, К.Ф.Белоусова. Коллоидная химия (Методическое пособие). Изд-во МИХМ, 1990 г.

    Первые две книги являются учебниками для студентов-химиков и поэтому достаточно сложные для вас. Это делает данные лекции весьма полезными. Однако можно читать отдельные главы.

    Методы физико-химических исследований

    К сожалению, для данного курса администрация пока не выделила отдельного зачёта, поэтому материал входит в общий экзамен, вместе с курсом физической химии.

    2. Классификация методов анализа

    Различают качественный и количественный анализ. Первый определяет наличие тех или иных компонентов, второй — их количественное содержание. Методы анализа подразделяются на химические и физико-химические. В данной лекции рассмотрим только химические методы, которые основаны на превращении анализируемого вещества в соединения, обладающие определенными свойствами.

    При качественном анализе неорганических соединений исследуемый образец переводят в жидкое состояние растворением в воде или растворе кислоты или щёлочи, что позволяет обнаруживать элементы в форме катионов и анионов. Например, ионы Cu2+ можно определить по образованию комплексного иона [Cu(NH3)4]2+ ярко-синего цвета.

    Качественный анализ подразделяют на дробный и систематический. Дробный анализ- обнаружение нескольких ионов в смеси с приблизительно известным составом.

    Систематический анализ — это полный анализ по определенной методике последовательного обнаружения индивидуальных ионов. Выделяют отдельные группы ионов со сходными свойствами посредством групповых реагентов, затем группы ионов подразделяют на подгруппы, а те, в свою очередь, — на отдельные ионы, которые и обнаруживают при помощи т.н.

    аналитических реакций. Это реакции с внешним эффектом — выпадением осадка, выделением газа, изменением цвета раствора.

    Свойства аналитических реакций — специфичность, избирательность и чувствительность.

    Специфичность позволяет обнаружить данный ион в присутствии других ионов по характерному признаку (цвет, запах и т.п.). Таких реакций сравнительно немного (например, реакция обнаружения иона NH4+ действием на вещество щелочи при нагревании). Количественно специфичность реакции оценивается величиной предельного отношения, равного отношению концентраций определяемого иона и мешающих ионов. Например, капельная реакция на ион Ni2+ действием диметилглиоксима в присутствии ионов Co2+ удается при предельном отношении Ni2+ к Co2+, равном 1:5000.

    Избирательность (или селективность) реакции определяется тем, что сходный внешний эффект дают лишь несколько ионов. Bзбирательность тем больше, чем меньше число ионов, дающих сходный эффект.

    Чувствительность реакции характеризуется пределом обнаружения или пределом разбавления. Например, предел обнаружения в микрокристаллоскопической реакции на ион Ca2+ действием серной кислоты равен 0,04 мкг Ca2+ в капле раствора.

    Более сложная задача — анализ органических соединений. Углерод и водород определяют после сжигания пробы, регистрируя выделившийся углекислый газ и воду. Существуют ряд приемов для обнаружения других элементов.

    Классификация методов анализа по количеству.

    Компоненты подразделяют на основные (1 — 100% по массе), неосновные (0,01 — 1% по массе) и примесные или следовые (менее 0,01% по массе).

    • В зависимости от массы и объема анализируемого образца различают макроанализ (0,5 — 1 г или 20 — 50 мл),
    • полумикроанализ (0,1 — 0,01 г или 1,0 — 0,1 мл),
    • микроанализ (10-3 — 10-6 г или 10-1 — 10-4 мл),
    • ультрамикроанализ (10-6 — 10-9г, или 10-4 — 10-6 мл),
    • субмикроанализ (10-9 — 10-12 г или 10-7 — 10-10 мл).

    Классификация по природе определяемых частиц:

    1.изотопный (физический) — определяются изотопы

    2. элементный или атомный — определяется набор химических элементов

    3. молекулярный — определяется набор молекул, из которых состоит образец

    4. структурно-групповой (промежуточный между атомным и молекулярным) — определяются функциональных группы в молекулах органических соединений.

    5. фазовый — анализируются компоненты неоднородных объектов (например минералов).

    Другие виды классификации анализа:

    Валовой и локальный.

    Деструктивный и не деструктивный.

    Контактный и дистанционный.

    Дискретный и непрерывный.

    Важные характеристики аналитической процедуры — экспрессность метода (быстрота проведения анализа), стоимость анализа, возможность его автоматизации.

    3. Метрология анализа

    Ошибки (погрешности) количественного анализа разделяются на систематические и случайные. Систематической называется погрешность, которая при повторных измерениях остается постоянной или закономерно изменяется, Систематические ошибки вызываются известными или легко устанавливаемыми причинами (например, недостаточная точность весов, наличие примесей). Их можно учесть или избежать сравнением с эталонным веществом.

    Случайные погрешности при повторных измерениях изменяются случайным образом, они вызваны случайными причинами. Для уменьшения их влияния на результат анализа проводят несколько параллельных определений.

    Различают абсолютные и относительные погрешности. Абсолютная погрешность отдельного результата анализа (D) равна: D = (Хср- Хист), где Хср — среднее результатов n параллельных определений, Хист — истинное значение. Поскольку истинное значение измеряемой величины обычно не известно, вместо него используют значение, приведенное в паспорте эталонного (стандартного) образца. Погрешность, выраженная отношением D/Хист или D/Хср, называется относительной, ее можно представить в долях единицы или в процентах. Обратная величина модуля относительной погрешности называется точностью, она включает две характеристики — правильность и воспроизводимость.

    Правильность отражает близость к нулю систематической погрешности результата анализа. Воспроизводимость отражает близость результатов серии измерения одной и той же величины.
    !-Воспроизводимость—!

    Х1 Х2 Х3 Х5 Х4 Хист

    ————-!—————————

    Хср———————-!

    Правильность

    Среднее рассчитывается по формуле: Хср = Xi/n

    Рассеяние результатов относительно среднего характеризуется дисперсией

    V=(Xср-XI)2/(n-1)

    Квадратный корень дисперсии называется стандартным отклонением S= (V)0.5. Знание стандартного отклонения при условно принятой доверительной вероятности Р (обычно выбирают Р = 0,95) позволяет выражать найденные величины в виде некоторого интервала, называемого доверительным, который рассчитывается по специальной таблице.

    4. Химические (классические) методы количественного анализа

    Это весовой (гравиметрический) и объёмный (волюмометрический, или титриметрический) методы. Они постепенно уступают место инструментальным методам, но остаются непревзойденными по точности: их относительная ошибка меньше 0,2 %, тогда как инструментальных — 2-5 %. Они остаются стандартными для оценки правильности результатов других методов. Основное применение: прецизионное определение больших и средних количеств веществ.

    Весовой метод заключается в выделении вещества в чистом виде и его взвешивании. Чаще всего выделение проводят осаждением. Осадок должен быть практически нерастворимым. Определяемый компонент должен выделяться в осадок практически полностью, так чтобы концентрация компонента в растворе не превышала 10-6 М. Осадок должен быть стехиометрическим соединением определенного состава. Желательно, чтобы осадок был крупнокристаллическим, тогда его легко промыть. Промывание необходимо потому, что при осаждении происходит захват примесей (соосаждение). Затем осадок высушивается и взвешивается.

    Гравиметрическим методом можно определить большинство неорганических катионов, анионов, нейтральных соединений. Для осаждения применяют неорганические и органические реагенты; последние более селективны. Примеры:

    AgNO3+HCl=AgCl+HNO3

    (определение серебра или хлорид-ионов),

    BaCl2+H2SO4=BaSO4+2HCl

    (определение бария или сульфат-ионов).

    Катионы никеля осаждаются диметилглиоксимом.

    Объёмные методы (титрование) используют реакции в растворах. Называются также волюмометрическими, так как основаны на измерении объема раствора. Заключаются в постепенном прибавлении к раствору определяемого вещества с неизвестной концентрацией раствора реагирующего с ним вещества (с известной концентрацией), который называется титрантом. Вещества реагируют между собой в эквивалентных количествах: n1=n2.

    Так как n=CV, где С — молярная концентрация эквивалента, V- объем, в котором растворено вещество, то для реагирующих веществ справедливо равенство:

    C1V1=C2V2

    Cледовательно, можно найти неизвестную концентрацию одного из веществ (например, C2), если известны объем его раствора и объем и концентрация прореагировавшего с ним вещества. Зная молекулярную массу эквивалента М, можно рассчитать массу вещества: m2=C2M.

    Для того, чтобы определить конец реакции (который называется точкой эквивалентности), используют изменение цвета раствора или измеряют какое-либо физико-химическое свойство раствора. Используют реакции всех типов: нейтрализации кислот и оснований, окисления и восстановления, комплексообразования, осаждения. Классификация титриметрических методов дана в таблице 1:

    Метод титрования, тип реакции Подгруппы методов Вещества титрантов
    Кислотно-основное Ацидиметрия HCl

    		Алкалиметрия NaOH, Na2CO3
    Окислительно-восстановительное Перманганатометрия KmnO4

    		Иодометрия I2

    		Дихроматометрия K2Cr2O7

    		Броматометрия KBrO3

    		Иодатометрия KIO3
    Комплексометрическое Комплексонометрия ЭДТА
    Осадительное Аргентометрия AgNO3

    Титрование бывает прямое и обратное. Если скорость реакции мала, добавляют заведомый избыток титранта, чтобы довести реакцию до конца, а затем количество непрореагированного титранта определяют титрованием другим реагентом.

    В основе кислотно-основного титрования лежит реакция нейтрализации, в ходе реакции изменяется рН раствора. Для определения точки эквивалентности используют индикаторы, изменяющие цвет при определенном значении рН (лакмус, фенолфталеин) либо физикохимические методы (рН-метрию и др.).

    Комплексонометрия основана на реакции образования комплексов. Наиболее часто применяют этилендиаминтетрауксусную кислоту (ЭДТА )

    (HOOC)(OOC-H2C)NH-CH2CH2-NH(CH2COO)(CH2COOH)

    либо ее) динатриевую соль. Эти вещества часто называют комплексонами. Они образуют прочные комплексы с катионами многих металлов, поэтому применяются, например, для определения общей жёсткости воды.

    Окислительно-восстановительное титрование сопровождается изменением электрического потенциала электрода, погруженного в исследуемый раствор. Ход титрования контролируется обычно потенциометрическим методом.

    Осадительное титрование — чаще всего применяют аргентометрию как способ определения галогенид-ионов. Последние образуют с катионами серебра практически нерастворимый осадок.

    Методы титриметрического анализа обладают высокой точностью (относительная погрешность определения — 0,1 — 0,3%), малой трудоемкостью, простотой аппаратурного оформления. Титриметрию применяют для экспрессного определения высоких и средних концентраций веществ в растворах, в том числе неводных. Титрование с применением физико-химических методов определения точки эквивалентности может быть автоматизировано.

    Химические тест-методы анализа

    Быстро развиваются ХТМ. Тест-системы — индикаторные бумаги, трубки, порошки — простые, дешёвые, не требующие квалификации способы обнаружения определённого вещества и грубой оценки его концентрации на месте. Знакомые примеры — индикаторные бумажки для определения рН, трубка для определения спирта в выдыхаемом воздухе. Такие тест-системы выпускаются промышленностью для большого набора веществ и весьма полезны для экологов. Для каждого анализируемого вещества подбирается свой реагент, раствор которого пропитывает бумагу или частички силикагеля-наполнителя трубки. Общий принцип ХТМ- изменение цвета бумажки или наполнителя трубки. При прокачивании определённого объёма воздуха через трубку изменяется окраска некоторой доли наполнителя трубки, что даёт полуколичественную оценку концентрации искомого вещества в воздухе.

    Применения ХТМ:

    1) обнаружение метана в угольных шахтах

    2) обнаружение утечки газа из газопровода

    3) определение СО в выхдопных газах

    4) анализ питьевой воды

    5) контроль пищевых продуктов на рынке

    6) анализ воздуха и т.д.

    1   2   3   4   5   6   7   8   9   10

    Цель занятия

    Знакомство с современными методами физико-химических исследований.

    Физико-химические методы исследований

    Задания

    1. Ознакомьтесь с устройством и работой приборов.
    2. Постройте калибровочный график, используя ФЭК для предложенного вещества.
    3. Ответьте на контрольные вопросы.

    Для проведения санитарно-гигиенических исследований в настоящее время широко применяются физико-химические методы исследования: фотометрический анализ (колориметрия, фотоколориметрия, спектрофотометрия); нефелометрический, спектральный, потенциометрический, полярографический, радиологический анализы, хроматографический и т. д.

    Они позволяют определять мнкроконцентрации вредных веществ в объектах окружающей среды:атмосферном воздухе, воздухе рабочей зоны, питьевой воде, пищевых продуктах, а также одновременно определять комплекс веществ, находящихся в одной пробе.

    «Руководство к практическим занятиям по методам
    санитарно-гигиенических исследований», Л.Г.Подунова

    Фотометрический метод

    Фотометрический анализ отличается простотой выполнения, достаточной точностью и высокой чувствительностью. Он основан на избирательном поглощении светового потока однородными средами, пропорциональной зависимости между оптической плотностью вещества, его концентрацией и толщиной поглощающего слоя. Существует определенное соотношение между цветом поглощаемого излучения и цветом анализируемого раствора. Зависимость спектральной области поглощения света от цвета раствора Спектральная область максимального поглощения света…

    Спектрофотометрический анализ

    Спектрофотометрический анализ имеет ряд преимуществ по сравнению с фотоколориметрическим. При использовании спектрометрии оптическую плотность анализируемых растворов измеряют спектрофотометром с использованием монохроматического излучения, поэтому значительно увеличивается чувствительность и точность определения. Спектрофотометр Кроме того, спектрофотометрический метод применим как для анализа одного вещества в растворе, так и для анализа многокомпонентной системы веществ, не реагирующих химически друг с другом.…

    Основной закон светопоглощения

    Если световой поток пропустить через кювету с раствором, поглощающим свет, то выходящий световой поток будет менее интенсивным, чем входящий. Ослабление светового потока связано с частичным поглощением его и частичным отражением. Соотношение между ннтенсивностями падающего светового потока I0, светового потока прошедшего через раствор I, поглощенного In и отраженного Iотр можно выразить следующим образом: I0 = I…

    Величина оптической плотности

    Величина оптической плотности зависит от длины волны и концентрации раствора. Поглощение света при разных длинах волн неодинаково, оно носит избирательный характер. Спектры поглощения Если измерить максимальное значение оптической плотности какого-либо раствора при разных длинах волн и выразить это графически, то можно получить спектр поглощения данного вещества: при определенной длине волны (а); на определенном участке длин…

    Калибровочный график

    Калибровочный график строят по 5 — 6 сериям шкал; количество концентраций в каждой шкале должно быть не менее 5. Резко отличающиеся значения оптической плотности не учитывают. Из остальных рассчитывают среднее арифметическое значение для каждой концентрации и строят график зависимости оптической плотности от концентрации вещества. Примерный размер графика 20 — 25х30 см, прямая должна проходить через…

    Методика работы на колориметре фотоэлектрическом концентрационном КФК-2

    Подготовка к работе Прибор включают в сеть за 15 мни до начала измерений. Во время прогрева кюветное отделение должно быть открыто (при этом шторка перед фотоприемниками перекрывает световой пучок). Затем устанавливают необходимый цветной светофильтр и устанавливают ручку «чувствительность» в положение «1» (при измерении со светофильтрами 315, 364, 400, 440, 490, 540 мм, обозначенными на лицевой…

    Методика работы на спектрофотометре СФ-46

    Подготовка к работе Прибор включают в сеть за 30 мин до начала измерений, нажав кнопку «сеть» и клавишу «пуск». Устанавливают требуемую длину волны, фотоэлемент и источник излучения, соответствующие выбранному спектральному диапазону измерений. Перед каждым новым измерением устанавливают ширину щели 0,15 нм во избежание засвечивания фотоэлементов. Определение оптической плотности Рукоятка переключения шторки светового потока должна быть…

    Полярографический метод

    Полярографический метод анализа является одним из электрохимических методов. Он основан на расшифровке вольтамперных кривых, называемых полярограммами, которые получаются при электролизе исследуемого раствора в специальной электрополярографической ячейке. В этой ячейке в качестве одного электрода, называемого рабочим, используют ртуть, вытекающую из тонкого капилляра — катода с периодом капания 2 — 7 с и диаметром примерно 1 мм.…

    Метод газовой хроматографии

    Газовая хроматография — метод разделения смеси веществ, основанный на распределении компонентов между двумя несмешивающимися фазами. Подвижной фазой является инертный газ, неподвижной — жидкость или твердое тело. В газожидкостной хроматографии разделяемые компоненты перемещаются по колонке с помощью газа-носителя, распределяясь между ним и жидкой неподвижной фазой, нанесенной на твердый носитель. Жидкие неподвижные фазы — это вещества, которые…

    Люминесцентный метод

    Люминесцентный метод основан на переводе молекул или атомов вещества в энергетическое возбужденное состояние и измерении интенсивности свечения, возникающего при« возвращении молекул в состояние равновесия. Основным методом количественного химического люминесцентного анализа является флюориметрия — метод установления количества люминесцирующего вещества по интенсивности возникающей люминесценции. При этом существует определенная зависимость между интенсивностью люминесценции и концентрацией вещества. Флюориметрические методы…

    Физико-химические методы анализа

    Физико-химические методы анализа, основаны на зависимости физических свойств вещества от его природы, причем аналитический сигнал представляет собой величину физического свойства, функционально связанную с концентрацией или массой определяемого компонента. Физико-химические методы анализа могут включать химические превращения определяемого соединения, растворение образца, концентрирование анализируемого компонента, маскирование мешающих веществ и других. В отличие от «классических» химических методов анализа, где аналитическим сигналом служит масса вещества или его объем, в физико-химические методы анализа в качестве аналитического сигнала используют интенсивность излучения, силу тока, электропроводность, разность потенциалов и др.

    Важное практическое значение имеют методы, основанные на исследовании испускания и поглощения электромагнитного излучения в различных областях спектра. К ним относится спектроскопия (например, люминесцентный анализ, спектральный анализ, нефелометрия и турбидиметрия и другие). К важным физико-химическим методам анализа принадлежат электрохимические методы, использующие измерение электрических свойств вещества (кондуктометрия, кулонометрия, потенциометрия и т.

    д.), а также хроматография (например, газовая хроматография, жидкостная хроматография, ионообменная хроматография, тонкослойная хроматография). Успешно развиваются методы, основанные на измерении скоростей химических реакций (кинетические методы анализа), тепловых эффектов реакций (термометрическое титрование, смотри Калориметрия), а также на разделении ионов в магн. поле (масс-спектрометрия).

    При выполнении физико-химических методов анализа используют специальную, иногда довольно сложную, измерительную аппаратуру, в связи с чем эти методы часто называют инструментальными. Многие современные приборы оснащены встроенными ЭВМ, которые позволяют находить оптимальные условия анализа (напр., спектральную область получения наиболее точных результатов при анализе смеси окрашенных веществ), выполняют расчеты и т. д.

    Почти во всех физико-химических методов анализа применяют два основных приема: методы прямых измерений и титрования. В прямых методах используют зависимость аналитического сигнала от природы анализируемого вещества и его концентрации. Зависимость сигнала от природы вещества — основа качественного анализа (потенциал полуволны в полярографии и т.д.). В некоторых методах связь аналитического сигнала с природой вещества установлена строго теоретически. Например, спектр атома водорода может быть рассчитан по теоретически выведенным формулам. В количественном анализе используют зависимость интенсивности сигнала от концентрации вещества. Чаще всего она имеет вид I = a + bс (уравнение связи), где I— интенсивность сигнала (сила диффузионного тока в полярографии, оптическая плотность в спектрофотометрии и т. д.), с — концентрация, а и b — постоянные, причем во многих случаях а = 0 (спектрофотометрия, полярография и др.). В ряде физико-химических методов анализа уравнение связи установлено теоретически, например закон Бугера-Ламберта-Бера, уравнение Ильковича.

    Численные значения констант в уравнении связи определяют экспериментально с помощью стандартных образцов, стандартных растворов и т.д. Только в кулонометрии, основанной на законе Фарадея, не требуется определение констант.

    Наибольшее распространение в практике получили следующие методы определения констант уравнения связи или, что то же самое, методы количеств, анализа с помощью физико-химических измерений:

    1) Метод градуировочного графика. Измеряют интенсивность аналитического сигнала у нескольких стандартных образцов или стандартных растворов и строят градуировочный график в координатах I = f(с) или I = f(lgc), где с — концентрация компонента в стандартном растворе или стандартном образце. В тех же условиях измеряют интенсивность сигнала у анализируемой пробы и по градуировочному графику находят концентрацию.

    2) Метод молярного свойства применяют в тех случаях, когда уравнение связи I = bc соблюдается достаточно строго. Измеряют аналитический сигнал у нескольких стандартных образцов или растворов и рассчитывают b = Iст /сст; если сст измеряется в моль/л, то b —молярное свойство. В тех же условиях измеряют интенсивность сигнала у анализируемой пробы Ixи по соотношению cx= Ix /b или cx = cстIx /IСТ рассчитывают концентрацию.

    3) Метод добавок. Измеряют интенсивность аналитического сигнала пробы Ix, а затем интенсивность сигнала пробы с известной добавкой стандартного раствора Ix+стt. Концентрацию вещества в пробе рассчитывают по соотношению сx= сстIx/(Ix+ст — Ix).

    Методы титрования. Измеряют интенсивность аналитического сигнала I в зависимости от объема V добавленного титранта.

    Физикохимические методы анализа общее понятие

    По кривой титрования I=f (V)находят точку эквивалентности и рассчитывают результат по обычным формулам титриметрического анализа.

    Физико-химические методы анализа часто используют при определении низких содержаний (порядка 10-3% и менее), где классические химические методы анализа обычно неприменимы. В области средних и высоких концентраций химические и физико-химические методы анализа успешно конкурируют между собой, взаимно дополняя друг друга. Физико-химические методы анализа развиваются в направлении поиска новых химических аналитических свойств вещества, увеличения точности анализа, конструирования новых прецизионных аналитических приборов, совершенствования существующих методик и автоматизации анализа. Интенсивно развивается в последнее время проточно-ижкекционный анализ — один из наиболее универсальных вариантов автоматизированного анализа, основанный на дискретном введении микрообъемов анализируемого раствора в поток жидкого носителя с реагентом и последующего детектирования смеси тем или иным физико-химическим методом.

    Деление аналитических методов на физические, химические и физико-химические весьма условно. Часто к физико-химическим методам анализа относят, например, ядерно-физические методы. В последнее время наметилась тенденция делить методы анализа на химические, физические и биологические — вовсе без физико-химических.

    Лит.: Практикум по физико-химическим методам анализа, под ред. О. M. Петрухина, M., 1986; Физико-химические методы анализа, под ред. В.Б. Алесковского, Л., 1988; Васильев В.П., Аналитическая химия, ч. 2. Физико-химические методы анализа, M., 1989; Юинг Г., Инструментальные методы химического анализа, пер. с англ., M., 1989; Пилипенко А.Т., Пятницкий И.В., Аналитическая химия, M., 1990; Дорохова Е.Н., Прохорова Г. В., Аналитическая химия. Физико-химические методы анализа, M., 1991; Золотов Ю. А., Аналитическая химия: проблемы и достижения, M., 1992. В.П. Васильев.

    Оставьте комментарий