Fizykochemiczne metody analizy: zastosowanie praktyczne

11.06.2019

Badanie substancji jest dość skomplikowaną i interesującą kwestią. Rzeczywiście, w czystej postaci prawie nigdy nie występują w przyrodzie. Najczęściej jest to mieszanka złożonej kompozycji, w której oddzielenie składników wymaga pewnych wysiłków, umiejętności i wyposażenia.

Po rozdzieleniu nie mniej ważne jest prawidłowe ustalenie, czy substancja należy do określonej klasy, to znaczy, aby ją zidentyfikować. Określić punkty wrzenia i temperatury topnienia, obliczyć masę cząsteczkową, sprawdzić radioaktywność i tak dalej, ogólnie, zbadać. W tym celu stosuje się różne metody, w tym fizykochemiczne metody analizy. Są dość zróżnicowane i wymagają zazwyczaj specjalnego wyposażenia. O nich i zostaną omówione dalej.

fizyczne i chemiczne metody analizy

Fizykochemiczne metody analizy: ogólna koncepcja

Jakie są te sposoby identyfikacji związków? Są to metody oparte na bezpośredniej zależności wszystkich fizycznych właściwości substancji od jej strukturalnego składu chemicznego. Ponieważ wskaźniki te są ściśle indywidualne dla każdego związku, fizykochemiczne metody badawcze są niezwykle skuteczne i dają 100% wyniki w określaniu składu i innych wskaźników.

Tak więc następujące właściwości substancji można przyjąć jako:

  • zdolność pochłaniania światła;
  • przewodnictwo cieplne;
  • przewodnictwo elektryczne;
  • temperatura wrzenia;
  • topienie i inne parametry.

Fizyczno-chemiczne metody badawcze różnią się znacznie od czysto chemicznych metod identyfikacji substancji. W wyniku ich pracy nie ma reakcji, to znaczy transformacji substancji, zarówno odwracalnej, jak i nieodwracalnej. Z reguły związki pozostają nienaruszone zarówno pod względem masy, jak i składu.

metody chemii analitycznej

Cechy tych metod badawczych

Istnieje kilka głównych cech charakterystycznych dla takich metod określania substancji.

  1. Badanie próbki nie musi być oczyszczane z zanieczyszczeń przed procedurą, ponieważ sprzęt tego nie wymaga.
  2. Fizyczno-chemiczne metody analizy mają wysoki stopień czułości, a także zwiększoną selektywność. Dlatego analiza wymaga bardzo małej ilości badanej próbki, co czyni te metody bardzo wygodnymi i skutecznymi. Nawet jeśli wymagane jest określenie pierwiastka zawartego w całkowitej masie surowca w znikomych ilościach, nie stanowi to przeszkody dla wskazanych metod.
  3. Analiza zajmuje tylko kilka minut, więc kolejną cechą jest krótki czas trwania lub prędkość ekspresowa.
  4. Uznane metody badawcze nie wymagają stosowania drogich wskaźników.

Jest oczywiste, że zalety i cechy są wystarczające, aby fizykochemiczne metody badań były uniwersalne i pożądane w prawie wszystkich badaniach, niezależnie od dziedziny działalności.

metody badawcze

Klasyfikacja

Istnieje kilka znaków, na podstawie których klasyfikuje się rozważane metody. Przedstawimy jednak najbardziej ogólny system, łączący i obejmujący wszystkie główne metody badawcze bezpośrednio związane z fizykochemicznymi.

1. Metody badań elektrochemicznych. Na podstawie zmierzonego parametru na podstawie:

  • potencjometria;
  • woltamperometria;
  • polarografia;
  • oscylometria;
  • konduktometria;
  • elektrograwimetria;
  • kulometria;
  • amperometria;
  • dielektrometria;
  • konduktometria wysokiej częstotliwości.

2. Spektralny. Uwzględnij:

  • optyczne;
  • Rentgenowska spektroskopia fotoelektronów;
  • elektromagnetyczny i jądrowy rezonans magnetyczny.

3. Ciepło. Podzielony na:

  • termiczne;
  • termograwimetria;
  • kalorymetria;
  • entalpimetry;
  • delatometria

4. Metody chromatograficzne, które są:

  • gaz;
  • osadowy;
  • żel penetrujący;
  • wymiana;
  • płynny.

Można również podzielić fizykochemiczne metody analizy na dwie duże grupy. Pierwsze to te, w wyniku których następuje zniszczenie, to znaczy całkowite lub częściowe zniszczenie substancji lub pierwiastka. Drugi jest nieniszczący, zachowując integralność badanej próbki.

badania fizykochemiczne

Praktyczne zastosowanie takich metod

Obszary zastosowania rozważanych metod pracy są dość zróżnicowane, ale wszystkie z nich, oczywiście, w taki czy inny sposób, dotyczą nauki lub technologii. Zasadniczo istnieje kilka podstawowych przykładów, z których będzie jasne, do czego dokładnie służą te metody.

  1. Kontrola nad przebiegiem złożonych procesów technologicznych w produkcji. W takich przypadkach sprzęt jest niezbędny do bezdotykowego sterowania i śledzenia wszystkich połączeń strukturalnych w łańcuchu roboczym. Urządzenia te będą również naprawiać usterki i awarie oraz dostarczać dokładnych ilościowych i jakościowych raportów na temat środków zaradczych i ostrzegawczych.
  2. Prowadzenie chemicznej pracy praktycznej w celu jakościowego i ilościowego określenia wydajności produktu reakcji.
  3. Badanie próbki substancji w celu ustalenia jej dokładnego składu pierwiastkowego.
  4. Określenie ilości i jakości zanieczyszczeń w całkowitej masie próbki.
  5. Dokładna analiza pośrednich, pierwotnych i wtórnych uczestników reakcji.
  6. Szczegółowe sprawozdanie dotyczące struktury substancji i jej właściwości.
  7. Odkrycie nowych elementów i pozyskanie danych charakteryzujących ich właściwości.
  8. Praktyczne potwierdzenie empirycznych danych teoretycznych.
  9. Prace analityczne z użyciem substancji o wysokiej czystości, stosowanych w różnych gałęziach technologii.
  10. Miareczkowanie rozwiązań bez użycia wskaźników, co daje dokładniejszy wynik i ma całkowicie prostą kontrolę, dzięki działaniu urządzenia. Oznacza to, że wpływ czynnika ludzkiego jest zredukowany do zera.
  11. Główne fizykochemiczne metody analizy pozwalają na zbadanie składu:
  • minerały;
  • minerały;
  • krzemiany;
  • meteoryty i ciała obce;
  • metale i niemetale;
  • stopy;
  • substancje organiczne i nieorganiczne;
  • pojedyncze kryształy;
  • rzadkie i rozproszone przedmioty.

Obszary zastosowania metod

  • energia jądrowa;
  • fizyka;
  • chemia;
  • elektronika radiowa;
  • technologia laserowa;
  • badania kosmiczne i inne.

Klasyfikacja fizycznych i chemicznych metod analizy potwierdza jedynie, jak kompleksowe, dokładne i uniwersalne są one wykorzystywane w badaniach.

klasyfikacja fizykochemicznych metod analizy

Metody elektrochemiczne

Podstawą tych metod są reakcje w roztworach wodnych i na elektrodach pod wpływem prąd elektryczny to jest, po prostu, elektroliza. W związku z tym rodzaj energii wykorzystywanej w tych metodach analizy to strumień elektronów.

Metody te mają własną klasyfikację fizykochemicznych metod analizy. Ta grupa obejmuje następujące typy.

  1. Elektryczna analiza masy. Zgodnie z wynikami elektrolizy z elektrod pobiera się masę substancji, którą następnie waży się i analizuje. Więc zdobądź dane na temat masy związków. Jedną z odmian takiej pracy jest metoda elektrolizy wewnętrznej.
  2. Polarografia. W sercu - pomiaru prądu. Wskaźnik ten będzie wprost proporcjonalny do stężenia pożądanych jonów w roztworze. Amperometryczne miareczkowanie roztworów jest odmianą rozważanej metody polarograficznej.
  3. Kulometria opiera się na prawie Faradaya. Mierzona jest ilość energii elektrycznej zużytej na proces, z którego jest następnie przenoszona do obliczania jonów w roztworze.
  4. Potencjometria opiera się na pomiarze potencjałów elektrodowych uczestników procesu.

Wszystkie rozważane procesy są metodami fizykochemicznymi. analiza ilościowa substancje. Za pomocą elektrochemicznych metod badań dzielą mieszaninę na składniki, określają ilość miedzi, ołowiu, niklu i innych metali.

fizyczne i chemiczne metody badawcze

Spektralny

Podstawa procesów promieniowania elektromagnetycznego. Ma również własną klasyfikację stosowanych metod.

  1. Fotometria płomieniowa. W tym celu badaną substancję rozpyla się w otwartym płomieniu. Wiele kationów metali nadaje barwie określonego koloru, dzięki czemu możliwa jest ich identyfikacja. Są to głównie substancje takie jak: alkalia i metale ziem alkalicznych, miedź, galu, tal, ind, mangan, ołów, a nawet fosfor.
  2. Spektroskopia absorpcji. Obejmuje dwa typy: spektrofotometrię i kolorymetrię. Podstawa - definicja widma zaabsorbowanego przez substancję. Działa zarówno w widzialnej, jak iw gorącej (podczerwonej) części promieniowania.
  3. Turbidymetria
  4. Nefelometria
  5. Analiza luminescencyjna.
  6. Refraktometria i polarymetria.

Oczywiste jest, że wszystkie rozważane metody w tej grupie są metodami jakościowej analizy substancji.

Analiza emisji

To jedna z odmian analiza spektralna. Podczas jego stosowania substancja jest narażona na najsilniejsze źródło pobudzenia, na przykład wyładowanie łuk elektryczny.

Powoduje to emisję lub absorpcję fale elektromagnetyczne. Zgodnie z tym wskaźnikiem można ocenić skład jakościowy substancji, tj. Jakie konkretne elementy zawarte są w próbie badania.

fizyczne i chemiczne metody analizy ilościowej

Chromatograficzny

Badania fizykochemiczne są często przeprowadzane w różnych środowiskach. W takim przypadku techniki chromatograficzne stają się bardzo wygodne i wydajne. Są one podzielone na następujące typy.

  1. Płyn adsorpcyjny. Podstawa różnych zdolności składników do adsorpcji.
  2. Chromatografia gazowa. Również w oparciu o zdolność adsorpcji, tylko dla gazów i substancji w stanie pary. Stosowane do masowej produkcji związków w takich stanach skupienia, gdy produkt jest uwalniany w mieszaninie, która powinna zostać oddzielona.
  3. Chromatografia rozdzielcza.
  4. Redox.
  5. Wymiana jonowa.
  6. Papier
  7. Cienka warstwa.
  8. Osadowy.
  9. Adsorpcja-kompleksowanie.

Termiczne

Badania fizykochemiczne obejmują również zastosowanie metod opartych na ciepłu tworzenia lub rozkładu substancji. Takie metody również mają własną klasyfikację.

  1. Analiza termiczna.
  2. Termograwimetria
  3. Kalorymetria.
  4. Enthalpometria.
  5. Dylatometria.

Wszystkie te metody pozwalają na określenie ilości ciepła, właściwości mechanicznych, entalpii substancji. Na podstawie tych wskaźników określa się skład związków.

Metody analizy chemicznej

Ta sekcja chemii ma swoją własną charakterystykę, ponieważ głównym zadaniem analityków jest jakościowe określenie składu substancji, jej identyfikacji i ilościowego rozliczania. Pod tym względem analityczne metody analizy dzieli się na:

  • chemiczne;
  • biologiczne;
  • fizyczne i chemiczne.

Ponieważ jesteśmy właśnie zainteresowani tym drugim, wtedy dokładnie zastanawiamy się, które z nich są używane do oznaczania substancji.

Główne rodzaje fizycznych i chemicznych metod w chemii analitycznej

  1. Spektroskopowe - wszystkie te same, które omówiono powyżej.
  2. Widmo masowe - oparte na działaniu pól elektrycznych i magnetycznych na wolne rodniki, cząstki lub jony. Asystent laboratoryjny analizy fizykochemicznej zapewnia łączny efekt wyznaczonych pól sił, a cząstki są dzielone na oddzielne strumienie jonów według stosunku ładunek / masa.
  3. Metody radioaktywne.
  4. Elektrochemiczne.
  5. Biochemiczne.
  6. Termiczne.

Jakie podobne metody leczenia pozwalają na poznanie substancji i cząsteczek? Po pierwsze, skład izotopowy. A także: produkty reakcji, zawartość pewnych cząstek w wysoce czystych substancjach, masa pożądanych związków i inne rzeczy przydatne dla badaczy.

Tak więc metody chemii analitycznej są ważnymi sposobami uzyskiwania informacji o jonach, cząstkach, związkach, substancjach i ich analizie.