Chimie analitică și metode fizico-chimice de analiză: Manual. Analiză fizico-chimică Analiză fizico-chimică

Toate metodele existente de chimie analitică pot fi împărțite în metode de prelevare, descompunere a probelor, separarea componentelor, detecție (identificare) și determinare.

Aproape toate metodele se bazează pe relația dintre compoziția unei substanțe și proprietățile acesteia. Pentru a detecta o componentă sau cantitatea acesteia, măsurați semnal analitic.

Semnal analitic este media măsurătorilor mărimii fizice la etapa finală a analizei. Semnalul analitic este legat funcțional de conținutul componentei determinate. Aceasta poate fi puterea curentului, EMF a sistemului, densitatea optică, intensitatea radiației etc.

Dacă este necesară detectarea oricărei componente, de obicei se înregistrează apariția unui semnal analitic - apariția unui precipitat, a unei culori, a unei linii în spectru etc. Apariția unui semnal analitic trebuie înregistrată în mod fiabil. La o anumită cantitate de componentă se măsoară mărimea semnalului analitic: masa depozitului, puterea curentului, intensitatea liniilor spectrului etc. Apoi se calculeaza continutul componentei folosind semnalul analitic dependenta functionala - continut: y=f(c), care se stabileste prin calcul sau experienta si poate fi prezentat sub forma unei formule, tabel sau grafic.

Chimia analitică este împărțită în chimică, fizică și metode fizice si chimice analiză.

În metodele chimice de analiză, elementul sau ionul determinat este transformat într-un compus care are una sau alta proprietate caracteristică, pe baza căreia se poate stabili că acest compus anume s-a format.

Metode chimice analizele au un domeniu specific. De asemenea, viteza de realizare a analizelor prin metode chimice nu satisface întotdeauna nevoile de producție, unde este foarte important să se obțină analizele în timp util, în timp ce încă este posibil să se reglementeze proces tehnologic. Prin urmare, alături de metodele chimice, metodele fizice și fizico-chimice de analiză devin din ce în ce mai răspândite.

Metode fizice analizele se bazează pe măsurarea unora

un parametru de sistem care este o funcție de compoziție, cum ar fi spectre de absorbție de emisie, conductivitate electrică sau termică, potențialul unui electrod scufundat într-o soluție, permittivitatea, indicele de refracție, rezonanța magnetică nucleară etc.

Metodele de analiză fizică fac posibilă rezolvarea problemelor care nu pot fi rezolvate prin metode de analiză chimică.

Pentru analiza substanțelor, sunt utilizate pe scară largă metodele fizico-chimice de analiză, bazate pe reacții chimice, al căror curs este însoțit de o schimbare. proprietăți fizice ale sistemului analizat, de exemplu, culoarea acestuia, intensitatea culorii, transparența, valorile conductivității termice și electrice etc.

Metode fizico-chimice de analiză se caracterizează prin sensibilitate ridicată și execuție rapidă, permit automatizarea determinărilor chimico-analitice și sunt indispensabile în analiza unor cantități mici de substanțe.

Trebuie remarcat faptul că nu este întotdeauna posibilă trasarea unei granițe stricte între metodele de analiză fizice și fizico-chimice. Uneori sunt combinate sub denumirea generală de metode „instrumentale”, deoarece. pentru a efectua anumite măsurători sunt necesare instrumente care să permită măsurarea cu mare precizie a valorilor anumitor parametri care caracterizează anumite proprietăți ale unei substanțe.

Planul cursului:

1. caracteristici generale metode fizice si chimice

2. Informații generale despre metodele spectroscopice de analiză.

3. Metoda de analiză fotometrică: fotocolorimetrie, colorimetrie, spectrofotometrie.

4. Informații generale despre metodele de analiză nefelometrice, luminiscente, polarimetrice.

5. Metoda refractometrică de analiză.

6. Informaţii generale despre analizele spectrale de masă, radiometrice.

7. Metode electrochimice de analiză (potențiometrie, conductometrie, coulometrie, amperometrie, polarografie).

8. Metoda cromatografică de analiză.

Esența metodelor fizico-chimice de analiză. Clasificarea lor.

Metodele fizico-chimice de analiză, ca și metodele chimice, se bazează pe efectuarea uneia sau alteia reacții chimice. În metodele fizice, reacțiile chimice sunt absente sau au o importanță secundară, deși în analiza spectrală intensitatea liniei depinde întotdeauna în mod semnificativ de reacțiile chimice într-un electrod de carbon sau într-o flacără de gaz. Prin urmare, uneori metodele fizice sunt incluse în grupul de metode fizico-chimice, deoarece nu există o diferență clară suficient de strictă între metodele fizice și fizico-chimice, iar alocarea metodelor fizice într-un grup separat nu are o importanță fundamentală.

Metodele chimice de analiză nu au fost capabile să satisfacă diversele cerințe ale practicii, care au crescut ca urmare a progresului științific și tehnologic, a dezvoltării industriei semiconductoarelor, a electronicii și a calculatoarelor și a utilizării pe scară largă a substanțelor pure și ultrapure în tehnologie.

Utilizarea metodelor fizico-chimice de analiză se reflectă în controlul tehnochimic al producţiei alimentare, în laboratoarele de cercetare şi producţie. Aceste metode se caracterizează prin sensibilitate ridicată și analiză rapidă. Ele se bazează pe utilizarea proprietăților fizice și chimice ale substanțelor.

La efectuarea analizelor prin metode fizico-chimice, punctul de echivalență (sfârșitul reacției) se determină nu vizual, ci cu ajutorul unor instrumente care înregistrează modificarea proprietăților fizice ale substanței de testat la punctul de echivalență. În acest scop, dispozitivele cu optice sau relativ complexe scheme electrice, deci aceste metode se numesc metode analiza instrumentală.

În multe cazuri, aceste metode nu necesită o reacție chimică pentru a efectua analiza, spre deosebire de metodele chimice de analiză. Este necesar doar măsurarea indicatorilor oricăror proprietăți fizice ale substanței analizate: conductivitatea electrică, absorbția luminii, refracția luminii etc. Metodele fizico-chimice permit monitorizarea continuă a materiilor prime, semifabricatelor și produselor finite din industrie.

Metodele fizico-chimice de analiză au început să fie utilizate mai târziu decât metodele chimice de analiză, când a fost stabilită și studiată relația dintre proprietățile fizice ale substanțelor și compoziția lor.

Precizia metodelor fizico-chimice variază foarte mult în funcție de metodă. Cea mai mare precizie (până la 0,001%) are coulometrie, pe baza măsurării cantității de energie electrică care se cheltuiește pentru oxidarea sau reducerea electrochimică a ionilor sau elementelor care se determină. Majoritatea metodelor fizico-chimice au o eroare de 2-5%, care depășește eroarea metodelor chimice de analiză. Cu toate acestea, o astfel de comparație a erorilor nu este în întregime corectă, deoarece se referă la diferite regiuni de concentrare. Cu un conținut scăzut de componentă determinată (aproximativ 10 -3% sau mai puțin), metodele chimice clasice de analiză sunt în general nepotrivite; la concentratii mari, metodele fizico-chimice concureaza cu succes cu cele chimice. Printre deficiențele semnificative ale majorității metodelor fizico-chimice se numără disponibilitatea obligatorie a standardelor și a soluțiilor standard.

Dintre metodele fizico-chimice, cele mai practice aplicații sunt:

1. metode spectrale și alte metode optice (refractometrie, polarimetrie);

2. metode electrochimice de analiză;

3. metode cromatografice de analiză.

În plus, există încă 2 grupuri de metode fizico-chimice:

1. metode radiometrice bazate pe măsurarea emisiei radioactive a unui element dat;

2. metode de analiză spectrometrică de masă bazate pe determinarea maselor atomilor, moleculelor și radicalilor ionizați individuali.

Cel mai extins din punct de vedere al numărului de metode și important din punct de vedere al valorii practice este grupul de metode spectrale și alte metode optice. Aceste metode se bazează pe interacțiunea substanțelor cu radiația electromagnetică. Există multe tipuri diferite de radiații electromagnetice: raze X, ultraviolete, vizibile, infraroșii, cu microunde și frecvență radio. În funcție de tipul de interacțiune a radiației electromagnetice cu materia, metodele optice sunt clasificate după cum urmează.

Pe măsurarea efectelor polarizării moleculelor unei substanțe se bazează refractometrie, polarimetrie.

Substanțele analizate pot absorbi radiațiile electromagnetice și, pe baza utilizării acestui fenomen, se distinge o grupă metode optice de absorbție.

Absorbția luminii de către atomii analiților este utilizată în analiza absorbtiei atomice. Capacitatea de a absorbi lumina de către molecule și ioni din regiunile ultraviolete, vizibile și infraroșii ale spectrului a făcut posibilă crearea analiza absorbției moleculare (colorimetrie, fotocolorimetrie, spectrofotometrie).

Absorbția și împrăștierea luminii de către particulele în suspensie într-o soluție (suspensie) a condus la apariția unor metode turbidimetrie și nefelometrie.

Metodele bazate pe măsurarea intensității radiațiilor rezultate din eliberarea de energie de către moleculele și atomii excitați ai substanței analizate se numesc metode de emisie. La metode de emisie moleculară include luminescență (fluorescență), să emisie atomică- analiza spectrală a emisiilor și fotometria flăcării.

Metode electrochimice analizele se bazează pe măsurarea conductibilității electrice ( conductometrie); diferenta potentiala ( potențiometrie); cantitatea de energie electrică care trece prin soluție cuulometrie); dependența curentului de potențialul aplicat ( voltametrie).

Pentru grup metode cromatografice de analiză include metode de cromatografie gazoasă și gaz-lichid, distribuție, în strat subțire, adsorbție, schimb de ioni și alte tipuri de cromatografie.

Metode spectroscopice de analiză: informații generale

Conceptul metodei spectroscopice de analiză, varietățile acesteia

Metode spectroscopice de analiză- metode fizice bazate pe interacţiunea radiaţiilor electromagnetice cu materia. Interacțiunea duce la diferite tranziții energetice, care sunt înregistrate instrumental sub formă de absorbție a radiației, reflectare și împrăștiere a radiațiilor electromagnetice.

Clasificare:

Analiza spectrală a emisiilor se bazează pe studiul spectrelor de emisie (radiații) sau ale spectrelor de emisie ale diferitelor substanțe. O variație a acestei analize este fotometria flăcării, bazată pe măsurarea intensității radiației atomice excitate de încălzirea unei substanțe într-o flacără.

Analiza spectrală de absorbție se bazează pe studiul spectrelor de absorbție ale substanțelor analizate. Dacă radiația este absorbită de atomi, atunci absorbția se numește atomică, iar dacă de către molecule, atunci se numește moleculară. Există mai multe tipuri de analiză spectrală de absorbție:

1. Spectrofotometrie - ia in calcul absorbtia luminii cu o anumita lungime de unda de catre substanta analizata, i.e. absorbția radiațiilor monocromatice.

2. Fotometria – bazată pe măsurarea absorbției luminii de către substanța analizată nu este strict radiație monocromatică.

3. Colorimetria se bazează pe măsurarea absorbției luminii prin soluții colorate în partea vizibilă a spectrului.

4. Nefelometria se bazează pe măsurarea intensității luminii împrăștiate de particule solide suspendate în soluție, i.e. lumina împrăștiată de suspensie.

Spectroscopia de luminescență folosește strălucirea obiectului studiat, care apare sub acțiunea razelor ultraviolete.

În funcție de partea în care are loc absorbția sau emisia spectrului, spectroscopia se distinge în regiunile ultraviolete, vizibile și infraroșii ale spectrului.

Spectroscopia este o metodă sensibilă pentru determinarea a mai mult de 60 de elemente. Este folosit pentru a analiza numeroase materiale, inclusiv medii biologice, materiale vegetale, cimenturi, pahare și ape naturale.

Metode fotometrice de analiză

Metodele fotometrice de analiză se bazează pe absorbția selectivă a luminii de către analit sau pe combinarea acestuia cu un reactiv adecvat. Intensitatea absorbției poate fi măsurată prin orice metodă, indiferent de natura compusului colorat. Precizia metodei depinde de metoda de măsurare. Există metode colorimetrice, fotocolorimetrice și spectrofotometrice.

Metoda fotocolorimetrică de analiză.

Metoda fotocolorimetrică de analiză face posibilă determinarea cantitativă a intensității absorbției luminii de către soluția analizată folosind fotoelectrocolorimetre (uneori sunt numite pur și simplu fotocolorimetre). Pentru a face acest lucru, pregătiți o serie de soluții standard și reprezentați grafic dependența absorbției de lumină a analitului de concentrația acestuia. Această dependență se numește curbă de calibrare. În fotocolorimetre, fluxurile de lumină care trec prin soluție au o regiune largă de absorbție - 30-50 nm, deci aici lumina este policromatică. Acest lucru duce la pierderea reproductibilității, acurateței și selectivității analizei. Avantajele fotocolorimetrului constau în simplitatea designului și sensibilitatea ridicată datorită luminozității mari a sursei de radiație - o lampă cu incandescență.

Metoda colorimetrică de analiză.

Metoda colorimetrică de analiză se bazează pe măsurarea absorbției luminii de către o substanță. În acest caz, se compară intensitatea culorii, adică. densitatea optică a soluției de testat cu culoarea (densitatea optică) a unei soluții standard, a cărei concentrație este cunoscută. Metoda este foarte sensibilă și este utilizată pentru determinarea cantităților micro și semimicro.

Analiza prin metoda colorimetrică necesită mult mai puțin timp decât prin analiza chimică.

În analiza vizuală se realizează egalitatea intensității colorării soluției analizate și colorate. Acest lucru poate fi realizat în 2 moduri:

1. egalizați culoarea prin modificarea grosimii stratului;

2. selectați soluții standard de diferite concentrații (metoda seriei standard).

Cu toate acestea, vizual este imposibil să se cuantifice de câte ori o soluție este colorată mai intens decât alta. În acest caz, se poate stabili doar aceeași culoare a soluției analizate la compararea acesteia cu cea standard.

Legea fundamentală a absorbției luminii.

Dacă fluxul luminos, a cărui intensitate este I 0, este direcționat către o soluție situată într-un vas plat de sticlă (cuvetă), atunci o parte din intensitatea sa I r este reflectată de suprafața cuvei, cealaltă parte cu intensitate. I a este absorbit de soluție și a treia parte cu intensitate I t trece prin soluție. Există o relație între aceste valori:

I 0 \u003d I r + I a + I t (1)

pentru că intensitatea I r a părții reflectate a fluxului luminos la lucrul cu cuve identice este constantă și nesemnificativă, atunci poate fi neglijată în calcule. Atunci egalitatea (1) ia forma:

I 0 \u003d I a + I t (2)

Această egalitate caracterizează proprietati optice soluție, adică capacitatea sa de a absorbi sau transmite lumina.

Intensitatea luminii absorbite depinde de numărul de particule colorate din soluție, care absorb lumina mai mult decât solventul.

Fluxul luminos, care trece prin soluție, pierde o parte din intensitate - cu cât este mai mare, cu atât concentrația și grosimea stratului de soluție sunt mai mari. Pentru soluțiile colorate există o relație numită legea Bouguer-Lambert-Beer (între gradul de absorbție a luminii, intensitatea luminii incidente, concentrația substanței colorate și grosimea stratului).

Conform acestei legi, absorbția luminii monocromatografice care trece printr-un strat de lichid colorat este proporțională cu concentrația și grosimea stratului său:

I \u003d I 0 10 - kCh,

Unde eu este intensitatea fluxului luminos care trece prin soluție; eu 0 este intensitatea luminii incidente; DIN- concentrare, mol/l; h- grosimea stratului, cm; k este coeficientul de absorbție molar.

Coeficientul de absorbție molar k este densitatea optică a unei soluții care conține 1 mol/l substanță absorbantă, cu grosimea stratului de 1 cm. Depinde de natura chimică și starea fizică a substanței care absoarbe lumina și de lungimea de undă a luminii monocromatice.

Metoda seriei standard.

Metoda seriei standard se bazează pe obținerea aceleiași intensități de culoare a testului și a soluțiilor standard la aceeași grosime a stratului. Culoarea soluției de testat este comparată cu culoarea unui număr de soluții standard. La aceeași intensitate a culorii, concentrațiile soluțiilor test și standard sunt egale.

Pentru a prepara o serie de soluții standard, se iau 11 eprubete de aceeași formă, dimensiune și sticlă. Se toarnă soluția standard din biuretă într-o cantitate care crește treptat, de exemplu: într-o eprubetă 0,5 ml, în a 2-a 1 ml, în a 3-a 1,5 ml, etc. - inainte de 5 ml(în fiecare eprubetă următoare cu 0,5 ml mai mult decât în ​​cea anterioară). În toate eprubetele se toarnă volume egale de soluție, ceea ce dă o reacție de culoare cu ionul care este determinat. Soluțiile sunt diluate astfel încât nivelurile de lichid din toate tuburile să fie aceleași. Tuburile sunt astupate, conținutul este bine amestecat și plasat într-un suport în concentrații crescânde. În acest fel se obține o scară de culori.

La soluția de testare se adaugă aceeași cantitate de reactiv în aceeași eprubetă, diluată cu apă la același volum ca în alte eprubete. Închideți dopul, amestecați bine conținutul. Culoarea soluției de testat este comparată cu culoarea soluțiilor standard pe un fundal alb. Soluțiile trebuie să fie bine iluminate cu lumină difuză. Dacă intensitatea culorii soluției de testat coincide cu intensitatea culorii uneia dintre soluțiile de pe scala de culori, atunci concentrațiile acesteia și ale soluțiilor de testat sunt egale. Dacă intensitatea culorii soluției de testat este intermediară între intensitatea a două soluții de scară adiacente, atunci concentrația sa este egală cu concentrația medie a acestor soluții.

Utilizarea metodei soluției standard este recomandabilă numai atunci când definirea masei ceva substanta. Seria preparată de soluții standard are un timp relativ scurt.

Metodă de egalizare a intensității culorii soluțiilor.

Metoda de egalizare a intensității culorii a soluțiilor test și standard se realizează prin modificarea înălțimii stratului uneia dintre soluții. Pentru a face acest lucru, soluțiile colorate sunt plasate în 2 vase identice: test și standard. Schimbați înălțimea stratului de soluție într-unul dintre vase până când intensitatea culorii în ambele soluții este aceeași. În acest caz, determinați concentrația soluției de testare Cu cercetare. , comparând-o cu concentrația soluției standard:

Din cercetare \u003d C st h st / h cercetare,

unde h st și h cercetare sunt înălțimile straturilor ale soluțiilor standard și, respectiv, de testare.

Se numesc dispozitive utilizate pentru determinarea concentrațiilor soluțiilor studiate prin egalizarea intensității culorii colorimetre.

Există colorimetre vizuale și fotoelectrice. În determinările colorimetrice vizuale, intensitatea culorii se măsoară prin observare directă. Metodele fotoelectrice se bazează pe utilizarea fotocelulelor-fotocolorimetre. În funcție de intensitatea fasciculului de lumină incidentă, în fotocelula se generează un curent electric. Puterea curentului cauzat de expunerea la lumină este măsurată cu un galvanometru. Deformarea săgeții indică intensitatea culorii.

Spectrofotometrie.

Metoda fotometrică se bazează pe măsurarea absorbției luminii a radiațiilor nestrict monocromatice de către substanța analizată.

Dacă radiația monocromatică (radiația de o lungime de undă) este utilizată în metoda fotometrică de analiză, atunci această metodă se numește spectrofotometrie. Gradul de monocromaticitate al fluxului de radiație electromagnetică este determinat de intervalul minim de lungimi de undă, care este separat de monocromatorul utilizat (filtru de lumină, rețea de difracție sau prismă) de un flux continuu de radiație electromagnetică.

La spectrofotometrie include și domeniul tehnologiei de măsurare, care îmbină spectrometria, fotometria și metrologia și dezvoltă un sistem de metode și instrumente de măsurători cantitative a coeficienților spectrale de absorbție, reflexie, radiație, luminozitate spectrală ca caracteristici ale mediilor, acoperirilor, suprafețelor, emițătorilor.

Etapele cercetării spectrofotometrice:

1) efectuarea unei reacții chimice pentru a obține sisteme adecvate analizei spectrofotometrice;

2) măsurători ale absorbţiei soluţiilor rezultate.

Esența metodei de spectrofotometrie

Dependența absorbției unei soluții a unei substanțe de lungimea de undă pe grafic este descrisă ca un spectru de absorbție al unei substanțe, pe care este ușor de distins maximul de absorbție situat la lungimea de undă a luminii care este absorbită maxim de substanță. . Măsurarea densității optice a soluțiilor de substanțe pe spectrofotometre se realizează la lungimea de undă a absorbției maxime. Acest lucru face posibilă analizarea într-o singură soluție a substanțelor ale căror maxime de absorbție sunt situate la lungimi de undă diferite.

În spectrofotometrie în regiunile ultraviolete și vizibile se folosesc spectre electronice de absorbție.

Ele caracterizează cele mai înalte tranziții energetice, care sunt capabile de o gamă limitată de compuși și grupuri funcționale. În compușii anorganici, spectrele electronice sunt asociate cu o polarizare ridicată a atomilor care alcătuiesc molecula substanței și apar de obicei în compuși complecși. În compușii organici, apariția spectrelor electronice este cauzată de tranziția electronilor de la sol la nivelurile excitate.

Poziția și intensitatea benzilor de absorbție sunt puternic afectate de ionizare. Ionizarea de tip acid are ca rezultat apariția unei perechi suplimentare de electroni singuri în moleculă, ceea ce duce la o schimbare batocromică suplimentară (o schimbare în regiunea cu lungime de undă lungă a spectrului) și o creștere a intensității benzii de absorbție.

Spectrul multor substanțe are mai multe benzi de absorbție.

Pentru măsurători spectrofotometrice în regiunile ultraviolete și vizibile, se folosesc două tipuri de instrumente - neînregistrare(rezultatul se observă vizual pe scara instrumentului) și spectrofotometre de înregistrare.

Metoda luminiscentă de analiză.

Luminescență- capacitatea de auto-luminiscență, apărută sub diferite influențe.

Clasificarea proceselor care provoacă luminescență:

1) fotoluminiscență (excitație prin lumină vizibilă sau ultravioletă);

2) chemiluminiscență (excitație datorată energiei reacțiilor chimice);

3) catodoluminiscență (excitație prin impact de electroni);

4) termoluminiscență (excitare prin încălzire);

5) triboluminiscență (excitație prin acțiune mecanică).

În analiza chimică, primele două tipuri de luminescență contează.

Clasificarea luminiscenței după prezența strălucirii. Se poate opri imediat odată cu dispariția excitației - fluorescenţă sau continuați pentru un anumit timp după încetarea efectului excitant - fosforescenţă. Fenomenul de fluorescență este utilizat în principal, așa că metoda este numită fluorimetrie.

Aplicarea fluorimetriei: analiza urmelor de metale, compuși organici (aromatici), vitamine D, B6. Indicatorii fluorescenți sunt utilizați pentru titrarea în medii tulburi sau de culoare închisă (titrarea se efectuează în întuneric, luminând soluția titrată, unde se adaugă indicatorul, cu lumina unei lămpi fluorescente).

Analiza nefelometrică.

Nefelometrie a fost propus de F. Kober în 1912 și se bazează pe măsurarea intensității luminii împrăștiate de o suspensie de particule folosind fotocelule.

Cu ajutorul nefelometriei se măsoară concentrația de substanțe care sunt insolubile în apă, dar formează suspensii stabile.

Pentru măsurători nefelometrice, nefelometre, asemănător în principiu cu colorimetrele, singura diferență fiind aceea cu nefelometria

La conducere analiza fotonefelometrică mai întâi, pe baza rezultatelor determinării unei serii de soluții standard, se construiește un grafic de calibrare, apoi se analizează soluția de testat și se determină concentrația analitului din grafic. Pentru a stabiliza suspensiile rezultate, se adaugă un coloid protector - o soluție de amidon, gelatină etc.

Analiza polarimetrică.

Oscilațiile electromagnetice ale luminii naturale apar în toate planurile perpendiculare pe direcția fasciculului. Rețeaua cristalină are capacitatea de a transmite raze doar într-o anumită direcție. La ieșirea din cristal, fasciculul oscilează doar într-un singur plan. Se numește fascicul ale cărui oscilații sunt în același plan polarizat. Planul în care apar vibrațiile se numește plan de oscilație fascicul polarizat și planul perpendicular pe acesta - planul de polarizare.

Metoda polarimetrică de analiză se bazează pe studiul luminii polarizate.

Metoda refractometrică de analiză.

Baza metodei de analiză refractometrică este determinarea indicelui de refracție al substanței studiate, deoarece o substanță individuală este caracterizată de un anumit indice de refracție.

Produsele tehnice conțin întotdeauna impurități care afectează indicele de refracție. Prin urmare, indicele de refracție poate servi în unele cazuri ca o caracteristică a purității produsului. De exemplu, soiurile de terebentină purificată se disting prin indici de refracție. Deci, indicii de refracție ai terebentinei la 20 ° pentru galben, notați cu n 20 D (intrarea înseamnă că indicele de refracție a fost măsurat la 20 ° C, lungimea de undă a luminii incidente este de 598 mmk), sunt egale cu:

Clasa întâi Clasa a doua Clasa a treia

1,469 – 1,472 1,472 – 1,476 1,476 – 1,480

Metoda refractometrică de analiză poate fi utilizată pentru sisteme binare, de exemplu, pentru a determina concentrația unei substanțe în soluții apoase sau organice. În acest caz, analiza se bazează pe dependența indicelui de refracție al soluției de concentrația solutului.

Pentru unele soluții există tabele de dependență a indicilor de refracție de concentrația lor. În alte cazuri, ele sunt analizate folosind metoda curbei de calibrare: se prepară o serie de soluții de concentrații cunoscute, se măsoară indicii lor de refracție și se trasează un grafic al indicilor de refracție în funcție de concentrație, i.e. construiți o curbă de calibrare. Determină concentrația soluției de testat.

indicele de refracție.

Când un fascicul de lumină trece de la un mediu la altul, direcția lui se schimbă. Se rupe. Indicele de refracție este egal cu raportul dintre sinusul unghiului de incidență și sinusul unghiului de refracție (această valoare este constantă și caracteristică unui mediu dat):

n = sinα / sinβ,

unde α și β sunt unghiurile dintre direcția razelor și perpendiculara pe interfața ambelor medii (Fig. 1)

Indicele de refracție este raportul dintre vitezele luminii în aer și în mediul studiat (dacă un fascicul de lumină cade din aer).

Indicele de refracție depinde de:

1. Lungimea de undă a luminii incidente (pe măsură ce lungimea de undă crește, indicatorul

refractia scade).

2. temperatura (cu creșterea temperaturii, indicele de refracție scade);

3. presiune (pentru gaze).

Indicele de refracție indică lungimile de undă ale luminii incidente și temperatura măsurării. De exemplu, intrarea n 20 D înseamnă că indicele de refracție este măsurat la 20°C, lungimea de undă a luminii incidente este de 598 microni. În manualele tehnice, indicii de refracție sunt dați la n 20 D.

Determinarea indicelui de refracție al unui lichid.

Înainte de începerea lucrului, suprafața prismelor refractometrului se spală cu apă distilată și alcool, se verifică corectitudinea punctului zero al dispozitivului și se determină indicele de refracție al lichidului studiat. Pentru a face acest lucru, suprafața prismei de măsurare este ștearsă cu grijă cu un tampon de vată umezit cu lichidul studiat și câteva picături din acesta sunt aplicate pe această suprafață. Prismele sunt închise și, rotindu-le, direcționează marginea luminii și umbrei către crucea firelor ocularului. Compensatorul elimină spectrul. La citirea indicelui de refracție, trei zecimale sunt luate pe scara refractometrului, iar a patra este luată cu ochiul. Apoi schimbă granița clarobscurului, o combină din nou cu centrul crucii de observare și fac o a doua numărătoare. Acea. Se fac 3 sau 5 citiri, dupa care se spala si se sterg suprafetele de lucru ale prismelor. Substanța de testat este aplicată din nou pe suprafața prismei de măsurare și se efectuează o a doua serie de măsurători. Din datele obținute se ia media aritmetică.

Analiza radiometrică.

Analiza radiometrică h se bazează pe măsurarea radiațiilor din elementele radioactive și este utilizat pentru determinarea cantitativă a izotopilor radioactivi din materialul de testat. În acest caz, se măsoară fie radioactivitatea naturală a elementului care se determină, fie radioactivitatea artificială obținută folosind izotopi radioactivi.

Izotopii radioactivi sunt identificați după timpul lor de înjumătățire sau după tipul și energia radiației emise. În practica analizei cantitative, activitatea izotopilor radioactivi este măsurată cel mai adesea prin radiațiile lor α-, β- și γ.

Aplicarea analizei radiometrice:

Studiul mecanismului reacțiilor chimice.

Metoda atomilor marcați este folosită pentru a studia eficacitatea diferitelor metode de aplicare a îngrășămintelor pe sol, modalitățile de pătrundere în corpul microelementelor aplicate pe frunzele unei plante etc. Fosforul radioactiv 32 P și azotul 13 N sunt utilizate în special în cercetarea agrochimică.

Analiza izotopilor radioactivi utilizați pentru tratamentul bolilor oncologice și pentru determinarea hormonilor, enzimelor.

Analiza spectrală de masă.

Bazat pe determinarea maselor de atomi, molecule și radicali ionizați individuali ca urmare a acțiunii combinate a câmpurilor electrice și magnetice. Înregistrarea particulelor separate se realizează prin metode electrice (spectrometrie de masă) sau fotografice (spectrografie de masă). Determinarea se efectuează pe instrumente - spectrometre de masă sau spectrografe de masă.

Metode electrochimice de analiză.

Metodele electrochimice de analiză și cercetare se bazează pe studiul și utilizarea proceselor care au loc pe suprafața electrodului sau în spațiul apropiat de electrod. Semnal analitic- parametrul electric (potenţial, puterea curentului, rezistenţa), care depinde de concentraţia analitului.

Distinge Dreptși metode electrochimice indirecte. În metodele directe, se utilizează dependența puterii curentului de concentrația analitului. În indirect - puterea curentului (potenţialul) este măsurată pentru a găsi punctul final al titrarii (punctul de echivalenţă) al componentului determinat de titrant.

Metodele electrochimice de analiză includ:

1. potentiometrie;

2. conductometrie;

3. coulometrie;

4. amperometrie;

5. polarografie.

Electrozi utilizați în metode electrochimice.

1. Electrod de referință și electrod indicator.

Electrod de referință- Acesta este un electrod cu potenţial constant, insensibil la ionii soluţiei. Electrodul de referință are un potențial reproductibil care este stabil în timp, care nu se modifică atunci când trece un curent mic, iar potențialul electrodului indicator este raportat în raport cu acesta. Se folosesc electrozi de clorură de argint și calomel. Electrodul de clorură de argint este un fir de argint acoperit cu un strat de AgCl și plasat într-o soluție de KCl. Potențialul electrodului este determinat de concentrația ionului de clor din soluție:

Electrodul de calomel este format din mercur metalic, calomel și soluție KCI. Potențialul electrodului depinde de concentrația ionilor de clorură și de temperatură.

Electrod indicator- acesta este un electrod care reactioneaza la concentratia ionilor care se determina. Electrodul indicator își modifică potențialul cu o modificare a concentrației de „ioni care determină potențialul”. Electrozii indicatori sunt împărțiți în ireversibile și reversibile. Salturile potențiale ale electrozilor indicatori reversivi la granițele interfazelor depind de activitatea participanților la reacțiile electrozilor în conformitate cu ecuațiile termodinamice; echilibrul se stabilește destul de repede. Electrozii indicatori ireversibili nu îndeplinesc cerințele celor reversibili. În chimia analitică se folosesc electrozi reversibili, pentru care ecuația Nernst este satisfăcută.

2. Electrozi metalici: schimb de electroni și schimb de ioni.

Schimbul de electroni electrod la limita interfeței, are loc o reacție cu participarea electronilor. Electrozii de schimb de electroni sunt împărțiți în electrozi primul felși electrozi al doilea fel. Electrozi de primul fel - o placă de metal (argint, mercur, cadmiu) scufundată într-o soluție dintr-o sare foarte solubilă a acestui metal. Electrozi de al doilea fel - un metal acoperit cu un strat de compus puțin solubil al acestui metal și scufundat într-o soluție dintr-un compus foarte solubil cu același anion (clorură de argint, electrozi de calomel).

Electrozi schimbători de ioni- electrozi, al căror potențial depinde de raportul dintre concentrațiile formelor oxidate și reduse ale uneia sau mai multor substanțe în soluție. Astfel de electrozi sunt fabricați din metale inerte, cum ar fi platina sau aurul.

3. Electrozi cu membrană sunt o placă poroasă impregnată cu un lichid nemiscibil cu apă și capabilă de adsorbția selectivă a anumitor ioni (de exemplu, soluții de chelați de Ni 2+, Cd 2+, Fe 2+ într-o soluție organică). Funcționarea electrozilor cu membrană se bazează pe apariția unei diferențe de potențial la limita de fază și pe stabilirea unui echilibru de schimb între membrană și soluție.

Metoda potențiometrică de analiză.

Metoda potențiometrică de analiză se bazează pe măsurarea potențialului unui electrod scufundat într-o soluție. În măsurătorile potențiometrice, o celulă galvanică este alcătuită cu un electrod indicator și un electrod de referință și se măsoară forța electromotoare (EMF).

Varietăți de potențiometrie:

Potențiometrie directă utilizat pentru determinarea directă a concentrației prin valoarea potențialului electrodului indicator, cu condiția ca procesul electrodului să fie reversibil.

Potențiometrie indirectă se bazează pe faptul că o modificare a concentraţiei unui ion este însoţită de o modificare a potenţialului la electrodul scufundat în soluţia titrată.

În titrarea potențiometrică, un punct final se găsește în termeni de salt de potențial, datorită înlocuirii unei reacții electrochimice cu alta în conformitate cu valorile lui E° (potențial electrod standard).

Valoarea potențialului depinde de concentrația ionilor corespunzători din soluție. De exemplu, potențialul unui electrod de argint scufundat într-o soluție de sare de argint se modifică odată cu modificarea concentrației de ioni Ag + din soluție. Prin urmare, prin măsurarea potențialului unui electrod scufundat într-o soluție de sare dată de concentrație necunoscută, este posibil să se determine conținutul ionilor corespunzători din soluție.

Electrodul, după potențialul căruia se apreciază concentrația ionilor de determinat în soluție, se numește electrod indicator.

Potențialul electrodului indicator este determinat prin compararea acestuia cu potențialul altui electrod, care este denumit în mod obișnuit electrod de referință. Ca electrod de referință se poate folosi doar un astfel de electrod, al cărui potențial rămâne neschimbat atunci când se modifică concentrația ionilor care se determină. Un electrod de hidrogen standard (normal) este utilizat ca electrod de referință.

În practică, mai degrabă un electrod de calomel decât un electrod de hidrogen este adesea folosit ca electrod de referință cu o valoare cunoscută a potențialului electrodului (Fig. 1). Potențialul electrodului de calomel cu o soluție saturată de CO la 20 °C este de 0,2490 V.

Metoda conductometrică de analiză.

Metoda conductometrică de analiză se bazează pe măsurarea conductivității electrice a soluțiilor, care se modifică ca urmare a reacțiilor chimice.

Conductivitatea electrică a unei soluții depinde de natura electrolitului, de temperatura acestuia și de concentrația solutului. Conductivitatea electrică a soluțiilor diluate se datorează mișcării cationilor și anionilor, care diferă în mobilitate diferită.

Odată cu creșterea temperaturii, conductivitatea electrică crește, pe măsură ce mobilitatea ionilor crește. La o anumită temperatură, conductivitatea electrică a unei soluții de electrolit depinde de concentrația acesteia: de regulă, cu cât concentrația este mai mare, cu atât conductivitatea electrică este mai mare! Prin urmare, conductivitatea electrică a unei soluții date servește ca indicator al concentrației unei substanțe dizolvate și este determinată de mobilitatea ionilor.

În cel mai simplu caz de cuantificare conductometrică, atunci când soluția conține un singur electrolit, este trasat un grafic în funcție de conductibilitatea electrică a soluției de analit în funcție de concentrația acesteia. După ce s-a determinat conductivitatea electrică a soluției de testat, concentrația analitului se găsește din grafic.

Astfel, conductivitatea electrică a apei baritice se modifică direct proporțional cu conținutul de Ba(OH) 2 din soluție. Această dependență este exprimată grafic printr-o linie dreaptă. Pentru a determina conținutul de Ba(OH) 2 în apa baritică de concentrație necunoscută, este necesar să se determine conductivitatea electrică a acestuia și, folosind graficul de calibrare, să se afle concentrația de Ba(OH) 2 corespunzătoare acestei valori a conductibilității electrice. Dacă un volum măsurat de gaz care conține dioxid de carbon este trecut printr-o soluție de Ba (OH) 2, a cărei conductivitate electrică este cunoscută, atunci CO 2 reacționează cu Ba (OH) 2:

Ba (OH)2 + CO2 → BaC03 + H20

Ca urmare a acestei reacții, conținutul de Ba(OH) 2 din soluție va scădea, iar conductivitatea electrică a apei barite va scădea. Măsurând conductibilitatea electrică a apei barite după ce aceasta a absorbit CO 2 , este posibil să se determine cât de mult a scăzut concentrația de Ba(OH) 2 din soluție. Prin diferența de concentrații de Ba (OH) 2 din apa baritică, este ușor de calculat cantitatea de absorbită

METODE FIZICE DE ANALIZĂ

bazat pe măsurarea efectului cauzat de interacţiune. cu in-ție de radiație - un flux de cuante sau particule. Radiația joacă aproximativ același rol ca și reactantul în metode chimice de analiză. fizice măsurate. efectul este un semnal. Drept urmare, mai multe sau multe măsurători ale mărimii semnalului și statistic-stitch-ul acestora. procesare primi analit. semnal. Este legat de concentrația sau masa componentelor care se determină.

Pe baza naturii radiațiilor utilizate, F. m. a. pot fi împărțite în trei grupe: 1) metode care utilizează radiația primară absorbită de probă; 2) folosind radiația primară împrăștiată de probă; 3) folosind radiația secundară emisă de probă. De exemplu, spectrometrie de masa aparține celui de-al treilea grup - radiația primară aici este fluxul de electroni, cuante de lumină, ioni primari sau alte particule, iar radiația secundară este dec. mase si sarcini.

Din punct de vedere practic aplicaţiile folosesc mai des altă clasificare F. m. a.: 1) spectroscopică. metode de analiză - emisie atomică, absorbție atomică, spectrometrie de fluorescență atomică etc. (vezi, de exemplu, Analiza absorbției atomice, analiza fluorescenței atomice, spectroscopie în infraroșu, ultravioletă), inclusiv metoda fluorescenței cu raze X și microanaliza spectrală cu raze X, spectrometrie de masă, rezonanța paramagnetică electronicăși rezonanță magnetică nucleară, spectrometrie electronică; 2) nuclear-no-phys. și radiochimie. metode - (vezi analiza de activare), rezonanță gamma nucleară sau Spectroscopie Mössbauer, metoda de diluare a izotopilor", 3) alte metode, de exemplu. difracția cu raze X (vezi metode de difracție), si etc.

Avantajele fizice metode: ușurință în pregătirea probei (în majoritatea cazurilor) și analiza calitativă a probelor, versatilitate mai mare în comparație cu cea chimică. şi fiz.-chim. metode (inclusiv posibilitatea analizei amestecurilor multicomponente), o dinamică largă. interval (adică capacitatea de a determina componentele principale, impurități și urme), adesea limite de detecție scăzute atât în ​​concentrație (până la 10 -8% fără utilizarea concentrației), cât și în masă (10 -10 -10 -20 g) , care vă permite să cheltuiți cantități extrem de mici de mostre și, uneori, să efectuați. Mulți F. m. și. vă permit să efectuați analize atât brute, cât și locale și strat cu strat din spații. rezoluție până la nivelul monoatomic. F. m. a. convenabil pentru automatizare.

Utilizarea realizărilor fizicii în analit. chimia conduce la crearea de noi metode de analiză. Da, în con. anii 80 A apărut spectrometria de masă cu plasmă cuplată inductiv, microsondă nucleară (o metodă bazată pe detectarea radiațiilor de raze X excitate prin bombardarea probei studiate cu un fascicul de ioni accelerați, de obicei protoni). Domeniile de aplicare ale F. MA se extind. obiecte naturale și tehnologie. materiale. Un nou impuls dezvoltării lor va da trecerea de la dezvoltarea teoretică. fundamente ale metodelor individuale la crearea unei teorii generale a lui F. MA. Scopul unor astfel de studii este identificarea fizică. factori care asigură toate conexiunile în procesul de analiză. Găsirea relației exacte a analitului. semnalul cu conținutul componentei determinate deschide calea spre crearea unor metode „absolute” de analiză care nu necesită mostre de comparație. Crearea unei teorii generale va facilita compararea lui F. m. între ele, alegerea corectă a metodei de rezolvare a analitului specific. sarcini, optimizarea condiţiilor de analiză.

Lit.: Danzer K., Tan E., Molch D., Analytics. Revizuire sistematică, trad. din germană, M., 1981; Ewing G., Metode instrumentale de analiză chimică, trad. din engleză, M., 1989; Ramendik G. I., Shishov V. V., „Journal of Analytical Chemistry”, 1990, v. 45, nr. 2, p. 237-48; Zolotev Yu. A., Chimie analitică: probleme și realizări, M., 1992. G. I. Ramendik.

Enciclopedie chimică. - M.: Enciclopedia Sovietică. Ed. I. L. Knunyants. 1988 .

Vezi ce este „METODE FIZICE DE ANALIZĂ” în alte dicționare:

- (a. metode fizice de analiză; n. physikalische Analyseverfahren; f. procedes physiques de l analyse; and. metodos fisicos de analisis) un set de metode de calități. și cantități. analiza substanțelor pe baza măsurării fizice ... ... Enciclopedia Geologică

metode fizice de analiză- fizikiniai analizės metodai statusas T sritis chemija apibrėžtis Metodai, pagrįsti medžiagų fizikinių savybių matavimu. atitikmenys: engl. metode analitice fizice; metode fizice de analiză. metode fizice de analiză... Chemijos terminų aiskinamasis žodynas

- (РМА), metode de calități. și cantități. chimic. analiza folosind radionuclizi. Acesta din urmă poate fi conținut în originalul analizat în ve (de exemplu, radionuclizi naturali ai unor elemente precum K, Th, U etc.), m. introdus la un anumit stadiu ...... Enciclopedia chimică

- (a. chemical methods of analysis; n. chemische Analyseverfahren; f. procedes chimiques de l analyse; i. metodos quimicos de analisis) un set de metode de calitate. și cantități. analiza substantelor, osn. cu privire la utilizarea chimică. reactii. … … Enciclopedia Geologică

Cuprins 1 Metode de chimie electroanalitică 2 Introducere 3 Parte teoretică ... Wikipedia

I. Metoda si perspectiva. II. Probleme de istoriografie a criticii literare premarxiste. III. Scurtă trecere în revistă a principalelor curente ale criticii literare premarxiste. 1. Studiul filologic al monumentelor de cuvinte. 2. Dogmatism estetic (Boileau, Gottshed... Enciclopedia literară

Metode matematice utilizate în tehnologia prefabricatelor din beton- - împărțit condiționat în trei grupe: grupa A - metode statistice probabilistice, inclusiv utilizarea teoriei generale a probabilității, Statisticile descriptive, metoda de eșantionare și testarea ipotezelor statistice, dispersie și ... ... Enciclopedie de termeni, definiții și explicații ale materialelor de construcție

- (în chimie analitică) cele mai importante operații analitice, necesare deoarece majoritatea metodelor analitice nu sunt suficient de selective (selective), adică multe interferează cu detectarea și cuantificarea unui element (substanță) ... ... Wikipedia

TRIZ este o teorie a rezolvării inventive a problemelor, fondată de Genrikh Saulovich Altshuller și colegii săi în 1946 și publicată pentru prima dată în 1956, este o tehnologie de creativitate bazată pe ideea că „creativitatea inventiva... ... Wikipedia

Metode de analiză chimică fizică- un set de metode fizice pentru analiza calitativă și cantitativă a compușilor și elementelor chimice. Acestea se bazează pe măsurarea proprietăților fizice ale substanțelor studiate (atomice, moleculare, electrice, magnetice, optice etc.). LA… … Dicţionarîn știința solului

Cărți

• Metode de cercetare fizică și aplicarea lor practică în analiza chimică. Manual, Ya. N. G. Yaryshev, Yu. N. Medvedev, M. I. Tokarev, A. V. Burikhina, N. N. Kamkin. Manualul este destinat utilizării în studiul disciplinelor: `Metode fizice de cercetare`, `Standardizarea și certificarea produselor alimentare`, `Chimie mediu inconjurator`, `Igiena...

ANALIZA FIZICO-CHIMICĂ, studiază relația dintre compoziție și Sf. tu macroscopic. sisteme formate din mai multe initial in-in (componente). Analiza fizico-chimică se caracterizează prin reprezentarea grafică a acestor dependențe, sub forma unei diagrame compoziție-proprietate; aplicați și tabele de date numerice și analiți. înregistrări. Deoarece proprietățile unui sistem depind nu numai de compoziția sa, ci și de alți factori care determină starea sistemului - presiunea, t-ry, gradul de dispersie, forțele gravitaționale. și electromagnet. câmpuri, precum și timpul de observație, apoi într-o formă generală se vorbește despre diagramele factorului de echilibru - St., sau despre fizico-chimic. diagrame (chimice). În aceste diagrame, toate chem. procese care au loc în sisteme când c.-l. factor de echilibru, cum ar fi formarea și degradarea substanțelor chimice. Comm., apariția și dispariția soluțiilor solide și (sau) lichide etc., sunt exprimate ca geom. modificări în complexul de linii, suprafețe și puncte, care formează o diagramă. Prin urmare, analiza geometriei diagramelor face posibilă tragerea de concluzii despre procesele corespunzătoare din sistem.

Două de bază principiile analizei fizico-chimice au fost formulate de N.S. Kurnakov. Conform principiului corespondenței, fiecare set de faze care se află în echilibru într-un sistem dat în conformitate cu regula fazelor corespunde unei anumite geome de pe diagramă. imagine. Pe baza acestui principiu, N.S. Kurnakov a definit analiza fizico-chimică ca un geome. metoda de cercetare chimica. transformări.

Al doilea principal principiul analizei fizico-chimice, numit. principiul continuității, se formulează următoarele. mod: cu o schimbare continuă a parametrilor care determină starea sistemului, proprietățile fazelor sale individuale se modifică continuu. Sistemele St.-va în ansamblu se schimbă și ele continuu, dar cu condiția să nu apară faze noi și să nu dispară cele vechi; dacă se modifică numărul de faze, atunci se schimbă și proprietățile sistemului și, de regulă, brusc.

Al treilea principiu al analizei fizico-chimice a fost propus de Ya.G. Goroșcenko. El susține că orice set de componente, indiferent de numărul și fizicul lor. sv-in, poate alcătui un sistem (principiul compatibilității). Din aceasta rezultă că diagrama oricărui sistem conține toate elementele anumitor sisteme (subsisteme) din care este compus. LA sistem comun elementele de traducere ale sistemelor private sunt combinate cu geom. imagini pentru chimie. diagramă, care apare ca o afișare a proceselor care au loc cu participarea tuturor componentelor sistemului general.

Unul din principalele direcţiile teoriei analizei fizico-chimice este studiul topologiei chimiei. diagrame. Avantajul analizei fizico-chimice ca metodă de cercetare este că nu necesită izolarea produsului chimic. interacțiunea componentelor din amestecul de reacție, în urma căreia metoda vă permite să explorați substanța chimică. transformări în soluţii, aliaje (în special metalice), sticle etc., obiecte, care practic sunt imposibil de studiat cu ajutorul clasicului. preparativ-sintetic. metode. Analiza fizico-chimică a fost utilizată pe scară largă în studiul formării complexelor în soluții pentru a determina compoziția și stabilitatea substanței chimice. conexiuni. Compoziția orarului - sv-in are de obicei un extremum, de regulă, un maxim. În cazuri simple, maximul corespunde raportului molar al componentelor sistemului, reprezentând stoichiometria compusului complex. În cazul general, punctele extreme de pe curbele (sau suprafețele) St.-in, precum și punctele de inflexiune, nu corespund compoziției compușilor chimici formați în sistem. Com., dar la limită, când gradul de disociere a chimiei. conn. este egală cu zero, curba continuă a dependenței lui St-va de compoziție se desparte în două ramuri care se intersectează într-un punct singular, a căror abscisă corespunde compoziției substanței chimice. conexiuni.

Diagramele de compoziție - sv-in sunt baza analitului. metode (colorimetrie, potențiometrie etc.). Pentru utilizare la. - l. Insula Sfântă în analyt. În scopuri, este de dorit să existe o dependență aditivă a valorilor acestei proprietăți de compoziție. Prin urmare, se acordă o mare importanță alegerii raționale a proprietăților (în special, directă sau inversă, de exemplu, conductivitatea electrică sau rezistența electrică), precum și alegerea unei metode de exprimare a concentrației componentelor sistemului (masă).molar, volum, fracții echivalente sau procente). În modern În analiza fizico-chimică, numărul de Sf. utilizați în sistem este de multe zeci. În principiu, puteți folosi orice sv-in, to-swarm m. b. măsurată sau calculată. De exemplu, la rezolvarea teoreticului probleme, în special în derivarea decomp. tipuri de diagrame, folosiți k.-l. termodinamic potential, to-ry nu m. b. măsurată direct. Atunci când alegeți Insulele Sf., este necesar să luați în considerare atât posibila acuratețe a determinării valorilor sale, cât și sensibilitatea acesteia la ceea ce se întâmplă în sistemul chimic. transformări. De exemplu, densitatea v-va m. b. determinat cu mare precizie, dar este insensibil la formarea substanțelor chimice. Comm., în timp ce duritatea este sensibilă la substanțe chimice. interacţiune în sistem, dar acuratețea determinării acestuia este scăzută. Analiza fizico-chimică se caracterizează printr-un studiu paralel și compararea rezultatelor determinării mai multor. Sf., de exemplu. conductivitate electrică, duritate.

Printre chimi. diagramele, un loc aparte îl ocupă diagramele de topire (fuzibilitate), diagramele p-raritate, diagramele presiunii vaporilor, to-rye sunt variante ale diagramei de stare. Pe astfel de diagrame, orice punct, indiferent dacă este situat pe c.-l. linii sau linii ale diagramei sau nu, descrie starea sistemului. Diagrama de stare este baza diagramei oricărei proprietăți, deoarece valoarea fiecăreia dintre proprietățile din sistem depinde în general de compoziție și de t-ry și de presiune, i.e. din toţi factorii de echilibru , raportul dintre care dă diagrama de stare . Din ce în ce mai mult, diagramele sunt explorate și utilizate în practică, care arată dependența stării sistemului simultan de cei mai importanți doi factori de echilibru - presiunea și t-ry. Aceste diagrame sunt denumite diagrame p-T-x (x este fracția molară a componentei). Chiar și pentru un sistem binar, construcția unei diagrame p-T-x necesită utilizarea spațiilor, a unui sistem de coordonate, prin urmare, diagrama compoziție-proprietate pentru sisteme binare și mai complexe este construită și studiată, de regulă, la presiune constantă, t -re etc. ext. factori. Complexitatea construirii unei chimice. diagramele au necesitat elaborarea unor metode adecvate grafice. Imagini.

F analiza fizico-chimică a contribuit la rezolvarea multora. teoretic probleme ale chimiei, în special, crearea unei teorii a structurii chimiei. conn. compoziție variabilă (vezi Nonstoichiometrie). Analiza fizico-chimică stă la baza creării de noi și modificarea materialelor cunoscute - aliaje, semiconductori, sticle, ceramică etc. prin dopaj, de exemplu. Despre analiză fizico-chimică și fiz.-chim. multe tehnologii se bazează pe diagrame. procese asociate, în special, cu cristalizarea, rectificarea, extracția etc., adică cu separarea fazelor. Astfel de diagrame indică, în special, condițiile pentru izolarea compusului, creșterea monocristalelor. T. a sunat metoda concentrațiilor reziduale vă permite să explorați districtul de depunere a substanțelor chimice. conn. ca urmare a interacţiunii în r-ra. Conform acestei metode, compoziția fazelor solide - produsele districtului - este determinată de diferența dintre conținutul componentelor care reacţionează într-o serie de amestecuri inițiale și în echilibrul corespunzător p-pas la sfârșitul interacțiunii. . În același timp, se construiește o diagramă a dependenței concentrațiilor de echilibru ale componentelor care reacţionează din soluție de raportul dintre ele în amestecurile inițiale. În paralel, de obicei modifică pH-ul, conductivitatea electrică a soluțiilor, absorbția luminii de către o suspensie etc. Insulele Sf.

În clasic Analiza fizico-chimică a sistemului a fost studiată numai în stare de echilibru. Abordarea echilibrului durează adesea mult timp sau este în general dificil de atins, prin urmare, în scopuri practice. folosind metoda, este necesar să se studieze sistemele în stare de neechilibru, în special, în procesul de apropiere a echilibrului. Strict vorbind, sistemele sunt considerate neechilibrate, la care participă metastaoile. modificări in-in capabile să existe o perioadă arbitrar de lungă. Teh. utilizarea materialelor în stare de neechilibru, de ex. metal sticlos. aliaje, materiale compozite, semiconductori sticloși, a condus la necesitatea studierii diagramelor compoziție-compoziție pentru sisteme evident neechilibrate.

Analiza fizico-chimică s-a dovedit a fi fructuoasă pentru studiul și sinteza noilor Comm. ca urmare a p-urilor ireversibile în sistemele de neechilibru. Studiul sistemelor aflate în proces de trecere la o stare de echilibru face posibilă stabilirea existenței nu numai a produselor finale ale p-ției, ci și a celor intermediare. in-in, precum și instabilitatea in-in rezultată. Cinetică factorul, adică rata de transformare (rata de apropiere a echilibrului), este acum considerată pe picior de egalitate cu alte criterii și alți sfinți. Pe sistemul St-va este influențat semnificativ de dispersia sa - distribuția dispersată mol. a componentelor (starea submicroscopică), starea de dizolvare coloidală etc., până la monocristal. state. Diagramele compoziție - structură - grad de dispersie - sv-in determină trăsăturile moderne. studii de analiză fizico-chimică.

Dezvoltarea computerelor a condus la faptul că rolul analitului în analiza fizico-chimică a crescut semnificativ. forme de exprimare a dependenţelor Sf. în sistem faţă de componenţa sa. Aceasta facilitează stocarea informațiilor (sistemele informatice moderne permit colectarea și stocarea materialului de referință pe diagrame chimice și sub formă grafică) și, în special, mat. procesarea rezultatelor, care a fost folosită anterior în principal. numai în studiul formării complexe în soluţii. Într-o anumită măsură, utilizarea modernului calculează, tehnica vă permite să depășiți limitările analizei fizico-chimice, care constă în faptul că stabilește ce chimie. transformările au loc în sistem, dar nu răspunde la întrebări legate de cauza și mecanismul acestor transformări. Metodele de calcul vă permit să extrageți suplimentar. informatii de la chem. diagrame, de ex. determinați gradul de disociere a substanțelor chimice. conn. în topitură pe baza analizei curburii liniei lichidus pentru sisteme binare sau modificarea energiei libere a sistemului în timpul schimbului de săruri, pe baza formei izotermelor liquidus pentru sistemele reciproce ternare. Atragerea dif. teorii ale solidelor, modele ale lichidelor și stări ale amestecurilor de gaze, alături de o generalizare a experimentelor. date, vă permite să obțineți fizic. diagrame (sau elementele acestora) prin calcul.

eseu istoric. Principal ideea analizei fizico-chimice a fost propusă de M.V. Lomonosov (1752), primele încercări de a stabili educația în sistemul chimic. Comm., bazată pe dependența Sf. ei de compoziție, aparțin începutului. secolul al 19-lea Toate R. secolul al 19-lea lucrări de P.P. Anosov (1831), G.K. Sorby (1864), D.K. Cernov (1869) a pus bazele metalurgiei; DI. Mendeleev a fost primul care a realizat geom. analiza compoziției diagramelor - Sf. în exemplul studiului hidraților de acid sulfuric. Lucrările lui V.F. Alekseev despre solubilitatea reciprocă a lichidelor, D.P. Konovalova - despre elasticitatea unei perechi de soluții (vezi legile lui Konovalov), I.F. Schroeder - de dependența de temperatură a solubilității (vezi Pasmicitatea). La cumpăna dintre secolele XIX-XX. În legătură cu nevoile tehnologiei, a început dezvoltarea rapidă a analizei fizico-chimice (A. Le Chatelier, J. Van't Hoff, F. Osmond, W. Roberts-Austen, J. Van Laar ș.a.). Teoreticul fundamental și experimentează. lucrări de modernitate analizele fizico-chimice aparțin N.S. Kurnakov. Ei au combinat studiul aliajelor și soluțiilor omogene într-o singură direcție și au propus termenul de „analiza fizico-chimică” (1913). Studii de formare complexă în soluții cu lucrările lui I.I. Ostromyslensky (1911), P. Job (1928) și dezvoltarea metodelor de determinare a compoziției substanțelor chimice. conn. și constantele r despre shchenko Ya.G., Analiza fizico-chimică a sistemelor omogene și eterogene, K., 1978; Chernogorenko V.B., Pryadko L.F., „Journal of inorg. chemistry”, 1982, vol. 27, nr. 6, p. 1527-30; Glazov V.M., "Izv. AN SSSR. Ser. materiale anorganice", 1984, v. 20, nr. 6, p. 925-36; Fedorov P.I., Fedorov P.P., Dr. despre D.V., Analiza fizică și chimică a sistemelor de sare anhidre, M., 1987. P.I. Fedorov.

Mai mult

Inginerii de mediu trebuie să cunoască compoziția chimică a materiilor prime, a produselor și a deșeurilor de producție și a mediului - aer, apă și sol; este important să se identifice substanțele nocive și să se determine concentrația acestora. Această problemă este rezolvată Chimie analitică - știința determinării compoziției chimice a substanțelor.

Problemele de chimie analitică sunt rezolvate în principal prin metode fizico-chimice de analiză, care se mai numesc și instrumentale. Ei folosesc măsurarea unei proprietăți fizice sau fizico-chimice a unei substanțe pentru a determina compoziția acesteia. De asemenea, include secțiuni despre metodele de separare și purificare a substanțelor.

Scopul acestui curs de prelegeri este familiarizarea cu principiile metodelor instrumentale de analiză pentru a le naviga pe capacitățile și, pe această bază, a stabili sarcini specifice specialiștilor - chimiști și a înțelege semnificația rezultatelor analizei.

Literatură

Aleskovsky V.B. etc.Metode fizico-chimice de analiză. L-d, „Chimie”, 1988

Yu.S. Lyalikov. Metode fizico-chimice de analiză. M., editura „Chimie”, 1974

Vasiliev V.P. Baza teoretica metode fizico-chimice de analiză.M., Liceu, 1979

A.D. Zimon, N.F. Leshcenko. chimie coloidală. M., „Agar”, 2001

A.I. Mishustin, K.F. Belousova. chimie coloizi ( Trusa de instrumente). Editura MIHM, 1990

Primele două cărți sunt manuale pentru studenții la chimie și, prin urmare, sunt destul de dificile pentru tine. Acest lucru face aceste prelegeri foarte utile. Cu toate acestea, puteți citi capitole individuale.

Din păcate, administrația nu a alocat încă un credit separat pentru acest curs, așa că materialul este inclus în examenul general, alături de cursul de chimie fizică.

2. Clasificarea metodelor de analiză

Faceți distincția între analiza calitativă și cea cantitativă. Primul determină prezența anumitor componente, al doilea - conținutul lor cantitativ. Metodele de analiză sunt împărțite în chimice și fizico-chimice. În această prelegere, vom lua în considerare numai metodele chimice care se bazează pe transformarea analitului în compuși cu anumite proprietăți.

În analiza calitativă a compușilor anorganici, proba de testat este transferată în stare lichidă prin dizolvare în apă sau într-o soluție acidă sau alcalină, ceea ce face posibilă detectarea elementelor sub formă de cationi și anioni. De exemplu, ionii de Cu 2+ pot fi identificați prin formarea unui ion complex 2+ albastru strălucitor.

Analiza calitativă este împărțită în fracționată și sistematică. Analiza fracționată - detectarea mai multor ioni într-un amestec cu o compoziție aproximativ cunoscută.

Analiza sistematică este o analiză completă conform unei anumite metode de detecție secvențială a ionilor individuali. Grupuri separate de ioni cu proprietăți similare sunt izolate cu ajutorul reactivilor de grup, apoi grupurile de ioni sunt împărțite în subgrupe, iar aceștia, la rândul lor, în ioni separați, care sunt detectați folosind așa-numiții. reacții analitice. Acestea sunt reacții cu efect extern - precipitare, degajare de gaze, modificarea culorii soluției.

Proprietățile reacțiilor analitice - specificitate, selectivitate și sensibilitate.

Specificitate vă permite să detectați un anumit ion în prezența altor ioni printr-o trăsătură caracteristică (culoare, miros etc.). Există relativ puține astfel de reacții (de exemplu, reacția de detectare a ionului NH 4 + prin acțiunea unei alcalii asupra unei substanțe atunci când este încălzită). Cantitativ, specificitatea reacției este estimată prin valoarea raportului de limitare, care este egală cu raportul dintre concentrațiile ionului de determinat și ionii interferanți. De exemplu, o reacție de picătură asupra ionului Ni 2+ prin acțiunea dimetilglioximei în prezența ionilor de Co 2+ are succes la un raport limitator de Ni 2+ la Co 2+ egal cu 1:5000.

Selectivitate(sau selectivitatea) unei reacții este determinată de faptul că un similar efect extern da doar câțiva ioni. Selectivitatea este cu atât mai mare, cu atât este mai mic numărul de ioni care dau un efect similar.

Sensibilitate reacţiile sunt caracterizate printr-o limită de detecţie sau o limită de diluţie. De exemplu, limita de detecție într-o reacție microcristaloscopică la ionul Ca 2+ prin acțiunea acidului sulfuric este de 0,04 μg de Ca 2+ într-o picătură de soluție.

O sarcină mai dificilă este analiza compușilor organici. Carbonul și hidrogenul se determină după arderea probei, înregistrându-se dioxidul de carbon eliberat și apa. Există o serie de tehnici pentru detectarea altor elemente.

Clasificarea metodelor de analiză după cantitate.

Componentele sunt împărțite în bază (1 - 100% în greutate), minore (0,01 - 1% în greutate) și impurități sau urme (mai puțin de 0,01% în greutate).

În funcție de masa și volumul probei analizate, se distinge macroanaliza (0,5 - 1 g sau 20 - 50 ml),

semi-microanaliza (0,1 - 0,01 g sau 1,0 - 0,1 ml),

microanaliză (10 -3 - 10 -6 g sau 10 -1 - 10 -4 ml),

ultramicroanaliza (10 -6 - 10 -9 g sau 10 -4 - 10 -6 ml),

submicroanaliza (10 -9 - 10 -12 g sau 10 -7 - 10 -10 ml).

Clasificare în funcție de natura particulelor determinate:

1.izotopic (fizic) - se determină izotopi

2. elementară sau atomică – se determină un set de elemente chimice

3. molecular - se determină setul de molecule care alcătuiesc proba

4. grup structural (intermediar intre atomic si molecular) - grupele functionale se determina in moleculele compusilor organici.

5. fază - sunt analizate componentele obiectelor eterogene (de exemplu, minerale).

Alte tipuri de clasificare de analiză:

Brut și local.

Distructiv și nedistructiv.

Contact și telecomandă.

discretă și continuă.

Caracteristicile importante ale procedurii analitice sunt rapiditatea metodei (viteza analizei), costul analizei și posibilitatea automatizării acesteia.