Sokféle elemzés létezik. Különféle kritériumok szerint osztályozhatók:

- a kapott információ jellege szerint. Megkülönböztetni kvalitatív elemzés(ebben az esetben megtudják, miből áll ez az anyag, mely összetevők szerepelnek az összetételében) és mennyiségi elemzés(meghatározzák bizonyos komponensek tartalmát, például tömegszázalékban, vagy a különböző komponensek arányát). A kvalitatív és kvantitatív elemzés közötti határvonal nagyon feltételes, különösen a mikroszennyeződések vizsgálatánál. Tehát, ha a kvalitatív elemzés során egy bizonyos komponenst nem sikerült kimutatni, akkor jelezni kell, hogy ennek a komponensnek a minimális mennyisége kimutatható ezzel a módszerrel. Lehet, hogy a kvalitatív elemzés negatív eredménye nem egy komponens hiányából adódik, hanem az alkalmazott módszer elégtelen érzékenységéből! Másrészt a kvantitatív elemzés mindig a vizsgált anyag korábban megállapított minőségi összetételének figyelembevételével történik.

- osztályozás az elemzés tárgyai szerint: műszaki, klinikai, törvényszéki satöbbi.

- osztályozás definíciós objektumok szerint.

Ne keverje össze a kifejezéseket - elemezniés meghatározni. Objektumok definíciók nevezze meg azokat az összetevőket, amelyek tartalmát megállapítani vagy megbízhatóan kimutatni kell. A meghatározandó komponens jellegét figyelembe véve különbözõ típusú elemzéseket különböztetünk meg (1.1. táblázat).

1-1. táblázat. Az elemzés típusainak osztályozása (definíciós vagy észlelési objektumok szerint)

Az elemzés típusa	A meghatározás (vagy észlelés) tárgya	Példa	Alkalmazási terület
Izotóp	Adott nukleáris töltéssel és tömegszámmal rendelkező atomok (izotópok)	137 Cs, 90 Sr, 235 U	Atomenergia, környezetszennyezés-ellenőrzés, orvostudomány, régészet stb.
elemi	Adott magtöltési értékekkel rendelkező atomok (elemek)	Cs, Sr, U, Cr, Fe, Hg	Mindenhol
Igazi	Egy elem atomjai (ionjai) adott oxidációs állapotban vagy adott összetételű vegyületekben (elem alakban)	Cr(III), Fe 2+ , Hg komplex vegyületekben	Kémiai technológia, környezetszennyezés ellenőrzése, geológia, kohászat stb.
Molekuláris	Adott összetételű és szerkezetű molekulák	Benzol, glükóz, etanol	Orvostudomány, környezetszennyezés-ellenőrzés, agrokémia, vegyi technológia, kriminalisztika.
Strukturális csoport vagy funkcionális	Adott szerkezeti jellemzőkkel és hasonló tulajdonságokkal rendelkező molekulák összege (izomerek és homológok összege)	Korlátozza a szénhidrogének, monoszacharidok, alkoholok használatát	Vegytechnológia, élelmiszeripar, orvostudomány.
fázis	Fázis vagy elem egy adott fázison belül	Grafit acélban, kvarc gránitban	Kohászat, geológia, építőanyag-technológia.

A "definíciós objektumok" szerinti osztályozás nagyon fontos, mert segít a választásban megfelelő módon elemzés (analitikai módszer). Igen, azért elemanalízis gyakran alkalmazott spektrális módszerek, amelyek az atomok különböző hullámhosszúságú sugárzásának regisztrálásán alapulnak. A legtöbb spektrális módszer az analit teljes megsemmisítését (porlasztását) foglalja magában. Ha meg kell állapítani a vizsgált szerves anyag összetételét alkotó különböző molekulák természetét és mennyiségi tartalmát, molekuláris elemzés), akkor az egyik legalkalmasabb módszer a kromatográfia lesz, amely nem jár molekulák roncsolásával.

Alatt elemanalízis az elemek azonosítása vagy számszerűsítése, függetlenül azok oxidációs fokától vagy bizonyos molekulák összetételében való részvételtől. A vizsgálati anyag teljes elemi összetételét ritka esetekben határozzák meg. Általában elegendő néhány olyan elem meghatározása, amelyek jelentősen befolyásolják a vizsgált objektum tulajdonságait.

Igazi az elemzést viszonylag nemrég kezdték önálló formaként kiemelni, korábban az elemi részeként tekintették. Az anyagelemzés célja egyazon elem különböző formáinak tartalmának külön meghatározása. Például króm(III) és króm(VI) in szennyvíz. A kőolajtermékeknél a „szulfát-kén”, „szabad kén” és „szulfid-kén” külön kerül meghatározásra. A természetes vizek összetételét vizsgálva rájönnek, hogy a higanynak milyen része létezik erős (nem disszociáló) komplex és elemi elemek formájában. szerves vegyületek, és amely - szabad ionok formájában. Ezek a feladatok nehezebbek, mint az elemanalízisé.

Molekuláris elemzés különösen fontos a tanulmányban szerves anyagés biogén eredetű anyagok. Példa erre a benzol meghatározása benzinben vagy aceton meghatározása a kilélegzett levegőben. Ilyen esetekben nemcsak az összetételt, hanem a molekulák szerkezetét is figyelembe kell venni. Valójában a vizsgált anyagban előfordulhatnak a meghatározott komponens izomerjei és homológjai. Ezért gyakran meg kell határozni a glükóz tartalmát számos izomerje és más rokon vegyületei, például szacharóz jelenlétében.

Ha meg kell határozni az összes olyan molekula teljes tartalmát, amelyeknek közös szerkezeti jellemzői, azonos funkciós csoportjai és így hasonló kémiai tulajdonságaik vannak, használja a kifejezést. szerkezeti csoport(vagy funkcionális) elemzés. Például az alkoholok (OH csoportot tartalmazó szerves vegyületek) mennyiségét úgy határozzuk meg, hogy minden alkoholra jellemző reakciót végzünk fémes nátriummal, majd mérjük a felszabaduló hidrogén térfogatát. Összeg telítetlen szénhidrogének(kettős vagy hármas kötést tartalmaznak) jóddal történő oxidációval határozzuk meg. Az azonos típusú komponensek teljes tartalmát néha szervetlen analízis során is megállapítják - például a ritkaföldfémek teljes tartalmát.

Az elemzés egy speciális típusa fáziselemzés. Tehát az öntöttvasban és acélban lévő szén feloldódhat a vasban, kémiai vegyületeket képezhet a vassal (karbidok), vagy külön fázist képezhet (grafit). A termék fizikai tulajdonságai (szilárdság, keménység stb.) nemcsak a teljes széntartalomtól függenek, hanem a szén ezen formák közötti eloszlásától is. Ezért a kohászokat nem csak az öntöttvas vagy acél összes széntartalma érdekli, hanem az is, hogy ezekben az anyagokban van-e külön grafit (szabad szén) fázis, valamint ennek a fázisnak a mennyiségi tartalma.

Az analitikai kémia alaptanfolyam fő fókusza az elem- és molekulaanalízis. Más típusú elemzéseknél nagyon specifikus módszereket használnak, és a programot alaptanfolyam az izotóp-, fázis- és szerkezeti csoportelemzéseket nem tartalmazza.

Osztályozás az eredmények pontossága, az elemzések időtartama és költsége szerint. Az elemzés egyszerűsített, gyors és olcsó változatát ún expressz elemzés. Megvalósításukhoz gyakran használják vizsgálati módszerek. Például bárki (nem elemző) egy speciális indikátorpapír segítségével értékelheti a zöldségek nitráttartalmát (cukor a vizeletben, nehézfémek az ivóvízben stb.). Az eredmény szemmel látható lesz, mivel a komponens tartalmát a papírhoz csatolt színskála határozza meg. A vizsgálati módszerek nem igénylik a minta laboratóriumba szállítását, a vizsgálati anyag bármilyen feldolgozását; ezek a módszerek nem használnak drága berendezéseket és nem végeznek számításokat. Csak az a fontos, hogy az eredmény ne függjön más komponensek jelenlététől a vizsgált anyagban, ehhez pedig az szükséges, hogy azok a reagensek, amelyekkel a papírt a gyártás során impregnálják, specifikusak legyenek. Nagyon nehéz biztosítani a vizsgálati módszerek specifikusságát, és ez a fajta elemzés csak ben terjedt el utóbbi évek XX. század. Természetesen a vizsgálati módszerek nem biztosítanak nagy pontosságú elemzést, de ez nem mindig szükséges.

Az expressz elemzés közvetlen ellentéte - választottbírósági elemzés. Ennek fő követelménye az eredmények lehető legnagyobb pontosságának biztosítása. Választottbírósági elemzéseket meglehetősen ritkán végeznek (például az ipari termékek gyártója és fogyasztója közötti konfliktus megoldására). Az ilyen elemzések elvégzéséhez a legképzettebb szakembereket vonják be, a legmegbízhatóbb és többszörösen bevált módszereket alkalmazzák. Az ilyen elemzések elvégzésére fordított időnek, valamint annak költségének nincs alapvető jelentősége.

Az expressz és az arbitrázs elemzés között - pontosság, időtartam, költség és egyéb mutatók tekintetében - köztes helyet foglal el az ún. rutin tesztek. A gyárban és más ellenőrző és analitikai laboratóriumokban végzett elemzések nagy része ilyen típusú.

Vannak más osztályozási módok, más típusú elemzések. Például vegye figyelembe a vizsgált anyag tömegét, amelyet közvetlenül felhasználnak az elemzés során. A megfelelő osztályozás keretein belül vannak makroanalízis(kilogramm, liter), félmikroanalízis(gramm töredékei, milliliterek) és mikroanalízis. Ez utóbbi esetben egy milligramm vagy annál kisebb nagyságrendű tömegeket használnak, az oldatok térfogatát mikroliterben mérik, és a reakció eredményét néha mikroszkóp alatt kell megfigyelni. A mikroanalízist ritkán alkalmazzák analitikai laboratóriumokban.

1.3. Elemzési módszerek

Az "analitikai módszer" fogalma a legfontosabb az analitikai kémiában. Ezt a kifejezést akkor használják, amikor ennek vagy annak az elemzésnek a lényegét, fő elvét akarják feltárni. Az elemzési módszert az elemzés meglehetősen univerzális és elméletileg indokolt módjának nevezik, függetlenül attól, hogy melyik komponenst határozzák meg, és mit is elemeznek pontosan. A módszereknek három fő csoportja van (1-1. ábra). Némelyikük elsősorban a vizsgált keverék összetevőinek szétválasztására irányul (a művelet nélkül végzett utólagos elemzés pontatlannak vagy akár lehetetlennek bizonyul). Az elválasztás során általában a meghatározandó komponensek koncentrációja is előfordul (lásd 8. fejezet). Ilyen például az extrakciós módszerek vagy az ioncserélő módszerek. A kvalitatív elemzés során egyéb módszereket is alkalmazunk, amelyek a számunkra érdekes komponensek megbízható azonosítását (azonosítását) szolgálják. A harmadik, a legtöbb, az összetevők mennyiségi meghatározására szolgál. A megfelelő csoportokat ún elválasztási és sűrítési módszerek, azonosítási és meghatározási módszerek. Az első két csoport módszerei általában , támogató szerepet játszanak; később lesz szó róluk. A gyakorlás szempontjából a legfontosabbak meghatározási módszerek.

A három fő csoporton kívül vannak hibrid mód. Az 1.1. ábra nem mutatja ezeket a módszereket. A hibrid módszerekben a komponensek szétválasztása, azonosítása és meghatározása szervesen kombinálódik egy műszerben (vagy egyetlen műszerkészletben). Ezen módszerek közül a legfontosabb a kromatográfiás elemzés. Egy speciális eszközben (kromatográfban) a vizsgálati minta (keverék) komponenseit szétválasztják, mivel ezek különböző sebességgel mozognak a porral töltött oszlopon szilárd(szorbens). A komponensnek az oszlopból való kibocsátásának időpontjára megtörténik annak jellege, és így a minta összes komponense azonosításra kerül. Az oszlopot elhagyó alkatrészek sorra a készülék másik részébe esnek, ahol egy speciális eszköz - detektor - méri és rögzíti az összes alkatrész jeleit. Gyakran az összes komponens tartalmának automatikus kiszámítása azonnal megtörténik. Nyilvánvaló, hogy a kromatográfiás analízis nem tekinthető csak a komponensek elválasztásának, vagy csak a mennyiségi meghatározás módszerének, ez pontosan egy hibrid módszer.

Mindegyik meghatározási módszer számos olyan specifikus módszert kombinál, amelyekben ugyanazt a fizikai mennyiséget mérik. Például egy kvantitatív elemzés elvégzéséhez megmérhetjük a tesztoldatba merített elektróda potenciálját, majd a talált potenciálérték felhasználásával kiszámíthatjuk az oldat egy bizonyos komponensének tartalmát. Minden olyan módszer, ahol a fő művelet az elektróda potenciáljának mérése, speciális esetnek minősül. potenciometrikus módszer. Amikor a módszertant egyiknek vagy másiknak tulajdonítják elemzési módszer nem számít, milyen tárgyat vizsgálnak, milyen anyagokat és milyen pontossággal határoznak meg, milyen eszközt használnak és hogyan végeznek számításokat - ez csak fontos amit mérünk. Az analízis során mért fizikai mennyiséget, amely az analit koncentrációjától függ, általában ún elemző jel.

Hasonló módon kiemelhető a módszer spektrális elemzés. Ebben az esetben a fő művelet a minta által adott hullámhosszon kibocsátott fény intenzitásának mérése. Módszer titrimetriás (térfogati) elemzés a minta meghatározott komponensével való kémiai reakcióra fordított oldat térfogatának mérésén alapul. A "módszer" szót gyakran kihagyják, egyszerűen azt mondják, hogy "potenciometria", "spektrális analízis", "titrimetria" stb. NÁL NÉL refraktometriás elemzés a jel a tesztoldat törésmutatója, in spektrofotometria- fényelnyelés (bizonyos hullámhosszon). A módszerek és a hozzájuk tartozó analitikai jelek listája folytatható, összesen több tucat egymástól független módszer ismert.

Mindegyik meghatározási módszernek megvan a maga elméleti alapja, és meghatározott berendezések használatához kapcsolódik. A különböző módszerek alkalmazási területei jelentősen eltérnek egymástól. Egyes módszereket elsősorban kőolajtermékek, másokat - gyógyszerek, másokat - fémek, ötvözetek vizsgálatára stb. Hasonlóképpen megkülönböztethetők az elemanalízis módszerei, az izotópos elemzés módszerei stb. A legkülönfélébb anyagok elemzésére is léteznek univerzális módszerek, amelyek alkalmasak a legkülönfélébb komponensek meghatározására. Például a spektrofotometriás módszer elem-, molekula- és szerkezeti csoportanalízisre használható.

Az azonos analitikai módszerhez kapcsolódó egyes módszerek pontossága, érzékenysége és egyéb jellemzői eltérnek, de nem annyira, mint a különböző módszerek jellemzői. Bármilyen analitikai probléma mindig többféle módszerrel megoldható (például az ötvözött acél krómja spektrális módszerrel, illetve titrimetrikus és potenciometrikus módszerrel határozható meg). Az elemző kiválaszt egy módszert, figyelembe véve mindegyikük ismert képességeit és a konkrét követelményeket ezt az elemzést. Lehetetlen egyszer s mindenkorra kiválasztani a „legjobb” és a „legrosszabb” módszereket, minden a megoldandó problémától, az elemzési eredményekkel szemben támasztott követelményektől függ. Így a gravimetriás elemzés általában pontosabb eredményeket ad, mint a spektrális analízis, de sok munkát és időt igényel. Ezért a gravimetriás analízis jó választási elemzésre, de nem alkalmas expressz elemzésre.

A meghatározási módszerek három csoportra oszthatók: kémiai, fizikai és fizikai-kémiai. A fizikai és fizikai-kémiai módszereket gyakran „műszeres módszerek” elnevezéssel kombinálják, mivel mindkét esetben ugyanazokat a műszereket használják. Általában a módszercsoportok közötti határok nagyon önkényesek.

Kémiai módszerek alapja a meghatározott komponens és egy speciálisan hozzáadott reagens közötti kémiai reakció végrehajtása. A reakció a következő séma szerint megy végbe:

A továbbiakban az X a meghatározandó komponenst (molekula, ion, atom stb.), R a hozzáadott reagens, Y a reakciótermékek összességét jelöli. A kémiai módszerek csoportjába tartoznak a klasszikus (rég ismert és jól tanulmányozott) meghatározási módszerek, elsősorban a gravimetria és a titrimetria. A kémiai módszerek száma viszonylag kicsi, mindegyiknek azonos az elméleti alapja (elmélet kémiai egyensúlyok, a kémiai kinetika törvényei stb.). A kémiai módszereknél analitikai jelként általában egy anyag tömegét vagy térfogatát mérik. Összetett fizikai műszerek, az analitikai mérlegek és speciális szabványok kivételével kémiai összetétel kémiai módszerekben nem használják. Ezekben a módszerekben sok a közös képességük. Ezekről a 4. fejezetben lesz szó.

Fizikai módszerek nem kapcsolódik kémiai reakciókhoz és reagensek használatához. Fő alapelvük az X komponens azonos típusú analitikai jeleinek összehasonlítása a vizsgált anyagban és egy bizonyos referenciában (pontosan ismert X koncentrációjú mintában). Miután előzetesen felépítettünk egy kalibrációs grafikont (a jel függősége az X koncentrációtól vagy tömegtől), és megmértük a jelértéket a vizsgált anyag mintájára, kiszámítjuk az X koncentrációt ebben az anyagban. Vannak más módszerek is a koncentrációk kiszámítására (lásd a 6. fejezetet). A fizikai módszerek általában érzékenyebbek, mint a kémiai módszerek, ezért a mikroszennyeződések meghatározása elsősorban fizikai módszerekkel történik. Ezek a módszerek könnyen automatizálhatók, és kevesebb időt igényelnek az elemzéshez. A fizikai módszerek azonban speciális szabványokat, meglehetősen bonyolult, költséges és magasan speciális berendezéseket igényelnek, ráadásul általában kevésbé pontosak, mint a kémiai módszerek.

A kémiai és fizikai módszerek között elveik és képességeik tekintetében köztes helyet foglalnak el fizikai és kémiai elemzési módszerek. Ebben az esetben az elemző egy kémiai reakciót hajt végre, de annak lefolyását vagy eredményét nem vizuálisan, hanem fizikai eszközök segítségével követi nyomon. Például fokozatosan hozzáad a tesztoldathoz egy másikat - az oldott reagens ismert koncentrációjával, és ezzel egyidejűleg szabályozza a titrált oldatba mártott elektróda potenciálját. (potenciometrikus titrálás), Az elemző a potenciál ugrása alapján ítéli meg a reakció befejeződését, megméri az erre fordított titrálószer térfogatát, és kiszámítja az elemzés eredményét. Az ilyen módszerek általában ugyanolyan pontosak, mint a kémiai módszerek, és majdnem olyan érzékenyek, mint a fizikai módszerek.

A műszeres módszereket gyakran egy másik, világosabban kifejezett jellemző szerint osztják fel - a mért jel természete szerint. Ebben az esetben az optikai, elektrokémiai, rezonáns, aktiválási és egyéb módszerek alcsoportjait különböztetjük meg. Kevés és még fejletlen módszer is létezik biológiai és biokémiai módszerek.

Előadás terv:

1. Általános tulajdonságok fizikai és kémiai módszerek

2. Általános tudnivalók a spektroszkópiai elemzési módszerekről.

3. Fotometriai elemzési módszer: fotokolorimetria, kolorimetria, spektrofotometria.

4. Általános tudnivalók a nefelometrikus, lumineszcens, polarimetriás elemzési módszerekről.

5. Refraktometriás elemzési módszer.

6. Általános tudnivalók a tömegspektrális, radiometriai elemzésekről.

7. Elektrokémiai elemzési módszerek (potenciometria, konduktometria, coulometria, amperometria, polarográfia).

8. Kromatográfiás elemzési módszer.

A fizikai-kémiai elemzési módszerek lényege. Besorolásuk.

A fizikai-kémiai elemzési módszerek a kémiai módszerekhez hasonlóan egyik vagy másik kémiai reakció végrehajtásán alapulnak. A fizikai módszerekben a kémiai reakciók hiányoznak vagy másodlagos jelentőséggel bírnak, bár spektrális analízisben a vonal intenzitása mindig jelentősen függ a szénelektródában vagy a gázlángban lezajló kémiai reakcióktól. Ezért esetenként a fizikai módszerek a fiziko-kémiai módszerek körébe tartoznak, mivel a fizikai és fizikai-kémiai módszerek között nincs kellően szigorú, egyértelmű különbség, és a fizikai módszerek külön csoportba sorolása sem alapvető fontosságú.

A kémiai elemzési módszerek nem tudták kielégíteni a gyakorlat sokrétű igényeit, amelyek ennek következtében megnövekedtek tudományos és technológiai haladás, a félvezetőipar, az elektronika és a számítógépek fejlődése, a tiszta és ultratiszta anyagok széles körű elterjedése a technológiában.

A fizikai és kémiai elemzési módszerek alkalmazása az élelmiszertermelés technológiai kémiai szabályozásában, a kutató- és termelőlaboratóriumokban jelenik meg. Ezeket a módszereket nagy érzékenység és gyors elemzés jellemzi. Ezek a fizikai használaton alapulnak kémiai tulajdonságok anyagokat.

Fiziko-kémiai módszerekkel végzett elemzések során az ekvivalenciapont (a reakció vége) meghatározása nem vizuálisan történik, hanem olyan műszerek segítségével, amelyek rögzítik a vizsgált anyag fizikai tulajdonságainak változását az ekvivalenciaponton. Erre a célra általában viszonylag bonyolult optikai vagy elektromos áramkörrel rendelkező eszközöket használnak, ezért ezeket a módszereket módszereknek nevezzük. műszeres elemzés.

Ezek a módszerek sok esetben nem igényelnek kémiai reakciót az elemzés elvégzéséhez, ellentétben a kémiai elemzési módszerekkel. Csak a vizsgált anyag fizikai tulajdonságainak mutatóit kell mérni: elektromos vezetőképesség, fényelnyelés, fénytörés stb. A fizikai-kémiai módszerek lehetővé teszik az alapanyagok, félkész termékek és késztermékek folyamatos nyomon követését az iparban.

A fizikai-kémiai elemzési módszereket később kezdték alkalmazni, mint a kémiai elemzési módszereket, amikor az anyagok fizikai tulajdonságai és összetétele közötti kapcsolatot megállapították és tanulmányozták.

A fizikai-kémiai módszerek pontossága a módszertől függően nagymértékben változik. A legnagyobb pontosság (akár 0,001%) coulometria, a meghatározandó ionok vagy elemek elektrokémiai oxidációjára vagy redukciójára fordított villamos energia mennyiségének mérésén alapul. A legtöbb fizikai-kémiai módszer hibája 2-5%-on belül van, ami meghaladja a kémiai elemzési módszerek hibáját. A hibák ilyen összehasonlítása azonban nem teljesen helyes, mivel különböző koncentrációs régiókra vonatkozik. Alacsony (körülbelül 10-3% vagy kevesebb) meghatározott komponens esetén a klasszikus kémiai elemzési módszerek általában alkalmatlanok; nagy koncentrációban a fizikai-kémiai módszerek sikeresen versenyeznek a kémiai módszerekkel. A legtöbb fizikai-kémiai módszer jelentős hiányosságai közé tartozik a szabványok és standard oldatok kötelező elérhetősége.

A fiziko-kémiai módszerek közül a legpraktikusabb alkalmazások a következők:

1. spektrális és egyéb optikai módszerek (refraktometria, polarimetria);

2. elektrokémiai elemzési módszerek;

3. kromatográfiás elemzési módszerek.

Ezen kívül van még 2 fizikai-kémiai módszercsoport:

1. egy adott elem radioaktív emissziójának mérésén alapuló radiometriai módszerek;

2. az egyes ionizált atomok, molekulák és gyökök tömegének meghatározásán alapuló tömegspektrometriás elemzési módszerek.

A módszerek számát tekintve a legkiterjedtebb, gyakorlati értéket tekintve pedig a legjelentősebb a spektrális és egyéb optikai módszerek csoportja. Ezek a módszerek az anyagok és az elektromágneses sugárzás kölcsönhatásán alapulnak. Sokféle elektromágneses sugárzás létezik: röntgen, ultraibolya, látható, infravörös, mikrohullámú és rádiófrekvenciás sugárzás. Az elektromágneses sugárzás anyaggal való kölcsönhatásának típusától függően optikai módszerek az alábbiak szerint vannak besorolva.

Egy anyag molekuláinak polarizációs hatásainak mérésén alapulnak refraktometria, polarimetria.

Az elemzett anyagok elnyelhetik az elektromágneses sugárzást, és ennek a jelenségnek a felhasználása alapján különítünk el egy csoportot abszorpciós optikai módszerek.

Az analitok atomjai általi fényelnyelést használják atomabszorpciós elemzés. A spektrum ultraibolya, látható és infravörös tartományában lévő molekulák és ionok fényelnyelő képessége lehetővé tette molekuláris abszorpciós elemzés (kolorimetria, fotokolorimetria, spektrofotometria).

Az oldatban (szuszpenzióban) lebegő részecskék fényelnyelése és szóródása módszerek megjelenéséhez vezetett turbidimetria és nefelometria.

A vizsgált anyag gerjesztett molekulái és atomjai által felszabaduló energiafelszabadulásból származó sugárzás intenzitásának mérésén alapuló módszerek ún. kibocsátási módszerek. Nak nek molekuláris emissziós módszerek magukban foglalják a lumineszcenciát (fluoreszcenciát), hogy atomkibocsátás- emissziós spektrális elemzés és lángfotometria.

Elektrokémiai módszerek az elemzések az elektromos vezetőképesség mérésén alapulnak ( konduktometria); lehetséges különbség ( potenciometria); az oldaton áthaladó elektromosság mennyisége coulometria); az áram függősége az alkalmazott potenciáltól ( voltammetria).

A csoporthoz kromatográfiás elemzési módszerek magában foglalja a gáz- és gáz-folyadék kromatográfiás, eloszlási, vékonyréteg-, adszorpciós, ioncserés és más típusú kromatográfiás módszereket.

Spektroszkópiai elemzési módszerek: Általános információ

A spektroszkópiai elemzési módszer fogalma, változatai

Spektroszkópiai elemzési módszerek- az elektromágneses sugárzás anyaggal való kölcsönhatásán alapuló fizikai módszerek. A kölcsönhatás különféle energiaátmenetekhez vezet, amelyeket műszeresen rögzítenek a sugárzás elnyelése, visszaverődése és az elektromágneses sugárzás szórása formájában.

Osztályozás:

Az emissziós spektrális elemzés az emissziós (sugárzási) spektrumok vagy emissziós spektrumok tanulmányozásán alapul különféle anyagok. Ennek az elemzésnek egy változata a lángfotometria, amely egy anyag lángban hevítésével gerjesztett atomi sugárzás intenzitásának mérésén alapul.

Az abszorpciós spektrális analízis a vizsgált anyagok abszorpciós spektrumának vizsgálatán alapul. Ha a sugárzást atomok abszorbeálják, akkor az abszorpciót atominak, ha pedig molekuláknak nevezzük, akkor molekulárisnak. Az abszorpciós spektrális elemzésnek többféle típusa van:

1. Spektrofotometria - figyelembe veszi az elemzett anyag bizonyos hullámhosszúságú fényelnyelését, pl. monokromatikus sugárzás elnyelése.

2. Fotometria - a vizsgált anyag fényelnyelésének mérésén alapul, nem szigorúan monokromatikus sugárzás.

3. A kolorimetria a spektrum látható részén lévő színes oldatok fényelnyelésének mérésén alapul.

4. A nefelometria az oldatban szuszpendált szilárd részecskék által szórt fény intenzitásának mérésén alapul, pl. a felfüggesztés által szórt fény.

A lumineszcens spektroszkópia a vizsgált tárgy fényét használja, amely ultraibolya sugárzás hatására lép fel.

Attól függően, hogy a spektrum mely részében történik abszorpció vagy emisszió, a spektroszkópiát a spektrum ultraibolya, látható és infravörös tartományában különböztetjük meg.

A spektroszkópia érzékeny módszer több mint 60 elem meghatározására. Számos anyag elemzésére használják, beleértve a biológiai közeget, növényi anyagokat, cementeket, üvegeket és természetes vizeket.

Fotometriai elemzési módszerek

A fotometriai elemzési módszerek a fénynek az analit általi szelektív abszorpcióján vagy megfelelő reagenssel való kombinálásán alapulnak. Az abszorpció intenzitása bármilyen módszerrel mérhető, függetlenül a színezett vegyület természetétől. A módszer pontossága a mérési módszertől függ. Léteznek kolorimetriás, fotokolorimetriás és spektrofotometriás módszerek.

Fotokolorimetriás elemzési módszer.

A fotokolorimetriás elemzési módszer lehetővé teszi az elemzett oldat fényelnyelésének intenzitásának kvantitatív meghatározását fotoelektrokoloriméterekkel (néha egyszerűen fotokoloriméternek nevezik). Ehhez készítsen egy sor standard oldatot, és ábrázolja az analit fényelnyelésének függését a koncentrációjától. Ezt a függőséget kalibrációs görbének nevezzük. A fotokoloriméterekben az oldaton áthaladó fényáramok széles abszorpciós tartományúak - 30-50 nm, így a fény itt polikromatikus. Ez az elemzés reprodukálhatóságának, pontosságának és szelektivitásának elvesztéséhez vezet. A fotokoloriméter előnyei a tervezés egyszerűségében és a nagy érzékenységben rejlenek a sugárforrás - egy izzólámpa - nagy fényereje miatt.

Kolorimetriás elemzési módszer.

A kolorimetriás elemzési módszer egy anyag fényelnyelésének mérésén alapul. Ebben az esetben a színintenzitást hasonlítják össze, azaz. a vizsgálati oldat optikai sűrűsége a standard oldat színével (optikai sűrűsége), amelynek koncentrációja ismert. A módszer nagyon érzékeny, mikro- és félmikro mennyiségek meghatározására szolgál.

A kolorimetriás módszerrel végzett elemzés sokkal kevesebb időt vesz igénybe, mint a kémiai elemzés.

A vizuális analízis során a vizsgált és a festett oldat festődési intenzitásának egyenlősége érhető el. Ezt 2 módon lehet elérni:

1. a szín kiegyenlítése a rétegvastagság változtatásával;

2. válasszuk ki a különböző koncentrációjú standard oldatokat (a standard sorozatok módszere).

Vizuálisan azonban lehetetlen számszerűsíteni, hogy az egyik oldat hányszor van intenzívebben színezve, mint a másik. Ebben az esetben lehetséges, hogy az elemzett oldatnak csak azonos színét állapítjuk meg a standard oldattal való összehasonlításkor.

A fényelnyelés alaptörvénye.

Ha az I 0 intenzitású fényáramot egy lapos üvegedényben (küvettában) lévő oldatra irányítjuk, akkor I r intenzitásának egy része a küvetta felületéről, másik része pedig intenzitással verődik vissza. I a-t az oldat elnyeli, és az I t intenzitású harmadik rész áthalad az oldaton. Az értékek között kapcsolat van:

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

Mert a fényáram visszavert részének I r intenzitása azonos küvettákkal végzett munka esetén állandó és jelentéktelen, akkor a számításoknál elhanyagolható. Ekkor az (1) egyenlőség a következőképpen alakul:

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

Ez az egyenlőség jellemzi a megoldás optikai tulajdonságait, azaz. fényelnyelő vagy -áteresztő képessége.

Az elnyelt fény intenzitása az oldatban lévő színes részecskék számától függ, amelyek jobban elnyelik a fényt, mint az oldószer.

Az oldaton áthaladó fényáram elveszíti intenzitásának egy részét - minél nagyobb, annál nagyobb az oldatréteg koncentrációja és vastagsága. A színes oldatok esetében a Bouguer-Lambert-Beer törvénynek nevezett összefüggés van (a fényelnyelés mértéke, a beeső fény intenzitása, a színes anyag koncentrációja és a rétegvastagság között).

E törvény szerint a színes folyadékrétegen áthaladó monokromatográfiás fény abszorpciója arányos a réteg koncentrációjával és vastagságával:

I \u003d I 0 10 - kCh,

ahol én az oldaton áthaladó fényáram intenzitása; én 0 a beeső fény intenzitása; TÓL TŐL- koncentráció, mol/l; h- rétegvastagság, cm; k a moláris abszorpciós együttható.

Moláris abszorpciós együttható k az 1-et tartalmazó oldat optikai sűrűsége mol/l nedvszívó anyag, 1 rétegvastagsággal cm. Ez a fényelnyelő anyag kémiai természetétől és fizikai állapotától, valamint a monokromatikus fény hullámhosszától függ.

Szabványos sorozatmódszer.

A standard sorozatmódszer a teszt és a standard oldatok azonos színintenzitásán alapul, azonos rétegvastagság mellett. A vizsgálati oldat színét összehasonlítjuk számos standard oldat színével. Azonos színintenzitás mellett a vizsgálati és a standard oldatok koncentrációja egyenlő.

A standard oldatok sorozatának elkészítéséhez 11 azonos alakú, méretű és üvegcsövet veszünk. Öntse a standardoldatot a bürettából fokozatosan növekvő mennyiségben, például: 1 kémcsőbe 0,5 ml, a 2. sz 1 ml, a 3.-ban 1,5 ml stb. - előtte 5 ml(minden következő kémcsőben 0,5 ml-rel több, mint az előzőben). Minden kémcsőbe egyenlő térfogatú oldatot öntünk, amely színreakciót ad a meghatározandó ionnal. Az oldatokat úgy hígítjuk, hogy a folyadékszint minden csőben azonos legyen. A csöveket lezárjuk, a tartalmát alaposan összekeverjük és növekvő koncentrációban állványra helyezzük. Ily módon színskálát kapunk.

Ugyanabban a kémcsőben ugyanannyi reagenst adunk a tesztoldathoz, vízzel azonos térfogatra hígítva, mint más kémcsövekben. Zárja le a parafát, alaposan keverje össze a tartalmát. A vizsgálati oldat színét összehasonlítjuk a fehér alapon lévő standard oldatok színével. Az oldatokat szórt fénnyel jól meg kell világítani. Ha a vizsgálati oldat színintenzitása egybeesik a színskála valamelyik oldatának színintenzitásával, akkor ennek és a vizsgálati oldatnak a koncentrációja megegyezik. Ha a vizsgálati oldat színintenzitása két szomszédos skálaoldat intenzitása között közepes, akkor koncentrációja megegyezik ezen oldatok átlagos koncentrációjával.

A standard oldatok módszerének alkalmazása csak az anyag tömegének meghatározásához javasolt. Az elkészített standard oldatsorozat viszonylag rövid ideig tart.

Az oldatok színintenzitásának kiegyenlítésének módszere.

A vizsgálati és standard oldatok színintenzitásának kiegyenlítésének módszerét az egyik oldat rétegmagasságának változtatásával hajtjuk végre. Ehhez a színes oldatokat 2 egyforma edénybe helyezzük: teszt és standard. Változtassa meg az oldatréteg magasságát az egyik edényben, amíg a színintenzitás mindkét oldatban azonos lesz. Ebben az esetben kutatással határozzuk meg a vizsgálati oldat koncentrációját. , összehasonlítva a standard oldat koncentrációjával:

A kutatásból \u003d C st h st / h kutatás,

ahol h st és h kutatás a standard és tesztoldatok rétegmagasságai, ill.

A vizsgált oldatok koncentrációjának a színintenzitás kiegyenlítésével történő meghatározására szolgáló eszközöket ún színmérők.

Vannak vizuális és fotoelektromos koloriméterek. A vizuális kolorimetriás meghatározások során a színintenzitást közvetlen megfigyeléssel mérik. A fotoelektromos módszerek fotocellák-fotokoloriméterek használatán alapulnak. A beeső fénysugár intenzitásától függően a fotocellában elektromos áram keletkezik. A fény hatására keletkező áram erősségét galvanométerrel mérjük. A nyíl elhajlása a szín intenzitását jelzi.

Spektrofotometria.

Fotometriai módszer az elemzett anyag nem szigorúan monokromatikus sugárzás fényelnyelésének mérésén alapul.

Ha a fotometriás elemzési módszerben monokromatikus sugárzást (egy hullámhosszú sugárzást) alkalmazunk, akkor ezt a módszert ún. spektrofotometria. Az elektromágneses sugárzási fluxus monokromatikusságának mértékét a minimális hullámhossz intervallum határozza meg, amelyet az alkalmazott monokromátor (fényszűrő, rács vagy prizma) folytonos elektromágneses sugárzásból.

Nak nek spektrofotometria ide tartozik a méréstechnika területe is, amely a spektrometriát, a fotometriát és a metrológiát ötvözi, és módszer- és műszerrendszert fejleszt ki az abszorpció, a visszaverődés, a sugárzás, a spektrális fényesség spektrális együtthatóinak mint közegek, bevonatok, felületek, emitterek jellemzőinek kvantitatív mérésére.

A spektrofotometriás kutatás szakaszai:

1) kémiai reakció végrehajtása spektrofotometriás elemzésre alkalmas rendszerek előállítására;

2) a kapott oldatok abszorpciójának mérése.

A spektrofotometriás módszer lényege

Egy anyag oldatának abszorpciójának a hullámhossztól való függését a grafikonon egy anyag abszorpciós spektrumaként ábrázoljuk, amelyen könnyen megkülönböztethető az anyag által maximálisan elnyelt fény hullámhosszán elhelyezkedő abszorpciós maximum. . Az anyagok oldatainak optikai sűrűségének spektrofotométereken történő mérése a maximális abszorpció hullámhosszán történik. Ez lehetővé teszi olyan anyagok egy oldatban történő elemzését, amelyek abszorpciós maximumai különböző hullámhosszakon helyezkednek el.

A spektrofotometriában az ultraibolya és a látható területeken elektronikus abszorpciós spektrumokat használnak.

Ezek jellemzik a legmagasabb energiaátmeneteket, amelyek korlátozott számú vegyületre és funkciós csoportra képesek. A szervetlen vegyületekben az elektronikus spektrumok az anyag molekuláját alkotó atomok magas polarizációjához kapcsolódnak, és általában összetett vegyületekben jelennek meg. A szerves vegyületekben az elektronspektrumok megjelenését az elektronok földről gerjesztett szintekre való átmenete okozza.

Az abszorpciós sávok helyzetét és intenzitását erősen befolyásolja az ionizáció. A savas típusú ionizáció további magányos elektronpárt eredményez a molekulában, ami további batokróm eltolódáshoz (eltolódás a spektrum hosszú hullámhosszú tartományába) és az abszorpciós sáv intenzitásának növekedéséhez vezet.

Sok anyag spektrumának több abszorpciós sávja van.

Az ultraibolya és a látható tartományban végzett spektrofotometriás mérésekhez kétféle műszert használnak: nem regisztráció(az eredményt a műszerskálán vizuálisan figyeljük meg) és spektrofotométer rögzítése.

Lumineszcens elemzési módszer.

Lumineszcencia- az önlumineszcencia képessége, amely különféle behatások hatására keletkezik.

A lumineszcenciát okozó folyamatok osztályozása:

1) fotolumineszcencia (látható vagy ultraibolya fénnyel történő gerjesztés);

2) kemilumineszcencia (a kémiai reakciók energiája miatti gerjesztés);

3) katódlumineszcencia (elektronütéssel történő gerjesztés);

4) termolumineszcencia (hevítéssel történő gerjesztés);

5) tribolumineszcencia (mechanikai hatású gerjesztés).

A kémiai elemzésben a lumineszcencia első két típusa számít.

A lumineszcencia osztályozása az utófény jelenléte alapján. Azonnal leállhat a gerjesztés eltűnésével - fluoreszcencia vagy folytatni egy bizonyos ideig az izgalmas hatás megszűnése után - foszforeszcencia. Főleg a fluoreszcencia jelenségét alkalmazzák, ezért a módszert ún fluorometria.

A fluorimetria alkalmazása: fémek, szerves (aromás) vegyületek, vitaminok nyomainak elemzése D, B 6. Fluoreszcens indikátorokat használnak a titráláshoz zavaros vagy sötét színű közegben (a titrálást sötétben végezzük, a titrált oldatot, amelyhez az indikátort adjuk, fénycső fényével megvilágítva).

Nefelometriai elemzés.

Nefelometria F. Kober javasolta 1912-ben, és a részecskék szuszpenziója által szórt fény intenzitásának fotocellák segítségével történő mérésén alapul.

A nefelometria segítségével a vízben oldhatatlan, de stabil szuszpenziót képező anyagok koncentrációját mérik.

A nefelometriás mérésekhez, nefelométerek, elvileg hasonló a koloriméterekhez, azzal az egyetlen különbséggel, hogy a nefelometriával

Vezetéskor fotonefelometriai elemzés először a standard oldatok sorozatának meghatározásának eredményei alapján kalibrációs grafikont készítünk, majd a tesztoldatot elemezzük és a grafikonról meghatározzuk az analit koncentrációját. A kapott szuszpenziók stabilizálása érdekében védőkolloidot adnak hozzá - keményítő, zselatin stb.

Polarimetriás elemzés.

Elektromágneses rezgések természetes fény minden, a sugár irányára merőleges síkban előfordul. A kristályrács csak bizonyos irányú sugarakat képes továbbítani. A kristályból való kilépéskor a sugár csak egy síkban oszcillál. Azt a nyalábot, amelynek rezgései ugyanabban a síkban vannak, ún polarizált. Azt a síkot, amelyben a rezgések fellépnek, ún oszcillációs sík polarizált nyaláb, és a rá merőleges sík - polarizációs sík.

A polarimetriás elemzési módszer a polarizált fény vizsgálatán alapul.

Refraktometriás elemzési módszer.

A refraktometriás elemzési módszer alapja a vizsgált anyag törésmutatójának meghatározása, mert az egyes anyagokat bizonyos törésmutató jellemzi.

A műszaki termékek mindig tartalmaznak olyan szennyeződéseket, amelyek befolyásolják a törésmutatót. Ezért a törésmutató bizonyos esetekben a termék tisztaságának jellemzőjeként szolgálhat. Például a tisztított terpentin fajtáit törésmutatók különböztetik meg. Így a terpentin törésmutatói 20 ° -on sárga színben, n 20 D-vel jelölve (a bejegyzés azt jelenti, hogy a törésmutatót 20 ° C-on mérték, a beeső fény hullámhossza 598 mmk), egyenlő:

Első osztály Második osztály Harmadik osztály

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

A refraktometriás elemzési módszer bináris rendszerekben használható, például valamely anyag koncentrációjának meghatározására vizes vagy szerves oldatokban. Ebben az esetben az elemzés az oldat törésmutatójának az oldott anyag koncentrációjától való függésén alapul.

Egyes megoldásokhoz vannak táblázatok a törésmutatók koncentrációjától való függésére. Más esetekben kalibrációs görbe módszerrel elemezzük őket: ismert koncentrációjú oldatok sorozatát készítjük, megmérjük a törésmutatóikat, és ábrázoljuk a törésmutatók koncentráció függvényében ábrázolt görbét, azaz. kalibrációs görbét készíteni. Meghatározza a vizsgálati oldat koncentrációját.

törésmutató.

Amikor egy fénysugár átmegy egyik közegből a másikba, az iránya megváltozik. Megtöri. A törésmutató egyenlő a beesési szög szinuszának a törésszög szinuszához viszonyított arányával (ez az érték állandó és jellemző az adott közegre):

n = sinα / sinβ,

ahol α és β a sugarak iránya és mindkét közeg határfelületére merőleges szög (1. ábra)

A törésmutató a fény sebességének aránya a levegőben és a vizsgált közegben (ha a fénysugár leesik a levegőből).

A törésmutató a következőktől függ:

1. A beeső fény hullámhossza (a hullámhossz növekedésével az indikátor

a fénytörés csökken).

2. hőmérséklet (a hőmérséklet emelkedésével a törésmutató csökken);

3. nyomás (gázoknál).

A törésmutató a beeső fény hullámhosszát és a mérés hőmérsékletét jelzi. Például az n 20 D bejegyzés azt jelenti, hogy a törésmutatót 20°C-on mérik, a beeső fény hullámhossza 598 mikron. A műszaki kézikönyvekben a törésmutatókat n 20 D-nél adják meg.

Folyadék törésmutatójának meghatározása.

A munka megkezdése előtt a refraktométer prizmáinak felületét desztillált vízzel és alkohollal mossuk, ellenőrizzük a készülék nullapontjának helyességét, és meghatározzuk a vizsgált folyadék törésmutatóját. Ehhez a mérőprizma felületét a vizsgált folyadékkal megnedvesített vattakoronggal óvatosan letöröljük, majd néhány cseppet erre a felületre csepegtetünk. A prizmák zárva vannak, és elforgatva a fény és az árnyék határát az okulárszálak keresztezésére irányítják. A kompenzátor megszünteti a spektrumot. A törésmutató leolvasásakor három tizedesjegyet veszünk a refraktométer skálán, a negyediket pedig a szem. Ezután eltolják a chiaroscuro határát, ismét összeillesztik a célkereszt középpontjával, és egy másodpercet számolnak. Hogy. 3 vagy 5 leolvasás történik, majd a prizmák munkafelületeit lemossák és letörlik. A vizsgált anyagot ismét felvisszük a mérőprizma felületére, és el kell végezni a második méréssorozatot. A kapott adatokból a számtani átlagot veszik.

Radiometriai elemzés.

Radiometriai elemzés h radioaktív elemek sugárzásának mérésén alapul, és a vizsgálati anyag radioaktív izotópjainak mennyiségi meghatározására szolgál. Ebben az esetben vagy a meghatározandó elem természetes radioaktivitását mérik, vagy a radioaktív izotópok felhasználásával nyert mesterséges radioaktivitást.

A radioaktív izotópokat felezési idejük vagy a kibocsátott sugárzás típusa és energiája alapján azonosítják. A kvantitatív elemzés gyakorlatában a radioaktív izotópok aktivitását leggyakrabban α-, β- és γ-sugárzásukkal mérik.

A radiometriai elemzés alkalmazása:

A kémiai reakciók mechanizmusának tanulmányozása.

A hatásfok vizsgálatára a jelölt atom módszert alkalmazzák különféle trükkök műtrágyák talajba juttatása, a növény leveleire kijuttatott mikroelemek szervezetbe jutásának módjai stb. A radioaktív foszfor 32 P és a nitrogén 13 N különösen széles körben használatos az agrokémiai kutatásokban.

Onkológiai betegségek kezelésére, hormonok, enzimek meghatározására használt radioaktív izotópok elemzése.

Tömegspektrum elemzés.

Az egyes ionizált atomok, molekulák és gyökök tömegének meghatározása alapján, elektromos és mágneses mezők együttes hatásának eredményeként. Az elválasztott részecskék regisztrálása elektromos (tömegspektrometria) vagy fényképes (tömegspektrográfia) módszerekkel történik. A meghatározást műszereken – tömegspektrométereken vagy tömegspektrográfokon – végezzük.

Elektrokémiai elemzési módszerek.

Az elektrokémiai elemzési és kutatási módszerek az elektródák felületén vagy az elektródához közeli térben lezajló folyamatok vizsgálatán és felhasználásán alapulnak. Analitikai jel- elektromos paraméter (potenciál, áramerősség, ellenállás), amely az analit koncentrációjától függ.

Megkülönböztetni egyenesés indirekt elektrokémiai módszerek. A közvetlen módszereknél az áramerősségnek az analit koncentrációjától való függését alkalmazzák. Közvetett módon - az áramerősséget (potenciált) mérik, hogy megtalálják a titráló által meghatározott komponens titrálásának végpontját (ekvivalenciapontját).

Az elektrokémiai elemzési módszerek a következők:

1. potenciometria;

2. konduktometria;

3. coulometria;

4. amperometria;

5. polarográfia.

Elektrokémiai eljárásokban használt elektródák.

1. Referenciaelektróda és indikátorelektróda.

Referencia elektróda- Ez egy állandó potenciálú elektróda, amely érzéketlen az oldat ionjaira. A referenciaelektróda reprodukálható, időben stabil potenciállal rendelkezik, amely kis áram átvezetésekor nem változik, és az indikátor elektróda potenciálja hozzá képest van megadva. Ezüst-klorid és kalomel elektródákat használnak. Az ezüst-klorid elektróda egy ezüsthuzal, amelyet AgCl-réteggel vonnak be és KCI-oldatba helyeznek. Az elektródpotenciált az oldatban lévő klórion koncentrációja határozza meg:

A kalomel elektróda fémhiganyból, kalomelből és KCI oldatból áll. Az elektródpotenciál a kloridionok koncentrációjától és a hőmérséklettől függ.

Kijelző elektróda- ez egy elektróda, amely a meghatározandó ionok koncentrációjára reagál. Az indikátorelektród a potenciálját a „potenciál-meghatározó ionok” koncentrációjának változásával változtatja. Az indikátorelektródák fel vannak osztva visszafordíthatatlan és visszafordítható. A reverzibilis indikátorelektródák potenciális ugrásai a fázishatárokon az elektródreakciókban résztvevők aktivitásától függenek a termodinamikai egyenleteknek megfelelően; az egyensúly elég gyorsan beáll. Az irreverzibilis indikátorelektródák nem felelnek meg a reverzibilis elektródák követelményeinek. Az analitikai kémiában reverzibilis elektródákat használnak, amelyekre a Nernst-egyenlet teljesül.

2. Fémelektródák: elektroncsere és ioncsere.

Elektroncsere elektródát a határfelület határán, reakció megy végbe az elektronok részvételével. Az elektroncserélő elektródák elektródákra vannak osztva első fajtaés elektródák második fajta. Az első típusú elektródák - fémlemez (ezüst, higany, kadmium), amelyet ennek a fémnek a jól oldódó sójának oldatába merítenek. Elektródák a második típusú - egy fém bevont réteg egy nehezen oldódó vegyület ennek a fémnek, és merítjük egy oldatba egy jól oldódó vegyület ugyanazt az aniont (ezüst-klorid, kalomel elektródák).

Ioncserélő elektródák- elektródák, amelyek potenciálja egy vagy több anyag oxidált és redukált formáinak koncentrációinak arányától függ az oldatban. Az ilyen elektródák inert fémekből, például platinából vagy aranyból készülnek.

3. Membránelektródák vízzel nem elegyedő folyadékkal impregnált porózus lemezek, amelyek bizonyos ionok szelektív adszorpciójára képesek (például Ni 2+, Cd 2+, Fe 2+ kelátok szerves oldatban készült oldatai). A membránelektródák működése a fázishatáron potenciálkülönbség fellépésén, valamint a membrán és az oldat közötti csereegyensúly kialakításán alapul.

Potenciometrikus elemzési módszer.

A potenciometrikus elemzési módszer egy oldatba merített elektróda potenciáljának mérésén alapul. A potenciometrikus méréseknél egy galvánelemet indikátorelektródából és referenciaelektródából állítanak fel, és megmérik az elektromotoros erőt (EMF).

A potenciometria fajtái:

Közvetlen potenciometria a koncentráció közvetlen meghatározására szolgál az indikátorelektróda potenciálértéke alapján, feltéve, hogy az elektróda folyamat reverzibilis.

Közvetett potenciometria azon a tényen alapul, hogy egy ion koncentrációjának változása a titrált oldatba merített elektródánál a potenciál változásával jár együtt.

A potenciometrikus titrálásnál egy végpontot találnak a potenciálugrás szempontjából, mivel az elektrokémiai reakciót egy másikkal helyettesítik az E ° (standard elektródpotenciál) értékekkel összhangban.

A potenciál értéke az oldatban lévő megfelelő ionok koncentrációjától függ. Például egy ezüstsó-oldatba merített ezüstelektróda potenciálja az oldatban lévő Ag + -ionok koncentrációjának változásával változik. Ezért egy adott, ismeretlen koncentrációjú só oldatába merített elektróda potenciáljának mérésével meg lehet határozni a megfelelő ionok tartalmát az oldatban.

Az elektródát, amelynek potenciálja alapján ítéljük meg az oldatban a meghatározandó ionok koncentrációját, ún indikátor elektróda.

Az indikátorelektróda potenciálját úgy határozzuk meg, hogy összehasonlítjuk egy másik elektróda potenciáljával, amelyet általában ún. referencia elektróda. Referenciaelektródaként csak olyan elektróda használható, amelynek potenciálja a meghatározandó ionok koncentrációjának változása esetén változatlan marad. Referenciaelektródaként szabványos (normál) hidrogénelektródát használnak.

A gyakorlatban a hidrogénelektród helyett gyakran kalomelt használnak referenciaelektródaként ismert elektródpotenciál értékkel (1. ábra). A kalomelelektród potenciálja telített CO-oldattal 20 °C-on 0,2490 V.

Konduktometrikus elemzési módszer.

A konduktometrikus elemzési módszer az oldatok elektromos vezetőképességének mérésén alapul, amely a kémiai reakciók hatására változik.

Az oldat elektromos vezetőképessége az elektrolit természetétől, hőmérsékletétől és az oldott anyag koncentrációjától függ. A híg oldatok elektromos vezetőképessége a különböző mobilitásban eltérő kationok és anionok mozgásának köszönhető.

A hőmérséklet emelkedésével az elektromos vezetőképesség növekszik, ahogy az ionok mobilitása nő. Adott hőmérsékleten az elektrolit oldat elektromos vezetőképessége a koncentrációjától függ: általában minél nagyobb a koncentráció, annál nagyobb az elektromos vezetőképesség! Ezért egy adott oldat elektromos vezetőképessége az oldott anyag koncentrációjának indikátoraként szolgál, és az ionok mobilitása határozza meg.

A konduktometrikus kvantifikáció legegyszerűbb esetben, amikor az oldat csak egy elektrolitot tartalmaz, egy grafikont ábrázolunk az analitoldat elektromos vezetőképességének függvényében a koncentráció függvényében. A tesztoldat elektromos vezetőképességének meghatározása után a grafikonon megtaláljuk az analit koncentrációját.

Így a baritvíz elektromos vezetőképessége egyenes arányban változik az oldat Ba(OH) 2 tartalmával. Ezt a függést grafikusan egy egyenes vonal fejezi ki. Az ismeretlen koncentrációjú baritvíz Ba(OH) 2 tartalmának meghatározásához meg kell határozni annak elektromos vezetőképességét, és a kalibrációs grafikon segítségével meg kell találni az elektromos vezetőképesség ezen értékének megfelelő Ba(OH) 2 koncentrációt. Ha mért térfogatú szén-dioxidot tartalmazó gázt vezetünk át egy ismert elektromos vezetőképességű Ba (OH) 2 oldaton, akkor a CO 2 reakcióba lép Ba (OH) 2 -vel:

Ba (OH) 2 + CO 2 → BaCO 3 + H 2 0

A reakció eredményeként az oldat Ba(OH) 2 tartalma csökken, és a baritvíz elektromos vezetőképessége csökken. A baritvíz CO 2 elnyelése utáni elektromos vezetőképességének mérésével megállapítható, hogy az oldatban mennyivel csökkent a Ba(OH) 2 koncentrációja. A baritvízben lévő Ba (OH) 2 koncentrációkülönbsége alapján könnyen kiszámítható az elnyelt mennyiség

Az anyagokról, azok tulajdonságairól és kémiai átalakulásairól szóló információk túlnyomó többségét kémiai vagy fizikai-kémiai kísérletekkel szerezték meg. Ezért a vegyészek által használt fő módszert kémiai kísérletnek kell tekinteni.

A kísérleti kémia hagyományai az évszázadok során alakultak ki. Akkor, amikor még nem volt kémia egzakt tudomány, az ókorban és a középkorban a tudósok és a kézművesek olykor véletlenül, néha pedig szándékosan felfedezték a gazdasági tevékenység során felhasznált anyagok megszerzésének és megtisztításának módjait: fémek, savak, lúgok, színezékek stb. Az ilyen információk felhalmozódása nagyban megkönnyítette az alkimisták (lásd Alkímia).

Ennek már köszönhetően eleje XIX ban ben. a kémikusok jól jártak a kísérleti művészet alapjaiban, különös tekintettel a különféle folyadékok és szilárd anyagok tisztítási módszereire, ami lehetővé tette számukra, hogy számos fontos felfedezést tegyenek. Ennek ellenére a kémia csak a 19. században kezdett a szó mai értelmében vett tudománnyá, egzakt tudománnyá válni, amikor felfedezték a többszörös arányok törvényét és kidolgozták az atom-molekuláris elméletet. Ettől kezdve a kémiai kísérlet nemcsak az anyagok átalakulásának és izolálási módszereinek tanulmányozását, hanem a különböző mennyiségi jellemzők mérését is magában foglalta.

Egy modern kémiai kísérlet sok különböző mérést tartalmaz. Változott a kísérletek felállításának berendezése és a vegyi üvegedények is. Egy modern laboratóriumban nem talál házi készítésű retortákat - ezeket az ipar által gyártott szabványos üvegberendezések váltották fel, és kifejezetten egy adott vegyi eljárás elvégzésére lettek adaptálva. A munkamódszerek is szabványossá váltak, amelyeket korunkban már nem kell minden vegyésznek újra feltalálnia. Ezek közül a legjobbak leírása, sok éves tapasztalattal bizonyított, megtalálható a tankönyvekben és kézikönyvekben.

Az anyag tanulmányozásának módszerei nemcsak univerzálisabbak lettek, hanem sokkal változatosabbak is. A vegyész munkájában egyre fontosabb szerepet töltenek be a vegyületek izolálására és tisztítására, valamint összetételük és szerkezetük megállapítására szolgáló fizikai és fizikai-kémiai kutatási módszerek.

Az anyagok tisztításának klasszikus technikája rendkívül munkaigényes volt. Vannak esetek, amikor a vegyészek évekig dolgoztak egy adott vegyület keverékből történő izolálásával. Így a ritkaföldfémek sóit csak több ezer frakcionált kristályosítás után lehetett tiszta formában izolálni. De még ezután sem lehetett mindig garantálni az anyag tisztaságát.

A technológia kifinomultsága olyan magas szintet ért el, hogy lehetővé vált a korábban hitt „pillanatnyi” reakciók sebességének pontos meghatározása, például a H + hidrogénkationokból és az OH - anionokból vízmolekulák képződése. Mindkét ion kezdeti koncentrációja 1 mol/l, a reakció ideje a másodperc néhány százmilliárd része.

A fizikai-kémiai kutatási módszereket kifejezetten a kémiai reakciók során keletkező, rövid élettartamú köztes részecskék kimutatására is adaptálták. Ennek érdekében a készülékeket vagy nagy sebességű rögzítő eszközökkel, vagy nagyon alacsony hőmérsékleten történő működést biztosító csatlakozókkal szerelik fel. Az ilyen módszerek sikeresen rögzítik azon részecskék spektrumát, amelyek élettartamát normál körülmények között ezredmásodpercben mérik, például a szabad gyököket.

A kísérleti módszerek mellett a számításokat széles körben alkalmazzák a modern kémiában. Így a reakcióban lévő anyagok keverékének termodinamikai számítása lehetővé teszi annak egyensúlyi összetételének pontos előrejelzését (lásd 1.

Egy anyag elemzése elvégezhető annak minőségi vagy mennyiségi összetételének megállapítása céljából. Ennek megfelelően különbséget kell tenni a kvalitatív és a kvantitatív elemzés között.

A kvalitatív elemzés lehetővé teszi annak megállapítását, hogy az elemzett anyag milyen kémiai elemekből áll, és milyen ionokat, atomcsoportokat vagy molekulákat tartalmaz az összetétele. Ismeretlen anyag összetételének vizsgálatakor a kvalitatív elemzés mindig megelőzi a mennyiségi elemzést, mivel az elemzett anyag összetevőinek mennyiségi meghatározására szolgáló módszer kiválasztása a kvalitatív elemzés során kapott adatoktól függ.

A kvalitatív kémiai analízis többnyire azon alapul, hogy az analit valamilyen új, jellegzetes tulajdonságokkal rendelkező vegyületté alakul: szín, amelyet fizikai állapot, kristályos vagy amorf szerkezet, sajátos szag stb. Az ebben az esetben bekövetkező kémiai átalakulást kvalitatív analitikai reakciónak, az ezt az átalakulást okozó anyagokat pedig reagenseknek (reagenseknek) nevezzük.

Több, hasonló kémiai tulajdonságú anyag keverékének elemzésekor ezeket először szétválasztják, és csak ezután hajtják végre az egyes anyagokra (vagy ionokra) jellemző reakciókat, ezért a kvalitatív elemzés nemcsak az ionok kimutatására szolgáló egyedi reakciókra terjed ki, hanem azok kimutatására szolgáló módszerekre is. elválasztás.

A kvantitatív elemzés lehetővé teszi egy adott vegyület vagy anyagkeverék részeinek mennyiségi arányának meghatározását. A kvalitatív elemzéstől eltérően a kvantitatív elemzés lehetővé teszi az analit egyes komponenseinek vagy a vizsgált termékben lévő analit teljes tartalmának meghatározását.

A kvalitatív és kvantitatív elemzési módszereket, amelyek lehetővé teszik az elemzett anyag egyes elemeinek tartalmának meghatározását, elemzési elemeknek nevezzük; funkcionális csoportok - funkcionális elemzés; Egyedi kémiai vegyületek, amelyet egy bizonyos molekulatömeg - molekulaanalízis jellemez.

Különféle kémiai, fizikai és fizikai-kémiai módszerek készlete heterogén rendszerek egyedi szerkezeti (fázisú) összetevőinek elkülönítésére és meghatározására, amelyek tulajdonságaik és tulajdonságaikban különböznek egymástól. fizikai szerkezetés interfészekkel határolják egymástól, fázisanalízisnek nevezzük.

Kvalitatív elemzési módszerek

A kvalitatív elemzés az anyag jellemző kémiai vagy fizikai tulajdonságait használja fel a vizsgált anyag összetételének megállapítására. Egyáltalán nem szükséges a felfedezett elemeket tiszta formájukban elkülöníteni ahhoz, hogy kimutathassuk jelenlétüket a vizsgált anyagban. A fémek, nemfémek és vegyületeik tiszta formában történő izolálását azonban időnként kvalitatív elemzésben használják azonosításukra, bár ez az elemzési mód nagyon nehéz. Az egyes elemek kimutatására egyszerűbb és kényelmesebb elemzési módszereket alkalmaznak, amelyek ezen elemek ionjaira jellemző, szigorúan meghatározott körülmények között végbemenő kémiai reakciókon alapulnak.

Az elemzett vegyületben a kívánt elem jelenlétének analitikai jele egy speciális szagú gáz felszabadulása; a másikban - a csapadék, amelyet egy bizonyos szín jellemez.

Reakciók szilárd anyagok és gázok között. Az analitikai reakciók nemcsak oldatokban, hanem szilárd és gáznemű anyagok között is lejátszódhatnak.

A szilárd anyagok közötti reakcióra példa a fémhigany felszabadulásának reakciója, amikor annak száraz sóit nátrium-karbonáttal hevítik. A gáznemű ammónia és a hidrogén-klorid kölcsönhatásából származó fehér füst képződése példaként szolgálhat gáznemű anyagok részvételével zajló analitikai reakcióra.

A kvalitatív elemzésben használt reakciók a következő csoportokba sorolhatók.

1. Csapadékképződéssel járó csapadékreakciók különféle színek. Például:

CaC2O4 - fehér

Fe43 - kék,

CuS - barna - sárga

HgI2 - piros

MnS - hús - rózsaszín

PbI2 - arany

A keletkező csapadékok bizonyos kristályszerkezetben, savakban, lúgokban, ammóniában stb. való oldhatóságban különbözhetnek.

2. Ismert szagú, oldhatóságú stb. gázok képződésével járó reakciók.

3. Gyenge elektrolitok képződésével járó reakciók. Az ilyen reakciók közül, amelyek eredményeként: CH3COOH, H2F2, NH4OH, HgCl2, Hg(CN)2, Fe(SCN)3 stb. Az azonos típusú reakciók sav-bázis kölcsönhatás reakcióinak tekinthetők, amelyeket semleges vízmolekulák képződése, vízben rosszul oldódó gázok és csapadékképződési reakciók, valamint komplexképződési reakciók kísérnek.

4. Sav-bázis kölcsönhatás reakciói, protonok átmenetével együtt.

5. Komplex képződési reakciók, amelyekhez különféle legendák - ionok és molekulák - adódnak a komplexképző ágens atomjaihoz.

6. Sav-bázis kölcsönhatáshoz kapcsolódó komplexképző reakciók

7. Oxidációs reakciók - redukciók, elektronátmenettel kísérve.

8. Oxidációs reakciók - sav-bázis kölcsönhatáshoz kapcsolódó redukciók.

9. A komplexképzéssel kapcsolatos oxidációs-redukciós reakciók.

10. Oxidációs reakciók - redukciók, csapadékképződés kíséretében.

11. Kationcserélőn vagy anioncserélőn fellépő ioncsere reakciók.

12. A kinetikai elemzési módszerekben alkalmazott katalitikus reakciók

Nedves és száraz elemzés

A kvalitatív kémiai elemzés során alkalmazott reakciókat leggyakrabban oldatokban hajtják végre. A vizsgálandó anyagot először feloldják, majd a kapott oldatot megfelelő reagensekkel kezelik.

Az analit feloldásához desztillált vizet, ecetsavat és ásványi savakat, aqua regiát, vizes ammóniát, szerves oldószereket stb. használnak. Az alkalmazott oldószerek tisztasága fontos feltétele a helyes eredmények elérésének.

Az oldatba átvitt anyagot szisztematikus kémiai elemzésnek vetik alá. A szisztematikus elemzés egy sor előzetes tesztből és egymást követő reakciókból áll.

A vizsgált anyagok oldatokban történő kémiai elemzését nedves analízisnek nevezzük.

Egyes esetekben az anyagokat szárazon, anélkül, hogy oldatba juttatnák, elemzik. Az ilyen elemzés leggyakrabban annak tesztelésére irányul, hogy egy anyag képes-e színtelen égőlángot jellegzetes színűre színezni, vagy bizonyos színt adni az anyag nátrium-tetraboráttal való hevítésével kapott olvadéknak (úgynevezett gyöngynek). bórax) vagy nátrium-foszfát ("foszforsó") egy platinahuzalban.

A kvalitatív elemzés kémiai és fizikai módszere.

Kémiai elemzési módszerek. Az anyagok összetételének kémiai tulajdonságaik felhasználása alapján történő meghatározására szolgáló módszereket kémiai elemzési módszereknek nevezzük.

A kémiai elemzési módszereket széles körben alkalmazzák a gyakorlatban. Azonban számos hátrányuk van. Tehát egy adott anyag összetételének meghatározásához néha először el kell különíteni a meghatározandó komponenst az idegen szennyeződésektől, és tiszta formájában izolálni kell. Az anyagok tiszta formában történő izolálása gyakran nagyon nehéz és néha lehetetlen feladat. Ezenkívül az analitban lévő kis mennyiségű (10-4%-nál kisebb) szennyeződés meghatározásához néha nagy mintákat kell venni.

Fizikai elemzési módszerek. Egyik vagy másik jelenléte kémiai elem kémiai reakciók nélkül is kimutatható a mintában, közvetlenül a vizsgált anyag fizikai tulajdonságainak tanulmányozása alapján, például színtelen égőláng jellegzetes színekkel való színezése illékony vegyületek néhány kémiai elem.

Azokat az elemzési módszereket, amelyek segítségével a vizsgált anyag összetétele kémiai reakciók alkalmazása nélkül meghatározható, fizikai elemzési módszereknek nevezzük. A fizikai elemzési módszerek közé tartoznak az elemzett anyagok optikai, elektromos, mágneses, termikus és egyéb fizikai tulajdonságainak vizsgálatán alapuló módszerek.

A legszélesebb körben használt fizikai elemzési módszerek közé tartoznak a következők.

Spektrális kvalitatív elemzés. A spektrális elemzés az analitot alkotó elemek emissziós spektrumának (emissziós spektrumának vagy sugárzásának) megfigyelésén alapul.

Lumineszcens (fluoreszcens) kvalitatív elemzés. A lumineszcens analízis a vizsgálandó anyagok lumineszcenciájának (fényemissziójának) az ultraibolya sugárzás hatására történő megfigyelésén alapul. A módszert természetes szerves vegyületek, ásványi anyagok, gyógyszerek, számos elem stb. elemzésére használják.

A lumineszcencia gerjesztésére a vizsgált anyagot vagy oldatát ultraibolya sugárzással sugározzák be. Ebben az esetben az anyag atomjai bizonyos mennyiségű energiát elnyelve gerjesztett állapotba kerülnek. Ezt az állapotot a normál anyagállapotnál nagyobb energiaellátás jellemzi. Egy anyag gerjesztett állapotból normál állapotba való átmenete során a felesleges energia miatt lumineszcencia lép fel.

Fluoreszcenciának nevezzük azt a lumineszcenciát, amely a besugárzás megszűnése után nagyon gyorsan lecseng.

A lumineszcens izzás természetét megfigyelve és egy vegyület vagy oldatai lumineszcenciájának intenzitását vagy fényességét mérve meg lehet ítélni a vizsgált anyag összetételét.

Egyes esetekben a meghatározások az analit és bizonyos reagensek kölcsönhatásából származó fluoreszcencia vizsgálatán alapulnak. Ismeretesek a fluoreszcens indikátorok is, amelyekkel az oldat fluoreszcenciájának változtatásával határozzák meg a közeg reakcióját. A lumineszcens indikátorokat a színes közegek tanulmányozása során használják.

Röntgen-diffrakciós elemzés. A röntgen segítségével megállapítható a vizsgált minta molekuláiban az atomok (illetve ionok) mérete és kölcsönös elrendeződése, azaz meghatározható a szerkezete. kristályrács, az anyag összetétele és néha a benne lévő szennyeződések jelenléte. A módszer nem igényli az anyag és annak nagy mennyiségeinek vegyszeres kezelését.

Tömegspektrometriai elemzés. A módszer az elektromágneses tér hatására kisebb-nagyobb mértékben eltérített egyedi ionizált részecskék meghatározásán alapul, tömegük és töltésük arányától függően (bővebben lásd a 2. könyvet).

A fizikai elemzési módszerek, amelyek számos előnnyel rendelkeznek a kémiai módszerekkel szemben, bizonyos esetekben lehetővé teszik a kémiai elemzés módszereivel nem megoldható problémák megoldását; fizikai módszerekkel lehetséges a kémiai módszerekkel nehezen elkülöníthető elemek elkülönítése, valamint a leolvasások folyamatos és automatikus rögzítése. Nagyon gyakran fizikai elemzési módszereket alkalmaznak a kémiai módszerekkel együtt, ami lehetővé teszi mindkét módszer előnyeinek kihasználását. A módszerek kombinációja különösen akkor fontos, ha elhanyagolható mennyiségű (nyomnyi) szennyeződést határozunk meg az elemzett objektumokban.

Makro, félmikro és mikro módszerek

A vizsgált anyag nagy és kis mennyiségének elemzése. A régi időkben a vegyészek nagy mennyiségben használták az elemezni kívánt anyagot. Egy anyag összetételének meghatározásához több tíz grammos mintákat vettek, amelyeket nagy térfogatú folyadékban oldottak fel. Ehhez megfelelő kapacitású vegyi üvegedényekre is szükség volt.

Jelenleg a vegyészek az analitikai gyakorlatban kis mennyiségű anyagokkal gazdálkodnak. Az analit mennyiségétől, az analízishez felhasznált oldatok térfogatától és főként a kísérlet végrehajtásának technikájától függően az elemzési módszereket makro-, félmikro- és mikromódszerekre osztják.

A makroanalízis során néhány milliliter legalább 0,1 g anyagot tartalmazó oldatot veszünk a reakció végrehajtásához, és a reagens oldatból legalább 1 ml-t adunk a vizsgálati oldathoz. A reakciókat kémcsövekben hajtják végre. A kicsapás során terjedelmes csapadék keletkezik, amelyet papírszűrős tölcséreken keresztül történő szűréssel választanak el.

Cseppelemzés

A cseppanalízis reakcióinak végrehajtási technikája. Az úgynevezett cseppelemzés, amelyet N. A. Tananaev vezetett be az analitikai gyakorlatba, nagy jelentőséget kapott az analitikai kémiában.

Ennek a módszernek a használatakor nagyon fontos rendelkeznek a kapilláris és adszorpciós jelenségekkel, amelyek segítségével közös jelenlétükben lehetőség nyílik különféle ionok felnyitására és szétválasztására. A cseppanalízis során az egyes reakciókat porcelán- vagy üveglapokon vagy szűrőpapíron hajtják végre. Ebben az esetben egy csepp vizsgálati oldatot és egy csepp jellegzetes elszíneződést vagy kristályképződést okozó reagenst viszünk a lemezre vagy papírra.

A reakció szűrőpapíron végrehajtásakor a papír kapilláris adszorpciós tulajdonságait veszik figyelembe. A folyadékot a papír felszívja, és a keletkező színes vegyület a papír egy kis felületén adszorbeálódik, ezzel növelve a reakció érzékenységét.

Mikrokristályos elemzés

A mikrokristályos elemzési módszer a kationok és anionok reakció útján történő kimutatásán alapul, melynek eredményeként jellegzetes kristályformájú vegyületek keletkeznek.

Korábban ezt a módszert kvalitatív mikrokémiai elemzésben használták. Jelenleg cseppelemzésben is használják.

A kapott kristályok mikrokristályos analízissel történő vizsgálatához mikroszkópot használnak.

kristályok jellegzetes forma tiszta anyagokkal történő munkavégzés során egy csepp oldatot vagy egy reagens kristályt csepegtetünk a vizsgált anyag üveg tárgylemezére helyezett cseppjébe. Egy idő után bizonyos alakú és színű, jól megkülönböztethető kristályok jelennek meg.

Por őrlési módszer

Egyes elemek kimutatására néha azt a módszert alkalmazzák, hogy porcelántányéron porított analitot szilárd reagenssel őrölnek. A felfedezett elemet jellegzetes, színben vagy szagban eltérő vegyületek képződésével lehet kimutatni.

Anyag melegítésén és fúzióján alapuló elemzési módszerek

pirokémiai elemzés. Az anyagok elemzéséhez a vizsgált szilárd anyag melegítésén vagy megfelelő reagensekkel való összeolvasztásán alapuló módszereket is alkalmaznak. Egyes anyagok hevítéskor egy bizonyos hőmérsékleten megolvadnak, mások fennköltek, és az egyes anyagokra jellemző csapadék jelenik meg a készülék hideg falain; egyes vegyületek hevítéskor lebomlanak gáznemű termékek felszabadulásával stb.

Ha az analitot a megfelelő reagensekkel keverve melegítjük, reakciók lépnek fel, amelyek színváltozással, gáznemű termékek felszabadulásával és fémek képződésével járnak.

Spektrális kvalitatív elemzés

A színtelen láng színtelen láng elszíneződésének szabad szemmel történő megfigyelésének fentebb ismertetett módszere mellett, amikor analitot tartalmazó platinahuzalt vezetnek be, jelenleg széles körben alkalmaznak más módszereket az izzógőzök vagy gázok által kibocsátott fény vizsgálatára. Ezek a módszerek speciális optikai eszközök használatán alapulnak, melyek leírását a fizika tantárgy tartalmazza. Az ilyen spektrális eszközökben a különböző hullámhosszúságú fény spektrumává bomlás történik, amelyet egy lángban hevített anyagminta bocsát ki.

A spektrummegfigyelési módszertől függően a spektrális műszereket spektroszkópoknak, amelyek a spektrum vizuális megfigyelésére szolgálnak, vagy spektrográfoknak, amelyekben a spektrumokat lefényképezik.

Kromatográfiás elemzési módszer

A módszer a vizsgált keverék egyes komponenseinek különböző adszorbensekkel történő szelektív abszorpcióján (adszorpcióján) alapul. Az adszorbenseket ún szilárd testek amelynek felületén az adszorbeált anyag felszívódik.

A kromatográfiás elemzési módszer lényege röviden a következő. Az elválasztandó anyagok keverékének oldatát adszorbenssel töltött üvegcsövön (adszorpciós oszlopon) vezetik át.

Kinetikai elemzési módszerek

A reakciósebesség mérésén és a koncentráció mértékének felhasználásán alapuló elemzési módszereket a kinetikai elemzési módszerek általános neve alatt egyesítik (K. B. Yatsimirsky).

A kationok és anionok kvalitatív kimutatása kinetikai módszerekkel meglehetősen gyorsan és viszonylag egyszerűen, bonyolult műszerek használata nélkül történik.

1. Mintavétel:

Egy laboratóriumi minta 10-50 g anyagból áll, amelyet úgy vesznek ki, hogy átlagos összetétele megfeleljen az analit teljes tételének átlagos összetételének.

2. A minta lebontása és az oldatba való átvitele;

3. Kémiai reakció végrehajtása:

X a meghatározandó komponens;

P a reakciótermék;

R a reagens.

4. A reakciótermék, a reagens vagy az analit bármely fizikai paraméterének mérése.

A kémiai elemzési módszerek osztályozása

én A reakciókomponensek szerint

1. Mérje meg a képződött P reakciótermék mennyiségét (gravimetriás módszer). Olyan körülményeket kell létrehozni, amelyek mellett az analit teljesen átalakul reakciótermékké; továbbá szükséges, hogy az R reagens idegen anyagokkal ne adjon kisebb reakciótermékeket, amelyek fizikai tulajdonságai hasonlóak lennének a termék fizikai tulajdonságaihoz.

2. Az X analittal végzett reakcióban elfogyasztott reagens mennyiségének mérése alapján:

– az X és R közötti hatásnak sztöchiometrikusnak kell lennie;

- a reakciónak gyorsan kell lezajlania;

– a reagens nem léphet reakcióba idegen anyagokkal;

– az ekvivalenciapont megállapításának módja szükséges, pl. a titrálás pillanata, amikor a reagenst egyenértékű mennyiségben adják hozzá (jelző, színváltozás, o-be kapacitás, elektromos vezetőképesség).

3. Rögzíti azokat a változásokat, amelyek magával az X analittal az R reagenssel való kölcsönhatás során (gázanalízis) következnek be.

II A kémiai reakciók típusai

1. Sav-bázis.

2. Komplex vegyületek képződése.

Sav-bázis reakciók: főként az erős és a közvetlen mennyiségi meghatározására használják gyenge savak valamint bázisok és sóik.

Reakciók komplex vegyületek képződésére: meghatározott anyagok a reagensek hatására komplex ionokká és vegyületekké alakulnak.

A következő elválasztási és meghatározási módszerek komplexképződési reakciókon alapulnak:

1) Elválasztás csapadékkal;

2) Extrakciós módszer (a vízben oldhatatlan komplex vegyületek gyakran jól oldódnak szerves oldószerekben - benzolban, kloroformban - a komplex vegyületek vizes fázisból diszpergált fázisba való átvitelének folyamatát extrakciónak nevezik);

3) Fotometriás (Co salétromos sóval) - mérje meg a komplex vegyületek oldatainak optimális sűrűségét;

4) Titrimetriás elemzési módszer

5) Gravimetriás elemzési módszer.

1) cementálási módszer - a fém Me-ionok redukálása oldatban;

2) elektrolízis higanykatóddal - az oldat higanykatódos elektrolízise során számos elem ionja redukálódik Áramütés nekem, amelyek a higanyban oldódnak, amalgámot képezve. A másik Én ionjai oldatban maradnak;

3) azonosítási módszer;

4) titrimetriás módszerek;

5) elektrogravimetriás - egy el-t vezetnek át a vizsgálati oldaton. egy bizonyos feszültségű áram, miközben a Me-ionok visszaállnak Me állapotba, a felszabaduló mennyiséget lemérjük;

6) coulometriás módszer - az anyag mennyiségét az a villamos energia mennyisége határozza meg, amelyet az elemzett anyag elektrokémiai átalakításához kell fordítani. Az analitikai reagenseket Faraday törvénye szerint találjuk:

M a meghatározandó elem mennyisége;

F a Faraday-szám (98500 C);

A az elem atomtömege;

n az adott elem elektrokémiai átalakulásában részt vevő elektronok száma;

Q az elektromosság mennyisége (Q = I ∙ τ).

7) katalitikus elemzési módszer;

8) polarográfiai;

III Az elválasztási módszerek osztályozása a különböző típusú fázisátalakítások alkalmazása alapján:

A fázisok közötti egyensúlyok következő típusai ismertek:

Az L-G vagy T-G egyensúlyi állapotot akkor alkalmazzuk, amikor az anyagok gázfázisba kerülnek (CO 2, H 2 O stb.).

A W 1 - W 2 egyensúly az extrakciós módszernél és a higanykatódos elektrolízisnél figyelhető meg.

A Zh-T a szilárd fázis felületén a lerakódási folyamatokra és a kicsapódási folyamatokra jellemző.

Az elemzési módszerek a következők:

1. gravimetriás;

2. titrimetriás;

3 optikai;

4. elektrokémiai;

5. katalitikus.

Az elválasztási módszerek a következők:

1. csapadék;

2. kitermelés;

3. kromatográfia;

4. ioncsere.

A koncentrációs módszerek a következők:

1. csapadék;

2. kitermelés;

3. fugázás;

4. lecsupaszítás.

Fizikai elemzési módszerek

Jellemző, hogy közvetlenül mérik a rendszer bármely fizikai paraméterét, amely a meghatározandó elem mennyiségéhez kapcsolódik, előzetes kémiai reakció nélkül.

A fizikai módszerek három fő módszercsoportot foglalnak magukban:

I A sugárzásnak anyaggal való kölcsönhatásán vagy egy anyag sugárzásának mérésén alapuló módszerek.

II El. paramétereinek mérésén alapuló módszerek. vagy az anyag mágneses tulajdonságai.

IIIAz anyagok sűrűségének vagy egyéb mechanikai vagy molekuláris tulajdonságainak mérésén alapuló módszerek.

Az atomok külső vegyértékelektronjainak energiaátmenetén alapuló módszerek: atomi emissziós és atomabszorpciós elemzési módszerek.

Atomkibocsátás elemzése:

1) Lángfotometria – az elemzett oldatot gázégő lángjába permetezzük. A magas hőmérséklet hatására az atomok gerjesztett állapotba kerülnek. A külső vegyértékelektronok magasabb energiaszintekre mozognak. Az elektronok fordított átmenetét a fő energiaszintre sugárzás kíséri, amelynek hullámhossza attól függ, hogy melyik elem atomjai voltak a lángban. A sugárzás intenzitása bizonyos körülmények között arányos a lángban lévő elem atomjainak számával, a sugárzás hullámhossza pedig a minta minőségi összetételét jellemzi.

2) Emissziós elemzési módszer - spektrális. A mintát egy ív vagy egy kondenzált szikra lángjába vezetik, magas hőmérsékleten az atomok gerjesztett állapotba kerülnek, miközben az elektronok nemcsak a főhöz legközelebbi, hanem a távolabbi energiaszintekre is.

A sugárzás különböző hullámhosszú fényrezgések összetett keveréke. Az emissziós spektrum a speciális főbb részeire bomlik. műszerek, spektrométerek és fényképezés. A spektrum egyes vonalai intenzitásának helyzetének összehasonlítása a megfelelő szabvány vonalaival lehetővé teszi a minta kvalitatív és kvantitatív elemzésének meghatározását.

Az atomabszorpciós elemzési módszerek:

A módszer a meghatározott hullámhosszúságú fény abszorpciójának mérésén alapul a meghatározott elem gerjesztetlen atomjai által. Egy speciális sugárforrás rezonáns sugárzást állít elő, pl. az elektron átmenetének megfelelő sugárzás a legalacsonyabb energiájú pályára, a hozzá legközelebb eső pályáról több magas szint energia. A lángon áthaladó fény intenzitásának csökkenése a meghatározandó elem atomjai elektronjainak gerjesztett állapotba átvitele következtében arányos a benne lévő gerjesztetlen atomok számával. Az atomabszorpcióban 3100 ° C-ig terjedő hőmérsékletű éghető keverékeket használnak, ami növeli a meghatározandó elemek számát a lángfotometriához képest.

Röntgen fluoreszcens és röntgensugárzás

Röntgen-fluoreszcens: a mintát kiteszik röntgensugárzás. felső elektronok. Az atommaghoz legközelebb eső pályák kiütődnek az atomokból. Helyüket a távolabbi pályák elektronjai foglalják el. Ezen elektronok átmenete másodlagos röntgensugárzás megjelenésével jár együtt, melynek hullámhossza funkcionálisan összefügg a atomszám elem. Hullámhossz - a minta minőségi összetétele; intenzitás - a minta mennyiségi összetétele.

Nukleáris reakciókon alapuló módszerek - radioaktív. Az anyagot neutronsugárzás éri, magreakciók lépnek fel, és az elemek radioaktív izotópjai képződnek. Ezt követően a mintát oldatba visszük, és az elemeket kémiai módszerekkel elválasztjuk. Ezt követően a minta egyes elemeinél mérik a radioaktív sugárzás intenzitását, és ezzel párhuzamosan elemzik a referenciamintát. A referenciaminta és a vizsgált anyag egyes frakcióinak radioaktív sugárzásának intenzitását összehasonlítjuk, és következtetéseket vonunk le az elemek mennyiségi tartalmára vonatkozóan. Érzékelési határ 10 -8 - 10 -10%.

1. Konduktometrikus - oldatok vagy gázok elektromos vezetőképességének mérésén alapul.

2. Potenciometrikus - létezik közvetlen és potenciometrikus titrálási módszer.

3. Termoelektromos - a termoelektromotoros erő fellépésén alapul, amely az acél érintkezési helyének melegítésekor keletkezett stb. Me.

4. Tömegspektrum - erős elemek és mágneses mezők segítségével alkalmazva szétválás következik be gázkeverékek komponensekké a komponensek atomjainak vagy molekulatömegének megfelelően. Izotópkeverékek vizsgálatára használják. inert gázok, szerves anyagok keverékei.

Denzitometria - a sűrűség mérésén alapul (az anyagok koncentrációjának meghatározása oldatokban). Az összetétel meghatározásához mérik a viszkozitást, a felületi feszültséget, a hangsebességet, az elektromos vezetőképességet stb.

Az anyagok tisztaságának meghatározásához meg kell mérni a forráspontot vagy az olvadáspontot.

Fizikai és kémiai tulajdonságok előrejelzése és számítása

Az anyagok fizikai-kémiai tulajdonságainak előrejelzésének elméleti alapjai

Hozzávetőleges előrejelzési számítás

Az előrejelzés magában foglalja a fizikai-kémiai tulajdonságok minimális számú, könnyen elérhető kezdeti adaton alapuló értékelését, és feltételezheti a vizsgált anyag tulajdonságaira vonatkozó kísérleti információk teljes hiányát is (az „abszolút” előrejelzés csak a sztöchiometrikus képletre vonatkozó információkon alapul. a vegyület).