Існує безліч видів аналізу. Їх можна класифікувати за різними ознаками.
- за характером одержуваної інформації. Розрізняють якісний аналіз(у цьому випадку з'ясовують, з чого складається дана речовина, які саме компоненти входять до її складу) та кількісний аналіз(визначають вміст тих чи інших компонентів, наприклад, % по масі, або співвідношення різних компонентів). Грань між якісним та кількісним аналізом дуже умовна, особливо при дослідженні мікродомішок. Так, якщо в ході якісного аналізу деякий компонент не був виявлений, то обов'язково вказують, яку мінімальну кількість цього компонента можна було б виявити за допомогою цього методу. Можливо, негативний результат якісного аналізу пов'язаний не з відсутністю компонента, а недостатньою чутливістю використаного методу! З іншого боку, кількісний аналіз завжди виконується з урахуванням наперед знайденого якісного складу досліджуваного матеріалу.
- класифікація з об'єктів аналізу: технічний, клінічний, криміналістичнийта ін.
- класифікація з об'єктів визначення.
Не слід плутати терміни аналізуватиі визначати.Об'єктами визначенняназивають компоненти, зміст яких потрібно встановити чи достовірно виявити. З урахуванням природи визначається компонента виділяють різні види аналізу (табл.1.1).
Таблиця 1-1. Класифікація видів аналізу (за об'єктами визначення чи виявлення)
| Вигляд аналізу | Об'єкт визначення (або виявлення) | приклад | Галузь застосування |
| Ізотопний | Атоми із заданими значеннями заряду ядра та масового числа (ізотопи) | 137 Cs, 90 Sr, 235 U | Атомна енергетика, контроль забруднення довкілля, медицина, археологія та ін. |
| Елементний | Атоми із заданими значеннями заряду ядра (елементи) | Cs, Sr, U, Cr, Fe, Hg | Повсюдно |
| Речовий | Атоми (іони) елемента в даному ступені окислення або сполуки заданого складу (форма елемента) | Сr(III), Fe 2+ , Hg у складі комплексних сполук | Хімічна технологія, контроль забруднення довкілля, геологія, металургія та ін. |
| Молекулярний | Молекули із заданим складом та структурою | Бензол, глюкоза, етанол | Медицина, контроль забруднення довкілля, агрохімія, хімічна технологія, криміналістика. |
| Структурно-груповий абофункціональний | Сума молекул із заданими структурними характеристиками та близькими властивостями (сума ізомерів та гомологів) | Граничні вуглеводні, моносахариди, спирти | Хімічна технологія, харчова промисловість, медицина. |
| Фазовий | Фаза або елемент у складі цієї фази | Графіт у сталі, кварц у граніті | Металургія, геологія, розробка будматеріалів. |
Класифікація «по об'єктах визначення» дуже важлива, оскільки допомагає вибрати відповідний спосібпроведення аналізу (аналітичний метод) Так, для елементного аналізучасто застосовують спектральні методи, засновані на реєстрації випромінювання атомів різних довжинах хвиль. Більшість спектральних методів передбачає повну деструкцію (атомізацію) аналізованої речовини. Якщо ж треба встановити природу та кількісний вміст різних молекул, що входять до складу досліджуваної органічної речовини ( молекулярний аналіз), то одним із найбільш підходящих методів виявиться хроматографічний, що не передбачає деструкції молекул.
В ході елементного аналізуідентифікують або кількісно визначають елементи незалежно від їхнього ступеня окислення або від входження до складу тих чи інших молекул. Повний елементний склад досліджуваного матеріалу визначають у поодиноких випадках. Зазвичай досить визначити деякі елементи, які впливають на властивості досліджуваного об'єкта.
Речовийаналіз стали виділяти у самостійний вигляд порівняно недавно, раніше його розглядали як частину елементного. Мета речового аналізу - окремо визначити зміст різних форм одного й того елемента. Наприклад, хрому (III) і хрому (VI) в стічній воді. У нафтопродуктах роздільно визначають «сірку сульфатну», «сірку вільну» та «сірку сульфідну». Досліджуючи склад природних вод, з'ясовують, яка частина ртуті існує у вигляді міцних (недисоціюючих) комплексних і органічних сполука яка - у вигляді вільних іонів. Ці завдання складніше, ніж завдання елементного аналізу.
Молекулярний аналізособливо важливий для дослідження органічних речовинта матеріалів біогенного походження. Прикладом може бути визначення бензолу в бензині або ацетону в повітрі, що видихається. У разі необхідно враховувати як склад, а й структуру молекул. Адже в досліджуваному матеріалі можуть бути ізомери і гомологи обумовленого компонента. Так, часто доводиться визначати вміст глюкози в присутності багатьох її ізомерів та інших споріднених сполук, наприклад, сахарози.
Коли йдеться про визначення сумарного змісту всіх молекул, які мають деякі загальні структурні особливості, одні й ті ж функціональні групи, а отже й близькі хімічні властивості, користуються терміном структурно-груповий(або функціональний)аналіз. Наприклад, суму спиртів (органічних сполук, що мають ОН-групу) визначають, проводячи загальну для всіх спиртів реакцію з металевим натрієм, а потім вимірюючи обсяг водню, що виділяється. суму ненасичених вуглеводнів(мають подвійні або потрійні зв'язки) визначають, окислюючи їх йодом. Сумарні змісти однотипних компонентів іноді встановлюють і неорганічному аналізі - наприклад, сумарний вміст рідкісноземельних елементів.
Специфічним видом аналізу є фазовий аналіз. Так, вуглець у чавунах і сталях може розчинятися в залозі, може утворювати хімічні сполуки із залізом (карбіди), а може й утворювати окрему фазу (графіт). Фізичні властивості виробу (міцність, твердість тощо) залежать не тільки від загального вмісту вуглецю, а й від розподілу вуглецю між цими формами. Тому металургів цікавить як загальний вміст вуглецю в чавуні чи сталі, а й наявність у цих матеріалах окремої фази графіту (вільного вуглецю), і навіть кількісний зміст цієї фази.
Основна увага в базовому курсі аналітичної хімії приділяється елементному та молекулярному аналізу. В інших видах аналізу застосовують специфічні методи, і в програму базового курсуізотопний, фазовий та структурно-груповий аналізи не входять.
Класифікація за точністю результатів, тривалістю та вартістю аналізів.Спрощений, швидкий та дешевий варіант аналізу називають експрес-аналізом. Для їх виконання часто застосовують тест-методи.Наприклад, будь-яка людина (не аналітик) може оцінити вміст нітратів в овочах (цукору в сечі, важких металів у питній воді тощо), скориставшись спеціальним індикаторним папером. Результат буде видно на око, оскільки вміст компонента визначається за допомогою шкали забарвлень, що додається до паперу. Тест-методи не вимагають доставки проби в лабораторію будь-якої обробки досліджуваного матеріалу; у цих методах не застосовується дороге обладнання, не проводять розрахунків. Важливо лише, щоб результат не залежав від присутності в досліджуваному матеріалі інших компонентів, а для цього треба, щоб реактиви, якими просочують папір під час його виготовлення, були б специфічними. Забезпечити специфічність тест-методів дуже важко, і поширеним цей вид аналізу став лише в Останніми рокамиХХ століття. Звичайно, тест-методи не можуть забезпечити високої точності аналізу, але вона потрібна далеко не завжди.
Пряма протилежність експрес-аналізу - арбітражний аналіз.Основна вимога щодо нього - забезпечити якомога більшу точність результатів. Арбітражні аналізи проводять досить рідко (наприклад, для вирішення конфлікту між виробником та споживачем промислової продукції). Для виконання таких аналізів залучають найбільш кваліфікованих виконавців, застосовують найнадійніші та багаторазово перевірені методики. Час, витрачене виконання такого аналізу, як та її вартість, - немає принципового значення.
Проміжне місце між експресним та арбітражним аналізом - за точністю, тривалістю, вартістю та іншими показниками - займають так звані рутинні аналізи. Основна частина аналізів, що виконуються у заводських та інших контрольно-аналітичних лабораторіях, відноситься саме до цього типу.
Існують інші способи класифікації, інші види аналізів. Наприклад, враховують масу досліджуваного матеріалу, що безпосередньо використовується в ході аналізу. У рамках відповідної класифікації виділяють макроаналіз(кілограми, літри), напівмікроаналіз(долі грама, мілілітри) та мікроаналіз. В останньому випадку застосовують навішування порядку міліграма і менше, обсяги розчинів вимірюють у мікролітрах, а результат реакції іноді доводиться спостерігати під мікроскопом. Мікроаналіз використовують у аналітичних лабораторіях досить рідко.
1.3. Методи аналізу
Поняття «метод аналізу» є найважливішим для аналітичної хімії. Цей термін використовують, коли хочуть виявити суть тієї чи іншої аналізу, його основний принцип. Методом аналізу називають досить універсальний та теоретично обґрунтований спосіб проведення аналізу, безвідносно до того, який компонент визначають та що саме аналізують.Існують три основні групи методів (рис.1-1). Одні з них націлені переважно на поділ компонентів досліджуваної суміші (наступний аналіз без цієї операції виявляється неточним або взагалі неможливим). У ході поділу зазвичай відбувається концентрування визначених компонентів (див. розділ 8). Прикладом можуть бути методи екстрагування або іонного обміну. Інші методи застосовують у ході якісного аналізу, вони служать для достовірного пізнання (ідентифікації) компонентів, що цікавлять нас. Треті, найбільш численні, призначені для кількісного визначення компонентів. Відповідні групи називають методами поділу та концентрування, методами ідентифікації та методами визначення.Методи двох перших груп, як правило , відіграють допоміжну роль; вони будуть розглянуті пізніше. Найбільше значення для практики мають методи визначення.
Крім трьох основних груп, існують гібридніметоди. На рис.1.1 ці методи не показано. У гібридних методах поділ, ідентифікація та визначення компонентів органічно поєднуються в одному приладі (або в єдиному комплексі приладів). Найважливішим із таких методів є хроматографічний аналіз. У спеціальному приладі (хроматографі) компоненти досліджуваної проби (суміші) поділяються, оскільки вони з різною швидкістю рухаються крізь колонку, заповнену порошком твердої речовини(Сорбента). За часом виходу компонента з колонки судять про його природу і таким чином упізнають усі компоненти проби. Компоненти, що вийшли з колонки, по черзі потрапляють в іншу частину приладу, де спеціальний пристрій - детектор - вимірює і записує сигнали всіх компонентів. Нерідко відразу проводиться автоматичний розрахунок змісту всіх компонентів. Зрозуміло, що хроматографічний аналіз не можна вважати лише методом поділу компонентів, або лише методом кількісного визначення, це гібридний метод.
Кожен метод визначення поєднує безліч конкретних методик, у яких вимірюється одна й та сама фізична величина. Наприклад, щодо кількісного аналізу можна виміряти потенціал електрода, опущеного в досліджуваний розчин, та був за знайденої величині потенціалу розрахувати вміст деякого компонента розчину. Усі методики, де основною операцією є вимір потенціалу електрода, вважають окремими випадками. потенціометричного методу. При віднесенні методики до того чи іншого аналітичному методуне важливо, який об'єкт досліджується, які саме речовини і з якою точністю визначаються, який прилад використовують і як проводять розрахунки - важливо, яку величину ми вимірюємо.Вимірювану в ході аналізу фізичну величину, яка залежить від концентрації обумовленого компонента, прийнято називати аналітичним сигналом.
Аналогічним чином можна виділити метод спектрального аналізуУ цьому випадку основна операція - вимірювання інтенсивності світла, що випромінюється пробою на певній довжині хвилі. Метод титриметричного (об'ємного) аналізузаснований на вимірюванні об'єму розчину, витраченого на хімічну реакцію з визначальним компонентом проби. Слово "метод" часто опускають, кажуть просто "потенціометрія", "спектральний аналіз", "титриметрія" тощо. У рефрактометричний аналізсигналом є показник заломлення світла досліджуваним розчином, спектрофотометрії- Поглинання ним світла (на певній довжині хвилі). Перелік методів та відповідних їм аналітичних сигналів можна продовжити, всього відомо кілька десятків незалежних методів.
Кожен метод визначення має свої власні теоретичні основи та пов'язаний із застосуванням специфічного обладнання. Області застосування різних методів суттєво різняться. Одні методи переважно використовуються для аналізу нафтопродуктів, інші – для аналізу лікарських препаратів, треті – для дослідження металів та сплавів тощо. Аналогічно можна виділяти методи щодо елементного аналізу, методи ізотопного аналізу тощо. Є й універсальні методи, що застосовуються в аналізі різних матеріалів і придатні для визначення в них різних компонентів. Наприклад, спектрофотометричний метод може бути і для елементного, і для молекулярного, і для структурно-групового аналізу.
Точність, чутливість та інші характеристики окремих методик, які стосуються одному й тому аналітичному методу, різняться, але негаразд сильно, як характеристики різних методів. Будь-яке аналітичне завдання завжди можна вирішити декількома різними методами (скажімо, хром у легованій сталі можна визначити і спектральним методом, і титриметричним, і потенціометричним). Аналітик вибирає метод, враховуючи відомі можливості кожного з них та конкретні вимоги до даному аналізу. Не можна раз і назавжди вибрати "найкращі" і "найгірші" методи, все залежить від завдання, що вирішується, від вимог до результатів аналізу. Так, гравіметричний аналіз дає, як правило, більш точні результати, ніж спектральний, але потребує великих витрат праці та часу. Тому гравіметричний аналіз хороший для проведення арбітражних аналізів, але не годиться для експрес-аналізу.
Методи визначення ділять на три групи: хімічні, фізичні та фізико-хімічні. Нерідко фізичні та фізико-хімічні методи поєднують загальною назвою "інструментальні методи", оскільки в обох випадках використовуються прилади, причому одні й ті самі. Взагалі межі між групами методів дуже умовні.
Хімічні методизасновані на проведенні хімічної реакції між визначеним компонентом і реагентом, що спеціально додається. Реакція відбувається за схемою:
Тут і далі символом Х позначається визначається компонент (молекула, іон, атом і т.п.), R - реагент, що додається, Y - сукупність продуктів реакції. До групи хімічних методів відносять класичні (давно відомі та добре вивчені) методи визначення, насамперед гравіметрію та титриметрію. Число хімічних методів порівняно невелике, всі вони мають ті самі теоретичні основи (теорію хімічних рівноваг, закони хімічної кінетики тощо). Як аналітичний сигнал у хімічних методах зазвичай вимірюють масу або обсяг речовини. Складні фізичні прилади, за винятком аналітичних ваг, та спеціальні еталони хімічного складуу хімічних методах не використовуються. Ці методи мають багато спільного та за своїми можливостями. Вони будуть розглянуті у розділі 4.
Фізичні методине пов'язані з проведенням хімічних реакцій та застосуванням реагентів. Їхній основний принцип - зіставлення однотипних аналітичних сигналів компонента Х в досліджуваному матеріалі і в деякому зразку (зразок з точно відомою концентрацією Х). Заздалегідь побудувавши градуювальний графік (залежність сигналу від концентрації або маси Х) та вимірявши значення сигналу для проби досліджуваного матеріалу, розраховують концентрацію Х у цьому матеріалі. Існують інші способи розрахунку концентрацій (див. главу 6). Фізичні методи зазвичай чутливіші, ніж хімічні, тому визначення мікродомішок ведуть переважно фізичними методами. Ці методи легко піддаються автоматизації, вимагають менших витрат на проведення аналізу. Однак фізичні методи потребують спеціальних еталонів, вимагають досить складного, дорогого і спеціалізованого обладнання, До того ж вони, як правило, менш точні, ніж хімічні.
Проміжне місце між хімічними та фізичними методами за своїми принципами та можливостями займають фізико-хімічніметоди аналізу. У цьому випадку аналітик проводить хімічну реакцію, але за її перебігом або її результатом стежить не візуально, а із застосуванням фізичних приладів. Наприклад, поступово додає до досліджуваного розчину інший - з відомою концентрацією розчиненого реагенту, і при цьому контролює потенціал електрода, опущеного в розчин, що титрується. (потенціометричне титрування), за стрибком потенціалу аналітик судить про закінчення реакції, вимірює витрачений на неї обсяг титранта і розраховують результат аналізу. Такі методи, як правило, такі ж точні, як і хімічні, і майже настільки ж чутливі, як і фізичні методи.
Інструментальні методи часто поділяють за іншою, чіткіше вираженою ознакою – за природою вимірюваного сигналу. І тут виділяють підгрупи оптичних, електрохімічних, резонансних, активаційних та інших методів. Існують також нечисленні і поки що недостатньо розвинені методи біологічні та біохімічні методи.
План лекції:
1. Загальна характеристикафізико-хімічних методів
2. Загальні відомості про спектроскопічні методи аналізу.
3. Фотометричний метод аналізу: фотоколориметрія, колориметрія, спектрофотометрія.
4. Загальні відомості про нефелометричний, люмінесцентний, поляриметричний методи аналізу.
5. Рефрактометричний метод аналізу.
6. Загальні відомості про мас-спектральний, радіометричний аналіз.
7. Електрохімічні методи аналізу (потенціометрія, кондуктометрія, кулонометрія, амперометрія, полярографія).
8. Хроматографічний метод аналізу.
Сутність фізико-хімічних методів аналізу. Їхня класифікація.
Фізико-хімічні методи аналізу, як і хімічні методи, ґрунтуються на проведенні тієї чи іншої хімічної реакції. У фізичних методах хімічні реакції відсутні або мають другорядне значення, хоча в спектральному аналізі інтенсивність ліній завжди істотно залежить від хімічних реакцій у вугільному електроді або газовому полум'ї. Тому іноді фізичні методи входять у групу фізико-хімічних методів, оскільки досить суворого однозначного різницю між фізичними і фізико-хімічними методами немає, і виділення фізичних методів окрему групу немає принципового значення.
Хімічні методи аналізу були не в змозі задовольнити різноманітні запити практики, що зросли в результаті науково-технічного прогресу, розвитку напівпровідникової промисловості, електроніки та ЕОМ, широкого застосування чистих та надчистих речовин у техніці.
Застосування фізико-хімічних методів аналізу знайшло своє відображення у технохімічному контролі харчових виробництв, у науково-дослідних та виробничих лабораторіях. Ці методи характеризуються високою чутливістю та швидким виконанням аналізу. Вони засновані на використанні фізико- хімічних властивостейречовин.
За виконання аналізів фізико-хімічними методами точку еквівалентності (кінець реакції) визначають не візуально, а з допомогою приладів, які фіксують зміна фізичних властивостей досліджуваного речовини у точці еквівалентності. Для цієї мети зазвичай застосовують прилади із відносно складними оптичними або електричними схемами, тому ці методи отримали назву методів інструментального аналізу
У багатьох випадках виконання аналізу цими методами не потрібна хімічна реакція на відміну хімічних методів аналізу. Потрібно лише виміряти показники будь-яких фізичних властивостей аналізованої речовини: електропровідність, світлопоглинання, світлозаломлення та ін. Фізико-хімічні методи дозволяють вести у промисловості безперервний контроль сировини, напівфабрикатів та готових виробів.
Фізико-хімічні методи аналізу стали застосовувати пізніше, ніж хімічні методи аналізу, коли було встановлено та вивчено зв'язок між фізичними властивостями речовин та їх складом.
Точність фізико-хімічних методів сильно коливається залежно від методу. Найбільш високою точністю (до 0,001%) має кулонометрія,заснована на вимірюванні кількості електрики, що витрачається на електрохімічне окиснення або відновлення іонів або елементів, що визначаються. Більшість фізико-хімічних методів мають похибку не більше 2-5 %, що перевищує похибку хімічних методів аналізу. Однак таке порівняння похибок не цілком коректне, оскільки воно відноситься до різних концентраційних областей. При невеликому змісті визначається компонента (близько 10 -3% і менше) класичні хімічні методи аналізу взагалі непридатні; при великих концентраціях фізико-хімічні методи успішно змагаються з хімічними. До суттєвих недоліків більшості фізико-хімічних методів належить обов'язкова наявність еталонів і стандартних розчинів.
Серед фізико-хімічних методів найбільше практичного застосування мають:
1. спектральні та інші оптичні методи (рефрактометрія, поляриметрія);
2. електрохімічні методи аналізу;
3. Хроматографічні методи аналізу.
Крім цього виділяють ще 2 групи фізико-хімічних методів:
1. радіометричні методи, що базуються на вимірі радіоактивного випромінювання даного елемента;
2. мас-спектрометричні методи аналізу, засновані на визначенні мас окремих іонізованих атомів, молекул та радикалів.
Найбільш великою за кількістю методів та важливою за практичним значенням є група спектральних та інших оптичних методів. Ці методи ґрунтуються на взаємодії речовин з електромагнітним випромінюванням. Відомо багато різних видів електромагнітних випромінювань: рентгенівське випромінювання, ультрафіолетове, видиме, інфрачервоне, мікрохвильове та радіочастотне. Залежно від типу взаємодії електромагнітного випромінювання з речовиною оптичні методикласифікуються в такий спосіб.
На вимірі ефектів поляризації молекул речовини засновані рефрактометрія, поляриметрія.
Аналізовані речовини можуть поглинати електромагнітне випромінювання та на основі використання цього явища виділяють групу абсорбційних оптичних методів
Поглинання світла атомами аналізованих речовин використовується в атомно-абсорбційний аналіз. Здатність поглинати світло молекулами та іонами в ультрафіолетовій, видимій та інфрачервоній областях спектру дозволила створити молекулярно-абсорбційний аналіз (колориметрію, фотоколориметрію, спектрофотометрію)
Поглинання та розсіювання світла завислими частинками в розчині (суспензії) призвело до появи методів турбідиметрії та нефелометрії.
Методи, засновані на вимірюванні інтенсивності випромінювання, що виникає в результаті виділення енергії збудженими молекулами та атомами аналізованої речовини, називаються емісійними методами. До молекулярно-емісійним методамвідносять люмінесценцію (флуоресценцію), до атомно-емісійним- емісійний спектральний аналіз та полум'яну фотометрію.
Електрохімічні методианалізу засновані на вимірі електричної провідності ( кондуктометрія); різниці потенціалів ( потенціометрія); кількості електрики, що пройшла через розчин ( кулонометрія); залежності величини струму від прикладеного потенціалу ( вольт-амперометрія).
До групи хроматографічних методів аналізувходять методи газової та газорідинної хроматографії, розподільної, тонкошарової, адсорбційної, іонообмінної та інших видів хроматографії.
Спектроскопічні методи аналізу: загальні відомості
Поняття про спектроскопічний метод аналізу, його різновиди
Спектроскопічні методи аналізу- фізичні методи, що ґрунтуються на взаємодії електромагнітного випромінювання з речовиною. Взаємодія призводить до різних енергетичних переходів, які реєструють інструментально у вигляді поглинання випромінювання, відбиття та розсіювання електромагнітного випромінювання.
Класифікація:
Емісійний спектральний аналіз ґрунтується на вивченні спектрів випромінювання (випромінювання) або емісійних спектрів різних речовин. Різновидом цього аналізу є фотометрія полум'я, заснована на вимірюванні інтенсивності випромінювання атомів, що збуджується нагріванням речовини полум'я.
Абсорбційний спектральний аналіз ґрунтується на вивченні спектрів поглинання аналізованих речовин. Якщо відбувається поглинання випромінювання атомами, абсорбція називається атомної, а якщо молекулами, то - молекулярної. Розрізняють декілька видів абсорбційного спектрального аналізу:
1. Спектрофотометрия - враховує поглинання аналізованим речовиною світла з певною довжиною хвилі, тобто. поглинання монохроматичного випромінювання.
2. Фотометрія – заснована на вимірі поглинання аналізованою речовиною світла не строго монохроматичного випромінювання.
3. Колориметрія заснована на вимірі поглинання світла забарвленими розчинами у видимій частині спектра.
4. Нефелометрія полягає в вимірі інтенсивності світла, розсіяного твердими частинками, зваженими у розчині, тобто. світла, розсіяного суспензією.
Люмінесцентна спектроскопія використовує світіння об'єкта, що досліджується, що виникає під дією ультрафіолетових променів.
Залежно від того, в якій частині спектра відбувається поглинання або випромінювання, розрізняють спектроскопію в ультрафіолетовій, видимій та інфрачервоній областях спектра.
Спектроскопія – чутливий метод визначення понад 60 елементів. Його застосовують для аналізу численних матеріалів, включаючи біологічні середовища, речовини рослинного походження, цементи, скла та природні води.
Фотометричні методи аналізу
Фотометричні методи аналізу засновані на вибірковому поглинанні світла аналізованою речовиною або її сполукою з відповідним реагентом. Інтенсивність поглинання можна вимірювати будь-яким способом, незалежно від характеру пофарбованої сполуки. Точність методу залежить від способу виміру. Розрізняють колориметричний, фотоколориметричний та спектрофотометричний методи.
Фотоколориметричний метод аналізу.
Фотоколориметричний метод аналізу дозволяє кількісно визначити інтенсивність поглинання світла аналізованим розчином за допомогою фотоелектроколориметрів (іноді їх називають просто фотоколориметрами). Для цього готують серію стандартних розчинів і викреслюють залежність світлопоглинання речовини, що визначається, від його концентрації. Ця залежність називається градуювальним графіком. У фотоколориметрах світлові потоки, що проходять через розчин, мають широку область поглинання – 30-50 нм, тому світло тут є поліхроматичним. Це призводить до втрати відтворюваності, точності та вибірковості аналізу. Переваги фотоколориметра полягає у простоті конструкції та високій чутливості завдяки великій світлосилі джерела випромінювання – лампи розжарювання.
Колориметричний метод аналізу.
Колориметричний метод аналізу заснований на вимірі поглинання світла речовиною. У цьому порівнюють інтенсивність фарбування, тобто. оптичну щільність досліджуваного розчину з забарвленням (оптичною щільністю) стандартного розчину, концентрація якого відома. Метод дуже чутливий і застосовується визначення мікро- і полумикроколичеств.
Для проведення аналізу колориметричним методом потрібно значно менше часу, ніж хімічним шляхом.
При візуальному аналізі домагаються рівності інтенсивності фарбування аналізованого та розчину, що фарбується. Цього можна досягти 2 шляхами:
1. зрівнюють фарбування, змінюючи товщину шару;
2. підбирають стандартні розчини різних концентрацій (метод стандартних серій).
Однак візуально неможливо встановити кількісно, у скільки разів один розчин пофарбований інтенсивніше за інший. В цьому випадку можна встановити тільки однакове забарвлення аналізованого розчину при порівнянні його зі стандартним.
Основний закон поглинання світла.
Якщо світловий потік, інтенсивність якого I 0 направити на розчин, що знаходиться в плоскій скляній посудині (кюветі), то одна частина його інтенсивністю I r відбивається від поверхні кювети, інша частина інтенсивністю I а поглинається розчином і третя частина інтенсивністю I t проходить через розчин. Між цими величинами є залежність:
I 0 = I r + I а + I t (1)
Т.к. інтенсивність I r відбитої частини світлового потоку під час роботи з однаковими кюветами постійна і незначна, то розрахунках нею можна знехтувати. Тоді рівність (1) набуває вигляду:
I 0 = I а + I t (2)
Ця рівність характеризує оптичні властивості розчину, тобто. його здатність поглинати мул пропускати світло.
Інтенсивність поглиненого світла залежить від кількості пофарбованих частинок у розчині, які поглинають світло більше, ніж розчинник.
Світловий потік, проходячи через розчин, втрачає частину інтенсивності – тим більшу, чим більша концентрація та товщина шару розчину. Для пофарбованих розчинів існує залежність, яка називається законом Бугера – Ламберта – Бера (між ступенем поглинання світла, інтенсивністю падаючого світла, концентрацією забарвленої речовини та товщиною шару).
За цим законом, поглинання монохроматографічного світла, що пройшло через шар пофарбованої рідини, пропорційно концентрації та товщині шару його:
I = I 0 · 10-kCh,
де I- Інтенсивність світлового потоку, що пройшов через розчин; I 0- Інтенсивність падаючого світла; З- Концентрація, моль/л; h- Товщина шару, см; k- Мольний коефіцієнт поглинання.
Мольний коефіцієнт поглинання k– оптична щільність розчину, що містить 1 моль/лпоглинаючої речовини, при товщині шару 1 див.Він залежить від хімічної природи і фізичного стану речовини, що поглинає світло, і від довжини хвилі монохроматичного світла.
Спосіб стандартних серій.
Метод стандартних серій заснований на отриманні однакової інтенсивності забарвлення досліджуваного та стандартного розчинів за однакової товщини шару. Забарвлення досліджуваного розчину порівнюють із забарвленням ряду стандартних розчинів. При однаковій інтенсивності фарбування концентрації досліджуваного та стандартного розчинів рівні.
Для приготування серії стандартних розчинів беруть 11 пробірок однакової форми, розміру та з однакового скла. Наливають з бюретки стандартний розчин у поступово зростаючій кількості, наприклад: 1 пробірку 0,5 мл, у 2-ю 1 мл, о 3-й 1,5 мл, і т.д. - До 5 мл(кожну наступну пробірку на 0,5 мл більше, ніж у попередню). У всі пробірки наливають рівні об'єми розчину, що дає з іоном, що визначається кольорову реакцію. Розчини розбавляють так, щоб рівні рідини у всіх пробірках були однакові. Пробірки закривають пробками, ретельно перемішують вміст і розміщують у штативі за зростаючими концентраціями. Таким чином одержують кольорову шкалу.
До досліджуваного розчину однаковій пробірці додають стільки ж реактиву, розбавляють водою до того ж об'єму, як і в інших пробірках. Закривають пробкою, ретельно перемішують вміст. Забарвлення досліджуваного розчину порівнюють із забарвленням стандартних розчинів білому тлі. Розчини мають бути добре освітлені розсіяним світлом. Якщо інтенсивність забарвлення досліджуваного розчину збігається з інтенсивністю забарвлення одного з розчинів кольорової шкали, концентрації цього і досліджуваного розчинів рівні. Якщо ж інтенсивність забарвлення досліджуваного розчину проміжна між інтенсивністю двох сусідніх розчинів шкали, його концентрація дорівнює середньої концентрації цих розчинів.
Застосування методу стандартних розчинів є доцільним лише при масовому визначенні якоїсь речовини. Заготовлена серія стандартних розчинів є відносно коротким часом.
Метод зрівнювання інтенсивності фарбування розчинів.
Метод зрівнювання інтенсивності фарбування досліджуваного та стандартного розчинів проводиться шляхом зміни висоти шару одного із розчинів. Для цього в 2 однакові судини поміщають забарвлені розчини: досліджуваний і стандартний. Змінюють висоту шару розчину одному з судин до того часу, поки інтенсивність забарвлення обох розчинах стане однаковою. У цьому випадку визначають концентрацію досліджуваного розчину ісл. , порівнюючи її з концентрацією стандартного розчину:
З досл. = З ст · h ст / h ісл,
де h ст і h ісл - висота шару відповідно стандартного та досліджуваного розчину.
Прилади, що служать визначення концентрацій досліджуваних розчинів методом зрівнювання інтенсивності забарвлення, називаються колориметрами.
Розрізняють візуальні та фотоелектричні колориметри. При візуальних колориметричних термінах інтенсивність забарвлення вимірюють безпосереднім спостереженням. Фотоелектричні методи ґрунтуються на використанні фотоелементів-фотоколориметрів. Залежно від інтенсивності падаючого пучка світла у фотоелементі виникає електричний струм. Сила струму, спричинена впливом світла, вимірюється гальванометром. Відхилення стрілки показує інтенсивність фарбування.
Спектрофотометрія.
Фотометричний методзаснований на вимірі поглинання аналізованою речовиною світла не строго монохроматичного випромінювання.
Якщо у фотометричному методі аналізу використовувати монохроматичне випромінювання (випромінювання однієї довжини хвилі), такий спосіб називають спектрофотометрією. Ступінь монохроматичності потоку електромагнітного випромінювання визначають мінімальним інтервалом довжин хвиль, який виділяється монохроматором (світлофільтром, дифракційними ґратамиабо призмою) із суцільного потоку електромагнітного випромінювання.
До спектрофотометріївідносять також область вимірювальної техніки, що об'єднує спектрометрію, фотометрію та метрологію та займається розробкою системи методів та приладів для кількісних вимірювань спектральних коефіцієнтів поглинання, відображення, випромінювання, спектральної яскравості як характеристик середовищ, покриттів, поверхонь, випромінювачів.
Стадії спектрофотометричного дослідження:
1) проведення хімічної реакції для одержання систем, зручних для проведення спектрофотометричного аналізу;
2) вимірювання поглинання одержаних розчинів.
Сутність методу спектрофотометрії
Залежність поглинання розчину речовини від довжини хвилі на графіку зображується у вигляді спектра поглинання речовини, на якому легко виділити максимум поглинання, що знаходиться при довжині хвилі світла, максимально поглинається речовиною. Вимір оптичної щільності розчинів речовин на спектрофотометрах проводять при довжині хвилі максимуму поглинання. Це дозволяє аналізувати в одному розчині речовини, максимуми поглинання яких розташовані за різних довжин хвиль.
У спектрофотометрії в ультрафіолетовій та видимій областях використовують електронні спектри поглинання.
Вони характеризують найвищі енергетичні переходи, яких здатний обмежений коло сполук і функціональних груп. У неорганічних сполуках електронні спектри пов'язані з високою поляризацією атомів, що входять до молекули речовини, і зазвичай з'являються у комплексних сполук. У органічних сполук виникнення електронних спектрів викликається переходом електронів з основного на збуджені рівні.
На положення та інтенсивність смуг поглинання сильно впливає іонізація. При іонізації по кислотному типу в молекулі з'являється додаткова неподілена пара електронів, що призводить до додаткового батох-ромного зсуву (зсуву в довгохвильову область спектру) і підвищення інтенсивності смуги поглинання.
У багатьох речовин є кілька смуг поглинання.
Для спектрофотометричних вимірювань в ультрафіолетовій та видимій областях застосовується два типи приладів - нереєструючі(результат спостерігають на шкалі приладу візуально) та реєструючі спектрофотометри.
Люмінесцентний метод аналізу.
Люмінесценція- Здатність до самостійного світіння, що виникає під різними впливами.
Класифікація процесів, що викликають люмінесценцію:
1) фотолюмінесценція (збудження видимим або ультрафіолетовим світлом);
2) хемілюмінесценція (збудження за рахунок енергії хімічних реакцій);
3)катодолюмінесценція (збудження електронним ударом);
4) термолюмінесценція (збудження нагріванням);
5) триболюмінесценція (збудження механічним впливом).
У хімічному аналізі мають значення перші два види люмінесценції.
Класифікація люмінесценції щодо наявності післясвіту. Воно може припинятися відразу при зникненні збудження. флюоресценціяабо тривати певний час після припинення збудливої дії - фосфоресценція. В основному використовують явище флюоресценції, тому метод названий флюориметрією.
Застосування флюориметрії: аналіз слідів металів, органічних (ароматичних) сполук, вітамінів D, 6 .Флюоресцентні індикатори застосовують при титруванні в каламутних або темно-забарвлених середовищах (титрування ведуть у темряві, висвітлюючи розчин, що титрується, куди доданий індикатор, світлом люмінесцентної лампи).
Нефелометричний аналіз.
Нефелометріязапропонована Ф. Кобером в 1912 р. і заснована на вимірі інтенсивності світла, розсіяного суспензією частинок за допомогою фотоелементів.
За допомогою нефелометрії вимірюють концентрацію речовин, які не розчиняються у воді, але утворюють стійкі суспензії.
Для проведення нефелометричних вимірів застосовуються нефелометри, аналогічні за принципом колориметрам, з тією лише різницею, що за нефелометрії
При проведенні фотонефелометричного аналізуспочатку за результатами визначення серії стандартних розчинів будують калібрувальний графік, потім проводять аналіз досліджуваного розчину і за графіком визначають концентрацію речовини, що аналізується. Для стабілізації одержуваних суспензій додають захисний колоїд - розчин крохмалю, желатину та ін.
Поляриметричний аналіз.
Електромагнітні коливанняприродного світла відбуваються у всіх площинах, перпендикулярних до напряму променя. Кристалічна решітка має здатність пропускати промені лише певного напрямку. Після виходу з кристала коливання променя відбуваються лише у одній площині. Промінь, коливання якого знаходяться в одній площині, називається поляризованим. Площина, у якій відбуваються коливання, називається площиною коливанняполяризованого променя, а площина, перпендикулярна до неї, - площина поляризації.
Поляриметричний метод аналізу ґрунтується на вивченні поляризованого світла.
Рефрактометричний метод аналізу.
У основі рефрактометричного методу аналізу лежить визначення показника заломлення досліджуваного речовини, т.к. індивідуальна речовина характеризується певним показником заломлення.
Технічні продукти завжди містять домішки, які впливають величину показника заломлення. Тому показник заломлення може часом служити характеристикою чистоти продукту. Наприклад, сорти очищеного скипидару розрізняють за показниками заломлення. Так, показники заломлення скипидару при 20° для жовтого кольору, позначені через n 20 D (запис означає, що показник заломлення виміряний при 20°С, довжина хвилі падаючого світла дорівнює 598 ммк), рівні:
Перший сорт Другий сорт Третій сорт
1,469 – 1,472 1,472 – 1,476 1,476 – 1,480
Рефрактометричний метод аналізу можна застосовувати для подвійних систем, наприклад визначення концентрації речовини на водному або органічному розчинах. У цьому випадку аналіз ґрунтується на залежності показника заломлення розчину від концентрації розчиненої речовини.
Для деяких розчинів є таблиці залежності показників заломлення від їхньої концентрації. В інших випадках аналізують методом калібрувальної кривої: готують серію розчинів відомих концентрацій, вимірюють показники заломлення і будують графік залежності показників заломлення від концентрації, тобто. будують калібрувальну криву. Нею визначають концентрацію досліджуваного розчину.
Показник заломлення.
При переході променя світла з одного середовища до іншого його напрямок змінюється. Він заломлюється. Показник заломлення дорівнює відношенню синуса кута падіння до синуса кута заломлення (ця величина стала і характерна для даного середовища):
n = sin α / sin β,
де α та β – кути між напрямком променів та перпендикуляром до поверхні розділу обох середовищ (рис. 1)
Показник заломлення – відношення швидкостей світла в повітрі та досліджуваному середовищі (якщо промінь світла падає з повітря).
Показник заломлення залежить від:
1. довжини хвилі падаючого світла (зі збільшенням довжини хвилі показник
заломлення зменшується);
2. температури (зі збільшенням температури показник заломлення зменшується);
3. тиску (для газів).
При позначенні показника заломлення вказують довжини хвилі падаючого світла та температуру виміру. Наприклад, запис n 20 D означає, що показник заломлення виміряний при 20°С, довжина хвилі падаючого світла дорівнює 598 ммк. У технічних довідниках показники заломлення наведені за n 20 D .
Визначення показника заломлення рідини.
Перед початком роботи поверхню призм рефрактометра промивають дистильованою водою та спиртом, перевіряють правильність встановлення нульової точки приладу та приступають до визначення показника заломлення досліджуваної рідини. Для цього поверхню вимірювальної призми обережно протирають ваткою, змоченою рідиною, що досліджується, і наносять на цю поверхню кілька її крапель. Призми закривають і, обертаючи їх, наводять межу світлотіні на хрест ниток окуляра. Компенсатором усувають спектр. При відліку показника заломлення три десяткові знаки беруть за шкалою рефрактометра, а четвертий – на око. Потім зсувають кордон світлотіні, знову поєднують її з центром візирного хреста і роблять повторний відлік. Т.о. виробляють 3 або 5 відліків, після чого промивають та витирають робочі поверхні призм. Досліджувану речовину знову наносять на поверхню вимірювальної призми та проводять другу серію вимірювань. З даних беруть середнє арифметичне значення.
Радіометричний аналіз.
Радіометричний аналіз ззаснований на вимірі випромінювань радіоактивних елементів та застосовується для кількісного визначення радіоактивних ізотопів у досліджуваному матеріалі. При цьому вимірюють або природну радіоактивність обумовленого елемента або штучну радіоактивність, одержувану за допомогою радіоактивних ізотопів.
Радіоактивні ізотопи ідентифікують за періодом їхнього напіврозпаду або за видом і енергії випромінювання, що випускається. У практиці кількісного аналізу найчастіше вимірюють активність радіоактивних ізотопів за їх α-, β- та γ-випромінювання.
Застосування радіометричного аналізу:
Вивчення механізму хімічних реакцій.
Методом мічених атомів досліджують ефективність різних прийоміввнесення добрив у ґрунт, шляхи проникнення в організм мікроелементів, нанесених на листя рослини, тощо. Особливо широко використовують в агрохімічних дослідженнях радіоактивні фосфор 32 Р та азот 13 N.
Аналіз радіоактивних ізотопів, що використовуються для лікування онкологічних захворювань та визначення гормонів, ферментів.
Мас-спектральний аналіз.
Заснований на визначенні мас окремих іонізованих атомів, молекул та радикалів у результаті комбінованої дії електричного та магнітних полів. Реєстрацію розділених частинок проводять електричним (мас-спектрометрія) або фотографічним (мас-спектрографія) способами. Визначення проводять на приладах – мас-спектрометрах чи мас-спектрографах.
Електрохімічні методи аналізу.
Електрохімічні методи аналізу та дослідження засновані на вивченні та використанні процесів, що протікають на поверхні електрода або у приелектродному просторі. Аналітичний сигнал- електричний параметр (потенціал, сила струму, опір), який залежить від концентрації речовини, що визначається.
Розрізняють пряміі непрямі електрохімічні методи. У прямих методах використовують залежність сили струму від концентрації визначуваного компонента. У непрямих - силу струму (потенціал) вимірюють знаходження кінцевої точки титрування (точки еквівалентності) визначається компонента титрантом.
До електрохімічних методів аналізу відносять:
1. потенціометрію;
2. кондуктометрію;
3. кулонометрію;
4. амперометрію;
5. полярографію.
Електроди, які у електрохімічних методах.
1.Електрод порівняння та індикаторний електрод.
Електрод порівняння- це електрод із постійним потенціалом, нечутливий до іонів розчину. Електрод порівняння має стійкий у часі відтворюваний потенціал, що не змінюється при проходженні невеликого струму, і щодо його звіт звітують потенціалу індикаторного електрода. Використовують хлорсрібний та каломельний електроди. Хлорсрібний електрод - срібний дріт, покритий шаром AgCI і поміщений у розчин KCI. Потенціал електрода визначається концентрацією іону хлору в розчині:
Каломельний електрод складається з металевої ртуті, каломелі та розчину KCI. Потенціал електрода залежить від концентрації хлорид-іонів та температури.
Індикаторний електрод- це реагує на концентрацію визначених іонів електрод. Індикаторний електрод змінює свій потенціал із зміною концентрації "потенціаловизначальних іонів". Індикаторні електроди ділять на незворотні та оборотні. Стрибки потенціалу оборотних індикаторних електродів на міжфазних межах залежать від активності учасників електродних реакцій відповідно до термодинамічних рівнянь; рівновага встановлюється досить швидко. Необоротні індикаторні електроди не відповідають вимогам оборотних. У аналітичній хімії застосовуються оборотні електроди, котрим виконується рівняння Нернста.
2. Металеві електроди: електронообмінні та іонообмінні.
електроннообмінногоелектрода на міжфазному кордоні протікає реакція за участю електронів. Електронообмінні електроди ділять на електроди першого родута електроди другого роду. Електроди першого роду – металева пластина (срібло, ртуть, кадмій), занурена в розчин добре розчинної солі цього металу. Електроди другого роду - метал, покритий шаром малорозчинної сполуки цього металу і занурений у розчин добре розчинної сполуки з тим же аніоном (хлорсрібний, каломельний електроди).
Іонообмінні електроди- електроди, потенціал яких залежить від відношення концентрацій окисленої та відновленої форм однієї або кількох речовин у розчині. Такі електроди виготовляються з інертних металів, наприклад із платини чи золота.
3. Мембранні електродиявляють собою пористу пластинку, просочену рідиною, яка не змішується з водою і здатна до вибіркової адсорбції певних іонів (наприклад, розчини хелатів Ni 2+ , Cd 2+ , Fe 2+ в органічному розчині). Робота мембранних електродів заснована на виникненні різниці потенціалів на межі розділу фаз та встановлення рівноваги обміну між мембраною та розчином.
Потенціометричний метод аналізу.
Потенціометричний метод аналізу ґрунтується на вимірі потенціалу електрода, зануреного в розчин. При потенціометричних вимірах складають гальванічний елемент з індикаторним електродом та електродом порівняння та вимірюють електрорушійну силу (ЕРС).
Різновиди потенціометрії:
Пряма потенціометріязастосовується для безпосереднього визначення концентрації значення потенціалу індикаторного електрода за умови оборотності електродного процесу.
Непряма потенціометріязаснована на тому, що зміна концентрації іона супроводжується зміною потенціалу на електроді, зануреному в розчин, що титрується.
У потенціометричному титруванні виявляють кінцеву точку по стрибку потенціалу, обумовлену заміною електрохімічної реакції на іншу відповідно до значення Е (стандартний електродний потенціал).
Значення потенціалу залежить від концентрації відповідних іонів у розчині. Наприклад, потенціал срібного електрода, зануреного в розчин солі срібла, змінюється із зміною концентрації Ag + -іонів у розчині. Тому, вимірявши потенціал електрода, зануреного у розчин даної солі невідомої концентрації, можна визначити вміст відповідних іонів у розчині.
Електрод, за потенціалом якого судять про концентрацію іонів, що визначаються в розчині, називають індикаторним електродом.
Потенціал індикаторного електрода визначають, порівнюючи його з потенціалом іншого електрода, який прийнято називати електроді порівняння.Як електрод порівняння може бути застосований тільки такий електрод, потенціал якого залишається незмінною при зміні концентрації іонів, що визначаються. Як електрод порівняння застосовують стандартний (нормальний) водневий електрод.
Насправді часто як електрода порівняння з відомим значенням електродного потенціалу користуються не водневим, а каломельним електродом (рис. 1). Потенціал каломельного електрода з насиченим розчином КО при 20 ° С дорівнює 0,2490 В.
Кондуктометричний метод аналізу.
Кондуктометричний метод аналізу заснований на вимірі електропровідності розчинів, що змінюється внаслідок хімічних реакцій.
Електропровідність розчину залежить від природи електроліту, його температури та концентрації розчиненої речовини. Електропровідність розведених розчинів обумовлена рухом катіонів та аніонів, що відрізняються різною рухливістю.
З підвищенням температури електропровідність збільшується, оскільки збільшується рухливість іонів. При даній температурі електропровідність розчину електроліту залежить від його концентрації: як правило, чим вища концентрація, тим більша електропровідність! Отже, електропровідність даного розчину служить показником концентрації розчиненої речовини та обумовлюється рухливістю іонів.
У найпростішому випадку кількісного кондуктометричного визначення, коли в розчині міститься тільки один електроліт, будують графік залежності електропровідності розчину аналізованої речовини від його концентрації. Визначивши електропровідність досліджуваного розчину, за графіком знаходять концентрацію речовини, що аналізується.
Так, електропровідність баритової води змінюється прямо пропорційно вмісту в розчині (ОН) 2 . Ця залежність графічно виражається прямою лінією. Щоб визначити вміст Ва(ОН) 2 у баритової воді невідомої концентрації, треба визначити її електропровідність і за калібрувальним графіком знайти концентрацію Ва(ОН)2, відповідну цьому значенню електропровідності. Якщо через розчин Ва(ОН) 2 , електропровідність якого відома, пропустити виміряний об'єм газу, що містить діоксид вуглецю, то С0 2 реагує з Ва(ОН) 2:
(ОН) 2 + С0 2 → С0 3 + Н 2 0
 |
В результаті цієї реакції вміст (ОН) 2 в розчині зменшиться і електропровідність баритової води знизиться. Вимірявши електропровідність баритової води після поглинання нею С0 2 можна визначити, наскільки знизилася концентрація Ва(ОН) 2 в розчині. По різниці концентрацій Ва(ОН) 2 в баритової води легко розрахувати кількість поглиненої
Переважна більшість відомостей про речовини, їх властивості та хімічні перетворення отримано за допомогою хімічних або фізико-хімічних експериментів. Тому основним методом, що застосовується хіміками, слід вважати хімічний експеримент.
Традиції експериментальної хімії складалися століттями. Ще тоді, коли хімія не була точною наукою, в давні часи та в епоху середньовіччя, вчені та ремісники іноді випадково, а іноді й цілеспрямовано відкривали способи отримання та очищення багатьох речовин, які знаходили застосування у господарській діяльності: металів, кислот, лугів, барвників тощо. алхіміки (див. Алхімія).
Завдяки цьому вже до початку XIXв. хіміки добре володіли основами експериментального мистецтва, особливо методами очищення різноманітних рідин та твердих речовин, що дозволило їм зробити чимало найважливіших відкриттів. І все ж таки наукою в сучасному сенсі цього слова, точною наукою хімія почала ставати тільки в XIX ст., Коли був відкритий закон кратних відносин і розроблялося атомно-молекулярне вчення. З цього часу хімічний експеримент став включати не лише вивчення перетворень речовин і способів їх виділення, а й вимірювання різних кількісних характеристик.
Сучасний хімічний експеримент включає безліч різноманітних вимірів. Змінилися й устаткування для постановки дослідів та хімічний посуд. У сучасній лабораторії не зустрінеш саморобних реторт - на зміну їм прийшло стандартне скляне обладнання, яке виробляється промисловістю та пристосоване спеціально для виконання тієї чи іншої хімічної процедури. Стали стандартними та прийоми роботи, які в наш час вже не доводиться кожному хіміку винаходити заново. Опис найкращих із них, перевірених багаторічним досвідом, можна знайти у підручниках та посібниках.
Методи вивчення речовини стали більш універсальними, а й набагато різноманітнішими. Все більшу роль у роботі хіміка відіграють фізичні та фізико-хімічні методи дослідження, призначені для виділення та очищення сполук, а також для встановлення їх складу та будови.
Класична техніка очищення речовин вирізнялася надзвичайною трудомісткістю. Відомі випадки, коли хіміки витрачали виділення індивідуального з'єднання з суміші роки праці. Так, солі рідкісноземельних елементів вдавалося виділити у чистому вигляді лише після тисяч дробових кристалізацій. Але й після цього чистоту речовини які завжди можна було гарантувати.
Досконалість техніки досягла такого високого рівня, що стало можливим точне визначення швидкості навіть «миттєвих», як вважалося раніше, реакцій, наприклад утворення молекул води з катіонів водню H + та аніонів OH − . При початковій концентрації обох іонів, що дорівнює 1 моль/л, час цієї реакції становить кілька стомільярдних часток секунди.
Фізико-хімічні методи дослідження спеціально пристосовують і виявлення короткоживучих проміжних частинок, що утворюються під час хімічних реакцій. Для цього прилади забезпечують або швидкодіючими пристроями, що реєструють, або приставками, що забезпечують роботу при дуже низьких температурах. Такими способами успішно фіксують спектри частинок, тривалість життя яких за звичайних умов вимірюється тисячними частками секунди, наприклад, вільних радикалів.
Окрім експериментальних методів у сучасній хімії широко застосовуються розрахунки. Так, термодинамічний розрахунок реагує суміші речовин дозволяє точно передбачити її рівноважний склад (див.
Аналіз речовини може проводитися з метою встановлення якісного чи кількісного її складу. Відповідно до цього розрізняють якісний та кількісний аналіз.
Якісний аналіз дозволяє встановити, з яких хімічних елементів складається аналізована речовина та які іони, групи атомів або молекули входять до його складу. При дослідженні складу невідомої речовини якісний аналіз завжди передує кількісному, оскільки вибір методу кількісного визначення складових частин речовини, що аналізується, залежить від даних, отриманих при його якісному аналізі.
Якісний хімічний аналіз здебільшого ґрунтується на перетворенні аналізованої речовини на якусь нову сполуку, що має характерні властивості: колір, визначений фізичним станом, кристалічною чи аморфною структурою, специфічним запахом тощо. Хімічне перетворення, що відбувається при цьому, називають якісною аналітичною реакцією, а речовини, що викликають це перетворення, називають реактивами (реагентами).
При аналізі суміші декількох речовин, близьких за хімічними властивостями, їх попередньо поділяють і потім проводять характерні реакції на окремі речовини (або іони), тому якісний аналіз охоплює не тільки окремі реакції виявлення іонів, але і методи їх поділу.
Кількісний аналіз дозволяє встановити кількісні співвідношення частин цієї сполуки або суміші речовин. На відміну від якісного аналізу кількісний аналіз дає можливість визначити вміст окремих компонентів аналізованої речовини або загальний вміст речовини, що визначається в досліджуваному продукті.
Методи якісного та кількісного аналізу, що дозволяють визначити в аналізованій речовині вміст окремих елементів, називають елементами аналізу; функціональних груп – функціональним аналізом; індивідуальних хімічних сполук, що характеризуються певною молекулярною вагою, - молекулярним аналізом
Сукупність різноманітних хімічних, фізичних та фізико-хімічних методів поділу та визначення окремих структурних (фазових) складових гетерогенних систем, що розрізняються за властивостями та фізичної будовиі обмежених один від одного поверхнями розділу називають фазовим аналізом.
Методи якісного аналізу
У якісному аналізі встановлення складу досліджуваного речовини використовують характерні хімічні чи фізичні властивості цієї речовини. Зовсім немає необхідності виділяти елементи, що відкриваються, в чистому вигляді, щоб виявити їх присутність в аналізованій речовині. Однак виділення у чистому вигляді металів, неметалів та їх сполук іноді використовується в якісному аналізі для їх ідентифікації, хоча такий шлях аналізу дуже важкий. Для виявлення окремих елементів користуються більш простими та зручними методами аналізу, заснованими на хімічних реакціях, характерних для іонів даних елементів і протікають за певних умов.
Аналітичною ознакою присутності в аналізованому поєднанні шуканого елемента є виділення газу, що відрізняється специфічним запахом; в іншому - випадінні осаду, що характеризується певним кольором.
Реакції, що протікає між твердими речовинами та газами. Аналітичні реакції можуть протікати не тільки в розчинах, але і між твердими, а також і газоподібними речовинами.
Прикладом реакції між твердими речовинами є виділення реакція металевої ртуті при нагріванні сухих солей її з карбонатом натрію. Утворення білого диму при взаємодії газоподібного аміаку з хлористим воднем може бути прикладом аналітичної реакції з участю газоподібних речовин.
Реакції, що застосовуються в якісному аналізі, можна поділити на такі групи.
1. Реакції осадження, що супроводжуються утворенням опадів різних кольорів. Наприклад:
CaC2O4 - білого кольору
Fe43 - синій,
CuS – коричнево – жовтий
HgI2 – червоний
MnS - тілесно - рожевий
PbI2 - золотистий
Опади, що утворюються, можуть відрізнятися певною кристалічною структурою, розчинністю в кислотах, лугах, аміаку і т.п.
2. Реакції, що супроводжуються утворенням газів, що мають відомий запах, розчинність і т.д.
3. Реакції, що супроводжуються утворенням слабких електролітів. До таких реакцій, в результаті який утворюються:CH3COOH, H2F2, NH4OH, HgCl2, Hg(CN)2, Fe(SCN)3 і т.п. Реакціями цього ж типу можна вважати реакції кислотно - основної взаємодії, що супроводжуються утворенням нейтральних молекул води, реакції утворення газів та малорозчинних у воді опадів та реакції комплексоутворення.
4. Реакції кислотно-основної взаємодії, що супроводжуються переходом протонів.
5. Реакції комплексоутворення, що супроводжуються приєднанням до атомів комплексоутворювача різних легандів - іонів і молекул.
6. Реакції комплексоутворення, пов'язані з кислотно-основною взаємодією
7. Реакції окислення – відновлення, що супроводжуються переходом електронів.
8. Реакції окислення – відновлення, пов'язані з кислотно – основною взаємодією.
9. Реакції окислення – відновлення, пов'язані з комплексоутворенням.
10. Реакції окислення – відновлення, що супроводжуються утворенням опадів.
11. Реакції іонного обміну, які відбуваються на катіонітах чи аніонітах.
12. Каталітичні реакції, що використовуються у кінетичних методах аналізу
Аналіз мокрим та сухим шляхом
Реакції, які застосовують у якісному хімічному аналізі, найчастіше проводять у розчинах. Аналізована речовина спочатку розчиняють, а потім діють на отриманий розчин відповідними реактивами.
Для розчинення аналізованої речовини застосовують дистильовану воду, оцтову та мінеральні кислоти, царську горілку, водний розчин аміаку, органічні розчинники тощо. Чистота розчинників є важливою умовою для отримання правильних результатів.
Переведену в розчин речовину піддають систематичному хімічному аналізу. Систематичний аналіз складається з ряду попередніх випробувань і реакцій, що послідовно виконуються.
Хімічний аналіз досліджуваних речовин у розчинах називають аналізо мокрим шляхом.
У деяких випадках речовини аналізують сухим шляхом, без переведення їх у розчин. Найчастіше такий аналіз зводиться до випробування здатності речовини забарвлювати безбарвне полум'я пальника в характерний колір або надавати певного забарвлення плаву (так звану перлу), отриманого при нагріванні речовини з тетраборатом натрію (бурою) або фосфатом натрію ("фосфорною сіллю") у вушці з платин дроту.
Хімічний та фізичний метод якісного аналізу.
Хімічні методи аналізу. Методи визначення складу речовин, що ґрунтуються на використанні їх хімічних властивостей, називають хімічними методами аналізу.
Хімічні методи аналізу широко застосовують у практиці. Однак вони мають низку недоліків. Так, визначення складу даного речовини іноді необхідно попередньо відокремити визначувану складову частину від сторонніх домішок і виділити її в чистому вигляді. Виділення речовин у чистому вигляді часто становить дуже важке, а іноді й нездійсненне завдання. Крім того, для визначення малих кількостей домішок (менше 10"4%), що містяться в аналізованій речовині, іноді доводиться брати великі проби.
Фізичні методи аналізу. Присутність того чи іншого хімічного елементау зразку можна виявити і не вдаючись до хімічних реакцій, ґрунтуючись безпосередньо на вивченні фізичних властивостей досліджуваної речовини, наприклад, фарбуванні безбарвного полум'я пальника в характерні кольори леткими сполукамидеякі хімічні елементи.
Методи аналізу, з яких можна визначити склад досліджуваного речовини, не вдаючись до використання хімічних реакцій, називають фізичними методами аналізу. До фізичних методів аналізу належать методи, що ґрунтуються на вивченні оптичних, електричних, магнітних, теплових та інших фізичних властивостей аналізованих речовин.
До найбільш широко застосовуваних фізичних методів аналізу належать такі.
Спектральний якісний аналіз. Спектральний аналіз заснований на спостереженні емісійних спектрів (спектрів випромінювання або випромінювання) елементів, що входять до складу аналізованої речовини.
Люмінесцентний (флуоресцентний) якісний аналіз. Люмінесцентний аналіз заснований на спостереженні люмінесценції (випромінювання світла) аналізованих речовин, що викликається дією ультрафіолетових променів. Метод застосовується для аналізу природних органічних сполук, мінералів, медичних препаратів, низки елементів та інших.
Для збудження світіння досліджувану речовину або її розчин опромінюють ультрафіолетовими променями. При цьому атоми речовини, поглинувши певну кількість енергії, переходять у збуджений стан. Цей стан характеризується більшим запасом енергії, ніж нормальний стан речовини. При переході речовини від збудженої нормального стану виникає люмінесценція з допомогою надлишкової енергії.
Люмінесценцію, що дуже швидко загасає після припинення опромінення, називають флуоресценцією.
Спостерігаючи характер люмінесцентного світіння та вимірюючи інтенсивність, або яскравість люмінесценції сполуки або її розчинів, можна будувати висновки про склад досліджуваного речовини.
У ряді випадків визначення ведуть на підставі вивчення флуоресценції, що виникає в результаті взаємодії речовини, що визначається, з деякими реактивами. Відомі також люмінесцентні індикатори, що застосовуються для визначення реакції середовища зміни флуоресценції розчину. Люмінесцентні індикатори застосовують для дослідження забарвлених середовищ.
Рентгеноструктурний аналіз. За допомогою рентгенівських променів можна встановити розміри атомів (або іонів) та їх взаємне розташування в молекулах досліджуваного зразка, тобто виявляється можливим визначити структуру кристалічних ґрат, склад речовини та іноді наявність у ньому домішок. Метод не вимагає хімічної обробки речовини та великих її кількостей.
Мас-спектрометричний аналіз. Метод заснований на визначенні окремих іонізованих частинок, що відхиляються електромагнітним полем більшою чи меншою мірою залежно від відношення їхньої маси до заряду (докладніше див. книга 2).
Фізичні методи аналізу, маючи ряд переваг перед хімічними, у деяких випадках дають можливість вирішувати питання, які не вдається вирішити методами хімічного аналізу; користуючись фізичними методами, можна розділити елементи, що важко розділяються хімічними методами, а також вести безперервну та автоматичну реєстрацію показань. Дуже часто фізичні методи аналізу застосовують поряд із хімічними, що дозволяє використовувати переваги тих та інших методів. Поєднання методів має особливо важливе значення щодо в аналізованих об'єктах нікчемних кількостей (слідів) домішок.
Макро-, напівмікро- та мікрометоди
Аналіз великих та малих кількостей досліджуваної речовини. У час хіміки користувалися для аналізу великими кількостями досліджуваного речовини. Щоб визначити склад будь-якої речовини, брали проби у кілька десятків грамів і розчиняли в великому обсязі рідини. Для цього був потрібний і хімічний посуд відповідної ємності.
В даний час хіміки обходяться в аналітичній практиці малими кількостями речовин. Залежно від кількості аналізованої речовини, обсягу розчинів, що використовуються для аналізу, і головним чином від техніки виконання експерименту, методи аналізу ділять на макро-, напівмікро- і мікрометоди.
При виконанні аналізу макрометодом для проведення реакції беруть кілька мл розчину, що містить не менше 0,1 г речовини, і до випробуваного розчину додають не менше 1 мл розчину реактиву. Реакції проводять у пробірках. При осадженні одержують об'ємні опади, які відокремлюють фільтруванням через воронки з паперовими фільтрами.
Краплинний аналіз
Техніка проведення реакцій у краплинному аналізі. Велике значення в аналітичній хімії набув так званого крапельного аналізу, введеного в аналітичну практику Н. А. Тананаєвим.
Працюючи цим методом велике значеннямають явища капілярності та адсорбції, за допомогою яких можна відкривати та розділяти різні іони за їх спільної присутності. При краплинному аналізі окремі реакції проводять на фарфорових або скляних пластинках або на фільтрувальному папері. При цьому на пластинку або папір наносять краплю випробуваного розчину та краплю реактиву, що викликає характерне фарбування або утворення кристалів.
При виконанні реакції на фільтрувальному папері використовують капілярно-адсорбційні властивості паперу. Рідина всмоктується папером, а пофарбована сполука, що утворюється, адсорбується на невеликій ділянці паперу, внаслідок чого підвищується чутливість реакції.
Мікрокристаллоскопічний аналіз
Мікрокристаллоскопічний метод аналізу заснований на виявленні катіонів і аніонів за допомогою реакції, в результаті яких утворюється сполука, що має характерну форму кристалів.
Раніше цей метод застосовувався у якісному мікрохімічному аналізі. В даний час він використовується також і в краплинному аналізі.
Для розгляду кристалів, що утворюються, в мікрокристаллоскопічному аналізі користуються мікроскопом.
Кристали характерної формикористуються під час роботи з чистими речовинами шляхом внесення краплі розчину чи кристаліка реактиву в краплю досліджуваного речовини, поміщену предметному склі. Через деякий час з'являються ясно помітні кристали певної форми та кольору.
Метод розтирання порошку
Для виявлення деяких елементів іноді застосовують метод розтирання у фарфоровій пластинці порошкоподібної аналізованої речовини з твердим реагентом. Елемент, що відкривається, виявляється за утворенням характерних сполук, що відрізняються за кольором або запахом.
Методи аналізу, засновані на нагріванні та сплавленні речовини
Пірохімічний аналіз. Для аналізу речовин застосовують також методи, що ґрунтуються на нагріванні випробуваної твердої речовини або її сплавленні з відповідними реагентами. Одні речовини при нагріванні плавляться за певної температури, інші виганяються, причому на холодних стінках приладу з'являються характерні для кожної речовини опади; деякі з'єднання при нагріванні розкладаються із виділенням газоподібних продуктів тощо.
При нагріванні аналізованої речовини у суміші з відповідними реагентами відбуваються реакції, що супроводжуються зміною кольору, виділенням газоподібних продуктів, утворенням металів.
Спектральний якісний аналіз
Крім описаного вище способу спостереження неозброєним оком за фарбуванням безбарвного полум'я при внесенні до нього платинового дроту з аналізованою речовиною в даний час широко використовуються інші способи дослідження світла, що випромінюється розпеченими парами або газами. Ці способи ґрунтуються на застосуванні спеціальних оптичних приладів, опис яких дається в курсі фізики. У такого роду спектральних приладах відбувається розкладання в спектр світла з різними довжинами хвиль, що випускається зразком розжареного в полум'ї речовини.
Залежно від способу спостереження спектра спектральні прилади називають спектроскопами, за допомогою яких ведуть візуальне спостереження спектра, або спектрографами, в яких фотографуються.
Хроматографічний метод аналіз
Метод заснований на вибірковому поглинанні (адсорбції) окремих компонентів аналізованої суміші різними адсорбентами. Адсорбенти називають тверді тіла, на поверхні яких відбувається поглинання речовини, що адсорбується.
Сутність хроматографічного методу аналізу коротко ось у чому. Розчин суміші речовин, що підлягають поділу, пропускають через скляну трубку (адсорбційну колонку), заповнену адсорбентом.
Кінетичні методи аналізу
Методи аналізу, засновані на вимірі швидкості реакції та використання її величини для визначення концентрації, поєднуються під загальною назвою кінетичних методів аналізу (К. Б. Яцимирський).
Якісне виявлення катіонів та аніонів кінетичними методами виконується досить швидко та порівняно просто, без застосування складних приладів.
1. Відбір проб:
Лабораторна проба складається 10–50 г матеріалу, який відбирається так, щоб його середній склад відповідав середньому складу всієї партії речовини, що аналізується.
2. Розкладання проби та переведення її в розчин;
3. Проведення хімічної реакції:
X – визначуваний компонент;
P – продукт реакції;
R – реагент.
4. Вимірювання будь-якого фізичного параметра продукту реакції, реагенту або речовини, що визначається.
Класифікація хімічних методів аналізу
I За компонентами реакції
1. Вимірюють кількість продукту, що утворився реакції Р (гравіметричний спосіб). Створюють умови за яких визначається речовина повністю перетворюється на продукт реакції; далі потрібно, щоб реагент R не давав другорядних продуктів реакції з сторонніми речовинами, фізичні властивості яких були б подібні до фізичних властивостей продукту.
2. Заснований на вимірі кількості реагенту, витраченого на реакцію з визначальним речовиною Х:
– вплив між X та R має проходити стехіометрично;
– реакція має протікати швидко;
– реагент не повинен вступати в реакцію із сторонніми речовинами;
– необхідний спосіб встановлення точки еквівалентності, тобто. момент титрування коли реагент додано в еквівалентній кількості (індикатор, зміна забарвлення, о-в потенціалу, електропровідності).
3. Фіксує зміни, що відбуваються з самою визначальною речовиною Х, у процесі взаємодії з реагентом R (газовий аналіз).
II Типи хімічних реакцій
1. Кислотно-основні.
2. Утворення комплексних сполук.
Кислотно-основні реакції:використовують в основному для прямого кількісного визначення сильних і слабких кислоті основ, та його солей.
Реакції утворення комплексних сполук:обумовлені речовини дією реагентів переводять у комплексні іони та сполуки.
На реакціях комплексоутворення засновані такі методи поділу та визначення:
1) Поділ із засобів осадження;
2) Метод екстракції (нерозчинні у воді комплексні сполуки не рідко добре розчиняються в органічних розчинниках – бензол, хлороформ – процес переведення комплексних сполук з водних фаз у дисперсну називається екстракцією);
3) Фотометричний (З нітрозною сіллю) – вимірюють оптимальну щільність розчинів комплексних сполук;
4) Титриметричний метод аналізу
5) Гравіметричний метод аналізу.
1) метод цементації – відновлення Ме іонів металів у розчині;
2) електроліз із ртутним катодом – при електролізі розчину з ртутним катодом іони багатьох елементів відновлюються електричним струмомдо Ме, які розчиняються у ртуті, утворюючи амальгаму. Іони інших Ме залишаються при цьому в розчині;
3) метод ідентифікації;
4) титриметричні методи;
5) електрогравіметричний – через досліджуваний розчин пропускають ел. Струм певного напруги, при цьому іони Ме відновлюються до Ме стану, що виділився зважують;
6) кулонометричний метод - кількість речовини визначають за кількістю електрики, яку необхідно витратити для електрохімічного перетворення аналізованої речовини. Реагенти аналізу знаходять за законом Фарадея:
М – кількість обумовленого елемента;
F-число Фарадея (98500 Кл);
А – атомна маса елемента;
n- кількість електронів, що беруть участь у електрохімічному перетворенні даного елемента;
Q-кількість електрики (Q = I ∙ τ).
7) каталітичний метод аналізу;
8) полярографічний;
III Класифікація методів поділу, заснованих на використанні різних типів фазових перетворень:
Відомі такі типи рівноваг між фазами:
Рівнавага Ж-Г або Т-Г використовується в аналізі при виділенні речовин у газову фазу (СО2, Н2О і т.д.).
Рівнавага Ж 1 - Ж 2 спостерігається в методі екстракції та при електролізі з ртутним катодом.
Ж-Т характерно для процесів осадження та процесів виділення на поверхні твердої фази.
До методів аналізу відносять:
1. гравіметричний;
2. титриметричний;
3 оптичний;
4. електрохімічний;
5. каталітичний.
До методів поділу відносять:
1. осадження;
2. екстракція;
3. хроматографія;
4. іонний обмін.
До методів концентрування відносять:
1. осадження;
2. екстракція;
3. цементація;
4. відгін.
Фізичні методи аналізу
Характерна особливість у тому, що в них безпосередньо вимірюють будь-які фізичні параметри системи, пов'язані з кількістю елемента, що визначається без попереднього проведення хімічної реакції.
Фізичні способи включають три основні групи способів:
I Методи, що ґрунтуються на взаємодії випромінювання з речовиною або на вимірі випромінювання речовини.
II Методи, що ґрунтуються на вимірі параметрів ел. або магнітних властивостей речовини.
IIIМетоди, засновані на вимірі щільності або інших параметрів механічних або молекулярних властивостей речовин.
Методи, що ґрунтуються на енергетичному переході зовнішніх валентних електронів атомів: включають атомно-емісійні та атомно-абсорбційні методи аналізу.
Атомно-емісійний аналіз:
1) Фотометрія полум'я – аналізований розчин розпорошують у полум'ї газового пальника. Під впливом високої температури атоми переходять у збуджений стан. Зовнішні валентні електрони переходять більш високі енергетичні рівні. Зворотний перехід електронів на основний енергетичний рівень супроводжується випромінюванням, довжина хвилі якого залежить від того, якого атома елемента знаходилися в полум'ї. Інтенсивність випромінювання за певних умов пропорційно до кількості атомів елемента в полум'ї, а довжина хвилі випромінювання характеризують якісний склад проби.
2) Емісійний метод аналізу – спектральний. Пробу вводять у полум'я дуги або конденсованої іскри, під високою температурою атоми переходять у збуджений стан, при цьому електрони переходять не тільки на найближчі до основного, але і на більш віддалені рівні енергії.
Випромінювання представляє складну суміш світлових коливань різних довжин хвиль. Емісійний діапазон розкладають на основні частини спец. приладами, спектрометрами, та фотографують. Порівняння положення інтенсивності окремих ліній спектру з лініями відповідного еталона дозволяє визначити якісний і кількісний аналіз проби.
Атомно-абсорбційні методи аналізу:
Метод ґрунтується на вимірі поглинання світла певної довжини хвилі незбудженими атомами обумовленого елемента. Спеціальне джерело випромінювання дає резонансне випромінювання, тобто. випромінювання відповідне переходу електронної на найнижчу орбіталь з найменшою енергією, з найближчої до неї орбіталі з більш високим рівнеменергії. Зменшення інтенсивності світла при проходженні його через полум'я за рахунок переведення електронів атомів визначається елемента в збуджений стан пропорційно кількості незбуджених атомів в ньому. В атомній абсорбції застосовують горючі суміші з температурою до 3100 про З, що збільшує кількість елементів, що визначаються, в порівнянні з фотометрії полум'я.
Рентгено-флуорисцентний та рентгено-емісійний
Рентгено-флуорисцентний: пробу піддають дії рентгенівського випромінювання. Верхні електрони. Орбіталі, що знаходяться на найближчій до ядра атома, вибиваються з атомів. Їхнє місце займають електрони з більш віддалених орбіталей. Перехід цих електронів супроводжується виникненням вторинного рентгенівського випромінювання, довжина хвилі якого пов'язана з функціональною залежністю з атомним номеромелемент. Довжина хвилі – якісний склад проби; інтенсивність – кількісний склад проби.
Методи, що ґрунтуються на ядерних реакціях – радіоактиваційні. Матеріал піддають дії нейтронного випромінювання, відбуваються ядерні реакції та утворюються радіоактивні ізотопи елементів. Далі пробу переводять пробу в розчин і розділяють елементи хімічними методами. Після чого вимірюють інтенсивність радіоактивного випромінювання кожного елемента проби, паралельно аналізують еталонну пробу. Порівнюють інтенсивність радіоактивного випромінювання окремих фракцій еталонної проби та аналізованого матеріалу та роблять висновки про кількісний вміст елементів. Межа виявлення 10-8 - 10-10%.
1. Кондуктометричний – заснований на вимірі електропровідності розчинів чи газів.
2. Потенціометричний – буває метод прямого та потенціометричного титрування.
3. Термоелектричний – заснований на виникненні термоелектрорушійної сили, що виникла при нагріванні місця зіткнення сталі та ін.
4. Масспектральний – застосовується за допомогою сильних елементів та магнітних полів, відбувається поділ газових сумішейна компоненти відповідно до атомів або молекулярних мас компонентів. Застосовується для дослідження суміші ізотопів. інертних газів, сумішей органічних речовин.
Денситометрія – заснована на вимірі густини (визначення концентрації речовин у розчинах). Для визначення складу вимірюють в'язкість, поверхневий натяг, швидкість звуку, електропровідність і т.д.
Для встановлення чистоти речовин вимірюють температуру кипіння або температуру плавлення.
Прогнозування та розрахунок фізико-хімічних властивостей
Теоретичні засади прогнозування фізико-хімічних властивостей речовин
Наближений розрахунок прогнозування
Прогнозування має на увазі оцінку фізико-хімічних властивостей на підставі мінімального числа доступних вихідних даних, а може і вважати повну відсутність експериментальної інформації про властивості досліджуваної речовини («абсолютне» прогнозування спирається тільки на відомості про стехіометричну формулу сполуки).
