Fizikalno-kemijske raziskave kot veja analitične kemije se široko uporabljajo na vseh področjih človeškega življenja. Omogočajo vam, da preučite lastnosti snovi, ki vas zanima, z določitvijo količinske komponente komponent v sestavi vzorca.
Raziskave snovi
Znanstveno raziskovanje je poznavanje predmeta ali pojava z namenom pridobiti sistem konceptov in znanja. Glede na načelo delovanja so uporabljene metode razvrščene v:
- empirično;
- organizacijski;
- interpretativno;
- metode kvalitativne in kvantitativne analize.
Empirične raziskovalne metode odražajo preučevani predmet s strani zunanjih manifestacij in vključujejo opazovanje, merjenje, eksperiment, primerjavo. Empirična študija temelji na zanesljivih dejstvih in ne vključuje ustvarjanja umetnih situacij za analizo.
Organizacijske metode - primerjalne, longitudinalne, kompleksne. Prvi pomeni primerjavo stanj predmeta, dobljenih ob različnih časih in pod različnimi pogoji. Longitudinalno - opazovanje predmetaraziskave v daljšem časovnem obdobju. Kompleks je kombinacija longitudinalne in primerjalne metode.
Metode interpretacije - genetske in strukturne. Genetska varianta vključuje preučevanje razvoja predmeta od trenutka, ko se je pojavil. Strukturna metoda proučuje in opisuje strukturo predmeta.
Analitična kemija se ukvarja z metodami kvalitativne in kvantitativne analize. Kemijske študije so usmerjene v določitev sestave predmeta študija.
Metode kvantitativne analize
S pomočjo kvantitativne analize v analitični kemiji določimo sestavo kemičnih spojin. Skoraj vse uporabljene metode temeljijo na preučevanju odvisnosti kemičnih in fizikalnih lastnosti snovi od njene sestave.
Kvantitativna analiza je splošna, popolna in delna. Splošno določa količino vseh znanih snovi v preučevanem predmetu, ne glede na to, ali so prisotne v sestavi ali ne. Popolna analiza se razlikuje po ugotovitvi kvantitativne sestave snovi, ki jih vsebuje vzorec. Delna možnost opredeljuje vsebino samo komponent, ki jih zanima ta kemijska študija.
Odvisno od metode analize obstajajo tri skupine metod: kemične, fizikalne in fizikalno-kemijske. Vsi temeljijo na spremembi fizikalnih ali kemičnih lastnosti snovi.
kemijske raziskave
Ta metoda je namenjena določanju snovi v različnih količinsko pojavljajočih se kemikalijahreakcije. Slednji imajo zunanje manifestacije (razbarvanje, sproščanje plina, toplote, usedline). Ta metoda se pogosto uporablja v številnih vejah življenja sodobne družbe. Kemijski raziskovalni laboratorij je obvezen v farmacevtski, petrokemični, gradbeni in mnogih drugih panogah.
Obstajajo tri vrste kemijskih raziskav. Gravimetrija ali analiza teže temelji na spremembi kvantitativnih značilnosti preskusne snovi v vzorcu. Ta možnost je preprosta in daje natančne rezultate, vendar je dolgotrajna. S to vrsto kemičnih raziskovalnih metod se zahtevana snov izloči iz celotne sestave v obliki oborine ali plina. Nato ga spravimo v trdno netopno fazo, filtriramo, speremo, posušimo. Po teh postopkih se komponenta stehta.
Titrimetrija je volumetrična analiza. Preučevanje kemikalij poteka z merjenjem prostornine reagenta, ki reagira s preučevano snovjo. Njegova koncentracija je znana vnaprej. Volumen reagenta se izmeri, ko je dosežena točka enakovrednosti. Pri plinski analizi se določi prostornina sproščenega ali absorbiranega plina.
Poleg tega se pogosto uporablja raziskava kemičnih modelov. To pomeni, da je ustvarjen analog preučevanega predmeta, ki je bolj priročen za preučevanje.
fizikalne raziskave
Za razliko od kemijskih raziskav, ki temeljijo na izvajanju ustreznih reakcij, fizikalne metode analize temeljijo na enakih lastnostih snovi. Za njihovizvajanje zahteva posebne naprave. Bistvo metode je merjenje sprememb lastnosti snovi, ki jih povzroči delovanje sevanja. Glavne metode fizičnega pregleda so refraktometrija, polarimetrija, fluorimetrija.
Refraktometrija se izvaja z refraktometrom. Bistvo metode je zmanjšano na preučevanje loma svetlobe, ki prehaja iz enega medija v drugega. Sprememba kota je v tem primeru odvisna od lastnosti komponent medija. Zato postane mogoče identificirati sestavo medija in njegovo strukturo.
Polarimetrija je optična raziskovalna metoda, ki uporablja sposobnost določenih snovi, da zasukajo ravnino nihanja linearno polarizirane svetlobe.
Za fluorimetrijo se uporabljajo laserji in živosrebrne sijalke, ki ustvarjajo monokromatsko sevanje. Nekatere snovi so sposobne fluorescence (vsrkajo in oddajajo absorbirano sevanje). Na podlagi jakosti fluorescence se sklepa o kvantitativni določitvi snovi.
Fizikalne in kemijske raziskave
Fizikalno-kemijske raziskovalne metode registrirajo spremembe fizikalnih lastnosti snovi pod vplivom različnih kemičnih reakcij. Temeljijo na neposredni odvisnosti fizikalnih značilnosti preučevanega predmeta od njegove kemične sestave. Te metode zahtevajo uporabo nekaterih merilnih instrumentov. Praviloma se opazovanje izvaja za toplotno prevodnost, električno prevodnost, absorpcijo svetlobe, vrelišče in tališče.
Fizikalno-kemijske študije snovise pogosto uporabljajo zaradi visoke natančnosti in hitrosti pridobivanja rezultatov. V sodobnem svetu je zaradi razvoja IT tehnologij postalo težko uporabljati kemične metode. Fizikalno-kemijske metode se uporabljajo v živilski industriji, kmetijstvu, forenziki.
Ena od glavnih razlik med fizikalnimi in kemičnimi metodami ter kemičnimi je ta, da se konec reakcije (ekvivalentna točka) najde z merilnimi instrumenti in ne vizualno.
Glavne metode fizikalnih in kemijskih raziskav so spektralne, elektrokemijske, termične in kromatografske metode.
Spektralne metode analize snovi
Osnova spektralnih analiznih metod je interakcija predmeta z elektromagnetnim sevanjem. Proučujejo se absorpcija, odboj in razpršitev slednjih. Drugo ime metode je optično. Gre za kombinacijo kvalitativnih in kvantitativnih raziskav. Spektralna analiza vam omogoča, da ocenite kemično sestavo, strukturo komponent, magnetno polje in druge značilnosti snovi.
Bistvo metode je določiti resonančne frekvence, pri katerih snov reagira na svetlobo. Za vsako komponento so strogo individualne. S spektroskopom lahko vidite črte na spektru in določite sestavine snovi. Intenzivnost spektralnih črt daje predstavo o kvantitativni značilnosti. Razvrstitev spektralnih metod temelji na vrsti spektra in namenu študije.
Emisiona metodaomogoča preučevanje emisijskih spektrov in daje informacije o sestavi snovi. Za pridobitev podatkov je izpostavljen električnemu loku. Različica te metode je plamenska fotometrija. Absorpcijske spektre preučujemo z absorpcijsko metodo. Zgornje možnosti se nanašajo na kvalitativno analizo snovi.
Kvantitativna spektralna analiza primerja intenzivnost spektralne črte preučevanega predmeta in snovi znane koncentracije. Te metode vključujejo atomsko absorpcijsko, atomsko fluorescenčno in luminiscenčno analizo, turbidimetrijo, nefelometrijo.
Osnove elektrokemijske analize snovi
Elektrokemična analiza uporablja elektrolizo za preučevanje snovi. Reakcije potekajo v vodni raztopini na elektrodah. Eno od razpoložljivih lastnosti je treba izmeriti. Študija se izvaja v elektrokemični celici. To je posoda, v kateri so nameščeni elektroliti (snovi z ionsko prevodnostjo), elektrode (snovi z elektronsko prevodnostjo). Elektrode in elektroliti medsebojno delujejo. V tem primeru se tok napaja od zunaj.
Klasifikacija elektrokemijskih metod
Razvrstite elektrokemijske metode, ki temeljijo na pojavih, na katerih temeljijo fizikalne in kemijske študije. To so metode z zunanjim potencialom in brez njega.
Konduktometrija je analitična metoda in meri električno prevodnost G. Konduktometrična analiza na splošno uporablja izmenični tok. Konduktometrična titracija – večskupna raziskovalna metoda. Ta metoda je osnova za izdelavo prenosnih konduktometrov, ki se uporabljajo za kemične študije vode.
Pri izvajanju potenciometrije se izmeri EMF reverzibilne galvanske celice. Metoda kulometrije določa količino električne energije, porabljene med elektrolizo. Voltametrija raziskuje odvisnost jakosti toka od uporabljenega potenciala.
Termične metode analize snovi
Termična analiza je namenjena ugotavljanju spremembe fizikalnih lastnosti snovi pod vplivom temperature. Te preskusne metode se izvedejo v kratkem času in z majhno količino preučevanega vzorca.
Termogravimetrija je ena od metod termične analize, ki upošteva registracijo sprememb mase predmeta pod vplivom temperature. Ta metoda velja za eno najbolj natančnih.
Poleg tega termične raziskovalne metode vključujejo kalorimetrijo, ki določa toplotno kapaciteto snovi, entalpimetrijo, ki temelji na preučevanju toplotne kapacitete. Mednje je treba pripisati tudi dilatometrijo, ki zajame spremembo volumna vzorca pod vplivom temperature.
Kromatografske metode za analizo snovi
Metoda kromatografije je način ločevanja snovi. Obstaja veliko vrst kromatografije, glavne so: plinska, distribucijska, redoks, precipitacija, ionska izmenjava.
Komponente v preskusnem vzorcu so ločene med premikajočimi se in nepremičnimifaze. V prvem primeru govorimo o tekočinah ali plinih. Stacionarna faza je sorbent - trdna snov. Komponente vzorca se premikajo v mobilni fazi vzdolž stacionarne faze. Po hitrosti in času prehoda komponent skozi zadnjo fazo se ocenjujejo njihove fizikalne lastnosti.
Uporaba fizikalnih in kemičnih raziskovalnih metod
Najpomembnejše področje fizikalnih in kemijskih metod so sanitarno-kemijske in forenzično-kemijske raziskave. Imajo nekaj razlik. V prvem primeru se za oceno opravljene analize uporabljajo sprejeti higienski standardi. Določajo jih ministrstva. Sanitarno-kemijske raziskave se izvajajo po postopku, ki ga določi epidemiološka služba. Postopek uporablja okoljske modele, ki posnemajo lastnosti živilskih izdelkov. Prav tako reproducirajo delovne pogoje vzorca.
Forenzične kemijske raziskave so namenjene kvantitativnemu odkrivanju narkotikov, močnih snovi in strupov v človeškem telesu, živilih, zdravilih. Pregled se opravi po odredbi sodišča.
