Физико-химичните изследвания като клон на аналитичната химия се използват широко във всяка сфера на човешкия живот. Те ви позволяват да изследвате свойствата на веществото, което представлява интерес, чрез определяне на количествения компонент на компонентите в състава на пробата.
Изследване на вещества
Научното изследване е знанието за обект или явление с цел получаване на система от понятия и знания. Според принципа на действие използваните методи се класифицират в:
- емпиричен;
- организационен;
- тълкувателен;
- методи за качествен и количествен анализ.
Емпиричните методи на изследване отразяват изследвания обект от страна на външните прояви и включват наблюдение, измерване, експеримент, сравнение. Емпиричното изследване се основава на надеждни факти и не включва създаването на изкуствени ситуации за анализ.
Организационни методи - сравнителни, надлъжни, комплексни. Първият предполага сравнение на състоянията на обект, получени в различно време и при различни условия. Надлъжно - наблюдение на обектаизследвания за дълъг период от време. Комплексът е комбинация от надлъжни и сравнителни методи.
Методи на интерпретация - генетични и структурни. Генетичният вариант включва изследване на развитието на обект от момента на неговото възникване. Структурният метод изучава и описва структурата на обект.
Аналитичната химия се занимава с методи за качествен и количествен анализ. Химичните изследвания са насочени към определяне на състава на обекта на изследване.
Методи за количествен анализ
С помощта на количествен анализ в аналитичната химия се определя съставът на химичните съединения. Почти всички използвани методи се основават на изследване на зависимостта на химичните и физичните свойства на веществото от неговия състав.
Количественият анализ е общ, пълен и частичен. General определя количеството на всички известни вещества в обекта, който се изследва, независимо дали те присъстват в състава или не. Пълният анализ се отличава с намиране на количествения състав на веществата, съдържащи се в пробата. Частичната опция определя съдържанието само на компонентите, представляващи интерес в това химическо изследване.
В зависимост от метода на анализ, има три групи методи: химични, физични и физико-химични. Всички те се основават на промяна във физичните или химичните свойства на дадено вещество.
Chemical Research
Този метод е насочен към определяне на вещества в различни количествено срещащи се химикалиреакции. Последните имат външни прояви (оцветяване, отделяне на газ, топлина, утайка). Този метод се използва широко в много клонове на живота на съвременното общество. Лабораторията за химически изследвания е задължителна във фармацевтичната, нефтохимическата, строителната и много други индустрии.
Има три вида химически изследвания. Гравиметрията или анализът на теглото се основава на промяната в количествените характеристики на изпитваното вещество в пробата. Тази опция е проста и дава точни резултати, но отнема много време. При този вид химически методи за изследване необходимото вещество се отделя от общия състав под формата на утайка или газ. След това се привежда в твърда неразтворима фаза, филтрира се, промива се, изсушава се. След тези процедури компонентът се претегля.
Титриметрията е обемен анализ. Изследването на химикалите се извършва чрез измерване на обема на реагент, който реагира с изследваното вещество. Концентрацията му е известна предварително. Обемът на реагента се измерва при достигане на точката на еквивалентност. При газовия анализ се определя обемът на освободения или абсорбиран газ.
В допълнение, изследването на химически модели често се използва. Тоест се създава аналог на изследвания обект, който е по-удобен за изследване.
Физически изследвания
За разлика от химическите изследвания, базирани на провеждане на подходящи реакции, физическите методи за анализ се основават на едни и същи свойства на веществата. За технитеизвършването изисква специални устройства. Същността на метода е да измерва промените в характеристиките на веществото, причинени от действието на радиация. Основните методи за физикален преглед са рефрактометрия, поляриметрия, флуориметрия.
Рефрактометрията се извършва с помощта на рефрактометър. Същността на метода се свежда до изследване на пречупването на светлината, преминаваща от една среда в друга. Промяната на ъгъла в този случай зависи от свойствата на компонентите на средата. Следователно става възможно да се идентифицира съставът на средата и нейната структура.
Поляриметрията е оптичен метод за изследване, който използва способността на определени вещества да въртят равнината на трептене на линейно поляризирана светлина.
За флуориметрия се използват лазери и живачни лампи, които създават монохроматично излъчване. Някои вещества са способни на флуоресценция (поглъщат и отделят погълнатата радиация). Въз основа на интензитета на флуоресценция се прави заключение за количественото определяне на веществото.
Физически и химически изследвания
Физико-химичните методи на изследване регистрират промени във физичните свойства на веществото под въздействието на различни химични реакции. Те се основават на пряката зависимост на физическите характеристики на изследвания обект от неговия химичен състав. Тези методи изискват използването на някои измервателни уреди. По правило наблюдението се извършва за топлопроводимост, електрическа проводимост, поглъщане на светлина, точка на кипене и точка на топене.
Физико-химични изследвания на материятаса широко използвани поради високата си точност и бързина на получаване на резултати. В съвременния свят, поради развитието на ИТ технологиите, химическите методи станаха трудни за прилагане. Физико-химичните методи се използват в хранително-вкусовата промишленост, селското стопанство, криминалистиката.
Една от основните разлики между физичните и химичните методи и химическите е, че краят на реакцията (точката на еквивалентност) се намира с помощта на измервателни инструменти, а не визуално.
Основните методи на физични и химични изследвания се считат за спектрални, електрохимични, термични и хроматографски методи.
Спектрални методи за анализ на вещества
В основата на спектралните методи за анализ е взаимодействието на обект с електромагнитно излъчване. Изследват се поглъщането, отразяването и разсейването на последните. Друго име на метода е оптичен. Това е комбинация от качествени и количествени изследвания. Спектрален анализ ви позволява да оцените химическия състав, структурата на компонентите, магнитното поле и други характеристики на веществото.
Същността на метода е да се определят резонансните честоти, при които веществото реагира на светлина. Те са строго индивидуални за всеки компонент. Със спектроскоп можете да видите линиите на спектъра и да определите съставните части на дадено вещество. Интензитетът на спектралните линии дава представа за количествената характеристика. Класификацията на спектралните методи се основава на вида на спектъра и целта на изследването.
Емисионен методви позволява да изучавате емисионните спектри и дава информация за състава на веществото. За получаване на данни той се подлага на електрическа дъга. Разновидност на този метод е пламъчната фотометрия. Спектрите на абсорбция се изследват по метода на абсорбция. Горните опции се отнасят до качествения анализ на веществото.
Количествен спектрален анализ сравнява интензитета на спектралната линия на изследвания обект и вещество с известна концентрация. Тези методи включват атомна абсорбция, атомна флуоресценция и луминесцентен анализ, турбидиметрия, нефелометрия.
Основи на електрохимичния анализ на вещества
Електрохимичният анализ използва електролиза за изследване на вещество. Реакциите се провеждат във воден разтвор върху електроди. Една от наличните характеристики трябва да бъде измерена. Изследването се извършва в електрохимична клетка. Това е съд, в който се поставят електролити (вещества с йонна проводимост), електроди (вещества с електронна проводимост). Електродите и електролитите взаимодействат един с друг. В този случай токът се подава отвън.
Класификация на електрохимичните методи
Класифицирайте електрохимичните методи въз основа на явленията, на които се основават физичните и химичните изследвания. Това са методи със и без външен потенциал.
Кондуктометрията е аналитичен метод и измерва електрическата проводимост G. Кондуктометричният анализ обикновено използва променлив ток. Кондуктометрично титруване – повечеобщ метод на изследване. Този метод е в основата на производството на преносими кондуктометри, използвани за химически изследвания на вода.
При извършване на потенциометрия се измерва ЕМП на обратима галванична клетка. Кулонометричният метод определя количеството електроенергия, консумирана по време на електролизата. Волтаметрията изследва зависимостта на големината на тока от приложения потенциал.
Термични методи за анализ на вещества
Термичният анализ има за цел да определи промяната във физичните свойства на веществото под влияние на температурата. Тези методи за изпитване се извършват в рамките на кратък период от време и с малко количество от изследваната проба.
Термогравиметрията е един от методите за термичен анализ, който отчита промените в масата на обекта под влияние на температурата. Този метод се счита за един от най-точните.
В допълнение, методите за термично изследване включват калориметрия, която определя топлинния капацитет на веществото, енталпиметрия, базирана на изследването на топлинния капацитет. Сред тях също трябва да се припише дилатометрия, която улавя промяната в обема на пробата под влияние на температурата.
Хроматографски методи за анализ на вещества
Хроматографският метод е начин за разделяне на вещества. Има много видове хроматография, основните са: газова, разпределителна, редокс, утаяване, йонообмен.
Компонентите в тестовата проба са разделени между движещи се и неподвижнифази. В първия случай говорим за течности или газове. Неподвижната фаза е сорбент - твърдо вещество. Компонентите на пробата се движат в подвижната фаза по неподвижната фаза. По скоростта и времето на преминаване на компонентите през последната фаза се оценяват техните физически свойства.
Прилагане на физични и химични методи на изследване
Най-важната област на физичните и химичните методи са санитарно-химичните и съдебно-химическите изследвания. Те имат някои разлики. В първия случай се използват приетите хигиенни стандарти за оценка на извършения анализ. Те се определят от министерствата. Санитарно-химичните изследвания се извършват по реда, установен от епидемиологичната служба. Процесът използва модели на околната среда, които имитират свойствата на хранителните продукти. Те също така възпроизвеждат работните условия на пробата.
Съдебно-химическите изследвания са насочени към количествено откриване на наркотични, силнодействащи вещества и отрови в човешкото тяло, хранителни продукти, лекарства. Прегледът се извършва по съдебно разпореждане.
