додати матеріал


Фізико хімічні методи аналізу їх класифікація та основні прі ми

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Фізик-хімічні методи аналізу, їх класифікація та основні прийоми

Фізико-хімічні методи аналізу (ФХМА) засновані на використанні залежності фізичних властивостей речовин (наприклад, светопоглощения, електричної провідності і т.д.) від їх хімічного складу. Іноді в літературі від ФХМА відокремлюють фізичні методи аналізу, підкреслюючи тим самим, що в ФХМА використовується хімічна реакція, а у фізичних - ні. Фізичні методи аналізу та ФХМА, головним чином у західній літературі, називають інструментальними, так як вони зазвичай вимагають застосування приладів, вимірювальних інструментів. Інструментальні методи аналізу в основному мають свою власну теорію, відмінну від теорії методів хімічного (класичного) аналізу (тітриметрія і гравіметрії). Базисом цієї теорії є взаємодія речовини з потоком енергії.
При використанні ФХМА для отримання інформації про хімічний склад речовини досліджуваний зразок піддають впливу будь-якого виду енергії. Залежно від виду енергії в речовині відбувається зміна енергетичного стану складових його частинок (молекул, іонів, атомів), що виражається в зміні того чи іншого властивості (наприклад забарвлення, магнітних властивостей тощо). Реєструючи зміна цієї властивості як аналітичний сигнал, отримують інформацію про якісний і кількісний склад досліджуваного об'єкта або про його структуру.
По виду енергії обурення й вимірюваного властивості (аналітичного сигналу) ФХМА можна класифікувати наступним чином (табл.2.1.1).
Крім перерахованих у таблиці існує безліч інших приватних ФХМА, які не підпадають під цю класифікацію.
Найбільше практичне застосування мають оптичні, хроматографічні та потенціометричні методи аналізу.

Таблиця 2.1.1.
Вид енергії обурення
Вимірюване властивість
Назва методу
Назва групи методів
Потік електронів (еле-ктрохіміческіе реак-ції в розчинах і на електродах)
Напруга, потенціал
Потенціометрія
Електрохімічні
Струм поляризації електродів
Вольтамперо - метрія, полярографія
Сила струму
Амперометрія
Опір, провідність
Кондуктометрія
Імпеданс (опір змінному струму, ємність)
Осціллометрія, високочастотна кондуктометрія
Кількість електрики
Кулонометрия
Маса продукту електрохімічної реакції
Електрограві-метрія
Діелектрична проникність
Діелкометрія
Електромагнітне випромінювання
Довжина хвилі та інтенсивність спектральної лінії в інфрачервоній, видимій і ультрафіолетовій частинах спектра  = 10-3 ... 10-8 м
Оптичні методи (ІЧ - спектро-склав, атомно-емісійний аналіз, атомно-абсорбційний аналіз, фотомет-рія, люмініс - процентним аналіз, Мутномір, нефелометрія)
Спектральні
Те ж, у рентгенівській області спектру  = 10-8 ... 10-11 м
Рентгенівська фотоелектронна, оже-спектроско-Пія
Часи релаксації і хімічний зсув
Спектроскопія ядерномагнітний (ЯМР) та електронного парамагнітного (ЕПР) резонансу
Теплота
Температура
Термічний аналіз
Теплові
Термограві - метрія
Кількість теплоти
Калориметрія
Ентальпія
Термометричні аналіз (ентальпіметрія)
Механічні властивості
Дилатометрія
Енергія хімічних і фізичних (Ван-дер-Ваальса-ші сили) взаємодій
Електропровідність Теплопровідність Струм іонізації
Газова, рідинна, осадова, іонообмінна, гельпронікающая хроматографії
Хроматографічні
У порівнянні з класичними хімічними методами ФХМА відрізняються меншим межею виявлення, часом і трудомісткістю. ФХМА дозволяють проводити аналіз на відстані, автоматизувати процес аналізу і виконувати його без руйнування зразка (недеструктивная аналіз).
За способами визначення розрізняють прямі і непрямі ФХМА. У прямих методах кількість речовини знаходять безпосереднім перерахунком виміряного аналітичного сигналу в кількість речовини (масу, концентрацію) за допомогою рівняння зв'язку. У непрямих методах аналітичний сигнал використовується для встановлення кінця хімічної реакції (як своєрідний індикатор), а кількість визначається речовини, що вступив у реакцію, знаходять за допомогою закону еквівалентів, тобто за рівнянням, безпосередньо не пов'язаного з назвою методу.
За способом кількісних визначень розрізняють без еталонні та еталонні інструментальні методи аналізу.
Без еталонні методи засновані на строгих закономірностях, формульне вираз яких дозволяє перерахувати інтенсивність виміряного аналітичного сигналу безпосередньо у кількості визначається речовини з залученням тільки табличних величин. В якості такої закономірності може виступати, наприклад, закон Фарадея, що дозволяє по струму і часу електролізу розрахувати кількість визначається речовини в розчині при кулонометрическом титруванні. Безеталонне методів дуже мало, оскільки кожне аналітичне визначення являє собою систему складних процесів, в яких неможливо теоретично врахувати вплив кожного з численних діючих факторів на результат аналізу. У зв'язку з цим при аналізах користуються певними прийомами, що дозволяють експериментально врахувати ці впливи. Найбільш поширеним прийомом є застосування еталонів, тобто зразків речовин або матеріалів з точно відомим змістом визначається елемента (або декількох елементів). При проведенні аналізу вимірюють обумовлений речовина досліджуваного зразка і еталону, порівнюють отримані дані і за відомим змістом елемента в еталоні розраховують вміст цього елементу в аналізованому зразку. Еталони можуть бути виготовлені промисловим способом (стандартні зразки, сталі-нормалі) або готуються в лабораторії безпосередньо перед проведенням аналізу (зразки порівняння). Якщо в якості стандартних зразків застосовують хімічно чисті речовини (домішок менше 0.05%), то їх називають стандартними речовинами.
На практиці кількісні визначення інструментальними методами проводять по одному з трьох способів: градуювальної функції (стандартних серій), стандартів (порівняння) або стандартних добавок.
При роботі за методом градуювальної функції за допомогою стандартних речовин або стандартних зразків отримують ряд зразків (або розчинів), що містять різні, але точно відомі кількості визначається компонента. Іноді цей ряд називають стандартної серією. Потім проводять аналіз цієї стандартної серії і за отриманими даними обчислюють значення чутливості К (в разі лінійної градуювальної функції). Після цього вимірюють інтенсивність аналітичного сигналу А в досліджуваному об'єкті і обчислюють кількість (масу, концентрацію) шуканого компонента за допомогою рівняння зв'язку або знаходять за градуювальним графіку (див. рис.2.1.1).
Метод порівняння (стандартів) застосовується тільки для лінійної градуювальної функції. Визначення цього компонента проводять в стандартному зразку (стандартному речовині) і отримують
.
Потім визначають в аналізованому об'єкті
.
Розподілом першого рівняння на друге виключають чутливість

і обчислюють результат аналізу
.
Метод стандартних добавок застосуємо теж тільки до лінійної градуювальної функції. У цьому методі спочатку проводять аналіз наважки досліджуваного об'єкта і отримують , Потім до навішування додають відому кількість (масу, об'єм розчину) визначається компонента і після аналізу отримують
.
Розподілом першого рівняння на друге виключають К і отримують формулу для розрахунку результатів аналізу:
.
Спектр речовини отримують, впливаючи на нього температурою, потоком електронів, світловим потоком (електромагнітною енергією) з певною довжиною хвилі (частоти випромінювання) та іншими способами. При певній величині енергії впливу речовина здатна перейти в збуджений стан. При цьому відбуваються процеси, що призводять до появи в спектрі випромінювання з певною довжиною хвилі (табл.2.2.1).
Випромінювання, поглинання, розсіювання або рефракція електромагнітного випромінювання може розглядатися як аналітичний сигнал, що має інформацію про якісний і кількісний склад речовини або про його структуру. Частота (довжина хвилі) випромінювання визначається складом досліджуваної речовини, а інтенсивність випромінювання пропорційна числу частинок, що викликали його появу, тобто кількості речовини або компонента суміші.
Кожен з аналітичних методів звичайно використовує не повний спектр речовини, що охоплює діапазон довжин хвиль від рентгенівських випромінювань до радіохвиль, а лише певну його частину. Спектральні методи зазвичай розрізняють по діапазону довжин хвиль спектра, що є робочим для даного методу: ультрафіолетові (УФ), рентгенівські, інфрачервоні (ІЧ), мікрохвильові і т.д.
Методи, що працюють в УФ, видимому та ІЧ діапазоні називають оптичними. Вони найбільше застосовуються в спектральних методах внаслідок порівняльної простоти обладнання для отримання та реєстрації спектра.
Атомно-емісійний аналіз (АЕА) заснований на якісному і кількісному визначенні атомного складу речовини шляхом отримання та вивчення спектрів емісії атомів, що входять до складу речовини.
Пі АЕА аналізована проба речовини вводиться в джерело порушення спектрального приладу. У джерелі порушення дана проба піддається складним процесам, що полягає в плавленні, випаровуванні, дисоціації молекул, іонізації атомів, порушення атомів та іонів.
Збуджені атоми і іони через дуже короткий час (~ 10-7-108с) мимовільно повертаються з нестійкого збудженого стану в нормальний або проміжний стан. Це призводить до випромінювання світла з частотою  і появі спектральної лінії.
Загальну схему атомної емісії можна представити так:
А + Е  А *  А + h 
Ступінь та інтенсивність протікання цих процесів залежить від енергії джерела збудження (ІВ).
Найбільш поширеними ІВ є: газове полум'я, дугові і іскрові розряди, індукційно пов'язана плазма (ІСП). Їх енергетичної характеристикою можна вважати температуру.
Кількісний АЕА заснований на залежності між концентрацією елемента і інтенсивністю його спектральних ліній, яка визначається формулою Ломакіна:
,
де I - інтенсивність спектральної лінії визначається елемента; c - концентрація; a і b - константи.
Величини a і b залежать від властивостей аналітичної лінії, ІВ, співвідношення концентрацій елементів у пробі, тому залежність зазвичай встановлюється емпірично для кожного елемента і кожного зразка. На практиці звичайно користуються методом порівняння з еталоном.
При кількісних визначеннях використовують в основному фотографічний спосіб реєстрації спектру. Інтенсивність спектральної лінії, одержуваної на фотопластинці, характеризується її почорнінням:
,
де S - ступінь почорніння фотопластинки; I0 - інтенсивність світла проходить через незачерненную частина платівки, а I - через зачернений, тобто спектральну лінію. Вимірювання почорніння спектральної лінії проводять в порівнянні з почорнінням фону або по відношенню до інтенсивності лінії порівняння. Отримана різниця почернений ( S) прямо пропорційна логарифму концентрації (с):
 S = K lgc.
При методі трьох еталонів на одній фотопластинці фотографують спектри трьох еталонів з відомим вмістом елементів і спектр аналізованого зразка. Вимірюють почорніння вибраних ліній. Будують градуювальний графік, за яким знаходять зміст досліджуваних елементів.
Що стосується аналізу однотипних об'єктів застосовують метод сталого графіка, який будують по великому числу еталонів. Потім у суворо однакових умов знімають спектр зразка і одного з еталонів. За спектром еталону перевіряють чи не відбулося зміщення графіка. Якщо зміщення немає, то невідому концентрацію знаходять по постійному графіком, а якщо є, то величину зміщення враховують за допомогою спектра еталона.
При кількісному АЕА похибка визначення змісту основи становить 1-5%, а домішки - до 20%. Візуальний метод реєстрації спектру швидше, але менш точний, ніж фотографічний.
За апаратурному оформленню можна виділити АЕА з візуальною, фотографічної і фотоелектричної реєстрацією і вимірюванням інтенсивності спектральних ліній.
Візуальні методи (реєстрація за допомогою ока) можна використовувати тільки для дослідження спектрів з довжинами хвиль в області 400 - 700 нм. Середня спектральна чутливість ока максимальна для жовто-зеленого світла з довжиною хвилі  550 нм. Візуально можна з достатньою точністю встановити рівність інтенсивностей ліній з найближчими довжинами хвиль або визначити найбільш яскраву лінію. Візуальні методи діляться на стілоскопіческіе і стілометріческіе.
Стілоскопіческій аналіз заснований на візуальному порівнянні інтенсивностей спектральних ліній аналізованого елементу (домішки) та прилеглих ліній спектра основного елемента проби. Наприклад, при аналізі сталей зазвичай порівнюють інтенсивності спектральних ліній домішки і заліза. При цьому використовують заздалегідь відомі стілоскопіческіе ознаки, в яких рівності інтенсивності ліній певної аналітичної пари відповідає певна концентрація аналізованого елементу.
Стилоскопах використовують для експрес-аналізу, для якого не потрібно високої точності.6-7 елементів визначають за 2-3 хв. Чутливість аналізу 0,01-0,1%. Для аналізу застосовують як стаціонарні стилоскопах СЛ-3 ... СЛ-12, так і переносні СЛП-1 ... СЛП-4.
Стілометріческій аналіз відрізняється від стілоскопіческого тим, що більш яскраву лінію аналітичної пари послаблюють за допомогою спеціального пристрою (фотометра) до встановлення рівності інтенсивностей обох ліній. Крім того, стілометри дозволяють зближувати в полі зору аналітичну лінію і лінію порівняння, що значно підвищує точність вимірювань. Для аналізу застосовують стілометри СТ-1 ... СТ-7.
Відносна похибка візуальних вимірювань 1 - 3%. Їх недоліками є обмеженість видимої області спектра, втому, відсутність об'єктивної документації про проведення аналізу.
Фотографічні методи засновані на фотографічній реєстрації спектру за допомогою спеціальних приладів-спектрографів. Робоча область спектрографів обмежена довжиною хвилі  1000 нм, тобто їх можна використовувати у видимій області і УФ. Інтенсивність спектральних ліній вимірюють за ступенем почорніння їх зображення на фотопластинці або фотоплівці.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Хімія | Реферат
51.4кб. | скачати


Схожі роботи:
Фізико-хімічні методи аналізу їх класифікація та основні прийоми
Фізико-хімічні методи аналізу рефрактометрія спектральний аналіз
Фізико-хімічні та механічні властивості діелектриків та їх класифікація
Фізико хімічні методи визначення залишкових концентрацій хлорорганічних пестицидів у продуктах
Основні фізико-хімічні закономірності одержання плівок з розчинів полімерів
Хімічні методи аналізу
Хімічні методи аналізу
Електрохімічні методи аналізу їх теоретичні засади та класифікація
Фізико хімічні властивості бензину
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru