الأساليب الآلية للتحليل ن مجموعة من الأساليب التقليدية. الطرق الفيزيائية والكيميائية أو الآلية للتحليل الطرق الآلية الحديثة للتحليل في الكيمياء التحليلية

أحيانًا ما يكون إجراء التحديدات الكمية حسب الوزن وطرق التحليل الكيميائي الحجمية (المعايرة) مصحوبًا بصعوبات كبيرة، أهمها:

الحاجة إلى فصل أولي للجزء الذي يتم تحديده عن الشوائب؛

حساسية منخفضة نسبيًا، مما يحد من استخدام الطرق الكلاسيكية لتحليل كميات صغيرة من العناصر المحددة؛

كميات كبيرة من الوقت (خاصة في طريقة الوزن) لإجراء تحليل كامل.

الطرق الفيزيائية والكيميائيةوتتميز بزيادة الحساسية والانتقائية مقارنة بالطرق الكلاسيكية، وبالتالي فإن التحليل بهذه الطرق، كقاعدة عامة، يتطلب كمية صغيرة من الحليلة، ويمكن أن يكون محتوى عنصر معين في العينة صغيرًا للغاية.

وبالتالي، تختلف طرق التحليل الفيزيائية والكيميائية التعبير, انتقائية وحساسية عالية.

من حيث الحساسية، تحتل المقام الأول طرق التحليل الطيفي والإشعاعي. وتليها الأجهزة الطيفية والطيفية المستخدمة جيدًا بولاروجرافيكطُرق.

فمثلاً حساسية تحديد بعض العناصر بالطرق المختلفة هي كما يلي: يمكن تحديد الحجم الحجمي 10-1 % ; يزن حوالي 10 -2 % ; الطيفية والضوئية 10 -3 -10 -5 % ; الفلوروميتر 10 -6 -10 -7%؛ الحركية 10 -6 -10 -8%; مذياعهه ميكروفون 10 -8 -10 -9%; طريقة تحليل التنشيط النيوترونيالكشف عن العديد من الشوائب بكميات أقل من 10 -8 -10 -9 % .

من حيث الدقة، فإن العديد من طرق التحليل الفيزيائية والكيميائية أقل شأنا كلاسيكي,وخاصة طريقة الوزن. في كثير من الأحيان، عندما يتم تحقيق الدقة المحددة بأجزاء من مائة وأعشار من النسبة المئوية عن طريق الوزن والطرق الحجمية، عند إجراء التحليل باستخدام الطرق الفيزيائية والكيميائية، تصل أخطاء التحديد إلى 5-10 % ، وأحيانا أكثر من ذلك بكثير.

اعتمادًا على طريقة التحليل، تتأثر دقة التحديدات بعوامل مختلفة.

على سبيل المثال، تتأثر دقة تحليل الانبعاثات بما يلي:

طريقة أخذ عينة متوسطة من المادة التي تم تحليلها.

عدم استقرار مصدر الإثارة (القوس الكهربائي، الشرارة، لهب الموقد)؛

حجم الخطأ في القياس الضوئي؛

عدم تجانس المستحلب الفوتوغرافي (في حالة التصوير الطيفي)، وما إلى ذلك.

بالإضافة إلى الدقة المنخفضة نسبيًا، فإن العديد من الطرق الفيزيائية والكيميائية لها أيضًا بعض العيوب الأخرى. على سبيل المثال، يعد التحليل الطيفي للانبعاث مناسبًا فقط عند إجراء تحليلات الكتلة، نظرًا لأن تحديد عنصر معين في العينة يتطلب معايرة الجهاز مقابل عينة قياسية، الأمر الذي يستغرق الكثير من الوقت. لا تعتبر أي من طرق التحليل الفيزيائية والكيميائية عالمية.

تجدر الإشارة إلى أنه على الرغم من التقدم الذي أحرزته طرق التحليل الآلية التي تتيح حل المشكلات التحليلية الكيميائية، إلا أن طرق التحليل الكلاسيكية لم تفقد أهميتها وهي أساس الكيمياء التحليلية الحديثة.

جميع طرق التحليل الكمي الفيزيائي والفيزيائي

تنقسم طرق التحليل الكيميائي الكيميائي إلى المجموعات التالية: الكهروكيميائية. طيفي (بصري) ؛ الكروماتوغرافي. القياس الإشعاعي. قياس الطيف الكتلي.

طرق التحليل الكهروكيميائية.تتضمن مجموعة طرق التحليل الكهروكيميائي أنواع التحليل التالية.

تحليل الجاذبية الكهربائيةيعتمد على العزل من محاليل الشوارد للمواد المترسبة على الأقطاب الكهربائية عند المرور عبر محاليل التيار الكهربائي المباشر

كا. يتم وزن المعدن أو (الأكسيد) المنطلق أثناء التحليل الكهربائي على ميزان تحليلي ويتم الحكم على محتوى المادة التي يتم تحديدها في المحلول من كتلة الرواسب.

بولغرافيايعتمد على تغير في شدة التيار، يختلف باختلاف الجهد أثناء عملية التحليل الكهربائي، في ظل ظروف يكون فيها أحد القطبين (الكاثود) ذو سطح صغير جدًا (القطب المستقطب)، والآخر (الأنود) ذو سطح كبير ( القطب غير المستقطب). الكاثود المستقطب هو عبارة عن قطرات زئبق تتدفق من ثقب رفيع في أنبوب شعري، بالإضافة إلى البلاتين (الدوار)، والجرافيت، والفضة وغيرها من الأقطاب الكهربائية. يتم "إعطاء" الأنود غير المستقطب زئبقًا أو أقطابًا مرجعية قياسية ذات مساحة سطحية كبيرة. القوة الحالية التي يتم عندها تحقيق التفريغ الكامل لجميع أيونات التحليل التي تدخل الفضاء القريب من القطب نتيجة للانتشار تسمى تيار الانتشار المحدود. يتناسب حجم هذا التيار مع التركيز الأولي للحليلة (الأيونات) في المحلول.

المعايرة الامبيرومترية، وهو نوع من التحليل الاستقطابي، يعتمد على تغيير في عملية معايرة محلول المادة الذي يتم تحديده في قيمة أقصى تيار انتشار يمر عبر المحلول عند جهد ثابت بين القطب المستقطب للمؤشر والقطب غير المستقطب. -قطب مرجعي مستقطب.

قياس الكولومترييعتمد على التغير في كمية الكهرباء المستهلكة في التحليل الكهربائي لكمية معينة من المادة ذات جهد ثابت، وهو ما يتوافق مع إمكانية إطلاق عنصر معين. تعتمد هذه الطريقة على قانون فاراداي.

تسمى طريقة المعايرة التي تتوافق فيها نقطة التكافؤ مع اللحظة التي يصل فيها تيار التحليل الكهربائي إلى تيار "الخلفية" المعايرة الكولومترية. عادة ما يكون تيار الخلفية مساوياً لـ 0 ، لأن الحل في هذه اللحظة لا يحتوي على جزيئات مشحونة.

قياس السلوكيعتمد على قياس التوصيل الكهربائي للمحاليل التي تم تحليلها والتي تتغير نتيجة التفاعلات الكيميائية وتعتمد على طبيعة المحلول ودرجة حرارته وتركيز المحلول.

تسمى طريقة المعايرة، التي يتم فيها تثبيت نقطة التكافؤ بتقاطع خطين مستقيمين، مما يعكس التغير في التوصيل الكهربائي المكافئ لمحلول الاختبار عند إضافة المعايرة أثناء عملية المعايرة، المعايرة الموصلية.

طرق التحليل الطيفي (البصري).تتضمن مجموعة طرق التحليل الطيفي الطرق التالية.

التحليل الطيفي للانبعاث- طريقة فيزيائية تعتمد على دراسة أطياف انبعاث أبخرة المادة التي تم تحليلها (أطياف الانبعاث أو دراسة الأطياف) الناشئة تحت تأثير مصادر الإثارة القوية (القوس الكهربائي، شرارة الجهد العالي)؛ تتيح هذه الطريقة تحديد التركيب العنصري للمادة؛ أولئك. الحكم على العناصر الكيميائية المدرجة في تكوين مادة معينة.

قياس ضوء اللهبوهو أحد أنواع التحليل الطيفي الانبعاثي، ويعتمد على دراسة أطياف الانبعاث لعناصر المادة التي تم تحليلها،

الناشئة تحت تأثير مصادر الإثارة الناعمة. في هذه الطريقة، يتم رش المحلول المراد تحليله في اللهب. تتيح هذه الطريقة الحكم على محتوى المعادن الأرضية القلوية والقلوية بشكل أساسي في العينة التي تم تحليلها، بالإضافة إلى بعض العناصر الأخرى، على سبيل المثال، الغاليوم والإنديوم والثاليوم والرصاص والمنغنيز والنحاس والفوسفور.

التحليل الطيفي للامتصاصيعتمد على دراسة أطياف الامتصاص للمادة، وهي خصائصها الفردية. يميز قياس الطيف الضوئي

طريقة، استنادًا إلى تحديد طيف الامتصاص أو قياس امتصاص الضوء (سواء في الأشعة فوق البنفسجية أو في المناطق المرئية أو تحت الحمراء من الطيف) عند طول موجي محدد بدقة (إشعاع أحادي اللون)، والذي يتوافق مع الحد الأقصى لمنحنى الامتصاص لمادة معينة قيد الدراسة، وكذلك طريقة القياس اللوني الضوئييعتمد على تحديد طيف الامتصاص أو قياس امتصاص الضوء في الجزء المرئي من الطيف.

قياس السرعة التوربينيةيعتمد على قياس شدة الضوء التي يمتصها تعليق غير ملون من مادة صلبة. في القياس التوربيني، يتم قياس شدة الضوء الممتص أو المنقول من خلال المحلول بنفس الطريقة كما في القياس الضوئي للحلول الملونة.

قياس الكلىيعتمد على قياس شدة الضوء المنعكس أو المتناثر بواسطة تعليق ملون أو غير ملون من مادة صلبة (رواسب معلقة في وسط معين).

الانارة،أو الفلورسنت، تعتمد طريقة التحليل على قياس شدة الضوء المرئي المنبعث من المواد (الفلورسنت) عند تشعيعها بالأشعة فوق البنفسجية.

وتشمل طرق التحليل البصري أيضا طريقة قياس الانكسار,على أساس قياس معامل الانكسار، و قياس الاستقطاب,بناء على الأبحاث

اعتمادا على دوران مستوى الاستقطاب.

طرق التحليل الكروماتوغرافي.بناءً على آلية الفصل، هناك عدة أنواع من طرق التحليل الكروماتوغرافي.

الامتزاز اللوني السائليعتمد على الامتزاز الانتقائي (الامتصاص) للمكونات الفردية للخليط الذي تم تحليله في وسط سائل. ويرجع ذلك إلى اختلاف امتصاص المكونات المذابة.

كروماتوغرافيا الغاز الامتزازيعتمد على استخدام الاختلافات في امتصاص الغازات والأبخرة. في

اعتمادا على العامل الرئيسي الذي يحدد الانفصال، يتم تمييز الأنواع التالية من كروماتوغرافيا الغاز: الغاز السائل وامتصاص الغاز.

كروماتوغرافيا التقسيميعتمد على استخدام الاختلافات في توزيع (قابلية الامتصاص) للمكونات الفردية للخليط الذي تم تحليله بين مرحلتين سائلتين غير قابلتين للامتزاج - المذيبات المتنقلة والثابتة.

اللوني ورقة -نوع من كروماتوغرافيا التقسيم حيث تكون المادة الحاملة للمذيب الثابت عبارة عن شرائح أو صفائح من ورق الترشيح التي لا تحتوي على شوائب معدنية.

كروماتوغرافيا التبادل الأيونييعتمد على استخدام عمليات التبادل الأيوني التي تحدث بين الحقول المتحركة للمادة الممتزة وحقول الإلكتروليت الموجودة في المحلول الذي تم تحليله.

طرق التحليل الطيفي الشامل.تعتمد طرق تحليل قياس الطيف الكتلي على تحديد الذرات والجزيئات والجذور المتأينة الفردية عن طريق فصل مصادر الأيونات التي تحتوي على جزيئات ذات نسب مختلفة من الكتلة إلى الشحنة نتيجة للعمل المشترك للمجالات الكهربائية والمغناطيسية.

التحليل الفيزيائي الكيميائي وفقًا لـ N.S. كورناكوف.الطريقة التي اقترحها ن.س. كورزاكوف يسمح لك بدراسة الفيزياء

الخصائص الفيزيائية للأنظمة اعتمادا على تركيبها الكيميائي. على سبيل المثال، يمكن استخدام منحنيات درجة حرارة الانصهار مقابل تركيبة سبيكة الرصاص والقصدير لأغراض تحليلية.

وتسمى هذه الطريقة التحليل الفيزيائي الكيميائي. لا ينبغي الخلط بين مفاهيم "طريقة التحليل الفيزيائية والكيميائية".

ل" بمفهوم "التحليل الفيزيائي الكيميائي".

إذا، أثناء عملية تسخين أو تبريد مادة الاختبار، لم تتم ملاحظة تحولات الطور المرتبطة بالإطلاق أو الامتصاص في الجسم الذي تم تحليله

الحرارة، فإن منحنيات التسخين أو التبريد تتميز بالتقدم السلس. في حالة حدوث تحولات طورية في النظام، فإنه على منحنى التغير في درجة الحرارة، اعتمادًا على طبيعة هذه التحولات، يتم ملاحظة المقاطع الأفقية عند درجة حرارة ثابتة أو الانحناءات الحادة في المنحنى خلال فترة زمنية معينة. مثل هذا منحنى التبريد يجعل من الممكن الحكم على الجميع مرحلةالتحولات التي تحدث في العينة محل الدراسة أثناء عملية التبريد.

طرق أخرى للتحليل.طريقة الرنين المغنطيسي الإلكتروني (EPR).- يعتمد على استخدام ظاهرة امتصاص الموجات الكهرومغناطيسية الرنانة بواسطة الجسيمات البارامغناطيسية في مجال مغناطيسي ثابت ويستخدم بنجاح لقياس تركيز المواد البارامغناطيسية ودراسة تفاعلات الأكسدة والاختزال ودراسة الحركية الكيميائية وآلية التفاعلات الكيميائية وما إلى ذلك .

طريقة الرنين المغناطيسي النووي (NMR).يعتمد على استخدام الامتصاص الرنيني للموجات الكهرومغناطيسية بواسطة المادة قيد الدراسة في مجال مغناطيسي ثابت، ناتج عن المغناطيسية النووية. طريقة الرنين المغناطيسي النوويتستخدم لدراسة المركبات المعقدة، وحالة الأيونات في المحلول، ودراسة الحركية الكيميائية، وما إلى ذلك.

خاتمة

تغطي الكيمياء الحديثة مساحة كبيرة من المعرفة الإنسانية، فهي علم يدرس المواد وقوانين تحولها. الكيمياء في تطور مستمر وتكشف بعمق عن القوانين الأساسية التي تجعل من الممكن تحديد سلوك الإلكترونات في الذرات والجزيئات، وتطوير طرق حساب هياكل الجزيئات والمواد الصلبة، ونظرية الحركية الكيميائية والتوازن الكيميائي. مسترشدة بالقوانين الأساسية للديناميكا الحرارية الكيميائية، تسمح لنا الكيمياء بتقييم اتجاه العمليات الكيميائية وعمق حدوثها. يتم توفير معلومات مهمة من خلال دراسة الحالة البلورية للمواد.

ستسمح هذه الأسئلة للطلاب بإتقان مجالات الكيمياء التي لم تتم دراستها في المدرسة الثانوية أو تمت دراستها جزئيًا.

المعرفة المكتسبة في هذا الجزء من مقرر الكيمياء ضرورية لدراسة أقسام خاصة (خصائص المحاليل، تفاعلات الأكسدة والاختزال، العمليات الكهروكيميائية، الخواص الفيزيائية والكيميائية للمواد)

يمكن أن تكون الموضوعات الأساسية للدليل مفيدة في أنشطة المتخصصين في أي مجال من مجالات التكنولوجيا. إن فهم القوانين الأساسية للكيمياء والقدرة على العمل مع الأدبيات التعليمية والمتخصصة سيسمح للمتخصصين بإيجاد الحلول المثلى للمشاكل التي يواجهونها.

كما يتم عرض أقسام الكيمياء المهمة في الأنشطة العملية لمتخصصي الهندسة الراديوية والكهربائية. وينظر في العمليات الكهروكيميائية (تشغيل الخلايا الكلفانية، والتحليل الكهربائي)، ويرد أمثلة على مصادر التيار الكيميائي والتطبيقات التقنية للتحليل الكهربائي.

تعتمد موثوقية ومتانة المنتجات الإلكترونية على مقاومة التآكل للأجزاء الفردية من الأجهزة، لذلك يدرس الدليل القوانين الأساسية لعمليات التآكل، ويعطي تصنيفها، ويعرض آليتين لحدوثها: الكيميائية والكهروكيميائية، ويوفر أيضًا طرقًا و طرق الحماية ضد التآكل الكيميائي والكهروكيميائي.

استنادا إلى المعلومات المقدمة في هذا الدليل، يتم عرض بعض الخواص الفيزيائية والكيميائية للمعادن وأشباه الموصلات (الموصلية الكهربائية، الخواص المغناطيسية). يتم تقديم مفهوم التحديد الكيميائي للمواد بناءً على طرق التحليل النوعية والكمية.

المعرفة ضرورية عند دراسة الدورات اللاحقة، مثل علوم المواد، وقوة المواد، والأسس النظرية لمختلف العمليات التكنولوجية في الإلكترونيات، والهندسة الكهربائية، والالكترونيات الدقيقة، وهندسة الراديو، والطاقة وغيرها من مجالات التدريب المتخصص.

إن التقدم العلمي والتكنولوجي لا يمكن تحقيقه دون تطور الكيمياء، التي تخلق مواد جديدة ذات خصائص جديدة يمكن استخدامها في مختلف الصناعات.

تعتمد طرق التحليل الآلية (الفيزيائية والفيزيائية والكيميائية) على استخدام العلاقة بين الخواص الفيزيائية المقاسة للمواد وتكوينها النوعي والكمي. نظرًا لأنه يتم قياس الخواص الفيزيائية للمواد باستخدام أجهزة مختلفة - "الأدوات"، فإن طرق التحليل هذه تسمى أيضًا الطرق الآلية.

العدد الإجمالي لطرق التحليل الفيزيائية والكيميائية كبير جدًا - يصل إلى عدة عشرات. من بينها، ما يلي له أهمية عملية كبيرة:

الطرق البصرية،على أساس قياس الخصائص البصرية للمواد.

الطرق الكهروكيميائية,بناء على قياس الخواص الكهروكيميائية للنظام؛

الطرق الكروماتوغرافية،على أساس استخدام قدرة المواد المختلفة على الامتصاص الانتقائي.

ومن بين هذه المجموعات، تعتبر المجموعة هي الأكثر شمولاً من حيث عدد الأساليب والأهم من حيث الأهمية العملية طرق التحليل البصري .

التحليل الطيفي للانبعاث.تعتمد الطريقة على قياس شدة الضوء المنبعث من مادة (ذرات أو أيونات) عندما تكون مثارة بقوة، على سبيل المثال، في بلازما التفريغ الكهربائي. تتيح هذه الطريقة تحديد الكميات الدقيقة والدقيقة جدًا للمادة وتحليل عدة عناصر في وقت قصير.

قياس ضوء اللهبهو نوع من تحليل الانبعاثات. يعتمد على استخدام لهب الغاز كمصدر لإثارة الطاقة للإشعاع. تستخدم هذه الطريقة بشكل أساسي لتحليل الفلزات القلوية والقلوية الأرضية.

التحليل الطيفي للامتصاصيعتمد على دراسة أطياف امتصاص الأشعة بواسطة المواد التي تم تحليلها. عندما يمر الضوء أو مكوناته عبر المحلول، فإنه يمتص أو ينعكس. يتم الحكم على طبيعة المادة وتركيزها من خلال مقدار امتصاص الأشعة أو انعكاسها.

تحليل الامتصاص الذري.تعتمد الطريقة على قياس امتصاص الإشعاع أحادي اللون بواسطة ذرات المادة الحليلة في الطور الغازي بعد تفتيت المادة.

تحليل قياس الكلى.يعتمد على انعكاس الضوء بواسطة الجزيئات الصلبة المعلقة في المحلول. يتم إجراء التحليل باستخدام أجهزة قياس الكلى.

تحليل الانارةهي مجموعة من طرق التحليل البصري التي تعتمد على التلألؤ (توهج المادة الذي يحدث عندما يتم تحفيزها بمصادر طاقة مختلفة). حسب طريقة (مصدر) الإثارة يتم التمييز بين: تألق الأشعة السينية –توهج مادة تحت تأثير الأشعة السينية. X اللمعان –توهج مادة بسبب طاقة التفاعل الكيميائي.

في الممارسة التحليلية، من بين جميع أنواع التألق، فإن التألق هو الأكثر انتشارًا، والذي يحدث تحت تأثير الإشعاع في الأشعة فوق البنفسجية والمناطق المرئية من الطيف. الميزة الكبرى لطريقة مضان الأشعة السينية هي القدرة على تحليل العينة دون تدميرها، وهو أمر ذو قيمة خاصة عند تحليل المنتجات الفريدة.

طرق التحليل الكهروكيميائيةتعتمد على دراسة واستخدام العمليات التي تحدث على سطح القطب أو في الفضاء القريب من القطب. يمكن أن تكون الإشارة التحليلية أي معلمة كهربائية (الجهد، التيار، المقاومة، وما إلى ذلك)، والتي ترتبط بتركيز المحلول الذي تم تحليله من خلال الاعتماد الوظيفي ويمكن قياسها.

هناك طرق كهروكيميائية مباشرة وغير مباشرة.

في طرق مباشرةيتم استخدام اعتماد القوة الحالية (الإمكانات، وما إلى ذلك) على تركيز المكون الذي يتم تحديده. في طرق غير مباشرةيتم قياس القوة الحالية (الإمكانات، وما إلى ذلك) من أجل العثور على المكون الذي يتم تحديده باستخدام محلول معاير مناسب، أي أنه يتم استخدام اعتماد المعلمة المقاسة على حجم محلول المعايرة.

تشمل طرق التحليل الكهروكيميائية الأكثر شيوعًا قياس الجهد، وقياس الفولتميتر، وقياس الموصلية.

طريقة قياس الجهديعتمد على قياس إمكانات القطب، والتي تعتمد على نشاط الأيونات، وفي المحاليل المخففة - على تركيز الأيونات.

بالنسبة للقياسات، تتكون الخلية الجلفانية من قطبين: قطب كهربائي مرجعي (يُعرف إمكانات القطب الكهربائي) وقطب مؤشر، حيث تحدث العملية الرئيسية - ينشأ التبادل الأيوني وإمكانات القطب الكهربائي، والتي يتم قياسها عن طريق المقارنة . ومن ثم، باستخدام معادلة نيرنست، يتم إيجاد كمية المكون الذي يتم تحديده.

معايرة قياس الجهدبناءً على تحديد نقطة التكافؤ بناءً على نتائج قياسات الجهد. بالقرب من نقطة التكافؤ يوجد تغير حاد (قفزة) في جهد القطب المؤشر.

بالنسبة للمعايرة لقياس الجهد، يتم تجميع دائرة من قطب كهربائي مؤشر في المحلول الذي تم تحليله وقطب كهربائي مرجعي. غالبًا ما يتم استخدام الكالوميل أو كلوريد الفضة كأقطاب كهربائية مرجعية.

طريقة التحليل الفولتميتريعلى أساس دراسة الاستقطاب أو منحنيات الجهد الحالي(منحنيات التيار مقابل الجهد) ، والتي يتم الحصول عليها إذا تم زيادة الجهد تدريجيًا وتثبيت التيار أثناء التحليل الكهربائي لمحلول الحليلة. يجب إجراء التحليل الكهربائي باستخدام قطب كهربائي سهل الاستقطاب بمساحة سطحية صغيرة، حيث يحدث الاختزال الكهربائي أو الأكسدة الكهربائية للمادة.

المعايرة الامبيرومترية(معايرة الاستقطاب الجهدي) هي نوع من طرق قياس الجهد (جنبًا إلى جنب مع الاستقطاب). يعتمد على قياس التيار بين أقطاب الخلية الكهروكيميائية، والتي يتم تطبيق جهد معين عليها، يتوافق مع قيمة التيار المحدد. بناءً على هذه البيانات، يتم إنشاء منحنى معايرة أمبيروميتري في إحداثيات "قوة التيار - حجم المعايرة" ويتم العثور على نقطة التكافؤ بيانيًا. عادةً ما يتم استخدام البلاتين والجرافيت والأقطاب الكهربائية الصلبة الأخرى كأقطاب مؤشرة في المعايرة غير الدقيقة.

أمثلة على حل المشكلات

مثال 1.عند اكتشاف كاتيونات الفضة Ag + عن طريق التفاعل مع أيونات كلوريد الكلور في محلول مائي لتكوين راسب أبيض من كلوريد الفضة AgCl

Ag + + Cl – ® AgCl↓

الحد الأقصى للكشف عن الكاتيونات الفضية هو 0.1 ميكروغرام، والحد الأقصى للتخفيف الخامسليم = 1∙104 مل/جم. تحديد تركيز الحد معليم والحد الأدنى للحجم الخامسدقيقة من المحلول المخفف للغاية.

حل.دعونا نجد التركيز الحد معدقيقة:

جدقيقة = = = 1 ∙ 10 –4 جم/مل.

دعونا نحسب الحد الأدنى لحجم المحلول المخفف للغاية:

الخامسدقيقة = = = 0.001 مل.

وبالتالي، الحد الأقصى لتركيز الحل المخفف للغاية معالحد الأدنى = 1 ∙ 10 -4 جم/مل والحد الأدنى للحجم الخامسالحد الأدنى = 0.001 مل.

مثال 2.يمكن فتح كاتيونات الفضة Ag + عن طريق التفاعل مع أيونات الكرومات CrO لتكوين راسب أحمر من كرومات الفضة Ag 2 CrO 4

2 Ag + + CrO → Ag 2 CrO 4

في الخامسدقيقة = 0.02 مل في محلول مائي من نترات الفضة AgNO 3 بتركيز مولي مع(AgNO 3) = 0.0004 مول/لتر. تحديد حد الكشف ز والحد من التخفيف الخامسليم لAg + الموجبة.

حل.دعونا أولاً نجد التركيز المحدد لكاتيونات الفضة، مع الأخذ في الاعتبار أن بيان المشكلة يعطي تركيز نترات الفضة، معبرًا عنه بالمول/لتر:

جدقيقة = = = 4 ∙ 10 –5 جم/مل،

أين م(Ag+) – الكتلة الذرية للفضة.

ز = جدقيقة الخامسالحد الأدنى ∙ 10 6 = 4 ∙ 10 –5 ∙ 0.02 ∙ 10 6 = 0.8 ميكروغرام،

الخامسليم = = = 2.5 ∙ 10 -4 مل/جم.

وبالتالي، فإن حد الكشف عن الكاتيون Ag + g = 0.8 ميكروغرام، والتخفيف المحدود الخامسالحد =2.5 ∙ 10 –4 مل/جم.

مثال 3

افصل الكاتيونات Al +3 وMg +2 باستخدام كاشف المجموعة.

حل.ينتمي Al +3 إلى كاتيونات المجموعة IV، وينتمي Mg +2 إلى كاتيونات المجموعة V. كاشف المجموعة لكاتيونات المجموعتين IV و V هو هيدروكسيد الصوديوم. ويلاحظ هطول الهيدروكسيدات المقابلة كإشارة تحليلية:

آل +3 + 3OH – ⇄ آل(OH) 3 ↓;

ملغ +2 + 2OH – ⇄ ملغ (OH) 2 ↓.

ومع ذلك، عند إضافة كمية زائدة من الكاشف، يذوب Al(OH) 3 ليشكل مركبًا معقدًا، لكن Mg(OH) 2 لا:

آل (OH) 3 + هيدروكسيد الصوديوم ⇄ نا؛

ملغم(OH)2 + هيدروكسيد الصوديوم ¹.

وبالتالي، أثناء الانفصال، سيكون كاتيون Al +3 في المرشح، وسيكون كاتيون Mg +2 في الراسب.

مثال 4

ما حجم محلول AgNO 3 الذي نسبة كتلته 2% المطلوب لترسيب الكلوريد من عينة CaCl 2 ∙ 6 H 2 O وزنها 0.4382 جم؟

حل.نحسب كتلة AgNO 3 بناءً على قانون المعادلات.

طرق مفيدة للتحليل- طرق التحليل الكمي التي تتطلب معدات كهروكيميائية وبصرية وكيميائية إشعاعية وغيرها. تتضمن الطرق الآلية للتحليل عادة ما يلي:

¾ الطرق الكهروكيميائية - قياس الجهد، والاستقطاب، وقياس التوصيل، وما إلى ذلك؛

¾ الطرق المعتمدة على انبعاث أو امتصاص الإشعاع - التحليل الطيفي للانبعاث، وطرق القياس الضوئي، والتحليل الطيفي للأشعة السينية، وما إلى ذلك؛

¾ التحليل الطيفي الشامل؛

¾ الطرق المعتمدة على قياس النشاط الإشعاعي.

تعتمد جميع الطرق الآلية (الفيزيائية والفيزيائية والكيميائية) على قياس الكميات الفيزيائية التي تميز موضوع التحليل (العينة).

تسمى الكمية الفيزيائية المقاسة أثناء التحليل، والمرتبطة وظيفيًا بمحتوى المكون المحدد X فقط في الكائن قيد الدراسة، بالإشارة التحليلية.

كل طريقة لها إشارة تحليلية خاصة بها. يوضح الجدول 1 أمثلة على الإشارات والأساليب المقابلة التي تنتمي إلى مجموعتين مهمتين - بصريو الكهروكيميائيةطرق التحليل.

الجدول 1

أمثلة على طرق التحليل الآلي

يسمى اعتماد الإشارة التحليلية على محتوى X وظيفة المعايرة. يتم كتابتها كمعادلة من النموذج أنا = و(ج).في هذه المعادلة الرمز معتشير إلى محتوى X، معبرًا عنه بوحدات كمية المادة (mol)، أو وحدات الكتلة (kg، g) أو التركيز (mol/l، وما إلى ذلك)؛ هذه الكميات تتناسب طرديا مع بعضها البعض. يُشار إلى حجم الإشارة عمومًا بالرمز أنا، على الرغم من أن بعض الطرق تستخدم تسميات محددة (الجدول 1). في كل طريقة، تكون وظائف المعايرة من نفس النوع، لكن الشكل الدقيق لوظيفة المعايرة لتقنية معينة يعتمد على طبيعة X وظروف قياس الإشارة.

في العديد من الطرق، يتم وصف اعتماد الإشارة على التركيز من خلال وظائف غير خطية، على سبيل المثال، في تحليل الانارة - الأسي ( أنا = كيلوCn) ، في قياس الجهد - اللوغاريتمي ( أنا = أنا 0 + ك سجلC)، إلخ. ومع ذلك، فإن جميع وظائف المعايرة متشابهة في ذلك كلما زادت معضخامة أنايتغير باستمرار، وكل قيمة معيطابق قيمة واحدة أنا.

الصورة 1

منحنيات المعايرة النموذجية لبعض الطرق الآلية

إل جي

أنا

مع

مع

أنا

أنا

تشمل طرق التحليل الكهروكيميائية الأكثر قابلية للتطبيق قياس فرق الجهد، والاستقطاب، وقياس الموصلية.

§2. تصنيف الطرق البصرية

تشمل الطرق البصرية قياس الانكسار، وقياس الاستقطاب، وطرق الامتصاص البصرية.

تحليل الانكساريعتمد على قياس معامل الانكسار (الانكسار) للمواد، والذي من خلاله يتم الحكم على طبيعة المادة ونقاوتها ومحتواها في المحاليل.

يحدث انكسار شعاع الضوء عند حدود وسطين إذا كان للوسائط كثافات مختلفة. تسمى نسبة جيب زاوية السقوط (α) إلى جيب زاوية الانكسار (β) بمعامل الانكسار النسبي (n) للمادة الثانية بالنسبة إلى المادة الأولى وهي قيمة ثابتة:

يعتمد معامل انكسار المادة على طبيعتها، وكذلك على الطول الموجي للضوء ودرجة الحرارة.

طريقة الاستقطاببناءً على خاصية بعض المواد في تغيير اتجاه اهتزازات الضوء.

المواد التي لها خاصية تغيير اتجاه الاهتزاز عندما يمر الضوء المستقطب من خلالها تسمى المواد النشطة بصريًا. بالنسبة لشعاع مستقطب يمر عبر طبقة محلول من مادة فعالة بصريا، يتغير اتجاه التذبذب، ويتبين أن مستوى الاستقطاب يدور بزاوية معينة، تسمى زاوية دوران مستوى الاستقطاب، والتي تعتمد على على دوران مستوى الاستقطاب، وتركيز وسمك طبقة المحلول، والطول الموجي للحزمة المستقطبة ودرجة الحرارة.

طرق الامتصاص البصري- وهي طرق تحليل تعتمد على امتصاص المواد التي تم تحليلها للإشعاع الكهرومغناطيسي. إنها طرق الامتصاص البصري التي أصبحت منتشرة على نطاق واسع في مختبرات البحث وإصدار الشهادات. عند امتصاص الضوء، تنتقل ذرات وجزيئات المواد الممتصة إلى حالة مثارة جديدة.

اعتمادًا على نوع المواد الممتصة وطريقة تحويل الطاقة الممتصة، يتم التمييز بين الامتصاص الذري وتحليل الامتصاص الجزيئي وقياس الكلية وتحليل الانارة.

تحليل الامتصاص الذرييعتمد على امتصاص ذرات المواد التي تم تحليلها الطاقة الضوئية.

تحليل الامتصاص الجزيئييعتمد على امتصاص الضوء بواسطة جزيئات المادة التي تم تحليلها والأيونات المعقدة في مناطق الطيف فوق البنفسجية والمرئية والأشعة تحت الحمراء (القياس الطيفي، قياس الألوان الضوئي، التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء).

قياس الألوان الضوئية والقياس الطيفيبناءً على تفاعل الإشعاع مع الأنظمة المتجانسة، يتم دمجها عادةً في مجموعة واحدة من طرق التحليل الضوئية.

قياس الكلىيعتمد على امتصاص وتبديد الطاقة الضوئية بواسطة الجزيئات العالقة من المادة التي تم تحليلها.

تحليل الانارة (الفلوروميترية).يعتمد على قياس الإشعاع الناتج عن إطلاق الطاقة بواسطة جزيئات متحمسة من الحليلة.

التلألؤيسمى توهج الذرات والأيونات والجزيئات وغيرها من جزيئات المادة الأكثر تعقيدًا، والذي ينشأ نتيجة لانتقال الإلكترونات إليها عند العودة من الحالة المثارة إلى الحالة الطبيعية.

§3. القوانين الأساسية للتحليل الضوئي والصيغ.

ويشير التحليل الضوئي إلى طرق الامتصاص، أي. يعتمد على قياس امتصاص الضوء بواسطة مادة ما. ويشمل القياس الطيفي، وقياس الألوان الضوئية، والقياس الضوئي البصري، وهو ما يسمى عادة قياس الألوان.

تمتص كل مادة الإشعاع بأطوال موجية معينة (مميزة لها فقط)، أي. الطول الموجي للإشعاع الممتص فردي لكل مادة، ويستند التحليل النوعي لامتصاص الضوء على ذلك.

أساس التحليل الكمي هو قانون Bouguer-Lambert-Beer:

أ= ه ل ج

أين أ= -لج ( أنا /أنا 0) = -ل.ج ت- الكثافة الضوئية.

أنا 0 و أنا- شدة تدفق الضوء الموجه نحو محلول الامتصاص ويمر عبره؛

مع- تركيز المادة، مول/لتر؛

ل- سمك الطبقة الممتصة للضوء؛

e هو معامل امتصاص الضوء المولي؛

ت- النفاذية.

لتحديد تركيز الحليلة، غالبا ما تستخدم الطرق التالية:

1) معامل امتصاص الضوء المولي؛

2) مخطط المعايرة.

3) المواد المضافة.

4) القياس الضوئي التفاضلي.

5) المعايرة الضوئية.

طريقة معامل الامتصاص المولي. عند العمل بهذه الطريقة، يتم تحديد الكثافة البصرية للعديد من الحلول القياسية أأولاً، لكل حل احسب e = أشارع/( lс st) ويتم حساب متوسط ​​القيمة الناتجة لـ e. ثم يتم قياس الكثافة البصرية للمحلول الذي تم تحليله أ x وحساب التركيز مع x حسب الصيغة

معس = أس/(ه ل).

يتمثل أحد قيود الطريقة في الخضوع الإلزامي للنظام الذي تم تحليله لقانون Bouguer-Lambert-Beer، على الأقل في منطقة التركيزات المدروسة.

طريقة الرسم البياني للمعايرة.تحضير سلسلة من التخفيفات للمحلول القياسي، وقياس امتصاصها، ورسم رسم بياني بالإحداثيات أشارع - معفن. ثم يتم قياس امتصاص المحلول الذي تم تحليله وتحديد تركيزه من الرسم البياني.

طريقة مضافة.تُستخدم هذه الطريقة عند تحليل الحلول ذات التركيب المعقد، لأنها تسمح لك بمراعاة تأثير المكونات "الثالثة" تلقائيًا. جوهرها هو على النحو التالي. أولا تحديد الكثافة البصرية أ x من المحلول الذي تم تحليله والذي يحتوي على مكون الحليلة ذي التركيز غير المعروف مع x، ثم تتم إضافة كمية معروفة من المكون الذي يتم تحديده إلى الحل الذي تم تحليله ( معش) وقياس الكثافة الضوئية مرة أخرى أس+ش.

الكثافة البصرية أ x من الحل الذي تم تحليله يساوي

أس = ه ل ج X،

والكثافة الضوئية للمحلول الذي تم تحليله مع إضافة المعيار

أس + ش = ه ل (جس + معشارع).

نجد تركيز المحلول الذي تم تحليله باستخدام الصيغة:

معس = معشارع أ× / ( أس + ش – أالعاشر).

طريقة القياس الضوئي التفاضلي.إذا تمت مقارنة شدة الضوء التي تمر عبر محلول محلل مجهول التركيز في القياس الضوئي التقليدي مع شدة الضوء الذي يمر عبر مذيب، فإن في القياس الضوئي التفاضلي لا يمر شعاع الضوء الثاني عبر المذيب، ولكن من خلال محلول ملون معروف التركيز - ما يسمى الحل المرجعي.

يمكن للطريقة الضوئية أيضًا تحديد مكونات خليط من مادتين أو أكثر. تعتمد هذه التعريفات على الخاصية المضافة للكثافة الضوئية:

أسم = أ 1 + أ 2 + …+ ن

أين أسم هي الكثافة البصرية للخليط. أ 1 , أ 2 , ن- الكثافات الضوئية لمختلف مكونات الخليط.

تُستخدم طرق التحليل الضوئي لمراقبة مجموعة متنوعة من عمليات الإنتاج. يمكن استخدام هذه الطرق لتحليل المحتويات الكبيرة والصغيرة، ولكن ميزتها القيمة بشكل خاص هي القدرة على تحديد الشوائب (حتى 10 -5 ...10 -6٪). تُستخدم طرق التحليل الطيفي للامتصاص في الصناعات الكيميائية والمعدنية والصيدلانية وغيرها من الصناعات، وكذلك في الطب والإنتاج الزراعي.

§4. العمل المختبري

طرق التحليل الآلي. تصنيف الطرق. طرق التحليل البصري. التحليل الطيفي للامتصاص الجزيئي.

الفيزيائية والكيميائية أو مفيدةتعتمد طرق التحليل على القياس باستخدام الأدوات (الأدوات) المعلمات الفيزيائية للنظام الذي تم تحليله والتي تنشأ أو تتغير أثناء تنفيذ التفاعل التحليلي.

كان السبب في التطور السريع لطرق التحليل الفيزيائية والكيميائية هو أن الطرق الكلاسيكية للتحليل الكيميائي (قياس الجاذبية، وقياس المعايرة) لم تعد قادرة على تلبية المتطلبات العديدة للصناعات الكيميائية والصيدلانية والمعدنية وأشباه الموصلات والنووية وغيرها من الصناعات، الأمر الذي يتطلب زيادة حساسية الأساليب لـ 10 -8 - 10 -9% وانتقائيتها وتعبيرها مما يسمح بالتحكمكذب العمليات التكنولوجية القائمة على بيانات التحليل الكيميائي، وكذلك تنفيذها تلقائيا وعن بعد.

يتيح عدد من طرق التحليل الفيزيائية والكيميائية الحديثة إجراء تحليل نوعي وكمي للمكونات في نفس العينة في وقت واحد. إن دقة تحليل الطرق الفيزيائية والكيميائية الحديثة قابلة للمقارنة بدقة الطرق الكلاسيكية، وفي بعضها، على سبيل المثال، في قياس الكولومتري، تكون أعلى بكثير.

تشمل عيوب بعض الطرق الفيزيائية والكيميائية التكلفة العالية للأدوات المستخدمة والحاجة إلى استخدام المعايير. ولذلك فإن طرق التحليل الكلاسيكية لم تفقد أهميتها بعد ويتم استخدامها حيث لا توجد قيود على سرعة التحليل ويتطلب الأمر دقة عالية مع وجود نسبة عالية من المادة التي تم تحليلهاعنصر.

تصنيف الفيزيائية والكيميائية

طرق التحليل

في أساس تصنيف طرق التحليل الفيزيائية والكيميائية هو طبيعة المعلمة الفيزيائية المقاسة للنظام الذي تم تحليله، والتي تعتمد قيمتها على كمية المادة. ووفقاً لهذا، تنقسم جميع الطرق الفيزيائية والكيميائية إلى ثلاث مجموعات كبيرة:

- الكهروكيميائية.

- البصرية والطيفية.

- الكروماتوغرافي .

طرق التحليل الكهروكيميائية تعتمد على قياس المعلمات الكهربائية: التيار، والجهد، وإمكانات قطب التوازن، والتوصيل الكهربائي، وكمية الكهرباء، والتي تتناسب قيمها مع محتوى المادة في الجسم الذي تم تحليله.

الطرق البصرية والطيفية يعتمد التحليل على قياس المعلمات التي تميز تأثيرات تفاعل الإشعاع الكهرومغناطيسي مع المواد: شدة إشعاع الذرات المثارة، وامتصاص الإشعاع أحادي اللون، ومعامل انكسار الضوء، وزاوية دوران مستوى شعاع مستقطب من ضوء، الخ.

كل هذه المعلمات هي دالة لتركيز المادة في الجسم الذي تم تحليله.

الطرق الكروماتوغرافية - هذه طرق لفصل المخاليط المتجانسة متعددة المكونات إلى مكونات فردية باستخدام طرق الامتصاص في ظل ظروف ديناميكية. في ظل هذه الظروف، يتم توزيع المكونات بين مرحلتين غير قابلتين للامتزاج: متنقلة وثابتة. ويعتمد توزيع المكونات على اختلاف معاملات توزيعها بين الطور المتحرك والثابت، مما يؤدي إلى اختلاف معدلات انتقال هذه المكونات من الطور الثابت إلى الطور المتحرك. بعد الانفصال، يمكن تحديد المحتوى الكمي لكل مكون من خلال طرق التحليل المختلفة: الكلاسيكية أو الآلية.

الامتصاص الجزيئي

التحليل الطيفي

يتضمن التحليل الطيفي للامتصاص الجزيئي أنواعًا من التحليل الطيفي الضوئي واللوني الضوئي.

التحليل الطيفي يعتمد على تحديد طيف الامتصاص أو قياس امتصاص الضوء عند طول موجي محدد بدقة، وهو ما يتوافق مع الحد الأقصى لمنحنى الامتصاص للمادة قيد الدراسة.

التحليل اللوني الضوئي يعتمد على مقارنة شدة اللون للمحاليل الملونة المدروسة والمحاليل الملونة القياسية بتركيز معين.

تمتلك جزيئات المادة طاقة داخلية معينة ه،مكوناتها هي:

طاقة حركة الإلكترون هش النوى الذرية الموجودة في المجال الكهروستاتيكي.

طاقة اهتزاز النوى الذرية بالنسبة لبعضها البعض هعدد ;

- طاقة الدوران الجزيئية هالواقع الافتراضي

ويتم التعبير عنها رياضياً بمجموع كل الطاقات المذكورة أعلاه:

ه = هش + هعدد + هالواقع الافتراضي.

علاوة على ذلك، إذا كان جزيء المادة يمتص الإشعاع، فإن طاقته الأولية ه 0 تزداد بمقدار طاقة الفوتون الممتص، أي:

ه Δ = ه 1 – ه 0 = hν = hC/ lect.

ويترتب على المساواة المذكورة أعلاه أنه كلما كان الطول الموجي أقصر λ , كلما زاد تردد التذبذب، وبالتالي، كلما كان أكبر ه،أي الطاقة المنقولة إلى جزيء المادة عند التفاعل مع الإشعاع الكهرومغناطيسي. ولذلك فإن طبيعة تفاعل الطاقة الإشعاعية مع المادة تعتمد على الطول الموجي للضوء α سوف تكون مختلفة.

تسمى مجموعة جميع الترددات (الأطوال الموجية) للإشعاع الكهرومغناطيسي المجال الكهرومغناطيسي. وينقسم الفاصل الزمني للطول الموجي إلى مناطق:

الأشعة فوق البنفسجية (UV) حوالي 10-380 نانومتر، مرئية 380-750 نانومتر، الأشعة تحت الحمراء (IR) 750-100000 نانومتر.

مناطق الطيف الكهرومغناطيسي

γ-الأشعة السينية فراغ الأشعة فوق البنفسجية القريبة. الأشعة فوق البنفسجية مرئية

______________ │_______│_______________│______│_

φ(نانومتر) …… 10100380750

جار الأشعة تحت الحمراء البعيدة موجات الراديو IR

μ(نانومتر) 1000 10000 100000 ….

إن الطاقة المنقولة إلى جزيء المادة عن طريق الإشعاع من الأشعة فوق البنفسجية والأجزاء المرئية من الطيف كافية لإحداث تغيير في الحالة الإلكترونية للجزيء.

طاقة الأشعة تحت الحمراء أقل، لذلك فهي كافية فقط لإحداث تغيير في طاقة التحولات الاهتزازية والدورانية في جزيء المادة. وبالتالي، في أجزاء مختلفة من الطيف يمكن الحصول على معلومات مختلفة حول حالة المواد وخصائصها وبنيتها.

قوانين امتصاص الإشعاع

تعتمد طرق التحليل الطيفي على قانونين أساسيين. اول واحد هو قانون بوغيه– لامبرت،القانون الثاني - قانون البيرة. مجموع قانون بوغيه- لامبرت– بيرا لديه الصياغة التالية:

إن امتصاص المحلول الملون للضوء أحادي اللون يتناسب طرديا مع تركيز المادة الممتصة للضوء وسمك طبقة المحلول التي تمر من خلالها.

قانون Bouguer-Lambert-Beer هو القانون الأساسي لامتصاص الضوء ويشكل أساس معظم طرق التحليل الضوئي. رياضيا يتم التعبير عنه بالمعادلة:

أنا = 0· 10 - كانساس ل

أو إل جي أنا/ Ι 0 = K · C · ل

مقاس إل جي أنا / 0 مُسَمًّى الكثافة البصرية للمادة الماصة ويتم تحديدها بالحروف دأو أ . ومن ثم يمكن كتابة القانون بهذه الطريقة : د = ك · ج · ل

تسمى نسبة شدة تدفق الإشعاع أحادي اللون الذي يمر عبر كائن الاختبار إلى شدة التدفق الأولي للإشعاع

الشفافية, أو بالمرور , الحل ويشار إليه بالحرف ت:

ت = أنا / 0

ويمكن التعبير عن هذه النسبة كنسبة مئوية. ضخامة تي،يسمى انتقال طبقة بسماكة 1 سم معامل النفاذية. الكثافة البصريةد والعبور تترتبط ببعضها البعض عن طريق العلاقة

د= -إلج ت

أو إذا تمعبرا عنها كنسبة مئوية

د = 2 - 1 جرام.

د و تهي الكميات الرئيسية التي تميز امتصاص محلول مادة معينة بتركيز معين عند طول موجي معين وسمك الطبقة الممتصة.

التبعية د (مع) لديه شخصية واضحة، و تي (ق)أو تي (ل)- متسارع. يتم ملاحظة ذلك بدقة فقط بالنسبة لتدفقات الإشعاع أحادية اللون.

قيمة معامل السدادل يعتمد على طريقة التعبير عن تركيز المادة في المحلول وسمك الطبقة الممتصة. إذا تم التعبير عن التركيز بالشامات لكل لتر، وكان سمك الطبقة بالسنتيمتر، فسيتم استدعاؤه معامل الانقراض المولي , يشار إليه بالرمز ε وتساوي الكثافة الضوئية لمحلول بتركيز 1 مول/لتر موضوع في كفيت بطبقة سمكها 1 سم.

تعتمد قيمة معامل امتصاص الضوء المولي على:

من طبيعة المذاب؛

الأطوال الموجية للضوء أحادي اللون؛

درجات الحرارة؛

طبيعة المذيب.

أسباب عدم الالتزام بقانون Bouguer-Lambert-Beer.

1. تم اشتقاق القانون وهو صالح فقط للضوء أحادي اللون، وبالتالي، فإن عدم كفاية اللون الأحادي يمكن أن يسبب انحرافًا عن القانون، وإلى حد أكبر، كلما كان الضوء أقل أحادية اللون.

2. يمكن أن تحدث عمليات مختلفة في المحاليل التي تغير تركيز المادة الممتصة أو طبيعتها: التحلل المائي، التأين، الترطيب، الارتباط، البلمرة، التعقيد، إلخ.

3. يعتمد امتصاص المحاليل للضوء بشكل كبير على الرقم الهيدروجيني للمحلول. عندما يتغير الرقم الهيدروجيني للمحلول، قد يتغير ما يلي:

درجة تأين المنحل بالكهرباء الضعيفة.

شكل وجود الأيونات، مما يؤدي إلى تغير في امتصاص الضوء؛

تكوين المركبات المعقدة الملونة الناتجة.

ولذلك فإن القانون يسري على المحاليل شديدة التخفيف، ونطاقه محدود.

قياس الألوان المرئية

يمكن قياس شدة اللون للحلول بطرق مختلفة. من بينها، هناك طرق قياس لونية ذاتية (مرئية) وموضوعية، أي قياس الألوان الضوئية.

مرئيهذه هي الطرق التي يتم من خلالها تقييم شدة اللون لمحلول الاختبار بالعين المجردة. في موضوعيفي طرق التحديد اللونية، يتم استخدام الخلايا الكهروضوئية بدلاً من المراقبة المباشرة لقياس شدة اللون لمحلول الاختبار. يتم التحديد في هذه الحالة باستخدام أجهزة خاصة - مقاييس الألوان الضوئية، ولهذا السبب تسمى الطريقة قياس الألوان الضوئية.

الألوان المرئية:

الفاصل الزمني للطول اللون الأساسي

موجات، نانومتر

340-450 أرجواني

450-495 أزرق

495-570 أخضر

570-590 أصفر

590-620 برتقالي

620-750 أحمر

تشمل الأساليب البصرية ما يلي:

طريقة السلسلة القياسية؛

المعايرة اللونية أو طريقة الازدواجية؛

طريقة المعادلة.

طريقة السلسلة القياسية عند إجراء التحليل باستخدام طريقة السلسلة القياسية، تتم مقارنة كثافة اللون للمحلول الملون الذي تم تحليله بألوان سلسلة من المحاليل القياسية المعدة خصيصًا (بنفس سمك الطبقة).

طريقة المعايرة اللونية (الازدواج). يعتمد على مقارنة لون المحلول الذي تم تحليله مع لون محلول آخر - التحكم. يحتوي محلول التحكم على جميع مكونات محلول الاختبار، باستثناء المادة التي يتم تحديدها، وجميع الكواشف المستخدمة في تحضير العينة. تتم إضافة المحلول القياسي للمادة التي يتم تحديدها إليها من السحاحة. عند إضافة الكثير من هذا المحلول بحيث تكون شدة الألوان الخاصة بالتحكم والمحاليل التي تم تحليلها متساوية، يتم اعتبار أن المحلول الذي تم تحليله يحتوي على نفس الكمية من المادة التحليلية التي تم إدخالها في محلول التحكم.

طريقة التعديل يختلف عن طرق قياس الألوان المرئية الموضحة أعلاه، حيث يتم تحقيق تشابه ألوان المحاليل القياسية وحلول الاختبار عن طريق تغيير تركيزها. في طريقة المعادلة يتم تحقيق تشابه الألوان عن طريق تغيير سمك طبقات المحاليل الملونة. لهذا الغرض، عند تحديد تركيز المواد، يتم استخدام مقاييس الألوان للصرف والغمر.

مزايا الطرق البصرية التحليل اللوني:

تقنية التحديد بسيطة، ليست هناك حاجة لمعدات باهظة الثمن ومعقدة؛

لا تستطيع عين المراقب تقييم الشدة فحسب، بل أيضًا ظلال ألوان المحاليل.

عيوب: - من الضروري إعداد حل قياسي أو سلسلة من الحلول القياسية؛

من المستحيل مقارنة شدة لون المحلول بوجود مواد ملونة أخرى؛

عند مقارنة شدة لون عيون الشخص لفترة طويلة، يتعب الشخص ويزداد خطأ التحديد؛

العين البشرية ليست حساسة للتغيرات الصغيرة في الكثافة الضوئية مثل الأجهزة الكهروضوئية، مما يجعل من المستحيل اكتشاف الاختلافات في التركيز حتى حوالي خمسة بالمائة نسبيًا.

طرق قياس الألوان الكهروضوئية

يستخدم قياس الألوان الكهروضوئية لقياس امتصاص الضوء أو نفاذية المحاليل الملونة. وتسمى الأجهزة المستخدمة لهذا الغرض مقاييس الألوان الكهروضوئية (فيك).

تتضمن الطرق الكهروضوئية لقياس كثافة اللون استخدام الخلايا الكهروضوئية. على عكس الأجهزة التي يتم فيها إجراء مقارنات الألوان بصريًا، فإن الجهاز في أجهزة قياس الألوان الكهروضوئية هو جهاز استقبال للطاقة الضوئية – خلية ضوئية . يقوم هذا الجهاز بتحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كهربائية. تسمح الخلايا الضوئية بتحديدات اللونية ليس فقط في المناطق المرئية، ولكن أيضًا في مناطق الأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء من الطيف. يعد قياس تدفقات الضوء باستخدام أجهزة القياس الضوئية الكهروضوئية أكثر دقة ولا يعتمد على خصائص عين الراصد. يتيح استخدام الخلايا الكهروضوئية أتمتة تحديد تركيز المواد في التحكم الكيميائي للعمليات التكنولوجية. ونتيجة لذلك، يتم استخدام قياس الألوان الكهروضوئي على نطاق واسع في ممارسات مختبرات المصانع مقارنة بقياس الألوان المرئي.

في التين. يوضح الشكل 1 الترتيب المعتاد للعقد في أدوات قياس انتقال أو امتصاص المحاليل.

أرز .1 المكونات الرئيسية لأجهزة قياس الامتصاص إشعاع: 1 - مصدر الإشعاع؛ 2 - أحادي اللون 3 - الترعة للحلول؛ 4 - محول؛ 5 - مؤشر الإشارة.

تنقسم أجهزة قياس الألوان الضوئية، اعتمادًا على عدد الخلايا الكهروضوئية المستخدمة في القياسات، إلى مجموعتين: شعاع واحد(ذراع واحدة) - أجهزة تحتوي على خلية ضوئية واحدة و شعاع مزدوج(ذات ذراعين) - بها خليتين ضوئيتين.

دقة القياس التي تم الحصول عليها باستخدام FECs ذات الحزمة الواحدة منخفضة. في المصانع والمختبرات العلمية، يتم استخدام التركيبات الكهروضوئية المجهزة بخليتين ضوئيتين على نطاق واسع. يعتمد تصميم هذه الأجهزة على مبدأ مساواة شدة شعاعين ضوئيين باستخدام الحجاب الحاجز المتغير، أي مبدأ التعويض البصري لتدفقين ضوئيين عن طريق تغيير فتحة بؤبؤ الحجاب الحاجز.

يظهر الرسم التخطيطي للجهاز في الشكل. 2 . ضوء ساطع 1 باستخدام المرايا 2 مقسمة إلى شعاعين متوازيين. تمر أشعة الضوء هذه عبر مرشحات الضوء 3, كوفيت مع الحلول 4 وتسقط على الخلايا الكهروضوئية 6 و 6" ، والتي يتم تضمينها في الجلفانومتر 8 وفقا لمخطط التفاضلية. الحجاب الحاجز الشق 5 يغير شدة تدفق الضوء الساقط على الخلية الكهروضوئية 6 . إسفين محايد ضوئيًا 7 يعمل على إضعاف حادث تدفق الضوء على الخلية الكهروضوئية مقاس 6 بوصات.

الصورة 2.رسم تخطيطي لمقياس الألوان الكهروضوئي ثنائي الشعاع

تحديد التركيز في قياس الألوان الكهروضوئية

لتحديد تركيز التحاليل في قياس الألوان الكهروضوئية، يتم استخدام ما يلي:

طريقة لمقارنة الكثافات الضوئية للمحاليل الملونة القياسية والاختبارية؛

- طريقة لتحديد القيمة المتوسطة لمعامل امتصاص الضوء المولي؛

- طريقة منحنى المعايرة؛

طريقة مضافة.

طريقة لمقارنة الكثافات الضوئية للمحاليل الملونة القياسية والاختبارية. للتحديد، قم بإعداد محلول قياسي للحليلة ذات التركيز المعروف، والذي يقترب من تركيز محلول الاختبار. تحديد الكثافة الضوئية لهذا الحل في

طول موجي محددالطابق د . ثم يتم تحديد الكثافة البصرية لمحلول الاختبارد X بنفس الطول الموجي وبنفس سمك الطبقة. من خلال مقارنة الكثافات البصرية للاختبار والحلول المرجعية، تم العثور على التركيز غير المعروف للحليلة.

تنطبق طريقة المقارنة على التحليلات الفردية وتتطلب الامتثال الإلزامي للقانون الأساسي لامتصاص الضوء.

طريقة الرسم البياني للمعايرة. دلتحديد تركيز المادة باستخدام هذه الطريقة، قم بإعداد سلسلة من 5-8 محاليل قياسية بتركيزات مختلفة. عند اختيار نطاق تركيز المحاليل القياسية، يتم استخدام المبادئ التالية:

Ø وينبغي أن يغطي نطاق القياسات الممكنة لتركيز المحلول قيد الدراسة؛

Ø يجب أن تتوافق الكثافة البصرية لمحلول الاختبار تقريبًا مع منتصف منحنى المعايرة؛

Ø من المرغوب فيه أن يتم ملاحظة القانون الأساسي لامتصاص الضوء في نطاق التركيز هذا، أي أن الرسم البياني للاعتماد خطي؛

Ø يجب أن تكون قيمة الكثافة الضوئية في حدود 0، 14... 1.3.

قياس الكثافة البصرية للحلول القياسية ورسم الاعتمادد (مع).وبعد تعريف د X للمحلول قيد الدراسة حسب منحنى المعايرة الذي وجدوه ج س(تين. 3).

تتيح هذه الطريقة تحديد تركيز المادة حتى في الحالات التي لا يتم فيها مراعاة القانون الأساسي لامتصاص الضوء. في هذه الحالة يتم تحضير عدد كبير من المحاليل القياسية التي تختلف في التركيز بما لا يزيد عن 10%.

أرز. 3. اعتماد الكثافة الضوئية للمحلول على التركيز (منحنى المعايرة)

الطريقة المضافة هو نوع من طريقة المقارنة على أساس المقارنةص وتعرف الكثافة الدقيقة لمحلول الاختبار ونفس المحلول مع إضافة كمية المادة التي يتم تحديدها.

يتم استخدامه للقضاءث التأثير المستمر- الشوائب الأجنبية، تحديد كميات صغيرة من الحليلة في وجود كميات كبيرة من المواد الأجنبية. تتطلب الطريقة الامتثال الإلزامي للقانون الأساسي للضوء- استيعاب.

القياس الطيفي

هذه طريقة تحليل ضوئي يتم من خلالها تحديد محتوى المادة من خلال امتصاصها للضوء أحادي اللون في المناطق المرئية والأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء من الطيف. في القياس الطيفي، على عكس القياس الضوئي، لا يتم توفير اللون الأحادي عن طريق مرشحات الضوء، ولكن عن طريق أجهزة أحادية اللون، والتي تسمح بتغيير الطول الموجي بشكل مستمر. يتم استخدام المنشورات أو حواجز الحيود كأجهزة أحادية اللون، والتي توفر أحادية اللون أعلى بكثير من مرشحات الضوء، وبالتالي فإن دقة التحديدات الطيفية أعلى.

الطرق الطيفية, بالمقارنة مع اللونية الضوئية, تسمح لك بحل مجموعة واسعة من المشاكل:

Ø إجراء التحديد الكمي للمواد في مجموعة واسعة من الأطوال الموجية (185-1100 نانومتر)؛

Ø إجراء التحليل الكمي للأنظمة متعددة المكونات (التحديد المتزامن للعديد من المواد)؛

Ø تحديد ثوابت تكوين وثبات المركبات المعقدة الممتصة للضوء؛

Ø تحديد الخصائص الضوئية للمركبات الممتصة للضوء.

على عكس مقاييس الضوء ذات اللون الأحادي، فإن مقاييس الطيف الضوئي- أجهزة القياس، المنشور أو محزوز الحيود بمثابة- والذي يغير الطول الموجي بشكل مستمر. توجد أدوات للقياسات في مناطق الطيف المرئي والأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء. مبادئ- إن تصميم مقياس الطيف الضوئي مستقل عمليا عن المنطقة الطيفية.

أجهزة قياس الطيف الضوئي، مثل أجهزة قياس الضوء، تأتي في أنواع أحادية الشعاع ومزدوجة الشعاع. في الأجهزة ذات الشعاع المزدوج، ينقسم تدفق الضوء بطريقة ما إما داخل جهاز اللون الأحادي أو عند الخروج منه: ثم يمر تدفق واحد عبر محلول الاختبار، والآخر عبر المذيب.

تعد الأدوات ذات الشعاع الواحد مفيدة بشكل خاص عند إجراء التحديدات الكمية بناءً على قياسات الكثافة الضوئية عند oد لا الطول الموجي. في هذه الحالة، تعد بساطة الجهاز وسهولة التشغيل ميزة كبيرة. تعد السرعة وسهولة القياس الأكبر عند العمل باستخدام أدوات مزدوجة الشعاع مفيدة في التحليل النوعي، عندما يجب قياس الكثافة الضوئية على نطاق كبير من الطول الموجي للحصول على الطيف. وبالإضافة إلى ذلك، أجهزة شعاع مزدوجيا من السهل التكيف مع التسجيل التلقائي للكثافة البصرية المتغيرة باستمرار: في جميع الصور الطيفية الحديثة للتسجيل- متر، ويستخدم نظام ثنائي الشعاع لهذا الغرض.

تعتبر كل من الأدوات ذات الشعاع الواحد والشعاع المزدوج مناسبة للقياسات المرئية والأشعة فوق البنفسجية. تعتمد مقاييس الطيف الضوئي للأشعة تحت الحمراء المنتجة تجاريًا دائمًا على تصميم مزدوج الشعاع، نظرًا لأنها تُستخدم عادةً لمسح وتسجيل منطقة كبيرة من الطيف.

يتم إجراء التحليل الكمي للأنظمة ذات المكون الواحد باستخدام نفس الطرق المستخدمة في قياس الألوان الكهروضوئية:

- من خلال مقارنة الكثافات الضوئية للحلول القياسية والاختبارية؛

- طريقة تحديد القيمة المتوسطة لمعامل امتصاص الضوء المولي؛

- باستخدام طريقة الرسم البياني للمعايرة،

وليس لها سمات مميزة.

القياس الطيفي في التحليل النوعي

التحليل النوعي في الجزء فوق البنفسجي من الطيف. عادةً ما يشتمل أطياف امتصاص الأشعة فوق البنفسجية على نطاقين أو ثلاثة، وأحيانًا خمسة نطاقات امتصاص أو أكثر. لتحديد المادة قيد الدراسة بشكل لا لبس فيه، يتم تسجيل طيف امتصاصها في المذيبات المختلفة ومقارنة البيانات التي تم الحصول عليها مع الأطياف المقابلة للمواد المماثلة ذات التركيب المعروف. إذا تزامن أطياف الامتصاص للمادة قيد الدراسة في مذيبات مختلفة مع طيف المادة المعروفة، فمن الممكن بدرجة عالية من الاحتمال استخلاص نتيجة حول هوية التركيب الكيميائي لهذه المركبات. للتعرف على مادة مجهولة من خلال طيف الامتصاص الخاص بها، من الضروري أن يكون لديك عدد كاف من أطياف الامتصاص للمواد العضوية وغير العضوية. هناك أطالس توضح أطياف الامتصاص للعديد من المواد العضوية بشكل رئيسي. تمت دراسة أطياف الرائحة فوق البنفسجية جيدًا بشكل خاص.- الهيدروكربونات الإيكولوجية.

عند تحديد المركبات غير المعروفة، ينبغي أيضًا الانتباه إلى شدة الامتصاص. تحتوي العديد من المركبات العضوية على نطاقات امتصاص يقع الحد الأقصى لها عند نفس الطول الموجي، ولكن شدتها مختلفة. على سبيل المثال، في طيف الفينول يوجد نطاق امتصاص عند 255 = 255 نانومتر، حيث يكون معامل الامتصاص المولي عند الحد الأقصى للامتصاص هو ε max = 1450. عند نفس الطول الموجي، يحتوي الأسيتون على نطاق ε max = 17 .

التحليل النوعي في الجزء المرئي من الطيف.يمكن أيضًا تحديد مادة ملونة، مثل الصبغة، عن طريق مقارنة طيف الامتصاص المرئي الخاص بها مع طيف الامتصاص الخاص بصبغة مماثلة. تم وصف أطياف الامتصاص لمعظم الأصباغ في أطالس وأدلة خاصة. من طيف الامتصاص للصبغة، يمكن استخلاص استنتاج حول نقاء الصبغة، لأنه يوجد في طيف الشوائب عدد من نطاقات الامتصاص الغائبة في طيف الصبغة. من طيف الامتصاص لخليط من الأصباغ، يمكن أيضًا استخلاص استنتاج حول تكوين الخليط، خاصة إذا كانت أطياف مكونات الخليط تحتوي على نطاقات امتصاص تقع في مناطق مختلفة من الطيف.

التحليل النوعي في منطقة الأشعة تحت الحمراء من الطيف.

يرتبط امتصاص الأشعة تحت الحمراء بزيادة في الطاقات الاهتزازية والدورانية للرابطة التساهمية إذا أدى ذلك إلى تغيير في عزم ثنائي القطب للجزيء . وهذا يعني أن جميع الجزيئات ذات الروابط التساهمية تقريبًا، بدرجة أو بأخرى، قادرة على الامتصاص في منطقة الأشعة تحت الحمراء.

عادة ما تكون أطياف الأشعة تحت الحمراء للمركبات التساهمية متعددة الذرات معقدة للغاية: فهي تتكون من العديد من نطاقات الامتصاص الضيقة وتختلف تمامًا عن أطياف الأشعة فوق البنفسجية التقليدية والأطياف المرئية. تنشأ الاختلافات من طبيعة التفاعل بين الجزيئات الممتصة وبيئتها. يؤثر هذا التفاعل (في المراحل المكثفة) على التحولات الإلكترونية في حامل اللون، وبالتالي تتسع خطوط الامتصاص وتميل إلى الاندماج في نطاقات امتصاص واسعة. على العكس من ذلك، في طيف الأشعة تحت الحمراء، فإن معامل التردد والامتصاص المقابل للرابطة الفردية عادة ما يتغير قليلاً مع التغيرات في البيئة (بما في ذلك التغيرات في الأجزاء المتبقية من الجزيء). تتوسع الخطوط أيضًا، ولكن ليس بما يكفي لدمجها في شريط.

عادة على طول المحور الإحداثي عند إنشاء IR- يتم التعبير عن الأطياف كنسبة مئوية من النفاذية بدلاً من الكثافة الضوئية. مع طريقة البناء هذه، تظهر نطاقات الامتصاص على شكل انخفاضات في المنحنى، وليس كحد أقصى في أطياف الأشعة فوق البنفسجية.

يرتبط تكوين أطياف الأشعة تحت الحمراء بالطاقة الاهتزازية للجزيئات. يمكن توجيه الاهتزازات على طول رابطة التكافؤ بين ذرات الجزيء، وفي هذه الحالة تسمى التكافؤ. هناك اهتزازات تمدد متماثلة، حيث تهتز الذرات في نفس الاتجاهات، واهتزازات تمدد غير متماثلة، حيث تهتز الذرات في اتجاهين متعاكسين. إذا حدثت اهتزازات ذرية مع تغير في الزاوية بين الروابط، فإنها تسمى تشوهًا. هذا التقسيم تعسفي للغاية، لأنه أثناء اهتزازات التمدد، تتشوه الزوايا بدرجة أو بأخرى والعكس صحيح. عادة ما تكون طاقة اهتزازات الانحناء أقل من طاقة اهتزازات التمدد، وتقع نطاقات الامتصاص الناتجة عن اهتزازات الانحناء في منطقة الموجات الأطول.

تتسبب اهتزازات جميع ذرات الجزيء في حدوث نطاقات امتصاص فردية لجزيئات مادة معينة. ولكن من بين هذه الاهتزازات يمكن تمييز اهتزازات مجموعات الذرات التي تقترن بشكل ضعيف باهتزازات ذرات بقية الجزيء. تسمى نطاقات الامتصاص الناتجة عن هذه الاهتزازات خطوط مميزة.يتم ملاحظتها، كقاعدة عامة، في أطياف جميع الجزيئات التي تحتوي على هذه المجموعات من الذرات. مثال على النطاقات المميزة هي النطاقات عند 2960 و2870 سم -1. النطاق الأول ناتج عن اهتزازات التمدد غير المتماثلة لرابطة CH-H في مجموعة ميثيل CH 3، والثاني بسبب اهتزازات التمدد المتماثلة لرابطة CH-H لنفس المجموعة. يتم ملاحظة هذه النطاقات ذات الانحراف الطفيف (±10 سم -1) في أطياف جميع الهيدروكربونات المشبعة، وبشكل عام، في طيف جميع الجزيئات التي تحتوي على مجموعات CH 3.

يمكن للمجموعات الوظيفية الأخرى أن تؤثر على موضع النطاق المميز، ويمكن أن يصل فرق التردد إلى ±100 سم -1، ولكن مثل هذه الحالات قليلة العدد ويمكن أخذها في الاعتبار بناءً على بيانات الأدبيات.

يتم إجراء التحليل النوعي في منطقة الأشعة تحت الحمراء من الطيف بطريقتين.

1. خذ طيفًا من مادة غير معروفة في المنطقة 5000-500 سم -1 (2 - 20 μ) وابحث عن طيف مماثل في كتالوجات أو جداول خاصة. (أو باستخدام قواعد بيانات الكمبيوتر)

2. في طيف المادة قيد الدراسة يتم البحث عن النطاقات المميزة التي يمكن من خلالها الحكم على تركيب المادة.

عند مراقبة التلوث البيئي، يجب أن تسمح الأساليب التحليلية بتحديد كل من الكميات الضئيلة من العناصر (عند مستوى n·10 -3 -n·10 -7%) وعند مستويات عالية من التلوث، ويفضل أن يكون ذلك في وقت واحد، في مجموعة متنوعة من الكائنات مع الخصائص الفيزيائية المختلفة والتركيب الكيميائي.

عند مقارنة أي طريقة تحليل مع الآخرين، فمن الضروري أن تأخذ في الاعتبار عددا من العوامل التي تميز الطريقة بشكل جماعي. وتشمل هذه:

منطقة التطبيق- كائنات التحليل وتسميات المواد (غير العضوية والعضوية)، والتي يمكن تحديدها باستخدام هذه الطريقة؛

نطاق العمل من التركيزات المحددة- النطاق الذي يمكن فيه تحديد المكون دون استخدام خطوات تخفيف أو تركيز إضافية؛

انتقائية القرار- القدرة على تحديد المادة محل الاهتمام بوجود أو تأثير المكونات والعوامل المسببة للتداخل، مثل تأثيرات المصفوفة؛

الخصائص المترولوجية(حساسية التحديد، وحدود الكشف، وإمكانية تكرار نتائج ودقة نتائج القياس التي تم الحصول عليها، وما إلى ذلك)؛

القدرة على التعرف على الأشكال الفيزيائية والكيميائية المختلفة للمواد الخاضعة للرقابة في مصفوفات مختلفة، على سبيل المثال، الأيونات في حالات التكافؤ المختلفة؛

أداء المعدات، مدى ملاءمتها لإجراء قياسات الكتلة؛

المعدات- تعقيد الأجهزة وتكلفتها، وإمكانية تطبيقها في الإنتاج والظروف الميدانية؛

متطلبات تدريب ومؤهلات الموظفين(مساعد مختبر، مهندس، بحاجة إلى تدريب خاص).

لم يتم بعد تطوير الطرق التي تلبي جميع المتطلبات المذكورة أعلاه بشكل متساوٍ، ومع ذلك، يمكن استيفاء الشروط الأساسية عند استخدام طرق التحليل الفيزيائية والكيميائية الحديثة ومجموعاتها.

1. خصائص الطرق الآلية الأكثر شيوعًا للتحليل

التحليل الكهربائي (الكهروكيميائية)طُرق. وهي تعتمد على العمليات الكهروكيميائية في المحاليل. هذه الأساليب معروفة منذ زمن طويل وغالباً ما تستخدم في المراقبة اليومية للأشياء البيئية، ولها مزايا من حيث التكلفة المنخفضة للمعدات والتكاليف اللازمة لتشغيل الأجهزة. مزايا طرق التحليل الكهروكيميائي:

حساسية وانتقائية عالية، والاستجابة السريعة للتغيرات في تكوين الكائن الذي تم تحليله؛

مجموعة كبيرة من العناصر والمواد الكيميائية المحددة؛

نطاقات واسعة من التركيزات المقاسة - من عشرات % إلى n*10 -8%؛

الدقة والتكرار العالي للنتائج (الانحراف المعياري النسبي لنتائج التحليل في معظم EMAs أقل من 0.3)؛

القدرة على تحديد، إلى جانب المحتوى الإجمالي، الأشكال الفيزيائية والكيميائية للعناصر التي يجري تحديدها؛

بساطة تصميم الأجهزة، وتوافر المعدات، وانخفاض تكلفة التحليل؛

إمكانية الاستخدام في المختبرات والإنتاج والظروف الميدانية وسهولة الأتمتة والتحكم عن بعد.

إنها تمثل مجالًا من الكيمياء التحليلية واعدًا جدًا لتحسين تصميم الأجهزة والأتمتة باستخدام المعالجات الدقيقة.

الجدول بالحجم الكامل

اسم الطريقة والخيارات	المكونات المحددة	حد الكشف، ملغم/لتر (ملغم/كغم)	النطاق الخطي
طرق التحليل الكهربائي
قياس الجهد (الاستقطاب)	أيونات المعادن وأشكالها والغازات المرتبطة بها		المواصفات. لكن راجع. مشاعر.
قياس الجهد	الأيونات غير العضوية
قياس الأيونات باستخدام أقطاب كهربائية انتقائية للأيونات	الأيونات غير العضوية
كولومب وقياس الموصلية	غير عضوي المركبات والغازات
طرق التحليل الطيفي
قياس الطيف الجزيئي
القياس الطيفي المرئي	المركبات غير العضوية والعضوية		بسيطة وواسعة تقريبا.
قياس الطيف الضوئي للأشعة فوق البنفسجية	inorg. والمكونات العضوية
قياس طيف الأشعة تحت الحمراء رامان الطيفي	تحديد هوية المنظمة مواد		درجة عالية من التخصص
قياس الطيف الذري
مطياف الامتصاص الذري	العناصر الكيميائية، وخاصة المعادن
قياس طيف الانبعاث الذري	أكثر من 70 عنصرًا كيميائيًا
مطياف التألق الذري	المواد العضوية والمجمعات المعدنية العضوية
الطرق الطيفية الراديوية
الرنين المغنطيسي الإلكتروني (EPR)	المكونات الكبيرة، والجذور الحرة.		محددة للغاية،
الرنين المغناطيسي النووي (NMR)	مركبات عضوية تحتوي على نوى H، C، F، P		غير حساس.
قياس الطيف الكتلي
قياس الطيف الكتلي	آثار العناصر
الطرق الكروماتوغرافية
كروماتوغرافيا الغاز	الغازات والمركبات العضوية المتطايرة	يعتمد على النوع	محددة للغاية.
كروماتوجرافيا الغاز والسائل.	مركبات العضوية	كاشف
سائل فاصل للون عالي الكفائه	المركبات العضوية غير المتطايرة		يتقدم.
طرق الفيزياء النووية
تحليل التنشيط النيوتروني	العناصر الكيميائية، باستثناء الخفيفة منها		تتطلب خاصة
-، - و - قياس الإشعاع	النويدات المشعة
-، - و - قياس الطيف

* - يعتمد بشدة على العنصر الذي يتم تعريفه؛ ** - يعتمد على الكاشف المستخدم

العيوب - تأثير التأثير المتبادل للعناصر، استحالة تحديد العناصر المتعددة، تأثير المواد العضوية.

طرق التحليل الطيفيعلى أساس الاستخدام تفاعل ذرات أو جزيئات المواد التحليلية مع الإشعاع الكهرومغناطيسي لمجموعة واسعة من الطاقات. من حيث تناقص الطاقة، يمكن أن تكون هذه: أشعة جاما، الأشعة السينية، الأشعة فوق البنفسجية والمرئية، الأشعة تحت الحمراء، الموجات الدقيقة وموجات الراديو.

يتجلى تفاعل جزيئات أو ذرات المادة مع أشكال مختلفة من الطاقة في ثلاث ظواهر طيفية وثيقة الصلة - الانبعاث والامتزاز والفلورة، والتي تستخدم بطريقة أو بأخرى في التكنولوجيا التحليلية. يمكن أن تكون الإشارة التحليلية عبارة عن انبعاث أو امتصاص إشعاع بواسطة مادة ما، ولذلك يتم التمييز بين نوعين من التحليل الطيفي: استيعابالتحليل الطيفي (يستخدم أطياف الامتصاص) و انبعاثالتحليل الطيفي (أطياف الانبعاث).

بدأت أساليب التحليل الطيفي في التطور في منتصف القرن التاسع عشر وأصبحت الآن واسعة الانتشار في التحليل النوعي والكمي. يرجع الاستخدام الواسع النطاق لطرق التحليل الطيفي إلى تعدد استخداماتها وانتقائها وحدود الكشف المنخفضة والسرعة والقدرة على أتمتة المراحل الفردية وعملية التحليل بأكملها ككل. تحتوي الأجهزة الطيفية الحديثة على أنظمة إدخال عينات آلية، ومعالجات دقيقة مدمجة تتحكم في عملية التحليل، وتعالج البيانات التجريبية وتوفرها في شكل مناسب للمستهلك.

تشمل مجموعة طرق التحليل الطيفي ما يلي:

التحليل الطيفي للامتصاص الجزيئي في المناطق المرئية والأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء؛

طريقة التحليل باستخدام أطياف رامان.

فحوصات الانارة أو الفلورسنت.

تحليلات الانبعاث الذري والامتصاص الذري والفلورة الذرية؛

طرق التحليل الطيفي الراديوي (التحليل الطيفي EPR، التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي النووي).

قياس الطيف الجزيئي. اعتمادًا على نطاق الطاقة المستخدم، تنقسم طرق التحليل البصري إلى التحليل الطيفي في المناطق المرئية والأشعة فوق البنفسجية من الطيف (نطاق الطول الموجي من 200 إلى 700 نانومتر، 1 نانومتر = 10 -9 م) ومطياف الأشعة تحت الحمراء (من الأطوال الموجية التي يصبح عندها الضوء غير مرئي للعين البشرية ~ 780 نانومتر إلى المنطقة التي يتمتع فيها الإشعاع بالفعل بخصائص موجات الراديو عالية التردد ~ 0.5 مم). لا يزال القياس الضوئي الكلاسيكي والقياس الطيفي مستخدمين على نطاق واسع (التحكم في المعالجات الدقيقة يسمح بعمليات القياس الآلية بالكامل). يعد قياس الطيف بالأشعة تحت الحمراء مفيدًا بشكل خاص لتحديد وتحديد بنية المركبات العضوية. رامان الطيفي.

قياس الطيف الذري. في السنوات العشرين إلى الثلاثين الماضية، زاد دور الامتصاص الذري ومطياف الانبعاث الذري. تتطلب الطرق معدات أكثر تعقيدًا وباهظة الثمن، ولكنها تجعل من الممكن إجراء تحليلات جماعية وتحديد معظم العناصر الكيميائية في مصفوفات لمجموعة واسعة من التركيبات مع حدود كشف منخفضة للغاية (مع محتوى مطلق يصل إلى ~ 10 -14 جم). أصبحت طرق التحليل الآلية هذه شائعة (روتينية) حتى في مختبرات التحكم البيئي الصغيرة، خاصة في مراقبة تلوث الهواء والمياه الطبيعية، عند إعداد عينة أولية بسيطة أو تركيزها (الاستخراج أو تبخر عينات المياه أو التقاط ملوثات الغلاف الجوي على سطح الأرض). مرشح) يساعد على زيادة حساسية القرارات.

الفلورسنت الذريكما يسمح قياس الطيف بتحديد العناصر المختلفة، ولكن يعتمد على إعادة انبعاث الطاقة الضوئية التي تمتصها الذرات الحرة.

قياس الطيف الترددي EPR. تُستخدم طريقة EPR لدراسة الجزيئات والذرات والجذور في الغازات والمحاليل وأنواع مختلفة من المصفوفات. تعد EPR واحدة من أكثر الطرق حساسية لكشف وتحديد الجذور الحرة وتحديد تكوينها الإلكتروني وهندستها. يتم استخدام هذه الطريقة لدراسة المركبات المعقدة، وخاصة المركبات الانتقالية والمعادن الأرضية النادرة.

التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي النووي- طريقة لقياس الطاقة النسبية وحالة السبينات النووية للجزيء في المجال المغناطيسي. هذه الطريقة مناسبة لدراسة الذرات ذات الدوران النووي ويمكن استخدامها للتحليل الكمي والنوعي، خاصة عند تحليل المركبات ذات البنية غير المعروفة. غالبًا ما يستخدم فيما يتعلق بالنوى 1 H و 19 F و 31 P.

قياس الطيف الكتلي. تقوم هذه الطريقة بتحليل المادة عن طريق تحويلها إلى أيونات ومن ثم فصلها في مجال كهربائي أو مغناطيسي.

ترتبط طرق قياس الطيف الجزيئي (الأشعة تحت الحمراء، والأشعة فوق البنفسجية، والرنين المغناطيسي النووي، وEPR، والطيف الكتلي) بشكل أكبر بإنشاء البنية ودراسة آلية العمليات الجارية أكثر من التحديد البسيط للتركيبة.

الكروماتوغرافيطُرق. في الأساس، اللوني هو وسيلة لفصل المخاليط. بعد فصل الخليط إلى مكونات، يتم تحديدها وتحديد كميتها. لهذا الغرض، يتم استخدام أجهزة خاصة تسمى الكاشف وتعتمد على مبادئ مختلفة لقياس كمية المادة أو تركيزها - بدءًا من أبسط العناصر الحرارية أو مقاييس الضوء إلى مقاييس الطيف الكتلي عالية الدقة بالاشتراك مع معالج دقيق. اللوني الآليهي طريقة هجينة: يقوم عمود كروماتوغرافي بفصل مكونات العينة إلى مناطق منفصلة، ​​ويقوم الكاشف عادةً بقياس تركيز المكونات المنفصلة في الطور الحامل بعد مغادرتها العمود.

غالبًا ما تكون الطرق الكروماتوغرافية، وخاصة كروماتوغرافيا الغاز والسائل وعالية الأداء، لا غنى عنها لتحليل الخلائط المعقدة متعددة المكونات، وكذلك لتحديد وتقدير المواد العضوية ذات الهياكل المماثلة. يتم تطوير الطرق التي تجمع بين الفصل الكروماتوغرافي لخليط من التحاليل إلى مكونات وتحديدها لاحقًا باستخدام قياس طيف الكتلة أو الأشعة تحت الحمراء (قياس الطيف اللوني للكتلة GLC-MS، كروماتوجرافيا الغاز والسائل - التحليل الطيفي لتحويل فورييه في منطقة الأشعة تحت الحمراء GLC-IR-FS) بسرعة خاصة.

فيزياء نوويةتحتل الأساليب مكانة خاصة وتستخدم بشكل محدود لأنها تتطلب مختبرات معدة خصيصًا والامتثال للعديد من متطلبات السلامة الإشعاعية وهي مناسبة فقط لتحديد النظائر المشعة للعناصر الكيميائية التي لها خصائص فيزيائية نووية محددة - ظاهرة التحلل الإشعاعي.

لا تعد أي من طرق التحليل المذكورة عالمية من حيث ملاءمتها لتحديد محتوى جميع المكونات ذات الاهتمام في أي كائنات تحكم.

عند اختيار طريقة تحليل معينة، ينبغي النظر في الأسئلة التالية أولا:

خصائص المجموعة وخصائص الخواص الفيزيائية والكيميائية للملوث الخاضع للمراقبة؛

التركيب الكيميائي والخصائص الفيزيائية للأشياء الخاضعة للرقابة؛

النطاق المحتمل للتغيرات في تركيزات الحليلة في كائنات التحكم؛

الخصائص المترولوجية للطريقة: الحساسية (حد الاكتشاف)، والدقة والصحة (الانتقائية، واستنساخ نتائج التحديد، وغياب التداخل مع التحديد من المكونات المصاحبة، وما إلى ذلك)؛

متطلبات طريقة تحضير عينة من المادة قبل القياس.

الوقت المستغرق في قياس واحد؛

المدة الإجمالية للتحليل، مع مراعاة إعداد العينة وقياسها وإصدار النتائج؛

القدرة على أتمتة عملية تحضير العينات وقياسها وتسليم نتائج التحليل.

النقاط الأربع الأخيرة مهمة بشكل خاص عند اختيار الطريقة المناسبة لإجراء التحليلات الجماعية.