Kvantitatīvo noteikšanu pēc svara un tilpuma (titrimetrisko) ķīmiskās analīzes metožu veikšana dažkārt ir saistīta ar lielām grūtībām, no kurām galvenās ir:
Nepieciešamība iepriekš noteikto daļu atdalīt no piemaisījumiem;
Salīdzinoši zema jutība, ierobežojot klasisko metožu izmantošanu nelielu noteiktu elementu daudzumu analīzei;
Liels laika daudzums (īpaši svara metodē), lai veiktu pilnīgu analīzi.
Fizikāli ķīmiskās metodes Tie atšķiras ar paaugstinātu jutību un selektivitāti salīdzinājumā ar klasiskajām metodēm, tāpēc analīzei ar šīm metodēm parasti ir nepieciešams neliels analizējamās vielas daudzums, un noteikta elementa saturs paraugā var būt ārkārtīgi mazs.
Tādējādi fizikāli ķīmiskās analīzes metodes atšķiras izteiksmīgums, selektivitāte, augsta jutība.
Jutības ziņā pirmo vietu ieņem masu spektrālās un radioaktivācijas analīzes metodes. Tiem seko labi izmantotais spektrālais, spektrofotometriskais un polarogrāfisks metodes.
Piemēram, dažu elementu noteikšanas jutīgums ar dažādām metodēm ir šāds: Volumetrisko var noteikt aptuveni 10-1 % ; sver aptuveni 10 -2 % ; spektroskopiskā un fotokolorimetriskā 10 -3 -10 -5 % ; fluorometriskais 10 -6 -10 -7%; kinētiskie 10 -6 -10 -8%; radio hei mikrofons 10 -8 -10 -9%; metodi neitronu aktivizācijas analīze atklāt daudzus piemaisījumus daudzumos, kas mazāki par 10 -8 -10 -9 % .
Precizitātes ziņā daudzas fizikāli ķīmiskās analīzes metodes ir zemākas klasika, un jo īpaši svara metode. Bieži vien, kad ar svara un tilpuma metodēm tiek sasniegta ar svara un tilpuma metodēm noteikto precizitāti ar simtdaļām un desmitdaļām, veicot analīzi ar fizikāli ķīmiskajām metodēm, noteikšanas kļūdas ir 5-10 % , un dažreiz daudz vairāk.
Atkarībā no analīzes metodes noteikšanu precizitāti ietekmē dažādi faktori.
Piemēram, emisiju analīzes precizitāti ietekmē:
analizējamās vielas vidējā parauga ņemšanas metode;
ierosmes avota nestabilitāte (elektriskā loka, dzirksteles, degļa liesma);
fotometriskā mērījuma kļūdas lielums;
fotogrāfiskās emulsijas neviendabīgums (spektrogrāfijas gadījumā) utt.
Papildus salīdzinoši zemajai precizitātei daudzām fizikāli ķīmiskajām metodēm ir arī daži citi trūkumi. Piemēram, emisijas spektroskopija ir ērta tikai, veicot masas analīzi, jo, lai noteiktu konkrētu elementu paraugā, instruments ir jākalibrē pret standarta paraugu, kas aizņem daudz laika. Neviena no fizikāli ķīmiskajām analīzes metodēm nav universāla.
Jāatzīmē, ka, neskatoties uz instrumentālo analīzes metožu progresu, kas ļauj atrisināt ķīmiskās analītiskās problēmas, klasiskās analīzes metodes nav zaudējušas savu nozīmi un ir mūsdienu analītiskās ķīmijas pamatā.
Visas kvantitatīvās analīzes metodes, fizikālās un fizikālās
Zikoķīmiskās analīzes metodes iedala šādās grupās: elektroķīmiskās; spektrālais (optiskais); hromatogrāfija; radiometrisks; masas spektrometriskais.
Elektroķīmiskās analīzes metodes. Elektroķīmiskās analīzes metožu grupā ietilpst šādi analīzes veidi.
Elektriskā gravimetriskā analīze pamatojas uz tādu vielu izolāciju no elektrolītu šķīdumiem, kas nogulsnējas uz elektrodiem, ejot cauri līdzstrāvas šķīdumiem
ka. Metālu vai (oksīdu), kas izdalās elektrolīzes laikā, nosver uz analītiskajiem svariem, un nosakāmās vielas saturu šķīdumā nosaka pēc nogulšņu masas.
Polarogrāfija ir balstīta uz strāvas stipruma izmaiņām, kas mainās atkarībā no sprieguma elektrolīzes procesa laikā, apstākļos, kad vienam no elektrodiem (katodam) ir ļoti maza virsma (polarizējošais elektrods), bet otram (anodam) ir liela virsma ( nepolarizējošs elektrods). Polarizējošais katods ir dzīvsudraba pilieni, kas plūst no plānas cauruma kapilārā caurulē, kā arī platīna (rotācijas), grafīta, sudraba un citi elektrodi. Nepolarizējošajam anodam ir “dots” dzīvsudrabs vai standarta atskaites elektrodi ar lielu virsmas laukumu. Strāvas stiprumu, pie kura tiek panākta pilnīga visu analizējamo jonu izlāde, kas difūzijas rezultātā nonāk tuvu elektrodu telpā, sauc par ierobežojošo difūzijas strāvu. Šīs strāvas stiprums ir proporcionāls analizējamās vielas (jonu) sākotnējai koncentrācijai šķīdumā.
Amperometriskā titrēšana, kas ir polarogrāfiskās analīzes veids, balstās uz izmaiņām vielas šķīduma titrēšanas procesā, ko nosaka maksimālās difūzijas strāvas vērtībā, kas šķērso šķīdumu pie nemainīga sprieguma starp indikatora polarizācijas elektrodu un ne -Polarizējošs atsauces elektrods.
Kulometrija pamatā ir izmaiņas elektroenerģijas daudzumā, kas iztērēts noteikta vielas daudzuma elektrolīzē pie nemainīga potenciāla, kas atbilst dotā elementa izdalīšanās potenciālam. Šī metode ir balstīta uz Faradeja likumu.
Tiek saukta titrēšanas metode, kurā ekvivalences punkts atbilst brīdim, kad elektrolīzes strāva sasniedz “fona” strāvu. kulometriskā titrēšana. Parasti fona strāva ir vienāda ar 0 , jo šķīdums šobrīd nesatur lādētas daļiņas.
Konduktometrija pamatā ir analizējamo šķīdumu elektriskās vadītspējas mērīšana, kas mainās ķīmisko reakciju rezultātā un ir atkarīga no elektrolīta rakstura, tā temperatūras un šķīduma koncentrācijas.
Titrēšanas metodi, kurā ekvivalences punktu nosaka divu taisnu krustpunkts, atspoguļojot testa šķīduma ekvivalentās elektriskās vadītspējas izmaiņas, titrēšanas procesā pievienojot titrantu, sauc. konduktometriskā titrēšana.
Spektrālās (optiskās) analīzes metodes. Spektrālās analīzes metožu grupa ietver šādas metodes.
Emisijas spektrālā analīze– fizikāla metode, kas balstīta uz analizējamās vielas tvaiku emisijas spektru izpēti (emisijas vai pētījuma spektri), kas rodas spēcīgu ierosmes avotu (elektriskā loka, augstsprieguma dzirksteles) ietekmē; šī metode ļauj noteikt vielas elementāro sastāvu; tie. spriest, kādi ķīmiskie elementi ir iekļauti konkrētās vielas sastāvā.
Liesmas fotometrija, kas ir emisijas spektrālās analīzes veids, balstās uz analizējamās vielas elementu emisijas spektru izpēti,
kas rodas mīksto ierosmes avotu ietekmē. Izmantojot šo metodi, analizējamo šķīdumu izsmidzina liesmā. Šī metode ļauj spriest par galvenokārt sārmu un sārmzemju metālu saturu analizētajā paraugā, kā arī dažu citu elementu, piemēram, gallija, indija, tallija, svina, mangāna, vara, fosfora saturu.
Absorbcijas spektroskopija ir balstīta uz vielas absorbcijas spektru izpēti, kas ir tās individuālā īpašība. Atšķirt spektrofotometriskā
metodi, pamatojoties uz absorbcijas spektra noteikšanu vai gaismas absorbcijas mērīšanu (gan ultravioletajā, gan redzamajā un infrasarkanajā spektra zonā) pie stingri noteikta viļņa garuma (monohromatiskais starojums), kas atbilst konkrētās vielas absorbcijas līknes maksimumam. tiek pētīta, kā arī fotokolorimetriskā metode, pamatojoties uz absorbcijas spektra noteikšanu vai gaismas absorbcijas mērīšanu spektra redzamajā daļā.
Turbodimetrija pamatā ir nekrāsotas cietas vielas suspensijas absorbētās gaismas intensitātes mērīšana. Turbodimetrijā gaismas intensitāti, ko absorbē šķīdums vai caur to pārraida, mēra tāpat kā krāsainu šķīdumu fotokolometrijā.
Nefelometrija pamatā ir krāsainas vai nekrāsotas cietas vielas suspensijas atstarotās vai izkliedētās gaismas intensitātes mērīšana (nogulsnes, kas suspendētas noteiktā vidē).
luminiscējoša, vai fluorescējoša, analīzes metodes pamatā ir vielu izstarotās redzamās gaismas intensitātes mērīšana (fluorescence), kad tās tiek apstarotas ar ultravioletajiem stariem.
Optiskās analīzes metodes ietver arī refraktometriskā metode, pamatojoties uz refrakcijas indeksa mērījumiem, un polarimetrisks, pamatojoties uz pētījumiem
atkarībā no polarizācijas plaknes rotācijas.
Hromatogrāfiskās analīzes metodes. Pamatojoties uz atdalīšanas mehānismu, ir vairāki hromatogrāfiskās analīzes metožu veidi.
Adsorbcijas šķidruma hromatogrāfija ir balstīta uz analizētā maisījuma atsevišķu komponentu selektīvu adsorbciju (absorbciju) šķidrā vidē. Tas ir saistīts ar atšķirīgu izšķīdušo komponentu adsorbējamību.
Adsorbcijas gāzu hromatogrāfija ir balstīta uz gāzu un tvaiku adsorbcijas atšķirību izmantošanu. In
Atkarībā no galvenā faktora, kas nosaka atdalīšanu, izšķir šādus gāzu hromatogrāfijas veidus: gāze-šķidrums un gāzes adsorbcija.
Sadalījuma hromatogrāfija ir balstīta uz analizējamā maisījuma atsevišķu komponentu sadalījuma (sorbcijas) atšķirību izmantošanu starp divām nesajaucamām šķidruma fāzēm - mobilajiem un stacionārajiem šķīdinātājiem.
Papīra hromatogrāfija - sadalīšanas hromatogrāfijas veids, kurā stacionāra šķīdinātāja nesējs ir filtrpapīra sloksnes vai loksnes, kas nesatur minerālu piemaisījumus.
Jonu apmaiņas hromatogrāfija ir balstīta uz jonu apmaiņas procesu izmantošanu, kas notiek starp adsorbenta kustīgajiem laukiem un analizējamajā šķīdumā esošajiem elektrolīta laukiem.
Masu spektrometriskās analīzes metodes. Masu spektrometriskās analīzes metodes ir balstītas uz atsevišķu jonizētu atomu, molekulu un radikāļu noteikšanu, atdalot jonu avotus, kas satur daļiņas ar atšķirīgu masas un lādiņa attiecību elektrisko un magnētisko lauku kombinētās darbības rezultātā.
Fizikāli ķīmiskā analīze saskaņā ar N.S. Kurnakovs. Metode, ko piedāvāja N.S. Kuržakovs, ļauj studēt fiziku
sistēmu fizikālās īpašības atkarībā no to ķīmiskā sastāva. Piemēram, analītiskiem nolūkiem var izmantot kušanas temperatūras līknes attiecībā pret svina-alvas sakausējuma sastāvu.
Šo metodi sauc par fizikāli ķīmisko analīzi. Nevajadzētu jaukt jēdzienus “fizikāli ķīmiskā analīzes metode”.
par” ar jēdzienu „fizikāli ķīmiskā analīze”.
Ja testējamās vielas sildīšanas vai dzesēšanas procesā analizējamajā objektā netiek novērotas fāzes pārvērtības, kas saistītas ar izdalīšanos vai absorbciju
siltumu, tad apkures vai dzesēšanas līknes raksturo vienmērīga progresēšana. Ja sistēmā notiek fāzu pārvērtības, tad uz temperatūras izmaiņu līknes, atkarībā no šo pārvērtību rakstura, noteiktā laika periodā tiek novēroti horizontāli griezumi nemainīgā temperatūrā vai krasi līknes līkumi. Šāda atdzišanas līkne ļauj spriest par visiem fāze transformācijas, kas notiek pētāmajā paraugā dzesēšanas procesā.
Citas analīzes metodes.Elektronu paramagnētiskās rezonanses (EPR) metode- ir balstīta uz paramagnētisko daļiņu elektromagnētisko viļņu rezonanses absorbcijas fenomena izmantošanu pastāvīgā magnētiskajā laukā un tiek veiksmīgi izmantota paramagnētisko vielu koncentrācijas mērīšanai, redoksreakciju pētīšanai, ķīmiskās kinētikas un ķīmisko reakciju mehānisma izpētei utt. .
Kodolmagnētiskās rezonanses (KMR) metode pamatā ir pētāmās vielas elektromagnētisko viļņu rezonanses absorbcija pastāvīgā magnētiskajā laukā, ko izraisa kodola magnētisms. Metode KMR izmanto, lai pētītu sarežģītus savienojumus, jonu stāvokli šķīdumā, pētītu ķīmisko kinētiku utt.
Secinājums
Mūsdienu ķīmija aptver lielu cilvēku zināšanu jomu, jo tā ir zinātne, kas pēta vielas un to transformācijas likumus. Ķīmija ir nepārtrauktā attīstībā un dziļi atklāj pamatlikumus, kas ļauj noteikt elektronu uzvedību atomos un molekulās, izstrādāt metodes molekulu un cietvielu struktūru aprēķināšanai, ķīmiskās kinētikas un ķīmiskā līdzsvara teoriju. Vadoties pēc ķīmiskās termodinamikas pamatlikumiem, ķīmija ļauj novērtēt ķīmisko procesu virzienu un to rašanās dziļumu. Svarīga informācija tiek sniegta, pētot vielu kristālisko stāvokli.
Šie jautājumi ļaus skolēniem apgūt ķīmijas jomas, kuras vidusskolā netika apgūtas vai tika apgūtas daļēji.
Šajā ķīmijas kursa daļā iegūtās zināšanas nepieciešamas speciālo sadaļu apguvei (šķīdumu īpašības, redoksreakcijas, elektroķīmiskie procesi, vielu fizikālās un ķīmiskās īpašības)
Rokasgrāmatas pamattēmas var būt noderīgas jebkuras tehnoloģiju jomas speciālistu darbībā. Ķīmijas pamatlikumu izpratne un prasme strādāt ar izglītojošo un specializēto literatūru ļaus speciālistiem rast optimālus risinājumus problēmām, ar kurām viņi saskaras.
Tiek prezentētas arī radio un elektrotehnikas speciālistu praktiskajā darbībā nozīmīgas ķīmijas sadaļas. Apskatīti elektroķīmiskie procesi (galvanisko elementu darbība, elektrolīze), sniegti ķīmisko strāvas avotu piemēri un elektrolīzes tehniskie pielietojumi.
Elektronisko izstrādājumu uzticamība un izturība ir atkarīga no atsevišķu ierīču daļu izturības pret koroziju, tāpēc rokasgrāmatā ir apskatīti korozijas procesu pamatlikumi, sniegta to klasifikācija, parādīti divi to rašanās mehānismi: ķīmiskais un elektroķīmiskais, kā arī sniegtas metodes un aizsardzības metodes pret ķīmisko un elektroķīmisko koroziju.
Pamatojoties uz šajā rokasgrāmatā sniegto informāciju, ir parādītas dažas metālu un pusvadītāju fizikālās un ķīmiskās īpašības (elektriskā vadītspēja, magnētiskās īpašības). Dota vielu ķīmiskās identifikācijas koncepcija, kas balstīta uz kvalitatīvām un kvantitatīvajām analīzes metodēm.
Zināšanas nepieciešamas, apgūstot turpmākos kursus, piemēram, materiālzinātnes, materiālu stiprības, dažādu tehnoloģisko procesu teorētiskos pamatus elektronikā, elektrotehnikā, mikroelektronikā, radiotehnikā, enerģētikā un citās speciālistu sagatavošanas jomās.
Zinātniskais un tehnoloģiskais progress nav iespējams bez ķīmijas attīstības, kas rada jaunas vielas ar jaunām īpašībām, kuras var izmantot dažādās nozarēs.
Instrumentālās (fizikālās un fizikāli ķīmiskās) analīzes metodes ir balstītas uz sakarības izmantošanu starp izmērītajām vielu fizikālajām īpašībām un to kvalitatīvo un kvantitatīvo sastāvu. Tā kā vielu fizikālās īpašības tiek mērītas, izmantojot dažādas ierīces - “instrumentus”, šīs analīzes metodes sauc arī par instrumentālajām metodēm.
Kopējais fizikāli ķīmisko analīzes metožu skaits ir diezgan liels - tas sasniedz vairākus desmitus. Starp tiem vislielākā praktiskā nozīme ir:
optiskās metodes, pamatojoties uz vielu optisko īpašību mērīšanu;
elektroķīmiskās metodes, pamatojoties uz sistēmas elektroķīmisko īpašību mērīšanu;
hromatogrāfijas metodes, pamatojoties uz dažādu vielu selektīvās sorbcijas spējas izmantošanu.
No šīm grupām visplašākā metožu skaita ziņā un vissvarīgākā no praktiskā nozīmes ir grupa optiskās analīzes metodes .
Emisijas spektrālā analīze. Metodes pamatā ir vielas (atomu vai jonu) izstarotās gaismas intensitātes mērīšana, kad tā tiek enerģētiski ierosināta, piemēram, elektriskās izlādes plazmā. Metode ļauj īsā laikā noteikt vielas mikro- un ultramikrodaudzumus un analizēt vairākus elementus.
Liesmas fotometrija ir emisiju analīzes veids. Tas ir balstīts uz gāzes liesmas izmantošanu kā starojuma ierosmes enerģijas avotu. Šo metodi galvenokārt izmanto sārmu un sārmzemju metālu analīzei.
Absorbcijas spektrālā analīze ir balstīta uz analizējamo vielu staru absorbcijas spektru izpēti. Kad gaisma vai tās sastāvdaļas iziet cauri šķīdumam, tā tiek absorbēta vai atstarota. Vielas raksturs un koncentrācija tiek vērtēta pēc staru absorbcijas vai atstarošanas daudzuma.
Atomu absorbcijas analīze. Metodes pamatā ir monohromatiskā starojuma absorbcijas mērīšana no analizējamās vielas atomiem gāzes fāzē pēc vielas izsmidzināšanas.
Nefelometriskā analīze. Pamatojoties uz gaismas atstarošanos no šķīdumā suspendētajām cietajām daļiņām. Analīze tiek veikta, izmantojot nefelometra ierīces.
Luminiscences analīze ir optiskās analīzes metožu kopums, kas balstīts uz luminiscenci (vielas mirdzumu, kas rodas, ja to ierosina dažādi enerģijas avoti). Pēc ierosmes metodes (avota) tie izšķir: Rentgena luminiscence - vielas mirdzums rentgena staru ietekmē; X Emiluminescence - vielas mirdzums ķīmiskās reakcijas enerģijas dēļ.
Analītiskajā praksē no visiem luminiscences veidiem visizplatītākā ir fluorescence, kas rodas starojuma ietekmē UV un redzamajos spektra apgabalos. Rentgenstaru fluorescences metodes lielā priekšrocība ir iespēja analizēt paraugu, to nesabojājot, kas ir īpaši vērtīgi, analizējot unikālus produktus.
Elektroķīmiskās analīzes metodes ir balstīti uz elektrodu virsmas vai elektrodu tuvumā notiekošo procesu izpēti un izmantošanu. Analītiskais signāls var būt jebkurš elektrisks parametrs (potenciāls, strāva, pretestība utt.), kas ar funkcionālu atkarību ir saistīts ar analizējamā šķīduma koncentrāciju un ir izmērāms.
Ir tiešas un netiešas elektroķīmiskās metodes.
IN tiešās metodes Tiek izmantota strāvas stipruma (potenciāla utt.) atkarība no nosakāmās sastāvdaļas koncentrācijas. IN netiešās metodes Tiek mērīts strāvas stiprums (potenciāls utt.), lai atrastu komponentu, kas tiek noteikts ar piemērotu titrantu, t.i., tiek izmantota izmērītā parametra atkarība no titranta tilpuma.
Visizplatītākās elektroķīmiskās analīzes metodes ietver potenciometrisko, voltamperometrisko un konduktometrisko.
Potenciometriskā metode ir balstīta uz elektrodu potenciālu mērīšanu, kas ir atkarīgi no jonu aktivitātes, un atšķaidītos šķīdumos - no jonu koncentrācijas.
Mērījumiem galvanisko elementu veido divi elektrodi: atskaites elektrods (kura elektroda potenciāls ir zināms) un indikatorelektrods, uz kura notiek galvenais process - jonu apmaiņa un rodas elektroda potenciāls, ko mēra ar salīdzinājumu. . Pēc tam, izmantojot Nernsta vienādojumu, tiek atrasts nosakāmā komponenta daudzums.
Potenciometriskā titrēšana pamatojoties uz ekvivalences punkta noteikšanu, pamatojoties uz potenciometrisko mērījumu rezultātiem. Ekvivalences punkta tuvumā notiek strauja indikatora elektroda potenciāla maiņa (lēciens).
Potenciometriskai titrēšanai ķēde tiek samontēta no indikatora elektroda analizētajā šķīdumā un atsauces elektroda. Kā atsauces elektrodi visbiežāk izmanto kalomelu vai sudraba hlorīdu.
Volametriskā analīzes metode pamatojoties uz polarizācijas pētījumu vai strāvas-sprieguma līknes(strāvas un sprieguma līknes), kuras iegūst, ja analizējamās vielas šķīduma elektrolīzes laikā spriegumu pakāpeniski palielina un strāvu fiksē. Elektrolīze jāveic, izmantojot viegli polarizētu elektrodu ar nelielu virsmas laukumu, uz kura notiek vielas elektroredukcija vai elektrooksidācija.
Amperometriskā titrēšana(potenciometriskā polarizācijas titrēšana) ir voltammetriskās metodes veids (kopā ar polarogrāfiju). Tā pamatā ir strāvas mērīšana starp elektroķīmiskās šūnas elektrodiem, kuriem tiek pielikts noteikts spriegums, kas atbilst ierobežojošās strāvas vērtībai. Pamatojoties uz šiem datiem, koordinātēs “strāvas stiprums – titrēšanas tilpums” tiek konstruēta amperometriskā titrēšanas līkne un grafiski tiek atrasts ekvivalences punkts. Rotējošie platīna, grafīta un citi cietie elektrodi parasti tiek izmantoti kā indikatorelektrodi amperometriskajā titrācijā.
Problēmu risināšanas piemēri
1. piemērs. Ja sudraba katjonus Ag + atklāj, reaģējot ar Cl – hlorīda joniem ūdens šķīdumā, veidojot baltas sudraba hlorīda AgCl nogulsnes
Ag + + Cl – ® AgCl↓
sudraba katjonu noteikšanas robeža ir 0,1 μg, maksimālais atšķaidījums V lim = 1∙ 10 4 ml/g. Nosakiet ierobežojošo koncentrāciju AR lim un minimālais apjoms V min īpaši atšķaidītu šķīdumu.
Risinājums. Atradīsim ierobežojošo koncentrāciju AR min:
C min = = = 1∙ 10 –4 g/ml.
Aprēķināsim ārkārtīgi atšķaidīta šķīduma minimālo tilpumu:
V min = = = 0,001 ml.
Tādējādi ārkārtīgi atšķaidīta šķīduma maksimālā koncentrācija AR min = 1 ∙ 10 -4 g/ml un minimālais tilpums V min = 0,001 ml.
2. piemērs. Sudraba katjonus Ag + var atvērt, reaģējot ar hromāta joniem CrO, veidojot sarkanas sudraba hromāta nogulsnes Ag 2 CrO 4
2 Ag + + CrO → Ag 2 CrO 4
plkst V min = 0,02 ml sudraba nitrāta AgNO 3 ūdens šķīdumā ar molāro koncentrāciju AR(AgNO 3) = 0,0004 mol/l. Nosakiet noteikšanas robežu g un ierobežojiet atšķaidījumu V lim Ag + katjonam.
Risinājums. Vispirms noskaidrosim sudraba katjonu ierobežojošo koncentrāciju, ņemot vērā, ka uzdevuma formulējums dod sudraba nitrāta koncentrāciju, kas izteikta mol/l:
C min = = 
= 4∙ 10–5 g/ml,
Kur M(Ag +) – sudraba atommasa.
g = C min V min ∙ 10 6 = 4 ∙ 10 -5 ∙ 0,02 ∙ 10 6 = 0,8 μg,
V lim = = = 2,5 ∙ 10 –4 ml/g.
Tādējādi noteikšanas robeža katjonam Ag + g = 0,8 μg un ierobežojošais atšķaidījums V lim =2,5 ∙ 10 –4 ml/g.
3. piemērs
Atdaliet katjonus Al +3 un Mg +2, izmantojot grupas reaģentu.
Risinājums. Al +3 pieder IV grupas katjoniem, un Mg +2 pieder V grupas katjoniem. Grupas reaģents IV un V grupas katjoniem ir nātrija hidroksīds. Atbilstošo hidroksīdu nogulsnēšanās tiek novērota kā analītisks signāls:
Al +3 + 3OH – ⇄ Al(OH) 3 ↓;
Mg +2 + 2OH – ⇄ Mg(OH) 2 ↓.
Tomēr, pievienojot reaģenta pārpalikumu, Al(OH) 3 izšķīst, veidojot kompleksu savienojumu, bet Mg(OH) 2 ne:
Al(OH)3 + NaOH ⇄ Na;
Mg(OH)2 + NaOH ¹.
Tādējādi atdalīšanas laikā Al +3 katjons atradīsies filtrātā, bet Mg +2 katjons būs nogulsnēs.
4. piemērs
Kāds tilpums AgNO 3 šķīduma ar masas daļu 2% būs nepieciešams, lai no CaCl 2 ∙ 6 H 2 O parauga, kas sver 0,4382 g, izgulsnētu hlorīdu?
Risinājums. Mēs aprēķinām AgNO 3 masu, pamatojoties uz ekvivalentu likumu.
Instrumentālās analīzes metodes- kvantitatīvās analītiskās metodes, kurām nepieciešamas elektroķīmiskās, optiskās, radioķīmiskās un citas iekārtas. Instrumentālās analīzes metodes parasti ietver:
¾ elektroķīmiskās metodes - potenciometrija, polarogrāfija, konduktometrija utt.;
¾ metodes, kuru pamatā ir starojuma emisija vai absorbcija - emisijas spektrālā analīze, fotometriskās metodes, rentgenstaru spektrālā analīze utt.;
¾ masas spektrālā analīze;
¾ metodes, kuru pamatā ir radioaktivitātes mērīšana.
Visas instrumentālās (fizikālās un fizikāli ķīmiskās) metodes ir balstītas uz fizikālo lielumu mērīšanu, kas raksturo analīzes objektu (paraugu).
Analīzes laikā izmērīto fizisko lielumu, kas funkcionāli saistīts tikai ar noteiktā komponenta X saturu pētāmajā objektā, sauc par analītisko signālu.
Katrai metodei ir savs analītiskais signāls. 1. tabulā ir parādīti signālu un atbilstošo metožu piemēri, kas pieder pie divām svarīgām grupām - optiskais Un elektroķīmiski analīzes metodes.
1. tabula
Instrumentālās analīzes metožu piemēri
Tiek saukta analītiskā signāla atkarība no X satura kalibrēšanas funkcija. Tas ir uzrakstīts kā formas vienādojums I = f(C).Šajā vienādojumā simbols AR apzīmē X saturu, kas izteikts vielas daudzuma vienībās (mol), masas vienībās (kg, g) vai koncentrācijā (mol/l utt.); šie daudzumi ir tieši proporcionāli viens otram. Signāla lielumu parasti apzīmē ar simbolu es, lai gan dažas metodes izmanto īpašus apzīmējumus (1. tabula). Katrā metodē kalibrēšanas funkcijas ir viena veida, bet precīza kalibrēšanas funkcijas forma konkrētai tehnikai ir atkarīga no X rakstura un signāla mērīšanas apstākļiem.
Daudzās metodēs signāla atkarību no koncentrācijas apraksta ar nelineārām funkcijām, piemēram, luminiscences analīzē - eksponenciāls ( I = kCn), potenciometrijā - logaritmisks ( I = I 0 + k logC), utt. Tomēr visas kalibrēšanas funkcijas ir līdzīgas, jo tās palielinās AR lielums es nepārtraukti mainās, un katra vērtība AR atbilst vienai vērtībai es.
1. attēls
Dažu instrumentālo metožu tipiskās kalibrēšanas līknes
|
| es |
|
|
|
|
Vispiemērotākās elektroķīmiskās analīzes metodes ir potenciometriskā, polarogrāfiskā un konduktometriskā.
§2. Optisko metožu klasifikācija
Optiskās metodes ietver refraktometriju, polarimetriju, absorbcijas optiskās metodes.
Refraktometriskā analīze ir balstīta uz vielu laušanas koeficienta (refrakcijas) mērīšanu, pēc kuras jāvērtē vielas raksturs, tīrība un saturs šķīdumos.
Gaismas stara laušana notiek pie divu mediju robežas, ja medijiem ir atšķirīgs blīvums. Krituma leņķa (α) sinusa attiecību pret laušanas leņķa (β) sinusu sauc par otrās vielas relatīvo refrakcijas koeficientu (n) attiecībā pret pirmo, un tā ir nemainīga vērtība:
Vielas refrakcijas indekss ir atkarīgs no tās rakstura, kā arī no gaismas viļņa garuma un temperatūras.
Polarimetriskā metode pamatojoties uz dažu vielu īpašību mainīt gaismas vibrāciju virzienu.
Vielas, kurām ir īpašība mainīt vibrācijas virzienu, kad caur tām iet polarizēta gaisma, sauc par optiski aktīvām. Polarizētam staram, kas iziets cauri optiski aktīvās vielas šķīduma slānim, mainās svārstību virziens, un polarizācijas plakne izrādās pagriezta ar noteiktu leņķi, ko sauc par polarizācijas plaknes griešanās leņķi, kas ir atkarīgs par polarizācijas plaknes rotāciju, šķīduma slāņa koncentrāciju un biezumu, polarizētā stara viļņa garumu un temperatūru.
Optiskās absorbcijas metodes- Tās ir analīzes metodes, kuru pamatā ir analizējamo vielu elektromagnētiskā starojuma absorbcija. Tieši optiskās absorbcijas metodes ir kļuvušas plaši izplatītas pētniecības un sertifikācijas laboratorijās. Kad gaisma tiek absorbēta, absorbējošo vielu atomi un molekulas pāriet jaunā ierosinātā stāvoklī.
Atkarībā no absorbējošo vielu veida un absorbētās enerģijas pārveidošanas metodes tiek izdalīta atomu absorbcija, molekulārās absorbcijas analīze, nefelometrija un luminiscences analīze.
Atomu absorbcijas analīze pamatā ir gaismas enerģijas absorbcija analizējamo vielu atomos.
Molekulārās absorbcijas analīze balstās uz analizējamās vielas molekulu un komplekso jonu gaismas absorbciju spektra ultravioletajos, redzamajos un infrasarkanajos apgabalos (spektrofotometrija, fotokolorimetrija, IR spektroskopija).
Fotokolorimetrija un spektrofotometrija pamatojoties uz starojuma mijiedarbību ar viendabīgām sistēmām, tās parasti apvieno vienā fotometrisko analīzes metožu grupā.
Nefelometrija pamatojas uz gaismas enerģijas absorbciju un izkliedi analizējamās vielas suspendētajās daļiņās.
Luminiscences (fluorometriskā) analīze Pamatojas uz starojuma mērījumu, kas rodas, izdalot enerģiju no analizējamās vielas ierosinātajām molekulām.
Luminiscence sauc par atomu, jonu, molekulu un citu sarežģītāku vielas daļiņu mirdzumu, kas rodas elektronu pārejas rezultātā tajās, atgriežoties no ierosinātā stāvoklī normālā stāvoklī.
§3. Fotometriskās analīzes pamatlikumi un formulas.
Fotometriskā analīze attiecas uz absorbcijas metodēm, t.i. pamatojas uz vielas gaismas absorbcijas mērīšanu. Tas ietver spektrofotometriju, fotokolorimetriju un vizuālo fotometriju, ko parasti sauc par kolorimetriju.
Katra viela absorbē starojumu ar noteiktiem (tikai tai raksturīgiem) viļņu garumiem, t.i. Absorbētā starojuma viļņa garums katrai vielai ir individuāls, un uz to balstās gaismas absorbcijas kvalitatīvā analīze.
Kvantitatīvās analīzes pamatā ir Bouguer-Lambert-Beer likums:
A= e l c
Kur A= –lg ( es /es 0) = –lg T- optiskais blīvums;
es 0 un es– gaismas plūsmas intensitāte, kas vērsta uz absorbējošo šķīdumu un izvadīta caur to;
Ar– vielas koncentrācija, mol/l;
l– gaismu absorbējošā slāņa biezums;
e ir molārais gaismas absorbcijas koeficients;
T- caurlaidība.
Lai noteiktu analizējamās vielas koncentrāciju, visbiežāk izmanto šādas metodes:
1) molārās gaismas absorbcijas koeficients;
2) kalibrēšanas diagramma;
3) piedevas;
4) diferenciālā fotometrija;
5) fotometriskā titrēšana.
Molārās absorbcijas koeficienta metode. Strādājot ar šo metodi, tiek noteikts vairāku standartšķīdumu optiskais blīvums A st, katram risinājumam aprēķina e = A st/( lс st) un iegūto e vērtību aprēķina vidējo. Pēc tam tiek mērīts analizējamā šķīduma optiskais blīvums A x un aprēķina koncentrāciju Ar x pēc formulas
Ar x = A x/(e l).
Metodes ierobežojums ir analizējamās sistēmas obligāta pakārtošana Bouguer-Lambert-Beer likumam, vismaz pētīto koncentrāciju reģionā.
Kalibrēšanas grafika metode. Sagatavojiet virkni standartšķīduma atšķaidījumu, izmēriet to absorbciju un uzzīmējiet grafiku koordinātās A st – AR Art. Pēc tam mēra analizētā šķīduma absorbciju un no grafika nosaka tā koncentrāciju.
Piedevu metode.Šo metodi izmanto, analizējot sarežģīta sastāva risinājumus, jo tā ļauj automātiski ņemt vērā “trešo” komponentu ietekmi. Tās būtība ir šāda. Vispirms nosakiet optisko blīvumu A x no analizētā šķīduma, kas satur nezināmas koncentrācijas analizējamo komponentu Ar x, un pēc tam analizētajam šķīdumam pievieno zināmu daudzumu nosakāmā komponenta ( Ar st) un vēlreiz izmēra optisko blīvumu A x+st.
Optiskais blīvums A analizētā šķīduma x ir vienāds ar
A x = e l c X,
un analizētā šķīduma optiskais blīvums, pievienojot standartu
A x+st = e l (c x + Ar st).
Mēs atrodam analizētā šķīduma koncentrāciju, izmantojot formulu:
Ar x = Ar st A X / ( A x+st – A X).
Diferenciālās fotometrijas metode. Ja parastajā fotometrijā gaismas intensitāti, kas iziet cauri analizējamam nezināmas koncentrācijas šķīdumam, salīdzina ar gaismas intensitāti, kas iziet cauri šķīdinātājam, tad diferenciālajā fotometrijā otrais gaismas stars iziet nevis caur šķīdinātāju, bet caur krāsainu zināmas koncentrācijas šķīdumu. koncentrācija - tā sauktais standartšķīdums.
Ar fotometrisko metodi var noteikt arī divu vai vairāku vielu maisījuma sastāvdaļas. Šīs definīcijas ir balstītas uz optiskā blīvuma aditivitātes īpašību:
A cm = A 1 + A 2 + …+ A n
Kur A cm ir maisījuma optiskais blīvums; A 1 , A 2 , A n– dažādu maisījuma sastāvdaļu optiskie blīvumi.
Fotometriskās analīzes metodes tiek izmantotas dažādu ražošanas procesu uzraudzībai. Šīs metodes var izmantot, lai analizētu lielu un mazu saturu, bet īpaši vērtīga to īpašība ir spēja noteikt piemaisījumus (līdz 10 -5 ...10 -6%). Absorbcijas spektroskopijas metodes tiek izmantotas ķīmijas, metalurģijas, farmācijas un citās nozarēs, kā arī medicīnā un lauksaimnieciskajā ražošanā.
§4. Laboratorijas darbi
INSTRUMENTĀLĀS ANALĪZES METODES. METOŽU KLASIFIKĀCIJA. OPTISKĀS ANALĪZES METODES. MOLEKULĀRĀS ABSORBCIJAS SPEKTROSKOPIJA.
Fizikāli ķīmiskais vai instrumentāls analīzes metodes ir balstītas uz analizējamās sistēmas fizikālo parametru mērīšanu, izmantojot instrumentus (instrumentus), kas rodas vai mainās analītiskās reakcijas izpildes laikā.
Fizikāli ķīmisko analīzes metožu straujo attīstību izraisīja fakts, ka klasiskās ķīmiskās analīzes metodes (gravimetrija, titrimetrija) vairs nespēja apmierināt ķīmiskās, farmācijas, metalurģijas, pusvadītāju, kodolenerģijas un citu nozaru daudzās prasības, kuru dēļ bija jāpalielina metožu jutība līdz 10 -8 - 10 -9%, to selektivitāte un izteiksmīgums, kas ļautu kontrolēt meli tehnoloģiskos procesus, pamatojoties uz ķīmiskās analīzes datiem, kā arī veikt tos automātiski un attālināti.
Vairākas mūsdienu fizikāli ķīmiskās analīzes metodes ļauj vienlaikus veikt gan kvalitatīvu, gan kvantitatīvu komponentu analīzi vienā paraugā. Mūsdienu fizikāli ķīmisko metožu analīzes precizitāte ir salīdzināma ar klasisko metožu precizitāti, un dažās, piemēram, kulometrijā, tā ir ievērojami augstāka.
Dažu fizikāli ķīmisko metožu trūkumi ietver izmantoto instrumentu augstās izmaksas un nepieciešamību izmantot standartus. Tāpēc klasiskās analīzes metodes joprojām nav zaudējušas savu nozīmi un tiek izmantotas, ja nav ierobežojumu analīzes ātrumam un ir nepieciešama augsta precizitāte ar lielu analizējamās vielas saturu. komponents.
FIZIKĀLĀS UN ĶĪMISKĀS KLASIFIKĀCIJA
ANALĪZES METODES
IN Analīzes fizikāli ķīmisko metožu klasifikācijas pamatā ir analizējamās sistēmas izmērītā fizikālā parametra raksturs, kura vērtība ir atkarīga no vielas daudzuma. Saskaņā ar to visas fizikāli ķīmiskās metodes ir sadalītas trīs lielās grupās:
- elektroķīmiskais;
- optiskais un spektrālais;
- hromatogrāfija .
Elektroķīmiskās analīzes metodes balstās uz elektrisko parametru mērīšanu: strāva, spriegums, līdzsvara elektrodu potenciāli, elektrovadītspēja, elektroenerģijas daudzums, kuru vērtības ir proporcionālas vielas saturam analizējamā objektā.
Optiskās un spektrālās metodes analīzes pamatā ir parametru mērījumi, kas raksturo elektromagnētiskā starojuma mijiedarbības ar vielām ietekmi: ierosināto atomu starojuma intensitāte, monohromatiskā starojuma absorbcija, gaismas laušanas koeficients, polarizētā staru kūļa plaknes griešanās leņķis. gaisma utt.
Visi šie parametri ir funkcija no vielas koncentrācijas analizējamajā objektā.
Hromatogrāfijas metodes - tās ir metodes viendabīgu daudzkomponentu maisījumu sadalīšanai atsevišķos komponentos, izmantojot sorbcijas metodes dinamiskos apstākļos. Šādos apstākļos komponenti tiek sadalīti starp divām nesajaucamām fāzēm: mobilajām un stacionārajām. Komponentu sadalījums ir balstīts uz to sadalījuma koeficientu atšķirību starp mobilo un stacionāro fāzi, kas izraisa dažādus šo komponentu pārneses ātrumus no stacionārās uz mobilo fāzi. Pēc atdalīšanas katra komponenta kvantitatīvo saturu var noteikt ar dažādām analīzes metodēm: klasisko vai instrumentālo.
MOLEKULĀRĀ ABSOBRCIJA
SPEKTRĀLĀ ANALĪZE
Molekulārās absorbcijas spektrālā analīze ietver spektrofotometriskos un fotokolorimetriskos analīzes veidus.
Spektrofotometriskā analīze ir balstīta uz absorbcijas spektra noteikšanu vai gaismas absorbcijas mērīšanu pie stingri noteikta viļņa garuma, kas atbilst pētāmās vielas absorbcijas līknes maksimumam.
Fotokolorimetriskā analīze pamatā ir noteiktas koncentrācijas pētīto krāsaino un standarta krāsaino šķīdumu krāsas intensitātes salīdzinājums.
Vielas molekulām ir noteikta iekšējā enerģija E, kuras sastāvdaļas ir:
Elektronu kustības enerģija E el atomu kodoli, kas atrodas elektrostatiskajā laukā;
Atomu kodolu vibrācijas enerģija attiecībā pret otru E skaitīt ;
- molekulārās rotācijas enerģija E vr
Un tas ir matemātiski izteikts kā visu iepriekš minēto enerģiju summa:
E = E el + E skaitīt + E vr.
Turklāt, ja vielas molekula absorbē starojumu, tad tās sākotnējā enerģija E 0 palielinās par absorbētā fotona enerģijas daudzumu, tas ir:
E Δ = E 1 – E 0 = hν = hC/λ.
No iepriekš minētās vienādības izriet, ka jo īsāks ir viļņa garums λ , jo augstāka ir svārstību frekvence un līdz ar to lielāka E, tas ir, enerģija, kas tiek nodota vielas molekulai, mijiedarbojoties ar elektromagnētisko starojumu. Tāpēc starojuma enerģijas mijiedarbības raksturs ar vielu ir atkarīgs no gaismas viļņa garuma λ būs savādāk.
Tiek saukta elektromagnētiskā starojuma visu frekvenču (viļņu garumu) kopa elektromagnētiskais spektrs. Viļņa garuma intervāls ir sadalīts zonās:
ultravioletais (UV) aptuveni 10-380 nm, redzamais 380-750 nm, infrasarkanais (IR) 750-100000 nm.
Elektromagnētiskā spektra reģioni
γ-starojuma rentgena vakuuma UV tuvu. UV redzams
______________ │_______│_______________│______│_
λ(nm) …… 10 100 380 750
kaimiņš IS attālie IR radio viļņi
λ(nm) 1000 10000 100000 ….
Enerģija, ko vielas molekulai piešķir UV starojums un redzamās spektra daļas, ir pietiekama, lai izraisītu izmaiņas molekulas elektroniskajā stāvoklī.
IR staru enerģija ir mazāka, tāpēc pietiek tikai, lai vielas molekulā izraisītu vibrāciju un rotācijas pāreju enerģijas izmaiņas. Tādējādi dažādās spektra daļās var iegūt dažādu informāciju par vielu stāvokli, īpašībām un struktūru.
RADIĀCIJAS ABSORCIJAS LIKUMI
Spektrofotometriskās analīzes metodes balstās uz diviem pamatlikumiem. Pirmais ir Bouguer likums– Lamberts, otrais likums - Alus likums. Kombinēts Bouguer likums- Lamberts– Bera ir šāds formulējums:
Monohromatiskās gaismas absorbcija ar krāsainu šķīdumu ir tieši proporcionāla gaismu absorbējošās vielas koncentrācijai un šķīduma slāņa biezumam, caur kuru tā iziet.
Bouguer-Lambert-Beer likums ir gaismas absorbcijas pamatlikums, un tas ir pamatā lielākajai daļai fotometrisko analīzes metožu. Matemātiski to izsaka ar vienādojumu:
I = Ι 0· 10 - KS l
Or lg es/ Ι 0 = K · C · l
Izmērs lg I / I 0 sauca absorbējošās vielas optiskais blīvums un ir apzīmēti ar burtiem D vai A . Tad likumu var rakstīt šādi : D= K · C · l
Caur testa objektu izejošā monohromatiskā starojuma plūsmas intensitātes attiecību pret starojuma sākotnējās plūsmas intensitāti sauc
caurspīdīgums, vai garāmejot , risinājums un tiek apzīmēts ar burtu T:
T = Es/I 0
Šo attiecību var izteikt procentos. Lielums T, raksturo 1 cm bieza slāņa caurlaidību sauc caurlaidības koeficients. Optiskais blīvums D un caurlaide T ir savstarpēji saistīti ar attiecībām
D= -lg T
Vai ja T izteikts procentos,
D = 2 - 1gT.
D Un T ir galvenie lielumi, kas raksturo noteiktas vielas šķīduma uzsūkšanos ar noteiktu koncentrāciju pie noteikta viļņa garuma un absorbējošā slāņa biezuma.
Atkarība D (AR) ir tiešs raksturs, un T(S) vai T(l)- eksponenciāls. Tas tiek stingri ievērots tikai monohromatiskām starojuma plūsmām.
Atmaksas koeficienta vērtība UZ atkarīgs no vielas koncentrācijas šķīdumā izteikšanas metodes un absorbējošā slāņa biezuma. Ja koncentrācija ir izteikta molos litrā un slāņa biezums ir centimetros, tad to sauc molārās ekstinkcijas koeficients , norādīts ar simbolu ε un ir vienāds ar optisko blīvumu šķīdumam ar koncentrāciju 1 mol/l, kas ievietots kivetē ar slāņa biezumu 1 cm.
Molārās gaismas absorbcijas koeficienta vērtība ir atkarīga no:
No izšķīdušās vielas rakstura;
monohromatiskās gaismas viļņu garumi;
Temperatūras;
Šķīdinātāja veids.
Iemesli Bouguer-Lambert-Beer likuma neievērošanai.
1. Likums tika atvasināts un ir spēkā tikai monohromatiskajai gaismai, tāpēc nepietiekama monohromatizācija var izraisīt likuma novirzi, un lielākā mērā, jo mazāk monohromatiska ir gaisma.
2. Šķīdumos var notikt dažādi procesi, kas maina absorbējošās vielas koncentrāciju vai tās raksturu: hidrolīze, jonizācija, hidratācija, asociācija, polimerizācija, kompleksēšana u.c.
3. Šķīdumu gaismas absorbcija būtiski atkarīga no šķīduma pH. Kad šķīduma pH mainās, var mainīties:
Vāja elektrolīta jonizācijas pakāpe;
Jonu eksistences forma, kas izraisa gaismas absorbcijas izmaiņas;
Iegūto krāsaino komplekso savienojumu sastāvs.
Tāpēc likums ir spēkā ļoti atšķaidītiem šķīdumiem, un tā darbības joma ir ierobežota.
VIZUĀLĀ KOLORIMETRIJA
Šķīdumu krāsas intensitāti var izmērīt ar dažādām metodēm. Starp tiem ir subjektīvās (vizuālās) kolorimetriskās metodes un objektīvās, tas ir, fotokolorimetriskās.
Vizuāli Tās ir metodes, kurās testa šķīduma krāsas intensitāti novērtē ar neapbruņotu aci. Plkst objektīvs Kolorimetriskās noteikšanas metodēs, lai izmērītu testa šķīduma krāsas intensitāti, tiešās novērošanas vietā izmanto fotoelementus. Noteikšanu šajā gadījumā veic īpašās ierīcēs - fotokolorimetros, tāpēc metodi sauc par fotokolorimetrisko.
Redzamās krāsas:
Garuma intervāla primārā krāsa
viļņi, nm
340-450 violets
450-495 zils
495-570 zaļš
570-590 dzeltens
590-620 oranžs
620-750 sarkans
Vizuālās metodes ietver:
Standarta sērijas metode;
Kolorimetriskā titrēšanas vai dublēšanas metode;
Izlīdzināšanas metode.
Standarta sērijas metode. Veicot analīzi ar standarta sērijas metodi, analizējamā krāsainā šķīduma krāsas intensitāte tiek salīdzināta ar īpaši sagatavotu standartšķīdumu sērijas krāsām (ar vienādu slāņa biezumu).
Kolorimetriskās titrēšanas (dublēšanas) metode ir balstīta uz analizētā šķīduma krāsas salīdzināšanu ar cita šķīduma - kontroles - krāsu. Kontrolšķīdums satur visas testa šķīduma sastāvdaļas, izņemot vielu, kas tiek noteikta, un visus parauga sagatavošanā izmantotos reaģentus. Tam no biretes pievieno nosakāmās vielas standartšķīdumu. Ja pievieno tik daudz šī šķīduma, ka kontroles un analizējamo šķīdumu krāsas intensitāte ir vienāda, tiek uzskatīts, ka analizējamais šķīdums satur tādu pašu analīta daudzumu, kāds tas tika ievadīts kontroles šķīdumā.
Pielāgošanas metode atšķiras no iepriekš aprakstītajām vizuālajām kolorimetriskajām metodēm, kurās standarta un testa šķīdumu krāsu līdzība tiek panākta, mainot to koncentrāciju. Izlīdzināšanas metodē krāsu līdzība tiek panākta, mainot krāsaino šķīdumu slāņu biezumu. Šim nolūkam, nosakot vielu koncentrāciju, tiek izmantoti drenāžas un iegremdēšanas kolorimetri.
Vizuālo metožu priekšrocības kolorimetriskā analīze:
Noteikšanas tehnika ir vienkārša, nav nepieciešams sarežģīts dārgs aprīkojums;
Novērotāja acs spēj novērtēt ne tikai šķīdumu intensitāti, bet arī krāsu toņus.
Trūkumi: - nepieciešams sagatavot standartšķīdumu vai standartšķīdumu sēriju;
Šķīduma krāsas intensitāti nav iespējams salīdzināt citu krāsainu vielu klātbūtnē;
Ilgstoši salīdzinot cilvēka acu krāsas intensitāti, cilvēks nogurst un palielinās noteikšanas kļūda;
Cilvēka acs nav tik jutīga pret nelielām optiskā blīvuma izmaiņām kā fotoelektriskās ierīces, tāpēc nav iespējams noteikt koncentrācijas atšķirības līdz aptuveni pieciem relatīvajiem procentiem.
FOTOELEKTROKOLORIMETRIJAS METODES
Fotoelektrokolorimetriju izmanto, lai izmērītu krāsainu šķīdumu gaismas absorbciju vai caurlaidību. Šim nolūkam izmantotās ierīces sauc fotoelektriskie kolorimetri (FEC).
Fotoelektriskās metodes krāsu intensitātes mērīšanai ietver fotoelementu izmantošanu. Atšķirībā no instrumentiem, kuros krāsu salīdzināšana tiek veikta vizuāli, fotoelektrokolorimetros ierīce ir gaismas enerģijas uztvērējs. – fotoelements . Šī ierīce pārvērš gaismas enerģiju elektroenerģijā. Fotoelementi ļauj veikt kolorimetriskas noteikšanas ne tikai redzamajā, bet arī UV un IR spektra apgabalos. Gaismas plūsmu mērīšana, izmantojot fotoelektriskos fotometrus, ir precīzāka un nav atkarīga no novērotāja acs īpašībām. Fotoelementu izmantošana ļauj automatizēt vielu koncentrācijas noteikšanu tehnoloģisko procesu ķīmiskajā kontrolē. Rezultātā fotoelektriskā kolorimetrija tiek daudz plašāk izmantota rūpnīcas laboratoriju praksē nekā vizuālā kolorimetrija.
Attēlā 1. attēlā parādīts parastais mezglu izvietojums instrumentos, kas paredzēti risinājumu pārraides vai absorbcijas mērīšanai.
Rīsi .1 Absorbcijas mērīšanas instrumentu galvenās sastāvdaļas starojums: 1 - starojuma avots; 2 - monohromators; 3 - kivetes šķīdumiem; 4 - pārveidotājs; 5 - signāla indikators.
Fotokolorimetrus atkarībā no mērījumos izmantoto fotoelementu skaita iedala divās grupās: viens stars(vienas rokas) - ierīces ar vienu fotoelementu un dubultā sija(divroku) - ar diviem fotoelementiem.
Mērījumu precizitāte, kas iegūta ar viena stara FEC, ir zema. Rūpnīcās un zinātniskajās laboratorijās visplašāk tiek izmantotas fotoelementu iekārtas, kas aprīkotas ar diviem fotoelementiem. Šo ierīču konstrukcijas pamatā ir divu gaismas staru intensitātes izlīdzināšanas princips, izmantojot mainīgu spraugas diafragmu, tas ir, divu gaismas plūsmu optiskās kompensācijas princips, mainot diafragmas zīlītes atvērumu.
Ierīces shematiskā diagramma ir parādīta attēlā. 2 . Kvēlspuldze 1 izmantojot spoguļus 2 ir sadalīts divās paralēlās sijās. Šie gaismas stari iziet cauri gaismas filtriem 3, kivetes ar šķīdumiem 4 un nokrīt uz fotoelementiem 6 Un 6" , kas ir iekļauti galvanometrā 8 saskaņā ar diferenciālo shēmu. Šķēluma diafragma 5 maina uz fotoelementu krītošās gaismas plūsmas intensitāti 6 . Fotometrisks neitrāls ķīlis 7 kalpo, lai vājinātu gaismas plūsmu, kas krīt uz 6" fotoelementu.
2. att.Divu staru fotoelektrokolorimetra diagramma
KONCENTRĀCIJAS NOTEIKŠANA FOTOELEKTROKOLORIMETRIJĀ
Lai noteiktu analītu koncentrāciju fotoelektrokolorimetrijā, izmanto:
Metode standarta un testa krāsaino šķīdumu optiskā blīvuma salīdzināšanai;
- molārās gaismas absorbcijas koeficienta vidējās vērtības noteikšanas metode;
- kalibrēšanas līknes metode;
Piedevu metode.
Metode standarta un testa krāsaino šķīdumu optiskā blīvuma salīdzināšanai. Noteikšanai sagatavo zināmas koncentrācijas analizējamās vielas standartšķīdumu, kas tuvojas testa šķīduma koncentrācijai. Nosakiet šī šķīduma optisko blīvumu pie
Konkrēts viļņa garums D stāvs . Pēc tam nosaka testa šķīduma optisko blīvumu D X vienā viļņa garumā un vienā slāņa biezumā. Salīdzinot testa un standartšķīdumu optisko blīvumu, tiek atrasta nezināmā analizējamās vielas koncentrācija.
Salīdzināšanas metode ir piemērojama atsevišķām analīzēm un prasa obligātu atbilstību gaismas absorbcijas pamatlikumam.
Kalibrēšanas grafika metode. D Lai noteiktu vielas koncentrāciju, izmantojot šo metodi, sagatavo 5–8 dažādu koncentrāciju standartšķīdumu sēriju. Izvēloties standarta šķīdumu koncentrācijas diapazonu, tiek izmantoti šādi principi:
Ø tai jāaptver pētāmā šķīduma koncentrācijas iespējamo mērījumu diapazons;
Ø testa šķīduma optiskajam blīvumam aptuveni jāatbilst kalibrēšanas līknes vidum;
Ø vēlams, lai šajā koncentrācijas diapazonā tiktu ievērots gaismas absorbcijas pamatlikums, tas ir, atkarības grafiks ir lineārs;
Ø Optiskā blīvuma vērtībai jābūt diapazonā no 0, 14... 1.3.
Izmēra standartšķīdumu optisko blīvumu un uzzīmē atkarību D (AR). Nosakot D X pētāmā risinājuma saskaņā ar atrasto kalibrēšanas līkni C x(3. att.).
Šī metode ļauj noteikt vielas koncentrāciju arī gadījumos, kad netiek ievērots gaismas absorbcijas pamatlikums. Šajā gadījumā tiek sagatavots liels skaits standarta šķīdumu, kuru koncentrācija atšķiras ne vairāk kā par 10%.
Rīsi. 3. Šķīduma optiskā blīvuma atkarība no koncentrācijas (kalibrācijas līkne)
Piedevu metode ir salīdzināšanas metodes veids, kura pamatā ir salīdzināšana P Ir zināms precīzs testa šķīduma un tā paša šķīduma blīvums, pievienojot nosakāmās vielas daudzumu.
To izmanto, lai novērstu w pastāvīga ietekme- svešķermeņu piemaisījumi, nelielu analizējamās vielas daudzumu noteikšana lielu svešķermeņu daudzumu klātbūtnē. Metode prasa obligātu atbilstību gaismas pamatlikumam- absorbcija.
SPEKTROFOTOMETRIJA
Šī ir fotometriskās analīzes metode, kurā vielas saturu nosaka pēc tās monohromatiskās gaismas absorbcijas spektra redzamajā, UV un IR apgabalā. Spektrofotometrijā, atšķirībā no fotometrijas, monohromatizāciju nodrošina nevis gaismas filtri, bet monohromatori, kas ļauj nepārtraukti mainīt viļņa garumu. Kā monohromatori tiek izmantotas prizmas jeb difrakcijas režģi, kas nodrošina ievērojami lielāku gaismas monohromatitāti nekā gaismas filtri, tāpēc spektrofotometrisko noteikšanu precizitāte ir augstāka.
Spektrofotometriskās metodes, salīdzinot ar fotokolorimetrisko, ļauj atrisināt plašāku problēmu loku:
Ø veic vielu kvantitatīvo noteikšanu plašā viļņu garuma diapazonā (185-1100 nm);
Ø veikt daudzkomponentu sistēmu kvantitatīvo analīzi (vairāku vielu vienlaicīga noteikšana);
Ø nosaka gaismu absorbējošu komplekso savienojumu sastāvu un stabilitātes konstantes;
Ø nosaka gaismu absorbējošu savienojumu fotometriskos raksturlielumus.
Atšķirībā no fotometriem ar monohromatoru, spektrofotometriem- tometri, prizma vai difrakcijas režģis kalpo kā a- kas nepārtraukti maina viļņa garumu. Ir instrumenti mērījumiem spektra redzamajos, UV un IR apgabalos. Principi- Spektrofotometra konstrukcija praktiski nav atkarīga no spektrālā apgabala.
Spektrofotometri, tāpat kā fotometri, ir viena stara un dubultstaru tipa. Divstaru ierīcēs gaismas plūsma kaut kādā veidā tiek sadalīta monohromatora iekšpusē vai izejā no tā: viena plūsma pēc tam iet caur testa šķīdumu, bet otra caur šķīdinātāju.
Viena stara instrumenti ir īpaši noderīgi, veicot kvantitatīvās noteikšanas, kuru pamatā ir optiskā blīvuma mērījumi pie o. d nav viļņa garuma. Šajā gadījumā ierīces vienkāršība un darbības vienkāršība ir būtiska priekšrocība. Lielāks mērīšanas ātrums un vienkāršība, strādājot ar divu staru instrumentiem, ir noderīgi kvalitatīvajā analīzē, kad optiskais blīvums jāmēra lielā viļņa garuma diapazonā, lai iegūtu spektru. Turklāt divu staru ierīces O viegli pielāgojams nepārtraukti mainīga optiskā blīvuma automātiskai ierakstīšanai: visos mūsdienu ierakstīšanas spektrofotogrāfijās- metri, šim nolūkam tiek izmantota divu staru sistēma.
Gan viena stara, gan divu staru instrumenti ir piemēroti redzamiem un UV mērījumiem. Komerciāli ražoti IR spektrofotometri vienmēr ir balstīti uz divu staru konstrukciju, jo tos parasti izmanto liela spektra apgabala skenēšanai un ierakstīšanai.
Vienkomponentu sistēmu kvantitatīvā analīze tiek veikta, izmantojot tās pašas metodes kā fotoelektrokolorimetrijā:
- salīdzinot standarta un testa šķīdumu optisko blīvumu;
- molārās gaismas absorbcijas koeficienta vidējās vērtības noteikšanas metode;
- izmantojot kalibrēšanas grafika metodi,
Un tam nav atšķirīgu iezīmju.
SPEKTROFOTOMETRIJA KVALITATĪVĀ ANALĪZĒ
Kvalitatīva analīze spektra ultravioletajā daļā. Ultravioleto staru absorbcijas spektros parasti ir divas vai trīs, dažreiz piecas vai vairāk absorbcijas joslas. Lai nepārprotami identificētu pētāmo vielu, tiek fiksēts tās absorbcijas spektrs dažādos šķīdinātājos un iegūtie dati tiek salīdzināti ar zināma sastāva līdzīgu vielu atbilstošajiem spektriem. Ja pētāmās vielas absorbcijas spektri dažādos šķīdinātājos sakrīt ar zināmās vielas spektru, tad ar lielu varbūtības pakāpi ir iespējams izdarīt secinājumu par šo savienojumu ķīmiskā sastāva identitāti. Lai identificētu nezināmu vielu pēc tās absorbcijas spektra, ir nepieciešams pietiekams skaits organisko un neorganisko vielu absorbcijas spektru. Ir atlanti, kas parāda daudzu, galvenokārt organisko, vielu absorbcijas spektrus. Īpaši labi izpētīti aromāta ultravioletie spektri.- ogļūdeņraži.
Identificējot nezināmus savienojumus, uzmanība jāpievērš arī absorbcijas intensitātei. Daudziem organiskajiem savienojumiem ir absorbcijas joslas, kuru maksimumi atrodas pie viena viļņa garuma λ, bet to intensitāte ir atšķirīga. Piemēram, fenola spektrā ir absorbcijas josla pie λ = 255 nm, kurai molārās absorbcijas koeficients pie absorbcijas maksimuma ir ε max = 1450. Tajā pašā viļņa garumā acetonam ir josla, kurai ε max = 17 .
Kvalitatīva analīze spektra redzamajā daļā. Krāsainu vielu, piemēram, krāsvielu, var identificēt arī, salīdzinot tās redzamo absorbcijas spektru ar līdzīgas krāsvielas absorbcijas spektru. Lielākajai daļai krāsvielu absorbcijas spektri ir aprakstīti īpašos atlantos un rokasgrāmatās. No krāsvielas absorbcijas spektra var izdarīt secinājumu par krāsvielas tīrību, jo piemaisījumu spektrā ir vairākas absorbcijas joslas, kuru krāsas spektrā nav. No krāsvielu maisījuma absorbcijas spektra var izdarīt arī secinājumu par maisījuma sastāvu, īpaši, ja maisījuma komponentu spektri satur absorbcijas joslas, kas atrodas dažādos spektra reģionos.
Kvalitatīva analīze spektra infrasarkanajā reģionā.
IR starojuma absorbcija ir saistīta ar kovalentās saites vibrācijas un rotācijas enerģijas palielināšanos, ja tas izraisa molekulas dipola momenta izmaiņas . Tas nozīmē, ka gandrīz visas molekulas ar kovalentām saitēm vienā vai otrā pakāpē spēj absorbēt IR reģionā.
Poliatomisko kovalento savienojumu infrasarkanie spektri parasti ir ļoti sarežģīti: tie sastāv no daudzām šaurām absorbcijas joslām un ļoti atšķiras no parastajiem UV un redzamajiem spektriem. Atšķirības rodas no mijiedarbības rakstura starp absorbējošām molekulām un to vidi. Šī mijiedarbība (kondensētās fāzēs) ietekmē elektroniskās pārejas hromoforā, tāpēc absorbcijas līnijas paplašinās un mēdz saplūst plašās absorbcijas joslās. IR spektrā, gluži pretēji, atsevišķai saitei atbilstošā frekvence un absorbcijas koeficients parasti maz mainās līdz ar vides izmaiņām (ieskaitot izmaiņas molekulas atlikušajās daļās). Līnijas arī paplašinās, bet ne tik daudz, lai saplūstu svītrā.
Parasti pa ordinātu asi, veidojot IR- spektri ir izteikti kā caurlaidība procentos, nevis optiskais blīvums. Izmantojot šo konstruēšanas metodi, absorbcijas joslas parādās kā ieplakas līknē, nevis kā maksimumi UV spektros.
Infrasarkano staru spektru veidošanās ir saistīta ar molekulu vibrācijas enerģiju. Vibrācijas var virzīt pa valences saiti starp molekulas atomiem, un tādā gadījumā tās sauc par valenci. Ir simetriskas stiepšanās vibrācijas, kurās atomi vibrē vienādos virzienos, un asimetriskas stiepšanās vibrācijas, kurās atomi vibrē pretējos virzienos. Ja atomu vibrācijas rodas, mainoties leņķim starp saitēm, tās sauc par deformāciju. Šis dalījums ir ļoti patvaļīgs, jo stiepšanās vibrāciju laikā leņķi tiek deformēti vienā vai otrā pakāpē un otrādi. Liekšanas vibrāciju enerģija parasti ir mazāka nekā stiepšanās vibrāciju enerģija, un lieces vibrāciju radītās absorbcijas joslas atrodas garāku viļņu apgabalā.
Visu molekulas atomu vibrācijas izraisa absorbcijas joslas, kas ir individuālas konkrētās vielas molekulām. Bet starp šīm vibrācijām var atšķirt atomu grupu vibrācijas, kas ir vāji saistītas ar pārējās molekulas atomu vibrācijām. Tādu vibrāciju radītās absorbcijas joslas sauc raksturīgas svītras. Tie parasti tiek novēroti visu molekulu spektros, kas satur šīs atomu grupas. Raksturīgo joslu piemērs ir joslas pie 2960 un 2870 cm -1. Pirmā josla ir saistīta ar CH 3 metilgrupas CH saites asimetriskām stiepšanās vibrācijām, bet otrā - tās pašas grupas C-H saites simetrisko stiepšanās vibrāciju dēļ. Šādas joslas ar nelielu novirzi (±10 cm -1) novērojamas visu piesātināto ogļūdeņražu spektros un kopumā visu molekulu spektrā, kas satur CH 3 grupas.
Citas funkcionālās grupas var ietekmēt raksturīgās joslas pozīciju, un frekvenču atšķirība var būt līdz ±100 cm -1, taču šādu gadījumu ir maz un tos var ņemt vērā, pamatojoties uz literatūras datiem.
Kvalitatīva analīze spektra infrasarkanajā reģionā tiek veikta divos veidos.
1. Paņemiet nezināmas vielas spektru 5000-500 cm -1 (2 - 20 μ) apgabalā un meklējiet līdzīgu spektru īpašos katalogos vai tabulās. (vai izmantojot datoru datu bāzes)
2. Pētāmās vielas spektrā tiek meklētas raksturīgās joslas, pēc kurām var spriest par vielas sastāvu.
Veicot vides piesārņojuma monitoringu, analītiskajām metodēm ir jāļauj noteikt gan elementu niecīgos daudzumus (līmenī n·10 -3 -n·10 -7%), gan augstu piesārņojuma līmeni, vēlams vienlaicīgi, dažādos objektos. ar dažādām fizikālajām īpašībām un ķīmisko sastāvu.
Salīdzinot jebkuru analīzes metodi ar citām, ir jāņem vērā vairāki faktori, kas šo metodi kopumā raksturo. Tie ietver:
pielietojuma zona- vielu (neorganisko un organisko) analīzes un nomenklatūras objekti, kuru noteikšana ir iespējama ar šo metodi;
noteikto koncentrāciju darba diapazons– diapazons, kurā iespējams noteikt sastāvdaļu, neizmantojot papildu atšķaidīšanas vai koncentrācijas darbības;
noteikšanas selektivitāte– spēja noteikt interesējošo vielu traucējošu komponentu un faktoru, piemēram, matricas efektu, klātbūtnē vai ietekmē;
metroloģiskās īpašības(noteikšanas jutība, noteikšanas robežas, iegūto mērījumu rezultātu reproducējamība un precizitāte utt.);
spēja atpazīt dažādas kontrolējamo vielu fizikālās un ķīmiskās formas dažādās matricās, piemēram, jonus dažādos valences stāvokļos;
iekārtas veiktspēja, piemērotība masas mērījumu veikšanai;
aparatūra- aparatūras sarežģītība un tās izmaksas, pielietojuma iespēja ražošanas un lauka apstākļos;
prasības personāla apmācībai un kvalifikācijai(laborants, inženieris, nepieciešama īpaša apmācība).
Metodes, kas vienlīdz atbilstu visām augstāk minētajām prasībām, vēl nav izstrādātas, tomēr pamatnosacījumi ir izpildāmi, izmantojot mūsdienu fizikāli ķīmiskās analīzes metodes un to kombinācijas.
Visbiežāk izmantoto instrumentālo analīzes metožu raksturojums
Elektroanalītiskā (elektroķīmiskā) metodes. To pamatā ir elektroķīmiskie procesi šķīdumos. Šīs metodes ir zināmas jau sen un bieži tiek izmantotas vides objektu ikdienas uzraudzībā, tām ir priekšrocības zemo aprīkojuma izmaksu un iekārtu ekspluatācijai nepieciešamo izmaksu ziņā. Elektroķīmiskās analīzes metožu priekšrocības:
Augsta jutība un selektivitāte, ātra reakcija uz izmaiņām analizējamā objekta sastāvā;
Liels noteiktu ķīmisko elementu un vielu klāsts;
Plaši mērīto koncentrāciju diapazoni - no desmitiem % līdz n*10 -8%;
Rezultātu precizitāte un augsta reproducējamība (analīžu rezultātu relatīvā standartnovirze lielākajā daļā EMA ir mazāka par 0,3);
Spēja kopā ar bruto saturu noteikt nosakāmo elementu fizikālās un ķīmiskās formas;
Aparatūras dizaina vienkāršība, aprīkojuma pieejamība un zemas analīzes izmaksas;
Iespēja izmantot laboratorijas, ražošanas un lauka apstākļos, automatizācijas un tālvadības vienkāršība.
Tie ir analītiskās ķīmijas joma, kas ir ļoti daudzsološa, lai uzlabotu aparatūras dizainu un automatizāciju, izmantojot mikroprocesorus.
1. tabula Instrumentālo analīzes metožu klasifikācija
|
Metodes nosaukums un opcijas |
Definētie komponenti |
Noteikšanas robeža, mg/l (mg/kg) |
Linearitātes diapazons |
|
Elektroanalītiskās metodes | |||
|
Volametrija (polarogrāfija) |
metālu joni un ar tiem saistītās formas, gāzes |
spec. bet sk. jūtām. |
|
|
Potenciometrija |
neorganiskie joni | ||
|
Jonometrija ar jonu selektīviem elektrodiem |
neorganiskie joni | ||
|
Kulons un konduktometrija |
neorganisks savienojumi, gāzes | ||
|
Spektrālās analīzes metodes | |||
|
Molekulārā spektrometrija | |||
|
Redzamā spektrofotometrija |
neorganiskie un organiskie savienojumi |
vienkāršs un plašs apm. |
|
|
UV spektrofotometrija |
inorg. un organiskās sastāvdaļas | ||
|
IR spektrometrija Ramana spektrometrija |
org identifikācija vielas |
augsti specializēts |
|
|
Atomu spektrometrija | |||
|
Atomu absorbcijas spektrometrija |
ķīmiskie elementi, galvenokārt metāli | ||
|
Atomu emisijas spektrometrija |
vairāk nekā 70 ķīmiskie elementi | ||
|
Atomu fluorescences spektrometrija |
organiskās vielas un metālorganiskie kompleksi | ||
|
Radiospektroskopiskās metodes | |||
|
Elektronu paramagnētiskā rezonanse (EPR) |
Makrokomponenti, brīvie radikāļi. |
ļoti specifisks, |
|
|
Kodolmagnētiskā rezonanse (KMR) |
organiskie savienojumi, kas satur H, C, F, P kodolus |
nejūtīgs. |
|
|
Masu spektrometrija | |||
|
Masu spektrometrija |
Elementu pēdas | ||
|
Hromatogrāfijas metodes | |||
|
Gāzu hromatogrāfija |
gāzes, gaistošie organiskie savienojumi |
Atkarīgs no veida |
ļoti specifisks. |
|
Gāzu-šķidruma hromatogrāfs. |
organiskie savienojumi |
detektors | |
|
Augstas veiktspējas šķidruma hromatogrāfija |
negaistošie organiskie savienojumi |
pieteikties. |
|
|
Kodolfizikas metodes | |||
|
Neitronu aktivācijas analīze |
ķīmiskie elementi, izņemot vieglos elementus |
nepieciešama īpaša |
|
|
-, - un - radiometrija |
radionuklīdi | ||
|
-, - un - spektrometrija | |||
* - ļoti atkarīgs no definējamā elementa; ** - atkarīgs no izmantotā detektora
Trūkumi - elementu savstarpējās ietekmes ietekme, daudzelementu noteikšanas neiespējamība, organisko vielu ietekme.
Spektrālās analīzes metodes pamatojoties uz lietojumu analizējamo vielu atomu vai molekulu mijiedarbība ar plaša enerģijas diapazona elektromagnētisko starojumu. Enerģijas samazināšanas secībā tie var būt: gamma stari, rentgena stari, ultravioletie un redzamie, infrasarkanie, mikroviļņu un radioviļņi.
Vielas molekulu vai atomu mijiedarbība ar dažādām enerģijas formām izpaužas trīs cieši saistītās spektroskopiskās parādībās - emisijā, adsorbcijā un fluorescencē, kuras tā vai citādi izmanto analītiskajā tehnoloģijā. Analītiskais signāls var būt vielas starojuma emisija vai absorbcija, tāpēc izšķir divus spektrālās analīzes veidus: absorbcija spektroskopija (izmanto absorbcijas spektrus) un emisija spektroskopija (emisijas spektri).
Spektrālās analīzes metodes sāka attīstīties 19. gadsimta vidū un šobrīd ir kļuvušas plaši izplatītas kvalitatīvajā un kvantitatīvā analīzē. Spektrālās analīzes metožu plašā izmantošana ir saistīta ar to daudzpusību, selektivitāti, zemām noteikšanas robežām, ātrumu un spēju automatizēt gan atsevišķus posmus, gan visu analīzes procesu kopumā. Mūsdienu spektrālajos instrumentos ir automatizētas paraugu ievades sistēmas, iebūvēti mikroprocesori, kas kontrolē analīzes procesu, apstrādā eksperimentālos datus un nodrošina tos patērētājam ērtā formā.
Spektrālās analīzes metožu grupa ietver:
molekulārās absorbcijas spektrālā analīze redzamajā, UV un IR apgabalā;
analīzes metode, izmantojot Ramana spektrus;
luminiscējoši vai fluorescējoši testi;
atomu emisijas, atomu absorbcijas un atomu fluorescences analīzes;
radiospektroskopiskās analīzes metodes (EPR spektroskopija, KMR spektroskopija).
Molekulārā spektrometrija. Atkarībā no izmantotā enerģijas diapazona optiskās analīzes metodes iedala spektroskopijā redzamajā un ultravioletajā spektra apgabalā (viļņu garuma diapazons no 200 līdz 700 nm, 1 nm = 10 -9 m) un infrasarkanajā spektrometrijā (no viļņu garumiem, kuros gaisma kļūst cilvēka acij neredzams ~ 780 nm līdz apgabalam, kur starojumam jau piemīt augstfrekvences radioviļņu īpašības ~ 0,5 mm). Klasiskā fotometrija un spektrofotometrija joprojām tiek plaši izmantota (mikroprocesoru vadība, kas ļauj pilnībā automatizēt mērīšanas procesus). Infrasarkanā spektrometrija ir īpaši noderīga, lai identificētu un noteiktu organisko savienojumu struktūru. Ramana spektrometrija.
Atomu spektrometrija. Pēdējo 20-30 gadu laikā ir pieaugusi atomu absorbcijas un atomu emisijas spektrometrijas nozīme. Metodes prasa sarežģītāku un dārgāku aprīkojumu, taču ļauj veikt masas analīzes un noteikt lielāko daļu ķīmisko elementu visdažādāko sastāvu matricās ar ārkārtīgi zemām noteikšanas robežām (ar absolūto saturu ~ 10 -14 g). Šīs instrumentālās analīzes metodes kļūst par ierastām (ikdienišķām) pat nelielās vides kontroles laboratorijās, īpaši gaisa un dabiskā ūdens piesārņojuma monitoringā, kad vienkārša provizoriska parauga sagatavošana vai koncentrēšana (ūdens paraugu ekstrakcija, iztvaicēšana vai atmosfēras piesārņotāju uztveršana) filtrs) palīdz palielināt noteikšanu jutīgumu.
Atomu fluorescējoša spektrometrija ļauj arī noteikt dažādus elementus, bet pamatojoties uz brīvo atomu absorbētās gaismas enerģijas atkārtotu emisiju.
EPR spektrometrija. EPR metodi izmanto, lai pētītu molekulas, atomus un radikāļus gāzēs, šķīdumos un dažāda veida matricās. EPR ir viena no jutīgākajām metodēm brīvo radikāļu noteikšanai un identificēšanai, to elektroniskās konfigurācijas un ģeometrijas noteikšanai. Šo metodi izmanto, lai pētītu sarežģītus savienojumus, jo īpaši pārejas un retzemju metālu savienojumus.
Kodolmagnētiskās rezonanses spektroskopija- metode molekulas kodola spinu relatīvās enerģijas un stāvokļa mērīšanai magnētiskajā laukā. Metode ir piemērota atomu pētīšanai ar kodola spinu, un to var izmantot kvantitatīvā un kvalitatīvā analīzē, īpaši, analizējot savienojumus ar nezināmu struktūru. Visbiežāk izmanto attiecībā uz kodoliem 1H, 19F un 31P.
Masu spektrometrija. Šī metode analizē vielu, pārvēršot to jonos un pēc tam atdalot tos elektriskā vai magnētiskā laukā.
Molekulārās spektrometrijas metodes (IR, UV, KMR, EPR un masas spektrometrija) ir vairāk saistītas ar struktūras noteikšanu un notiekošo procesu mehānisma izpēti, nevis ar vienkāršu sastāva identificēšanu.
Hromatogrāfija metodes. Būtībā hromatogrāfija ir maisījumu atdalīšanas metode. Pēc maisījuma sadalīšanas komponentos tos identificē un kvantitatīvi nosaka. Šim nolūkam tiek izmantotas īpašas ierīces, ko sauc par detektoru un balstās uz dažādiem principiem vielas daudzuma vai koncentrācijas mērīšanai - no vienkāršākajiem termoelementiem jeb fotometriem līdz augstas izšķirtspējas masas spektrometriem kombinācijā ar mikroprocesoru. Instrumentālā hromatogrāfija ir hibrīda metode: hromatogrāfijas kolonna atdala parauga sastāvdaļas atsevišķās zonās, un detektors parasti mēra atdalīto komponentu koncentrāciju nesējfāzē pēc tam, kad tie atstāj kolonnu.
Hromatogrāfijas metodes, jo īpaši gāzu-šķidruma un augstas izšķirtspējas šķidruma hromatogrāfija, bieži vien ir nepieciešamas sarežģītu daudzkomponentu maisījumu analīzei, kā arī organisko vielu ar līdzīgu struktūru identificēšanai un kvantitatīvai noteikšanai. Attīstās metodes, kas apvieno analizējamo vielu maisījuma hromatogrāfisko atdalīšanu komponentos un to turpmāko noteikšanu, izmantojot masas vai IR spektrometriju (hromatogrāfijas-masas spektrometrija GLC-MS, gāzu-šķidruma hromatogrāfija - Furjē transformācijas spektroskopija infrasarkanajā reģionā GLC-IR-FS). īpaši strauji.
Kodolfizika metodes ieņem īpašu vietu un tiek izmantotas ierobežotāk, jo tām ir nepieciešamas īpaši sagatavotas laboratorijas, atbilstība daudzām radiācijas drošības prasībām un tās ir piemērotas tikai tādu ķīmisko elementu radioaktīvo izotopu noteikšanai, kuriem ir specifiskas kodolfizikālās īpašības - radioaktīvās sabrukšanas fenomens.
Neviena no uzskaitītajām analīzes metodēm nav universāla attiecībā uz piemērotību visu interesējošo komponentu satura noteikšanai nevienā kontroles objektā.
Izvēloties konkrētu analīzes metodi, vispirms jāapsver šādi jautājumi:
kontrolei pakļautās piesārņojošās vielas grupas raksturlielumi un fizikāli ķīmisko īpašību pazīmes;
Kontrolējamo objektu ķīmiskais sastāvs un fizikālās īpašības;
Iespējamais analizējamās vielas koncentrāciju izmaiņu diapazons kontroles objektos;
Metodes metroloģiskie raksturlielumi: jutība (noteikšanas robeža), precizitāte un pareizība (selektivitāte, noteikšanas rezultātu reproducējamība, noteikšanu netraucē pievienotās sastāvdaļas utt.);
Prasības vielas parauga sagatavošanas metodei pirms mērīšanas;
Laiks, kas pavadīts vienam mērījumam;
Kopējais analīzes ilgums, ņemot vērā parauga sagatavošanu, mērīšanu un rezultātu izsniegšanu;
Spēja automatizēt paraugu sagatavošanas, mērīšanas un analīzes rezultātu piegādes procesu.
Pēdējie četri punkti ir īpaši svarīgi, izvēloties masu analīžu veikšanai piemērotu metodi.
Notiek ielāde...