Fyzikálno-chemické štúdie látok

Fyzikálno-chemický výskum ako smer analytickej chémie má široké uplatnenie v každej sfére ľudskej činnosti. Umožňujú študovať vlastnosti predmetnej látky a stanoviť kvantitatívnu zložku zložiek v zložení vzorky.

Vyšetrovanie látok

Vedecký výskum je poznanie objektu alebo javu, aby sa získal systém konceptov a poznatkov. Podľa princípu konania sa použité metódy klasifikujú do:

• empirická;
• organizácie;
• interpretačné;
• Metódy kvalitatívnej a kvantitatívnej analýzy.

Metódy empirického výskumu odrážajú študovaný objekt od externých prejavov a zahŕňajú pozorovanie, meranie, experiment, porovnanie. Empirická štúdia je založená na spoľahlivých faktoch a nezahŕňa vytvorenie umelých situácií na analýzu.

Organizačné metódy sú komparatívne, pozdĺžne a komplexné. Prvý znamená porovnanie stavov objektu, ktoré sa získajú v rôznych časoch a podmienkach, ktoré sa navzájom líšia. Zemepisná dĺžka - pozorovanie predmetu výskumu počas dlhého časového obdobia. Komplex je kombináciou pozdĺžnych a komparatívnych metód.

Interpretačné metódy sú genetické a štrukturálne. Genetický variant predpokladá štúdium vývoja objektu od okamihu jeho výskytu. Štrukturálna metóda skúma a opisuje štruktúru objektu.

Analytická chémia sa zaoberá metódami kvalitatívnej a kvantitatívnej analýzy. Chemický výskum je zameraný na určenie zloženia výskumného objektu.

Metódy kvantitatívnej analýzy

Pomocou kvantitatívnej analýzy v analytickej chémii sa určuje zloženie chemických zlúčenín. Takmer všetky použité metódy sú založené na štúdii závislosti chemických a fyzikálnych vlastností látky na jej zložení.

Kvantitatívna analýza je všeobecná, úplná a čiastočná. Celkový počet určuje množstvo všetkých známych látok v študovanom objekte, bez ohľadu na to, či sú prítomné v kompozícii alebo nie. Úplná analýza sa líši pri hľadaní kvantitatívneho zloženia látok obsiahnutých vo vzorke. Parciálna verzia definuje obsah iba komponentov, ktoré sú predmetom záujmu o túto štúdiu chemických látok.

V závislosti od metódy analýzy sa rozlišujú tri skupiny metód: chemické, fyzikálne a fyzikálno-chemické. Všetky z nich sú založené na zmene fyzikálnych alebo chemických vlastností látky.

Chemický výskum

Táto metóda je zameraná na stanovenie látok v rôznych kvantitatívne sa vyskytujúcich chemických reakciách. Tie majú vonkajšie prejavy (zmena farby, uvoľnenie plynu, teplo, sediment). Táto metóda je široko používaná v mnohých odvetviach života modernej spoločnosti. Laboratórium chemického výskumu je nevyhnutne prítomné vo farmaceutickom, petrochemickom, stavebnom priemysle a mnohých ďalších.

Existujú tri typy chemického výskumu. Gravimetria alebo hmotnostná analýza sú založené na zmene kvantitatívnych charakteristík testovanej látky vo vzorke. Táto možnosť je jednoduchá a poskytuje presné výsledky, ale je časovo náročná. Pomocou tohto typu metód chemického výskumu sa požadovaná látka uvoľňuje z celkového zloženia ako sediment alebo plyn. Potom sa prenesie do pevnej nerozpustnej fázy, prefiltruje, premyje a vysuší. Po vykonaní týchto postupov sa komponent odváži.

Titrimetria je objemová analýza. Vyšetrovanie chemických látok sa uskutočňuje meraním objemu činidla, ktoré reaguje s testovanou látkou. Jeho koncentrácia je známa vopred. Objem činidla sa meria po dosiahnutí bodu ekvivalencie. Pri analýze plynu sa určí objem uvoľňovaného alebo absorbovaného plynu.

Okrem toho sa často používa štúdia chemických modelov. To znamená, že analóg študovaného objektu je vytvorený, vhodnejší v štúdii.

Fyzický výskum

Na rozdiel od chemického výskumu založeného na vykonaní vhodných reakcií sú fyzikálne metódy analýzy založené na rovnakých vlastnostiach látok. Pre ich správanie sú potrebné špeciálne zariadenia. Podstata metódy spočíva v meraní zmien vlastností látky spôsobených pôsobením žiarenia. Hlavné metódy vykonávania fyzického výskumu sú refraktometria, polarimetria, fluorimetria.

Refraktometria sa vykonáva pomocou refraktometra. Podstata metódy sa obmedzuje na štúdium lomu svetla prechádzajúceho z jedného média do druhého. Zmena uhla závisí od vlastností komponentov média. Preto je možné identifikovať zloženie média a jeho štruktúru.

Polarimetria je metóda optického výskumu, ktorá využíva schopnosť určitých látok otáčať rovinou oscilácie lineárne polarizovaného svetla.

Fluorimetria používa lasery a ortuťové lampy, ktoré produkujú monochromatické žiarenie. Niektoré látky sú schopné fluoreskujú (absorbujú a uvoľňujú absorbované žiarenie). Na základe intenzity fluorescencie sa dospelo k záveru o kvantitatívnom stanovení látky.

Fyzikálno-chemický výskum

Metódy fyzikálno-chemického výskumu zaznamenávajú zmenu fyzikálnych vlastností látky v dôsledku rôznych chemických reakcií. Sú založené na priamej závislosti fyzikálnych vlastností skúmaného objektu na jeho chemickom zložení. Tieto metódy vyžadujú použitie niektorých meracích prístrojov. Spravidla sa pozoruje tepelná vodivosť, elektrická vodivosť, absorpcia svetla, bod varu a teplota topenia.

Fyzikálno-chemické štúdie látky sa stali rozšírenými kvôli vysokej presnosti a rýchlosti získania výsledkov. V modernom svete sa kvôli vývoju IT technológií stáva ťažké použiť chemické metódy. Fyzikálno-chemické metódy sa používajú v potravinárskom priemysle, poľnohospodárstve, kriminológii.

Jedným z hlavných rozdielov medzi chemickými a fyzikálnymi metódami je, že koniec reakcie (bod ekvivalencie) sa zisťuje pomocou meracích prístrojov a nie vizuálne.

Hlavnými metódami fyzikálneho a chemického výskumu sú spektrálne, elektrochemické, tepelné a chromatografické metódy.

Spektrálne metódy analýzy látok

Spektrálne metódy analýzy sú založené na interakcii objektu s elektromagnetickým žiarením. Zisťuje sa ich absorpcia, odraz a disperzia. Ďalší názov metódy je optický. Ide o kombináciu kvalitatívneho a kvantitatívneho výskumu. Spektrálna analýza umožňuje vyhodnotiť chemické zloženie, štruktúru zložiek, magnetické pole a iné charakteristiky látky.

Podstatou metódy je určenie rezonančných frekvencií, pri ktorých látka reaguje na svetlo. Sú prísne individuálne pre každú zložku. Pomocou spektroskopu je možné vidieť čiary na spektre a určiť zložky. Intenzita spektrálnych čiar poskytuje myšlienku kvantitatívnej charakteristiky. Klasifikácia spektrálnych metód je založená na type spektra a účelu štúdie.

Metóda emisií umožňuje študovať emisné spektrá a poskytuje informácie o zložení látky. Na získanie údajov je vystavený elektrickému oblúkovému výboju. Variáciou tejto metódy je plameňová fotometria. Absorpčné spektrá sa skúmajú metódou absorpcie. Vyššie uvedené možnosti sa vzťahujú na kvalitatívnu analýzu látky.

Kvantitatívna spektrálna analýza porovnáva intenzitu spektrálnej línie študovaného objektu a látky známej koncentrácie. Takéto metódy zahŕňajú atómovú absorpciu, atómovú fluorescenčnú a luminiscenčnú analýzu, turbidimetriu, nefelometriu.

Základy elektrochemickej analýzy látok

Elektrochemická analýza využíva elektrolýzu na štúdium látky. Reakcie sa uskutočňujú vo vodnom roztoku na elektróde. Je potrebné merať jednu z dostupných charakteristík. Štúdia sa uskutočňuje v elektrochemickom článku. Ide o nádobu, v ktorej sú umiestnené elektrolyty (látky s iónovou vodivosťou), elektródy (látky s elektronickou vodivosťou). Elektródy a elektrolyty interagujú navzájom. Prúd sa dodáva zvonku.

Klasifikácia elektrochemických metód

Zaraďte elektrochemické metódy založené na javoch, na ktorých sú založené fyzikálno-chemické štúdie. Ide o metódy s uložením cudzieho potenciálu a bez neho.

Konduktometria je analytická metóda a meria elektrickú vodivosť G. Konduktometrická analýza všeobecne využíva striedavý prúd. Konduktometrická titrácia je bežnejšou metódou vyšetrovania. Táto metóda je založená na výrobe prenosných konduktometrov používaných na chemické studie vody.

Počas potenciometrie sa meria EMF reverzibilnej bunky. Metóda coulometrie určuje množstvo elektrickej energie spotrebovanej počas elektrolýzy. Voltamperometria skúma závislosť veľkosti prúdu od spevneného potenciálu.

Tepelné metódy na analýzu látok

Termická analýza je zameraná na určenie zmeny fyzikálnych vlastností látky vplyvom teploty. Tieto metódy výskumu sa vykonávajú krátky čas as malým množstvom skúmanej vzorky.

Termogravimetria je jednou z metód tepelnej analýzy, ktorá zahŕňa zaznamenávanie zmeny hmotnosti predmetu pod vplyvom teploty. Táto metóda sa považuje za jednu z najpresnejších.

Okrem toho tepelné metódy skúmania zahŕňajú kalorimetriu, ktorá určuje špecifické teplo látky, entalpimeter, na základe štúdie tepelnej kapacity. Tiež k ich počtu treba pripísať dilatometriuu, ktorý fixuje zmenu objemu vzorky pod vplyvom teploty.

Chromatografické metódy analýzy látok

Chromatografická metóda je metóda separácie látok. Existuje mnoho typov chromatografie, hlavné sú: plyn, distribúcia, redox, sedimentácia, iónová výmena.

Zložky v skúšobnej vzorke sú oddelené medzi mobilnou a stacionárnou fázou. V prvom prípade hovoríme o tekutinách alebo plynoch. Stacionárna fáza je sorbent - pevná látka. Zložky vzorky sa pohybujú v mobilnej fáze pozdĺž stacionárnej fázy. Rýchlosť a čas prechodu komponentov v poslednej fáze sa posudzujú na základe ich fyzikálnych vlastností.

Aplikácia fyzikálnych a chemických metód výskumu

Najdôležitejšou oblasťou fyzikálno-chemických metód je sanitárno-chemický a forenzný chemický výskum. Majú určité rozdiely. V prvom prípade sa na hodnotenie analýzy používajú prijaté hygienické normy. Stanovia ich ministerstvá. Sanitárny a chemický výskum sa vykonáva v poradí stanovenom epidemiologickou službou. V tomto procese sa používajú stredné modely, ktoré napodobňujú vlastnosti potravinových výrobkov. Reprodukujú aj podmienky fungovania vzorky.

Forenzno-chemický výskum je zameraný na kvantitatívnu detekciu narkotických, silných látok a jedov v ľudskom tele, potravinárskych výrobkov, liečivých prípravkov. Vyšetrenie sa vykonáva súdnym rozhodnutím.