Физикохимични изследвания на вещества

Физико-химическото изследване като посока на аналитичната химия е широко приложимо във всяка сфера на човешката дейност. Те ни позволяват да изучаваме свойствата на интересуващото ни вещество, определяйки количествения компонент на компонентите в състава на пробата.

Изследване на вещества

Научните изследвания са познанията за обект или феномен, за да се получи система от концепции и знания. Съгласно принципа на действие, използваните методи се класифицират в:

• емпиричен;
• организация;
• интерпретативен;
• методи за качествен и количествен анализ.

Емпиричните методи на изследване отразяват изследвания обект от външните прояви и включват наблюдение, измерване, експеримент, сравнение. Емпиричното проучване се основава на надеждни факти и не включва създаването на изкуствени ситуации за анализ.

Организационните методи са сравнителни, надлъжни, сложни. Първото предполага сравнение на състоянието на обекта, получено при различни времена и условия, които се различават една от друга. Дължина - наблюдение на обекта на изследване за дълъг период от време. Комплексът е комбинация от надлъжни и сравнителни методи.

Интерпретационните методи са генетични и структурни. Генетичният вариант предполага изследване на развитието на обекта от момента на появата му. Структурният метод проучва и описва структурата на обекта.

Аналитичната химия се занимава с методи за качествен и количествен анализ. Химическите изследвания са насочени към определяне на състава на изследователския обект.

Методи за количествен анализ

С помощта на количествен анализ в аналитичната химия се определя съставът на химичните съединения. Почти всички използвани методи се основават на изследването на зависимостта на химичните и физичните свойства на дадено вещество от неговия състав.

Количественият анализ е общ, пълен и частичен. Общата сума определя количеството на всички известни вещества в изследвания обект, независимо дали те са налични в състава или не. Пълният анализ се различава при намирането на количествения състав на веществата, съдържащи се в пробата. Частичната версия дефинира съдържанието само на компонентите, представляващи интерес за това проучване на химикалите.

В зависимост от метода на анализ се разграничават три групи от методи: химични, физични и физикохимични. Всички те се основават на промяна във физичните или химичните свойства на веществото.

Химични изследвания

Този метод е насочен към определяне на вещества при различни количествени химични реакции. Последните имат външни прояви (промяна на цвета, отделяне на газ, топлина, седимент). Този метод се използва широко в много отрасли на живота на съвременното общество. Лабораторията за химически изследвания задължително присъства във фармацевтичната, нефтохимическата, строителната промишленост и много други.

Има три вида химически изследвания. Гравметрията или анализът на теглото се основава на промяна в количествените характеристики на изпитваното вещество в пробата. Тази опция е проста и дава точни резултати, но отнема много време. С този тип методи на химическо изследване, необходимата субстанция се освобождава от общия състав под формата на утайка или газ. След това се довежда до твърда неразтворима фаза, филтрува се, промива се и се суши. След извършване на тези процедури компонентът се претегля.

Титриметрията е обемен анализ. Изследването на химичните вещества се извършва чрез измерване на обема на реагента, който реагира със изследваното вещество. Концентрацията му е известна предварително. Обемът на реагента се измерва, когато се достигне точката на еквивалентност. При газовия анализ се определя обемът на освободения или абсорбирания газ.

В допълнение, често се използва проучването на химичните модели. Това означава, че е създаден аналог на учебния обект, по-удобен в изследването.

Физически изследвания

За разлика от химическите изследвания, основани на провеждането на подходящи реакции, физичните методи за анализ се основават на същите свойства на веществата. За тяхното извършване са необходими специални устройства. Същността на метода се състои в измерване на промените в характеристиките на дадено вещество, причинени от действието на излъчването. Основните методи за извършване на физически изследвания са рефрактометрия, поляриметрия, флуориметрия.

Рефрактометрията се извършва с помощта на рефрактометър. Същността на метода се свежда до изследване на пречупването на светлината, преминаваща от една среда в друга. Промяната в ъгъла зависи от свойствата на компонентите на средата. Поради това става възможно да се определи съставът на средата и нейната структура.

Поляриметрията е оптичен метод за изследване, който използва способността на някои вещества да въртят равнината на трептене на линейно поляризираната светлина.

Флуориметрията използва лазери и живачни лампи, които произвеждат монохромно лъчение. Някои вещества могат да флуоресцират (абсорбират и дават абсорбираната радиация). Въз основа на интензитета на флуоресценцията се прави заключение за количественото определяне на веществото.

Физико-химични изследвания

Физико-химичните изследователски методи записват промяната във физичните свойства на дадено вещество под въздействието на различни химични реакции. Те се основават на пряката зависимост на физическите характеристики на изследвания обект от неговия химичен състав. Тези методи изискват използването на някои измервателни уреди. Като правило се наблюдават топлопроводимостта, електрическата проводимост, абсорбцията на светлина, точката на кипене и точката на топене.

Физикохимичните изследвания на веществото са широко разпространени поради високата точност и скоростта на получаване на резултатите. В съвременния свят във връзка с развитието на ИТ технологии химикал методите стават трудни за прилагане. Физико-химичните методи се използват в хранително-вкусовата промишленост, селското стопанство, съдебната медицина.

Едно от основните различия между физичните и химичните методи от химичните е, че краят на реакцията (точката на еквивалентност) се установява с помощта на измервателните уреди, а не визуално.

Основните методи за физични и химични изследвания се считат за спектрални, електрохимични, термични и хроматографски методи.

Спектрални методи за анализ на веществата

Спектралните методи за анализ се основават на взаимодействието на обекта с електромагнитно излъчване. Изследват се абсорбцията, отразяването и дисперсията на последните. Друго име на метода е оптично. Това е комбинация от качествени и количествени изследвания. Спектралният анализ дава възможност да се оцени химическият състав, структурата на компонентите, магнитното поле и други характеристики на веществото.

Същността на метода е да се определят резонансните честоти, при които веществото реагира на светлината. Те са строго индивидуални за всеки компонент. С помощта на спектроскопа могат да се видят линиите върху спектъра и да се определят съставните вещества. Интензивността на спектралните линии дава представа за количествената характеристика. Класификацията на спектралните методи се основава на вида спектър и целта на разследването.

Методът на емисиите дава възможност за изследване на емисионните спектри и дава информация за състава на материята. За да се получат данни, той се подлага на електрическо електрическо зареждане. Вариант на този метод е пламъковата фотометрия. Абсорбционните спектри се изследват по метода на абсорбция. Горепосочените варианти се отнасят до качествен анализ на веществото.

Количественият спектрален анализ сравнява интензитета на спектралната линия на изпитвания обект и вещество с известна концентрация. Такива методи включват атомна абсорбция, атомен флуоресцентен и луминесцентен анализ, турбидиметрия, нефелометрия.

Основи на електрохимичния анализ на веществата

Електрохимичният анализ използва електролиза за изследване на вещество. Реакциите се провеждат във воден разтвор на електродите. Една от наличните характеристики трябва да бъде измерена. Проучването се провежда в електрохимична клетка. Това е съд, в който се поставят електролити (вещества с йонна проводимост), електроди (вещества с електропроводимост). Електродите и електролитите взаимодействат помежду си. Токът се подава отвън.

Класификация на електрохимичните методи

Класиране на електрохимични методи въз основа на феномените, на които се основават физикохимичните изследвания. Това са методи с налагане на външен потенциал и без него.

Кондуктометрията е аналитичен метод и измерва електрическата проводимост на G. Кондуктометричният анализ обикновено използва променлив ток. Кондуктометричното титруване е по-често използван метод за изследване. Този метод се основава на производството на преносими конвертори, използвани за химически изследвания на водата.

По време на потенциометрията се измерва ЕМФ на обратимата клетка. Култометричният метод определя количеството електроенергия, потребена по време на електролизата. Волтаметрията изследва зависимостта на големината на тока от пасивния потенциал.

Термични методи за анализ на веществата

Термичният анализ има за цел да определи промяната във физичните свойства на веществото под влиянието на температурата. Тези методи на изследване се извършват за кратък период от време и с малко количество от изследваната проба.

Термогравиметрията е един от методите за термичен анализ, който включва записване на промяната в масата на даден обект под влияние на температурата. Този метод се счита за един от най-точните.

В допълнение, топлинните методи за изследване включват калориметрия, която определя специфичната топлина на веществото, енталпипиметрия, въз основа на изследването на топлинния капацитет. Също така на техния брой трябва да се припише dilatometriyu, което определя промяната в обема на пробата под влияние на температурата.

Хроматографски методи за анализ на веществата

Хроматографският метод е метод за разделяне на веществата. Има много видове хроматография, основните са: газ, разпределение, редокс, седимент, йонен обмен.

Компонентите в пробата за изпитване се разделят между мобилната и стационарната фази. В първия случай става дума за течности или газове. Стационарната фаза е сорбент - твърдо вещество. Компонентите на пробата се движат в подвижната фаза по стационарната фаза. Скоростта и времето на преминаване на компонентите през последната фаза се оценяват въз основа на техните физични свойства.

Прилагане на физични и химични методи за изследване

Най-важната област на физикохимичните методи са санитарно-химичните и съдебно-химичните изследвания. Те имат някои разлики. В първия случай се използват приетите хигиенни стандарти за оценка на анализа. Те са създадени от министерствата. Санитарните и химическите изследвания се извършват по реда, определен от епидемиологичната служба. В процеса се използват средни модели, които имитират свойствата на хранителните продукти. Те възпроизвеждат и условията на работа на извадката.

Съдебното химическо изследване има за цел количествено откриване на наркотични, мощни вещества и отрови в човешкото тяло, хранителни продукти, лекарствени препарати. Проверката се извършва с решение на съда.