Fysikalisk-kemisk forskning som en gren av analytisk kemi används i stor utsträckning inom alla områden av mänskligt liv. De låter dig studera egenskaperna hos ett ämne av intresse genom att bestämma den kvantitativa komponenten av komponenterna i provets sammansättning.
Substansforskning
Vetenskaplig forskning är kunskapen om ett objekt eller fenomen för att erhålla ett system av begrepp och kunskap. Enligt handlingsprincipen klassificeras de använda metoderna i:
- empirical;
- organisatorisk;
- tolkande;
- metoder för kvalitativ och kvantitativ analys.
Empiriska forskningsmetoder speglar objektet som studeras från sidan av yttre manifestationer och inkluderar observation, mätning, experiment, jämförelse. Empiriska studier är baserade på tillförlitliga fakta och involverar inte skapandet av konstgjorda situationer för analys.
Organisationsmetoder - jämförande, longitudinell, komplex. Den första innebär en jämförelse av tillstånden för ett objekt som erhållits vid olika tidpunkter och under olika förhållanden. Longitudinell - observation av objektetforskning under lång tid. Complex är en kombination av longitudinella och jämförande metoder.
Tolkningsmetoder - genetiska och strukturella. Den genetiska varianten innebär studiet av utvecklingen av ett föremål från ögonblicket för dess förekomst. Den strukturella metoden studerar och beskriver ett objekts struktur.
Analytisk kemi handlar om metoder för kvalitativ och kvantitativ analys. Kemiska studier syftar till att bestämma sammansättningen av studieobjektet.
kvantitativa analysmetoder
Med hjälp av kvantitativ analys inom analytisk kemi bestäms sammansättningen av kemiska föreningar. Nästan alla metoder som används är baserade på studiet av ett ämnes kemiska och fysikaliska egenskapers beroende av dess sammansättning.
Kvantitativ analys är generell, fullständig och partiell. Allmänt bestämmer mängden av alla kända ämnen i föremålet som studeras, oavsett om de finns i kompositionen eller inte. En fullständig analys särskiljs genom att hitta den kvantitativa sammansättningen av de ämnen som ingår i provet. Det partiella alternativet definierar innehållet i endast de komponenter som är av intresse i denna kemiska studie.
Beroende på analysmetod finns det tre grupper av metoder: kemiska, fysikaliska och fysikalisk-kemiska. Alla är baserade på en förändring av ett ämnes fysikaliska eller kemiska egenskaper.
Kemisk forskning
Denna metod syftar till att bestämma ämnen i olika kvantitativt förekommande kemikalierreaktioner. De senare har yttre manifestationer (missfärgning, frigöring av gas, värme, sediment). Denna metod används i stor utsträckning i många grenar av livet i det moderna samhället. Det kemiska forskningslaboratoriet är ett måste inom läkemedels-, petrokemi-, bygg- och många andra industrier.
Det finns tre typer av kemisk forskning. Gravimetri, eller viktanalys, baseras på förändringen i de kvantitativa egenskaperna hos testämnet i provet. Det här alternativet är enkelt och ger korrekta resultat, men är tidskrävande. Med denna typ av kemiska forskningsmetoder separeras det erforderliga ämnet från den totala sammansättningen i form av en fällning eller gas. Därefter bringas den till en fast olöslig fas, filtreras, tvättas, torkas. Efter dessa procedurer vägs komponenten.
Titrimetri är en volymetrisk analys. Studiet av kemikalier sker genom att mäta volymen av ett reagens som reagerar med ämnet som studeras. Dess koncentration är känd i förväg. Reagensvolymen mäts när ekvivalenspunkten uppnås. Vid gasanalys bestäms volymen av frigjord eller absorberad gas.
Dessutom används ofta kemisk modellforskning. Det vill säga, en analog till objektet som studeras skapas, vilket är bekvämare att studera.
Fysisk forskning
Till skillnad från kemisk forskning som bygger på att utföra lämpliga reaktioner, bygger fysikaliska analysmetoder på samma egenskaper hos ämnen. För demutförande kräver speciella anordningar. Kärnan i metoden är att mäta förändringar i egenskaperna hos ett ämne som orsakas av inverkan av strålning. De huvudsakliga metoderna för fysisk undersökning är refraktometri, polarimetri, fluorimetri.
Refraktometri utförs med en refraktometer. Kärnan i metoden reduceras till studiet av brytningen av ljus som passerar från ett medium till ett annat. Att ändra vinkeln i detta fall beror på egenskaperna hos mediekomponenterna. Därför blir det möjligt att identifiera mediets sammansättning och dess struktur.
Polarimetri är en optisk forskningsmetod som använder förmågan hos vissa ämnen att rotera oscillationsplanet för linjärt polariserat ljus.
För fluorimetri används lasrar och kvicksilverlampor som skapar monokromatisk strålning. Vissa ämnen är kapabla att fluorescera (absorbera och avge den absorberade strålningen). Baserat på intensiteten av fluorescens dras en slutsats om den kvantitativa bestämningen av ämnet.
Fysisk och kemisk forskning
Fysikalisk-kemiska forskningsmetoder registrerar förändringar i ett ämnes fysikaliska egenskaper under påverkan av olika kemiska reaktioner. De är baserade på det direkta beroendet av de fysiska egenskaperna hos föremålet som studeras på dess kemiska sammansättning. Dessa metoder kräver användning av vissa mätinstrument. Som regel utförs observationen för värmeledningsförmåga, elektrisk ledningsförmåga, ljusabsorption, kokpunkt och smältpunkt.
Fysikalisk-kemiska studier av materiaanvänds ofta på grund av deras höga noggrannhet och snabbhet att få resultat. I den moderna världen, på grund av utvecklingen av IT-teknik, har kemiska metoder blivit svåra att tillämpa. Fysikalisk-kemiska metoder används inom livsmedelsindustrin, jordbruket, krimin altekniken.
En av de största skillnaderna mellan fysikaliska och kemiska metoder och kemiska är att slutet av reaktionen (ekvivalenspunkten) hittas med hjälp av mätinstrument, och inte visuellt.
De huvudsakliga metoderna för fysikalisk och kemisk forskning anses vara spektrala, elektrokemiska, termiska och kromatografiska metoder.
Spektrala metoder för substansanalys
Grunden för spektrala analysmetoder är interaktionen mellan ett objekt och elektromagnetisk strålning. De senares absorption, reflektion och spridning studeras. Ett annat namn för metoden är optisk. Det är en kombination av kvalitativ och kvantitativ forskning. Med spektralanalys kan du utvärdera den kemiska sammansättningen, komponenternas struktur, magnetfält och andra egenskaper hos ett ämne.
Kynen i metoden är att bestämma resonansfrekvenserna vid vilka ämnet reagerar på ljus. De är strikt individuella för varje komponent. Med ett spektroskop kan du se linjerna på spektrumet och bestämma beståndsdelarna i ett ämne. Spektrallinjernas intensitet ger en uppfattning om den kvantitativa egenskapen. Klassificeringen av spektrala metoder baseras på typen av spektrum och syftet med studien.
Emissionsmetodlåter dig studera emissionsspektra och ger information om ämnets sammansättning. För att få data utsätts den för en elektrisk ljusbågsurladdning. En variant av denna metod är flamfotometri. Absorptionsspektra studeras med absorptionsmetoden. Ovanstående alternativ hänvisar till den kvalitativa analysen av ämnet.
Kvantitativ spektralanalys jämför intensiteten hos spektrallinjen för föremålet som studeras och en substans med känd koncentration. Dessa metoder inkluderar atomabsorption, atomär fluorescens och luminescensanalyser, turbidimetri, nefelometri.
grunderna för elektrokemisk analys av ämnen
Elektrokemisk analys använder elektrolys för att studera ett ämne. Reaktioner utförs i en vattenlösning på elektroder. En av de tillgängliga egenskaperna ska mätas. Studien utförs i en elektrokemisk cell. Detta är ett kärl i vilket elektrolyter (ämnen med jonledningsförmåga), elektroder (ämnen med elektronisk ledningsförmåga) placeras. Elektroder och elektrolyter interagerar med varandra. I detta fall tillförs strömmen utifrån.
Klassificering av elektrokemiska metoder
Klassificera elektrokemiska metoder utifrån de fenomen som fysikaliska och kemiska studier bygger på. Det här är metoder med och utan ovidkommande potential.
Konduktometri är en analysmetod och mäter elektrisk konduktivitet G. Konduktometrisk analys använder vanligtvis växelström. Konduktometrisk titrering – mergemensam forskningsmetod. Denna metod är grunden för tillverkning av bärbara konduktometrar som används för kemiska studier av vatten.
Vid utförande av potentiometri mäts EMF för en reversibel galvanisk cell. Coulometrimetoden bestämmer mängden el som förbrukas under elektrolys. Voltammetri undersöker beroendet av strömmens storlek på den applicerade potentialen.
Termiska metoder för ämnesanalys
Termisk analys syftar till att bestämma förändringen i de fysikaliska egenskaperna hos ett ämne under inverkan av temperatur. Dessa testmetoder utförs inom en kort tidsperiod och med en liten mängd av det studerade provet.
Termogravimetri är en av metoderna för termisk analys, som redogör för registreringen av förändringar i ett föremåls massa under påverkan av temperatur. Denna metod anses vara en av de mest exakta.
Dessutom inkluderar termiska forskningsmetoder kalorimetri, som bestämmer ett ämnes värmekapacitet, entalpymetri, baserat på studier av värmekapacitet. Även bland dem bör tillskrivas dilatometry, som fångar förändringen i provets volym under påverkan av temperatur.
Kromatografiska metoder för analys av ämnen
Kromatografimetoden är ett sätt att separera ämnen. Det finns många typer av kromatografi, de viktigaste är: gas, distribution, redox, utfällning, jonbyte.
Komponenterna i testprovet är separerade mellan rörliga och stationärafaser. I det första fallet talar vi om vätskor eller gaser. Den stationära fasen är en sorbent - ett fast ämne. Provkomponenterna rör sig i den mobila fasen längs den stationära fasen. Med hjälp av hastigheten och tiden för komponenternas passage genom den sista fasen bedöms deras fysikaliska egenskaper.
Tillämpning av fysikaliska och kemiska forskningsmetoder
Det viktigaste området för fysikaliska och kemiska metoder är sanitär-kemisk och rättsmedicinsk-kemisk forskning. De har vissa skillnader. I det första fallet används accepterade hygienstandarder för att utvärdera den utförda analysen. De fastställs av ministerierna. Sanitär-kemisk forskning utförs i enlighet med det förfarande som fastställts av den epidemiologiska tjänsten. Processen använder miljömodeller som efterliknar livsmedelsprodukters egenskaper. De återger även provets driftsförhållanden.
Forensisk kemisk forskning syftar till kvantitativ upptäckt av narkotiska, potenta ämnen och gifter i människokroppen, livsmedelsprodukter, mediciner. Undersökningen genomförs enligt ett domstolsbeslut.
