För närvarande finns det många specialister som har ägnat sig åt fysikaliska eller kemiska vetenskaper, och ibland båda. De flesta fenomen kan faktiskt förklaras logiskt just genom sådana experiment. Vi kommer att överväga fysiska forskningsmetoder mer i detalj.
analysmetoder i analytisk kemi
Analytisk kemi är vetenskapen om att upptäcka, separera och identifiera kemikalier. För att utföra vissa operationer med föreningar används kemiska, fysikaliska och fysikalisk-kemiska analysmetoder. Den senare metoden kallas också instrumentell, eftersom dess tillämpning kräver modern laboratorieutrustning. Den är indelad i spektroskopiska, kärnfysiska och radiokemiska grupper.
Dessutom kan det inom kemin finnas problem av olika slag som kräver individuella lösningar. Beroende på detta finns det metoder för kvalitativ (att bestämma ett ämnes namn och form) och kvantitativ (att bestämma hur mycket av ett visst ämne som ingår i en alikvot eller prov) analys.
kvantitativa analysmetoder
De låter dig bestämma innehållet av det ursprungliga ämnet i provet. Tot alt finns det kemiska, fysikalisk-kemiska och fysikaliska metoder för kvantitativ analys.
Kemiska metoder för kvantitativ analys
De är indelade i:
- Viktanalys som låter dig bestämma innehållet i ett ämne genom att väga en analytisk våg och utföra ytterligare operationer.
- Volymanalys, som innebär att man mäter volymen av ämnen i olika aggregattillstånd eller lösningar.
I sin tur är den uppdelad i följande underavdelningar:
- volymetrisk titrimetrisk analys används vid en känd koncentration av reagenset, reaktionen med vilken den erforderliga substansen förbrukas, och sedan mäts den förbrukade volymen;
- volumetrisk gasmetod är att analysera gasblandningar där det ursprungliga ämnet absorberas av en annan.
- volymetrisk sedimentering (från latinets sedimentum - "bosättning") är baserad på skiktning av ett dispergerat system som ett resultat av gravitationen. Detta åtföljs av utfällning, vars volym mäts med ett centrifugrör.
Kemiska metoder är inte alltid bekväma att använda, eftersom det ofta är nödvändigt att separera blandningen för att isolera den önskade komponenten. För att utföra en sådan operation utan användning av kemiska reaktioner används fysikaliska analysmetoder. Och att observera förändringen i föreningens fysikaliska egenskaper som ett resultatutföra reaktioner - fysikaliska och kemiska.
Fysiska metoder för kvantitativ analys
De används under många laboratoriestudier. Fysiska analysmetoder inkluderar:
- Spektroskopisk - baserat på växelverkan mellan atomer, molekyler, joner av den studerade föreningen med elektromagnetisk strålning, som ett resultat av vilken fotoner absorberas eller frigörs.
- Den kärnfysikaliska metoden består i att utsätta ett prov av ämnet som studeras för ett neutronflöde, genom att studera vilket, efter experimentet, är möjligt att bestämma det kvantitativa innehållet av de grundämnen som ingår i provet genom att mäta radioaktiv strålning. Detta fungerar eftersom mängden partikelaktivitet är direkt proportionell mot koncentrationen av grundämnet som studeras.
- Den radiokemiska metoden är att bestämma innehållet i substansen av radioaktiva isotoper som bildas till följd av omvandlingar.
Fysikalisk-kemiska metoder för kvantitativ analys
Eftersom dessa metoder bara är en del av de fysikaliska metoderna för att analysera ett ämne, är de också uppdelade i spektroskopiska, kärnfysikaliska och radiokemiska metoder för forskning.
Kvalitativa analysmetoder
I analytisk kemi, för att studera egenskaperna hos ett ämne, bestämma dess fysikaliska tillstånd, färg, smak, lukt, används metoder för kvalitativ analys, som i sin tur är uppdelade i samma kemiska, fysikaliska och fysikalisk-kemiska (instrumentella). Dessutom föredras fysikaliska analysmetoder inom analytisk kemi.
Kemiska metoder utförs på två sätt: reaktioner i lösningar och reaktioner på torra sätt.
Reaktioner på våt väg
Reaktioner i lösningar har vissa villkor, av vilka ett eller flera måste uppfyllas:
- Bildning av en olöslig fällning.
- Ändra färg på lösningen.
- Utveckling av ett gasformigt ämne.
Utfallsbildning kan till exempel uppstå som ett resultat av växelverkan mellan bariumklorid (BaCl2) och svavelsyra (H2SO4). Reaktionsprodukterna är s altsyra (HCl) och en vattenolöslig vit fällning - bariumsulfat (BaSO4). Då kommer det nödvändiga villkoret för uppkomsten av en kemisk reaktion att vara uppfyllt. Ibland kan reaktionsprodukterna vara ett par ämnen, som måste separeras genom filtrering.
Att ändra färgen på lösningen som ett resultat av kemisk interaktion är en mycket viktig egenskap i analysen. Detta observeras oftast när man arbetar med redoxprocesser eller när man använder indikatorer i syra-bastitreringsprocessen. Ämnen som kan färga lösningen med lämplig färg inkluderar: kaliumtiocyanat KSCN (dess interaktion med järn III-s alter åtföljs av en blodröd färgning av lösningen), järnklorid (när den interagerar med klorvatten, den svaga gröna färgen på lösningen lösning blir gul), kaliumdikromat (när den reduceras och under inverkan av svavelsyra ändras den från orange tillmörkgrön) och andra.
Reaktioner som fortsätter med utsläpp av gas är inte grundläggande och används i sällsynta fall. Den vanligaste koldioxiden som produceras i laboratorier är CO2.
Torra reaktioner
Sådana interaktioner utförs för att bestämma innehållet av föroreningar i det analyserade ämnet, vid studiet av mineraler, och det består av flera steg:
- Smältbarhetstest.
- Lamfärgstest.
- Volatilitetstest.
- Förmågan att redoxa reaktioner.
Vanligtvis testas mineralämnen med avseende på smältförmåga genom att förvärma ett litet prov av dem över en gasbrännare och observera avrundningen av dess kanter under ett förstoringsglas.
För att kontrollera hur provet kan färga lågan, appliceras det på en platinatråd först på lågans bas och sedan till den plats som är mest uppvärmd.
Provets flyktighet kontrolleras i analyscylindern, som värms upp efter införandet av testelementet.
Reaktioner av redoxprocesser utförs oftast i torra bollar av smält borax, i vilka provet placeras och sedan utsätts för upphettning. Det finns andra sätt att utföra denna reaktion: uppvärmning i ett glasrör med alkalimetaller - Na, K, enkel uppvärmning eller uppvärmning på träkol, och så vidare.
Användning av kemiska indikatorer
Ibland använder kemiska analysmetoder olikaindikatorer som hjälper till att bestämma pH i mediet för ett ämne. De vanligaste är:
- Latmus. I en sur miljö blir lackmuspapper rött och i en alkalisk miljö blir det blått.
- Methylorange. När den utsätts för en sur jon blir den rosa, alkalisk - blir gul.
- Fenolftalein. I en alkalisk miljö är den karakteristisk för en röd färg, och i en sur miljö har den ingen färg.
- Curcumin. Det används mindre ofta än andra indikatorer. Blir brun av alkalier och gul av syror.
Fysiska metoder för kvalitativ analys
För närvarande används de ofta i både industriell forskning och laboratorieforskning. Exempel på fysiska analysmetoder är:
- Spectral, som redan har diskuterats ovan. Det är i sin tur uppdelat i emissions- och absorptionsmetoder. Beroende på partiklarnas analytiska signal särskiljs atom- och molekylspektroskopi. Under emission avger provet kvantum, och under absorption absorberas fotonerna som emitteras av provet selektivt av små partiklar - atomer och molekyler. Denna kemiska metod använder sådana typer av strålning som ultraviolett (UV) med en våglängd på 200-400 nm, synlig med en våglängd på 400-800 nm och infraröd (IR) med en våglängd på 800-40000 nm. Sådana strålningsområden kallas annars det "optiska området".
- Luminescerande (fluorescerande) metod består i att observera ljusemissionen från ämnet som studeras p.g.a.exponering för ultravioletta strålar. Testprovet kan vara en organisk eller mineralförening, såväl som vissa mediciner. När de utsätts för UV-strålning övergår atomerna av detta ämne till ett exciterat tillstånd, kännetecknat av en imponerande energireserv. Under övergången till det normala tillståndet lyser ämnet på grund av den kvarvarande mängden energi.
- Röntgendiffraktionsanalys utförs som regel med röntgenstrålar. De används för att bestämma storleken på atomer och hur de är placerade i förhållande till andra provmolekyler. Således hittas kristallgittret, provets sammansättning och närvaron av föroreningar i vissa fall. Denna metod använder en liten mängd analyt utan användning av kemiska reaktioner.
- Masspektrometrisk metod. Ibland händer det att det elektromagnetiska fältet inte tillåter vissa joniserade partiklar att passera genom det på grund av för stor skillnad i förhållandet mellan massa och laddning. För att bestämma dem behövs denna fysiska analysmetod.
Därför är dessa metoder mycket efterfrågade, jämfört med konventionella kemiska, eftersom de har ett antal fördelar. Men kombinationen av kemiska och fysikaliska analysmetoder inom analytisk kemi ger ett mycket bättre och mer exakt resultat av studien.
Fysikalisk-kemiska (instrumentella) metoder för kvalitativ analys
Dessa kategorier inkluderar:
- Elektrokemiska metoder som består i att mätagalvaniska cellers elektromotoriska krafter (potentiometri) och lösningars elektriska ledningsförmåga (konduktometri), såväl som i studiet av rörelsen och resten av kemiska processer (polarografi).
- Emissionsspektralanalys, vars essens är att bestämma intensiteten av elektromagnetisk strålning på en frekvensskala.
- Fotometrisk metod.
- Röntgenspektralanalys, som undersöker spektra av röntgenstrålar som har passerat genom provet.
- Metod för att mäta radioaktivitet.
- Den kromatografiska metoden är baserad på den upprepade interaktionen mellan sorption och desorption av ett ämne när det rör sig längs en orörlig sorbent.
Du bör veta att i grunden fysikalisk-kemiska och fysikaliska analysmetoder inom kemi kombineras i en grupp, så när de betraktas separat har de mycket gemensamt.
Fysikalisk-kemiska metoder för separation av ämnen
Väldigt ofta i laboratorier finns det situationer då det är omöjligt att extrahera det erforderliga ämnet utan att separera det från ett annat. I sådana fall används metoder för separation av ämnen, som inkluderar:
- Extraktion - en metod genom vilken det nödvändiga ämnet extraheras från en lösning eller blandning med hjälp av ett extraktionsmedel (motsvarande lösningsmedel).
- kromatografi. Denna metod används inte bara för analys, utan också för separation av komponenter som är i den mobila och stationära fasen.
- Separation genom jonbyte. Som ett resultatdet önskade ämnet kan fällas ut, olösligt i vatten och kan sedan separeras genom centrifugering eller filtrering.
- Kryogen separation används för att extrahera gasformiga ämnen från luften.
- Elektrofores är separation av ämnen med deltagande av ett elektriskt fält, under påverkan av vilket partiklar som inte blandas med varandra rör sig i flytande eller gasformiga medier.
Därmed kommer laboranten alltid att kunna få det ämne som krävs.
