Физикохимични изследвания на вещества

Физико-химическото изследване като посока на аналитичната химия е намерило широко приложение във всяка сфера на човешката дейност. Те ни позволяват да проучим свойствата на веществото, представляващо интерес, 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 понятия 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 изследваните обекти от външните прояви и включват наблюдение, измерване, експериментиране, сравнение. Емпиричното изследване се основава на надеждни факти и не включва създаването на изкуствени ситуации за анализ.

Организационните методи са сравнителни, надлъжни, сложни. Първото предполага сравнение на състоянията на обекта, получени 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.

Тълкувателните 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 веществото 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 има за цел да определи веществата 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 химическо изследване 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 лесна и дава точни резултати, но отнема много време. С този тип химически изследователски методи изискваното вещество се освобождава от общия състав като утайка или газ. След това се въвежда в 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 изследвания обект, по-удобен в изследването.

Физически изследвания

За разлика от химичните изследвания, основани на провеждането на подходящи реакции, физичните методи за анализ се основават на същите свойства на веществата. За тяхното поведение 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 физични 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 на ъгъла зависи от свойствата на компонентите на средата. Следователно, 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 излъчване. Някои вещества могат да флуоресцират (абсорбират и отнемат абсорбираната радиация). Въз основа на интензитета на флуоресценцията се прави заключение за количественото определяне на веществото.

Физико-химични изследвания

Физико-химичните методи за изследване регистрират промяната на 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 се използват широко поради високата точност и скоростта на получаване на резултатите. В съвременния свят, поради развитието на ИТ технологиите, химическите методи стават трудни за прилагане. Физикохимичните методи се използват в хранителната промишленост, земеделието, съдебната медицина.

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

Основните методи на 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 химичният 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 на 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 изследването.

Методът на емисиите дава възможност за изследване на емисионните спектри и дава информация за състава на материята. За да се получат данни, те се подлагат на електрическо дъгообразно разреждане. Вариант на този метод е пламъчната фотометрия. Абсорбционните спектри се изследват по метода на абсорбция. Горепосочените опции се отнасят до качествен анализ на веществото.

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

Основи на електрохимичния анализ на веществата

Електрохимичният анализ използва електролиза за изследване на вещество. Реакциите се провеждат във воден разтвор на електроди. 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 портативни кондомери, използвани за химически изследвания на водата.

По време на потенциометрията се измерва ЕМФ на обратимата клетка. Култометричният метод определя количеството електричество, потребено по време на електролизата. Волтарметометрията изследва зависимостта на величината на тока от пасивния потенциал.

Термични методи за анализ на вещества

Термичният анализ има за цел да определи промяната във физичните свойства на веществото под въздействието 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 термичните методи на 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, който 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 - твърд. 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 съдебните химични изследвания. Те имат някои разлики. В първия случай се използват приетите хигиенни стандарти за оценка на анализа. Те са определени 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.

Съдебно-химическите изследвания са насочени към количественото откриване на наркотични, мощни вещества и отрови в човешкото тяло, хранителни продукти, лекарствени препарати. Проверката се извършва чрез съдебно решение.