Cercetarea fizico-chimică ca ramură a chimiei analitice este utilizată pe scară largă în fiecare sferă a vieții umane. Acestea vă permit să studiați proprietățile unei substanțe de interes prin determinarea componentei cantitative a componentelor din compoziția probei.
Cercetarea substanțelor
Cercetarea științifică este cunoașterea unui obiect sau fenomen în scopul obținerii unui sistem de concepte și cunoștințe. Conform principiului de acțiune, metodele utilizate se clasifică în:
- empiric;
- organizațional;
- interpretative;
- metode de analiză calitativă și cantitativă.
Metodele de cercetare empirică reflectă obiectul studiat din partea manifestărilor externe și includ observarea, măsurarea, experimentul, comparația. Studiul empiric se bazează pe fapte de încredere și nu implică crearea de situații artificiale pentru analiză.
Metode organizatorice - comparative, longitudinale, complexe. Primul implică o comparație a stărilor unui obiect obținute în momente diferite și în condiții diferite. Longitudinal - observarea obiectuluicercetare pe o perioadă lungă de timp. Complexul este o combinație de metode longitudinale și comparative.
Metode de interpretare - genetice și structurale. Varianta genetică presupune studiul dezvoltării unui obiect din momentul apariției acestuia. Metoda structurală studiază și descrie structura unui obiect.
Chimia analitică se ocupă cu metode de analiză calitativă și cantitativă. Studiile chimice au ca scop determinarea compoziției obiectului de studiu.
Metode de analiză cantitativă
Cu ajutorul analizei cantitative în chimia analitică se determină compoziția compușilor chimici. Aproape toate metodele utilizate se bazează pe studiul dependenței proprietăților chimice și fizice ale unei substanțe de compoziția sa.
Analiza cantitativă este generală, completă și parțială. General determină cantitatea tuturor substanțelor cunoscute din obiectul studiat, indiferent dacă sunt prezente sau nu în compoziție. O analiză completă se distinge prin găsirea compoziției cantitative a substanțelor conținute în probă. Opțiunea parțială definește conținutul numai al componentelor de interes din acest studiu chimic.
În funcție de metoda de analiză, există trei grupe de metode: chimice, fizice și fizico-chimice. Toate se bazează pe o modificare a proprietăților fizice sau chimice ale unei substanțe.
Cercetare chimică
Această metodă are ca scop determinarea substanțelor din diferite substanțe chimice care apar cantitativreactii. Acestea din urmă au manifestări externe (decolorare, eliberare de gaz, căldură, sediment). Această metodă este utilizată pe scară largă în multe ramuri ale vieții societății moderne. Laboratorul de cercetare chimică este o necesitate în industria farmaceutică, petrochimică, construcții și în multe alte industrii.
Există trei tipuri de cercetare chimică. Gravimetria sau analiza greutății se bazează pe modificarea caracteristicilor cantitative ale substanței de testat din probă. Această opțiune este simplă și oferă rezultate precise, dar necesită mult timp. Cu acest tip de metode de cercetare chimică, substanța necesară este separată de compoziția totală sub formă de precipitat sau gaz. Apoi se aduce într-o fază solidă insolubilă, se filtrează, se spală, se usucă. După aceste proceduri, componenta este cântărită.
Titrimetria este o analiză volumetrică. Studiul substanțelor chimice are loc prin măsurarea volumului unui reactiv care reacționează cu substanța studiată. Concentrația sa este cunoscută dinainte. Volumul reactivului este măsurat când este atins punctul de echivalență. În analiza gazelor, se determină volumul de gaz eliberat sau absorbit.
În plus, cercetarea modelelor chimice este adesea folosită. Adică, este creat un analog al obiectului studiat, care este mai convenabil de studiat.
Cercetare fizică
Spre deosebire de cercetarea chimică bazată pe efectuarea reacțiilor adecvate, metodele fizice de analiză se bazează pe aceleași proprietăți ale substanțelor. Pentru a lorrealizarea necesită dispozitive speciale. Esența metodei este măsurarea modificărilor caracteristicilor unei substanțe cauzate de acțiunea radiațiilor. Principalele metode de examinare fizică sunt refractometria, polarimetria, fluorimetria.
Refractometria se realizează folosind un refractometru. Esența metodei se reduce la studiul refracției luminii care trece dintr-un mediu în altul. Modificarea unghiului în acest caz depinde de proprietățile componentelor medii. Prin urmare, devine posibil să se identifice compoziția mediului și structura acestuia.
Polarimetria este o metodă de cercetare optică care folosește capacitatea anumitor substanțe de a roti planul de oscilație al luminii polarizate liniar.
Pentru fluorimetrie se folosesc lasere și lămpi cu mercur, care creează radiații monocromatice. Unele substanțe sunt capabile de fluorescență (absorb și eliberează radiația absorbită). Pe baza intensității fluorescenței se face o concluzie despre determinarea cantitativă a substanței.
Cercetare fizică și chimică
Metodele de cercetare fizico-chimică înregistrează modificări ale proprietăților fizice ale unei substanțe sub influența diferitelor reacții chimice. Ele se bazează pe dependența directă a caracteristicilor fizice ale obiectului studiat de compoziția sa chimică. Aceste metode necesită utilizarea unor instrumente de măsură. De regulă, observația se efectuează pentru conductivitatea termică, conductibilitatea electrică, absorbția luminii, punctul de fierbere și punctul de topire.
Studii fizico-chimice ale materieisunt utilizate pe scară largă datorită preciziei lor ridicate și vitezei de obținere a rezultatelor. În lumea modernă, datorită dezvoltării tehnologiilor IT, metodele chimice au devenit dificil de aplicat. Metodele fizico-chimice sunt folosite în industria alimentară, agricultură, criminalistică.
Una dintre principalele diferențe dintre metodele fizice și chimice și cele chimice este că sfârșitul reacției (punctul de echivalență) se găsește folosind instrumente de măsură, și nu vizual.
Principalele metode de cercetare fizică și chimică sunt considerate a fi metode spectrale, electrochimice, termice și cromatografice.
Metode spectrale de analiză a substanțelor
Baza metodelor spectrale de analiză este interacțiunea unui obiect cu radiația electromagnetică. Sunt studiate absorbția, reflexia și împrăștierea acestora din urmă. Un alt nume pentru metoda este optic. Este o combinație de cercetare calitativă și cantitativă. Analiza spectrală vă permite să evaluați compoziția chimică, structura componentelor, câmpul magnetic și alte caracteristici ale unei substanțe.
Esența metodei este de a determina frecvențele de rezonanță la care substanța reacționează la lumină. Sunt strict individuale pentru fiecare componentă. Cu un spectroscop, puteți vedea liniile de pe spectru și puteți determina constituenții unei substanțe. Intensitatea liniilor spectrale dă o idee despre caracteristica cantitativă. Clasificarea metodelor spectrale se bazează pe tipul de spectru și pe scopul studiului.
Metoda de emisievă permite să studiați spectrele de emisie și oferă informații despre compoziția substanței. Pentru a obține date, acesta este supus unei descărcări cu arc electric. O variație a acestei metode este fotometria cu flacără. Spectrele de absorbție sunt studiate prin metoda absorbției. Opțiunile de mai sus se referă la analiza calitativă a substanței.
Analiza spectrală cantitativă compară intensitatea liniei spectrale a obiectului studiat și o substanță de concentrație cunoscută. Aceste metode includ absorbția atomică, fluorescența atomică și analizele de luminescență, turbidimetria, nefelometria.
Fundamentele analizei electrochimice a substanțelor
Analiza electrochimică folosește electroliza pentru a studia o substanță. Reacțiile se desfășoară într-o soluție apoasă pe electrozi. Una dintre caracteristicile disponibile este de măsurat. Studiul se desfășoară într-o celulă electrochimică. Acesta este un vas în care sunt plasați electroliți (substanțe cu conductivitate ionică), electrozi (substanțe cu conductivitate electronică). Electrozii și electroliții interacționează între ei. În acest caz, curentul este furnizat din exterior.
Clasificarea metodelor electrochimice
Clasificați metodele electrochimice pe baza fenomenelor pe care se bazează studiile fizico-chimice. Acestea sunt metode cu și fără potențial străin.
Conductometria este o metodă analitică și măsoară conductivitatea electrică G. Analiza conductometrică folosește în general curent alternativ. Titrare conductometrică – mai multmetoda comuna de cercetare. Această metodă stă la baza fabricării conductometrelor portabile utilizate pentru studiile chimice ale apei.
La efectuarea potențiometriei, se măsoară EMF-ul unei celule galvanice reversibile. Metoda coulometriei determină cantitatea de energie electrică consumată în timpul electrolizei. Voltametria investighează dependența mărimii curentului de potențialul aplicat.
Metode termice de analiză a substanțelor
Analiza termică are ca scop determinarea modificării proprietăților fizice ale unei substanțe sub influența temperaturii. Aceste metode de testare sunt efectuate într-o perioadă scurtă de timp și cu o cantitate mică din proba studiată.
Termogravimetria este una dintre metodele de analiză termică, care ține cont de înregistrarea modificărilor masei unui obiect sub influența temperaturii. Această metodă este considerată una dintre cele mai precise.
În plus, metodele de cercetare termică includ calorimetria, care determină capacitatea termică a unei substanțe, entalpimetria, pe baza studiului capacității termice. De asemenea, printre ele ar trebui atribuită și dilatometria, care surprinde modificarea volumului probei sub influența temperaturii.
Metode cromatografice pentru analiza substanțelor
Metoda cromatografiei este o modalitate de separare a substanțelor. Există multe tipuri de cromatografie, principalele sunt: gaz, distribuție, redox, precipitare, schimb ionic.
Componentele din proba de testare sunt separate între în mișcare și staționarefaze. În primul caz, vorbim de lichide sau gaze. Faza staționară este un sorbant - un solid. Componentele probei se deplasează în faza mobilă de-a lungul fazei staționare. După viteza și timpul de trecere a componentelor prin ultima fază, se apreciază proprietățile fizice ale acestora.
Aplicarea metodelor de cercetare fizică și chimică
Cea mai importantă zonă a metodelor fizico-chimice este cercetarea sanitar-chimică și criminalistică-chimică. Au unele diferențe. În primul caz, pentru evaluarea analizelor efectuate se folosesc standarde igienice acceptate. Sunt stabilite de ministere. Cercetările sanitar-chimice se efectuează în conformitate cu procedura stabilită de serviciul epidemiologic. Procesul folosește modele de mediu care imită proprietățile produselor alimentare. Ele reproduc, de asemenea, condițiile de funcționare ale eșantionului.
Cercetarea chimică criminalistică are ca scop detectarea cantitativă a substanțelor narcotice, puternice și a otrăvurilor în corpul uman, produse alimentare, medicamente. Examinarea se efectuează conform unei hotărâri judecătorești.
