Общая характеристика физико-химических методов
Физико-химическими называют методы количественного анализа, основанные на измерении физико-химических и физических свойств данного вещества. Их вместе с физическими методами анализа называют инструментальными, т.к. они требуют применения приборов и измерительных устройств.
В основе физико-химических методов количественного анализа лежит химическая реакция или физико-химический процесс.
Характерная особенность физических методов заключается в том, что в них измеряют физические параметры без предварительного проведения химической реакции.
Все аналитические методы имеют много общего: состав вещества, его строение и количество определяется по его свойствам. Свойства вещества фиксируются при помощи приборов.
Основной задачей прибора является перевод химической информации в форму, удобную для наблюдения оператором, что осуществляется при помощи преобразователя. Здесь электрический сигнал усиливается и передаётся на считывающее устройство.
Выбор наилучшего метода анализа диктуется многими соображениями и представляет трудную задачу. Критериями для оценки и выбора методов анализа служат их метрологические характеристики:
- воспроизводимость
- предел обнаружения (чувствительность)
- верхняя и нижняя границы определяемых содержаний
Революция в инструментальных методах произошла в 30-е годы ХХ века. Это связано с бурным развитием электроники в то время.
|
|
|
Классификация физико-химических методов
В зависимости от измеряемых характеристик различают следующие группы физико-химических методов:
1. Оптические (спектральные), основанные на измерении оптических свойств анализируемых систем ( на взаимодействии веществ с электромагнитным полем). Они позволяют определять структуру, геометрию и полярность молекул, длины связей, а также количество вещества по интенсивности полос в спектре.
2. Электрохимические, основанные на измерении электрохимических свойств. Позволяют проводить анализ растворов электролитов.
3. Физико-химические методы разделения и концентрирования (хроматография, ионный обмен, диализ, электрофорез).
4. Радиометрические, основанные на измерении радиоактивности исследуемых объектов.
5. Масс-спектрометрические, основанные на ионизации атомов и молекул изучаемого вещества с последующим разделением образующихся ионов в пространстве и определения их масс. Позволяют определять состав и строение молекул, энергию тонизации, а также характеристики обратимых процессов.
Физико-химические методы анализа имеют следующие достоинства:
1. селективность: некоторые методы позволяют одновременно определять десятки компонентов, входящих в состав исследуемой системы;
|
|
|
2. экспрессность - высокая скорость выполнения анализа;
3. предел обнаружения ниже, чем у химических методов. Физико-химическими методами можно проводить анализ при содержании компонента 10-4– 10-5 % масс, химическими методами – 10-1 – 10-2 % масс;
4. физико-химические методы дают возможность работать с ненарушенными образцами, поэтому они нашли широкое применение в биологии и медицине.
Оптические методы. К оптическим методам относятся : анализ по светопоглощению (в том числе фотоколориметрия и спектрофотометрия или абсорбционная спектроскопия); спектральный анализ, основанный на использовании спектров, испускаемых анализируемым веществом в пламени, в электрической дуге или искре; а также спектров при фосфоресценции, флуоресценции или рассеянии света; поляриметрия, рефрактометрия и др.
Наиболее доступны колориметрические методы, не требующие применения очень сложных и дорогих приборов. Этими методами с большой чувствительностью можно определять содержание очень многих элементов, находящихся в виде примесей. Вместе с тем методы абсорбционного спектрального анализа могут быть использованы для анализа не только примесей, но и основных компонентов исследуемого вещества. С этой целью применяют метод анализа, называемый дифференциальной спектрофотометрией.
|
|
|
Пользуясь оптическими методами, можно быстро и с большой чувствительностью анализировать всевозможные вещества; результаты определений в большинстве случаев регистрируются фотоэлектрическим, фотографическим или механическим путем. Применяя фотоэлементы, наиболее легко автоматизировать выполнение анализа этими методами.
18. Метод основан на количественном определении веществ на основании измерений интенсивности окраски или светопоглощения окрашенных соединений в видимой области спектра в соответствии с оптическим законом Бугера - Ламберта - Беера. Минимальная ошибка измерения возможна при использовании значений оптических плотностей в пределах 0,3 - 0,7.
Фотоколориметрические методы, в которых измеряется свето - поглощение окрашенных растворов, используют сравнительно несложную аппаратуру и при этом обеспечивают достаточную точность измерений (±1-2 % отн.). В большинстве фотоколориметров используется длина волны света в видимой области, монохроматизация осуществляется с помощью светофильтров:
|
|
|
|
| Важнейшие измерительные элементы фотоколориметров |
| Только вВИ - области |
| В УФ-и видимой области |
| В видимой и ИК- области |
| Все лучи ВИ- света |
| ВИ-, УФ-и часть ИК - области |
Для обеспечения максимальной точности и чувствительности необходимо выбирать спектральную область по возможности с более интенсивным поглощением, что достигается правильным подбором светофильтров. Светофильтры - это жидкие или твердые среды, обладающие избирательным пропусканием излучения в достаточно узком интервале длин волн. В качестве светофильтров используют окрашенные растворы некоторых веществ и оптические стекла, интерференционные светофильтры и диспергирующие призмы. Последние характеризуются более высокой степенью монохроматизации. Ширина пропускания определенного спектрального участка (линейная дисперсия) светофильтров колеблется от 100 до 20-40 нм; в призменных и дифракционных приборах - от 0,5 до 2 нм.
Важнейший элемент фотоколориметров фотоэлемент преобразует световую энергию, проходящую через исследуемый окрашенный раствор, в электрическую. Сила возникающего фототока (чувствительность фотоэлемента) зависит от длины волны падающего света и температуры.
Измерительные кюветы - это прямоугольные со строго параллельными стенками или цилиндрические сосуды с определенным расстоянием между стенками или крышками. Стеклянные кюветы пропускают все лучи видимого света, кварцевые - видимые, УФ-лучи и часть ИК-лучей. В зависимости от интенсивности окраски раствора для измерения выбирают кювету с большей или меньшей толщиной слоя, чтобы достичь оптимального интервала оптической плотности.
Различают прямые и косвенные фотоколориметрические измерения. Широкое применение прямых измерений в концентрационном анализе основано на прямой зависимости количества поглощенной энергии от концентрации поглощающего вещества в растворе.
Косвенные методы основаны на образовании в системе комплексных или внутрикомплексных (хелатных) соединений достаточно высокой устойчивости в результате реакции определяемого иона М с реактивом Р. Повышенная устойчивость комплекса способствует более полному связыванию определяемого иона М реактивом Р, увеличению точности и чувствительности измерений, снижению влияния посторонних ионов, присутствующих в растворе. Важнейшим требованием является постоянство состава окрашенных соединений, обу-
-210- словливающее стабильность интенсивности окраски раствора и, как Следствие, оказывающее влияние на точность измерений.
Изменение состава окрашенного комплекса может быть обусловлено ступенчатым характером его образования и диссоциации, разложением во времени, присутствием посторонних веществ, взаимодействующих с определяемым ионом Мили реактивом Р, влиянием рН среды. Существенным фактором является качество реактива, используемого для проведения цветной реакции. Если комплекс высокопрочный и отсутствуют компоненты, реагирующие с ионом М, то избыток реактива по сравнению со стехиометрически рассчитанным должен составлять 30-50 %. Если прочность окрашенного соединения невысока или из-за его диссоциации определяемый ион связывается не полностью, количество используемого реагента должно превышать стехиометрическое примерно на один порядок.
Наибольшее распространение метод фотоколориметрии нашел для проведения качественного и сортового анализа исходных ингредиентов, применяемых в производстве и переработке латексов и коллоидно-химических свойств последних.
Дата добавления: 2019-09-02; просмотров: 1843; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!