تستخدم أي طريقة للتحليل إشارة تحليلية محددة، والتي، في ظل ظروف معينة، تعطى من قبل كائنات أولية محددة (الذرات والجزيئات والأيونات) التي تشكل المواد قيد الدراسة.

توفر الإشارة التحليلية معلومات ذات طبيعة نوعية وكمية. على سبيل المثال، إذا تم استخدام تفاعلات الهطول للتحليل، فسيتم الحصول على معلومات نوعية من ظهور أو عدم وجود هطول الأمطار. يتم الحصول على المعلومات الكمية من كتلة الرواسب. عندما تنبعث مادة ما الضوء في ظل ظروف معينة، يتم الحصول على معلومات نوعية من ظهور إشارة (انبعاث الضوء) عند طول موجي يتوافق مع اللون المميز، ويتم الحصول على معلومات كمية من شدة الإشعاع الضوئي.

بناءً على أصل الإشارة التحليلية، يمكن تصنيف طرق الكيمياء التحليلية إلى كيميائية وفيزيائية وفيزيائية كيميائية.

في الطرق الكيميائيةقم بإجراء تفاعل كيميائي وقياس إما كتلة المنتج الناتج - طرق قياس الوزن (الوزن)، أو حجم الكاشف الذي يتم إنفاقه على التفاعل مع المادة - طرق قياس المعايرة وحجم الغاز (الحجمي).

يعتمد التحليل الحجمي للغاز (التحليل الحجمي للغاز) على الامتصاص الانتقائي لمكونات خليط الغاز في أوعية مملوءة بهذا الممتص أو ذاك، يليه قياس الانخفاض في حجم الغاز باستخدام السحاحة. وهكذا، يتم امتصاص ثاني أكسيد الكربون بمحلول هيدروكسيد البوتاسيوم، والأكسجين بمحلول البيروجالول، وأول أكسيد الكربون بمحلول الأمونيا من كلوريد النحاس. يشير قياس حجم الغاز إلى طرق التحليل السريعة. يستخدم على نطاق واسع لتحديد الكربونات في المعادن والمعادن.

تستخدم طرق التحليل الكيميائي على نطاق واسع لتحليل الخامات والصخور والمعادن وغيرها من المواد لتحديد المكونات الموجودة بها بمحتويات تتراوح من أعشار إلى عدة عشرات من المئة. تتميز طرق التحليل الكيميائي بالدقة العالية (عادة ما يكون خطأ التحليل أعشار النسبة المئوية). ومع ذلك، يتم استبدال هذه الأساليب تدريجيًا بطرق تحليل فيزيائية وكيميائية أكثر سرعة.

الطرق الفيزيائيةتعتمد التحليلات على قياس أي خاصية فيزيائية للمواد، وهي وظيفة تركيبية. على سبيل المثال، يعتمد قياس الانكسار على قياس معاملات الانكسار النسبية للضوء. وفي تحليل التنشيط يتم قياس نشاط النظائر وغيرها، وغالباً ما يتضمن التحليل تفاعلاً كيميائياً أولاً، ويتم تحديد تركيز المنتج الناتج من خلال الخواص الفيزيائية، على سبيل المثال، شدة امتصاص الإشعاع الضوئي بواسطة اللون منتج التفاعل. تسمى طرق التحليل هذه بالفيزيوكيميائية.

تتميز الطرق الفيزيائية للتحليل بالإنتاجية العالية، وحدود الكشف المنخفضة عن العناصر، وموضوعية نتائج التحليل، والمستوى العالي من الأتمتة. تستخدم طرق التحليل الفيزيائية في تحليل الصخور والمعادن. على سبيل المثال، يتم استخدام طريقة الانبعاث الذري لتحديد التنغستن في الجرانيت والصخر الزيتي، والأنتيمون والقصدير والرصاص في الصخور والفوسفات؛ طريقة الامتصاص الذري - المغنيسيوم والسيليكون في السيليكات. مضان الأشعة السينية - الفاناديوم في الإلمنيت، المغنسيت، الألومينا؛ قياس الطيف الكتلي - المنغنيز في الثرى القمري؛ تنشيط النيوترونات - الحديد والزنك والأنتيمون والفضة والكوبالت والسيلينيوم والسكانديوم في النفط؛ بطريقة التخفيف النظائري - الكوبالت في صخور السيليكات.

تسمى أحيانًا الطرق الفيزيائية والكيميائية الفيزيائية بالأدوات، حيث تتطلب هذه الطرق استخدام أدوات (معدات) مُكيَّفة خصيصًا لتنفيذ المراحل الرئيسية للتحليل وتسجيل نتائجه.

الطرق الفيزيائية والكيميائيةوقد يشمل التحليل التحولات الكيميائية للمادة التحليلية، وإذابة العينة، وتركيز المكون الذي تم تحليله، وإخفاء المواد المتداخلة، وغيرها. على عكس طرق التحليل الكيميائية "الكلاسيكية"، حيث الإشارة التحليلية هي كتلة المادة أو حجمها، تستخدم طرق التحليل الفيزيائية والكيميائية كثافة الإشعاع، وقوة التيار، والتوصيل الكهربائي، وفرق الجهد كإشارة تحليلية.

من الأهمية العملية الكبيرة الطرق التي تعتمد على دراسة انبعاث وامتصاص الإشعاع الكهرومغناطيسي في مناطق مختلفة من الطيف. وتشمل هذه التحليلات التحليل الطيفي (على سبيل المثال، التحليل الانارة، والتحليل الطيفي، وقياس الكلية وقياس التعكر، وغيرها). تشمل طرق التحليل الفيزيائية والكيميائية الهامة الطرق الكهروكيميائية التي تستخدم قياس الخواص الكهربائية للمادة (قياس الكولومتري، قياس الجهد، وما إلى ذلك)، وكذلك اللوني (على سبيل المثال، كروماتوغرافيا الغاز، كروماتوغرافيا السائل، كروماتوغرافيا التبادل الأيوني، كروماتوغرافيا الطبقة الرقيقة). ويجري بنجاح تطوير طرق تعتمد على قياس معدلات التفاعلات الكيميائية (طرق التحليل الحركية)، والتأثيرات الحرارية للتفاعلات (المعايرة الحرارية)، وكذلك فصل الأيونات في المجال المغناطيسي (قياس الطيف الكتلي).

الغرض الرئيسي من الكيمياء التحليلية- التأكد، اعتمادًا على المهمة المطروحة، من الدقة والحساسية العالية والسرعة و (أو) انتقائية التحليل. يجري تطوير طرق تتيح تحليل الكائنات الدقيقة (انظر التحليل الكيميائي الدقيق)، وإجراء التحليل المحلي (عند نقطة ما، على السطح، وما إلى ذلك)، والتحليل دون إتلاف العينة (انظر التحليل غير المدمر)على مسافة منه (التحليل عن بعد)، والتحليل المستمر (على سبيل المثال، في التدفق)، وكذلك تحديد شكل المركب الكيميائي وفي أي مرحلة يوجد المكون المحدد في العينة (تحليل الطور). الاتجاهات الهامة في تطوير الكيمياء التحليلية هي أتمتة التحليلات، وخاصة في السيطرة على العمليات التكنولوجية، والرياضيات، ولا سيما الاستخدام الواسع النطاق لأجهزة الكمبيوتر.

بناء. يمكن التمييز بين ثلاثة مجالات رئيسية للكيمياء التحليلية: الأسس النظرية العامة؛ تطوير أساليب التحليل؛ الكيمياء التحليلية للأشياء الفردية. اعتمادا على الغرض من التحليل يتم التمييز بين التحليل النوعي والتحليل الكمي، فمهمة الأول هي كشف وتحديد مكونات العينة التي تم تحليلها، والثانية هي تحديد تركيزاتها أو كتلها. اعتمادًا على المكونات التي يجب اكتشافها أو تحديدها، هناك تحليل النظائر، وتحليل العناصر، وتحليل المجموعة الهيكلية (بما في ذلك التحليل الوظيفي)، والتحليل الجزيئي، وتحليل الطور. بناءً على طبيعة الجسم الذي تم تحليله، يتم تمييز تحليل المواد غير العضوية والعضوية.

في النظرية في أساسيات الكيمياء التحليلية، تحتل قياسات التحليل الكيميائي، بما في ذلك المعالجة الإحصائية للنتائج، مكانًا مهمًا. كما تتضمن نظرية الكيمياء التحليلية دراسة اختيار العينات التحليلية وإعدادها. حول وضع مخطط التحليل واختيار الأساليب والمبادئ وطرق أتمتة التحليل، واستخدام أجهزة الكمبيوتر، فضلا عن أساسيات الاقتصادات الوطنية. استخدام النتائج الكيميائية. تحليل. إن خصوصية الكيمياء التحليلية هي دراسة الخصائص والخصائص غير العامة، ولكن الفردية والمحددة للأشياء، مما يضمن انتقائية الكثيرين. الأساليب التحليلية. بفضل الروابط الوثيقة مع إنجازات الفيزياء والرياضيات والبيولوجيا وما إلى ذلك. في مجالات التكنولوجيا (وهذا يتعلق بشكل خاص بطرق التحليل)، تحولت الكيمياء التحليلية إلى تخصص عند تقاطع العلوم.

في الكيمياء التحليلية، هناك طرق للفصل وتحديد (الكشف) وطرق هجينة، تجمع بين طرق المجموعتين الأوليين. تنقسم طرق التحديد إلى طرق التحليل الكيميائية (التحليل الوزني، المعايرة)، طرق التحليل الفيزيائية والكيميائية (على سبيل المثال، الكهروكيميائية، الضوئية، الحركية)، طرق التحليل الفيزيائية (الطيفية، الفيزيائية النووية وغيرها) وطرق التحليل البيولوجية . في بعض الأحيان يتم تقسيم طرق التحديد إلى كيميائية، بناءً على التفاعلات الكيميائية، وفيزيائية، بناءً على الظواهر الفيزيائية، وبيولوجية، باستخدام استجابة الكائنات الحية للتغيرات في البيئة.

تحدد الكيمياء التحليلية النهج العام لاختيار المسارات والأساليب التحليلية. يجري تطوير طرق لمقارنة الطرق وشروط قابليتها للتبادل والجمع، ومبادئ وطرق أتمتة التحليل. لأغراض عملية باستخدام التحليل، من الضروري تطوير أفكار حول نتائجه كمؤشر لجودة المنتج، وعقيدة التحكم السريع في التكنولوجيا. العمليات، وخلق أساليب فعالة من حيث التكلفة. من الأهمية بمكان بالنسبة للمحللين العاملين في مختلف قطاعات الاقتصاد الوطني توحيد الأساليب وتوحيدها. يتم تطوير نظرية لتحسين كمية المعلومات المطلوبة لحل مشكلة تحليلية.

طرق التحليل. اعتمادًا على كتلة أو حجم العينة التي تم تحليلها، يتم أحيانًا تقسيم طرق الفصل والتحديد إلى طرق كلية وجزئية وفائقة الصغر.

وعادة ما يتم اللجوء إلى فصل المخاليط في الحالات التي لا توفر فيها طرق التحديد المباشر أو الكشف النتيجة الصحيحة بسبب تأثير التداخل للمكونات الأخرى في العينة. ومن المهم بشكل خاص ما يسمى بالتركيز النسبي - فصل الكميات الصغيرة من مكونات الحليلة عن الكميات الأكبر بكثير من المكونات الرئيسية للعينة. يمكن أن يعتمد فصل المخاليط على الاختلافات في خصائص الديناميكا الحرارية أو التوازن للمكونات (ثوابت التبادل الأيوني، ثوابت استقرار المجمعات) أو المعلمات الحركية. الطرق الرئيسية المستخدمة للفصل هي الفصل اللوني، والاستخلاص، والترسيب، والتقطير، بالإضافة إلى الطرق الكهروكيميائية مثل الترسيب الكهربائي.

طرق التحليل الفيزيائية والكيميائية، تعتمد على اعتماد الخواص الفيزيائية للمادة على طبيعتها، والإشارة التحليلية هي قيمة خاصية فيزيائية، مرتبطة وظيفيًا بتركيز أو كتلة المكون الذي يتم تحديده. قد تشمل طرق التحليل الفيزيائية والكيميائية التحولات الكيميائية للمركب الذي يتم تحليله، وإذابة العينة، وتركيز المكون الذي تم تحليله، وإخفاء المواد المتداخلة، وغيرها. على عكس طرق التحليل الكيميائية "الكلاسيكية"، حيث تكون الإشارة التحليلية هي كتلة المادة أو حجمها، تستخدم طرق التحليل الفيزيائية والكيميائية كثافة الإشعاع، وقوة التيار، والتوصيل الكهربائي، وفرق الجهد، وما إلى ذلك كإشارة تحليلية.

من الأهمية العملية الكبيرة الطرق التي تعتمد على دراسة انبعاث وامتصاص الإشعاع الكهرومغناطيسي في مناطق مختلفة من الطيف. وتشمل هذه التحليلات التحليل الطيفي (على سبيل المثال، التحليل الانارة، والتحليل الطيفي، وقياس الكلية وقياس التعكر، وغيرها). تشمل طرق التحليل الفيزيائية والكيميائية الهامة الطرق الكهروكيميائية التي تستخدم قياس الخواص الكهربائية للمادة.

تي إن أوركينا

التحليل الكيميائي والفيزيائي الكيميائي

درس تعليمي

أوركينا تي إن الكيمياء. التحليل الكيميائي والفيزيائي الكيميائي. كتاب مدرسي / سانت بطرسبرغ: دار النشر التابعة لجامعة البوليتكنيك، 2012. – 45 ص.

يعرض الدليل أهداف وغايات الكيمياء التحليلية الحديثة - طرق التحليل الكيميائية والفيزيائية والكيميائية والفيزيائية.

يتم وصف طرق إجراء التحليل النوعي والكمي بالتفصيل. ويرد وصف للعمل المختبري على التحليل النوعي للحلول والسبائك المعدنية، فضلا عن الحسابات وطرق إجراء التحليل المعايرة (الحجمي). أساسيات المادية

التحليل الكيميائي - إنشاء مخططات الطور، والتحليل الحراري للسبائك المعدنية، وإنشاء مخططات الانصهار.

يتوافق الدليل مع المعيار التعليمي لتخصصي “الكيمياء” و “الكيمياء غير العضوية” وهو مخصص لطلاب مؤسسات التعليم العالي الذين يدرسون في مختلف المجالات والتخصصات في مجال الهندسة والتكنولوجيا في مجال

"علم المواد" و"علم المعادن" وغيرها. يمكن أن يكون الدليل مفيدًا للطلاب الذين يدرسون في أي تخصص تقني ضمن تخصص "الكيمياء".

مقدمة

الكيمياء التحليليةهو فرع من فروع الكيمياء يدرس خصائص وعمليات تحول المواد من أجل تحديد تركيبها الكيميائي. إن تحديد التركيب الكيميائي للمواد (التحديد الكيميائي) هو الإجابة على سؤال ما هي العناصر أو مركباتها وما هي النسب الكمية الموجودة في العينة التي تم تحليلها. تعمل الكيمياء التحليلية على تطوير الأسس النظرية للتحليل الكيميائي للمواد والمواد، وتطوير طرق لتحديد وكشف وفصل وتحديد العناصر الكيميائية ومركباتها، وكذلك طرق تحديد بنية المادة. إن الكشف أو كما يقولون اكتشاف العناصر أو الأيونات التي تتكون منها المادة قيد الدراسة يشكل الموضوع التحليل النوعي. يعد تحديد تركيزات أو كميات المواد الكيميائية التي تشكل الأشياء التي تم تحليلها مهمة تحليل كمي. عادة ما يسبق التحليل النوعي التحليل الكمي، لأنه لإجراء التحليل الكمي من الضروري معرفة التركيب النوعي للعينة التي يتم تحليلها. عندما يكون تكوين الكائن قيد الدراسة معروفًا مسبقًا، يتم إجراء التحليل النوعي حسب الضرورة.

1. طرق الكيمياء التحليلية

للكشف عن أحد المكونات، يتم عادةً استخدام ما يسمى بالإشارة التحليلية. أ إشارة تحللية- هذه تغييرات مرئية في موضوع الدراسة نفسه (تكوين الرواسب، تغير اللون، وما إلى ذلك) أو تغييرات في معلمات أدوات القياس

(انحراف إبرة الجهاز، تغير في القراءة الرقمية، ظهور خط في الطيف، إلخ). للحصول على إشارة تحليلية، يتم استخدام التفاعلات الكيميائية من أنواع مختلفة (التبادل الأيوني، والتركيب، والأكسدة)، وعمليات مختلفة (على سبيل المثال،

هطول الأمطار وتطور الغاز) بالإضافة إلى الخصائص الكيميائية والفيزيائية والبيولوجية المختلفة للمواد نفسها ومنتجات تفاعلاتها. لهذا

الكيمياء التحليلية لديها طرق مختلفة لحل مشاكلها.

الطرق الكيميائية (التحليل الكيميائي) تعتمد على تفاعل كيميائي بين العينة قيد الدراسة والكواشف المختارة خصيصًا. في الطرق الكيميائية، يتم ملاحظة الإشارة التحليلية الناتجة عن التفاعل الكيميائي بصريًا بشكل أساسي.

الفيزيائية والكيميائيةتعتمد طرق التحليل على دراسة كمية للاعتماد التكوين - الملكية الماديةهدف. الإشارة التحليلية هي الإمكانات الكهربائية، والقوة الحالية،

المقاومة، وما إلى ذلك، أو أي معلمة أخرى (درجة حرارة تحولات الطور، والصلابة، والكثافة، واللزوجة، وضغط البخار المشبع، وما إلى ذلك) المرتبطة بعلاقة وظيفية معينة مع تكوين وتركيز موضوع الدراسة. تتطلب طرق البحث الفيزيائية والكيميائية عادة استخدام معدات حساسة للغاية. ومن مميزات هذه الأساليب موضوعيتها،

إمكانية الأتمتة وسرعة الحصول على النتائج. مثال على طريقة التحليل الفيزيائية والكيميائية هو تحديد قياس الجهد للأس الهيدروجيني للمحلول باستخدام أدوات القياس - مقاييس الجهد. لا تسمح هذه الطريقة بالقياس فحسب، بل تسمح أيضًا بمراقبة التغيرات في الرقم الهيدروجيني بشكل مستمر عند حدوث أي عمليات في المحاليل.

في طرق التحليل الفيزيائيةعادة ما تكون الإشارة التحليلية

يتم استلامها وتسجيلها باستخدام معدات خاصة. تشمل الطرق الفيزيائية في المقام الأول طرق التحليل الطيفي البصري، بناءً على قدرة الذرات والجزيئات على إصدار وامتصاص ونشر الإشعاع الكهرومغناطيسي.

ومن خلال تسجيل انبعاث أو امتصاص أو تشتت الموجات الكهرومغناطيسية بواسطة العينة التي تم تحليلها، يتم الحصول على مجموعة من الإشارات،

توصيف تكوينها النوعي والكمي.

لا توجد حدود واضحة بين الطرق الثلاث، لذا فإن هذا التقسيم تعسفي إلى حد ما. على سبيل المثال، في الطرق الكيميائية، يتم تعريض العينة أولاً لبعض الكواشف، أي. إجراء تفاعل كيميائي معين، وفقط بعد ذلك يتم ملاحظة وقياس الخاصية الفيزيائية. عند التحليل بالطرق الفيزيائية، يتم إجراء المراقبة والقياس مباشرة على المادة التي يتم تحليلها باستخدام معدات خاصة، وتلعب التفاعلات الكيميائية، في حالة تنفيذها، دورًا داعمًا. ووفقا لهذا، في

تركز طرق التحليل الكيميائي على التنفيذ الصحيح للتفاعل الكيميائي، بينما في الطرق الفيزيائية والكيميائية يكون التركيز الرئيسي على معدات القياس المناسبة - تحديد الخاصية الفيزيائية.

2. تصنيف المواد الكيميائية والفيزيائية

الطرق الكيميائية

يتم تصنيف طرق التحليل الكيميائية والفيزيائية والكيميائية اعتمادًا على كتلة وحجم العينات التي تم تحليلها. بناءً على كمية المادة أو خليط المواد (العينة) المستخدمة للتحليل، يتم التمييز بين التحليل الكلي وشبه الجزئي ودون الجزئي والتحليل الفائق. يوضح الجدول 1 نطاقات كتلة وحجم محاليل العينات التي أوصى بها قسم الكيمياء التحليلية في الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (اختصار من الاختصار الإنجليزي للاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية).

		الجدول 1
نوع التحليل	وزن العينة، ز
		الحل، مل
التحليل الكلي		10-103
التحليل شبه المجهري		10-1 – 10
التحليل الدقيق		10-2 – 1
التحليل الجزئي	10-4 – 10-3	أقل من 10-2
التحليل الفائق	أقل من 10-4	أقل من 10-3

اعتمادا على طبيعة المهمة المطروحة، يتم تمييز أنواع التحليل التالية.

1 . تحليل العناصر- إثبات وجود ومحتوى العناصر الفردية في مادة معينة، أي. العثور على تكوينه العنصري.

2. تحليل المرحلة – تحديد وجود ومحتوى المراحل الفردية للمادة قيد الدراسة. على سبيل المثال، يمكن أن يكون الكربون الموجود في الفولاذ على شكل جرافيت أو على شكل كربيدات الحديد. تتمثل مهمة تحليل الطور في العثور على مقدار الكربون الموجود في شكل الجرافيت وكم الموجود في شكل كربيدات.

3. التحليل الجزيئي (تحليل المواد) - إثبات وجود ومحتوى جزيئات المواد (المركبات) المختلفة في المادة.

على سبيل المثال، يتم تحديد كمية ثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون والنيتروجين والأكسجين والغازات الأخرى الموجودة في الغلاف الجوي.

4 . تحليل وظيفي -تحديد وجود ومحتوى المجموعات الوظيفية في جزيئات المركبات العضوية، على سبيل المثال المجموعات الأمينية (-NH2)، والنيترو (-NO2)، والهيدروكسيل (-OH) وغيرها من المجموعات.

اعتمادا على طبيعة المادة التي تم تحليلها، هناك

تحليل المواد العضوية وغير العضوية. يرتبط فصل تحليل المواد العضوية إلى قسم منفصل من الكيمياء التحليلية بخصائص المواد العضوية. حتى المرحلة الأولى من التحليل - نقل العينة إلى المحلول - تختلف بشكل كبير بالنسبة للمواد العضوية وغير العضوية.

المراحل الرئيسية لأي تحليل كيميائي معقد

المواد هي الخطوات التالية.

1. أخذ العينات للتحليل. يجب أن يتوافق متوسط ​​تكوين العينة مع متوسط ​​تكوين الدفعة الكاملة من المادة التي تم تحليلها.

2. تحلل العينة وتحويلها إلى محلول. ويتم إذابة العينة في الماء أو الأحماض، أو دمجها مع مواد مختلفة، أو استخدام طرق أخرى أو تأثيرات كيميائية.

	إجراء التفاعل الكيميائي:							ف، حيث X -
مكون العينة ص – الكاشف. P هو منتج التفاعل.
	تثبيت		قياس	أي المعلمة المادية
منتج التفاعل، الكاشف أو الحليلة.
دعونا نفكر			بالتفصيل			المواد الكيميائية		تحليل -

التحليل النوعي والكمي.

3. التحليل النوعي

تتمثل مهمة التحليل النوعي في تحديد المكونات وتحديد التركيب النوعي لمادة أو خليط من المواد. إن الكشف أو كما يقولون اكتشاف العناصر أو الأيونات في تركيبة المادة قيد الدراسة يتم عن طريق تحويلها إلى مركب له بعض الخصائص المميزة، أي يتم تسجيل ظهور إشارة تحليلية. تسمى التحولات الكيميائية التي تحدث بالتفاعلات التحليلية. المادة التي يتم بها الاكتشاف هي كاشف أو كاشف.

هناك طرق مختلفة للتحليل النوعي تتطلب استخدام كميات مختلفة من مادة الاختبار وفقًا للجدول 1. على سبيل المثال: في طريقة التحليل الكليخذ حوالي 1 جرام من المادة (0.5 جرام للمعادن والسبائك) وقم بإذابتها في 20-30 مل من الماء.

تتم التفاعلات في أنابيب الاختبار (تحليل الأنبوب). في حالة التحليل الجزئي للمواد، يتم أخذ ما يقرب من 100 مرة أقل مقارنة بالتحليل الكلي (ملليجرام من المادة الصلبة وعدة أعشار ملليلتر من المحلول). يتم استخدام تفاعلات حساسة للغاية لفتح الأجزاء الفردية لاكتشاف وجود كميات صغيرة من العنصر أو الأيون. يتم إجراء التفاعلات إما بطريقة الجريزوفولفين أو بطريقة الإسقاط. تفاعلات الجريزوفولفينيتم إجراؤها على شريحة زجاجية ويتم الحكم على وجود العنصر من خلال شكل البلورات الناتجة، والتي يتم فحصها تحت المجهر. ردود الفعل بالتنقيط، مصحوبًا بتغيير في لون المحلول وتكوين رواسب ملونة، يتم إجراؤه على شريط من ورق الترشيح، مع تطبيق محاليل الاختبار والكواشف قطرة قطرة عليه. في بعض الأحيان يتم إجراء تفاعلات السقوط على "لوحة إسقاط" خاصة - لوحة خزفية ذات مسافات بادئة، وكذلك على زجاج الساعة أو في بوتقة خزفية صغيرة. التحليل شبه المجهري (طريقة شبه ميكروية)

يحتل موقعا متوسطا بين التحليل الكلي والجزئي.

كمية المادة المطلوبة لدراسة التركيبة أقل بحوالي 20-25 مرة من إجراء التحليل الكلي - حوالي 50 ملغ من المادة الصلبة و 1 مل من المحلول. تحتفظ هذه الطريقة بنظام التحليل الكلي واكتشاف الأيونات، ولكن تتم جميع التفاعلات بكميات صغيرة من المادة، باستخدام تقنيات ومعدات خاصة. على سبيل المثال، يتم إجراء التفاعلات في أنابيب اختبار صغيرة سعة 1-2 مل، حيث يتم إدخال المحاليل باستخدام الماصات. يتم الترسيب فقط عن طريق الطرد المركزي. التحليل الجزئي والتحليل الفائقيتم إجراؤها باستخدام تقنيات خاصة باستخدام المجاهر بدرجات متفاوتة من التكبير والمجاهر الإلكترونية وغيرها من المعدات. إن اعتبارها خارج نطاق هذا الدليل.

في التحليل النوعي، غالبًا ما يتم إجراء التفاعلات الكيميائية في محلول، وهو ما يسمى "الطريقة الرطبة". لكن في بعض الأحيان يكون من الممكن إجراء تفاعلات المرحلة الصلبة، أي. ردود الفعل "بالطريقة الجافة". تؤخذ المادة والكواشف المقابلة لها في صورة صلبة وتسخن إلى درجات حرارة عالية لإجراء التفاعلات. ومن أمثلة هذه التفاعلات تفاعل تلوين اللهب مع أملاح معادن معينة. ومن المعروف أن

أملاح الصوديوم تلون اللهب باللون الأصفر اللامع، وأملاح البوتاسيوم – أرجوانية، وأملاح النحاس – خضراء. ويمكن استخدام هذا اللون للكشف عن وجود هذه العناصر في المادة قيد الدراسة. تشمل التفاعلات "الجافة" أيضًا تفاعلات التكوين لآلئ ملونة – سبائك زجاجية من أملاح مختلفة. على سبيل المثال، البوراكس – Na2 B4 O7

· 10H2 O أو اللؤلؤ المزدوج الملح NaNH4 HPO4 · 4H2 O. وتسمى هذه الطرق بالكيماويات الحرارية وتستخدم على نطاق واسع لتقدير المعادن والصخور. ولكن في الأساس، في التحليل النوعي، يتم تنفيذ ردود الفعل

"المسار الرطب" بين المواد الذائبة.

3.1. منهجية إجراء التحليل النوعي

الخطوة الأولى في أي تحليل هي إدخال العينة في المحلول باستخدام مذيبات مختلفة. عند تحليل المواد غير العضوية، غالبًا ما يتم استخدام الماء والمحاليل المائية للأحماض والقلويات والمواد غير العضوية الأخرى كمذيبات. ثم يتم تنفيذ تفاعلات فتح الأيونات المميزة. ردود الفعل الاكتشاف النوعي

الأيونات هي تفاعلات كيميائية مصحوبة بتأثير خارجي (تغير في لون المحلول، إطلاق غاز، تكوين راسب)، وعلى أساسها يمكن الحكم على حدوث التفاعل.

غالبًا ما يتعاملون مع المحاليل المائية للأملاح والأحماض والقواعد التي تحدث فيها تفاعلات التبادل الأيوني (في كثير من الأحيان - تفاعلات الأكسدة).

التصالحية).

ويجب إجراء هذا التفاعل التحليلي أو ذاك في ظل ظروف معينة، اعتمادًا على خصائص المركبات الناتجة. وإذا لم يتم استيفاء هذه الشروط، فقد لا يمكن الاعتماد على نتائج اكتشاف الأيونات. على سبيل المثال، لا تسقط الرواسب القابلة للذوبان في الحمض من المحلول عندما يكون هناك فائض من الحمض. ولذلك يجب مراعاة ما يلي

ظروف رد الفعل.

1. البيئة المناسبة لمحلول الاختبار والتي يتم تكوينها بإضافة حمض أو قلوي.

2. درجة حرارة معينة للمحلول. على سبيل المثال، يتم تنفيذ التفاعلات التي تشكل رواسب، والتي تزداد ذوبانها بشكل كبير مع درجة الحرارة، في "البرد". على العكس من ذلك، إذا كان التفاعل بطيئًا للغاية،

مطلوب التدفئة.

3. يتم فتح تركيز مرتفع إلى حد ما من الأيون، لأنه عند التركيزات المنخفضة لا يستمر التفاعل، أي. رد الفعل غير حساس.

مفهوم "حساسية الاستجابة"ويتميز كميا بمؤشرين: فتح الحد الأدنى والحد الأقصى للتخفيف.لتحديد الحساسية تجريبيًا، يتم تكرار التفاعل عدة مرات مع محاليل الاختبار، مما يؤدي تدريجيًا إلى تقليل كمية المذاب وحجم المذيب. فتح الحد الأدنى(Υ) هي أصغر كمية من المادة يمكن اكتشافها من خلال تفاعل معين تحت ظروف معينة لتنفيذها. يتم التعبير عنها بالميكروجرام (1Υ - جزء من المليون من الجرام، 10-6 جم). لا يمكن للحد الأدنى الافتتاحي أن يصف حساسية التفاعل بشكل كامل، حيث أن تركيز الأيون المفتوح في المحلول مهم. الحد من التخفيف(1:G) يصف أقل تركيز للمادة (الأيون) الذي يمكن فتحه من خلال هذا التفاعل؛ حيث G هي كمية كتلة المذيب لكل وحدة كتلة من المادة أو الأيون الذي يتم اكتشافه. في

في التحليل الكلي والطريقة شبه الدقيقة، تستخدم تلك التفاعلات التي تتجاوز حساسيتها 50Υ، والحد الأقصى للتخفيف هو 1: 1000.

عند إجراء التفاعلات التحليلية، لا ينبغي أن تؤخذ في الاعتبار الحساسية فحسب، بل أيضا خصوصية رد الفعل– إمكانية فتح أيون معين في وجود أيونات أخرى . اكتشاف الأيونات من خلال

تفاعلات محددة تنتج في أجزاء منفصلة من مادة الاختبار

الحل بترتيب عشوائي، يسمى التحليل الكسري . ولكن ليس هناك الكثير من ردود الفعل المحددة. في كثير من الأحيان يتعين عليك التعامل مع الكواشف التي تعطي نفس تأثير التفاعل أو تأثيرًا مشابهًا مع العديد من الأيونات. على سبيل المثال، يترسب كلوريد الباريوم كربونات و

الكبريتات في شكل هطول BaCO3 وBaSO4. إعطاء الكواشف

إشارة تحليلية متطابقة مع عدد محدود من الأيونات،

تسمى انتقائية أو انتقائية . كلما قل عدد الأيونات المكشوفة بواسطة كاشف معين، زادت درجة انتقائية الكاشف.

في بعض الأحيان، لا تتفاعل الأيونات الأجنبية مع كاشف معين، ولكنها تقلل من حساسية التفاعل أو تغير طبيعة المنتجات المتكونة. في هذه الحالة، من الضروري أن تأخذ في الاعتبار الحد الأقصى لنسبة تركيزات الأيونات المكتشفة والأجنبية، وكذلك استخدام عوامل التقنيع (التقنيات أو الكواشف). يتم تحويل الأيون المتداخل إلى مركبات منخفضة التفكك أو أيونات معقدة، فيقل تركيزه في المحلول، ولا يعد هذا الأيون يتداخل مع اكتشاف الأيونات التي تم تحليلها. جميع الميزات والتقنيات المذكورة أعلاه

تستخدم في تطوير تسلسل التفاعلات الكيميائية أثناء عملية التحليل. إذا كانت ردود الفعل المستخدمة في التحليل

غير محددة، ولا يمكن إزالة التأثير المتداخل للأيونات الأجنبية، فيصبح استخدام الطريقة الكسرية مستحيلا ويلجأون إلى

مسار منهجي للتحليل.

المسار المنهجي للتحليل هو تسلسل محدد من التفاعلات المصممة بحيث لا يتم اكتشاف كل أيون إلا بعد اكتشاف وإزالة جميع الأيونات التي تتداخل مع هذا الاكتشاف. في التحليل المنهجي، يتم عزل مجموعات فردية من الأيونات من خليط معقد من الأيونات، باستخدام علاقتها المماثلة مع عمل كواشف معينة، تسمى كاشف المجموعة. على سبيل المثال، أحد كواشف المجموعة هو كلوريد الصوديوم،

والذي ينتج تأثيرًا مشابهًا على أيونات Ag+، Pb2+، Hg2 2+. يؤدي عمل كلوريد الصوديوم على الأملاح القابلة للذوبان المحتوية على هذه الكاتيونات إلى تكوين رواسب غير قابلة للذوبان في حمض الهيدروكلوريك:

Ag+ + Cl- = AgCl↓

Pb2 + Cl- = PbCl2 ↓

Hg2 2+ + 2Cl- = Hg2 Cl2 ↓

جميع الأيونات الأخرى، إذا تعرضت لحمض الهيدروكلوريك، سوف تدخل في المحلول، وسيتم فصل الكاتيونات الثلاثة Ag+، Pb2+ وHg2 2+ عن الآخرين باستخدام كاشف المجموعة NaCl. يوفر استخدام الكواشف الجماعية راحة كبيرة: حيث يتم تقسيم المشكلة المعقدة إلى عدد من المشكلات الأبسط. بجانب،

إذا كانت أي مجموعة من الأيونات غائبة تمامًا، فلن ينتج كاشف مجموعتها أي راسب مع المحلول الذي تم تحليله. في هذه الحالة، ليس من المنطقي إجراء ردود فعل على الأيونات الفردية لهذه المجموعة. والنتيجة هي توفير كبير في العمالة والوقت والكواشف.

ويترتب على ما سبق أن أساس تصنيف الأيونات في التحليل النوعي هو الاختلاف في ذوبان بعض المركبات التي تشكلها؛ وتعتمد طريقة فصل مجموعة من الأيونات عن أخرى على هذا الاختلاف. تم تقديم التصنيف الرئيسي للكاتيونات من قبل الكيميائي الروسي المتميز ن.أ. مينشوتكين (1871).

في يعتمد تصنيف الأنيونات على ذوبان أملاح الباريوم

و الفضة في الأحماض المقابلة. لم يتم تحديد هذا التصنيف بشكل صارم، حيث قام مؤلفون مختلفون بتقسيم الأنيونات إلى أعداد مختلفة من المجموعات. أحد الخيارات الأكثر شيوعًا هو تقسيم الأنيونات قيد الدراسة إلى ثلاث مجموعات:

الأنيونات التي تشكل أملاح الباريوم غير القابلة للذوبان في الماء؛

الموضوع 14. الطرق الفيزيائية للتحليل

تعتمد هذه الطرق على قياس التأثير الناتج عن تفاعل الإشعاع مع المادة – تدفق الكميات أو الجسيمات. يلعب الإشعاع تقريبًا نفس الدور الذي يلعبه الكاشف في طرق التحليل الكيميائي. التأثير الجسدي الذي يتم قياسه هو إشارة. ونتيجة لعدة قياسات أو عدة قياسات لحجم الإشارة ومعالجتها الثابتة، يتم الحصول على إشارة تحليلية. يتعلق الأمر بتركيز أو كتلة المكونات التي يتم تحديدها.

تتمتع الطرق الفيزيائية للتحليل بعدد من المزايا:

– بساطة تحضير العينات (في معظم الحالات) والتحليل النوعي للعينات؛

– تنوع أكبر مقارنة بالطرق الكيميائية والفيزيائية والكيميائية (بما في ذلك القدرة على تحليل الخلائط متعددة المكونات)؛

– القدرة على تحديد الشوائب الرئيسية والمكونات النزرة؛

– غالبًا ما تكون حدود الكشف منخفضة سواء من خلال التركيز (ما يصل إلى 10-8% بدون استخدام التركيز)، وبالوزن (10-10 –10-20 جم)، مما يسمح لك باستهلاك كميات صغيرة للغاية من العينة، و

في بعض الأحيان يتم إجراء تحليل غير مدمر.

بالإضافة إلى ذلك، تسمح العديد من طرق التحليل الفيزيائي بإجراء تحليل مجمع ومحلي وطبقة تلو الأخرى مع دقة مكانية وصولاً إلى المستوى الأحادي. هذه الطرق مناسبة للأتمتة.

دعونا نفكر بمزيد من التفصيل في بعض الطرق الفيزيائية للتحليل.

14.1. التحليل الطيفي

التحليل الطيفي هو طريقة فيزيائية لتحديد التركيب الكيميائي وبنية المادة من خلال طيفها. الطيف هو الإشعاع الكهرومغناطيسي المرتب حسب الطول الموجي. عندما يتم إثارة مادة ما بطاقة معينة، تحدث تغيرات فيها (إثارة التكافؤ أو الإلكترونات الداخلية، دوران أو اهتزاز الجزيئات)، والتي يصاحبها ظهور خطوط أو نطاقات في طيفها. اعتمادًا على طبيعة الإثارة وعمليات التفاعل الداخلي في مادة ما، يتم أيضًا تمييز طرق (مبادئ) التحليل الطيفي: الانبعاث الذري، والامتصاص، والتلألؤ، وتشتت رامان، والتحليل الطيفي الراديوي والأشعة السينية، وما إلى ذلك.

ويتميز كل خط طيفي بطول موجي أو تردد. في التحليل الطيفي، عادة ما يتم التعبير عن الطول الموجي للخط بالنانومتر (1 نانومتر = 10-9 م) أو بالميكرومتر (1 ميكرومتر = 10-6 م). ومع ذلك، يتم استخدام وحدة غير نظامية أيضًا - الأنجستروم (1 Å = 0.1 نانومتر = 10-10 م). على سبيل المثال، يمكن كتابة الطول الموجي لأحد خطوط الصوديوم الصفراء على النحو التالي: Na 5893 Å،

القسم 7. مراجعة الطرق الحديثة لتحليل المواد

الموضوع 14. الطرق الفيزيائية للتحليل

أو Na 589.3 نانومتر، أو Na 0.5893 ميكرومتر. تنبعث من الأطياف الخطية ذرات أو أيونات تكون على مسافات من بعضها البعض بحيث يمكن اعتبار انبعاثها مستقلاً. الغازات والأبخرة المعدنية لها أطياف خطية. تنشأ الأطياف النطاقية من انبعاث جزيئات متأينة وغير متأينة تتكون من ذرتين أو أكثر، إذا كانت هذه الجزيئات بعيدة عن بعضها البعض بحيث لا تتفاعل مع الجزيئات المجاورة. تنبعث الأطياف الصلبة أو المستمرة من السوائل المتوهجة أو المواد الصلبة. وفي ظل ظروف معينة، يمكن للذرات أو الجزيئات الفردية أيضًا أن تبعثها.

تتكون الأطياف ذات النطاقات من خطوط متباعدة بشكل وثيق، والتي يمكن ملاحظتها بوضوح في الأطياف التي تم الحصول عليها بأجهزة ذات تشتت كبير. ولأغراض تحليلية، غالبًا ما تستخدم الأجزاء فوق البنفسجية والمرئية والأشعة تحت الحمراء القريبة من الطيف. تنقسم المنطقة فوق البنفسجية من الطيف تقليديًا إلى فراغ (10–185 نانومتر)، بعيد (185–230 نانومتر) وقريب (230–400 نانومتر). الجزء المرئي من الطيف (400-750 نانومتر)، على عكس مناطق الطيف الأخرى، تدركه العين البشرية في شكل سبعة ألوان أساسية: البنفسجي (390-420 نانومتر)، الأزرق (424-455 نانومتر)، سماوي (455-494 نانومتر)، أخضر (494-565 نانومتر)، أصفر (565-595 نانومتر)، برتقالي (595-640 نانومتر)، أحمر (640-723 نانومتر) وظلالها. خلف الجزء الأحمر المرئي من الطيف توجد منطقة الأشعة تحت الحمراء من الطيف، والتي تنقسم إلى منطقة قريبة (0.75-25 ميكرومتر) وبعيدة (> 25 ميكرومتر).

يتيح التحليل الطيفي تحديد التركيب العنصري والنظائري والجزيئي للمادة وبنيتها.

التحليل الطيفي للانبعاث الذري هي طريقة تحليل تعتمد على أطياف الانبعاث التي تحدث عندما تتبخر العينة وتثار في قوس أو شرارة أو لهب. الذرات والأيونات المثارة تلقائيا، تتحرك تلقائيا من Eك لخفض حالات الطاقةأنا . تؤدي هذه العملية إلى انبعاث الضوء بتردد

v k i = (E k – E i )/h

وظهور الخط الطيفي.

تم تجهيز الأجهزة الطيفية الكهروضوئية الحديثة مثل أجهزة القياس الكمومية بجهاز كمبيوتر صغير، مما يجعل من الممكن إجراء تحليل سريع متعدد العناصر للمواد ذات التركيب القياسي بدقة لا تكون في كثير من الأحيان أدنى من دقة معظم الطرق الكيميائية.

قياس ضوء اللهب- إحدى طرق التحليل الطيفي للانبعاث الذري. تتكون هذه الطريقة من نقل العينة المراد تحليلها إلى محلول، والذي يتم بعد ذلك تحويله إلى رذاذ باستخدام البخاخات وتغذيته في لهب الموقد. يتبخر المذيب، وتصدر العناصر طيفًا عند إثارةها. يتم عزل الخط الطيفي الذي تم تحليله باستخدام جهاز - جهاز أحادي اللون أو مرشح للضوء، ويتم قياس شدة توهجه بواسطة خلية ضوئية. يقارن اللهب بشكل إيجابي بمصادر الضوء الكهربائية حيث أن الوقود الغازي والغاز المؤكسد القادم من الأسطوانة ينتج لهبًا مستقرًا للغاية ومشتعلًا بالتساوي. بسبب انخفاض درجة حرارة اللهب، تكون العناصر ذات درجة حرارة منخفضة

القسم 7. مراجعة الطرق الحديثة لتحليل المواد

الموضوع 14. الطرق الفيزيائية للتحليل

إمكانات الإثارة: العناصر القلوية في المقام الأول، والتي لا توجد طرق كيميائية سريعة لتحديدها، وكذلك التربة القلوية والعناصر الأخرى. في المجموع، يتم تحديد أكثر من 70 عنصرًا بهذه الطريقة. إن استخدام التفريغ التعريفي عالي التردد وشعلة قوس شعلة البلازما يجعل من الممكن تحديد العناصر ذات إمكانات التأين العالية ، بالإضافة إلى العناصر التي تشكل أكاسيد مقاومة للحرارة ، والتي يكون اللهب قليل الاستخدام لإثارةها.

تحليل الامتصاص الذري (AAA) هي واحدة من أكثر

طرق واسعة للكيمياء التحليلية. يشبه الإعداد الأولي للعينة التي تم تحليلها هذه العملية في القياس الضوئي للهب: نقل العينة إلى المحلول، ورش الهباء الجوي وإدخاله في اللهب. يتبخر المذيب، وتتحلل الأملاح، وتدخل المعادن في حالة بخار، حيث تكون قادرة على امتصاص إشعاع الطول الموجي الذي يمكن أن تنبعث منه بنفسها عند درجات حرارة أعلى. يتم توجيه شعاع الضوء من مصباح الكاثود المجوف، الذي ينبعث منه طيف قوسي للعنصر الذي يتم تحديده، من خلال اللهب إلى شق المطياف، والذي يتم من خلاله عزل الخط الطيفي التحليلي ودرجة امتصاصه يتم قياس الكثافة بواسطة أبخرة العنصر الذي يتم تحديده.

تم تجهيز مطياف الامتصاص الذري الحديث بأجهزة كمبيوتر صغيرة وأجهزة طباعة رقمية. تسمح الأجهزة متعددة القنوات مثل أجهزة قياس الكم بما يصل إلى 600 قرار في الساعة.

إن استخدام البخاخات الحرارية الكهربائية بدلاً من اللهب مع طرق التركيز الكيميائي يجعل من الممكن تقليل حد اكتشاف العناصر بعدة أوامر من حيث الحجم.

الفلورسنت الذريالتحليل قريب من تحليل الامتصاص الذري. باستخدام هذه الطريقة، لا يتم حل المهام التي يؤديها تحليل الامتصاص الذري فحسب، بل يسمح لك بتحديد الذرات الفردية في بيئة غازية. على سبيل المثال، من خلال إثارة التألق الذري باستخدام شعاع الليزر، يمكن تحديد الصوديوم في الطبقات العليا من الغلاف الجوي على مسافة

100 كيلومتر من الأرض.

14.2. الطرق القائمة على تفاعل المواد

مع المجال المغناطيسي

مقدمة موجزة عن المغناطيسية. في النظام المغناطيسي (الكلي أو المجهري) توجد دائمًا شحنتان مغناطيسيتان لهما إشارة مختلفة، لكنهما متساويتان في القيمة المطلقة، وتفصل بينهما مسافة معينة. مثل هذا النظام المغناطيسي هو ثنائي القطب المغناطيسي، وعندما يوضع في مجال مغناطيسي خارجي بكثافة H، فإنه يميل إلى وضع نفسه بالتوازي مع خطوط قوة المجال المطبق. يمكن للقوة التي توجه ثنائي القطب الحر في مجال مغناطيسي إما أن تسحبه إلى منطقة مجال أقوى أو تدفعه للخارج، اعتمادًا على ما إذا كانت اتجاهات المتجه التي تميز عزم ثنائي القطب وتدرج المجال dH/dx متطابقة أم لا . وعلى عكس الشحنات الكهربائية، لم يتم اكتشاف الشحنات المغناطيسية الفردية. ابتدائي

القسم 7. مراجعة الطرق الحديثة لتحليل المواد

الموضوع 14. الطرق الفيزيائية للتحليل

حاملات الخواص المغناطيسية هي ثنائيات أقطاب مغناطيسية، نموذجها يمكن أن يكون حلقة مع التيار. في هذه الحالة، يتناسب العزم المغناطيسي الناتج بشكل مباشر مع قوة التيار ومنطقة الحلقة.

دعونا نفكر في جسم يتكون من ذرات وجزيئات ذات لحظات مغناطيسية μi. إذا كانت أبعاد الجسم صغيرة بما فيه الكفاية ويمكننا أن نفترض أن تدرج المجال dH/dx لا يتغير ضمن حدوده، فإن القوة الكلية F المؤثرة عليه ستكون مساوية لـ

F = ∑ i μi dH = M dH , 1 dx dx

أي يمكن التعبير عنها من خلال العزم المغناطيسي أو مغنطة الجسم بأكمله M. في الظروف الحقيقية، بسبب الحركات الحرارية للجزيئات وتباين التركيب البلوري، لا تكون المتجهات μi بالضرورة موجهة على طول المجال H. لذلك، يمكن أن تكون قيمة المتجه M أقل بعدة مرات من المجموع الحسابي μi ويعتمد على درجة الحرارة T، وقد لا يتزامن اتجاهه مع الاتجاه H.

لتوصيف مادة معينة، تم تقديم مفهوم المغنطة المحددة σ = M/t (t هي كتلة الجسم)، والذي يعكس بشكل كامل تفاصيل تفاعلها مع مجال خارجي. ومع ذلك، في كثير من الحالات يكون من المناسب استخدام مفهوم القابلية المغناطيسية المحددة χ، وهو معامل التناسب في العلاقة σ = χН، والذي لا يعتمد على حجم الجسم أو شدة المجال، ولكن يتم تحديده فقط من خلال الخصائص الأساسية للمادة، وفي بعض الحالات، درجة الحرارة. يُشار أحيانًا إلى القابلية المحددة بـ χ g. بالنسبة للقابلية المغناطيسية لكل ذرة، مول ووحدة حجم، يتم استخدام التسميات χА، χM وχV. إذا وُضع جسم في وسط ذي قابلية مغناطيسية χ0، فإنه تؤثر عليه قوة.

F = (χ − χ 0 )mH dH dx .

تقوم ثنائيات القطب المغناطيسي التي تشكل العينة بإنشاء مجالات مغناطيسية خاصة بها. ولذلك فإن المجال الفعال داخل العينة يتكون من المجال الخارجي H ومجال ثنائيات القطب، ويمكن وصف مثل هذا التغير في المجال مقارنة بالفراغ بالمعادلة:

ب = ح + 4طأنا،

حيث B هو ناقل تحريض المجال المغناطيسي داخل العينة؛ I هو المغنطة لكل وحدة حجم المادة.

في الوسط المتناحي، تكون المتجهات الثلاثة على خط واحد، لذا يمكننا إدخال العددية

μ = Н В =1 + 4 πχ،

القسم 7. مراجعة الطرق الحديثة لتحليل المواد

الموضوع 14. الطرق الفيزيائية للتحليل

تسمى النفاذية المغناطيسية النسبية. كما يمكن أن نرى، μ وχ ليس لها أبعاد. بالنسبة لمعظم المواد μ ≈ 1، |χ|<< 1 и приближение В ≈ Н выполняется с высокой точностью.

من المعروف أن أي نظام يمكن أن يتميز باستجابته للمؤثرات الخارجية. إذا اعتبرنا مادة في حالة مكثفة كنظام من الرسوم والتيارات، فيمكن أيضًا وصفها بوظيفة الاستجابة. في هذه الحالة، نحن مهتمون بشكل أساسي باستجابة مثل هذا النظام للمجال المغناطيسي. هنا سيكون الناتج مغنطة، وستكون وظيفة الاستجابة هي القابلية المغناطيسية. عادة، يتم استخدام التغيرات في القابلية المغناطيسية للحكم على أهم العمليات التي تحدث في النظام، ومن ثم يتم تحليل النظام مع الأخذ في الاعتبار العمليات المحددة. لتنفيذ مثل هذا البرنامج، من الضروري معرفة ما هي العمليات الممكنة في النظام، وكيف تؤثر على القابلية، وما هو احتمال وجود حالة معينة من النظام قيد الدراسة. وترد هذه المعلومات في دالة التوزيع للنظام، والتي تحددها الطاقة الكلية أو الهاملتونية، والتي تأخذ في الاعتبار جميع أنواع التفاعلات في النظام الكمي.

بادئ ذي بدء، ينبغي إيلاء الاهتمام للتفاعلات التي تعتبر ضرورية في مظهر من مظاهر المغناطيسية. بالإضافة إلى ذلك، من الضروري مراعاة خصوصيات سلوك الأنظمة قيد النظر في المجالات المغناطيسية، والتي تكون قوتها ثابتة أو تتغير بمرور الوقت. في هذه الحالة، يتم تحديد الحساسية المغناطيسية للمواد من خلال التعبير

χ = χ" + χ"",

حيث χ" - القابلية - الاستجابة لعمل مجال ثابت في الوقت المناسب؛ χ"" - القابلية المغناطيسية الديناميكية - الاستجابة لعمل المجال المتناوب.

يمكن الافتراض أنه في مجال ثابت يكون النظام في حالة توازن حراري، ومن ثم يتم تقليل إيجاد دالة التوزيع إلى حل معادلات بلوخ. في حالة اعتماد شدة المجال على الوقت، لحساب دالة التوزيع، من الضروري إدخال معادلات بولتزمان المقابلة. العمليات التي تم النظر فيها هي أساس الأساليب المستخدمة في الكيمياء للحصول على معلومات حول بنية المواد وتفاعليتها: طرق القابلية المغناطيسية الساكنة، والرنين المغناطيسي الإلكتروني، والرنين المغناطيسي النووي، وما إلى ذلك.

طريقة الحساسية المغناطيسية الساكنة. تعتمد جدوى استخدام طريقة بحث تجريبية تتضمن مجالًا مغناطيسيًا بشكل كبير على سلوك المادة في المجال المغناطيسي. بناءً على خصائصها المغناطيسية، تنقسم جميع الأجسام إلى أجسام ثنائية مغناطيسية، ومغناطيسية مسايرة، ومغناطيسية حديدية، ومضادة للمغناطيسية، ومغناطيسية حديدية. تتناسب القابلية للتفاعل المغناطيسي للذرة مع عدد الإلكترونات ومجموع مربعات أنصاف أقطار مدارات الإلكترونات، مأخوذة بالإشارة المعاكسة، وفقا لقانون لينز، والذي بموجبه عندما يتغير التدفق المغناطيسي في

القسم 7. مراجعة الطرق الحديثة لتحليل المواد

الموضوع 14. الطرق الفيزيائية للتحليل

في نظام الرسوم، تنشأ التيارات، والتي يتم تحديد اتجاهها من خلال الحاجة إلى التعويض عن التغيرات في التدفق.

يمكن التعبير عن الحساسية الجزيئية للمركب الكيميائي على النحو التالي

χM = ∑ N i χi + lect,

حيث N i هو عدد ذرات العنصر i في جزيء المركب؛ χi – القابلية الذرية لعنصر معين؛ α هو عامل تصحيح يعتمد على طبيعة الرابطة الكيميائية بين الذرات.

للأملاح تأخذ

χ مول = χ قطة + χ آن.

بالنسبة للمخاليط والمحاليل، الحساسية المغناطيسية النوعية هي مجموع الحساسية المغناطيسية لجميع المكونات، مع مراعاة مشاركتها في تكوين العينة.

دعونا نفكر في مادة تتميز بالعديد من العزوم المغناطيسية غير المتفاعلة. في حالة عدم وجود مجال مغناطيسي خارجي، وتحت تأثير الحركة الحرارية، تكون العزوم المغناطيسية مضطربة تمامًا وتكون المغنطة صفرًا. في المجال المغناطيسي الخارجي يتم ترتيب العزوم المغناطيسية مما يؤدي إلى مغنطة في اتجاه المجال وتراجع الجسم بسبب التفاعل في منطقة المجال القوي. وتسمى هذه الظاهرة بارامغناطيسية. نظرًا للتأثير المتنافس للحركة الحرارية عند T ≠ 0، لا يكتمل الترتيب أبدًا، وتتناسب درجة الترتيب مع H. عادةً، بالنسبة للمواد البارامغناطيسية، تكون القابلية المغناطيسية هي مجموع المساهمات القطرية والمغناطيسية المسايرة:

χ = χزوج + χdia .

لتقدير قيم القابلية النموذجية، نستخدم حقيقة أن اللحظة المغناطيسية الفعالة، والتي تم تعريفها على أنها

μ eff = 8χ М Т، بالنسبة للمغناطيس العادي لا يعتمد على T ويساوي 1÷6

وحدات بور مغناطيسي. وبالتالي χm ≈ (0.2 ÷ 1.0) 10-2 سم مكعب / مول عند T ≈ 300 K. يتطلب تفسير النتائج التي تم الحصول عليها مراعاة عدد من التأثيرات (على سبيل المثال، مساهمة الزخم المداري، وما إلى ذلك).

فقط التحليل الكامل للتفاعلات في كل حالة محددة يمكنه الكشف عنها. بالإضافة إلى الأصداف الإلكترونية ذات المغناطيسية الخاصة بها

معظم النوى التي تحتوي على عدد فردي من البروتونات (1H، 15 N، 19 F، 3I P، 11 B، 79 Br) أو النيوترونات (13 C، 127 I) لها أيضًا لحظات، ولكن التأثير

تفاعلها مع المجال الخارجي صغير جدًا - الحساسية المغناطيسية للنواة في حدود 10-10 سم 3 / مول.

هناك طرق عديدة لقياس القابلية المغناطيسية،

القسم 7. مراجعة الطرق الحديثة لتحليل المواد

الموضوع 14. الطرق الفيزيائية للتحليل

استنادًا إلى حقيقة أن عينة ذات كتلة m ذات حساسية محددة χg، موضوعة في مجال غير منتظم، يكون لتدرجها اتجاه عمودي على اتجاه المجال (الاتجاهات المشار إليها بواسطة Z وX، على التوالي)، يتم التصرف فيها عليه بالقوة

Fz = Hx dH dZ x χ gm,

والتي يمكن قياسها باستخدام المقاييس.

الطريقة الأكثر استخدامًا هي طريقة فاراداي، باستخدام مغناطيس تم تشكيل أقطابه بعناية لإنشاء مساحة كبيرة من ثابت Hx (dHx/dZ). يتم وضع العينات ذات الحجم الصغير مقارنة بهذه المنطقة في منطقة ذات قيم معروفة H x (dHx/dZ) (يتم تحديدها عن طريق معايرة النظام مقابل عينة قياسية، عادة Pt) ويتم قياس القوة المؤثرة عليها. حساسية التشغيل للمقياس هي 5 ميكروغرام.

نطاق مجالات استخدام التعديلات المختلفة للطريقة الموصوفة واسع جدًا: التكوين المعقد، والحركية، والحفز، والدراسات الهيكلية، وتحليل تركيبة الأنظمة متعددة المكونات، وما إلى ذلك. ويتم تحديد ذلك من خلال سهولة التركيب ودقة القياسات والدقة. سرعة الحصول على النتائج ويجعل الطريقة سهلة التنفيذ في أنظمة التشغيل الآلي للتحكم في العمليات. على الرغم من الاستخدام الواسع النطاق وبساطة التعديلات الموصوفة للطريقة، ينبغي الإشارة إلى عدد من القيود المفروضة على قدراتها المعلوماتية. بادئ ذي بدء، يجب أن يكون تركيز المكون الذي يتم تحديده موثوقًا بدرجة كافية للتسجيل. يجب أن تكون الدقة عند دراسة سلوك المواد المغناطيسية<< 1 % и может быть достигнута только путем их глубокой очистки от парамагнитных примесей (О2 и др.). Менее жесткие требования предъявляются к процессам с участием парамагнетиков, однако и в этом случае можно различить образование только >2% مكون جديد. بالإضافة إلى ذلك، يجب أن يكون معدل التحويلات المدروسة صغيرا، حيث أن زمن القياس، حتى مع التسجيل التلقائي، لا يقل عن عدة ثوان. في كثير من الأحيان، بسبب الاختلافات الصغيرة في القابلية المغناطيسية لمنتجات التفاعل الفردية، لا تسمح الطريقة بتحديدها وتحديدها.

طريقة الرنين المغنطيسي الإلكتروني (EPR). عندما تدخل

عندما يتم وضع مادة ممغنطة في مجال مغناطيسي متناوب بتردد υ، يتم ملاحظة تشتت النفاذية المغناطيسية (أي اعتماد النفاذية المغناطيسية على التردد υ) وامتصاص طاقة المجال الخارجي. في هذه الحالة، يكون الامتصاص ذا طبيعة رنانة. الشروط النموذجية لمثل هذه التجربة هي كما يلي: يتم وضع عينة من مادة بارامغناطيسية في مجال مغناطيسي ثابت H، في الزاوية اليمنى التي يتم فيها تشغيل مجال مغناطيسي متناوب مع التردد v، والحساسية المغناطيسية المعقدة χ = χ يتم قياس "+ iχ". الجزء الحقيقي χ" يسمى القابلية عالية التردد أو الديناميكية، ويميز الجزء التخيلي iχ""

القسم 7. مراجعة الطرق الحديثة لتحليل المواد

الموضوع 14. الطرق الفيزيائية للتحليل

معامل الامتصاص.

يمكنك العثور على ظروف الرنين والحصول على أطياف ESR عن طريق تغيير تردد الإشعاع أو قوة المجال المغناطيسي. في معظم الحالات، يكون تحت تصرف المجربين منشآت ذات تردد ثابت، والتي من خلالها، عن طريق تغيير المجال، يتكيفون مع تردد الباعث. الرنين البارامغناطيسي عبارة عن مجموعة من الظواهر المرتبطة بالتحولات الكمومية التي تحدث بين مستويات الطاقة للأنظمة العيانية تحت تأثير المجال المغناطيسي المتناوب لتردد الرنين.

يتم استخدام طريقة EPR للحصول على معلومات حول عمليات الأكسدة والاختزال، والتكوين المعقد، وكذلك لتحديد التركيب الإلكتروني والهندسي للمركبات عندما تكون الجسيمات المغناطيسية المرصودة هي أهداف الدراسة المباشرة. للحصول على المعلومات، يمكن استخدام العرض وشكل الخط وعدد الخطوط في الطيف وقيمة عامل g وعدد المكونات وثوابت STS وDSTS أو شدة الإشارة أو المساحة.

أنواع الجسيمات المسؤولة عن الإشارات في أطياف EPR هي التالية: الإلكترون (مذاب، محصور، في المعادن)؛ الجذور (غير العضوية والعضوية)؛ الأيونات. أيونات جذرية المجمعات.

من المهم بالنسبة للجوانب التحليلية لكيمياء مركبات التنسيق ظهور EPR في مجمعات الأيونات المغنطيسية التالية: في مجموعة العناصر ثلاثية الأبعاد - TiIII، VII، CrIII، CrV، CuII، MnII، FeIII؛ في مجموعة

العناصر 4D - ZrIII، PdI، PdIII، RhII، NbIV، MoV؛ في مجموعة العناصر 5D - ReVI، WV، AuIII، RuIII؛ في مجموعة العناصر الأرضية النادرة وما بعد اليورانيوم - GdIII، CeIII، EuIII.

14.3. التحليل الطيفي الاهتزازي

إن طاقة التحولات الاهتزازية في الجزيئات قابلة للمقارنة مع طاقة الكمات الإشعاعية في منطقة الأشعة تحت الحمراء. يعد طيف الأشعة تحت الحمراء (IR) وطيف رامان (RS) لجزيئات المركبات الكيميائية من بين الخصائص المهمة للمواد. ومع ذلك، نظرا لأن الأطياف ذات طبيعة مختلفة، فإن شدة مظهر نفس الاهتزازات فيها مختلفة.

التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء.فكر في جزيء يحتوي على ذرات N؛ يمكن تحديد موضع كل ذرة عن طريق تحديد ثلاثة إحداثيات (على سبيل المثال، x وy وz في نظام إحداثيات مستطيل). سيكون العدد الإجمالي لقيم الإحداثيات هذه 3N، وبما أنه يمكن تحديد كل إحداثي بشكل مستقل عن الآخرين، يمكن اعتبار أن الجزيء يتمتع بـ 3N درجة من الحرية. بعد تحديد جميع إحداثيات 3N، سنقوم بوصف الجزيء بشكل كامل - أطوال الروابط، والزوايا بينها، بالإضافة إلى موقعها واتجاهها في الفضاء.

القسم 7. مراجعة الطرق الحديثة لتحليل المواد

الموضوع 14. الطرق الفيزيائية للتحليل

الشكل 14.1. التماثل وثلاثة أنواع رئيسية من اهتزازات جزيء الماء.

يمكن إهمال حركة ذرة الأكسجين لأنها تقع بالقرب من مركز ثقل الجزيء:

أ - اهتزاز التمدد المتماثل υ1 (موازي)؛ ب – تشوه الاهتزاز المتماثل υ2 (موازي)؛ ج – تمديد الاهتزاز غير المتماثل υ3 (عمودي)

لوصف الحركة الحرة للجزيء في الفضاء ثلاثي الأبعاد دون تغيير تكوينه، من الضروري معرفة الإحداثيات الثلاثة لموضع مركز ثقله. يمكن تمثيل أي دوران لجزيء غير خطي كمجموع دورات حول ثلاثة محاور متعامدة بشكل متبادل. مع أخذ ذلك في الاعتبار، فإن الشكل المستقل الوحيد المتبقي لحركة الجزيء هو اهتزازاته الداخلية. سيكون عدد الاهتزازات الأساسية للجزيء الخطي 3N-5 (مع الأخذ في الاعتبار الدوران حول محور الرابطة)، وغير الخطية - 3N - 6. وفي كلتا الحالتين، يحتوي الجزيء (غير الدوري) على روابط N-1 بين الذرات يتم توجيه اهتزازات N-1 على طول الروابط - فهي تكافؤ، والباقي 2N-5 (أو 2N-4) يغير الزوايا بين الروابط - فهي اهتزازات تشوه. في التين. يوضح الشكل 14.1 جميع أنواع الاهتزازات الممكنة لجزيء الماء.

لكي يظهر التذبذب في منطقة الأشعة تحت الحمراء، من الضروري حدوث تغيير في عزم ثنائي القطب عند التذبذب على طول محور التماثل أو عمودي عليه، أي أن أي تغيير في قيمة ثنائي القطب أو اتجاهه يؤدي إلى ظهور ثنائي القطب المتأرجح، الذي يمكنه امتصاص الطاقة؛ التفاعل مع المكون الكهربائي للأشعة تحت الحمراء. وبما أن معظم الجزيئات في درجة حرارة الغرفة تكون عند مستوى الاهتزاز υ0 (الشكل 14.2)، فإن معظم التحولات يجب أن تحدث من الحالة υ0 إلى υ1. تم تحديد الاهتزازات المتماثلة لجزيء H2O بـ υ1 لأعلى تردد (3651.7 سم-1) و υ2 للتردد التالي (1595.0 سم-1)، وتم تحديد الاهتزاز غير المتماثل بتردد 3755.8 سم-1 بـ υ3.

القسم 7. مراجعة الطرق الحديثة لتحليل المواد

الموضوع 14. الطرق الفيزيائية للتحليل

المسافة النووية

أرز. 14.2. الحالات التذبذبية للمذبذب التوافقي

عند تقسيم الاهتزازات إلى متماثلة وغير متماثلة، يجب التأكيد على أن اهتزاز التمدد المتماثل لا يغير عزم ثنائي القطب وبالتالي لا يظهر في منطقة الأشعة تحت الحمراء من الطيف. وبالتالي، فإن تمدد الجزيء متماثل النواة لا ينبغي أن يؤدي إلى الامتصاص في منطقة الأشعة تحت الحمراء. لا يمكن تحقيق الصورة المبسطة الموصوفة للتذبذبات إلا إذا كان هناك افتراضان صحيحان: 1) كل تذبذب توافقي بحت؛ 2) جميع الاهتزازات مستقلة تمامًا ولا تؤثر على بعضها البعض.

بالنسبة للجزيئات المهتزة فعليًا، تكون صورة الحركة معقدة جدًا؛ فكل ذرة لا تتحرك تمامًا على طول أحد المسارات الموضحة في الشكل 14.1؛ فحركتها عبارة عن تراكب لجميع الاهتزازات المحتملة في الشكل 14.2. ومع ذلك، يمكن أن يتحلل مثل هذا التراكب إلى مكونات، على سبيل المثال، إذا تمت ملاحظة الجزيء اصطرابيًا، مما يضيء النبض بترددات تتزامن مع ترددات كل من الاهتزازات الرئيسية على التوالي. هذا هو جوهر التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء، حيث يتم لعب دور الإضاءة فقط من خلال تردد الإشعاع الممتص، ويتم ملاحظة التغيرات في عزم ثنائي القطب.

يحتوي الجزيء المعقد على عدد كبير من الاهتزازات، يمكن أن يظهر الكثير منها في طيف الأشعة تحت الحمراء. يتضمن كل اهتزاز من هذا القبيل غالبية ذرات الجزيء المتحرك، ولكن في بعض الحالات يتم إزاحة الذرات بنفس المسافات تقريبًا، وفي حالات أخرى، يتم إزاحة بعض المجموعات الصغيرة من الذرات أكثر من غيرها. بناءً على هذه الخاصية، يمكن تقسيم الاهتزازات إلى فئتين: اهتزازات هيكلية واهتزازات المجموعات المميزة.

تقع ترددات اهتزازات الهيكل العظمي للجزيئات العضوية عادةً في حدود 1400-700 سم-1، وغالبًا ما يكون من الصعب تعيين ترددات فردية لأي من الاهتزازات الممكنة للجزيء، على الرغم من أن مجموعة النطاقات تشير بشكل لا لبس فيه إلى الانتماء إلى بنية جزيئية معينة. في مثل هذه الحالات، تسمى النطاقات بصمات الجزيء الموجود في الطيف.

تعتمد ترددات اهتزاز المجموعات المميزة قليلاً على بنية الجزيء ككل وتقع في مناطق لا تتداخل عادةً.

القسم 7. مراجعة الطرق الحديثة لتحليل المواد

الموضوع 14. الطرق الفيزيائية للتحليل

المرتبطة بمنطقة اهتزازات الهيكل العظمي، ويمكن استخدامها لأغراض تحليلية.

باستخدام التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء، يمكن حل المشاكل التالية.

1. تحديد التركيب المادي لمنتجات التوليف في حالات الطور المختلفة.

2. دراسة التغيرات الهيكلية المرحلية في المنتجات مع الحفاظ على بعض المؤشرات التكنولوجية ضمن نطاق معين.

3. تقييم حالة التوازن وسرعة العملية.

4. تقييم مؤشرات المخطط التكنولوجي ككل عند تغيير ظروف العملية.

5. دراسة وظائف واستهلاك المكونات النشطة.

تعتمد القياسات الكمية، كما هو الحال في الأنواع الأخرى من التحليل الطيفي للامتصاص، على قانون بوغيه.

ويمكن إثبات القدرات التحليلية للتحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء

روفات، مشيراً إلى بعض: نتائج عملية.

باستخدام نطاقات الامتصاص المميزة عند 780 و800 سم-1، والتي تقع ضمن منطقة الشفافية لمادة المرشح وغبار الفحم، والرسوم البيانية للمعايرة المقابلة، من الممكن تحديد محتوى الكوارتز (أقل من 10 ميكروغرام) في غبار الفحم تودع على مرشحات التحكم خلال فترة زمنية معينة. ويمكن الحصول على نتائج مماثلة عند تحديد الأسبستوس في الهواء.

14.4. طريقة مضان الأشعة السينية للتحليل

تعتمد الطريقة الطيفية للأشعة السينية على تحليل طبيعة وشدة الأشعة السينية. هناك نوعان من الطريقة.

1. في الواقع التحليل الطيفي للأشعة السينية. في هذه الطريقة، يتم وضع العينة في أنبوب الأشعة السينية كمضاد للكاثود. يصدر الكاثود الساخن تيارًا من الإلكترونات التي تقصف الكاثود المضاد. تعتمد طاقة هذه الإلكترونات على درجة حرارة الكاثود، والجهد المطبق على الأقطاب الكهربائية، وعوامل أخرى. تحت تأثير طاقة الإلكترون في الكاثود المضاد للأنبوب، يتم إثارة إشعاع الأشعة السينية، الذي يعتمد طول موجته على مادة الكاثود المضاد، وتعتمد شدة الإشعاع على كمية هذا العنصر في العينة .

باستخدام أجهزة خاصة، من الممكن تركيز شعاع الإلكترون على مساحة صغيرة جدًا من الهدف - الكاثود المضاد. وهذا يجعل من الممكن تحديد التركيب النوعي والكمي في المنطقة المحلية للمادة قيد الدراسة. يتم استخدام طريقة المسبار المجهري هذه، على سبيل المثال، إذا كان من الضروري تحديد طبيعة أصغر الشوائب في المعادن أو على سطح الحبوب المعدنية، وما إلى ذلك.

وهناك نوع آخر من الأساليب، وهو تحليل مضان الأشعة السينية، أصبح أكثر انتشارًا.

2. تحليل مضان الأشعة السينية. في هذه الطريقة، يتم تعريض العينة لإشعاع الأشعة السينية الأولي من الأنبوب. نتيجة ل

القسم 7. مراجعة الطرق الحديثة لتحليل المواد

الموضوع 14. الطرق الفيزيائية للتحليل

يشير إلى انبعاث الأشعة السينية الثانوية للعينة، والتي تعتمد طبيعتها على التركيب النوعي والكمي للعينة.

لتحليل مضان الأشعة السينية عالي الجودة، من المهم أن تكون طاقة الإشعاع متعدد الألوان (إشعاع ذو أطوال موجية مختلفة) لأنبوب الأشعة السينية مساوية أو تتجاوز الطاقة المطلوبة لطرد إلكترونات K من العناصر التي تشكل العينة التي تم تحليلها. وفي هذه الحالة، يحتوي طيف الأشعة السينية الثانوية على خطوط أشعة سينية مميزة. يتم إطلاق الطاقة الزائدة من الإشعاع الأولي للأنبوب (فوق الطاقة المطلوبة لإزالة الإلكترونات) على شكل طاقة حركية للإلكترون الضوئي.

بالنسبة لتحليل مضان الأشعة السينية الكمي، من المهم قياس شدة خطوط الانبعاث المميزة.

يظهر الشكل التخطيطي لتركيب تحليل مضان الأشعة السينية. 14.3. يصل الإشعاع الأولي لأنبوب الأشعة السينية إلى العينة 2، حيث يتم إثارة إشعاع الأشعة السينية الثانوي المميز لذرات العناصر التي تتكون منها العينة. تمر الأشعة السينية لمجموعة واسعة من الأطوال الموجية المنعكسة من سطح العينة عبر ميزاء 3 - وهو نظام من صفائح الموليبدينوم المتوازية المصممة لنقل الأشعة المتوازية التي تنتقل في اتجاه واحد فقط. يتم امتصاص الأشعة المتباينة من اتجاهات أخرى بواسطة السطح الداخلي للأنابيب. تتحلل الأشعة القادمة من العينة إلى طيف، أي أنها تتوزع على الأطوال الموجية بواسطة بلورة محللة 4. زاوية انعكاس الأشعة 0 من البلورة تساوي زاوية السقوط؛ لكن

أرز. 14.3. رسم تخطيطي لتركيب تحليل مضان الأشعة السينية

1 – أنبوب الأشعة السينية. 2 - العينة؛ 3، 5 - الموازاة. 4 - كريستال. 6 - المتلقي. 7- مسجل

في هذه الزاوية، تنعكس فقط الأشعة ذات الطول الموجي المرتبط بـ θ بواسطة معادلة براغ:

حيث d هي المسافة بين مستويات ذرات الشبكة البلورية للمحلل.

القسم 7. مراجعة الطرق الحديثة لتحليل المواد

الموضوع 14. الطرق الفيزيائية للتحليل

من خلال تدوير الأخير، يمكنك تغيير الزاوية θ، وبالتالي الطول الموجي للأشعة المنعكسة.

يتم استخدام مجموعة متنوعة من المواد كبلورات.

باستخدام معادلة براغ، من السهل حساب أنه إذا استخدمت، على سبيل المثال، بلورة فلوريد الليثيوم (2d = 0.4026 نانومتر) وقمت بتغيير الزاوية θ عن طريق تدوير البلورة في المدى من 10° إلى 80°، فإن الأطوال الموجية ستكون الأشعة المنعكسة في نطاق 0.068 -0.394 نانومتر. ووفقاً لهذا، يمكن تحديد العناصر ذات الأعداد الذرية من 19 إلى 42، أي من البوتاسيوم إلى الموليبدينوم (Kα = 0.0709 نانومتر)، وقياس كميتها من الخطوط. باستخدام بلورة إيثيلين ثنائي أمين ثنائي طرطرات، يمكن تحديد العناصر ذات الأعداد الذرية الأقل، مثل الألومنيوم (13)، ومع هيدروفثالات البوتاسيوم أيضًا المغنيسيوم والصوديوم وما إلى ذلك. يمكن تحديد العناصر ذات الأعداد الذرية من 13 وما فوق بشكل أكثر موثوقية.

تمر الأشعة أحادية اللون المنعكسة من بلورة المحلل عبر الموازاة ويتم تسجيلها بواسطة جهاز الاستقبال، الذي يدور بشكل متزامن مع بلورة المحلل بسرعة مضاعفة. يتم استخدام عدادات جيجر أو العدادات التناسبية أو التلألؤ كأجهزة استقبال. ويتكون الأخير من الفوسفور البلوري - يوديد البوتاسيوم الذي ينشطه الثاليوم - الذي يحول الأشعة السينية إلى إشعاع مرئي. يتم تحويل الضوء بدوره إلى نبضات كهربائية، والتي يتم بعد ذلك تضخيمها وتسجيلها بواسطة جهاز تسجيل - مسجل. يتم رسم منحنيات على الشريط الورقي للمسجل، الذي يميز ارتفاعه شدة الإشعاع، والموضع بالنسبة لمحور الإحداثي السيني - الأطوال الموجية - يجعل من الممكن تحديد التركيب النوعي للعينة.

توجد حاليًا أجهزة مؤتمتة بالكامل لتحليل مضان الأشعة السينية، والتي، بالاشتراك مع جهاز كمبيوتر ينتج نتائج معالجة إحصائيًا، تجعل التحليل سريعًا ودقيقًا تمامًا.

تتيح طريقة مضان الأشعة السينية تحليل العينات التي تحتوي على عناصر فردية (بدءًا من عنصر ذو كتلة ذرية 13) من عشرة أجزاء من الألف من النسبة المئوية إلى عشرات النسبة المئوية. مثل الطرق الفيزيائية الأخرى، هذه الطريقة نسبية، أي يتم إجراء التحليل باستخدام معايير التركيب الكيميائي المعروفة. يمكنك تحليل عينات من حالات التجميع المختلفة - الصلبة والسائلة والغازية. عند تحليل المواد الصلبة، يتم تحضيرها على شكل أقراص، والتي يتم بعد ذلك تعريضها للإشعاع الصادر من أنبوب الأشعة السينية.

بعض عيوب هذه الطريقة هي الحاجة إلى التجانس الكامل لأسطح الأقراص المرجعية والمحللة، وهو ما يتم تحقيقه غالبًا بصعوبة كبيرة.

القسم 7. مراجعة الطرق الحديثة لتحليل المواد

الموضوع 14. الطرق الفيزيائية للتحليل

14.5. طريقة التحليل الإشعاعي

تحليل النشاط الإشعاعي هو طريقة فيزيائية للتحليل نشأت وتطورت بعد اكتشاف الطاقة الذرية وإنشاء المفاعلات الذرية. لأنه يقوم على قياس الانبعاث الإشعاعي للعناصر. كان تحليل النشاط الإشعاعي معروفًا في وقت سابق. وهكذا، من خلال قياس النشاط الإشعاعي الطبيعي لخامات اليورانيوم، تم تحديد محتوى اليورانيوم فيها. وتعرف طريقة مماثلة لتحديد البوتاسيوم من النظير المشع لهذا العنصر. يختلف تحليل التنشيط عن هذه الطرق من حيث أنه يقيس شدة إشعاع النظائر المشعة للعناصر المتكونة نتيجة قصف العينة التي تم تحليلها بتيار من الجزيئات الأولية. وبمثل هذا القصف تحدث تفاعلات نووية وتتكون النظائر المشعة للعناصر التي تشكل العينة التي تم تحليلها

الجدول 14.1

حدود الكشف عن العناصر بتحليل التنشيط النيوتروني الحراري

عناصر	الوزن – إل جي جي
Mn، Co، Rh، Ag، In، Sm، Ho، Lu، Re، Ir، Au،
Na، Se، V، Cu، Ga، As، Br، Kr، Pd، Sb، I، La
Pr، Tb، Tm، Yb، W، Hg، Th، Zn، Ge، Se، Rb،
Sr، Y، Nb، Cd، Cs، Gd، Er، Hf، Ta، Os، U
آل، Cl، Ar، K، Cr، P، Ni، Mo، Ru،
Sn، Fe، Xe، Ba، Ce، Nd، Pt، Te
ملغ، سي، كاليفورنيا، تي، بي

تتميز طريقة التنشيط بالتحليل بحد كشف منخفض، جدول. 14.1، وهذه هي ميزته الرئيسية مقارنة بطرق التحليل الأخرى.

يوضح الجدول أنه بالنسبة لأكثر من 50 عنصرًا، يكون حد الكشف أقل من 10-9 جم.

تختلف فترات نصف العمر وطاقات الانبعاث للنظائر المشعة الناتجة بالنسبة للعناصر الفردية، وبالتالي يمكن تحقيق خصوصية كبيرة في التحديد. وفي عينة واحدة من المادة التي تم تحليلها يمكن تحديد عدد كبير من عناصر الشوائب. أخيرًا، تتمثل ميزة هذه الطريقة في عدم الحاجة إلى التحديد الكمي لآثار العناصر - حيث يتيح لك استخدام المعايير الحصول على النتيجة الصحيحة حتى في حالة فقدان جزء من العنصر الذي يتم تحديده.

وتشمل عيوب هذه الطريقة الحاجة إلى استخدام معدات معقدة ومكلفة؛ وبالإضافة إلى ذلك، يجب حماية القائمين على التحليل من الإشعاع الإشعاعي.

القسم 7. مراجعة الطرق الحديثة لتحليل المواد

الموضوع 14. الطرق الفيزيائية للتحليل

في تحليل التنشيط، يمكن استخدام مجموعة متنوعة من الجسيمات الأولية لتشعيع العينة - النيوترونات والبروتونات وجسيمات ألفا، بالإضافة إلى إشعاع جاما. يتم استخدام تشعيع النيوترونات في أغلب الأحيان. يسمى هذا القسم من تحليل التنشيط بتحليل النيوترونات. وعادة ما يتم استخدام تدفق النيوترونات الحرارية البطيئة.

يمكن أن تكون المفاعلات النووية، التي يحدث فيها تفاعل متسلسل متحكم فيه لانشطار نواة اليورانيوم، بمثابة مصادر للنيوترونات. ومن المعروف مولدات النيوترونات، حيث يتم استخدام تفاعل الديوتيريوم مع التريتيوم، وكذلك الأجهزة الأخرى، لإنتاج النيوترونات.

النظائر المشعة للعناصر المتكونة نتيجة تشعيع العينة بتدفق النيوترونات تخضع للتحلل الإشعاعي. الأنواع الرئيسية لهذا الاضمحلال هي التالية.

1. اضمحلال ألفا هو سمة من سمات العناصر الأثقل. ونتيجة لهذا الاضمحلال، تنخفض الشحنة النووية بمقدار وحدتين والكتلة بمقدار أربع وحدات.

2. اضمحلال بيتا، حيث يتم الحفاظ على العدد الكتلي للعنصر، لكن شحنة النواة تتغير بمقدار واحد - لأعلى عندما تبعث النواة الإلكترونات ولأسفل عندما تنبعث البوزيترونات. الإشعاع لديه طيف الطاقة المستمر.

بعد اضمحلال ألفا أو بيتا، غالبًا ما تكون النواة الناتجة في حالة مثارة. عادةً ما يكون انتقال هذه النوى من الحالة المثارة إلى الحالة الأرضية مصحوبًا بإشعاع γ. إن انبعاث النوى منفصل بطبيعته مع عرض خطي ضيق للغاية. مثل هذا الإشعاع، من حيث المبدأ، يمكن أن يساعد في التعرف بشكل لا لبس فيه على النظائر المشعة.

14.6. اختيار المخطط وطريقة التحليل

لاختيار مخطط وطريقة التحليل، من الضروري معرفة التركيب الكمي وشبه الكمي للحليلة. يجب على المحلل أن يعرف ما الذي يتعامل معه، لأنه يتم اختيار طريقة التحليل اعتماداً على تركيبة المادة التحليلية. قبل إجراء التحليل، من الضروري وضع مخطط تحليل، والذي سيكون من الواضح ما هي الطرق التي يمكن استخدامها لنقل المادة التحليلية إلى المحلول، وما هي الطرق التي يجب استخدامها لفصل المكونات التي يتم تحديدها وإلى أي مدى سوف تتداخل المكونات الحالية مع عملية الفصل، إلى أي مدى يمكن منع تأثير التداخل للمواد الموجودة أثناء تحديد مكونات معينة. عند تحليل السيليكات والصخور والمعادن والخامات في كثير من الأحيان، من الضروري، كقاعدة عامة، تحديد جميع المكونات تقريبًا، على الرغم من أنه في بعض الحالات قد يتم تعيين مهمة أكثر ضيقًا. على سبيل المثال، عند دراسة رواسب الخام، ليس من الضروري إجراء تحليل كامل لجميع العينات. للقيام بذلك، يكفي إجراء تحليل كامل لعدد معين من العينات، ولكن تحديد مكون الخام الرئيسي (على سبيل المثال، الحديد أو المنغنيز أثناء التحليل

القسم 7. مراجعة الطرق الحديثة لتحليل المواد

الموضوع 14. الطرق الفيزيائية للتحليل

خامات الحديد أو المنغنيز) إلزامية لعدد كبير من العينات. عادةً ما يختلف تقدم التحليل الكامل عن تقدم التحليل الذي يحدد مكونًا واحدًا أو أكثر. عند تحليل المعادن، من النادر جدًا أن يقوم المحلل بتحديد محتوى المكون الرئيسي، وعادة ما يكون من الضروري تحديد محتوى الشوائب. هذا الأخير يؤثر بشكل كبير على جودة المعدن. وبالتالي، عند تحليل الفولاذ، نادرًا ما يتم تحديد محتوى الحديد، ولكن لتحديد درجة الفولاذ، يتم دائمًا تحديد محتوى الكربون والكبريت والفوسفور والسيليكون والمنغنيز والسبائك وبعض المكونات الأخرى التي تحدد جودة الفولاذ. وهذا ينطبق غالبًا على تحليل المواد عالية النقاء. ومع ذلك، يجب أن يكون النهج المتبع لتحديد الشوائب عند تحليل الفولاذ والمعادن عالية النقاء مختلفا.

تعتمد طرق نقل العينة إلى المحلول أو طرق تحلل العينة كليًا على تركيبة المادة التحليلية. بشكل عام، يمكن الإشارة إلى أنه عند تحليل السيليكات والصخور والمعادن، كقاعدة عامة، يتم إجراء الانصهار القلوي لتحلل العينات، في كثير من الأحيان

– التلبيد بكربونات الكالسيوم والتحلل الحمضي في خليط من الأحماض. عند تحليل المعادن والسبائك، عادة ما يتم إجراء التحلل الحمضي، وأحيانا يتم استخدام طرق أخرى لتحلل العينة. على سبيل المثال، عند تحليل الألومنيوم، يتم إذابة العينة في محلول قلوي. يمكن اقتراح طرق أخرى لنقل العينة إلى المحلول. وكمثال لاختيار مخطط التحليل، نقدم مخطط تحليل السيليكات.

	مخطط تحليل السيليكات
سيليكات (الوزن)
الانصهار مع KNaCO3
ترشيح الماء وتبخره بحمض الهيدروكلوريك
SiO2	هطول الأمطار NH4OH
		تساقط
	Ca2 C2 O4	(NH4) 2 القسم 7. مراجعة الطرق الحديثة لتحليل المواد الموضوع 14. الطرق الفيزيائية للتحليل ومع ذلك، اعتمادًا على محتوى المكونات المختلفة في المخطط، يجب توفير تأثير هذه المكونات وسلوكها أثناء عملية التحليل وفقًا لمثل هذا المخطط. وبالتالي، في حالة وجود البورون والفلور والمنغنيز في السيليكات، فلا يمكن قبول هذا المخطط دون تعديل، لأنه قد تحدث الانحرافات التالية: 1) أثناء التبخر بحمض الهيدروكلوريك، سيكون فقدان السيليكون والبورون ملحوظًا؛ 2) سوف يترسب البورون جزئيًا مع حمض السيليك، ثم يتبخر عندما تتم معالجة راسب حمض السيليك بحمض الهيدروفلوريك؛ 3) قد يبقى جزء من الفلور في المحلول ويمنع ترسب الألومنيوم والحديد تحت تأثير محلول الأمونيا المائي؛ 4) سوف يترسب جزء من البورون مع هيدروكسيدات السيسكوي. 5) بدون إضافة عامل مؤكسد، لا يترسب كل المنجنيز مع هيدروكسيدات السيسكي أثناء الترسيب بمحلول مائي من الأمونيا، ثم يترسب جزئيًا على شكل أكسالات مع أكسالات الكالسيوم؛ 6) عندما يترسب المغنيسيوم مع الفوسفات، سوف يترسب فوسفات المنغنيز أيضا. وبالتالي، لا يمكن دائمًا تطبيق مخطط التحليل المقدم، وفقط بمعرفة التركيب النوعي والكمي التقريبي، من الممكن وضع مخطط تحليل مع مراعاة تأثير جميع المكونات الحالية الموجودة في العينة التي تم تحليلها. يعتمد اختيار طريقة التحديد أيضًا على محتوى المكون الذي يتم تحديده وعلى وجود مواد أخرى. وبالتالي، عند تحديد أعشار الكربون في المعادن في وجود أجزاء من الألف وحتى عدة أجزاء من المئات من نسبة الكبريت، يمكن إجراء التحديد دون أخذ الكبريت في الاعتبار. إذا تجاوز محتوى الكبريت 0.04٪ فيجب مراعاة تأثير الكبريت والقضاء عليه. أسئلة وتمارين الاختبار 1. ما هي الطرق الفيزيائية التي تعتمد على التحليل؟ 2. ما هي ميزة الطرق الفيزيائية للتحليل على الكيميائية وبالطرق الفيزيائية والكيميائية؟ 3. ما هي طبيعة الإشارة التحليلية في التحليل الطيفي؟ 4. ما هي المشاكل التحليلية التي يمكن حلها باستخدام طرق التحليل الطيفي؟ 5. كيف يتم تصنيف الأجسام حسب خصائصها المغناطيسية؟ 6. ما هو مغنطة محددة؟ 7. على ماذا تعتمد طريقة الحساسية المغناطيسية الساكنة؟ 8. ما هو الريسولاكس البارامغناطيسي؟ 9. لأي أغراض يمكن استخدام طريقة EPR؟ 10. ما هو جوهر الطريقةالتحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء؟ 11. ما هو نوع التذبذبات فيهل يمكن استخدام طيف الأشعة تحت الحمراء للجزيئات المعقدة لأغراض تحليلية؟ 12. على ماذا تعتمد القياسات الكمية؟التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء؟ 13. ما هي طريقة المسبار المجهري في التحليل الطيفي للأشعة السينية؟ القسم 7. مراجعة الطرق الحديثة لتحليل المواد الموضوع 14. الطرق الفيزيائية للتحليل 14. ما هي طبيعة الإشارة التحليلية في تحليل مضان الأشعة السينية؟ 15. كيف يتم إجراء التحليل النوعي للعينة باستخدام طريقة تحليل مضان الأشعة السينية؟ 16. ما الفرق بين تحليل التنشيط وطرق النشاط الإشعاعي الأخرى؟ 17. ما هي الميزة الرئيسية لطريقة التنشيط؟ 18. ما هو تحليل النيوترونات؟ 19. كيف يتم استخدام المعلومات الأولية حول تكوين العينة قبل اختيار الطريقة وتصميم التحليل؟ 20. لماذا تحتاج إلى إنشاء خطة تحليل العينة؟

يمكن تقسيم جميع الطرق الحالية للكيمياء التحليلية إلى طرق أخذ العينات وتحلل العينات وفصل المكونات والكشف (التحديد) وتحديدها.

تعتمد جميع الطرق تقريبًا على العلاقة بين تكوين المادة وخصائصها. للكشف عن مكون أو كميته، قم بالقياس إشارة تحليلية.

إشارة تحليليةهو متوسط ​​قياسات الكمية الفيزيائية في المرحلة النهائية من التحليل. ترتبط الإشارة التحليلية وظيفيًا بمحتوى المكون الذي يتم تحديده. قد تكون هذه هي القوة الحالية، والمجال الكهرومغناطيسي للنظام، والكثافة البصرية، وكثافة الإشعاع، وما إلى ذلك.

إذا كان من الضروري اكتشاف أي مكون، فعادة ما يتم تسجيل ظهور إشارة تحليلية - ظهور راسب أو لون أو خط في الطيف، وما إلى ذلك. يجب تسجيل ظهور الإشارة التحليلية بشكل موثوق. عند كمية معينة من المكون، يتم قياس حجم الإشارة التحليلية: كتلة الرواسب، وقوة التيار، وكثافة خطوط الطيف، وما إلى ذلك. ثم يتم حساب محتوى المكون باستخدام الإشارة التحليلية للعلاقة الوظيفية - المحتوى: y=f(c)، والتي يتم تحديدها عن طريق الحساب أو التجربة ويمكن تقديمها في شكل صيغة أو جدول أو رسم بياني.

في الكيمياء التحليلية، يتم التمييز بين طرق التحليل الكيميائية والفيزيائية والفيزيائية والكيميائية.

في طرق التحليل الكيميائي، يتم تحويل العنصر أو الأيون الذي يتم تحديده إلى مركب له خصائص مميزة أو أخرى، والتي على أساسها يمكن إثبات أن هذا المركب بالذات قد تم تشكيله.

الطرق الكيميائيةالتحليل له نطاق محدد. كما أن سرعة إجراء التحليلات باستخدام الطرق الكيميائية لا تلبي دائمًا احتياجات الإنتاج، حيث من المهم جدًا الحصول على التحليلات في الوقت المناسب، بينما لا يزال من الممكن تنظيم العملية التكنولوجية. لذلك، إلى جانب الطرق الكيميائية، أصبحت طرق التحليل الفيزيائية والفيزيائية والكيميائية منتشرة بشكل متزايد.

الطرق الفيزيائيةيعتمد التحليل على قياس البعض

معلمة نظام هي دالة للتركيب، على سبيل المثال، أطياف امتصاص الانبعاث، والتوصيل الكهربائي أو الحراري، وإمكانات القطب المغمور في محلول، وثابت العزل الكهربائي، ومعامل الانكسار، والرنين المغناطيسي النووي، وما إلى ذلك.

تتيح الطرق الفيزيائية للتحليل حل الأسئلة التي لا يمكن حلها بطرق التحليل الكيميائي.

لتحليل المواد، يتم استخدام طرق التحليل الفيزيائية والكيميائية على نطاق واسع، بناءً على التفاعلات الكيميائية، والتي يصاحب حدوثها تغيير في الخواص الفيزيائية للنظام الذي تم تحليله، على سبيل المثال، لونه، وكثافة اللون، والشفافية، والحرارة و الموصلية الكهربائية، الخ.

طرق التحليل الفيزيائية والكيميائيةوتتميز بالحساسية العالية وسرعة التنفيذ، وتجعل من الممكن أتمتة عمليات التحديد التحليلي الكيميائي ولا غنى عنها عند تحليل كميات صغيرة من المواد.

تجدر الإشارة إلى أنه ليس من الممكن دائمًا رسم خط صارم بين طرق التحليل الفيزيائية والفيزيائية والكيميائية. في بعض الأحيان يتم دمجها تحت الاسم العام للطرق "الفعالة" لأنها لإجراء قياسات معينة، هناك حاجة إلى أدوات تسمح لك بقياس قيم بعض المعلمات التي تميز خصائص معينة للمادة بدقة.