Svaka metoda analize koristi specifičan analitički signal, koji, pod datim uslovima, daju specifični elementarni objekti (atomi, molekuli, joni) koji čine ispitivane supstance.

Analitički signal pruža informacije i kvalitativne i kvantitativne prirode. Na primjer, ako se za analizu koriste reakcije taloženja, kvalitativne informacije se dobijaju na osnovu pojave ili odsustva precipitacije. Kvantitativne informacije se dobijaju iz mase sedimenta. Kada supstanca emituje svetlost pod određenim uslovima, kvalitativna informacija se dobija pojavom signala (emisija svetlosti) na talasnoj dužini koja odgovara karakterističnoj boji, a kvantitativna informacija se dobija iz intenziteta svetlosnog zračenja.

Na osnovu porekla analitičkog signala, metode analitičke hemije se mogu klasifikovati na hemijske, fizičke i fizičkohemijske.

IN hemijske metode provesti kemijsku reakciju i izmjeriti ili masu rezultirajućeg proizvoda - gravimetrijske (težinske) metode, ili volumen reagensa potrošenog na interakciju sa tvari - titrimetrijske, gasno-volumetrijske (volumetrijske) metode.

Volumetrijska analiza gasa (gasna volumetrijska analiza) zasniva se na selektivnoj apsorpciji komponenti gasne mešavine u posudama napunjenim jednim ili drugim apsorberom, nakon čega sledi merenje smanjenja zapremine gasa pomoću birete. Tako se ugljični dioksid apsorbira otopinom kalijevog hidroksida, kisik otopinom pirogalola, a ugljični monoksid otopinom amonijaka bakrenog hlorida. Volumetrija gasa se odnosi na brze metode analize. Široko se koristi za određivanje karbonata u mineralima i mineralima.

Hemijske metode analize se široko koriste za analizu ruda, stijena, minerala i drugih materijala za određivanje komponenti u njima sa sadržajem od desetina do nekoliko desetina posto. Hemijske metode analize odlikuju se visokom preciznošću (greška analize je obično desetinke procenta). Međutim, ove metode se postepeno zamjenjuju bržim fizičko-hemijskim i fizičkim metodama analize.

Fizičke metode analize se zasnivaju na mjerenju bilo kojeg fizičkog svojstva tvari, što je funkcija sastava. Na primjer, refraktometrija se zasniva na mjerenju relativnih indeksa prelamanja svjetlosti. U aktivacionoj analizi mjeri se aktivnost izotopa itd. Često analiza uključuje prvo hemijsku reakciju, a koncentracija nastalog proizvoda se određuje fizičkim svojstvima, na primjer, intenzitetom apsorpcije svjetlosnog zračenja obojenog produkt reakcije. Takve metode analize nazivaju se fizičko-hemijskim.

Fizičke metode analize karakterišu visoka produktivnost, niske granice detekcije elemenata, objektivnost rezultata analize i visok stepen automatizacije. U analizi stijena i minerala koriste se fizikalne metode analize. Na primjer, metoda atomske emisije se koristi za određivanje volframa u granitima i škriljcima, antimona, kositra i olova u stijenama i fosfatima; metoda atomske apsorpcije - magnezijum i silicijum u silikatima; Rentgenska fluorescencija - vanadij u ilmenitu, magnezitu, glinici; masena spektrometrija - mangan u lunarnom regolitu; neutronska aktivacija - gvožđe, cink, antimon, srebro, kobalt, selen i skandij u ulju; metodom razrjeđivanja izotopa - kobalt u silikatnim stijenama.

Fizičke i fizičko-hemijske metode se ponekad nazivaju instrumentalnim, jer ove metode zahtijevaju korištenje instrumenata (oprema) posebno prilagođenih za provođenje glavnih faza analize i bilježenje njenih rezultata.

Fizičko-hemijske metode analiza može uključivati ​​hemijske transformacije analita, otapanje uzorka, koncentraciju analizirane komponente, maskiranje interferirajućih supstanci i drugo. Za razliku od „klasičnih“ hemijskih metoda analize, gde je analitički signal masa supstance ili njen volumen, fizičko-hemijske metode analize koriste intenzitet zračenja, jačinu struje, električnu provodljivost i potencijalnu razliku kao analitički signal.

Od velikog su praktičnog značaja metode zasnovane na proučavanju emisije i apsorpcije elektromagnetnog zračenja u različitim oblastima spektra. To uključuje spektroskopiju (na primjer, luminescentnu analizu, spektralnu analizu, nefelometriju i turbidimetriju i druge). Važne fizičko-hemijske metode analize uključuju elektrohemijske metode koje koriste merenje električnih svojstava supstance (kulometrija, potenciometrija itd.), kao i hromatografiju (na primer, gasnu hromatografiju, tečnu hromatografiju, hromatografiju jonske izmene, tankoslojnu hromatografiju). Uspešno se razvijaju metode zasnovane na merenju brzina hemijskih reakcija (kinetičke metode analize), termičkih efekata reakcija (termometrijska titracija), kao i odvajanju jona u magnetnom polju (masena spektrometrija).

Glavna svrha analitičke hemije- da obezbedi, u zavisnosti od zadatka, tačnost, visoku osetljivost, brzinu i (ili) selektivnost analize. Razvijaju se metode koje omogućavaju analizu mikroobjekata (vidi Mikrohemijska analiza), izvođenje lokalne analize (u tački, na površini, itd.), analizu bez uništavanja uzorka (vidi nedestruktivna analiza), na udaljenosti od njega (daljinska analiza), kontinuirana analiza (npr. u toku), kao i da se utvrdi u obliku kakvog hemijskog jedinjenja iu kojoj fazi komponenta koja se utvrđuje postoji u uzorku (fazna analiza). Važni trendovi u razvoju analitičke hemije su automatizacija analiza, posebno u kontroli tehnoloških procesa, i matematizacija, posebno raširena upotreba računara.

Struktura. Mogu se izdvojiti tri glavna područja analitičke hemije: opšte teorijske osnove; razvoj metoda analize; analitička hemija pojedinačnih objekata. U zavisnosti od svrhe analize, razlikuje se kvalitativne analize i kvantitativne analize.Zadatak prve je otkrivanje i identifikacija komponenti analiziranog uzorka, a drugi je određivanje njihove koncentracije ili mase. U zavisnosti od toga koje komponente treba detektovati ili odrediti, postoje izotopska analiza, elementarna analiza, analiza strukturnih grupa (uključujući funkcionalnu analizu), molekularna analiza i fazna analiza. Na osnovu prirode analiziranog objekta razlikuje se analiza neorganskih i organskih supstanci.

U teorijskoj U osnovama analitičke hemije, metrologija hemijske analize, uključujući i statističku obradu rezultata, zauzima značajno mesto. Teorija analitičke hemije obuhvata i proučavanje odabira i pripreme analitičkih uzoraka. o izradi šeme analize i izboru metoda, principa i načina automatizacije analize, upotrebi kompjutera, kao i osnovama nacionalnih ekonomija. korišćenje hemijskih rezultata. analiza. Posebnost analitičke hemije je proučavanje ne općih, već pojedinačnih, specifičnih svojstava i karakteristika objekata, što osigurava selektivnost mnogih. analitičke metode. Zahvaljujući bliskoj povezanosti sa dostignućima fizike, matematike, biologije itd. oblasti tehnologije (ovo se posebno odnosi na metode analize), analitička hemija je pretvorena u disciplinu na preseku nauka.

U analitičkoj hemiji postoje metode razdvajanja, određivanja (detekcije) i hibridne, koje kombinuju metode prve dve grupe. Metode određivanja dijele se na hemijske metode analize (gravimetrijska analiza, titrimetrija), fizičke i hemijske metode analize (npr. elektrohemijske, fotometrijske, kinetičke), fizičke metode analize (spektralne, nuklearno-fizičke i druge) i biološke metode analize. . Ponekad se metode određivanja dijele na hemijske, zasnovane na hemijskim reakcijama, fizičke, zasnovane na fizičkim pojavama, i biološke, koristeći odgovor organizama na promjene u okolini.

Analitička hemija definira opći pristup odabiru analitičkih puteva i metoda. Razvijaju se metode poređenja metoda, uslovi njihove zamjenjivosti i kombinacije, principi i načini automatizacije analize. U praktične svrhe koristeći analizu potrebno je razviti ideje o njenom rezultatu kao pokazatelju kvaliteta proizvoda, doktrinu ekspresne kontrole tehnologije. procesa, stvarajući isplative metode. Od velikog značaja za analitičare koji rade u različitim sektorima nacionalne ekonomije je ujednačavanje i standardizacija metoda. Razvija se teorija za optimizaciju količine informacija potrebnih za rješavanje analitičkog problema.

Metode analize. U zavisnosti od mase ili zapremine analiziranog uzorka, metode odvajanja i određivanja se ponekad dele na makro-, mikro- i ultra-mikro metode.

Odvajanju smeša se obično pribegava u slučajevima kada metode direktnog određivanja ili detekcije ne daju tačan rezultat zbog ometajućeg uticaja drugih komponenti uzorka. Posebno je važna takozvana relativna koncentracija - odvajanje malih količina komponenti analita od značajno većih količina glavnih komponenti uzorka. Razdvajanje smeša može se zasnivati ​​na razlikama u termodinamičkim, odnosno ravnotežnim karakteristikama komponenti (konstante jonske razmene, konstante stabilnosti kompleksa) ili kinetičkim parametrima. Glavne metode koje se koriste za separaciju su hromatografija, ekstrakcija, precipitacija, destilacija, kao i elektrohemijske metode kao što je elektrodepozicija.

Fizičko-hemijske metode analize, zasnovani su na zavisnosti fizičkih svojstava supstance o njenoj prirodi, a analitički signal je vrednost nekog fizičkog svojstva, funkcionalno povezana sa koncentracijom ili masom komponente koja se utvrđuje. Fizičko-hemijske metode analize mogu uključivati ​​hemijske transformacije jedinjenja koje se analizira, otapanje uzorka, koncentraciju analizirane komponente, maskiranje interferirajućih supstanci i drugo. Za razliku od „klasičnih“ hemijskih metoda analize, gde je analitički signal masa supstance ili njen volumen, fizičko-hemijske metode analize kao analitički signal koriste intenzitet zračenja, jačinu struje, električnu provodljivost, razliku potencijala itd.

Od velikog su praktičnog značaja metode zasnovane na proučavanju emisije i apsorpcije elektromagnetnog zračenja u različitim oblastima spektra. To uključuje spektroskopiju (na primjer, luminescentnu analizu, spektralnu analizu, nefelometriju i turbidimetriju i druge). Važne fizičko-hemijske metode analize uključuju elektrohemijske metode koje koriste mjerenje električnih svojstava tvari.

T.N.ORKINA

HEMIJSKA I FIZIČKO-HEMIJSKA ANALIZA

Tutorial

Orkina T. N. Hemija. Hemijska i fizičko-hemijska analiza. Udžbenik / Sankt Peterburg: Izdavačka kuća Politehničkog univerziteta, 2012. – 45 str.

Priručnik predstavlja ciljeve i zadatke savremene analitičke hemije – hemijske, fizičkohemijske i fizičke metode analize.

Detaljno su opisane metode za provođenje kvalitativne i kvantitativne analize. Dat je opis laboratorijskog rada na kvalitativnoj analizi rastvora i legura metala, kao i proračuni i metode za izvođenje titrimetrijske (volumetrijske) analize. Osnove fizičkog

hemijska analiza - izrada faznih dijagrama, termička analiza metalnih legura i izrada dijagrama topivosti.

Priručnik je usklađen sa obrazovnim standardom disciplina „Hemija“ i „Neorganska hemija“ i namenjen je studentima visokoškolskih ustanova koji studiraju u različitim oblastima i specijalnostima iz oblasti inženjerstva i tehnologije u oblasti

„Nauka o materijalima“, „Metalurgija“ i dr. Priručnik može biti od koristi studentima koji studiraju bilo koju tehničku specijalnost u okviru discipline "Hemija".

UVOD

Analitička hemija je grana hemije koja proučava svojstva i procese transformacije supstanci u cilju utvrđivanja njihovog hemijskog sastava. Utvrđivanje hemijskog sastava supstanci (hemijska identifikacija) je odgovor na pitanje koji se elementi ili njihova jedinjenja i u kojim kvantitativnim odnosima nalaze u analiziranom uzorku. Analitička hemija razvija teorijske osnove hemijske analize supstanci i materijala, razvija metode za identifikaciju, detekciju, odvajanje i određivanje hemijskih elemenata i njihovih jedinjenja, kao i metode za utvrđivanje strukture supstance. Detekcija ili, kako kažu, otkrivanje elemenata ili iona koji čine tvar koja se proučava je predmet kvalitativna analiza. Određivanje koncentracija ili količina hemijskih supstanci koje čine analizirani objekti je zadatak kvantitativna analiza. Kvalitativna analiza obično prethodi kvantitativnoj analizi, jer je za izvođenje kvantitativne analize potrebno poznavati kvalitativni sastav uzorka koji se analizira. Kada je sastav predmeta koji se proučava unaprijed poznat, po potrebi se provodi kvalitativna analiza.

1. METODE ANALITIČKE HEMIJE

Za detekciju komponente obično se koristi takozvani analitički signal. A litički signal– to su vidljive promjene na samom objektu proučavanja (formiranje sedimenta, promjena boje i sl.) ili promjene parametara mjernih instrumenata

(odstupanje igle instrumenta, promjena digitalnog očitavanja, pojava linije u spektru, itd.). Za dobijanje analitičkog signala koriste se hemijske reakcije različitih tipova (jonska izmena, kompleksiranje, redoks), različiti procesi (npr.

precipitacije, razvijanje gasova), kao i različita hemijska, fizička i biološka svojstva samih supstanci i proizvoda njihovih reakcija. Zbog toga

Analitička hemija ima različite metode za rješavanje svojih problema.

Hemijske metode (hemijske analize) zasnivaju se na hemijskoj reakciji između uzorka koji se proučava i posebno odabranih reagensa. U hemijskim metodama, analitički signal koji je rezultat hemijske reakcije posmatra se uglavnom vizuelno.

Fizičko-hemijski metode analize su zasnovane na kvantitativnom proučavanju zavisnosti sastav - fizičko svojstvo objekt. Analitički signal je električni potencijal, jačina struje,

otpor, itd., ili bilo koji drugi parametar (temperatura faznih transformacija, tvrdoća, gustina, viskoznost, pritisak zasićene pare, itd.) povezan sa određenim funkcionalnim odnosom sa sastavom i koncentracijom predmeta proučavanja. Fizičko-hemijske metode istraživanja obično zahtijevaju upotrebu visoko osjetljive opreme. Prednosti ovih metoda su njihova objektivnost,

mogućnost automatizacije i brzina dobijanja rezultata. Primjer fizičko-hemijske metode analize je potenciometrijsko određivanje pH otopine pomoću mjernih instrumenata - potenciometara. Ova metoda omogućava ne samo mjerenje, već i kontinuirano praćenje promjena pH kada se u otopinama odvijaju bilo kakvi procesi.

IN fizikalne metode analize analitički signal je obično

primaju se i snimaju pomoću posebne opreme. Fizičke metode prvenstveno uključuju optičke spektroskopske metode analize, zasnovane na sposobnosti atoma i molekula da emituju, apsorbuju i raspršuju elektromagnetno zračenje.

Snimanjem emisije, apsorpcije ili rasipanja elektromagnetnih talasa od strane analiziranog uzorka, dobija se skup signala,

karakterišući njegov kvalitativni i kvantitativni sastav.

Ne postoji oštra granica između sve tri metode, pa je ova podjela donekle proizvoljna. Na primjer, u hemijskim metodama uzorak se prvo izlaže nekom reagensu, tj. izvode određenu hemijsku reakciju, a tek nakon toga se posmatra i meri fizička svojstva. Kod analize fizičkim metodama, posmatranje i mjerenje se obavljaju direktno na materijalu koji se analizira uz pomoć posebne opreme, a kemijske reakcije, ako se izvode, imaju pomoćnu ulogu. U skladu sa ovim, u

hemijske metode analize fokusiraju se na ispravno izvođenje hemijske reakcije, dok je u fizičko-hemijskim i fizičkim metodama glavni akcenat na odgovarajućoj mernoj opremi - određivanje fizičkog svojstva.

2. KLASIFIKACIJA HEMIJSKIH I FIZIČKIH

HEMIJSKE METODE

Hemijske i fizičko-hemijske metode analize se klasifikuju u zavisnosti od mase i zapremine analiziranih uzoraka. Na osnovu količine supstance ili smeše supstanci (uzorka) koja se koristi za analizu, razlikuju se makro-, polu-mikro-, submikro- i ultramikroanaliza. Tabela 1 pokazuje opsege mase i zapremine rastvora uzoraka koje preporučuje IUPAC Odsek za analitičku hemiju (skraćenica od engleske skraćenice Međunarodne unije za čistu i primenjenu hemiju).

		Tabela 1
Vrsta analize	Težina uzorka, g
		rastvora, ml
Makroanaliza		10-103
Polumikroanaliza		10-1 – 10
Mikroanaliza		10-2 – 1
Submicroanalysis	10-4 – 10-3	manje od 10-2
Ultramicroanalysis	manje od 10-4	manje od 10-3

U zavisnosti od prirode zadatka, razlikuju se sledeće vrste analize.

1 . Elementarna analiza– utvrđivanje prisustva i sadržaja pojedinih elemenata u datoj supstanci, tj. pronalaženje njegovog elementarnog sastava.

2. Fazna analiza – utvrđivanje prisustva i sadržaja pojedinih faza materijala koji se proučava. Na primjer, ugljik u čeliku može biti u obliku grafita ili u obliku željeznih karbida. Zadatak fazne analize je da se pronađe koliko je ugljika sadržano u obliku grafita, a koliko u obliku karbida.

3. Molekularna analiza (analiza materijala) - utvrđivanje prisustva i sadržaja molekula različitih supstanci (spojeva) u materijalu.

Na primjer, određuje se količina CO, CO2, N2, O2 i drugih plinova u atmosferi.

4 . Funkcionalna analiza - utvrđivanje prisustva i sadržaja funkcionalnih grupa u molekulima organskih jedinjenja, na primer amino grupa (-NH2), nitro (-NO2), hidroksil (-OH) i drugih grupa.

U zavisnosti od prirode analiziranog materijala, postoje

analiza neorganskih i organskih materija. Izdvajanje analize organskih supstanci u poseban deo analitičke hemije povezano je sa karakteristikama organskih supstanci. Čak se i prva faza analize - prebacivanje uzorka u rastvor - značajno razlikuje za organske i neorganske supstance.

Glavne faze svake hemijske analize kompleksa

materijali su sljedeći koraci.

1. Uzimanje uzoraka za analizu. Prosječni sastav uzorka mora odgovarati prosječnom sastavu cijele serije analiziranog materijala.

2. Razlaganje uzorka i prenošenje u rastvor. Uzorak se rastvara u vodi ili kiselinama, spaja sa raznim supstancama ili se koriste druge metode ili hemijski uticaji.

	Izvođenje hemijske reakcije:							P, gdje je X –
komponenta uzorka; R – reagens; P je proizvod reakcije.
	Fiksacija		mjerenje	bilo koji fizički parametar
produkt reakcije, reagens ili analit.
Hajde da razmotrimo			detaljno			hemijski		analiza -

kvalitativna i kvantitativna analiza.

3. KVALITATIVNA ANALIZA

Zadatak kvalitativne analize je da identifikuje komponente i odredi kvalitativni sastav supstance ili smeše supstanci. Detekcija ili, kako kažu, otkrivanje elemenata ili iona u sastavu ispitivane supstance vrši se pretvaranjem u spoj koji ima neka karakteristična svojstva, odnosno bilježi se pojava analitičkog signala. Hemijske transformacije koje se dešavaju nazivaju se analitičkim reakcijama. Supstanca s kojom se otkrivanje vrši - reagens ili reagens.

Postoje različite metode kvalitativne analize koje zahtevaju upotrebu različitih količina ispitivane supstance u skladu sa tabelom 1. Na primer: u makroanalitička metoda uzmite oko 1 g supstance (0,5 g za metale i legure) i rastvorite je u 20-30 ml vode.

Reakcije se izvode u epruvetama (analiza epruveta). U slučaju mikroanalize supstanci uzima se otprilike 100 puta manje u odnosu na makroanalizu (miligrami čvrste materije i nekoliko desetina mililitara rastvora). Visokoosjetljive reakcije se koriste za otvaranje pojedinačnih dijelova kako bi se otkrilo prisustvo malih količina elementa ili jona. Reakcije se izvode mikrokristalnom ili kapaljskom metodom. Mikrokristalne reakcije izvodi se na predmetnom predmetu, a prisutnost elementa se procjenjuje po obliku nastalih kristala, koji se ispituju pod mikroskopom. Drip reakcije, praćeni promjenom boje otopine i formiranjem obojenih taloga, izvode se na traku filter papira, nanoseći na nju test otopine i reagense kap po kap. Ponekad se reakcije kapanja provode na posebnoj „tanjiri za kapljice“ - porculanskoj ploči s udubljenjima, kao i na staklu za sat ili u malom porculanskom lončiću. Polu-mikroanaliza (polu-mikrometoda)

zauzima srednju poziciju između makro- i mikroanalize.

Količina tvari potrebna za proučavanje sastava je otprilike 20-25 puta manja nego kod provođenja makroanalize - oko 50 mg čvrste tvari i 1 ml otopine. Ova metoda zadržava sistem makroanalize i otkrivanja jona, ali se sve reakcije izvode sa malim količinama supstance, uz upotrebu posebnih tehnika i opreme. Na primjer, reakcije se provode u malim epruvetama od 1-2 ml, u koje se otopine unose pomoću pipeta. Sedimentacija se vrši samo centrifugiranjem. Submikroanaliza i ultramikroanaliza izvode se posebnim tehnikama pomoću mikroskopa različitog stepena uvećanja, elektronskih mikroskopa i druge opreme. Njihovo razmatranje je izvan okvira ovog priručnika.

U kvalitativnoj analizi hemijske reakcije se najčešće izvode u rastvoru, takozvana „mokra metoda“. Ali ponekad je moguće provesti reakcije u čvrstoj fazi, tj. reakcije "suhi put". Supstanca i odgovarajući reagensi se uzimaju u čvrstom obliku i zagrijavaju na visoke temperature kako bi se izvela reakcije. Primjer takvih reakcija je reakcija bojenja plamena sa solima određenih metala. To je poznato

soli natrijuma boje plamen u jarko žuto, kalijeve soli u ljubičastu, soli bakra u zeleno. Ova boja se može koristiti za otkrivanje prisutnosti ovih elemenata u ispitivanoj supstanci. “Suhe” reakcije također uključuju reakcije formiranja obojeni biseri – staklaste legure raznih soli. Na primjer, boraks – Na2 B4 O7

· 10H2 O ili biseri dvostruke soli NaNH4 HPO4 · 4H2 O. Ove metode se nazivaju pirokemijskim i široko se koriste za određivanje minerala i stijena. Ali u osnovi, u kvalitativnoj analizi se provode reakcije

"mokri put" između otopljenih supstanci.

3.1. Metodologija za provođenje kvalitativne analize

Prvi korak u svakoj analizi je dovođenje uzorka u otopinu pomoću različitih otapala. Pri analizi neorganskih supstanci kao rastvarači se najčešće koriste voda, vodeni rastvori kiselina, lužina, a rjeđe i druge anorganske supstance. Zatim se provode karakteristične reakcije otvaranja jona. Kvalitativne reakcije otkrića

joni su hemijske reakcije koje su praćene spoljnim dejstvom (promena boje rastvora, oslobađanje gasa, stvaranje taloga), na osnovu kojih se može proceniti da se reakcija odvija.

Najčešće se radi o vodenim otopinama soli, kiselina, baza, između kojih se javljaju reakcije ionske izmjene (rjeđe - reakcije oksidacije).

restaurativno).

Ova ili ona analitička reakcija mora se izvesti pod određenim uslovima, u zavisnosti od svojstava dobijenih jedinjenja. Ako ovi uslovi nisu ispunjeni, rezultati otkrića jona mogu biti nepouzdani. Na primjer, precipitati topivi u kiselini ne ispadaju iz otopine kada postoji višak kiseline. Stoga se mora uzeti u obzir sljedeće

reakcionim uslovima.

1. Odgovarajuće okruženje testnog rastvora, koje se stvara dodavanjem kiseline ili lužine.

2. Određena temperatura rastvora. Na primjer, reakcije koje stvaraju precipitate, čija se topljivost uvelike povećava s temperaturom, izvode se na "hladnom". Naprotiv, ako se reakcija odvija izuzetno sporo,

potrebno je grijanje.

3. Prilično visoka koncentracija jona koji se otvara, jer pri niskim koncentracijama reakcija ne teče, tj. reakcija je neosetljiva.

Koncept "osjetljivost odgovora" kvantitativno je okarakterisan sa dva indikatora: minimalno i maksimalno razrjeđivanje otvaranja. Da bi se eksperimentalno odredila osjetljivost, reakcija se ponavlja više puta s ispitnim otopinama, postepeno smanjujući količinu otopljene tvari i volumen rastvarača. Minimum otvaranja(Υ) je najmanja količina supstance koja se može otkriti kroz datu reakciju pod određenim uslovima za njeno sprovođenje. Izraženo u mikrogramima (1Υ - milioniti dio grama, 10-6 g). Minimum otvaranja ne može u potpunosti okarakterizirati osjetljivost reakcije, jer je koncentracija otvorenog jona u otopini važna. Ograničite razrjeđivanje(1:G) karakterizira najnižu koncentraciju tvari (jona) pri kojoj se može otvoriti ovom reakcijom; gdje je G masena količina rastvarača po jedinici mase supstance ili jona koji se otkriva. IN

U makroanalizi i polumikrometodi koriste se one reakcije čija je osjetljivost veća od 50Υ, a maksimalno razrjeđenje je 1:1000.

Prilikom izvođenja analitičkih reakcija treba uzeti u obzir ne samo osjetljivost, već i specifičnost reakcije– mogućnost otvaranja datog jona u prisustvu drugih jona. Otkrivanje jona kroz

specifične reakcije proizvedene u odvojenim dijelovima ispitivane tvari

rješenje slučajnim redoslijedom, nazvano frakcionom analizom . Ali nema mnogo konkretnih reakcija. Češće morate imati posla sa reagensima koji daju isti ili sličan reakcijski efekat sa mnogo jona. Na primjer, barij hlorid taloži karbonat i

sulfationi u obliku precipitacije BaCO3 i BaSO4. Davanje reagensa

identičan analitički signal sa ograničenim brojem jona,

naziva selektivnim ili selektivnim . Što je manji broj jona izloženih datom reagensu, to je veći stepen selektivnosti reagensa.

Ponekad strani ioni ne reagiraju s datim reagensom, već smanjuju osjetljivost reakcije ili mijenjaju prirodu nastalih proizvoda. U ovom slučaju potrebno je voditi računa o maksimalnom omjeru koncentracija otkrivenih i stranih iona, te koristiti maskirne agense (tehnike ili reagense). Interferirajući ion se pretvara u jedinjenja niske disocijacije ili kompleksne ione, njegova koncentracija u otopini se smanjuje i ovaj ion više ne ometa otkrivanje analiziranih iona. Sve gore navedene karakteristike i tehnike

koriste se u razvoju redosleda hemijskih reakcija tokom procesa analize. Ako su reakcije korištene u analizi

su nespecifični, a interferirajući uticaj stranih jona se ne može eliminisati, tada upotreba frakcijske metode postaje nemoguća i pribjegavaju se

sistematski tok analize.

Sistematski tok analize je specifičan niz reakcija osmišljen tako da se otkrivanje svakog jona vrši tek nakon otkrivanja i uklanjanja svih jona koji ometaju ovo otkriće. U sistematskoj analizi, pojedinačne grupe jona se izoluju iz složene mešavine jona, koristeći njihov sličan odnos prema delovanju određenih reagenasa, koji se naziva grupni reagens. Na primjer, jedan od reagensa grupe je natrijum hlorid,

koji proizvodi sličan efekat na jone Ag+, Pb2+, Hg2 2+. Djelovanje natrijevog klorida na rastvorljive soli koje sadrže ove katione dovodi do stvaranja taloga netopivih u hlorovodoničnoj kiselini:

Ag+ + Cl- = AgCl↓

Pb2 + Cl- = PbCl2 ↓

Hg2 2+ + 2Cl- = Hg2 Cl2 ↓

Svi ostali joni, ako su izloženi HCl, preći će u rastvor, a tri kationa Ag+, Pb2+ i Hg2 2+ će se odvojiti od ostalih pomoću grupnog reagensa NaCl. Upotreba grupnih reagensa pruža veliku pogodnost: složeni problem se raščlanjuje na niz jednostavnijih. osim toga,

ako je bilo koja grupa jona potpuno odsutna, tada njen grupni reagens neće proizvesti nikakav talog sa analiziranom otopinom. U ovom slučaju nema smisla provoditi reakcije na pojedinačne jone ove grupe. Rezultat je značajna ušteda u radu, vremenu i reagensima.

Iz navedenog proizilazi da je u kvalitativnoj analizi osnova za klasifikaciju jona razlika u rastvorljivosti nekih jedinjenja koja oni formiraju; Metoda odvajanja jedne grupe jona od druge zasniva se na ovoj razlici. Glavnu klasifikaciju katjona uveo je istaknuti ruski hemičar N.A. Menshutkin (1871).

IN Klasifikacija anjona se zasniva na rastvorljivosti soli barijuma

I srebra u odgovarajućim kiselinama. Ova klasifikacija nije striktno utvrđena, jer različiti autori dijele anione u različit broj grupa. Jedna od najčešćih opcija je podjela aniona koji se proučavaju u tri grupe:

Anjoni koji formiraju soli barija netopive u vodi;

Tema 14. Fizičke metode analize

Ove metode se zasnivaju na mjerenju efekta uzrokovanog interakcijom zračenja sa materijom – protokom kvanta ili čestica. Zračenje ima približno istu ulogu kao reagens u hemijskim metodama analize. Fizički efekat koji se meri je signal. Kao rezultat više ili više mjerenja veličine signala i njihove statičke obrade, dobija se analitički signal. Odnosi se na koncentraciju ili masu komponenti koje se određuju.

Fizičke metode analize imaju niz prednosti:

– jednostavnost pripreme uzorka (u većini slučajeva) i kvalitativna analiza uzoraka;

– veća svestranost u poređenju sa hemijskim i fizičko-hemijskim metodama (uključujući sposobnost analize višekomponentnih smeša);

– sposobnost određivanja glavne nečistoće i komponenti u tragovima;

– često niske granice detekcije i po koncentraciji (do 10-8% bez upotrebe koncentracije), te po masi (10-10 –10-20 g), što vam omogućava da konzumirate izuzetno male količine uzorka, i

ponekad vrši nedestruktivnu analizu.

Pored toga, mnoge metode fizičke analize omogućavaju izvođenje grupne i lokalne analize i analize sloj-po-sloj sa prostornom rezolucijom sve do monatomskog nivoa. Ove metode su pogodne za automatizaciju.

Razmotrimo detaljnije neke od fizičkih metoda analize.

14.1. Spektralna analiza

Spektralna analiza je fizička metoda za određivanje hemijskog sastava i strukture supstance iz njenog spektra. Spektar je elektromagnetno zračenje poredano po talasnoj dužini. Kada je tvar pobuđena određenom energijom, u njoj se događaju promjene (pobuda valentnih ili unutrašnjih elektrona, rotacija ili vibracija molekula), koje su praćene pojavom linija ili traka u njenom spektru. U zavisnosti od prirode pobude i procesa unutrašnje interakcije u supstanci, razlikuju se i metode (principi) spektralne analize: atomska emisija, apsorpcija, luminiscencija, Ramanovo rasejanje, radio i rendgenska spektroskopija itd.

Svaku spektralnu liniju karakteriše talasna dužina ili frekvencija. U spektralnoj analizi, talasna dužina linije obično se izražava u nanometrima (1 nm = 10-9 m) ili mikrometrima (1 μm = 10-6 m). Međutim, koristi se i nesistemska jedinica - angstrom (1 Å = 0,1 nm = 10-10 m). Na primjer, talasna dužina jedne od žutih linija natrijuma može se napisati kao: Na 5893 Å,

ODJELJAK 7. PREGLED SAVREMENIH METODA ANALIZE SUPSTANCI

Tema 14. Fizičke metode analize

ili Na 589,3 nm, ili Na 0,5893 µm. Linijski spektri emituju atome ili ione koji su na takvim udaljenostima jedan od drugog da se njihova emisija može smatrati neovisnom. Gasovi i metalne pare imaju linijski spektar. Trakasti spektri nastaju emisijom ioniziranih i nejoniziranih molekula koji se sastoje od dva ili više atoma, ako su ti molekuli toliko udaljeni jedan od drugog da ne stupaju u interakciju sa susjednim molekulima. Čvrsti ili kontinuirani spektri emituju užarene tekućine ili čvrste tvari. Pod određenim uslovima, pojedinačni atomi ili molekuli ih takođe mogu emitovati.

Trakasti spektri se sastoje od blisko raspoređenih linija, koje se jasno uočavaju u spektrima dobijenim na instrumentima sa velikom disperzijom. U analitičke svrhe često se koriste ultraljubičasti, vidljivi i bliski infracrveni dijelovi spektra. Ultraljubičasto područje spektra se konvencionalno dijeli na vakuum (10–185 nm), daleki (185–230 nm) i blizak (230–400 nm). Vidljivi dio spektra (400-750 nm), za razliku od drugih područja spektra, ljudsko oko percipira u obliku sedam osnovnih boja: ljubičaste (390-420 nm), plave (424-455 nm), cijan (455–494 nm), zelena (494–565 nm), žuta (565–595 nm), narandžasta (595–640 nm), crvena (640–723 nm) i njihove nijanse. Iza vidljivog crvenog dijela spektra nalazi se infracrveno područje spektra koje je podijeljeno na blisko (0,75-25 µm) i daleko (> 25 µm).

Spektralna analiza omogućava utvrđivanje elementarnog, izotopskog i molekularnog sastava supstance i njene strukture.

Spektralna analiza atomske emisije je metoda analize zasnovana na emisionim spektrima koji se javljaju kada se uzorak isparava i pobuđuje u luku, iskri ili plamenu. Pobuđeni atomi i joni spontano se kreću od pobuđenog E k do nižih energetskih stanja Ei . Ovaj proces dovodi do emisije svjetlosti sa frekvencijom

v k i = (E k – E i )/h

i pojavu spektralne linije.

Moderni fotoelektrični spektralni uređaji poput kvantnih metara opremljeni su mini-kompjuterom, koji omogućava izvođenje masovne višeelementne ekspresne analize materijala standardnog sastava s točnošću koja često nije inferiorna u odnosu na točnost većine kemijskih metoda.

Plamena fotometrija– jedna od metoda spektralne analize atomske emisije. Ova metoda se sastoji od prenošenja uzorka koji se analizira u otopinu, koja se zatim pretvara u aerosol pomoću nebulizatora i ubacuje u plamen plamenika. Rastvarač isparava, a elementi, kada su pobuđeni, emituju spektar. Analizirana spektralna linija se izoluje pomoću uređaja - monohromatora ili svetlosnog filtera, a intenzitet njenog sjaja se meri fotoćelijom. Plamen je u poređenju sa električnim izvorima svjetlosti u tome što plinsko gorivo i oksidacijski plin koji dolaze iz cilindra proizvode vrlo stabilan, ravnomjerno gori plamen. Zbog niske temperature u plamenu, elementi sa niskom

ODJELJAK 7. PREGLED SAVREMENIH METODA ANALIZE SUPSTANCI

Tema 14. Fizičke metode analize

potencijali ekscitacije: prvenstveno alkalni elementi, za čije određivanje praktički ne postoje brze hemijske metode, kao i zemnoalkalni i drugi elementi. Ukupno je ovom metodom određeno više od 70 elemenata. Korištenje indukcijskog visokofrekventnog pražnjenja i lučne lampe plazma baklje omogućava određivanje elemenata s visokim potencijalom ionizacije, kao i elemenata koji tvore okside otporne na toplinu, za čije pobuđivanje plamen nije od velike koristi.

Analiza atomske apsorpcije (AAA) je jedan od naj

ekstenzivne metode analitičke hemije. Preliminarna priprema analiziranog uzorka je slična ovoj operaciji u plamenskoj fotometriji: prebacivanje uzorka u rastvor, raspršivanje i unos aerosola u plamen. Rastvarač isparava, soli se raspadaju, a metali prelaze u stanje pare, u kojem su u stanju da apsorbuju zračenje talasne dužine koje bi sami mogli da emituju na višim temperaturama. Snop svjetlosti iz šuplje katodne lampe, koja emituje lučni spektar elementa koji se određuje, usmjerava se kroz plamen na prorez spektrometra, uz pomoć kojeg se izoluje analitička spektralna linija i stepen njene apsorpcije. mjeri se intenzitet parama elementa koji se određuje.

Savremeni atomski apsorpcioni spektrometri opremljeni su mini računarima i uređajima za digitalnu štampu. Višekanalni uređaji kao što su kvantni metri omogućavaju do 600 određivanja na sat.

Upotreba elektrotermalnih atomizera umjesto plamena u kombinaciji s metodama kemijske koncentracije omogućava smanjenje granice detekcije elemenata za nekoliko redova veličine.

Atomic fluorescent analiza je bliska atomskoj apsorpcionoj analizi. Koristeći ovu metodu, ne rješavaju se samo zadaci atomske apsorpcione analize, ona vam omogućava da odredite pojedinačne atome u plinovitom okruženju. Na primjer, pobuđivanjem atomske fluorescencije laserskim snopom moguće je odrediti natrij u gornjim slojevima atmosfere na udaljenosti

100 km od Zemlje.

14.2. Metode zasnovane na interakciji supstanci

sa magnetnim poljem

Kratak uvod u magnetizam. U magnetskom sistemu (makro ili mikroskopskom) uvijek postoje dva magnetna naboja različitog predznaka, ali jednake po apsolutnoj vrijednosti, razdvojena određenom udaljenosti. Takav magnetni sistem je magnetni dipol i, kada se stavi u spoljašnje magnetno polje intenziteta H, teži da se postavi paralelno sa linijama sile primenjenog polja. Sila koja usmjerava slobodni dipol u magnetskom polju može ga ili povući u područje jačeg polja ili istisnuti, ovisno o tome da li se smjerovi vektora koji karakteriziraju dipolni moment i gradijent polja dH/dx poklapaju ili ne poklapaju . Za razliku od električnih naboja, pojedinačni magnetni naboji nisu detektovani. Osnovno

ODJELJAK 7. PREGLED SAVREMENIH METODA ANALIZE SUPSTANCI

Tema 14. Fizičke metode analize

Nosioci magnetnih svojstava su magnetni dipoli, čiji model može biti petlja sa strujom. U ovom slučaju, rezultujući magnetni moment μ je direktno proporcionalan jačini struje i površini petlje.

Razmotrimo tijelo koje se sastoji od atoma i molekula s magnetnim momentima μi. Ako su dimenzije tijela dovoljno male i možemo pretpostaviti da se u njegovim granicama gradijent polja dH/dx ne mijenja, tada će ukupna sila F koja djeluje na njega biti jednaka

F = ∑ i μi dH = M dH , 1 dx dx

tj. može se izraziti kroz magnetni moment ili magnetizaciju cijelog tijela M. U realnim uslovima, zbog termičkog kretanja molekula i anizotropije kristalne strukture, vektori μi nisu nužno orijentisani duž polja H. Dakle, vrijednost vektora M može biti višestruko manja od aritmetičke sume μi i ovisno o temperaturi T, a njegov smjer se možda neće poklapati sa smjerom H.

Za karakterizaciju određene supstance uveden je koncept specifične magnetizacije σ = M/t (t je masa tijela), što u potpunosti odražava specifičnosti njene interakcije sa vanjskim poljem. Međutim, u mnogim slučajevima zgodno je koristiti koncept specifične magnetske osjetljivosti χ, koja je koeficijent proporcionalnosti u odnosu σ = χN, koji ne ovisi ni o veličini tijela ni o jačini polja, već je određen samo osnovnim svojstvima supstance i, u nekim slučajevima, temperaturom. Specifična osjetljivost se ponekad označava kao χ g. Za magnetnu susceptibilnost po atomu, molu i jedinici zapremine koriste se oznake χA, χM i χV. Ako se tijelo stavi u medij s magnetskom susceptibilnošću χ0, tada na njega djeluje sila

F = (χ − χ 0 )mH dH dx .

Magnetski dipoli koji čine uzorak stvaraju vlastita magnetna polja. Stoga se efektivno polje unutar uzorka sastoji od vanjskog polja H i polja dipola, a takva promjena polja u odnosu na vakuum može se opisati jednadžbom:

B = H + 4πI,

gdje je B vektor indukcije magnetnog polja unutar uzorka; I je magnetizacija po jedinici zapremine supstance.

U izotropnoj sredini sva tri vektora su kolinearna, tako da možemo uvesti skalar

μ = N V =1 + 4 πχ,

ODJELJAK 7. PREGLED SAVREMENIH METODA ANALIZE SUPSTANCI

Tema 14. Fizičke metode analize

naziva se relativna magnetna permeabilnost. Kao što se može vidjeti, μ i χ su bezdimenzionalni. Za većinu supstanci μ ≈ 1, |χ|<< 1 и приближение В ≈ Н выполняется с высокой точностью.

Poznato je da se svaki sistem može okarakterisati svojim odgovorom na spoljašnje uticaje. Ako promatramo supstancu u kondenziranom stanju kao sistem naboja i struja, onda se može okarakterizirati i funkcijom odgovora. U ovom slučaju nas uglavnom zanima odgovor takvog sistema na magnetsko polje. Ovdje će izlaz biti magnetizacija, a funkcija odgovora će biti magnetska osjetljivost. Tipično, promjene u magnetskoj osjetljivosti se koriste za prosuđivanje najvažnijih procesa koji se dešavaju u sistemu, a zatim se sistem analizira uzimajući u obzir identificirane procese. Za implementaciju ovakvog programa potrebno je znati koji su procesi mogući u sistemu, kako utiču na podložnost i kolika je vjerovatnoća određenog stanja sistema koji se proučava. Takva informacija je sadržana u funkciji distribucije sistema, koja je određena ukupnom energijom ili Hamiltonijanom, koji uzima u obzir sve vrste interakcija u kvantnom sistemu.

Prije svega, treba obratiti pažnju na interakcije koje su bitne za ispoljavanje magnetizma. Osim toga, potrebno je uzeti u obzir i posebnosti ponašanja razmatranih sistema u magnetnim poljima čija je jačina konstantna ili se mijenja tokom vremena. U ovom slučaju, magnetska osjetljivost tvari određena je izrazom

χ = χ" + χ"",

gdje je χ" - osjetljivost - odgovor na djelovanje polja konstantnog u vremenu; χ"" - dinamička magnetska osjetljivost - odgovor na djelovanje naizmjeničnog polja.

Može se pretpostaviti da je u konstantnom polju sistem u termalnoj ravnoteži, a zatim se pronalaženje funkcije raspodjele svodi na rješavanje Blochovih jednačina. U slučaju zavisnosti jačine polja od vremena, za izračunavanje funkcije raspodele potrebno je uvesti odgovarajuće Boltzmannove jednačine. Razmatrani procesi su osnova metoda koje se koriste u hemiji za dobijanje informacija o strukturi i reaktivnosti supstanci: metode statičke magnetske susceptibilnosti, elektronske paramagnetne rezonancije, nuklearne magnetne rezonancije itd.

Metoda statičke magnetske osjetljivosti. Izvodljivost korištenja eksperimentalne metode istraživanja koja uključuje magnetsko polje značajno ovisi o ponašanju tvari u magnetskom polju. Na osnovu svojih magnetnih svojstava sva tijela se dijele na dijamagnetna, paramagnetna, feromagnetna, antiferomagnetna i ferimagnetna. Dijamagnetska osjetljivost atoma proporcionalna je broju elektrona i zbiru kvadrata radijusa orbitala elektrona, uzetih sa suprotnim predznakom, u skladu s Lenzovim zakonom, prema kojem kada se magnetni tok promijeni u

ODJELJAK 7. PREGLED SAVREMENIH METODA ANALIZE SUPSTANCI

Tema 14. Fizičke metode analize

U sistemu naelektrisanja nastaju struje čiji je pravac određen potrebom da se nadoknade promene u toku.

Molekularna osjetljivost hemijskog jedinjenja može se izraziti kao

χM = ∑ N i χi + λ,

gdje je N i broj atoma i-tog elementa u molekulu spoja; χi – atomska osjetljivost datog elementa; λ je faktor korekcije koji ovisi o prirodi kemijske veze između atoma.

Za soli uzmi

χ mol = χ cat + χ an.

Za mješavine i otopine, specifična magnetna osjetljivost je zbir magnetske osjetljivosti svih komponenti, uzimajući u obzir njihov udio u sastavu uzorka.

Razmotrimo supstancu koju karakteriziraju mnogi magnetski momenti bez interakcije. U odsustvu vanjskog magnetskog polja, pod utjecajem toplinskog kretanja, magnetni momenti su potpuno neuređeni i magnetizacija je nula. U vanjskom magnetskom polju magnetski momenti su uređeni, što dovodi do magnetizacije u smjeru polja i povlačenja tijela zbog interakcije u području jakog polja. Ovaj fenomen se naziva paramagnetizam. Zbog kompetitivnog uticaja toplotnog kretanja pri T ≠ 0, uređenje nikada nije potpuno, a stepen uređenosti je proporcionalan H. Tipično, za paramagnetne materijale, magnetna osetljivost je zbir dija- i paramagnetnih doprinosa:

χ = χpar + χdia .

Za procjenu tipičnih vrijednosti osjetljivosti koristimo činjenicu da je efektivni magnetni moment, definiran kao

μ eff = 8χ M T, za običan paramagnet ne zavisi od T i jednak je 1÷6

Bohrove magnetonske jedinice; dakle χm ≈ (0,2 ÷ 1,0) 10-2 cm3 /mol na T ≈ 300 K. Interpretacija dobijenih rezultata zahtijeva uzimanje u obzir niza efekata (na primjer, doprinos orbitalnog momenta, itd.).

Samo potpuna analiza interakcija u svakom konkretnom slučaju može ih otkriti. Pored elektronskih školjki sa sopstvenim magnetima

Većina jezgara koje sadrže neparan broj protona (1 H, 15 N, 19 F, 3I P, 11 B, 79 Br) ili neutrona (13 C, 127 I) također imaju momente, ali efekat

njihova interakcija sa vanjskim poljem je premala - magnetna osjetljivost jezgara je reda veličine 10-10 cm3/mol.

Postoji mnogo načina za mjerenje magnetske osjetljivosti,

ODJELJAK 7. PREGLED SAVREMENIH METODA ANALIZE SUPSTANCI

Tema 14. Fizičke metode analize

na osnovu činjenice da se na uzorak mase m sa specifičnom osjetljivošću χg, smješten u neujednačeno polje, čiji gradijent ima smjer okomit na smjer polja (smjerovi označeni sa Z, odnosno X), djeluje na silu

Fz = Hx dH dZ x χ g m,

što se može meriti pomoću vaga.

Najčešće korištena metoda je Faradayeva metoda, koristeći magnet čiji su polovi pažljivo obrađeni kako bi se stvorila velika površina konstante H x (dHx/dZ). Uzorci male veličine u odnosu na ovu regiju postavljaju se u zonu poznatih vrijednosti H x (dHx/dZ) (određene kalibracijom sistema prema standardnom uzorku, obično Pt) i mjeri se sila koja na njega djeluje. Radna osjetljivost vage je 5 mcg.

Opseg područja upotrebe različitih modifikacija opisane metode je veoma širok: formiranje kompleksa, kinetika, kataliza, proučavanje strukture, analiza sastava višekomponentnih sistema, itd. To je određeno jednostavnošću ugradnje, preciznošću mjerenja i brzinom dobijanja rezultata i čini metodu lako implementiranom u sisteme automatizacije za upravljanje procesima. Uprkos širokoj upotrebi i jednostavnosti opisanih modifikacija metode, treba istaći niz ograničenja njenih informacionih mogućnosti. Prije svega, koncentracija komponente koja se utvrđuje mora biti dovoljno pouzdana za registraciju. Točnost prilikom proučavanja ponašanja dijamagnetnih supstanci mora biti<< 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% nova komponenta. Osim toga, brzina proučavanih transformacija trebala bi biti mala, jer vrijeme mjerenja, čak i uz automatsku registraciju, iznosi najmanje nekoliko sekundi. Često, zbog malih razlika u magnetskoj osjetljivosti pojedinih produkta reakcije, metoda ne dozvoljava njihovu identifikaciju i određivanje.

Metoda elektronske paramagnetne rezonance (EPR). Kada uđete

Kada se paramagnetna tvar stavi u naizmjenično magnetsko polje frekvencije υ, uočava se disperzija magnetske permeabilnosti (tj. ovisnost magnetske permeabilnosti o frekvenciji υ) i apsorpcija energije vanjskog polja. U ovom slučaju, apsorpcija je rezonantne prirode. Tipični uslovi za takav eksperiment su sledeći: uzorak paramagnetne supstance se stavlja u konstantno magnetno polje H, pod pravim uglom na koje je uključeno naizmenično magnetno polje frekvencije v, a kompleksna magnetna susceptibilnost χ = ​​χ Meri se " + iχ". Realni deo χ" naziva se visokofrekventna ili dinamička osetljivost, a imaginarni deo iχ"" karakteriše

ODJELJAK 7. PREGLED SAVREMENIH METODA ANALIZE SUPSTANCI

Tema 14. Fizičke metode analize

koeficijent apsorpcije.

Možete pronaći uslove rezonancije i dobiti ESR spektre promjenom frekvencije zračenja ili jačine magnetnog polja. U većini slučajeva eksperimentatorima su na raspolaganju instalacije sa konstantnom frekvencijom, u kojima se promjenom polja prilagođavaju frekvenciji emitera. Paramagnetna rezonancija je skup fenomena povezanih sa kvantnim prelazima koji se javljaju između energetskih nivoa makroskopskih sistema pod uticajem naizmeničnog magnetnog polja rezonantne frekvencije.

EPR metoda se koristi za dobijanje informacija o procesima oksidacije-redukcije, formiranja kompleksa, kao i za određivanje elektronske i geometrijske strukture jedinjenja kada su posmatrane paramagnetne čestice direktni objekti proučavanja. Za dobivanje informacija mogu se koristiti širina, oblik linije, broj linija u spektru, vrijednost g-faktora, broj komponenti i STS i DSTS konstante, intenzitet signala ili površina.

Tipovi čestica odgovornih za signale u EPR spektrima su: elektron (solvat, zarobljeni, u metalima); radikali (anorganski, organski); joni; radikalni joni; kompleksi.

Za analitičke aspekte hemije koordinacionih jedinjenja značajno je ispoljavanje EPR u kompleksima sledećih paramagnetnih jona: u grupi 3d elemenata - TiIII, VII, CrIII, CrV, CuII, MnII, FeIII; u grupi

4d elementi - ZrIII, PdI, PdIII, RhII, NbIV, MoV; u grupi 5d elemenata - ReVI, WV, AuIII, RuIII; u grupi rijetkih zemnih elemenata i transurana - GdIII, CeIII, EuIII.

14.3. Vibraciona spektroskopija

Energija vibracionih prelaza u molekulima je uporediva sa energijom kvanta zračenja u infracrvenom području. Infracrveni (IR) i Ramanov spektar (RS) molekula hemijskih jedinjenja su među važnim karakteristikama supstanci. Međutim, budući da su spektri različite prirode, intenzitet ispoljavanja istih vibracija u njima je različit.

IR spektroskopija. Razmotrimo molekul koji sadrži N atome; Položaj svakog atoma može se odrediti specificiranjem tri koordinate (na primjer, x, y i z u pravokutnom koordinatnom sistemu). Ukupan broj takvih koordinatnih vrijednosti bit će 3N i, pošto se svaka koordinata može specificirati nezavisno od drugih, može se smatrati da molekul ima 3N stupnjeva slobode. Nakon što smo odredili sve 3N koordinate, u potpunosti ćemo opisati molekul - dužine veza, uglove između njih, kao i njegovu lokaciju i orijentaciju u prostoru.

ODJELJAK 7. PREGLED SAVREMENIH METODA ANALIZE SUPSTANCI

Tema 14. Fizičke metode analize

Slika 14.1. Simetrija i tri glavne vrste vibracija molekula vode.

Kretanje atoma kiseonika može se zanemariti, jer se nalazi blizu težišta molekula:

a – simetrična istezna vibracija υ1 (paralelna); b – deformaciona simetrična vibracija υ2 (paralelna); c – antisimetrična vibracija istezanja υ3 (upravno)

Da bismo opisali slobodno kretanje molekula u trodimenzionalnom prostoru bez promjene njegove konfiguracije, potrebno je poznavati tri koordinate položaja njegovog centra gravitacije. Svaka rotacija nelinearne molekule može se predstaviti kao zbir rotacija oko tri međusobno okomite ose. Uzimajući ovo u obzir, jedini preostali nezavisni oblik kretanja molekula su njegove unutrašnje vibracije. Broj osnovnih vibracija linearne molekule će biti 3N–5 (uzimajući u obzir rotaciju oko ose veze), nelinearnih – 3N – 6. U oba slučaja, molekul (neciklički) ima N–1 veze između atoma i N–1 vibracije su usmjerene duž veza – one su valentne, a preostalih 2N–5 (ili 2N–4) mijenjaju uglove između veza – to su deformacijske vibracije. Na sl. Slika 14.1 prikazuje sve moguće vrste vibracija molekula vode.

Da bi se oscilacija pojavila u infracrvenom području potrebna je promjena dipolnog momenta pri osciliranju duž osi simetrije ili okomito na nju, odnosno svaka promjena vrijednosti ili smjera dipola dovodi do pojave oscilirajući dipol, koji može apsorbirati energiju; u interakciji sa električnom komponentom infracrvenog zračenja. Pošto je većina molekula na sobnoj temperaturi na vibracionom nivou υ0 (slika 14.2), većina prelaza bi trebalo da se desi iz stanja υ0 u υ1. Simetrične vibracije molekula H2O su označene sa υ1 za najveću frekvenciju (3651,7 cm-1) i υ2 za sledeću (1595,0 cm-1), antisimetrična vibracija sa frekvencijom od 3755,8 cm-1 označena je sa υ3.

ODJELJAK 7. PREGLED SAVREMENIH METODA ANALIZE SUPSTANCI

Tema 14. Fizičke metode analize

Međunuklearna udaljenost

Rice. 14.2. Oscilatorna stanja harmonijskog oscilatora

Prilikom podjele vibracija na simetrične i antisimetrične, treba naglasiti da simetrična vibracija istezanja ne mijenja dipolni moment i stoga se ne pojavljuje u infracrvenom području spektra. Shodno tome, istezanje homonuklearnog molekula ne bi trebalo da dovede do apsorpcije u IR regionu. Opisana pojednostavljena slika oscilacija može se ostvariti samo ako su tačne dvije pretpostavke: 1) svaka oscilacija je čisto harmonijska; 2) sve vibracije su potpuno nezavisne i ne utiču jedna na drugu.

Za stvarno vibrirajuće molekule, slika kretanja je veoma složena; svaki atom se ne kreće tačno duž jedne od staza prikazanih na slici 14.1; njihovo kretanje je superpozicija svih mogućih vibracija na slici 14.2. Međutim, takva se superpozicija može razložiti na komponente ako se, na primjer, molekula promatra stroboskopski, osvjetljavajući je pulsirajući s frekvencijama koje se poklapaju s frekvencijama svake od glavnih vibracija zauzvrat. Ovo je suština infracrvene spektroskopije, samo ulogu osvjetljenja igra frekvencija apsorbiranog zračenja, a promatra se promjena dipolnog momenta.

Složeni molekul ima veliki broj vibracija, od kojih se mnoge mogu pojaviti u IC spektru. Svaka takva vibracija uključuje većinu atoma molekula u kretanju, ali u nekim slučajevima atomi su pomaknuti za približno iste udaljenosti, au drugim, neke male grupe atoma su pomaknute više od drugih. Na osnovu ove karakteristike, vibracije se mogu podijeliti u dvije klase: skeletne vibracije i vibracije karakterističnih grupa.

Frekvencije skeletnih vibracija organskih molekula obično su u području od 1400–700 cm-1, a često je teško pripisati pojedinačne frekvencije bilo kojoj od mogućih vibracija za molekul, iako kombinacija traka sasvim nedvosmisleno ukazuje na pripadnost određene molekularne strukture. U takvim slučajevima, trake se nazivaju otisci prstiju molekula u spektru.

Frekvencije vibracija karakterističnih grupa malo ovise o strukturi molekula kao cjeline i nalaze se u područjima koja se obično ne preklapaju.

ODJELJAK 7. PREGLED SAVREMENIH METODA ANALIZE SUPSTANCI

Tema 14. Fizičke metode analize

povezana sa područjem skeletnih vibracija, i može se koristiti u analitičke svrhe.

Korištenjem IR spektroskopije mogu se riješiti sljedeći problemi.

1. Određivanje materijalnog sastava proizvoda sinteze u različitim faznim stanjima.

2. Proučavanje fazno-strukturnih promjena u proizvodima uz održavanje određenih tehnoloških pokazatelja u zadatom rasponu.

3. Procjena stanja ravnoteže, brzine procesa.

4. Procjena indikatora tehnološke sheme u cjelini pri variranju uslova procesa.

5. Studija funkcionalnosti i potrošnje aktivnih komponenti.

Kvantitativna mjerenja, kao iu drugim vrstama apsorpcione spektroskopije, zasnovana su na Bouguerovom zakonu.

Analitičke sposobnosti IR spektroskopije se mogu demonstrirati

rovat, ukazujući na neke: praktične rezultate.

Koristeći karakteristične apsorpcione trake na 780 i 800 cm-1, koje spadaju u područje prozirnosti filterskog materijala i ugljene prašine, i odgovarajućih kalibracionih grafikona, moguće je odrediti sadržaj kvarca (manji od 10 μg) u ugljenoj prašini. taloženo na kontrolnim filterima tokom određenog vremena. Slični rezultati se mogu dobiti prilikom određivanja azbesta u zraku.

14.4. Rentgenska fluorescentna metoda analize

Metoda rendgenskog spektra zasniva se na analizi prirode i intenziteta rendgenskog zračenja. Postoje dvije varijante metode.

1. Zapravo rendgenska spektralna analiza. U ovoj metodi, uzorak se stavlja u rendgensku cijev kao antikatoda. Zagrijana katoda emituje struju elektrona koji bombardiraju antikatodu. Energija ovih elektrona zavisi od temperature katode, napona primenjenog na elektrode i drugih faktora. Pod uticajem energije elektrona u antikatodi cevi pobuđuje se rendgensko zračenje čija talasna dužina zavisi od materijala antikatode, a intenzitet zračenja zavisi od količine ovog elementa u uzorku. .

Pomoću posebnih uređaja moguće je fokusirati snop elektrona na vrlo malu površinu mete - antikatode. To omogućava određivanje kvalitativnog i kvantitativnog sastava u lokalnom području materijala koji se proučava. Ova metoda mikrosonde se koristi, na primjer, ako je potrebno utvrditi prirodu najmanjih inkluzija u mineralima ili na površini metalnih zrnaca itd.

Druga vrsta metode, naime rendgenska fluorescentna analiza, postala je sve raširenija.

2. Rentgenska fluorescentna analiza. U ovoj metodi, uzorak se izlaže primarnom rendgenskom zračenju iz cijevi. Kao rezultat

ODJELJAK 7. PREGLED SAVREMENIH METODA ANALIZE SUPSTANCI

Tema 14. Fizičke metode analize

označava sekundarnu rendgensku emisiju uzorka, čija priroda zavisi od kvalitativnog i kvantitativnog sastava uzorka.

Za kvalitetnu rendgensku fluorescentnu analizu važno je da je energija polikromatskog zračenja (zračenje različitih valnih dužina) rendgenske cijevi jednaka ili veća od energije koja je potrebna za nokautiranje K-elektrona elemenata koji sastaviti analizirani uzorak. U ovom slučaju, spektar sekundarnog rendgenskog zračenja sadrži karakteristične rendgenske linije. Višak energije primarnog zračenja cijevi (iznad one potrebne za uklanjanje elektrona) oslobađa se kao kinetička energija fotoelektrona.

Za kvantitativnu analizu rendgenske fluorescencije važno je izmjeriti intenzitet karakterističnih emisionih linija.

Šematski dijagram instalacije za analizu rendgenske fluorescencije prikazan je na Sl. 14.3. Primarno zračenje rendgenske cijevi pogađa uzorak 2, u kojem se pobuđuje karakteristično sekundarno rendgensko zračenje atoma elemenata koji čine uzorak. Rendgenski zraci širokog spektra talasnih dužina reflektovani od površine uzorka prolaze kroz kolimator 3 - sistem paralelnih molibdenskih ploča dizajniranih da prenose paralelne zrake koje putuju samo u jednom pravcu. Divergentne zrake iz drugih pravaca apsorbuju se unutrašnjom površinom cijevi. Zraci koji dolaze iz uzorka se razlažu u spektar, odnosno raspoređuju po talasnim dužinama pomoću kristala analizatora 4. Ugao refleksije zraka 0 od kristala jednak je upadnom uglu; kako god

Rice. 14.3. Šematski dijagram instalacije za rendgensku fluorescentnu analizu

1 – rendgenska cijev; 2 – uzorak; 3, 5 – kolimatori; 4 – kristal; 6 – prijemnik; 7 – snimač

Pod ovim uglom, reflektuju se samo zraci čija je talasna dužina povezana sa θ po Braggovoj jednačini:

gdje je d razmak između ravnina atoma kristalne rešetke analizatora.

ODJELJAK 7. PREGLED SAVREMENIH METODA ANALIZE SUPSTANCI

Tema 14. Fizičke metode analize

Rotacijom potonjeg možete promijeniti ugao θ i, posljedično, valnu dužinu reflektiranih zraka.

Kao kristali koriste se razne supstance.

Koristeći Braggovu jednačinu, lako je izračunati da ako, na primjer, koristite kristal litijum fluorida (2d = 0,4026 nm) i promijenite ugao θ rotacijom kristala u rasponu od 10° do 80°, tada će se talasne dužine reflektovanih zraka biće u opsegu od 0,068 –0,394 nm. U skladu s tim, elementi sa atomskim brojevima od 19 do 42, odnosno od kalija do molibdena (Kα = 0,0709 nm), mogu se identificirati i kvantificirati iz linija. Kristalom etilendiamin ditartrata mogu se odrediti elementi nižeg atomskog broja, kao što je aluminijum (13), a kalijum hidroftalatom i magnezij, natrijum itd. Najpouzdanije se mogu odrediti elementi sa atomskim brojem od 13 i više.

Monohromatske zrake koje se reflektuju od kristala analizatora prolaze kroz kolimator i snimaju ih prijemnik, koji rotira sinhrono sa kristalom analizatora dvostruko većom brzinom. Kao prijemnici koriste se Geigerovi brojači, proporcionalni ili scintilacioni brojači. Potonji se sastoji od kristalnog fosfora - kalijum jodida aktiviranog talijem - koji pretvara rendgenske zrake u vidljivo zračenje. Svjetlost se, pak, pretvara u električne impulse, koji se zatim pojačavaju i snimaju uređajem za snimanje - rekorderom. Na papirnoj traci rekordera su nacrtane krive čija visina karakteriše intenzitet zračenja, a položaj u odnosu na osu apscise - talasne dužine - omogućava identifikaciju kvalitativnog sastava uzorka.

Trenutno postoje potpuno automatizovani uređaji za rendgensku fluorescentnu analizu, koji u kombinaciji sa računarom koji daje statistički obrađene rezultate, analizu čine brzom i prilično preciznom.

Metoda rendgenske fluorescencije omogućava analizu uzoraka koji sadrže pojedinačne elemente (počevši od elementa sa atomskom masom 13) od desethiljaditih procenta do desetina procenata. Kao i druge fizičke metode, i ova metoda je relativna, odnosno analiza se vrši korištenjem standarda poznatog hemijskog sastava. Možete analizirati uzorke različitih agregacijskih stanja – čvrstih, tečnih i gasovitih. Prilikom analize čvrstih materijala, oni se pripremaju u tablete, koje se zatim izlažu zračenju iz rendgenske cijevi.

Nedostatak metode je zahtjev za potpunom homogenošću površina referentnih i analiziranih tableta, što se često postiže uz velike poteškoće.

ODJELJAK 7. PREGLED SAVREMENIH METODA ANALIZE SUPSTANCI

Tema 14. Fizičke metode analize

14.5. Radioaktivaciona metoda analize

Radioaktivaciona analiza je fizička metoda analize koja je nastala i razvila se nakon otkrića atomske energije i stvaranja atomskih reaktora. Zasnovan je na mjerenju radioaktivne emisije elemenata. Analiza radioaktivnosti bila je poznata ranije. Tako je mjerenjem prirodne radioaktivnosti uranijskih ruda određen sadržaj uranijuma u njima. Poznata je slična metoda za određivanje kalija iz radioaktivnog izotopa ovog elementa. Aktivaciona analiza razlikuje se od ovih metoda po tome što mjeri intenzitet zračenja radioizotopa elemenata nastalih kao rezultat bombardiranja analiziranog uzorka strujom elementarnih čestica. Takvim bombardiranjem dolazi do nuklearnih reakcija i nastaju radioaktivni izotopi elemenata koji čine analizirani uzorak.

Tabela 14.1

Granice detekcije elemenata aktivacijskom analizom termalnih neutrona

Elementi	Težina – lg g
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
Al, Cl, Ar, K, Cr, P, Ni, Mo, Ru,
Sn, Fe, Xe, Ba, Ce, Nd, Pt, Te
Mg, Si, Ca, Ti, Bi

Metodu aktivacije analize karakteriše niska granica detekcije, tabela. 14.1, i to je njegova glavna prednost u odnosu na druge metode analize.

Tabela pokazuje da je za više od 50 elemenata granica detekcije ispod 10-9 g.

Period poluraspada i energije emisije nastalih radioaktivnih izotopa su različiti za pojedine elemente, pa se stoga može postići značajna specifičnost određivanja. U jednom uzorku analiziranog materijala može se odrediti veliki broj elemenata nečistoće. Konačno, prednost metode je u tome što nema potrebe za kvantitativnom identifikacijom tragova elemenata - upotreba standarda omogućava vam da dobijete ispravan rezultat čak i ako se izgubi neki dio elementa koji se utvrđuje.

Nedostaci metode uključuju potrebu za korištenjem složene i skupe opreme; Osim toga, izvršioci analize moraju biti zaštićeni od radioaktivnog zračenja.

ODJELJAK 7. PREGLED SAVREMENIH METODA ANALIZE SUPSTANCI

Tema 14. Fizičke metode analize

U aktivacionoj analizi, razne elementarne čestice se mogu koristiti za ozračivanje uzorka - neutroni, protoni, α-čestice, kao i γ-zračenje. Najčešće se koristi neutronsko zračenje. Ovaj dio aktivacijske analize naziva se neutronska analiza. Obično se koristi tok sporih termalnih neutrona.

Kao izvori neutrona mogu poslužiti nuklearni reaktori, u kojima dolazi do kontrolirane lančane reakcije fisije jezgri urana. Poznati su neutronski generatori u kojima se reakcija deuterija sa tricijumom, kao i drugi uređaji, koriste za proizvodnju neutrona.

Radioaktivni izotopi elemenata nastali kao rezultat zračenja uzorka neutronskim fluksom podliježu radioaktivnom raspadu. Glavne vrste takvog propadanja su sljedeće.

1. α-raspad je karakterističan za najteže elemente. Kao rezultat ovog raspada, nuklearni naboj se smanjuje za dvije jedinice, a masa za četiri jedinice.

2. β-raspad, u kojem se održava maseni broj elementa, ali se naboj jezgra mijenja za jedan - naviše kada jezgro emituje elektrone i naniže kada se emituju pozitroni. Zračenje ima kontinuirani energetski spektar.

Nakon α- ili β-raspada, rezultirajuće jezgro je često u pobuđenom stanju. Prijelaz takvih jezgara iz pobuđenog u osnovno stanje obično je praćen γ-zračenjem. Emisija jezgara je diskretne prirode sa vrlo uskom linijom. Takvo zračenje u principu može poslužiti za nedvosmislenu identifikaciju radioizotopa.

14.6. Izbor sheme i metode analize

Za odabir šeme i metode analize potrebno je poznavati kvantitativni i polukvantitativni sastav analita. Analitičar mora znati čime se bavi, jer se u zavisnosti od sastava analita bira metoda analize. Prije izvođenja analize potrebno je izraditi šemu analize iz koje će biti jasno koje metode se mogu koristiti za prevođenje analita u otopinu, koje metode se moraju koristiti za razdvajanje komponenti koje se određuju i u kojoj mjeri prisutne komponente će ometati odvajanje, u kojoj meri je moguće sprečiti ometajući efekat supstanci prisutnih tokom određivanja određenih komponenti. Prilikom analize silikata, stijena, minerala, a često i ruda, potrebno je, po pravilu, odrediti gotovo sve komponente, iako se u nekim slučajevima može postaviti i uži zadatak. Na primjer, prilikom proučavanja ležišta rude nije potrebno provesti potpunu analizu svih uzoraka. Da biste to učinili, dovoljno je izvršiti kompletnu analizu određenog broja uzoraka, ali određivanje glavne rudne komponente (na primjer, željeza ili mangana tokom analize

ODJELJAK 7. PREGLED SAVREMENIH METODA ANALIZE SUPSTANCI

Tema 14. Fizičke metode analize

rude željeza ili mangana) obavezan je za veliki broj uzoraka. Napredak kompletne analize se obično razlikuje od onog u analizi koja identifikuje jednu ili više komponenti. Prilikom analize metala vrlo je rijetko da analitičar mora odrediti sadržaj glavne komponente, obično je potrebno odrediti sadržaj nečistoća. Potonje uvelike utječu na kvalitetu metala. Tako se pri analizi čelika vrlo rijetko određuje sadržaj željeza, ali se za određivanje marke čelika uvijek utvrđuje sadržaj ugljika, sumpora, fosfora, silicija, mangana, legure i nekih drugih komponenti koje određuju kvalitet čelika. Ovo se često odnosi na analizu supstanci visoke čistoće. Međutim, pristup određivanju nečistoća pri analizi čelika i metala visoke čistoće trebao bi biti drugačiji.

Metode za prenošenje uzorka u rastvor ili metode za razlaganje uzorka u potpunosti zavise od sastava analita. Općenito, može se primijetiti da se pri analizi silikata, stijena, minerala u pravilu provodi alkalna fuzija radi razgradnje uzoraka, rjeđe

– sinterovanje sa kalcijum karbonatom, kiselo razlaganje u mešavini kiselina. Prilikom analize metala i legura obično se provodi kisela razgradnja, ponekad se koriste i druge metode razgradnje uzoraka. Na primjer, kada se analizira aluminij, uzorak se rastvara u alkalnom rastvoru. Mogu se predložiti i druge metode prenošenja uzorka u rastvor. Kao primjer odabira šeme analize predstavljamo shemu analize silikata.

	Shema analize silikata
silikat (težina)
Fuzija sa KNaCO3
Ispiranje vodom i isparavanje sa HCl
SiO2	Precipitacija NH4OH
		Padavine
	Ca2 C2 O4	(NH4) 2 ODJELJAK 7. PREGLED SAVREMENIH METODA ANALIZE SUPSTANCI Tema 14. Fizičke metode analize Međutim, u zavisnosti od sadržaja različitih komponenti u šemi, mora se obezbediti uticaj ovih komponenti i njihovo ponašanje tokom procesa analize prema takvoj šemi. Dakle, ako su u silikatu prisutni bor, fluor i mangan, onda se ova šema ne može prihvatiti bez modifikacije, jer mogu doći do sledećih odstupanja: 1) prilikom isparavanja sa hlorovodoničnom kiselinom biće primetni gubici silicijuma i bora; 2) bor će se delimično istaložiti zajedno sa silicijumskom kiselinom, a zatim će ispariti kada se precipitat silicijumske kiseline tretira sa fluorovodoničnom kiselinom; 3) deo fluora može ostati u rastvoru i sprečiće taloženje aluminijuma i gvožđa pod dejstvom vodenog rastvora amonijaka; 4) deo bora će se istaložiti zajedno sa seskvihidroksidima; 5) bez dodatka oksidacionog sredstva ne taloži se sav mangan zajedno sa seskvihidroksidima tokom taloženja vodenim rastvorom amonijaka, zatim se delimično taloži u obliku oksalata zajedno sa kalcijum oksalatom; 6) kada se magnezijum istaloži sa fosfatom, taložiće se i mangan fosfat. Dakle, prikazana šema analize ne može se uvijek primijeniti, a samo poznavajući kvalitativni i približni kvantitativni sastav moguće je izraditi šemu analize uzimajući u obzir utjecaj svih prisutnih komponenti sadržanih u analiziranom uzorku. Izbor metode određivanja zavisi i od sadržaja komponente koja se utvrđuje i od prisustva drugih supstanci. Dakle, kada se određuju desetine ugljika u metalima u prisustvu hiljaditih, pa čak i nekoliko stotih delova procenta sumpora, određivanje se može izvršiti bez uzimanja sumpora u obzir. Ako sadržaj sumpora prelazi 0,04%, onda se uticaj sumpora mora uzeti u obzir i eliminisati. Test pitanja i vježbe 1. Na čemu se zasnivaju fizičke metode analize? 2. Koja je prednost fizikalnih metoda analize u odnosu na hemijske i fizičkim i hemijskim metodama? 3. Koja je priroda analitičkog signala u spektralnoj analizi? 4. Koji se analitički problemi mogu riješiti korištenjem metoda spektralne analize? 5. Kako se tijela klasificiraju prema njihovim magnetskim svojstvima? 6. Šta je specifična magnetizacija? 7. Na čemu se zasniva metoda statičke magnetske osjetljivosti? 8. Šta je paramagnetna resolaksa? 9. U koje svrhe se može koristiti EPR metoda? 10. Šta je suština metode IR spektroskopija? 11. Koja vrsta oscilacija u Može li se IR spektar kompleksnih molekula koristiti u analitičke svrhe? 12. Na čemu se zasnivaju kvantitativna mjerenja? IR spektroskopija? 13. Šta je metoda mikrosonde u rendgenskoj spektralnoj analizi? ODJELJAK 7. PREGLED SAVREMENIH METODA ANALIZE SUPSTANCI Tema 14. Fizičke metode analize 14. Koja je priroda analitičkog signala u rendgenskoj fluorescentnoj analizi? 15. Kako se vrši kvalitativna analiza uzorka pomoću metode analize rendgenske fluorescencije? 16. Koja je razlika između aktivacijske analize i drugih metoda radioaktivnosti? 17. Koja je glavna prednost metode aktivacije? 18. Šta je neutronska analiza? 19. Kako se koriste preliminarne informacije o sastavu uzorka prije odabira metode i dizajna analize? 20. Zašto trebate kreirati plan analize uzorka?

Sve postojeće metode analitičke hemije mogu se podijeliti na metode uzorkovanja, dekompozicije uzorka, odvajanja komponenti, detekcije (identifikacije) i određivanja.

Gotovo sve metode temelje se na odnosu između sastava tvari i njenih svojstava. Da biste otkrili komponentu ili njenu količinu, izmjerite analitički signal.

Analitički signal je prosjek mjerenja fizičke veličine u završnoj fazi analize. Analitički signal je funkcionalno povezan sa sadržajem komponente koja se utvrđuje. To može biti jačina struje, EMF sistema, optička gustina, intenzitet zračenja itd.

Ako je potrebno detektovati bilo koju komponentu, obično se bilježi pojava analitičkog signala - pojava taloga, boje, linije u spektru itd. Pojava analitičkog signala mora biti pouzdano zabilježena. Kod određene količine komponente mjeri se veličina analitičkog signala: masa sedimenta, jačina struje, intenzitet linija spektra itd. Zatim se sadržaj komponente izračunava korišćenjem funkcionalnog odnosa analitički signal - sadržaj: y=f(c), koji se utvrđuje proračunom ili eksperimentom i može se prikazati u obliku formule, tabele ili grafikona.

U analitičkoj hemiji pravi se razlika između hemijskih, fizičkih i fizičko-hemijskih metoda analize.

U hemijskim metodama analize, element ili ion koji se određuje pretvara se u neko jedinjenje koje ima ova ili druga karakteristična svojstva, na osnovu kojih se može utvrditi da je to jedinjenje nastalo.

Hemijske metode analize imaju specifičan obim. Takođe, brzina izvođenja analiza hemijskim metodama ne zadovoljava uvek potrebe proizvodnje, pri čemu je veoma važno da se analize dobiju na vreme, a da je ipak moguće regulisati tehnološki proces. Stoga, uz hemijske, sve su raširenije fizičke i fizičko-hemijske metode analize.

Fizičke metode analize su zasnovane na mjerenju nekih

parametar sistema koji je u funkciji sastava, na primjer, spektri apsorpcije emisije, električna ili toplinska provodljivost, potencijal elektrode uronjene u otopinu, dielektrična konstanta, indeks loma, nuklearna magnetna rezonanca, itd.

Fizičke metode analize omogućavaju rješavanje pitanja koja se ne mogu riješiti metodama kemijske analize.

Za analizu supstanci široko se koriste fizičko-hemijske metode analize koje se zasnivaju na hemijskim reakcijama, čiji nastanak je praćen promjenom fizičkih svojstava analiziranog sistema, na primjer, njegove boje, intenziteta boje, prozirnosti, termičke i električna provodljivost itd.

Fizičko-hemijske metode analize Odlikuje ih visoka osjetljivost i brzina izvođenja, omogućavaju automatizaciju hemijskih analitičkih određivanja i nezamjenjivi su pri analizi malih količina supstanci.

Treba napomenuti da nije uvijek moguće povući strogu granicu između fizičkih i fizičko-hemijskih metoda analize. Ponekad se kombinuju pod opštim nazivom „instrumentalne“ metode, jer Za izvođenje određenih mjerenja potrebni su instrumenti koji omogućavaju precizno mjerenje vrijednosti određenih parametara koji karakteriziraju određena svojstva tvari.