Οποιαδήποτε μέθοδος ανάλυσης χρησιμοποιεί ένα συγκεκριμένο αναλυτικό σήμα, το οποίο, υπό δεδομένες συνθήκες, δίνεται από συγκεκριμένα στοιχειώδη αντικείμενα (άτομα, μόρια, ιόντα) που συνθέτουν τις υπό μελέτη ουσίες.

Το αναλυτικό σήμα παρέχει πληροφορίες τόσο ποιοτικής όσο και ποσοτικής φύσης. Για παράδειγμα, εάν χρησιμοποιούνται αντιδράσεις καθίζησης για ανάλυση, λαμβάνονται ποιοτικές πληροφορίες από την εμφάνιση ή την απουσία κατακρήμνισης. Οι ποσοτικές πληροφορίες λαμβάνονται από τη μάζα του ιζήματος. Όταν μια ουσία εκπέμπει φως υπό ορισμένες συνθήκες, οι ποιοτικές πληροφορίες λαμβάνονται από την εμφάνιση ενός σήματος (εκπομπή φωτός) σε μήκος κύματος που αντιστοιχεί σε ένα χαρακτηριστικό χρώμα και οι ποσοτικές πληροφορίες λαμβάνονται από την ένταση της φωτεινής ακτινοβολίας.

Με βάση την προέλευση του αναλυτικού σήματος, οι μέθοδοι αναλυτικής χημείας μπορούν να ταξινομηθούν σε χημικές, φυσικές και φυσικοχημικές.

ΣΕ χημικές μεθόδουςπραγματοποιήστε μια χημική αντίδραση και μετρήστε είτε τη μάζα του προκύπτοντος προϊόντος - βαρυμετρικές (βάρος) μεθόδους, είτε τον όγκο του αντιδραστηρίου που δαπανήθηκε για την αλληλεπίδραση με την ουσία - τιτρομετρικές, ογκομετρικές (ογκομετρικές) μεθόδους αερίου.

Η ογκομετρική ανάλυση αερίου (ογκομετρική ανάλυση αερίου) βασίζεται στην επιλεκτική απορρόφηση των συστατικών ενός μείγματος αερίων σε δοχεία γεμάτα με έναν ή άλλο απορροφητή, ακολουθούμενη από μέτρηση της μείωσης του όγκου αερίου με χρήση προχοΐδας. Έτσι, το διοξείδιο του άνθρακα απορροφάται με ένα διάλυμα υδροξειδίου του καλίου, το οξυγόνο με ένα διάλυμα πυρογαλλόλης και το μονοξείδιο του άνθρακα με ένα διάλυμα αμμωνίας χλωριούχου χαλκού. Η ογκομετρία αερίων αναφέρεται σε γρήγορες μεθόδους ανάλυσης. Χρησιμοποιείται ευρέως για τον προσδιορισμό των ανθρακικών αλάτων σε ορυκτά και ορυκτά.

Οι χημικές μέθοδοι ανάλυσης χρησιμοποιούνται ευρέως για την ανάλυση μεταλλευμάτων, πετρωμάτων, ορυκτών και άλλων υλικών για τον προσδιορισμό των συστατικών τους με περιεκτικότητα από δέκατα έως αρκετές δεκάδες τοις εκατό. Οι χημικές μέθοδοι ανάλυσης χαρακτηρίζονται από υψηλή ακρίβεια (το σφάλμα ανάλυσης είναι συνήθως δέκατα του τοις εκατό). Ωστόσο, αυτές οι μέθοδοι σταδιακά αντικαθίστανται από πιο γρήγορες φυσικοχημικές και φυσικές μεθόδους ανάλυσης.

Φυσικές μέθοδοιΟι αναλύσεις βασίζονται στη μέτρηση οποιασδήποτε φυσικής ιδιότητας ουσιών, η οποία είναι συνάρτηση της σύνθεσης. Για παράδειγμα, η διαθλασιμετρία βασίζεται στη μέτρηση των σχετικών δεικτών διάθλασης του φωτός. Στην ανάλυση ενεργοποίησης, μετριέται η δραστηριότητα των ισοτόπων κ.λπ.. Συχνά, η ανάλυση περιλαμβάνει πρώτα μια χημική αντίδραση και η συγκέντρωση του προκύπτοντος προϊόντος καθορίζεται από φυσικές ιδιότητες, για παράδειγμα, την ένταση της απορρόφησης της φωτεινής ακτινοβολίας από το έγχρωμο προϊόν αντίδρασης. Τέτοιες μέθοδοι ανάλυσης ονομάζονται φυσικοχημικές.

Οι φυσικές μέθοδοι ανάλυσης χαρακτηρίζονται από υψηλή παραγωγικότητα, χαμηλά όρια ανίχνευσης στοιχείων, αντικειμενικότητα των αποτελεσμάτων ανάλυσης και υψηλό επίπεδο αυτοματισμού. Οι φυσικές μέθοδοι ανάλυσης χρησιμοποιούνται στην ανάλυση πετρωμάτων και ορυκτών. Για παράδειγμα, η μέθοδος ατομικής εκπομπής χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό του βολφραμίου σε γρανίτες και σχιστόλιθους, αντιμόνιο, κασσίτερο και μόλυβδο σε πετρώματα και φωσφορικά άλατα. μέθοδος ατομικής απορρόφησης - μαγνήσιο και πυρίτιο σε πυριτικά άλατα. Φθορισμός ακτίνων Χ - βανάδιο σε ιλμενίτη, μαγνησίτης, αλουμίνα. φασματομετρία μάζας - μαγγάνιο σε σεληνιακό ρεγόλιθο. ενεργοποίηση νετρονίων - σίδηρος, ψευδάργυρος, αντιμόνιο, άργυρος, κοβάλτιο, σελήνιο και σκάνδιο σε λάδι. με μέθοδο αραίωσης ισοτόπων - κοβάλτιο σε πυριτικά πετρώματα.

Οι φυσικές και φυσικοχημικές μέθοδοι ονομάζονται μερικές φορές ενόργανες, καθώς αυτές οι μέθοδοι απαιτούν τη χρήση οργάνων (εξοπλισμού) ειδικά προσαρμοσμένων για τη διεξαγωγή των κύριων σταδίων της ανάλυσης και την καταγραφή των αποτελεσμάτων της.

Φυσικοχημικές μέθοδοιΗ ανάλυση μπορεί να περιλαμβάνει χημικούς μετασχηματισμούς της αναλυόμενης ουσίας, διάλυση δείγματος, συγκέντρωση του αναλυόμενου συστατικού, κάλυψη παρεμβαλλόμενων ουσιών και άλλα. Σε αντίθεση με τις «κλασικές» χημικές μεθόδους ανάλυσης, όπου το αναλυτικό σήμα είναι η μάζα μιας ουσίας ή ο όγκος της, οι φυσικοχημικές μέθοδοι ανάλυσης χρησιμοποιούν ως αναλυτικό σήμα την ένταση ακτινοβολίας, την ισχύ ρεύματος, την ηλεκτρική αγωγιμότητα και τη διαφορά δυναμικού.

Μεγάλη πρακτική σημασία έχουν οι μέθοδοι που βασίζονται στη μελέτη της εκπομπής και απορρόφησης της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας σε διάφορες περιοχές του φάσματος. Αυτές περιλαμβάνουν φασματοσκοπία (για παράδειγμα, ανάλυση φωταύγειας, φασματική ανάλυση, νεφελομετρία και θολότητα, και άλλα). Σημαντικές φυσικοχημικές μέθοδοι ανάλυσης περιλαμβάνουν ηλεκτροχημικές μεθόδους που χρησιμοποιούν μέτρηση των ηλεκτρικών ιδιοτήτων μιας ουσίας (κουλομετρία, ποτενσιομετρία, κ.λπ.), καθώς και χρωματογραφία (για παράδειγμα, αέρια χρωματογραφία, υγρή χρωματογραφία, ιοντοανταλλακτική χρωματογραφία, χρωματογραφία λεπτής στιβάδας). Αναπτύσσονται με επιτυχία μέθοδοι που βασίζονται στη μέτρηση των ρυθμών των χημικών αντιδράσεων (κινητικές μέθοδοι ανάλυσης), στις θερμικές επιδράσεις των αντιδράσεων (θερμομετρική τιτλοδότηση), καθώς και στον διαχωρισμό των ιόντων σε ένα μαγνητικό πεδίο (φασματομετρία μάζας).

Κύριος σκοπός της αναλυτικής χημείας- να διασφαλίζει, ανάλογα με την εργασία, την ακρίβεια, την υψηλή ευαισθησία, την ταχύτητα και (ή) την επιλεκτικότητα της ανάλυσης. Αναπτύσσονται μέθοδοι που καθιστούν δυνατή την ανάλυση μικροαντικειμένων (βλ. Μικροχημική ανάλυση), τη διεξαγωγή τοπικής ανάλυσης (σε ένα σημείο, σε μια επιφάνεια κ.λπ.), την ανάλυση χωρίς καταστροφή του δείγματος (βλ. μη καταστροφική ανάλυση),σε απόσταση από αυτό (απομακρυσμένη ανάλυση), συνεχής ανάλυση (για παράδειγμα, σε ροή) και επίσης να προσδιοριστεί με τη μορφή ποιας χημικής ένωσης και σε ποια φάση το συστατικό που προσδιορίζεται υπάρχει στο δείγμα (ανάλυση φάσης). Σημαντικές τάσεις στην ανάπτυξη της αναλυτικής χημείας είναι η αυτοματοποίηση των αναλύσεων, ιδίως στον έλεγχο των τεχνολογικών διαδικασιών, και η μαθηματοποίηση, ιδιαίτερα η ευρεία χρήση των υπολογιστών.

Δομή. Τρεις κύριοι τομείς της αναλυτικής χημείας μπορούν να διακριθούν: γενικές θεωρητικές βάσεις. ανάπτυξη μεθόδων ανάλυσης· αναλυτική χημεία μεμονωμένων αντικειμένων. Ανάλογα με το σκοπό της ανάλυσης, γίνεται διάκριση μεταξύ ποιοτικής ανάλυσης και ποσοτικής ανάλυσης. Η πρώτη είναι να ανιχνεύσει και να ταυτοποιήσει τα συστατικά του αναλυόμενου δείγματος, η δεύτερη να καθορίσει τις συγκεντρώσεις ή τις μάζες τους. Ανάλογα με το ποια συστατικά πρέπει να ανιχνευθούν ή να προσδιοριστούν, υπάρχουν ισοτοπική ανάλυση, στοιχειακή ανάλυση, ανάλυση δομικών ομάδων (συμπεριλαμβανομένης της λειτουργικής ανάλυσης), μοριακή ανάλυση και ανάλυση φάσης. Με βάση τη φύση του αναλυόμενου αντικειμένου, διακρίνεται η ανάλυση ανόργανων και οργανικών ουσιών.

Θεωρητικά Στα βασικά στοιχεία της αναλυτικής χημείας, η μετρολογία της χημικής ανάλυσης, συμπεριλαμβανομένης της στατιστικής επεξεργασίας των αποτελεσμάτων, κατέχει σημαντική θέση. Η θεωρία της αναλυτικής χημείας περιλαμβάνει επίσης τη μελέτη της επιλογής και προετοιμασίας αναλυτικών δειγμάτων. σχετικά με τη σύνταξη ενός σχεδίου ανάλυσης και την επιλογή μεθόδων, αρχών και τρόπων αυτοματοποίησης της ανάλυσης, της χρήσης ηλεκτρονικών υπολογιστών, καθώς και των θεμελιωδών στοιχείων των εθνικών οικονομιών. χρήση χημικών αποτελεσμάτων. ανάλυση. Η ιδιαιτερότητα της αναλυτικής χημείας είναι η μελέτη όχι γενικών, αλλά ατομικών, ειδικών ιδιοτήτων και χαρακτηριστικών αντικειμένων, η οποία εξασφαλίζει την επιλεκτικότητα πολλών. Αναλυτικές μέθοδοι. Χάρη στις στενές συνδέσεις με τα επιτεύγματα της φυσικής, των μαθηματικών, της βιολογίας και ούτω καθεξής. πεδία της τεχνολογίας (αυτό αφορά ιδιαίτερα τις μεθόδους ανάλυσης), η αναλυτική χημεία έχει μετατραπεί σε κλάδο στο σημείο τομής των επιστημών.

Στην αναλυτική χημεία, υπάρχουν μέθοδοι διαχωρισμού, προσδιορισμού (ανίχνευσης) και υβριδικές, που συνδυάζουν μεθόδους των δύο πρώτων ομάδων. Οι μέθοδοι προσδιορισμού χωρίζονται σε χημικές μεθόδους ανάλυσης (βαρυμετρική ανάλυση, τιτλοδότηση), φυσικές και χημικές μεθόδους ανάλυσης (για παράδειγμα, ηλεκτροχημικές, φωτομετρικές, κινητικές), φυσικές μεθόδους ανάλυσης (φασματική, πυρηνική φυσική και άλλες) και βιολογικές μεθόδους ανάλυσης . Μερικές φορές οι μέθοδοι προσδιορισμού χωρίζονται σε χημικές, βασισμένες σε χημικές αντιδράσεις, φυσικές, βασισμένες σε φυσικά φαινόμενα και βιολογικές, χρησιμοποιώντας την απόκριση των οργανισμών στις αλλαγές στο περιβάλλον.

Η αναλυτική χημεία ορίζει τη γενική προσέγγιση για την επιλογή αναλυτικών μονοπατιών και μεθόδων. Αναπτύσσονται μέθοδοι σύγκρισης μεθόδων, συνθηκών εναλλαξιμότητας και συνδυασμού τους, αρχές και τρόποι αυτοματοποίησης της ανάλυσης. Για πρακτικούς σκοπούς χρησιμοποιώντας την ανάλυση, είναι απαραίτητο να αναπτυχθούν ιδέες για το αποτέλεσμά της ως δείκτη της ποιότητας του προϊόντος, το δόγμα του ρητού ελέγχου της τεχνολογίας. διαδικασίες, δημιουργώντας οικονομικά αποδοτικές μεθόδους. Μεγάλη σημασία για τους αναλυτές που εργάζονται σε διάφορους τομείς της εθνικής οικονομίας είναι η ενοποίηση και η τυποποίηση των μεθόδων. Αναπτύσσεται μια θεωρία για τη βελτιστοποίηση του όγκου των πληροφοριών που απαιτούνται για την επίλυση ενός αναλυτικού προβλήματος.

Μέθοδοι ανάλυσης. Ανάλογα με τη μάζα ή τον όγκο του αναλυόμενου δείγματος, οι μέθοδοι διαχωρισμού και προσδιορισμού χωρίζονται μερικές φορές σε μακρο-, μικρο- και υπερ-μικρο-μεθόδους.

Ο διαχωρισμός των μειγμάτων χρησιμοποιείται συνήθως σε περιπτώσεις όπου οι μέθοδοι άμεσου προσδιορισμού ή ανίχνευσης δεν παρέχουν το σωστό αποτέλεσμα λόγω της παρεμβολής της επίδρασης άλλων συστατικών του δείγματος. Ιδιαίτερα σημαντική είναι η λεγόμενη σχετική συγκέντρωση - ο διαχωρισμός μικρών ποσοτήτων συστατικών αναλυόμενης ουσίας από σημαντικά μεγαλύτερες ποσότητες των κύριων συστατικών του δείγματος. Ο διαχωρισμός των μιγμάτων μπορεί να βασίζεται σε διαφορές στα θερμοδυναμικά ή στην ισορροπία, χαρακτηριστικά των συστατικών (σταθερές ανταλλαγής ιόντων, σταθερές σταθερότητας συμπλόκων) ή σε κινητικές παραμέτρους. Οι κύριες μέθοδοι που χρησιμοποιούνται για τον διαχωρισμό είναι η χρωματογραφία, η εκχύλιση, η καθίζηση, η απόσταξη, καθώς και ηλεκτροχημικές μέθοδοι όπως η ηλεκτροαπόθεση.

Φυσικοχημικές μέθοδοι ανάλυσης, βασίζονται στην εξάρτηση των φυσικών ιδιοτήτων μιας ουσίας από τη φύση της και το αναλυτικό σήμα είναι μια τιμή μιας φυσικής ιδιότητας, που σχετίζεται λειτουργικά με τη συγκέντρωση ή τη μάζα του συστατικού που προσδιορίζεται. Οι φυσικοχημικές μέθοδοι ανάλυσης μπορεί να περιλαμβάνουν χημικούς μετασχηματισμούς της ένωσης που αναλύεται, διάλυση δείγματος, συγκέντρωση του αναλυόμενου συστατικού, κάλυψη παρεμβαλλόμενων ουσιών και άλλα. Σε αντίθεση με τις «κλασικές» χημικές μεθόδους ανάλυσης, όπου το αναλυτικό σήμα είναι η μάζα μιας ουσίας ή ο όγκος της, οι φυσικοχημικές μέθοδοι ανάλυσης χρησιμοποιούν ως αναλυτικό σήμα την ένταση ακτινοβολίας, την ισχύ ρεύματος, την ηλεκτρική αγωγιμότητα, τη διαφορά δυναμικού κ.λπ.

Μεγάλη πρακτική σημασία έχουν οι μέθοδοι που βασίζονται στη μελέτη της εκπομπής και απορρόφησης της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας σε διάφορες περιοχές του φάσματος. Αυτές περιλαμβάνουν φασματοσκοπία (για παράδειγμα, ανάλυση φωταύγειας, φασματική ανάλυση, νεφελομετρία και θολότητα, και άλλα). Σημαντικές φυσικοχημικές μέθοδοι ανάλυσης περιλαμβάνουν ηλεκτροχημικές μεθόδους που χρησιμοποιούν τη μέτρηση των ηλεκτρικών ιδιοτήτων μιας ουσίας.

Τ.Ν.ΟΡΚΙΝΑ

ΧΗΜΙΚΗ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΧΗΜΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ

Φροντιστήριο

Orkina T. N. Χημεία. Χημική και φυσικοχημική ανάλυση. Σχολικό βιβλίο / Αγία Πετρούπολη: Εκδοτικός Οίκος Πολυτεχνείου, 2012. – 45 σελ.

Το εγχειρίδιο παρουσιάζει τους στόχους και τους στόχους της σύγχρονης αναλυτικής χημείας - χημικές, φυσικοχημικές και φυσικές μεθόδους ανάλυσης.

Οι μέθοδοι για τη διεξαγωγή ποιοτικής και ποσοτικής ανάλυσης περιγράφονται λεπτομερώς. Δίνεται περιγραφή εργαστηριακών εργασιών για την ποιοτική ανάλυση διαλυμάτων και κραμάτων μετάλλων, καθώς και υπολογισμοί και μέθοδοι για τη διεξαγωγή τιτρομετρικής (ογκομετρικής) ανάλυσης. Οι βασικές αρχές της φυσικής

χημική ανάλυση - κατασκευή διαγραμμάτων φάσεων, θερμική ανάλυση κραμάτων μετάλλων και κατασκευή διαγραμμάτων συντήξης.

Το εγχειρίδιο συμμορφώνεται με το εκπαιδευτικό πρότυπο των κλάδων «Χημεία» και «Ανόργανη Χημεία» και προορίζεται για φοιτητές ανώτατων εκπαιδευτικών ιδρυμάτων που σπουδάζουν σε διάφορους τομείς και ειδικότητες στον τομέα της μηχανικής και της τεχνολογίας στον τομέα της

«Επιστήμη των Υλικών», «Μεταλλουργία» και άλλα. Το εγχειρίδιο μπορεί να είναι χρήσιμο για φοιτητές που σπουδάζουν σε οποιαδήποτε τεχνική ειδικότητα του κλάδου «Χημεία».

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Αναλυτική Χημείαείναι κλάδος της χημείας που μελετά τις ιδιότητες και τις διεργασίες μετασχηματισμού ουσιών προκειμένου να διαπιστωθεί η χημική τους σύσταση. Ο προσδιορισμός της χημικής σύνθεσης των ουσιών (χημική ταυτοποίηση) είναι η απάντηση στο ερώτημα ποια στοιχεία ή οι ενώσεις τους και σε ποιες ποσοτικές αναλογίες περιέχονται στο αναλυόμενο δείγμα. Η αναλυτική χημεία αναπτύσσει τα θεωρητικά θεμέλια της χημικής ανάλυσης ουσιών και υλικών, αναπτύσσει μεθόδους αναγνώρισης, ανίχνευσης, διαχωρισμού και προσδιορισμού χημικών στοιχείων και των ενώσεων τους, καθώς και μεθόδους για τον καθορισμό της δομής μιας ουσίας. Η ανίχνευση ή, όπως λένε, η ανακάλυψη στοιχείων ή ιόντων που συνθέτουν την υπό μελέτη ουσία αποτελεί το θέμα ποιοτική ανάλυση. Ο προσδιορισμός των συγκεντρώσεων ή των ποσοτήτων των χημικών ουσιών που συνθέτουν τα αντικείμενα που αναλύθηκαν είναι μια εργασία ποσοτική ανάλυση. Η ποιοτική ανάλυση συνήθως προηγείται της ποσοτικής ανάλυσης, αφού για να γίνει ποσοτική ανάλυση είναι απαραίτητο να γνωρίζουμε την ποιοτική σύνθεση του δείγματος που αναλύεται. Όταν η σύνθεση του υπό μελέτη αντικειμένου είναι γνωστή εκ των προτέρων, πραγματοποιείται ποιοτική ανάλυση όπως απαιτείται.

1. ΜΕΘΟΔΟΙ ΑΝΑΛΥΤΙΚΗΣ ΧΗΜΕΙΑΣ

Για την ανίχνευση ενός στοιχείου, χρησιμοποιείται συνήθως ένα λεγόμενο αναλυτικό σήμα. ΕΝΑ λυτικό σήμα– πρόκειται για ορατές αλλαγές στο ίδιο το αντικείμενο μελέτης (σχηματισμός ιζήματος, αλλαγή χρώματος κ.λπ.) ή αλλαγές στις παραμέτρους των οργάνων μέτρησης

(απόκλιση της βελόνας του οργάνου, αλλαγή στην ψηφιακή ανάγνωση, εμφάνιση γραμμής στο φάσμα κ.λπ.). Για να ληφθεί ένα αναλυτικό σήμα, χρησιμοποιούνται χημικές αντιδράσεις διαφορετικών τύπων (ιοντοανταλλαγή, συμπλοκοποίηση, οξειδοαναγωγή), διάφορες διεργασίες (για παράδειγμα,

καθίζηση, έκλυση αερίων), καθώς και διάφορες χημικές, φυσικές και βιολογικές ιδιότητες των ίδιων των ουσιών και των προϊόντων των αντιδράσεών τους. Να γιατί

Η αναλυτική χημεία έχει διάφορες μεθόδους για την επίλυση των προβλημάτων της.

Χημικές μέθοδοι (χημική ανάλυση) βασίζονται σε μια χημική αντίδραση μεταξύ του δείγματος που μελετάται και των ειδικά επιλεγμένων αντιδραστηρίων. Στις χημικές μεθόδους, το αναλυτικό σήμα που προκύπτει από μια χημική αντίδραση παρατηρείται κυρίως οπτικά.

ΦυσικοχημικόΟι μέθοδοι ανάλυσης βασίζονται σε μια ποσοτική μελέτη της εξάρτησης σύνθεση - φυσική ιδιότητααντικείμενο. Το αναλυτικό σήμα είναι το ηλεκτρικό δυναμικό, η ισχύς του ρεύματος,

αντίσταση, κ.λπ., ή οποιαδήποτε άλλη παράμετρος (θερμοκρασία μετασχηματισμών φάσης, σκληρότητα, πυκνότητα, ιξώδες, πίεση κορεσμένων ατμών, κ.λπ.) που σχετίζεται με μια ορισμένη λειτουργική σχέση με τη σύνθεση και τη συγκέντρωση του αντικειμένου μελέτης. Οι μέθοδοι φυσικοχημικής έρευνας συνήθως απαιτούν τη χρήση εξαιρετικά ευαίσθητου εξοπλισμού. Τα πλεονεκτήματα αυτών των μεθόδων είναι η αντικειμενικότητά τους,

δυνατότητα αυτοματοποίησης και ταχύτητα λήψης αποτελεσμάτων. Παράδειγμα φυσικοχημικής μεθόδου ανάλυσης είναι ο ποτενσιομετρικός προσδιορισμός του pH ενός διαλύματος με τη χρήση οργάνων μέτρησης - ποτενσιόμετρα. Αυτή η μέθοδος επιτρέπει όχι μόνο τη μέτρηση, αλλά και τη συνεχή παρακολούθηση των αλλαγών στο pH όταν συμβαίνουν διεργασίες σε διαλύματα.

ΣΕ φυσικές μέθοδοι ανάλυσηςαναλυτικό σήμα είναι συνήθως

λαμβάνονται και καταγράφονται με χρήση ειδικού εξοπλισμού. Οι φυσικές μέθοδοι περιλαμβάνουν κυρίως οπτικές φασματοσκοπικές μεθόδους ανάλυσης, που βασίζονται στην ικανότητα των ατόμων και των μορίων να εκπέμπουν, να απορροφούν και να διαχέουν ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία.

Καταγράφοντας την εκπομπή, την απορρόφηση ή τη σκέδαση ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων από το αναλυόμενο δείγμα, προκύπτει ένα σύνολο σημάτων,

που χαρακτηρίζει την ποιοτική και ποσοτική του σύνθεση.

Δεν υπάρχει έντονο όριο μεταξύ και των τριών μεθόδων, επομένως αυτή η διαίρεση είναι κάπως αυθαίρετη. Για παράδειγμα, στις χημικές μεθόδους το δείγμα εκτίθεται πρώτα σε κάποιο αντιδραστήριο, δηλ. πραγματοποιήσει μια ορισμένη χημική αντίδραση και μόνο μετά από αυτή παρατηρείται και μετράται η φυσική ιδιότητα. Κατά την ανάλυση με φυσικές μεθόδους, η παρατήρηση και η μέτρηση εκτελούνται απευθείας στο υλικό που αναλύεται με χρήση ειδικού εξοπλισμού και οι χημικές αντιδράσεις, εάν πραγματοποιηθούν, παίζουν υποστηρικτικό ρόλο. Σύμφωνα με αυτό, στο

Οι χημικές μέθοδοι ανάλυσης επικεντρώνονται στη σωστή εκτέλεση μιας χημικής αντίδρασης, ενώ στις φυσικοχημικές και φυσικές μεθόδους η κύρια έμφαση δίνεται στον κατάλληλο εξοπλισμό μέτρησης - τον προσδιορισμό μιας φυσικής ιδιότητας.

2. ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΧΗΜΙΚΩΝ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΩΝ

ΧΗΜΙΚΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ

Οι χημικές και φυσικοχημικές μέθοδοι ανάλυσης ταξινομούνται ανάλογα με τη μάζα και τον όγκο των αναλυόμενων δειγμάτων. Με βάση την ποσότητα της ουσίας ή του μείγματος ουσιών (δείγμα) που χρησιμοποιείται για ανάλυση, διακρίνονται οι μακρο-, ημι-μικρο-, υπομικρο- και υπερμικροανάλυση. Ο Πίνακας 1 δείχνει το εύρος της μάζας και του όγκου των διαλυμάτων δειγμάτων που προτείνονται από το Τμήμα Αναλυτικής Χημείας IUPAC (συντομογραφία από την αγγλική συντομογραφία της Διεθνούς Ένωσης Καθαρής και Εφαρμοσμένης Χημείας).

		Τραπέζι 1
Είδος ανάλυσης	Βάρος δείγματος, g
		διάλυμα, ml
Μακροανάλυση		10-103
Ημιμικροανάλυση		10-1 – 10
Μικροανάλυση		10-2 – 1
Υπομικροανάλυση	10-4 – 10-3	λιγότερο από 10-2
Υπερμικροανάλυση	λιγότερο από 10-4	λιγότερο από 10-3

Ανάλογα με τη φύση της εργασίας, διακρίνονται οι ακόλουθοι τύποι ανάλυσης.

1 . Στοιχειακή ανάλυση– διαπίστωση της παρουσίας και του περιεχομένου μεμονωμένων στοιχείων σε μια δεδομένη ουσία, δηλ. βρίσκοντας τη στοιχειακή του σύνθεση.

2. Ανάλυση φάσης – διαπίστωση της παρουσίας και του περιεχομένου των επιμέρους φάσεων του υλικού που μελετάται. Για παράδειγμα, ο άνθρακας στον χάλυβα μπορεί να έχει τη μορφή γραφίτη ή με τη μορφή καρβιδίων σιδήρου. Το καθήκον της ανάλυσης φάσης είναι να βρει πόσο άνθρακα περιέχεται με τη μορφή γραφίτη και πόσο με τη μορφή καρβιδίων.

3. Μοριακή ανάλυση (ανάλυση υλικού) - διαπίστωση της παρουσίας και της περιεκτικότητας μορίων διαφόρων ουσιών (ενώσεων) στο υλικό.

Για παράδειγμα, προσδιορίζεται η ποσότητα CO, CO2, N2, O2 και άλλων αερίων στην ατμόσφαιρα.

4 . Λειτουργική ανάλυση -διαπίστωση της παρουσίας και του περιεχομένου λειτουργικών ομάδων σε μόρια οργανικών ενώσεων, για παράδειγμα αμινομάδες (-NH2), νίτρο (-NO2), υδροξύλιο (-ΟΗ) και άλλες ομάδες.

Ανάλογα με τη φύση του αναλυόμενου υλικού, υπάρχουν

ανάλυση ανόργανων και οργανικών ουσιών. Ο διαχωρισμός της ανάλυσης οργανικών ουσιών σε ξεχωριστό τμήμα της αναλυτικής χημείας σχετίζεται με τα χαρακτηριστικά των οργανικών ουσιών. Ακόμη και το πρώτο στάδιο της ανάλυσης - η μεταφορά του δείγματος σε διάλυμα - διαφέρει σημαντικά για οργανικές και ανόργανες ουσίες.

Τα κύρια στάδια κάθε χημικής ανάλυσης συμπλόκου

υλικά είναι τα ακόλουθα βήματα.

1. Δειγματοληψία για ανάλυση. Η μέση σύνθεση του δείγματος πρέπει να αντιστοιχεί στη μέση σύνθεση ολόκληρης της παρτίδας του αναλυόμενου υλικού.

2. Αποσύνθεση του δείγματος και μεταφορά του σε διάλυμα. Το δείγμα διαλύεται σε νερό ή οξέα, συντήκεται με διάφορες ουσίες ή χρησιμοποιούνται άλλες μέθοδοι ή χημικές επιδράσεις.

	Πραγματοποίηση χημικής αντίδρασης:							P, όπου X -
συστατικό δείγμα? R – αντιδραστήριο; Το P είναι το προϊόν της αντίδρασης.
	Στερέωση		μέτρηση	οποιαδήποτε φυσική παράμετρο
προϊόν αντίδρασης, αντιδραστήριο ή αναλύτης.
Ας σκεφτούμε			λεπτομερώς			χημική ουσία		ανάλυση -

ποιοτική και ποσοτική ανάλυση.

3. ΠΟΙΟΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ

Το καθήκον της ποιοτικής ανάλυσης είναι ο εντοπισμός συστατικών και ο προσδιορισμός της ποιοτικής σύνθεσης μιας ουσίας ή ενός μείγματος ουσιών. Η ανίχνευση ή, όπως λένε, η ανακάλυψη στοιχείων ή ιόντων στη σύνθεση της υπό μελέτη ουσίας πραγματοποιείται με τη μετατροπή τους σε ένωση που έχει ορισμένες χαρακτηριστικές ιδιότητες, δηλαδή καταγράφεται η εμφάνιση ενός αναλυτικού σήματος. Οι χημικοί μετασχηματισμοί που συμβαίνουν ονομάζονται αναλυτικές αντιδράσεις. Η ουσία με την οποία πραγματοποιείται η ανακάλυψη - ένα αντιδραστήριο ή ένα αντιδραστήριο.

Υπάρχουν διαφορετικές μέθοδοι ποιοτικής ανάλυσης που απαιτούν τη χρήση διαφορετικών ποσοτήτων της ελεγχόμενης ουσίας σύμφωνα με τον Πίνακα 1. Για παράδειγμα: μακροαναλυτική μέθοδοςπάρτε περίπου 1 g της ουσίας (0,5 g για μέταλλα και κράματα) και διαλύστε το σε 20-30 ml νερό.

Οι αντιδράσεις πραγματοποιούνται σε δοκιμαστικούς σωλήνες (ανάλυση σωλήνα). Στην περίπτωση της μικροανάλυσης ουσιών, λαμβάνεται περίπου 100 φορές λιγότερο σε σύγκριση με τη μακροανάλυση (χιλιοστόγραμμα στερεής ύλης και αρκετά δέκατα χιλιοστόλιτρων διαλύματος). Οι αντιδράσεις υψηλής ευαισθησίας χρησιμοποιούνται για το άνοιγμα μεμονωμένων τμημάτων για την ανίχνευση της παρουσίας μικρών ποσοτήτων ενός στοιχείου ή ιόντος. Οι αντιδράσεις γίνονται είτε με μικροκρυσταλλική μέθοδο είτε με σταγόνα. Μικροκρυσταλλικές αντιδράσειςεκτελείται σε γυάλινη πλάκα και η παρουσία του στοιχείου κρίνεται από το σχήμα των κρυστάλλων που προκύπτουν, οι οποίοι εξετάζονται στο μικροσκόπιο. Αντιδράσεις σταγόνας, συνοδευόμενη από αλλαγή του χρώματος του διαλύματος και σχηματισμό έγχρωμων ιζημάτων, εκτελούνται σε μια λωρίδα διηθητικού χαρτιού, εφαρμόζοντας τα δοκιμαστικά διαλύματα και τα αντιδραστήρια σταγόνα-σταγόνα επάνω της. Μερικές φορές οι αντιδράσεις σταγόνας πραγματοποιούνται σε μια ειδική "πλάκα πτώσης" - μια πορσελάνινη πλάκα με εσοχές, καθώς και σε ένα γυαλί ρολογιού ή σε ένα μικρό χωνευτήριο από πορσελάνη. Ημιμικροανάλυση (ημιμικρομέθοδος)

καταλαμβάνει μια ενδιάμεση θέση μεταξύ μακρο- και μικροανάλυσης.

Η ποσότητα της ουσίας που απαιτείται για τη μελέτη της σύνθεσης είναι περίπου 20-25 φορές μικρότερη από ό,τι κατά τη διεξαγωγή μακροανάλυσης - περίπου 50 mg στερεής ουσίας και 1 ml διαλύματος. Αυτή η μέθοδος διατηρεί το σύστημα μακροανάλυσης και ανακάλυψης ιόντων, αλλά όλες οι αντιδράσεις γίνονται με μικρές ποσότητες της ουσίας, χρησιμοποιώντας ειδικές τεχνικές και εξοπλισμό. Για παράδειγμα, οι αντιδράσεις πραγματοποιούνται σε μικρούς δοκιμαστικούς σωλήνες των 1-2 ml, στους οποίους εισάγονται διαλύματα χρησιμοποιώντας σιφώνια. Η καθίζηση πραγματοποιείται μόνο με φυγοκέντρηση. Υπομικροανάλυση και υπερμικροανάλυσηεκτελούνται με τη χρήση ειδικών τεχνικών χρησιμοποιώντας μικροσκόπια διαφόρων βαθμών μεγέθυνσης, ηλεκτρονικά μικροσκόπια και άλλο εξοπλισμό. Η εξέτασή τους ξεφεύγει από το πεδίο εφαρμογής αυτού του εγχειριδίου.

Στην ποιοτική ανάλυση, οι χημικές αντιδράσεις γίνονται συχνότερα σε διάλυμα, η λεγόμενη «υγρή μέθοδος». Αλλά μερικές φορές είναι δυνατό να πραγματοποιηθούν αντιδράσεις στερεάς φάσης, δηλ. αντιδράσεις «στεγνό τρόπο». Η ουσία και τα αντίστοιχα αντιδραστήρια λαμβάνονται σε στερεά μορφή και θερμαίνονται σε υψηλές θερμοκρασίες για να πραγματοποιηθούν οι αντιδράσεις. Ένα παράδειγμα τέτοιων αντιδράσεων είναι η αντίδραση χρωματισμού φλόγας με άλατα ορισμένων μετάλλων. Είναι γνωστό ότι

τα άλατα νατρίου χρωματίζουν τη φλόγα έντονο κίτρινο, τα άλατα καλίου – μωβ, τα άλατα χαλκού – πράσινα. Αυτό το χρώμα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ανίχνευση της παρουσίας αυτών των στοιχείων στην υπό μελέτη ουσία. Οι «ξηρές» αντιδράσεις περιλαμβάνουν επίσης αντιδράσεις σχηματισμού χρωματιστά μαργαριτάρια – υαλώδη κράματα διαφόρων αλάτων. Για παράδειγμα, βόρακας – Na2 B4 O7

· 10H2 O ή διπλό αλάτι μαργαριτάρια NaNH4 HPO4 · 4H2 O. Αυτές οι μέθοδοι ονομάζονται πυροχημικές και χρησιμοποιούνται ευρέως για τον προσδιορισμό ορυκτών και πετρωμάτων. Αλλά βασικά, στην ποιοτική ανάλυση, πραγματοποιούνται αντιδράσεις

«υγρή διαδρομή» μεταξύ διαλυμένων ουσιών.

3.1. Μεθοδολογία διεξαγωγής ποιοτικής ανάλυσης

Το πρώτο βήμα σε οποιαδήποτε ανάλυση είναι να φέρετε το δείγμα σε διάλυμα χρησιμοποιώντας διάφορους διαλύτες. Κατά την ανάλυση ανόργανων ουσιών, το νερό, τα υδατικά διαλύματα οξέων, τα αλκάλια και λιγότερο συχνά άλλες ανόργανες ουσίες χρησιμοποιούνται συχνότερα ως διαλύτες. Στη συνέχεια πραγματοποιούνται οι χαρακτηριστικές αντιδράσεις διάνοιξης ιόντων. Ποιοτικές αντιδράσεις ανακάλυψης

Τα ιόντα είναι χημικές αντιδράσεις που συνοδεύονται από μια εξωτερική επίδραση (αλλαγή στο χρώμα του διαλύματος, απελευθέρωση αερίου, σχηματισμός ιζήματος), βάσει των οποίων μπορεί να κριθεί ότι η αντίδραση λαμβάνει χώρα.

Τις περισσότερες φορές ασχολούνται με υδατικά διαλύματα αλάτων, οξέων, βάσεων, μεταξύ των οποίων συμβαίνουν αντιδράσεις ανταλλαγής ιόντων (λιγότερο συχνά - αντιδράσεις οξείδωσης).

τονωτικό).

Αυτή ή εκείνη η αναλυτική αντίδραση πρέπει να εκτελείται υπό ορισμένες συνθήκες, ανάλογα με τις ιδιότητες των ενώσεων που προκύπτουν. Εάν δεν πληρούνται αυτές οι προϋποθέσεις, τα αποτελέσματα της ανακάλυψης ιόντων μπορεί να είναι αναξιόπιστα. Για παράδειγμα, τα διαλυτά σε οξύ ιζήματα δεν πέφτουν από το διάλυμα όταν υπάρχει περίσσεια οξέος. Επομένως, πρέπει να τηρούνται τα ακόλουθα

συνθήκες αντίδρασης.

1. Το κατάλληλο περιβάλλον του διαλύματος δοκιμής, το οποίο δημιουργείται με την προσθήκη οξέος ή αλκαλίου.

2. Ορισμένη θερμοκρασία του διαλύματος. Για παράδειγμα, αντιδράσεις που σχηματίζουν ιζήματα, των οποίων η διαλυτότητα αυξάνεται πολύ με τη θερμοκρασία, πραγματοποιούνται στο «κρύο». Αντίθετα, εάν η αντίδραση εξελιχθεί εξαιρετικά αργά,

απαιτείται θέρμανση.

3. Αρκετά υψηλή συγκέντρωση του ιόντος που ανοίγεται, αφού σε χαμηλές συγκεντρώσεις η αντίδραση δεν προχωρά, δηλ. η αντίδραση είναι μη ευαίσθητη.

Εννοια "ευαισθησία απόκρισης"χαρακτηρίζεται ποσοτικά από δύο δείκτες: ελάχιστη και μέγιστη αραίωση ανοίγματος.Για τον πειραματικό προσδιορισμό της ευαισθησίας, η αντίδραση επαναλαμβάνεται πολλές φορές με τα δοκιμαστικά διαλύματα, μειώνοντας σταδιακά την ποσότητα της διαλυμένης ουσίας και τον όγκο του διαλύτη. Ελάχιστο άνοιγμα(Υ) είναι η μικρότερη ποσότητα ουσίας που μπορεί να ανακαλυφθεί μέσω μιας δεδομένης αντίδρασης υπό ορισμένες συνθήκες για την εφαρμογή της. Εκφράζεται σε μικρογραμμάρια (1Υ - εκατομμυριοστά του γραμμαρίου, 10-6 g). Το ελάχιστο άνοιγμα δεν μπορεί να χαρακτηρίσει πλήρως την ευαισθησία της αντίδρασης, αφού η συγκέντρωση του ανοιγμένου ιόντος στο διάλυμα έχει σημασία. Περιορίστε την αραίωση(1:G) χαρακτηρίζει τη χαμηλότερη συγκέντρωση μιας ουσίας (ιόντος) στην οποία μπορεί να ανοιχτεί μέσω αυτής της αντίδρασης. όπου G είναι η ποσότητα μάζας του διαλύτη ανά μονάδα μάζας της ουσίας ή του ιόντος που ανακαλύπτεται. ΣΕ

Στη μακροανάλυση και στην ημιμικρομέθοδο χρησιμοποιούνται εκείνες οι αντιδράσεις των οποίων η ευαισθησία υπερβαίνει τα 50Υ και η μέγιστη αραίωση είναι 1:1000.

Κατά την εκτέλεση αναλυτικών αντιδράσεων, θα πρέπει να λαμβάνεται υπόψη όχι μόνο η ευαισθησία, αλλά και ειδικότητα αντίδρασης– τη δυνατότητα ανοίγματος ενός δεδομένου ιόντος παρουσία άλλων ιόντων. Ανακάλυψη ιόντων μέσω

ειδικές αντιδράσεις που παράγονται σε χωριστά τμήματα της ελεγχόμενης ουσίας

λύση με τυχαία σειρά, που ονομάζεται κλασματική ανάλυση . Δεν υπάρχουν όμως πολλές συγκεκριμένες αντιδράσεις. Πιο συχνά πρέπει να αντιμετωπίσετε αντιδραστήρια που δίνουν το ίδιο ή παρόμοιο αποτέλεσμα αντίδρασης με πολλά ιόντα. Για παράδειγμα, το χλωριούχο βάριο καθιζάνει ανθρακικό και

σουλφαθείων με τη μορφή καθίζησης BaCO3 και BaSO4. Αντιδραστήρια που δίνουν

ταυτόσημο αναλυτικό σήμα με περιορισμένο αριθμό ιόντων,

που ονομάζεται επιλεκτική ή επιλεκτική . Όσο μικρότερος είναι ο αριθμός των ιόντων που εκτίθενται από ένα δεδομένο αντιδραστήριο, τόσο υψηλότερος είναι ο βαθμός επιλεκτικότητας του αντιδραστηρίου.

Μερικές φορές τα ξένα ιόντα δεν αντιδρούν με ένα δεδομένο αντιδραστήριο, αλλά μειώνουν την ευαισθησία της αντίδρασης ή αλλάζουν τη φύση των προϊόντων που σχηματίζονται. Σε αυτή την περίπτωση, είναι απαραίτητο να ληφθεί υπόψη η μέγιστη αναλογία των συγκεντρώσεων των ανακαλυφθέντων και ξένων ιόντων και επίσης να χρησιμοποιηθούν παράγοντες κάλυψης (τεχνικές ή αντιδραστήρια). Το παρεμβαλλόμενο ιόν μετατρέπεται σε ενώσεις χαμηλής διάστασης ή σύμπλοκα ιόντα, η συγκέντρωσή του στο διάλυμα μειώνεται και αυτό το ιόν δεν παρεμβαίνει πλέον στην ανακάλυψη των αναλυόμενων ιόντων. Όλα τα παραπάνω χαρακτηριστικά και τεχνικές

χρησιμοποιούνται για την ανάπτυξη της αλληλουχίας των χημικών αντιδράσεων κατά τη διαδικασία ανάλυσης. Εάν οι αντιδράσεις που χρησιμοποιούνται στην ανάλυση

είναι μη ειδικές και η παρεμβαλλόμενη επίδραση των ξένων ιόντων δεν μπορεί να εξαλειφθεί, τότε η χρήση της κλασματικής μεθόδου καθίσταται αδύνατη και καταφεύγουν σε

συστηματική πορεία ανάλυσης.

Μια συστηματική πορεία ανάλυσης είναι μια συγκεκριμένη αλληλουχία αντιδράσεων σχεδιασμένη με τέτοιο τρόπο ώστε η ανακάλυψη κάθε ιόντος να πραγματοποιείται μόνο μετά την ανακάλυψη και την απομάκρυνση όλων των ιόντων που παρεμβαίνουν σε αυτήν την ανακάλυψη. Σε μια συστηματική ανάλυση, μεμονωμένες ομάδες ιόντων απομονώνονται από ένα σύνθετο μείγμα ιόντων, χρησιμοποιώντας την παρόμοια σχέση τους με τη δράση ορισμένων αντιδραστηρίων, που ονομάζεται αντιδραστήριο ομάδας. Για παράδειγμα, ένα από τα αντιδραστήρια της ομάδας είναι το χλωριούχο νάτριο,

που παράγει παρόμοια επίδραση στα ιόντα Ag+, Pb2+, Hg2 2+. Η δράση του χλωριούχου νατρίου στα διαλυτά άλατα που περιέχουν αυτά τα κατιόντα οδηγεί στο σχηματισμό ιζημάτων αδιάλυτων στο υδροχλωρικό οξύ:

Ag+ + Cl- = AgCl↓

Pb2 + Cl- = PbCl2 ↓

Hg2 2+ + 2Cl- = Hg2 Cl2 ↓

Όλα τα άλλα ιόντα, εάν εκτεθούν σε HCl, θα εισέλθουν σε διάλυμα και τα τρία κατιόντα Ag+, Pb2+ και Hg2 2+ θα διαχωριστούν από τα άλλα χρησιμοποιώντας το ομαδικό αντιδραστήριο NaCl. Η χρήση ομαδικών αντιδραστηρίων παρέχει μεγάλη ευκολία: ένα σύνθετο πρόβλημα αναλύεται σε έναν αριθμό απλούστερων. Εκτός,

Εάν κάποια ομάδα ιόντων απουσιάζει εντελώς, τότε το αντιδραστήριο της ομάδας της δεν θα παράγει κανένα ίζημα με το αναλυόμενο διάλυμα. Σε αυτή την περίπτωση, δεν έχει νόημα να πραγματοποιούνται αντιδράσεις σε μεμονωμένα ιόντα αυτής της ομάδας. Το αποτέλεσμα είναι σημαντική εξοικονόμηση εργασίας, χρόνου και αντιδραστηρίων.

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι στην ποιοτική ανάλυση η βάση για την ταξινόμηση των ιόντων είναι η διαφορά στη διαλυτότητα ορισμένων από τις ενώσεις που σχηματίζουν. Η μέθοδος διαχωρισμού μιας ομάδας ιόντων από μια άλλη βασίζεται σε αυτή τη διαφορά. Η κύρια ταξινόμηση των κατιόντων εισήχθη από τον εξαιρετικό Ρώσο χημικό N.A. Menshutkin (1871).

ΣΕ Η ταξινόμηση των ανιόντων βασίζεται στη διαλυτότητα των αλάτων βαρίου

Και ασήμι στα αντίστοιχα οξέα. Αυτή η ταξινόμηση δεν είναι αυστηρά καθορισμένη, καθώς διαφορετικοί συγγραφείς διαιρούν τα ανιόντα σε διαφορετικούς αριθμούς ομάδων. Μία από τις πιο κοινές επιλογές είναι να χωριστούν τα ανιόντα που μελετώνται σε τρεις ομάδες:

Ανιόντα που σχηματίζουν άλατα βαρίου αδιάλυτα στο νερό.

Θέμα 14. Φυσικές μέθοδοι ανάλυσης

Αυτές οι μέθοδοι βασίζονται στη μέτρηση του αποτελέσματος που προκαλείται από την αλληλεπίδραση της ακτινοβολίας με την ύλη - μια ροή κβαντών ή σωματιδίων. Η ακτινοβολία παίζει περίπου τον ίδιο ρόλο με ένα αντιδραστήριο στις χημικές μεθόδους ανάλυσης. Το φυσικό αποτέλεσμα που μετράται είναι ένα σήμα. Ως αποτέλεσμα πολλών ή πολλαπλών μετρήσεων του μεγέθους του σήματος και της στατικής επεξεργασίας τους, προκύπτει ένα αναλυτικό σήμα. Σχετίζεται με τη συγκέντρωση ή τη μάζα των συστατικών που προσδιορίζονται.

Οι φυσικές μέθοδοι ανάλυσης έχουν ορισμένα πλεονεκτήματα:

– απλότητα προετοιμασίας δειγμάτων (στις περισσότερες περιπτώσεις) και ποιοτική ανάλυση δειγμάτων.

– μεγαλύτερη ευελιξία σε σύγκριση με χημικές και φυσικοχημικές μεθόδους (συμπεριλαμβανομένης της ικανότητας ανάλυσης μειγμάτων πολλαπλών συστατικών).

– την ικανότητα προσδιορισμού των κύριων ακαθαρσιών και ιχνοστοιχείων.

– συχνά χαμηλά όρια ανίχνευσης τόσο από τη συγκέντρωση (έως 10-8% χωρίς τη χρήση συγκέντρωσης) και κατά βάρος (10-10-10-20 g), που σας επιτρέπει να καταναλώνετε εξαιρετικά μικρές ποσότητες δείγματος, και

μερικές φορές πραγματοποιούν μη καταστροφική ανάλυση.

Επιπλέον, πολλές μέθοδοι φυσικής ανάλυσης επιτρέπουν την εκτέλεση τόσο μαζικής όσο και τοπικής ανάλυσης και ανάλυσης στρώσης προς στρώση με χωρική ανάλυση μέχρι το μονοατομικό επίπεδο. Αυτές οι μέθοδοι είναι βολικές για αυτοματοποίηση.

Ας εξετάσουμε λεπτομερέστερα μερικές από τις φυσικές μεθόδους ανάλυσης.

14.1. Φασματική ανάλυση

Η φασματική ανάλυση είναι μια φυσική μέθοδος για τον προσδιορισμό της χημικής σύστασης και δομής μιας ουσίας από το φάσμα της. Το φάσμα είναι ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία ταξινομημένη κατά μήκος κύματος. Όταν μια ουσία διεγείρεται με μια ορισμένη ενέργεια, συμβαίνουν αλλαγές σε αυτήν (διέγερση σθένους ή εσωτερικών ηλεκτρονίων, περιστροφή ή δόνηση μορίων), οι οποίες συνοδεύονται από την εμφάνιση γραμμών ή ζωνών στο φάσμα της. Ανάλογα με τη φύση της διέγερσης και τις διαδικασίες εσωτερικής αλληλεπίδρασης σε μια ουσία, διακρίνονται επίσης μέθοδοι (αρχές) φασματικής ανάλυσης: ατομική εκπομπή, απορρόφηση, φωταύγεια, σκέδαση Raman, φασματοσκοπία ραδιοφώνου και ακτίνων Χ κ.λπ.

Κάθε φασματική γραμμή χαρακτηρίζεται από ένα μήκος κύματος ή συχνότητα. Στη φασματική ανάλυση, το μήκος κύματος μιας γραμμής εκφράζεται συνήθως σε νανόμετρα (1 nm = 10-9 m) ή μικρόμετρα (1 μm = 10-6 m). Ωστόσο, χρησιμοποιείται επίσης μια μη συστημική μονάδα - το angstrom (1 Å = 0,1 nm = 10-10 m). Για παράδειγμα, το μήκος κύματος μιας από τις κίτρινες γραμμές νατρίου θα μπορούσε να γραφτεί ως: Na 5893 Å,

ΕΝΟΤΗΤΑ 7. ΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗ ΣΥΓΧΡΟΝΩΝ ΜΕΘΟΔΩΝ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΟΥΣΙΩΝ

Θέμα 14. Φυσικές μέθοδοι ανάλυσης

ή Na 589,3 nm, ή Na 0,5893 μm. Τα φάσματα γραμμής εκπέμπουν άτομα ή ιόντα που βρίσκονται σε τέτοιες αποστάσεις μεταξύ τους που η εκπομπή τους μπορεί να θεωρηθεί ανεξάρτητη. Τα αέρια και οι ατμοί μετάλλων έχουν φάσματα γραμμής. Τα δεσμευμένα φάσματα προκύπτουν από την εκπομπή ιονισμένων και μη ιονισμένων μορίων που αποτελούνται από δύο ή περισσότερα άτομα, εάν αυτά τα μόρια είναι τόσο μακριά το ένα από το άλλο που δεν αλληλεπιδρούν με γειτονικά μόρια. Τα στερεά ή συνεχή φάσματα εκπέμπονται από πυρακτωμένα υγρά ή στερεά. Κάτω από ορισμένες συνθήκες, μεμονωμένα άτομα ή μόρια μπορούν επίσης να τα εκπέμπουν.

Τα συγκροτημένα φάσματα αποτελούνται από γραμμές που απέχουν στενά, οι οποίες παρατηρούνται ξεκάθαρα σε φάσματα που λαμβάνονται σε όργανα με μεγάλη διασπορά. Για αναλυτικούς σκοπούς, χρησιμοποιούνται συχνά το υπεριώδες, το ορατό και το εγγύς υπέρυθρο τμήμα του φάσματος. Η υπεριώδης περιοχή του φάσματος χωρίζεται συμβατικά σε κενό (10-185 nm), μακριά (185-230 nm) και κοντά (230-400 nm). Το ορατό τμήμα του φάσματος (400–750 nm), σε αντίθεση με άλλες περιοχές του φάσματος, γίνεται αντιληπτό από το ανθρώπινο μάτι με τη μορφή επτά βασικών χρωμάτων: βιολετί (390–420 nm), μπλε (424–455 nm), κυανό (455–494 nm), πράσινο (494–565 nm), κίτρινο (565–595 nm), πορτοκαλί (595–640 nm), κόκκινο (640–723 nm) και οι αποχρώσεις τους. Πίσω από το ορατό κόκκινο τμήμα του φάσματος βρίσκεται η υπέρυθρη περιοχή του φάσματος, η οποία χωρίζεται σε κοντινό (0,75–25 μm) και μακριά (> 25 μm).

Η φασματική ανάλυση καθιστά δυνατό τον προσδιορισμό της στοιχειακής, ισοτοπικής και μοριακής σύνθεσης μιας ουσίας και της δομής της.

Φασματική ανάλυση ατομικής εκπομπής είναι μια μέθοδος ανάλυσης που βασίζεται σε φάσματα εκπομπής που εμφανίζονται όταν ένα δείγμα εξατμίζεται και διεγείρεται σε τόξο, σπινθήρα ή φλόγα. Διεγερμένα άτομα και ιόντα αυθόρμητα, αυθόρμητα μετακινούνται από το διεγερμένο Εκ για χαμηλότερες ενεργειακές καταστάσειςЕi . Αυτή η διαδικασία οδηγεί στην εκπομπή φωτός με συχνότητα

v k i = (E k – E i )/h

και την εμφάνιση μιας φασματικής γραμμής.

Οι σύγχρονες φωτοηλεκτρικές φασματικές συσκευές, όπως οι κβαντικοί μετρητές, είναι εξοπλισμένες με μίνι-υπολογιστή, ο οποίος καθιστά δυνατή τη διεξαγωγή μαζικής πολυστοιχειακής σαφής ανάλυσης υλικών τυπικής σύνθεσης με ακρίβεια που συχνά δεν είναι κατώτερη από την ακρίβεια των περισσότερων χημικών μεθόδων.

Φωτομετρία φλόγας– μία από τις μεθόδους φασματικής ανάλυσης ατομικών εκπομπών. Αυτή η μέθοδος συνίσταται στη μεταφορά του προς ανάλυση δείγματος σε διάλυμα, το οποίο στη συνέχεια μετατρέπεται σε αεροζόλ χρησιμοποιώντας έναν νεφελοποιητή και τροφοδοτείται σε φλόγα καυστήρα. Ο διαλύτης εξατμίζεται και τα στοιχεία, όταν διεγείρονται, εκπέμπουν ένα φάσμα. Η αναλυόμενη φασματική γραμμή απομονώνεται χρησιμοποιώντας μια συσκευή - μονοχρωματικό ή φίλτρο φωτός και η ένταση της λάμψης της μετράται από ένα φωτοκύτταρο. Η φλόγα συγκρίνεται ευνοϊκά με τις πηγές ηλεκτρικού φωτός στο ότι το καύσιμο αερίου και το αέριο οξειδωτικού που προέρχονται από τον κύλινδρο παράγουν μια πολύ σταθερή φλόγα που καίει ομοιόμορφα. Λόγω της χαμηλής θερμοκρασίας στη φλόγα, στοιχεία με χαμηλή

ΕΝΟΤΗΤΑ 7. ΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗ ΣΥΓΧΡΟΝΩΝ ΜΕΘΟΔΩΝ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΟΥΣΙΩΝ

Θέμα 14. Φυσικές μέθοδοι ανάλυσης

δυναμικά διέγερσης: κυρίως αλκαλικά στοιχεία, για τον προσδιορισμό των οποίων πρακτικά δεν υπάρχουν γρήγορες χημικές μέθοδοι, καθώς και αλκαλική γη και άλλα στοιχεία. Συνολικά, περισσότερα από 70 στοιχεία προσδιορίζονται με αυτή τη μέθοδο. Η χρήση μιας επαγωγικής εκκένωσης υψηλής συχνότητας και ενός πυρσού τόξου πυρσού πλάσματος καθιστά δυνατό τον προσδιορισμό στοιχείων με υψηλό δυναμικό ιονισμού, καθώς και στοιχείων που σχηματίζουν ανθεκτικά στη θερμότητα οξείδια, για τη διέγερση των οποίων η φλόγα έχει μικρή χρησιμότητα.

Ανάλυση ατομικής απορρόφησης (ΑΑΑ) είναι ένα από τα πιο

εκτεταμένες μεθόδους αναλυτικής χημείας. Η προκαταρκτική προετοιμασία του αναλυόμενου δείγματος είναι παρόμοια με αυτήν τη λειτουργία στη φωτομετρία φλόγας: μεταφορά του δείγματος σε διάλυμα, ψεκασμός και τροφοδοσία αερολυμάτων στη φλόγα. Ο διαλύτης εξατμίζεται, τα άλατα αποσυντίθενται και τα μέταλλα περνούν σε κατάσταση ατμού, στην οποία μπορούν να απορροφήσουν την ακτινοβολία του μήκους κύματος που θα μπορούσαν να εκπέμψουν τα ίδια σε υψηλότερες θερμοκρασίες. Μια δέσμη φωτός από έναν λαμπτήρα κοίλη καθόδου, που εκπέμπει ένα φάσμα τόξου του στοιχείου που προσδιορίζεται, κατευθύνεται μέσω της φλόγας στη σχισμή του φασματόμετρου, με τη βοήθεια του οποίου απομονώνεται η αναλυτική φασματική γραμμή και ο βαθμός απορρόφησής του μετράται η ένταση από τους ατμούς του στοιχείου που προσδιορίζεται.

Τα σύγχρονα φασματόμετρα ατομικής απορρόφησης είναι εξοπλισμένα με μικροϋπολογιστές και συσκευές ψηφιακής εκτύπωσης. Οι πολυκάναλες συσκευές όπως οι κβαντικοί μετρητές επιτρέπουν έως και 600 προσδιορισμούς την ώρα.

Η χρήση ηλεκτροθερμικών ψεκαστών αντί της φλόγας σε συνδυασμό με μεθόδους χημικής συγκέντρωσης καθιστά δυνατή τη μείωση του ορίου ανίχνευσης στοιχείων κατά πολλές τάξεις μεγέθους.

Ατομικός φθορισμόςη ανάλυση είναι κοντά στην ανάλυση ατομικής απορρόφησης. Χρησιμοποιώντας αυτήν τη μέθοδο, όχι μόνο επιλύονται οι εργασίες που εκτελούνται με την ανάλυση ατομικής απορρόφησης, αλλά σας επιτρέπει να προσδιορίσετε μεμονωμένα άτομα σε ένα αέριο περιβάλλον. Για παράδειγμα, διεγείροντας ατομικό φθορισμό με δέσμη λέιζερ, είναι δυνατός ο προσδιορισμός του νατρίου στα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας σε απόσταση

100 χλμ από τη Γη.

14.2. Μέθοδοι που βασίζονται στην αλληλεπίδραση ουσιών

με μαγνητικό πεδίο

Σύντομη Εισαγωγή στον Μαγνητισμό. Σε ένα μαγνητικό σύστημα (μακροσκοπικό ή μικροσκοπικό) υπάρχουν πάντα δύο μαγνητικά φορτία διαφορετικού πρόσημου, αλλά ίσα σε απόλυτη τιμή, που χωρίζονται από μια ορισμένη απόσταση. Ένα τέτοιο μαγνητικό σύστημα είναι ένα μαγνητικό δίπολο και, όταν τοποθετείται σε ένα εξωτερικό μαγνητικό πεδίο με ένταση Η, τείνει να τοποθετηθεί παράλληλα με τις γραμμές δύναμης του εφαρμοζόμενου πεδίου. Η δύναμη που προσανατολίζει ένα ελεύθερο δίπολο σε ένα μαγνητικό πεδίο μπορεί είτε να το τραβήξει σε μια περιοχή ισχυρότερου πεδίου είτε να το ωθήσει προς τα έξω, ανάλογα με το αν οι κατευθύνσεις του διανύσματος που χαρακτηρίζει τη διπολική ροπή και τη βαθμίδα πεδίου dH/dx συμπίπτουν ή δεν συμπίπτουν . Σε αντίθεση με τα ηλεκτρικά φορτία, τα μεμονωμένα μαγνητικά φορτία δεν έχουν ανιχνευθεί. Στοιχειώδης

ΕΝΟΤΗΤΑ 7. ΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗ ΣΥΓΧΡΟΝΩΝ ΜΕΘΟΔΩΝ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΟΥΣΙΩΝ

Θέμα 14. Φυσικές μέθοδοι ανάλυσης

Οι φορείς των μαγνητικών ιδιοτήτων είναι μαγνητικά δίπολα, το μοντέλο των οποίων μπορεί να είναι ένας βρόχος με ρεύμα. Σε αυτή την περίπτωση, η προκύπτουσα μαγνητική ροπή μ είναι ευθέως ανάλογη με την ένταση του ρεύματος και την περιοχή του βρόχου.

Ας εξετάσουμε ένα σώμα που αποτελείται από άτομα και μόρια με μαγνητικές ροπές μi. Εάν οι διαστάσεις του σώματος είναι αρκετά μικρές και μπορούμε να υποθέσουμε ότι εντός των ορίων της η βαθμίδα πεδίου dH/dx δεν αλλάζει, τότε η συνολική δύναμη F που ασκεί σε αυτό θα είναι ίση με

F = ∑ i μi dH = M dH , 1 dx dx

δηλ. μπορεί να εκφραστεί μέσω της μαγνητικής ροπής ή της μαγνήτισης ολόκληρου του σώματος M. Σε πραγματικές συνθήκες, λόγω των θερμικών κινήσεων των μορίων και της ανισοτροπίας της κρυσταλλικής δομής, τα διανύσματα μi δεν είναι απαραίτητα προσανατολισμένα κατά μήκος του πεδίου H. Επομένως, η τιμή του διανύσματος M μπορεί να είναι πολλές φορές μικρότερη από το αριθμητικό άθροισμα μi και ανάλογα με τη θερμοκρασία T, και η διεύθυνση του μπορεί να μην συμπίπτει με την κατεύθυνση H.

Για τον χαρακτηρισμό μιας συγκεκριμένης ουσίας, εισήχθη η έννοια της ειδικής μαγνήτισης σ = M/t (t είναι η μάζα σώματος), η οποία αντικατοπτρίζει πλήρως τις ιδιαιτερότητες της αλληλεπίδρασής της με ένα εξωτερικό πεδίο. Ωστόσο, σε πολλές περιπτώσεις είναι βολικό να χρησιμοποιηθεί η έννοια της ειδικής μαγνητικής επιδεκτικότητας χ, η οποία είναι ένας συντελεστής αναλογικότητας στη σχέση σ = χΝ, ο οποίος δεν εξαρτάται ούτε από το μέγεθος του σώματος ούτε από την ένταση του πεδίου, αλλά καθορίζεται μόνο από τις θεμελιώδεις ιδιότητες της ουσίας και, σε ορισμένες περιπτώσεις, τη θερμοκρασία. Η ειδική ευαισθησία μερικές φορές συμβολίζεται με χ g. Για τη μαγνητική επιδεκτικότητα ανά άτομο, mole και μονάδα όγκου, χρησιμοποιούνται οι ονομασίες χΑ, χΜ και χV. Εάν ένα σώμα τοποθετηθεί σε ένα μέσο με μαγνητική επιδεκτικότητα χ0, τότε ασκείται δύναμη

F = (χ − χ 0 )mH dH dx .

Τα μαγνητικά δίπολα που αποτελούν το δείγμα δημιουργούν τα δικά τους μαγνητικά πεδία. Επομένως, το ενεργό πεδίο μέσα στο δείγμα αποτελείται από το εξωτερικό πεδίο H και το πεδίο των διπόλων, και μια τέτοια αλλαγή στο πεδίο σε σύγκριση με το κενό μπορεί να περιγραφεί από την εξίσωση:

B = H + 4πI,

όπου B είναι το διάνυσμα επαγωγής μαγνητικού πεδίου μέσα στο δείγμα. I είναι η μαγνήτιση ανά μονάδα όγκου της ουσίας.

Σε ένα ισότροπο μέσο, ​​και τα τρία διανύσματα είναι συγγραμμικά, επομένως μπορούμε να εισαγάγουμε το βαθμωτό

μ = Н В =1 + 4 πχ,

ΕΝΟΤΗΤΑ 7. ΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗ ΣΥΓΧΡΟΝΩΝ ΜΕΘΟΔΩΝ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΟΥΣΙΩΝ

Θέμα 14. Φυσικές μέθοδοι ανάλυσης

ονομάζεται σχετική μαγνητική διαπερατότητα. Όπως φαίνεται, τα μ και χ είναι αδιάστατα. Για τις περισσότερες ουσίες μ ≈ 1, |χ|<< 1 и приближение В ≈ Н выполняется с высокой точностью.

Είναι γνωστό ότι κάθε σύστημα μπορεί να χαρακτηριστεί από την απόκρισή του σε εξωτερικές επιρροές. Αν θεωρήσουμε μια ουσία σε συμπυκνωμένη κατάσταση ως σύστημα φορτίων και ρευμάτων, τότε μπορεί να χαρακτηριστεί και από μια συνάρτηση απόκρισης. Στην περίπτωση αυτή, μας ενδιαφέρει κυρίως η απόκριση ενός τέτοιου συστήματος σε ένα μαγνητικό πεδίο. Εδώ η έξοδος θα είναι η μαγνήτιση και η συνάρτηση απόκρισης θα είναι η μαγνητική επιδεκτικότητα. Συνήθως, οι αλλαγές στη μαγνητική επιδεκτικότητα χρησιμοποιούνται για να κριθούν οι πιο σημαντικές διεργασίες που συμβαίνουν σε ένα σύστημα και στη συνέχεια το σύστημα αναλύεται λαμβάνοντας υπόψη τις προσδιορισμένες διαδικασίες. Για την εφαρμογή ενός τέτοιου προγράμματος, είναι απαραίτητο να γνωρίζουμε ποιες διαδικασίες είναι δυνατές στο σύστημα, πώς επηρεάζουν την ευαισθησία και ποια είναι η πιθανότητα μιας συγκεκριμένης κατάστασης του συστήματος που μελετάται. Τέτοιες πληροφορίες περιέχονται στη συνάρτηση κατανομής του συστήματος, η οποία καθορίζεται από τη συνολική ενέργεια ή τη Χαμιλτονιανή, η οποία λαμβάνει υπόψη όλους τους τύπους αλληλεπιδράσεων στο κβαντικό σύστημα.

Πρώτα απ 'όλα, πρέπει να δοθεί προσοχή στις αλληλεπιδράσεις που είναι απαραίτητες για την εκδήλωση του μαγνητισμού. Επιπλέον, είναι απαραίτητο να ληφθούν υπόψη οι ιδιαιτερότητες της συμπεριφοράς των υπό εξέταση συστημάτων σε μαγνητικά πεδία, η ισχύς των οποίων είναι σταθερή ή μεταβάλλεται με την πάροδο του χρόνου. Στην περίπτωση αυτή, η μαγνητική επιδεκτικότητα των ουσιών καθορίζεται από την έκφραση

χ = χ" + χ"",

όπου χ" - επιδεκτικότητα - απόκριση στη δράση ενός πεδίου σταθερά στο χρόνο· χ"" - δυναμική μαγνητική επιδεκτικότητα - απόκριση στη δράση ενός εναλλασσόμενου πεδίου.

Μπορούμε να υποθέσουμε ότι σε ένα σταθερό πεδίο το σύστημα βρίσκεται σε θερμική ισορροπία και στη συνέχεια η εύρεση της συνάρτησης κατανομής ανάγεται στην επίλυση των εξισώσεων Bloch. Σε περίπτωση εξάρτησης της έντασης του πεδίου από το χρόνο, για τον υπολογισμό της συνάρτησης κατανομής είναι απαραίτητο να εισαχθούν οι αντίστοιχες εξισώσεις Boltzmann. Οι διαδικασίες που εξετάζονται αποτελούν τη βάση των μεθόδων που χρησιμοποιούνται στη χημεία για τη λήψη πληροφοριών σχετικά με τη δομή και την αντιδραστικότητα των ουσιών: μέθοδοι στατικής μαγνητικής επιδεκτικότητας, παραμαγνητικός συντονισμός ηλεκτρονίων, πυρηνικός μαγνητικός συντονισμός κ.λπ.

Μέθοδος στατικής μαγνητικής επιδεκτικότητας. Η σκοπιμότητα χρήσης μιας πειραματικής ερευνητικής μεθόδου που περιλαμβάνει μαγνητικό πεδίο εξαρτάται σημαντικά από τη συμπεριφορά της ουσίας σε ένα μαγνητικό πεδίο. Με βάση τις μαγνητικές τους ιδιότητες, όλα τα σώματα χωρίζονται σε διαμαγνητικά, παραμαγνητικά, σιδηρομαγνητικά, αντισιδηρομαγνητικά και σιδηρομαγνητικά. Η διαμαγνητική επιδεκτικότητα ενός ατόμου είναι ανάλογη με τον αριθμό των ηλεκτρονίων και το άθροισμα των τετραγώνων των ακτίνων των τροχιακών των ηλεκτρονίων, που λαμβάνονται με το αντίθετο πρόσημο, σύμφωνα με το νόμο του Lenz, σύμφωνα με τον οποίο όταν η μαγνητική ροή αλλάζει

ΕΝΟΤΗΤΑ 7. ΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗ ΣΥΓΧΡΟΝΩΝ ΜΕΘΟΔΩΝ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΟΥΣΙΩΝ

Θέμα 14. Φυσικές μέθοδοι ανάλυσης

Στο σύστημα φορτίων, προκύπτουν ρεύματα, η κατεύθυνση των οποίων καθορίζεται από την ανάγκη αντιστάθμισης των αλλαγών στη ροή.

Η μοριακή ευαισθησία μιας χημικής ένωσης μπορεί να εκφραστεί ως

χΜ = ∑ N i χi + λ,

όπου N i είναι ο αριθμός των ατόμων του i-ου στοιχείου στο μόριο της ένωσης. χi – ατομική επιδεκτικότητα ενός δεδομένου στοιχείου. Το λ είναι ένας διορθωτικός συντελεστής ανάλογα με τη φύση του χημικού δεσμού μεταξύ των ατόμων.

Για άλατα πάρτε

χ mol = χ γάτα + χ αν.

Για μείγματα και διαλύματα, η ειδική μαγνητική επιδεκτικότητα είναι το άθροισμα της μαγνητικής επιδεκτικότητας όλων των συστατικών, λαμβάνοντας υπόψη το μερίδιό τους στη σύνθεση του δείγματος.

Ας εξετάσουμε μια ουσία που χαρακτηρίζεται από πολλές μη αλληλεπιδρώντες μαγνητικές ροπές. Ελλείψει εξωτερικού μαγνητικού πεδίου, υπό την επίδραση της θερμικής κίνησης, οι μαγνητικές ροπές είναι εντελώς διαταραγμένες και η μαγνήτιση μηδενίζεται. Σε ένα εξωτερικό μαγνητικό πεδίο διατάσσονται οι μαγνητικές ροπές, γεγονός που οδηγεί σε μαγνήτιση προς την κατεύθυνση του πεδίου και σε συστολή του σώματος λόγω αλληλεπίδρασης στην περιοχή του ισχυρού πεδίου. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται παραμαγνητισμός. Λόγω της ανταγωνιστικής επιρροής της θερμικής κίνησης στο T ≠ 0, η σειρά δεν είναι ποτέ πλήρης και ο βαθμός της τάξης είναι ανάλογος του Η. Συνήθως, για τα παραμαγνητικά υλικά, η μαγνητική επιδεκτικότητα είναι το άθροισμα των δια- και παραμαγνητικών συνεισφορών:

χ = χζεύγος + χdia .

Για να υπολογίσουμε τυπικές τιμές επιδεκτικότητας, χρησιμοποιούμε το γεγονός ότι η ενεργός μαγνητική ροπή, ορίζεται ως

μ eff = 8χ Μ Τ, για έναν συνηθισμένο παραμαγνήτη δεν εξαρτάται από το T και είναι ίσο με 1÷6

Μονάδες μαγνητονίου Bohr; ως εκ τούτου χm ≈ (0,2 ÷ 1,0) 10-2 cm3 /mol σε T ≈ 300 K. Η ερμηνεία των λαμβανόμενων αποτελεσμάτων απαιτεί να ληφθεί υπόψη ένας αριθμός επιδράσεων (για παράδειγμα, η συμβολή της τροχιακής ορμής, κ.λπ.).

Μόνο μια πλήρης ανάλυση των αλληλεπιδράσεων σε κάθε συγκεκριμένη περίπτωση μπορεί να τις αποκαλύψει. Εκτός από ηλεκτρονικά κελύφη με δικό τους μαγνητικό

Οι περισσότεροι πυρήνες που περιέχουν περιττό αριθμό πρωτονίων (1 H, 15 N, 19 F, 3I P, 11 B, 79 Br) ή νετρόνια (13 C, 127 I) έχουν επίσης ροπές, αλλά το αποτέλεσμα

η αλληλεπίδρασή τους με το εξωτερικό πεδίο είναι πολύ μικρή - η μαγνητική επιδεκτικότητα των πυρήνων είναι της τάξης των 10-10 cm3 /mol.

Υπάρχουν πολλοί τρόποι μέτρησης της μαγνητικής επιδεκτικότητας,

ΕΝΟΤΗΤΑ 7. ΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗ ΣΥΓΧΡΟΝΩΝ ΜΕΘΟΔΩΝ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΟΥΣΙΩΝ

Θέμα 14. Φυσικές μέθοδοι ανάλυσης

με βάση το γεγονός ότι ενεργείται δείγμα με μάζα m με ειδική επιδεκτικότητα χg, τοποθετημένο σε ανομοιόμορφο πεδίο, η κλίση του οποίου έχει διεύθυνση κάθετη προς την κατεύθυνση του πεδίου (κατευθύνσεις που συμβολίζονται με Ζ και Χ αντίστοιχα), πάνω από μια δύναμη

Fz = Hx dH dZ x χ g m,

τα οποία μπορούν να μετρηθούν χρησιμοποιώντας κλίμακες.

Η πιο συχνά χρησιμοποιούμενη μέθοδος είναι η μέθοδος Faraday, χρησιμοποιώντας έναν μαγνήτη του οποίου οι πόλοι είναι προσεκτικά κατεργασμένοι για να δημιουργήσουν μια μεγάλη περιοχή σταθερού H x (dHx/dZ). Δείγματα μικρού μεγέθους σε σύγκριση με αυτήν την περιοχή τοποθετούνται σε μια ζώνη γνωστών τιμών H x (dHx/dZ) (που καθορίζονται με τη βαθμονόμηση του συστήματος έναντι ενός τυπικού δείγματος, συνήθως Pt) και μετράται η δύναμη που ασκεί σε αυτό. Η λειτουργική ευαισθησία της ζυγαριάς είναι 5 mcg.

Το εύρος των περιοχών χρήσης των διαφόρων τροποποιήσεων της περιγραφόμενης μεθόδου είναι πολύ ευρύ: σχηματισμός συμπλόκου, κινητική, κατάλυση, δομικές μελέτες, ανάλυση της σύνθεσης συστημάτων πολλαπλών συστατικών κ.λπ. Αυτό καθορίζεται από την ευκολία εγκατάστασης, την ακρίβεια των μετρήσεων και Η ταχύτητα λήψης αποτελεσμάτων και καθιστά τη μέθοδο εύκολη εφαρμογή σε συστήματα αυτοματισμού για τον έλεγχο της διαδικασίας. Παρά την ευρεία χρήση και την απλότητα των περιγραφόμενων τροποποιήσεων της μεθόδου, θα πρέπει να επισημανθούν ορισμένοι περιορισμοί των δυνατοτήτων πληροφόρησής της. Πρώτα απ 'όλα, η συγκέντρωση του συστατικού που προσδιορίζεται πρέπει να είναι επαρκώς αξιόπιστη για καταχώριση. Η ακρίβεια κατά τη μελέτη της συμπεριφοράς των διαμαγνητικών ουσιών πρέπει να είναι<< 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% νέο στοιχείο. Επιπλέον, ο ρυθμός των μελετώμενων μετασχηματισμών θα πρέπει να είναι μικρός, καθώς ο χρόνος μέτρησης, ακόμη και με αυτόματη εγγραφή, είναι τουλάχιστον αρκετά δευτερόλεπτα. Συχνά, λόγω μικρών διαφορών στη μαγνητική επιδεκτικότητα μεμονωμένων προϊόντων αντίδρασης, η μέθοδος δεν επιτρέπει την ταυτοποίηση και τον προσδιορισμό τους.

Μέθοδος παραμαγνητικού συντονισμού ηλεκτρονίων (EPR). Όταν μπαίνεις

Όταν μια παραμαγνητική ουσία τοποθετείται σε ένα εναλλασσόμενο μαγνητικό πεδίο με συχνότητα υ, παρατηρείται διασπορά της μαγνητικής διαπερατότητας (δηλαδή η εξάρτηση της μαγνητικής διαπερατότητας από τη συχνότητα υ) και απορρόφηση της ενέργειας του εξωτερικού πεδίου. Σε αυτή την περίπτωση, η απορρόφηση είναι ηχητικής φύσης. Οι τυπικές συνθήκες για ένα τέτοιο πείραμα είναι οι εξής: ένα δείγμα παραμαγνητικής ουσίας τοποθετείται σε σταθερό μαγνητικό πεδίο H, σε ορθή γωνία προς το οποίο είναι ενεργοποιημένο ένα εναλλασσόμενο μαγνητικό πεδίο με συχνότητα v, και η σύνθετη μαγνητική επιδεκτικότητα χ = χ Μετριέται το " + iχ". Το πραγματικό μέρος χ" ονομάζεται ευαισθησία υψηλής συχνότητας ή δυναμική, και το φανταστικό μέρος iχ"" χαρακτηρίζει

ΕΝΟΤΗΤΑ 7. ΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗ ΣΥΓΧΡΟΝΩΝ ΜΕΘΟΔΩΝ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΟΥΣΙΩΝ

Θέμα 14. Φυσικές μέθοδοι ανάλυσης

συντελεστής απορροφήσεως.

Μπορείτε να βρείτε συνθήκες συντονισμού και να αποκτήσετε φάσματα ESR αλλάζοντας τη συχνότητα ακτινοβολίας ή την ένταση του μαγνητικού πεδίου. Στις περισσότερες περιπτώσεις, οι πειραματιστές έχουν στη διάθεσή τους εγκαταστάσεις με σταθερή συχνότητα, στις οποίες, αλλάζοντας το πεδίο, προσαρμόζονται στη συχνότητα του εκπομπού. Ο παραμαγνητικός συντονισμός είναι ένα σύνολο φαινομένων που σχετίζονται με κβαντικές μεταβάσεις που συμβαίνουν μεταξύ των ενεργειακών επιπέδων μακροσκοπικών συστημάτων υπό την επίδραση ενός εναλλασσόμενου μαγνητικού πεδίου μιας συχνότητας συντονισμού.

Η μέθοδος EPR χρησιμοποιείται για τη λήψη πληροφοριών σχετικά με τις διαδικασίες οξείδωσης-αναγωγής, σχηματισμού συμπλόκων, καθώς και για τον προσδιορισμό της ηλεκτρονικής και γεωμετρικής δομής των ενώσεων όταν τα παρατηρούμενα παραμαγνητικά σωματίδια είναι τα άμεσα αντικείμενα μελέτης. Για να λάβετε πληροφορίες, μπορούν να χρησιμοποιηθούν το πλάτος, το σχήμα γραμμής, ο αριθμός των γραμμών στο φάσμα, η τιμή του παράγοντα g, ο αριθμός των στοιχείων και οι σταθερές STS και DSTS, η ένταση του σήματος ή η περιοχή.

Τα είδη των σωματιδίων που είναι υπεύθυνα για τα σήματα στα φάσματα EPR είναι τα ακόλουθα: ηλεκτρόνιο (διαλυτωμένο, παγιδευμένο, σε μέταλλα). ρίζες (ανόργανες, οργανικές). ιόντα; ριζικά ιόντα; συγκροτήματα.

Σημαντική για τις αναλυτικές πτυχές της χημείας των ενώσεων συντονισμού είναι η εκδήλωση EPR σε σύμπλοκα των ακόλουθων παραμαγνητικών ιόντων: στην ομάδα των 3d στοιχείων - TiIII, VII, CrIII, CrV, CuII, MnII, FeIII. στην Ομάδα

4d στοιχεία - ZrIII, PdI, PdIII, RhII, NbIV, MoV; στην ομάδα των 5d στοιχείων - ReVI, WV, AuIII, RuIII. στην ομάδα των στοιχείων σπανίων γαιών και των υπερουρανικών - GdIII, CeIII, EuIII.

14.3. Φασματοσκοπία δόνησης

Η ενέργεια των δονητικών μεταπτώσεων στα μόρια είναι συγκρίσιμη με την ενέργεια των κβάντων ακτινοβολίας στην υπέρυθρη περιοχή. Το υπέρυθρο (IR) φάσμα και το φάσμα Raman (RS) των μορίων των χημικών ενώσεων είναι από τα σημαντικά χαρακτηριστικά των ουσιών. Ωστόσο, δεδομένου ότι τα φάσματα είναι διαφορετικής φύσης, η ένταση της εκδήλωσης των ίδιων δονήσεων σε αυτά είναι διαφορετική.

Φασματοσκοπία υπερύθρων.Θεωρήστε ένα μόριο που περιέχει άτομα Ν. Η θέση κάθε ατόμου μπορεί να προσδιοριστεί με τον καθορισμό τριών συντεταγμένων (για παράδειγμα, x, y και z σε ένα ορθογώνιο σύστημα συντεταγμένων). Ο συνολικός αριθμός τέτοιων τιμών συντεταγμένων θα είναι 3N και, καθώς κάθε συντεταγμένη μπορεί να καθοριστεί ανεξάρτητα από τις άλλες, το μόριο μπορεί να θεωρηθεί ότι έχει 3N βαθμούς ελευθερίας. Έχοντας καθορίσει και τις 3Ν συντεταγμένες, θα περιγράψουμε πλήρως το μόριο - τα μήκη των δεσμών, τις γωνίες μεταξύ τους, καθώς και τη θέση και τον προσανατολισμό του στο χώρο.

ΕΝΟΤΗΤΑ 7. ΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗ ΣΥΓΧΡΟΝΩΝ ΜΕΘΟΔΩΝ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΟΥΣΙΩΝ

Θέμα 14. Φυσικές μέθοδοι ανάλυσης

Εικ. 14.1. Συμμετρία και τρεις κύριοι τύποι δονήσεων του μορίου του νερού.

Η κίνηση του ατόμου οξυγόνου μπορεί να παραμεληθεί, καθώς βρίσκεται κοντά στο κέντρο βάρους του μορίου:

α – συμμετρική δόνηση τάνυσης υ1 (παράλληλη); β – παραμόρφωση συμμετρική δόνηση υ2.(παράλληλη); γ – τεντωτική αντισυμμετρική δόνηση υ3 (κάθετη)

Για να περιγράψουμε την ελεύθερη κίνηση ενός μορίου στον τρισδιάστατο χώρο χωρίς να αλλάξουμε τη διαμόρφωσή του, είναι απαραίτητο να γνωρίζουμε τις τρεις συντεταγμένες της θέσης του κέντρου βάρους του. Οποιαδήποτε περιστροφή ενός μη γραμμικού μορίου μπορεί να αναπαρασταθεί ως το άθροισμα των περιστροφών γύρω από τρεις αμοιβαία κάθετους άξονες. Λαμβάνοντας αυτό υπόψη, η μόνη εναπομείνασα ανεξάρτητη μορφή κίνησης ενός μορίου είναι οι εσωτερικοί κραδασμοί του. Ο αριθμός των θεμελιωδών δονήσεων ενός γραμμικού μορίου θα είναι 3N–5 (λαμβάνοντας υπόψη την περιστροφή γύρω από τον άξονα του δεσμού), μη γραμμικοί – 3N – 6. Και στις δύο περιπτώσεις, το μόριο (μη κυκλικό) έχει δεσμούς N–1 μεταξύ των ατόμων και οι δονήσεις N-1 κατευθύνονται κατά μήκος των δεσμών - είναι σθένους και οι υπόλοιποι 2N-5 (ή 2N-4) αλλάζουν τις γωνίες μεταξύ των δεσμών - είναι δονήσεις παραμόρφωσης. Στο Σχ. Το σχήμα 14.1 δείχνει όλους τους πιθανούς τύπους δονήσεων ενός μορίου νερού.

Για να εμφανιστεί μια ταλάντωση στην υπέρυθρη περιοχή, είναι απαραίτητη μια αλλαγή στη διπολική ροπή όταν ταλαντώνεται κατά μήκος του άξονα συμμετρίας ή κάθετα σε αυτόν, δηλαδή οποιαδήποτε αλλαγή στην τιμή ή την κατεύθυνση του διπόλου οδηγεί στην εμφάνιση ένα ταλαντευόμενο δίπολο, το οποίο μπορεί να απορροφήσει ενέργεια. αλληλεπιδρώντας με το ηλεκτρικό συστατικό της υπέρυθρης ακτινοβολίας. Δεδομένου ότι τα περισσότερα μόρια σε θερμοκρασία δωματίου βρίσκονται στο επίπεδο δόνησης υ0 (Εικ. 14.2), οι περισσότερες μεταβάσεις θα πρέπει να συμβαίνουν από την κατάσταση υ0 σε υ1. Οι συμμετρικές δονήσεις του μορίου H2O χαρακτηρίζονται υ1 για την υψηλότερη συχνότητα (3651,7 cm-1) και υ2 για την επόμενη (1595,0 cm-1), η αντισυμμετρική δόνηση με συχνότητα 3755,8 cm-1 ορίζεται ως υ3.

ΕΝΟΤΗΤΑ 7. ΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗ ΣΥΓΧΡΟΝΩΝ ΜΕΘΟΔΩΝ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΟΥΣΙΩΝ

Θέμα 14. Φυσικές μέθοδοι ανάλυσης

Διαπυρηνική απόσταση

Ρύζι. 14.2. Ταλαντωτικές καταστάσεις ενός αρμονικού ταλαντωτή

Κατά τη διαίρεση των δονήσεων σε συμμετρικές και αντισυμμετρικές, θα πρέπει να τονιστεί ότι μια συμμετρική δόνηση τάνυσης δεν αλλάζει τη διπολική ροπή και επομένως δεν εμφανίζεται στην υπέρυθρη περιοχή του φάσματος. Κατά συνέπεια, το τέντωμα ενός ομοπυρηνικού μορίου δεν πρέπει να οδηγεί σε απορρόφηση στην περιοχή IR. Η περιγραφόμενη απλοποιημένη εικόνα των ταλαντώσεων μπορεί να πραγματοποιηθεί μόνο εάν ισχύουν δύο υποθέσεις: 1) κάθε ταλάντωση είναι καθαρά αρμονική. 2) όλες οι δονήσεις είναι εντελώς ανεξάρτητες και δεν επηρεάζονται μεταξύ τους.

Για τα πραγματικά δονούμενα μόρια, η εικόνα της κίνησης είναι πολύ περίπλοκη· κάθε άτομο δεν κινείται ακριβώς κατά μήκος μιας από τις διαδρομές που φαίνονται στο Σχ. 14.1· η κίνησή τους είναι μια υπέρθεση όλων των πιθανών δονήσεων στο Σχ. 14.2. Ωστόσο, μια τέτοια υπέρθεση μπορεί να αποσυντεθεί σε συστατικά εάν, για παράδειγμα, το μόριο παρατηρηθεί στροβοσκοπικά, φωτίζοντάς το παλμικά με συχνότητες που συμπίπτουν με τις συχνότητες καθεμιάς από τις κύριες δονήσεις με τη σειρά τους. Αυτή είναι η ουσία της υπέρυθρης φασματοσκοπίας, μόνο ο ρόλος του φωτισμού παίζει η συχνότητα της απορροφούμενης ακτινοβολίας και η παρατήρηση γίνεται από αλλαγές στη διπολική ροπή.

Ένα πολύπλοκο μόριο έχει μεγάλο αριθμό δονήσεων, πολλές από τις οποίες μπορεί να εμφανιστούν στο φάσμα IR. Κάθε τέτοια δόνηση περιλαμβάνει την πλειονότητα των ατόμων του μορίου σε κίνηση, αλλά σε ορισμένες περιπτώσεις τα άτομα μετατοπίζονται κατά περίπου τις ίδιες αποστάσεις και σε άλλες, ορισμένες μικρές ομάδες ατόμων μετατοπίζονται περισσότερο από άλλες. Με βάση αυτό το χαρακτηριστικό, οι δονήσεις μπορούν να χωριστούν σε δύο κατηγορίες: σκελετικές δονήσεις και δονήσεις χαρακτηριστικών ομάδων.

Οι συχνότητες των σκελετικών δονήσεων των οργανικών μορίων συνήθως πέφτουν στην περιοχή των 1400-700 cm-1, και συχνά είναι δύσκολο να αποδοθούν μεμονωμένες συχνότητες σε οποιονδήποτε από τους δυνατούς κραδασμούς για ένα μόριο, αν και ο συνδυασμός των ζωνών δείχνει σαφώς ότι ανήκει σε μια συγκεκριμένη μοριακή δομή. Σε τέτοιες περιπτώσεις, οι ζώνες ονομάζονται δακτυλικά αποτυπώματα του μορίου στο φάσμα.

Οι συχνότητες δόνησης των χαρακτηριστικών ομάδων εξαρτώνται ελάχιστα από τη δομή του μορίου στο σύνολό του και βρίσκονται σε περιοχές που συνήθως δεν επικαλύπτονται.

ΕΝΟΤΗΤΑ 7. ΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗ ΣΥΓΧΡΟΝΩΝ ΜΕΘΟΔΩΝ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΟΥΣΙΩΝ

Θέμα 14. Φυσικές μέθοδοι ανάλυσης

σχετίζεται με την περιοχή των σκελετικών δονήσεων και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για αναλυτικούς σκοπούς.

Χρησιμοποιώντας φασματοσκοπία υπερύθρων, μπορούν να λυθούν τα ακόλουθα προβλήματα.

1. Προσδιορισμός της υλικής σύστασης των προϊόντων σύνθεσης σε διάφορες καταστάσεις φάσης.

2. Μελέτη δομικών αλλαγών φάσης σε προϊόντα διατηρώντας παράλληλα ορισμένους τεχνολογικούς δείκτες εντός ενός δεδομένου εύρους.

3. Εκτίμηση της κατάστασης ισορροπίας, της ταχύτητας της διαδικασίας.

4. Αξιολόγηση των δεικτών του τεχνολογικού σχήματος στο σύνολό του όταν μεταβάλλονται οι συνθήκες της διαδικασίας.

5. Μελέτη λειτουργικότητας και κατανάλωσης ενεργών συστατικών.

Οι ποσοτικές μετρήσεις, όπως και σε άλλους τύπους φασματοσκοπίας απορρόφησης, βασίζονται στο νόμο του Bouguer.

Οι αναλυτικές ικανότητες της φασματοσκοπίας IR μπορούν να αποδειχθούν

rovat, επισημαίνοντας ορισμένα: πρακτικά αποτελέσματα.

Χρησιμοποιώντας τις χαρακτηριστικές ζώνες απορρόφησης στα 780 και 800 cm-1, που εμπίπτουν στην περιοχή διαφάνειας του υλικού φίλτρου και της σκόνης άνθρακα, και των αντίστοιχων γραφημάτων βαθμονόμησης, είναι δυνατός ο προσδιορισμός της περιεκτικότητας σε χαλαζία (λιγότερο από 10 μg) στη σκόνη άνθρακα εναποτίθεται σε φίλτρα ελέγχου για ορισμένο χρονικό διάστημα. Παρόμοια αποτελέσματα μπορούν να ληφθούν κατά τον προσδιορισμό του αμιάντου στον αέρα.

14.4. Μέθοδος ανάλυσης φθορισμού ακτίνων Χ

Η φασματική μέθοδος ακτίνων Χ βασίζεται στην ανάλυση της φύσης και της έντασης της ακτινοβολίας ακτίνων Χ. Υπάρχουν δύο ποικιλίες της μεθόδου.

1. Στην πραγματικότητα φασματική ανάλυση ακτίνων Χ. Σε αυτή τη μέθοδο, το δείγμα τοποθετείται σε σωλήνα ακτίνων Χ ως αντικάθοδος. Η θερμαινόμενη κάθοδος εκπέμπει ένα ρεύμα ηλεκτρονίων που βομβαρδίζουν την αντικάθοδο. Η ενέργεια αυτών των ηλεκτρονίων εξαρτάται από τη θερμοκρασία της καθόδου, την τάση που εφαρμόζεται στα ηλεκτρόδια και άλλους παράγοντες. Υπό την επίδραση της ενέργειας ηλεκτρονίων στην αντικάθοδο του σωλήνα, διεγείρεται ακτινοβολία ακτίνων Χ, το μήκος κύματος της οποίας εξαρτάται από το υλικό της αντικάθοδος και η ένταση της ακτινοβολίας εξαρτάται από την ποσότητα αυτού του στοιχείου στο δείγμα .

Χρησιμοποιώντας ειδικές συσκευές, είναι δυνατό να εστιαστεί μια δέσμη ηλεκτρονίων σε μια πολύ μικρή επιφάνεια του στόχου - την αντικάθοδο. Αυτό καθιστά δυνατό τον προσδιορισμό της ποιοτικής και ποσοτικής σύνθεσης στην τοπική περιοχή του υλικού που μελετάται. Αυτή η μέθοδος μικροανιχνευτή χρησιμοποιείται, για παράδειγμα, εάν είναι απαραίτητο να προσδιοριστεί η φύση των μικρότερων εγκλεισμάτων σε ορυκτά ή στην επιφάνεια μεταλλικών κόκκων κ.λπ.

Ένας άλλος τύπος μεθόδου, δηλαδή η ανάλυση φθορισμού ακτίνων Χ, έχει γίνει πιο διαδεδομένος.

2. Ανάλυση φθορισμού ακτίνων Χ. Σε αυτή τη μέθοδο, το δείγμα εκτίθεται σε πρωτογενή ακτινοβολία ακτίνων Χ από το σωλήνα. Ως αποτέλεσμα των

ΕΝΟΤΗΤΑ 7. ΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗ ΣΥΓΧΡΟΝΩΝ ΜΕΘΟΔΩΝ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΟΥΣΙΩΝ

Θέμα 14. Φυσικές μέθοδοι ανάλυσης

υποδεικνύει τη δευτερογενή εκπομπή ακτίνων Χ ενός δείγματος, η φύση της οποίας εξαρτάται από την ποιοτική και ποσοτική σύνθεση του δείγματος.

Για υψηλής ποιότητας ανάλυση φθορισμού ακτίνων Χ, είναι σημαντικό η ενέργεια της πολυχρωματικής ακτινοβολίας (ακτινοβολία διαφορετικών μηκών κύματος) του σωλήνα ακτίνων Χ να είναι ίση ή να υπερβαίνει την ενέργεια που απαιτείται για την εξάλειψη των ηλεκτρονίων Κ των στοιχείων που αποτελούν το αναλυθέν δείγμα. Στην περίπτωση αυτή, το φάσμα της δευτερογενούς ακτινοβολίας ακτίνων Χ περιέχει χαρακτηριστικές γραμμές ακτίνων Χ. Η περίσσεια ενέργειας από την πρωτογενή ακτινοβολία του σωλήνα (πάνω και πέρα ​​από αυτή που απαιτείται για την απομάκρυνση των ηλεκτρονίων) απελευθερώνεται ως κινητική ενέργεια φωτοηλεκτρονίου.

Για την ποσοτική ανάλυση φθορισμού ακτίνων Χ, είναι σημαντικό να μετρηθεί η ένταση των χαρακτηριστικών γραμμών εκπομπής.

Ένα σχηματικό διάγραμμα της εγκατάστασης για ανάλυση φθορισμού ακτίνων Χ φαίνεται στο Σχ. 14.3. Η πρωτογενής ακτινοβολία του σωλήνα ακτίνων Χ χτυπά το δείγμα 2, στο οποίο διεγείρεται η χαρακτηριστική δευτερεύουσα ακτινοβολία ακτίνων Χ των ατόμων των στοιχείων που αποτελούν το δείγμα. Ακτίνες Χ μεγάλης ποικιλίας μηκών κύματος που ανακλώνται από την επιφάνεια του δείγματος περνούν μέσω του ρυθμιστή 3 - ένα σύστημα παράλληλων πλακών μολυβδαινίου σχεδιασμένες να μεταδίδουν παράλληλες ακτίνες που ταξιδεύουν μόνο προς μία κατεύθυνση. Οι αποκλίνουσες ακτίνες από άλλες κατευθύνσεις απορροφώνται από την εσωτερική επιφάνεια των σωλήνων. Οι ακτίνες που προέρχονται από το δείγμα αποσυντίθενται σε ένα φάσμα, δηλαδή κατανέμονται σε μήκη κύματος μέσω ενός κρυστάλλου αναλυτή 4. Η γωνία ανάκλασης των ακτίνων 0 από τον κρύσταλλο είναι ίση με τη γωνία πρόσπτωσης. ωστόσο

Ρύζι. 14.3. Σχηματικό διάγραμμα εγκατάστασης για ανάλυση φθορισμού ακτίνων Χ

1 – σωλήνας ακτίνων Χ. 2 – δείγμα; 3, 5 – collimators; 4 – κρύσταλλο; 6 – δέκτης; 7 – συσκευή εγγραφής

Σε αυτή τη γωνία, ανακλώνται μόνο ακτίνες με μήκος κύματος που σχετίζεται με το θ από την εξίσωση Bragg:

όπου d είναι η απόσταση μεταξύ των επιπέδων των ατόμων του κρυσταλλικού πλέγματος του αναλυτή.

ΕΝΟΤΗΤΑ 7. ΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗ ΣΥΓΧΡΟΝΩΝ ΜΕΘΟΔΩΝ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΟΥΣΙΩΝ

Θέμα 14. Φυσικές μέθοδοι ανάλυσης

Περιστρέφοντας το τελευταίο, μπορείτε να αλλάξετε τη γωνία θ και, κατά συνέπεια, το μήκος κύματος των ανακλώμενων ακτίνων.

Μια ποικιλία ουσιών χρησιμοποιούνται ως κρύσταλλοι.

Χρησιμοποιώντας την εξίσωση Bragg, είναι εύκολο να υπολογίσουμε ότι εάν, για παράδειγμα, χρησιμοποιήσετε έναν κρύσταλλο φθοριούχου λιθίου (2d = 0,4026 nm) και αλλάξετε τη γωνία θ περιστρέφοντας τον κρύσταλλο στην περιοχή από 10° έως 80°, τότε τα μήκη κύματος των ανακλώμενων ακτίνων θα είναι στην περιοχή 0,068 – 0,394 nm. Σύμφωνα με αυτό, στοιχεία με ατομικούς αριθμούς από 19 έως 42, δηλαδή από κάλιο έως μολυβδαίνιο (Κα = 0,0709 nm), μπορούν να αναγνωριστούν και να ποσοτικοποιηθούν από τις γραμμές. Με έναν κρύσταλλο διτρυγικής αιθυλενοδιαμίνης, μπορούν να προσδιοριστούν στοιχεία με χαμηλότερο ατομικό αριθμό, όπως το αλουμίνιο (13), και με το υδροφθαλικό κάλιο επίσης μαγνήσιο, νάτριο, κ.λπ.

Οι μονοχρωματικές ακτίνες που ανακλώνται από τον κρύσταλλο του αναλυτή περνούν μέσα από τον ρυθμιστή και καταγράφονται από τον δέκτη, ο οποίος περιστρέφεται ταυτόχρονα με τον κρύσταλλο του αναλυτή με διπλάσια ταχύτητα. Ως δέκτες χρησιμοποιούνται μετρητές Geiger, αναλογικοί ή μετρητές σπινθηρισμού. Το τελευταίο αποτελείται από κρυσταλλικό φώσφορο - ιωδιούχο κάλιο που ενεργοποιείται από το θάλλιο - που μετατρέπει τις ακτίνες Χ σε ορατή ακτινοβολία. Το φως, με τη σειρά του, μετατρέπεται σε ηλεκτρικούς παλμούς, οι οποίοι στη συνέχεια ενισχύονται και καταγράφονται από μια συσκευή εγγραφής - μια συσκευή εγγραφής. Στη χαρτοταινία του καταγραφέα σχεδιάζονται καμπύλες, το ύψος της οποίας χαρακτηρίζει την ένταση της ακτινοβολίας και η θέση σε σχέση με τον άξονα της τετμημένης - τα μήκη κύματος - καθιστά δυνατό τον προσδιορισμό της ποιοτικής σύνθεσης του δείγματος.

Επί του παρόντος, υπάρχουν πλήρως αυτοματοποιημένες συσκευές ανάλυσης φθορισμού ακτίνων Χ, οι οποίες, σε συνδυασμό με έναν υπολογιστή που παράγει στατιστικά επεξεργασμένα αποτελέσματα, κάνουν την ανάλυση γρήγορη και αρκετά ακριβή.

Η μέθοδος φθορισμού ακτίνων Χ καθιστά δυνατή την ανάλυση δειγμάτων που περιέχουν μεμονωμένα στοιχεία (ξεκινώντας από ένα στοιχείο με ατομική μάζα 13) από δέκα χιλιοστά του τοις εκατό έως δεκάδες τοις εκατό. Όπως και άλλες φυσικές μέθοδοι, αυτή η μέθοδος είναι σχετική, δηλαδή η ανάλυση πραγματοποιείται χρησιμοποιώντας πρότυπα γνωστής χημικής σύνθεσης. Μπορείτε να αναλύσετε δείγματα διαφόρων καταστάσεων συσσωμάτωσης - στερεά, υγρά και αέρια. Όταν αναλύονται στερεά υλικά, παρασκευάζονται σε δισκία, τα οποία στη συνέχεια εκτίθενται σε ακτινοβολία από σωλήνα ακτίνων Χ.

Κάποιο μειονέκτημα της μεθόδου είναι η απαίτηση για πλήρη ομοιογένεια των επιφανειών των δισκίων αναφοράς και ανάλυσης, η οποία συχνά επιτυγχάνεται με μεγάλη δυσκολία.

ΕΝΟΤΗΤΑ 7. ΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗ ΣΥΓΧΡΟΝΩΝ ΜΕΘΟΔΩΝ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΟΥΣΙΩΝ

Θέμα 14. Φυσικές μέθοδοι ανάλυσης

14.5. Μέθοδος ανάλυσης ραδιενέργειας

Η ανάλυση ραδιενέργειας είναι μια φυσική μέθοδος ανάλυσης που προέκυψε και αναπτύχθηκε μετά την ανακάλυψη της ατομικής ενέργειας και τη δημιουργία ατομικών αντιδραστήρων. Βασίζεται στη μέτρηση της ραδιενεργής εκπομπής στοιχείων. Η ανάλυση ραδιενέργειας ήταν γνωστή νωρίτερα. Έτσι, με τη μέτρηση της φυσικής ραδιενέργειας των μεταλλευμάτων ουρανίου, προσδιορίστηκε η περιεκτικότητα σε ουράνιο σε αυτά. Μια παρόμοια μέθοδος είναι γνωστή για τον προσδιορισμό του καλίου από το ραδιενεργό ισότοπο αυτού του στοιχείου. Η ανάλυση ενεργοποίησης διαφέρει από αυτές τις μεθόδους στο ότι μετρά την ένταση της ακτινοβολίας των ραδιοϊσοτόπων στοιχείων που σχηματίζονται ως αποτέλεσμα του βομβαρδισμού του αναλυόμενου δείγματος με ένα ρεύμα στοιχειωδών σωματιδίων. Με τέτοιους βομβαρδισμούς, συμβαίνουν πυρηνικές αντιδράσεις και σχηματίζονται ραδιενεργά ισότοπα των στοιχείων που αποτελούν το αναλυόμενο δείγμα

Πίνακας 14.1

Όρια ανίχνευσης στοιχείων με ανάλυση θερμικής ενεργοποίησης νετρονίων

Στοιχεία	Βάρος – 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

Η μέθοδος ανάλυσης ενεργοποίησης χαρακτηρίζεται από χαμηλό όριο ανίχνευσης, πίνακας. 14.1, και αυτό είναι το κύριο πλεονέκτημά του σε σύγκριση με άλλες μεθόδους ανάλυσης.

Ο πίνακας δείχνει ότι για περισσότερα από 50 στοιχεία το όριο ανίχνευσης είναι κάτω από 10-9 g.

Οι χρόνοι ημιζωής και οι ενέργειες εκπομπής των ραδιενεργών ισοτόπων που προκύπτουν είναι διαφορετικές για μεμονωμένα στοιχεία και επομένως μπορεί να επιτευχθεί σημαντική εξειδίκευση προσδιορισμού. Σε ένα δείγμα του αναλυόμενου υλικού, μπορεί να προσδιοριστεί μεγάλος αριθμός στοιχείων ακαθαρσίας. Τέλος, το πλεονέκτημα της μεθόδου είναι ότι δεν υπάρχει ανάγκη για ποσοτική αναγνώριση των ιχνών στοιχείων - η χρήση προτύπων σας επιτρέπει να επιτύχετε το σωστό αποτέλεσμα ακόμα και αν κάποιο μέρος του στοιχείου που προσδιορίζεται χαθεί.

Τα μειονεκτήματα της μεθόδου περιλαμβάνουν την ανάγκη χρήσης πολύπλοκου και ακριβού εξοπλισμού. Επιπλέον, οι εκτελεστές ανάλυσης πρέπει να προστατεύονται από τη ραδιενεργή ακτινοβολία.

ΕΝΟΤΗΤΑ 7. ΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗ ΣΥΓΧΡΟΝΩΝ ΜΕΘΟΔΩΝ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΟΥΣΙΩΝ

Θέμα 14. Φυσικές μέθοδοι ανάλυσης

Στην ανάλυση ενεργοποίησης, μια ποικιλία στοιχειωδών σωματιδίων μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ακτινοβολία ενός δείγματος - νετρόνια, πρωτόνια, σωματίδια α, καθώς και ακτινοβολία γ. Η ακτινοβολία νετρονίων χρησιμοποιείται συχνότερα. Αυτό το τμήμα της ανάλυσης ενεργοποίησης ονομάζεται ανάλυση νετρονίων. Συνήθως χρησιμοποιείται μια ροή αργών θερμικών νετρονίων.

Οι πυρηνικοί αντιδραστήρες, στους οποίους λαμβάνει χώρα μια ελεγχόμενη αλυσιδωτή αντίδραση σχάσης πυρήνων ουρανίου, μπορούν να χρησιμεύσουν ως πηγές νετρονίων. Είναι γνωστές γεννήτριες νετρονίων, στις οποίες η αντίδραση του δευτερίου με το τρίτιο, καθώς και άλλες συσκευές, χρησιμοποιούνται για την παραγωγή νετρονίων.

Τα ραδιενεργά ισότοπα στοιχείων που σχηματίζονται ως αποτέλεσμα της ακτινοβολίας ενός δείγματος με ροή νετρονίων υφίστανται ραδιενεργή διάσπαση. Οι κύριοι τύποι τέτοιας αποσύνθεσης είναι οι ακόλουθοι.

1. Η α-διάσπαση είναι χαρακτηριστικό των βαρύτερων στοιχείων. Ως αποτέλεσμα αυτής της διάσπασης, το πυρηνικό φορτίο μειώνεται κατά δύο μονάδες και η μάζα κατά τέσσερις μονάδες.

2. β-διάσπαση, στην οποία διατηρείται ο μαζικός αριθμός του στοιχείου, αλλά το φορτίο του πυρήνα αλλάζει κατά ένα - προς τα πάνω όταν ο πυρήνας εκπέμπει ηλεκτρόνια και προς τα κάτω όταν εκπέμπονται ποζιτρόνια. Η ακτινοβολία έχει ένα συνεχές ενεργειακό φάσμα.

Μετά την α- ή β-διάσπαση, ο πυρήνας που προκύπτει είναι συχνά σε διεγερμένη κατάσταση. Η μετάβαση τέτοιων πυρήνων από τη διεγερμένη κατάσταση στη βασική κατάσταση συνήθως συνοδεύεται από ακτινοβολία γ. Η εκπομπή των πυρήνων είναι διακριτής φύσης με πολύ στενό πλάτος γραμμής. Τέτοια ακτινοβολία, καταρχήν, μπορεί να χρησιμεύσει για τη σαφή αναγνώριση των ραδιοϊσοτόπων.

14.6. Επιλογή σχήματος και μεθόδου ανάλυσης

Για να επιλέξετε ένα σχήμα και μια μέθοδο ανάλυσης, είναι απαραίτητο να γνωρίζετε την ποσοτική και ημιποσοτική σύνθεση της αναλυόμενης ουσίας. Ο αναλυτής πρέπει να γνωρίζει με τι έχει να κάνει, γιατί ανάλογα με τη σύσταση του αναλύτη επιλέγεται η μέθοδος ανάλυσης. Πριν από τη διεξαγωγή της ανάλυσης, είναι απαραίτητο να καταρτιστεί ένα σχήμα ανάλυσης, από το οποίο θα είναι σαφές ποιες μέθοδοι μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη μεταφορά της αναλυόμενης ουσίας σε διάλυμα, ποιες μέθοδοι πρέπει να χρησιμοποιηθούν για τον διαχωρισμό των συστατικών που προσδιορίζονται και σε ποιο βαθμό τα παρόντα συστατικά θα παρεμποδίσουν τον διαχωρισμό, σε ποιο βαθμό είναι δυνατόν να αποτραπεί η παρεμβολή των ουσιών που υπάρχουν κατά τον προσδιορισμό ορισμένων συστατικών. Κατά την ανάλυση πυριτικών αλάτων, πετρωμάτων, ορυκτών και συχνά μεταλλευμάτων, είναι απαραίτητο, κατά κανόνα, να προσδιοριστούν σχεδόν όλα τα συστατικά, αν και σε ορισμένες περιπτώσεις μπορεί να τεθεί μια πιο στενή εργασία. Για παράδειγμα, κατά τη μελέτη ενός κοιτάσματος μεταλλεύματος, δεν είναι απαραίτητο να γίνει πλήρης ανάλυση όλων των δειγμάτων. Για να γίνει αυτό, αρκεί να εκτελέσετε μια πλήρη ανάλυση ενός συγκεκριμένου αριθμού δειγμάτων, αλλά προσδιορίζοντας το κύριο συστατικό μεταλλεύματος (για παράδειγμα, σίδηρο ή μαγγάνιο κατά την ανάλυση

ΕΝΟΤΗΤΑ 7. ΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗ ΣΥΓΧΡΟΝΩΝ ΜΕΘΟΔΩΝ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΟΥΣΙΩΝ

Θέμα 14. Φυσικές μέθοδοι ανάλυσης

μεταλλεύματα σιδήρου ή μαγγανίου) είναι υποχρεωτική για μεγάλο αριθμό δειγμάτων. Η πρόοδος μιας πλήρους ανάλυσης είναι συνήθως διαφορετική από αυτή μιας ανάλυσης που προσδιορίζει ένα ή περισσότερα στοιχεία. Κατά την ανάλυση μετάλλων, είναι πολύ σπάνιο ότι ο αναλυτής πρέπει να προσδιορίσει την περιεκτικότητα του κύριου συστατικού· συνήθως είναι απαραίτητο να προσδιορίσει την περιεκτικότητα σε ακαθαρσίες. Τα τελευταία επηρεάζουν πολύ την ποιότητα του μετάλλου. Έτσι, κατά την ανάλυση των χάλυβων, η περιεκτικότητα σε σίδηρο προσδιορίζεται πολύ σπάνια, αλλά για τον προσδιορισμό της ποιότητας του χάλυβα, προσδιορίζεται πάντα η περιεκτικότητα σε άνθρακα, θείο, φώσφορο, πυρίτιο, μαγγάνιο, κράμα και ορισμένα άλλα συστατικά που καθορίζουν την ποιότητα του χάλυβα. Αυτό ισχύει συχνά για την ανάλυση ουσιών υψηλής καθαρότητας. Ωστόσο, η προσέγγιση για τον προσδιορισμό των ακαθαρσιών κατά την ανάλυση χάλυβα και μετάλλων υψηλής καθαρότητας θα πρέπει να είναι διαφορετική.

Οι μέθοδοι για τη μεταφορά δείγματος σε διάλυμα ή οι μέθοδοι αποσύνθεσης ενός δείγματος εξαρτώνται εξ ολοκλήρου από τη σύνθεση της αναλυόμενης ουσίας. Γενικά, μπορεί να σημειωθεί ότι κατά την ανάλυση πυριτικών, πετρωμάτων, ορυκτών, κατά κανόνα, πραγματοποιείται αλκαλική σύντηξη για την αποσύνθεση δειγμάτων, λιγότερο συχνά

– πυροσυσσωμάτωση με ανθρακικό ασβέστιο, όξινη αποσύνθεση σε μείγμα οξέων. Κατά την ανάλυση μετάλλων και κραμάτων, συνήθως πραγματοποιείται αποσύνθεση οξέος· μερικές φορές χρησιμοποιούνται άλλες μέθοδοι αποσύνθεσης του δείγματος. Για παράδειγμα, κατά την ανάλυση του αλουμινίου, το δείγμα διαλύεται σε αλκαλικό διάλυμα. Μπορούν να προταθούν άλλες μέθοδοι μεταφοράς του δείγματος σε διάλυμα. Ως παράδειγμα επιλογής ενός σχήματος ανάλυσης, παρουσιάζουμε ένα σχήμα ανάλυσης πυριτικού.

	Σχέδιο ανάλυσης πυριτικού
Πυριτικό (βάρος)
Σύντηξη με KNaCO3
Έκπλυση νερού και εξάτμιση με HCl
SiO2	Κατακρήμνιση NH4OH
		Κατακρήμνιση
	Ca2 C2 O4	(NH4) 2 ΕΝΟΤΗΤΑ 7. ΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗ ΣΥΓΧΡΟΝΩΝ ΜΕΘΟΔΩΝ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΟΥΣΙΩΝ Θέμα 14. Φυσικές μέθοδοι ανάλυσης Ωστόσο, ανάλογα με το περιεχόμενο των διαφόρων στοιχείων στο σχήμα, πρέπει να παρέχεται η επιρροή αυτών των στοιχείων και η συμπεριφορά τους κατά τη διαδικασία ανάλυσης σύμφωνα με ένα τέτοιο σχήμα. Έτσι, εάν στο πυριτικό άλας υπάρχουν βόριο, φθόριο και μαγγάνιο, τότε αυτό το σχήμα δεν μπορεί να γίνει αποδεκτό χωρίς τροποποίηση, επειδή μπορεί να προκύψουν οι ακόλουθες αποκλίσεις: 1) κατά την εξάτμιση με υδροχλωρικό οξύ, θα είναι αισθητές οι απώλειες πυριτίου και βορίου. 2) Το βόριο θα καταβυθιστεί μερικώς μαζί με το πυριτικό οξύ και στη συνέχεια θα εξατμιστεί όταν το ίζημα του πυριτικού οξέος υποβληθεί σε επεξεργασία με υδροφθορικό οξύ. 3) μέρος του φθορίου μπορεί να παραμείνει σε διάλυμα και θα αποτρέψει την καθίζηση αλουμινίου και σιδήρου υπό τη δράση ενός υδατικού διαλύματος αμμωνίας. 4) κάποιο μέρος του βορίου θα καταβυθιστεί μαζί με σεσκιϋδροξείδια. 5) χωρίς την προσθήκη οξειδωτικού παράγοντα, δεν καθιζάνει όλο το μαγγάνιο μαζί με σεσκιϋδροξείδια κατά την καθίζηση με υδατικό διάλυμα αμμωνίας, και στη συνέχεια καθιζάνει μερικώς με τη μορφή οξαλικού μαζί με οξαλικό ασβέστιο. 6) όταν το μαγνήσιο καταβυθίζεται με φωσφορικό άλας, θα καταβυθιστεί και το φωσφορικό μαγγάνιο. Έτσι, το παρουσιαζόμενο σχήμα ανάλυσης δεν μπορεί πάντα να εφαρμοστεί, και μόνο γνωρίζοντας την ποιοτική και κατά προσέγγιση ποσοτική σύνθεση, είναι δυνατό να εκπονηθεί ένα σχήμα ανάλυσης λαμβάνοντας υπόψη την επίδραση όλων των παρόντων συστατικών που περιέχονται στο αναλυόμενο δείγμα. Η επιλογή της μεθόδου προσδιορισμού εξαρτάται επίσης από την περιεκτικότητα του συστατικού που προσδιορίζεται και από την παρουσία άλλων ουσιών. Έτσι, κατά τον προσδιορισμό των δέκατων άνθρακα σε μέταλλα παρουσία χιλιοστών ή ακόμη και πολλών εκατοστών του τοις εκατό θείου, ο προσδιορισμός μπορεί να γίνει χωρίς να λαμβάνεται υπόψη το θείο. Εάν η περιεκτικότητα σε θείο υπερβαίνει το 0,04%, τότε η επίδραση του θείου πρέπει να ληφθεί υπόψη και να εξαλειφθεί. Ερωτήσεις και ασκήσεις τεστ 1. Σε τι βασίζονται οι φυσικές μέθοδοι ανάλυσης; 2. Ποιο είναι το πλεονέκτημα των φυσικών μεθόδων ανάλυσης έναντι των χημικών καιμε φυσικές και χημικές μεθόδους; 3. Ποια είναι η φύση του αναλυτικού σήματος στη φασματική ανάλυση; 4. Ποια αναλυτικά προβλήματα μπορούν να λυθούν χρησιμοποιώντας μεθόδους φασματικής ανάλυσης; 5. Πώς ταξινομούνται τα σώματα ανάλογα με τις μαγνητικές τους ιδιότητες; 6. Τι είναι η ειδική μαγνήτιση; 7. Σε τι βασίζεται η μέθοδος στατικής μαγνητικής επιδεκτικότητας; 8. Τι είναι το παραμαγνητικό resolax; 9. Για ποιους σκοπούς μπορεί να χρησιμοποιηθεί η μέθοδος EPR; 10. Ποια είναι η ουσία της μεθόδουΦασματοσκοπία υπερύθρων; 11. Τι είδους ταλαντώσεις σεΜπορεί το φάσμα υπερύθρων των πολύπλοκων μορίων να χρησιμοποιηθεί για αναλυτικούς σκοπούς; 12. Σε τι βασίζονται οι ποσοτικές μετρήσεις;Φασματοσκοπία υπερύθρων; 13. Ποια είναι η μέθοδος μικροανιχνευτή στη φασματική ανάλυση ακτίνων Χ; ΕΝΟΤΗΤΑ 7. ΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗ ΣΥΓΧΡΟΝΩΝ ΜΕΘΟΔΩΝ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΟΥΣΙΩΝ Θέμα 14. Φυσικές μέθοδοι ανάλυσης 14. Ποια είναι η φύση του αναλυτικού σήματος στην ανάλυση φθορισμού ακτίνων Χ; 15. Πώς πραγματοποιείται μια ποιοτική ανάλυση ενός δείγματος χρησιμοποιώντας τη μέθοδο ανάλυσης φθορισμού ακτίνων Χ; 16. Ποια είναι η διαφορά μεταξύ της ανάλυσης ενεργοποίησης και άλλων μεθόδων ραδιενέργειας; 17. Ποιο είναι το κύριο πλεονέκτημα της μεθόδου ενεργοποίησης; 18. Τι είναι η ανάλυση νετρονίων; 19. Πώς χρησιμοποιούνται οι προκαταρκτικές πληροφορίες σχετικά με τη σύνθεση του δείγματος πριν από την επιλογή μεθόδου και σχεδίου ανάλυσης; 20. Γιατί χρειάζεται να δημιουργήσετε ένα σχέδιο ανάλυσης δείγματος;

Όλες οι υπάρχουσες μέθοδοι αναλυτικής χημείας μπορούν να χωριστούν σε μεθόδους δειγματοληψίας, αποσύνθεσης δειγμάτων, διαχωρισμού συστατικών, ανίχνευσης (ταυτοποίησης) και προσδιορισμού.

Σχεδόν όλες οι μέθοδοι βασίζονται στη σχέση μεταξύ της σύνθεσης μιας ουσίας και των ιδιοτήτων της. Για να ανιχνεύσετε ένα συστατικό ή την ποσότητα του, μετρήστε αναλυτικό σήμα.

Αναλυτικό σήμαείναι ο μέσος όρος των μετρήσεων του φυσικού μεγέθους στο τελικό στάδιο της ανάλυσης. Το αναλυτικό σήμα σχετίζεται λειτουργικά με το περιεχόμενο του στοιχείου που προσδιορίζεται. Αυτό μπορεί να είναι ισχύς ρεύματος, EMF του συστήματος, οπτική πυκνότητα, ένταση ακτινοβολίας κ.λπ.

Εάν είναι απαραίτητο να ανιχνευθεί οποιοδήποτε στοιχείο, συνήθως καταγράφεται η εμφάνιση ενός αναλυτικού σήματος - η εμφάνιση ενός ιζήματος, χρώματος, γραμμής στο φάσμα κ.λπ. Η εμφάνιση ενός αναλυτικού σήματος πρέπει να καταγράφεται αξιόπιστα. Σε μια ορισμένη ποσότητα μιας συνιστώσας, μετράται το μέγεθος του αναλυτικού σήματος: μάζα ιζήματος, ισχύς ρεύματος, ένταση γραμμών φάσματος κ.λπ. Στη συνέχεια, το περιεχόμενο του στοιχείου υπολογίζεται χρησιμοποιώντας τη λειτουργική σχέση αναλυτικό σήμα - περιεχόμενο: y=f(c), η οποία καθορίζεται με υπολογισμό ή πείραμα και μπορεί να παρουσιαστεί με τη μορφή τύπου, πίνακα ή γραφήματος.

Στην αναλυτική χημεία, γίνεται διάκριση μεταξύ χημικών, φυσικών και φυσικοχημικών μεθόδων ανάλυσης.

Στις χημικές μεθόδους ανάλυσης, το στοιχείο ή το ιόν που προσδιορίζεται μετατρέπεται σε κάποια ένωση που έχει τη μία ή την άλλη χαρακτηριστικές ιδιότητες, βάσει των οποίων μπορεί να διαπιστωθεί ότι σχηματίστηκε αυτή η συγκεκριμένη ένωση.

Χημικές μέθοδοιη ανάλυση έχει συγκεκριμένο πεδίο εφαρμογής. Επίσης, η ταχύτητα διενέργειας αναλύσεων με χρήση χημικών μεθόδων δεν ικανοποιεί πάντα τις ανάγκες της παραγωγής, όπου είναι πολύ σημαντικό να λαμβάνονται οι αναλύσεις έγκαιρα, ενώ εξακολουθεί να είναι δυνατή η ρύθμιση της τεχνολογικής διαδικασίας. Επομένως, μαζί με τις χημικές, οι φυσικές και φυσικοχημικές μέθοδοι ανάλυσης γίνονται όλο και πιο διαδεδομένες.

Φυσικές μέθοδοιοι αναλύσεις βασίζονται στη μέτρηση ορισμένων

μια παράμετρος συστήματος που είναι συνάρτηση της σύνθεσης, για παράδειγμα, φάσματα απορρόφησης εκπομπής, ηλεκτρική ή θερμική αγωγιμότητα, δυναμικό του ηλεκτροδίου βυθισμένου σε διάλυμα, διηλεκτρική σταθερά, δείκτης διάθλασης, πυρηνικός μαγνητικός συντονισμός κ.λπ.

Οι φυσικές μέθοδοι ανάλυσης καθιστούν δυνατή την επίλυση ερωτημάτων που δεν μπορούν να επιλυθούν με μεθόδους χημικής ανάλυσης.

Για την ανάλυση των ουσιών, χρησιμοποιούνται ευρέως φυσικοχημικές μέθοδοι ανάλυσης, βασισμένες σε χημικές αντιδράσεις, η εμφάνιση των οποίων συνοδεύεται από αλλαγή στις φυσικές ιδιότητες του αναλυόμενου συστήματος, για παράδειγμα, το χρώμα, την ένταση του χρώματος, τη διαφάνεια, τη θερμική και ηλεκτρική αγωγιμότητα κ.λπ.

Φυσικοχημικές μέθοδοι ανάλυσηςΔιακρίνονται από υψηλή ευαισθησία και ταχύτητα εκτέλεσης, καθιστούν δυνατή την αυτοματοποίηση των χημικών αναλυτικών προσδιορισμών και είναι απαραίτητα κατά την ανάλυση μικρών ποσοτήτων ουσιών.

Θα πρέπει να σημειωθεί ότι δεν είναι πάντα δυνατό να χαράξουμε μια αυστηρή γραμμή μεταξύ φυσικών και φυσικοχημικών μεθόδων ανάλυσης. Μερικές φορές συνδυάζονται με τη γενική ονομασία «εργαλειακές» μέθοδοι, επειδή Για να πραγματοποιηθούν ορισμένες μετρήσεις, απαιτούνται όργανα που επιτρέπουν σε κάποιον να μετρήσει με ακρίβεια τις τιμές ορισμένων παραμέτρων που χαρακτηρίζουν ορισμένες ιδιότητες μιας ουσίας.