Elke analysemethode maakt gebruik van een specifiek analytisch signaal, dat onder bepaalde omstandigheden wordt gegeven door specifieke elementaire objecten (atomen, moleculen, ionen) waaruit de onderzochte stoffen bestaan.

Het analytische signaal levert informatie van zowel kwalitatieve als kwantitatieve aard. Als er bijvoorbeeld neerslagreacties worden gebruikt voor analyse, wordt kwalitatieve informatie verkregen uit het al dan niet optreden van neerslag. Kwantitatieve informatie wordt verkregen uit de sedimentmassa. Wanneer een stof onder bepaalde omstandigheden licht uitzendt, wordt kwalitatieve informatie verkregen uit het verschijnen van een signaal (emissie van licht) op een golflengte die overeenkomt met een karakteristieke kleur, en wordt kwantitatieve informatie verkregen uit de intensiteit van de lichtstraling.

Op basis van de oorsprong van het analytische signaal kunnen analytische chemische methoden worden ingedeeld in chemisch, fysisch en fysisch-chemisch.

IN chemische methoden voer een chemische reactie uit en meet de massa van het resulterende product - gravimetrische (gewicht) methoden, of het volume van het reagens dat wordt besteed aan interactie met de stof - titrimetrische, gasvolumetrische (volumetrische) methoden.

Gasvolumetrische analyse (gasvolumetrische analyse) is gebaseerd op de selectieve absorptie van de componenten van een gasmengsel in vaten gevuld met een of andere absorber, gevolgd door meting van de afname van het gasvolume met behulp van een buret. Kooldioxide wordt dus geabsorbeerd met een oplossing van kaliumhydroxide, zuurstof met een oplossing van pyrogallol en koolmonoxide met een ammoniakoplossing van koperchloride. Gasvolumemetrie verwijst naar snelle analysemethoden. Het wordt veel gebruikt voor de bepaling van carbonaten in mineralen en mineralen.

Chemische analysemethoden worden veel gebruikt voor de analyse van ertsen, gesteenten, mineralen en andere materialen om componenten daarin te bepalen met gehalten van tienden tot enkele tientallen procenten. Chemische analysemethoden worden gekenmerkt door een hoge nauwkeurigheid (de analysefout bedraagt ​​meestal tienden van een procent). Deze methoden worden echter geleidelijk vervangen door snellere fysisch-chemische en fysische analysemethoden.

Fysieke methoden analyses zijn gebaseerd op het meten van elke fysieke eigenschap van stoffen, die een functie is van de samenstelling. Refrometrie is bijvoorbeeld gebaseerd op het meten van de relatieve brekingsindices van licht. Bij activeringsanalyse wordt de activiteit van isotopen enz. gemeten. Vaak omvat de analyse eerst een chemische reactie en wordt de concentratie van het resulterende product bepaald door fysische eigenschappen, bijvoorbeeld de intensiteit van de absorptie van lichtstraling door de gekleurde reactieproduct. Dergelijke analysemethoden worden fysisch-chemisch genoemd.

Fysieke analysemethoden worden gekenmerkt door hoge productiviteit, lage detectielimieten van elementen, objectiviteit van analyseresultaten en een hoge mate van automatisering. Fysische analysemethoden worden gebruikt bij de analyse van gesteenten en mineralen. De atomaire emissiemethode wordt bijvoorbeeld gebruikt om wolfraam in graniet en schalie, antimoon, tin en lood in gesteenten en fosfaten te bepalen; atomaire absorptiemethode - magnesium en silicium in silicaten; Röntgenfluorescentie - vanadium in ilmeniet, magnesiet, aluminiumoxide; massaspectrometrisch - mangaan in maanregoliet; neutronenactivering - ijzer, zink, antimoon, zilver, kobalt, selenium en scandium in olie; door isotopenverdunningsmethode - kobalt in silicaatgesteenten.

Fysische en fysisch-chemische methoden worden soms instrumenteel genoemd, omdat deze methoden het gebruik vereisen van instrumenten (apparatuur) die speciaal zijn aangepast voor het uitvoeren van de belangrijkste fasen van de analyse en het vastleggen van de resultaten ervan.

Fysisch-chemische methoden analyse kan chemische transformaties van de analyt, oplossing van het monster, concentratie van de geanalyseerde component, maskering van interfererende stoffen en andere omvatten. In tegenstelling tot ‘klassieke’ chemische analysemethoden, waarbij het analytische signaal de massa van een stof of het volume ervan is, gebruiken fysisch-chemische analysemethoden stralingsintensiteit, stroomsterkte, elektrische geleidbaarheid en potentiaalverschil als analytisch signaal.

Van groot praktisch belang zijn methoden die gebaseerd zijn op de studie van de emissie en absorptie van elektromagnetische straling in verschillende delen van het spectrum. Deze omvatten spectroscopie (bijvoorbeeld luminescerende analyse, spectrale analyse, nefelometrie en turbidimetrie, en andere). Belangrijke fysisch-chemische analysemethoden zijn onder meer elektrochemische methoden die gebruik maken van het meten van de elektrische eigenschappen van een stof (coulometrie, potentiometrie, enz.), evenals chromatografie (bijvoorbeeld gaschromatografie, vloeistofchromatografie,, dunnelaagchromatografie). Methoden gebaseerd op het meten van de snelheden van chemische reacties (kinetische analysemethoden), de thermische effecten van reacties (thermometrische titratie), evenals de scheiding van ionen in een magnetisch veld (massaspectrometrie) worden met succes ontwikkeld.

Hoofddoel van analytische chemie- om, afhankelijk van de uit te voeren taak, nauwkeurigheid, hoge gevoeligheid, snelheid en (of) selectiviteit van de analyse te garanderen. Er worden methoden ontwikkeld die het mogelijk maken om microobjecten te analyseren (zie Microchemische analyse), lokale analyse uit te voeren (op een punt, op een oppervlak, enz.), analyse zonder het monster te vernietigen (zie Niet-destructieve analyse), op afstand ervan (analyse op afstand), continue analyse (bijvoorbeeld in een stroom), en ook om vast te stellen in de vorm van welke chemische verbinding en in welke fase de te bepalen component in het monster aanwezig is (faseanalyse). Belangrijke trends in de ontwikkeling van de analytische chemie zijn de automatisering van analyses, vooral op het gebied van de controle van technologische processen, en de mathematisering, met name het wijdverbreide gebruik van computers.

Structuur. Er kunnen drie belangrijke gebieden van de analytische chemie worden onderscheiden: algemene theoretische grondslagen; ontwikkeling van analysemethoden; analytische chemie van individuele objecten. Afhankelijk van het doel van de analyse wordt onderscheid gemaakt tussen kwalitatieve analyse en kwantitatieve analyse. De eerste taak is het detecteren en identificeren van de componenten van het geanalyseerde monster, de tweede is het bepalen van hun concentraties of massa's. Afhankelijk van welke componenten moeten worden gedetecteerd of bepaald, zijn er isotopenanalyse, elementanalyse, structurele groepsanalyse (inclusief functionele analyse), moleculaire analyse en faseanalyse. Op basis van de aard van het geanalyseerde object wordt onderscheid gemaakt tussen de analyse van anorganische en organische stoffen.

In theorie In de grondbeginselen van de analytische chemie neemt de metrologie van chemische analyse, inclusief de statistische verwerking van resultaten, een belangrijke plaats in. De theorie van de analytische chemie omvat ook de studie van de selectie en bereiding van analytische monsters. over het opstellen van een analyseschema en het kiezen van methoden, principes en manieren om analyses te automatiseren, het gebruik van computers en de fundamenten van nationale economieën. gebruik van chemische resultaten. analyse. De eigenaardigheid van analytische chemie is de studie van niet algemene, maar individuele, specifieke eigenschappen en kenmerken van objecten, wat de selectiviteit van velen garandeert. analytische methodes. Dankzij nauwe banden met de prestaties van de natuurkunde, wiskunde, biologie enzovoort. technische gebieden (dit betreft vooral analysemethoden) is de analytische chemie uitgegroeid tot een discipline op het snijvlak van de wetenschappen.

In de analytische chemie zijn er methoden voor scheiding, bepaling (detectie) en hybride methoden, waarbij methoden van de eerste twee groepen worden gecombineerd. Bepalingsmethoden zijn onderverdeeld in chemische analysemethoden (gravimetrische analyse, titrimetrie), fysische en chemische analysemethoden (bijvoorbeeld elektrochemisch, fotometrisch, kinetisch), fysische analysemethoden (spectraal, nucleair-fysisch en andere) en biologische analysemethoden . Soms zijn de bepalingsmethoden onderverdeeld in chemisch, gebaseerd op chemische reacties, fysisch, gebaseerd op fysische verschijnselen, en biologisch, waarbij gebruik wordt gemaakt van de reactie van organismen op veranderingen in de omgeving.

Analytische chemie definieert de algemene benadering van de selectie van analytische routes en methoden. Er worden methoden ontwikkeld voor het vergelijken van methoden, voorwaarden voor hun uitwisselbaarheid en combinatie, principes en manieren om analyses te automatiseren. Voor praktische doeleinden Met behulp van de analyse is het noodzakelijk om ideeën te ontwikkelen over het resultaat ervan als indicator voor de productkwaliteit, de doctrine van uitdrukkelijke controle over technologie. processen, waardoor kosteneffectieve methoden worden gecreëerd. Van groot belang voor analisten die in verschillende sectoren van de nationale economie werken, is de unificatie en standaardisatie van methoden. Er wordt een theorie ontwikkeld om de hoeveelheid informatie die nodig is om een ​​analytisch probleem op te lossen, te optimaliseren.

Analysemethoden. Afhankelijk van de massa of het volume van het geanalyseerde monster worden scheidings- en bepalingsmethoden soms onderverdeeld in macro-, micro- en ultramicro-methoden.

Scheiding van mengsels wordt gewoonlijk toegepast in gevallen waarin directe bepalings- of detectiemethoden niet het juiste resultaat opleveren vanwege de interfererende invloed van andere componenten van het monster. Bijzonder belangrijk is de zogenaamde relatieve concentratie: de scheiding van kleine hoeveelheden analytcomponenten van aanzienlijk grotere hoeveelheden van de hoofdcomponenten van het monster. De scheiding van mengsels kan gebaseerd zijn op verschillen in de thermodynamische of evenwichtskarakteristieken van de componenten (ionenuitwisselingsconstanten, stabiliteitsconstanten van complexen) of kinetische parameters. De belangrijkste methoden voor scheiding zijn chromatografie, extractie, precipitatie, destillatie, evenals elektrochemische methoden zoals elektrodepositie.

Fysisch-chemische analysemethoden, zijn gebaseerd op de afhankelijkheid van de fysieke eigenschappen van een stof van de aard ervan, en het analytische signaal is een waarde van een fysieke eigenschap, functioneel gerelateerd aan de concentratie of massa van de component die wordt bepaald. Fysisch-chemische analysemethoden kunnen chemische transformaties van de te analyseren verbinding, het oplossen van monsters, concentratie van de geanalyseerde component, maskering van storende stoffen en andere omvatten. In tegenstelling tot “klassieke” chemische analysemethoden, waarbij het analytische signaal de massa van een stof of het volume ervan is, gebruiken fysisch-chemische analysemethoden stralingsintensiteit, stroomsterkte, elektrische geleidbaarheid, potentiaalverschil, enz. als analytisch signaal.

Van groot praktisch belang zijn methoden die gebaseerd zijn op de studie van de emissie en absorptie van elektromagnetische straling in verschillende delen van het spectrum. Deze omvatten spectroscopie (bijvoorbeeld luminescerende analyse, spectrale analyse, nefelometrie en turbidimetrie, en andere). Belangrijke fysisch-chemische analysemethoden zijn onder meer elektrochemische methoden die gebruik maken van het meten van de elektrische eigenschappen van een stof.

T.N.ORKINA

CHEMISCHE EN FYSIEKE-CHEMISCHE ANALYSE

Handleiding

Orkina T. N. Chemie. Chemische en fysisch-chemische analyse. Leerboek / St. Petersburg: Uitgeverij van de Polytechnische Universiteit, 2012. – 45 p.

De handleiding presenteert de doelen en doelstellingen van de moderne analytische chemie: chemische, fysisch-chemische en fysische analysemethoden.

Methoden voor het uitvoeren van kwalitatieve en kwantitatieve analyses worden in detail beschreven. Er wordt een beschrijving gegeven van laboratoriumwerk aan de kwalitatieve analyse van oplossingen en metaallegeringen, evenals berekeningen en methoden voor het uitvoeren van titrimetrische (volumetrische) analyses. De grondbeginselen van het fysieke

chemische analyse - constructie van fasediagrammen, thermische analyse van metaallegeringen en constructie van smeltbaarheidsdiagrammen.

De handleiding voldoet aan de onderwijsstandaard van de disciplines “Chemie” en “Anorganische Chemie” en is bedoeld voor studenten van hoger onderwijsinstellingen die studeren op verschillende gebieden en specialismen op het gebied van techniek en technologie op het gebied van

"Materiaalkunde", "Metallurgie" en anderen. De handleiding kan nuttig zijn voor studenten die studeren in een technisch specialisme binnen de discipline "Chemie".

INVOERING

Analytische scheikunde is een tak van de chemie die de eigenschappen en transformatieprocessen van stoffen bestudeert om hun chemische samenstelling vast te stellen. Het vaststellen van de chemische samenstelling van stoffen (chemische identificatie) is het antwoord op de vraag welke elementen of hun verbindingen en in welke kwantitatieve verhoudingen het geanalyseerde monster bevat. Analytische chemie ontwikkelt de theoretische grondslagen van de chemische analyse van stoffen en materialen, ontwikkelt methoden voor het identificeren, detecteren, scheiden en bepalen van chemische elementen en hun verbindingen, evenals methoden voor het vaststellen van de structuur van een stof. Het onderwerp is de detectie of, zoals ze zeggen, de ontdekking van elementen of ionen waaruit de onderzochte stof bestaat kwalitatieve analyse. Het bepalen van de concentraties of hoeveelheden van chemische stoffen waaruit de geanalyseerde objecten bestaan, is een taak kwantitatieve analyse. Kwalitatieve analyse gaat gewoonlijk vooraf aan kwantitatieve analyse, omdat het voor het uitvoeren van kwantitatieve analyses noodzakelijk is om de kwalitatieve samenstelling van het geanalyseerde monster te kennen. Wanneer de samenstelling van het te bestuderen object vooraf bekend is, wordt indien nodig een kwalitatieve analyse uitgevoerd.

1. METHODEN VAN ANALYTISCHE CHEMIE

Om een ​​component te detecteren wordt veelal gebruik gemaakt van een zogenaamd analytisch signaal. A lytisch signaal– dit zijn zichtbare veranderingen in het studieobject zelf (sedimentvorming, kleurverandering etc.) of veranderingen in de parameters van meetinstrumenten

(afwijking van de instrumentnaald, verandering in digitale aflezing, verschijnen van een lijn in het spectrum, enz.). Om een ​​analytisch signaal te verkrijgen, worden verschillende soorten chemische reacties gebruikt (ionenuitwisseling, complexering, redox), verschillende processen (bijvoorbeeld

neerslag, gasontwikkeling), evenals verschillende chemische, fysische en biologische eigenschappen van de stoffen zelf en de producten van hun reacties. Daarom

De analytische chemie kent verschillende methoden om haar problemen op te lossen.

Chemische methoden (chemische analyse) zijn gebaseerd op een chemische reactie tussen het onderzochte monster en speciaal geselecteerde reagentia. Bij chemische methoden wordt het analytische signaal dat voortkomt uit een chemische reactie voornamelijk visueel waargenomen.

Fysisch-chemisch analysemethoden zijn gebaseerd op een kwantitatieve studie van de afhankelijkheid samenstelling - fysieke eigendom voorwerp. Het analytische signaal is het elektrische potentieel, de huidige sterkte,

weerstand, enz., of enige andere parameter (temperatuur van fasetransformaties, hardheid, dichtheid, viscositeit, verzadigde dampdruk, enz.) die verband houdt met een bepaalde functionele relatie met de samenstelling en concentratie van het studieobject. Fysisch-chemische onderzoeksmethoden vereisen doorgaans het gebruik van zeer gevoelige apparatuur. De voordelen van deze methoden zijn hun objectiviteit,

mogelijkheid van automatisering en snelheid van het verkrijgen van resultaten. Een voorbeeld van een fysisch-chemische analysemethode is de potentiometrische bepaling van de pH van een oplossing met behulp van meetinstrumenten - potentiometers. Deze methode maakt het niet alleen mogelijk om veranderingen in de pH te meten, maar ook continu te monitoren wanneer er processen plaatsvinden in oplossingen.

IN fysieke analysemethoden analytisch signaal is meestal

worden ontvangen en opgenomen met behulp van speciale apparatuur. Fysische methoden omvatten voornamelijk optische spectroscopische analysemethoden, gebaseerd op het vermogen van atomen en moleculen om elektromagnetische straling uit te zenden, te absorberen en te verstrooien.

Door de emissie, absorptie of verstrooiing van elektromagnetische golven door het geanalyseerde monster te registreren, wordt een reeks signalen verkregen,

karakteriseren van de kwalitatieve en kwantitatieve samenstelling ervan.

Er is geen scherpe grens tussen alle drie de methoden, dus deze indeling is enigszins willekeurig. Bij chemische methoden wordt het monster bijvoorbeeld eerst blootgesteld aan een reagens, d.w.z. een bepaalde chemische reactie uitvoeren, en pas daarna wordt de fysische eigenschap waargenomen en gemeten. Bij analyse met fysieke methoden worden observatie en meting rechtstreeks op het te analyseren materiaal uitgevoerd met behulp van speciale apparatuur, en spelen chemische reacties, indien uitgevoerd, een ondersteunende rol. In overeenstemming hiermee, in

Bij chemische analysemethoden ligt de nadruk op het correct uitvoeren van een chemische reactie, terwijl bij fysisch-chemische en fysische methoden de nadruk vooral ligt op de juiste meetapparatuur: het bepalen van een fysische eigenschap.

2. CLASSIFICATIE VAN CHEMISCH EN FYSIEK

CHEMISCHE METHODEN

Chemische en fysisch-chemische analysemethoden worden geclassificeerd afhankelijk van de massa en het volume van de geanalyseerde monsters. Op basis van de hoeveelheid stof of mengsel van stoffen (monster) die voor de analyse wordt gebruikt, wordt onderscheid gemaakt tussen macro-, semi-micro-, submicro- en ultramicro-analyse. Tabel 1 toont het bereik van massa en volume van monsteroplossingen aanbevolen door de IUPAC Division of Analytical Chemistry (een afkorting van de Engelse afkorting van de International Union of Pure and Applied Chemistry).

		tafel 1
Type analyse	Monstergewicht, g
		oplossing, ml
Macroanalyse		10-103
Semi-microanalyse		10-1 – 10
Microanalyse		10-2 – 1
Submicroanalyse	10-4 – 10-3	minder dan 10-2
Ultramicroanalyse	minder dan 10-4	minder dan 10-3

Afhankelijk van de aard van de uit te voeren taak worden de volgende soorten analyses onderscheiden.

1 . Elementaire analyse– het vaststellen van de aanwezigheid en inhoud van individuele elementen in een bepaalde stof, d.w.z. het vinden van de elementaire samenstelling ervan.

2. Faseanalyse – vaststellen van de aanwezigheid en inhoud van individuele fasen van het materiaal dat wordt bestudeerd. Koolstof in staal kan bijvoorbeeld de vorm hebben van grafiet of van ijzercarbiden. De taak van faseanalyse is om te bepalen hoeveel koolstof er in de vorm van grafiet zit en hoeveel in de vorm van carbiden.

3. Moleculaire analyse (materiaalanalyse) - het vaststellen van de aanwezigheid en het gehalte van moleculen van verschillende stoffen (verbindingen) in het materiaal.

Zo wordt bijvoorbeeld de hoeveelheid CO, CO2, N2, O2 en andere gassen in de atmosfeer bepaald.

4 . Functionele analyse - het vaststellen van de aanwezigheid en het gehalte van functionele groepen in moleculen van organische verbindingen, bijvoorbeeld aminogroepen (-NH2), nitro (-NO2), hydroxyl (-OH) en andere groepen.

Afhankelijk van de aard van het geanalyseerde materiaal zijn er

analyse van anorganische en organische stoffen. De scheiding van de analyse van organische stoffen in een apart deel van de analytische chemie houdt verband met de kenmerken van organische stoffen. Zelfs de eerste analysefase – het overbrengen van het monster naar de oplossing – verschilt aanzienlijk voor organische en anorganische stoffen.

De belangrijkste fasen van elke chemische analyse van complex

materialen zijn de volgende stappen.

1. Bemonstering voor analyse. De gemiddelde samenstelling van het monster moet overeenkomen met de gemiddelde samenstelling van de gehele partij geanalyseerd materiaal.

2. Het monster ontleden en in oplossing brengen. Het monster wordt opgelost in water of zuren, versmolten met verschillende stoffen, of er worden andere methoden gebruikt of er worden chemische invloeden gebruikt.

	Een chemische reactie uitvoeren:							P, waarbij X –
monstercomponent; R – reagens; P is het reactieproduct.
	Fixatie		meting	elke fysieke parameter
reactieproduct, reagens of analyt.
Laat ons nadenken			in detail			chemisch		analyse –

kwalitatieve en kwantitatieve analyse.

3. KWALITATIEVE ANALYSE

De taak van kwalitatieve analyse is het identificeren van componenten en het bepalen van de kwalitatieve samenstelling van een stof of mengsel van stoffen. De detectie of, zoals ze zeggen, ontdekking van elementen of ionen in de samenstelling van de onderzochte stof wordt uitgevoerd door ze om te zetten in een verbinding die enkele karakteristieke eigenschappen heeft, d.w.z. het uiterlijk van een analytisch signaal wordt geregistreerd. De chemische transformaties die optreden worden analytische reacties genoemd. De stof waarmee de ontdekking wordt uitgevoerd - een reagens of reagens.

Er zijn verschillende methoden voor kwalitatieve analyse die het gebruik van verschillende hoeveelheden van de teststof vereisen, overeenkomstig tabel 1. Bijvoorbeeld: macroanalytische methode neem ongeveer 1 g van de stof (0,5 g voor metalen en legeringen) en los deze op in 20-30 ml water.

Reacties worden uitgevoerd in reageerbuizen (buisanalyse). Bij microanalyse worden stoffen ongeveer 100 keer minder ingenomen dan bij macroanalyse (milligram vaste stof en enkele tienden van milliliter oplossing). Zeer gevoelige reacties worden gebruikt om afzonderlijke onderdelen te openen om de aanwezigheid van kleine hoeveelheden van een element of ion te detecteren. Reacties worden uitgevoerd via de microkristallijne of druppelmethode. Microkristallijne reacties uitgevoerd op een glasplaatje en de aanwezigheid van het element wordt beoordeeld aan de hand van de vorm van de resulterende kristallen, die onder een microscoop worden onderzocht. Druppelreacties, vergezeld van een verandering in de kleur van de oplossing en de vorming van gekleurde neerslagen, worden uitgevoerd op een strook filtreerpapier, waarbij de testoplossingen en reagentia druppelsgewijs daarop worden aangebracht. Soms worden druppelreacties uitgevoerd op een speciale "druppelplaat" - een porseleinen bord met inkepingen, maar ook op een horlogeglas of in een kleine porseleinen smeltkroes. Semi-microanalyse (semi-micromethode)

neemt een tussenpositie in tussen macro- en microanalyse.

De hoeveelheid stof die nodig is om de samenstelling te bestuderen is ongeveer 20-25 keer minder dan bij het uitvoeren van macroanalyse - ongeveer 50 mg vaste stof en 1 ml oplossing. Deze methode behoudt het systeem van macroanalyse en ontdekking van ionen, maar alle reacties worden uitgevoerd met kleine hoeveelheden van de stof, met behulp van speciale technieken en apparatuur. Reacties worden bijvoorbeeld uitgevoerd in kleine reageerbuisjes van 1-2 ml, waarin oplossingen worden ingebracht met behulp van pipetten. Sedimentatie vindt alleen plaats door middel van centrifugatie. Submicroanalyse en ultramicroanalyse worden uitgevoerd met behulp van speciale technieken met behulp van microscopen met verschillende vergrotingsgraden, elektronenmicroscopen en andere apparatuur. Hun beschouwing valt buiten het bestek van deze handleiding.

Bij kwalitatieve analyse worden chemische reacties meestal in oplossing uitgevoerd, de zogenaamde “natte methode”. Maar soms is het mogelijk om vaste-fasereacties uit te voeren, d.w.z. reacties "droge manier". De stof en de bijbehorende reagentia worden in vaste vorm ingenomen en tot hoge temperaturen verwarmd om de reacties uit te voeren. Een voorbeeld van dergelijke reacties is de reactie van vlamkleuring met zouten van bepaalde metalen. Het is bekend dat

natriumzouten kleuren de vlam heldergeel, kaliumzouten – paars, koperzouten – groen. Deze kleur kan worden gebruikt om de aanwezigheid van deze elementen in de onderzochte stof te detecteren. Onder ‘droge’ reacties vallen ook vormingsreacties gekleurde parels – glasachtige legeringen van verschillende zouten. Bijvoorbeeld borax – Na2 B4 O7

· 10H2 O of dubbelzoutparels NaNH4 HPO4 · 4H2 O. Deze methoden worden pyrochemisch genoemd en worden veel gebruikt voor de bepaling van mineralen en gesteenten. Maar in principe worden bij kwalitatieve analyse reacties uitgevoerd

"nat pad" tussen opgeloste stoffen.

3.1. Methodologie voor het uitvoeren van kwalitatieve analyses

De eerste stap bij elke analyse is het monster in oplossing brengen met behulp van verschillende oplosmiddelen. Bij het analyseren van anorganische stoffen worden meestal water, waterige oplossingen van zuren, logen en, minder vaak, andere anorganische stoffen als oplosmiddelen gebruikt. Vervolgens worden de karakteristieke ionenopeningsreacties uitgevoerd. Kwalitatieve ontdekkingsreacties

ionen zijn chemische reacties die gepaard gaan met een extern effect (kleurverandering van de oplossing, vrijkomen van gas, vorming van een neerslag), op basis waarvan kan worden beoordeeld dat de reactie plaatsvindt.

Meestal hebben ze te maken met waterige oplossingen van zouten, zuren, basen, waartussen ionenuitwisselingsreacties plaatsvinden (minder vaak - oxidatiereacties).

restauratief).

Deze of gene analytische reactie moet onder bepaalde omstandigheden worden uitgevoerd, afhankelijk van de eigenschappen van de resulterende verbindingen. Als niet aan deze voorwaarden wordt voldaan, kunnen de resultaten van de ontdekking van ionen onbetrouwbaar zijn. In zuur oplosbare neerslagen vallen bijvoorbeeld niet uit de oplossing als er een overmaat aan zuur is. Daarom moet het volgende in acht worden genomen

reactie omstandigheden.

1. De juiste omgeving van de testoplossing, die wordt gecreëerd door het toevoegen van een zuur of alkali.

2. Een bepaalde temperatuur van de oplossing. Reacties die neerslagen vormen, waarvan de oplosbaarheid sterk toeneemt met de temperatuur, worden bijvoorbeeld in de "kou" uitgevoerd. Integendeel, als de reactie extreem langzaam verloopt,

verwarming is vereist.

3. Een vrij hoge concentratie van het ion dat wordt geopend, omdat bij lage concentraties de reactie niet verloopt, d.w.z. de reactie is ongevoelig.

Concept "reactiegevoeligheid" wordt kwantitatief gekenmerkt door twee indicatoren: minimale en maximale verdunning bij opening. Om de gevoeligheid experimenteel te bepalen, wordt de reactie vele malen herhaald met de testoplossingen, waarbij geleidelijk de hoeveelheid opgeloste stof en het volume oplosmiddel wordt verminderd. Minimale opening(Υ) is de kleinste hoeveelheid van een stof die onder bepaalde omstandigheden via een bepaalde reactie kan worden ontdekt voor de implementatie ervan. Uitgedrukt in microgram (1Υ - miljoensten van een gram, 10-6 g). Het openingsminimum kan de gevoeligheid van de reactie niet volledig karakteriseren, aangezien de concentratie van het geopende ion in de oplossing ertoe doet. Beperk verdunning(1:G) karakteriseert de laagste concentratie van een stof (ion) waarbij deze door deze reactie kan worden geopend; waarbij G de massahoeveelheid oplosmiddel per massa-eenheid van de stof of het ion is die wordt ontdekt. IN

Bij macroanalyse en semi-micromethode worden die reacties gebruikt waarvan de gevoeligheid groter is dan 50Υ, en de maximale verdunning 1: 1000 is.

Bij het uitvoeren van analytische reacties moet niet alleen rekening worden gehouden met de gevoeligheid, maar ook met de gevoeligheid reactie specificiteit– de mogelijkheid om een ​​bepaald ion te openen in aanwezigheid van andere ionen. Ontdekking van ionen door

specifieke reacties die in afzonderlijke delen van de teststof worden geproduceerd

oplossing in willekeurige volgorde, fractionele analyse genoemd . Maar veel specifieke reacties zijn er niet. Vaker heb je te maken met reagentia die met veel ionen hetzelfde of een vergelijkbaar reactie-effect geven. Bariumchloride slaat bijvoorbeeld carbonaat neer en

sulfathionen in de vorm van neerslag BaCO3 en BaSO4. Reagentia geven

identiek analytisch signaal met een beperkt aantal ionen,

selectief of selectief genoemd . Hoe kleiner het aantal ionen dat door een bepaald reagens wordt blootgesteld, hoe hoger de mate van selectiviteit van het reagens.

Soms reageren vreemde ionen niet met een bepaald reagens, maar verminderen ze de gevoeligheid van de reactie of veranderen ze de aard van de gevormde producten. In dit geval is het noodzakelijk om rekening te houden met de maximale verhouding van de concentraties van de ontdekte en vreemde ionen, en ook maskeermiddelen (technieken of reagentia) te gebruiken. Het interfererende ion wordt omgezet in verbindingen met een lage dissociatie of complexe ionen, de concentratie ervan in de oplossing neemt af en dit ion interfereert niet langer met de ontdekking van de geanalyseerde ionen. Alle bovenstaande functies en technieken

worden gebruikt bij het ontwikkelen van de volgorde van chemische reacties tijdens het analyseproces. Als de reacties die in de analyse zijn gebruikt

niet-specifiek zijn en de interfererende invloed van vreemde ionen niet kan worden geëlimineerd, wordt het gebruik van de fractionele methode onmogelijk en nemen ze hun toevlucht tot

systematische analysecursus.

Een systematische analyse is een specifieke reeks reacties die zo zijn ontworpen dat de ontdekking van elk ion pas wordt uitgevoerd nadat alle ionen zijn ontdekt en verwijderd die deze ontdekking verstoren. Bij een systematische analyse worden individuele groepen ionen geïsoleerd uit een complex mengsel van ionen, waarbij gebruik wordt gemaakt van hun vergelijkbare relatie met de werking van bepaalde reagentia, een zogenaamde groepsreagens. Een van de groepsreagentia is bijvoorbeeld natriumchloride,

wat een soortgelijk effect produceert op Ag+, Pb2+, Hg2 2+ ionen. De werking van natriumchloride op oplosbare zouten die deze kationen bevatten, leidt tot de vorming van neerslagen die onoplosbaar zijn in zoutzuur:

Ag+ + Cl- = AgCl↓

Pb2 + Cl- = PbCl2 ↓

Hg2 2+ + 2Cl- = Hg2 Cl2 ↓

Alle andere ionen zullen, indien blootgesteld aan HCl, in oplossing gaan en de drie kationen Ag+, Pb2+ en Hg2 2+ zullen van de andere worden gescheiden met behulp van het groepsreagens NaCl. Het gebruik van groepsreagentia biedt veel gemak: een complex probleem wordt opgesplitst in een aantal eenvoudigere. Daarnaast,

als een groep ionen volledig afwezig is, zal het groepsreagens ervan geen enkel neerslag produceren met de geanalyseerde oplossing. In dit geval heeft het geen zin om reacties uit te voeren op individuele ionen van deze groep. Het resultaat is een aanzienlijke besparing in arbeid, tijd en reagentia.

Uit het bovenstaande volgt dat bij kwalitatieve analyse de basis voor de classificatie van ionen het verschil is in de oplosbaarheid van sommige van de verbindingen die ze vormen; De methode om de ene groep ionen van de andere te scheiden is gebaseerd op dit verschil. De belangrijkste classificatie van kationen werd geïntroduceerd door de uitstekende Russische chemicus N.A. Menshutkin (1871).

IN De classificatie van anionen is gebaseerd op de oplosbaarheid van bariumzouten

En zilver in de overeenkomstige zuren. Deze classificatie is niet strikt vastgesteld, aangezien verschillende auteurs anionen in verschillende aantallen groepen verdelen. Een van de meest gebruikelijke opties is om de onderzochte anionen in drie groepen te verdelen:

Anionen die bariumzouten vormen die onoplosbaar zijn in water;

Onderwerp 14. Fysische analysemethoden

Deze methoden zijn gebaseerd op het meten van het effect dat wordt veroorzaakt door de interactie van straling met materie - een stroom van quanta of deeltjes. Straling speelt ongeveer dezelfde rol als een reagens in chemische analysemethoden. Het fysieke effect dat wordt gemeten is een signaal. Als resultaat van meerdere of meerdere metingen van de signaalgrootte en hun statische verwerking wordt een analytisch signaal verkregen. Het houdt verband met de concentratie of massa van de componenten die worden bepaald.

Fysieke analysemethoden hebben een aantal voordelen:

– eenvoud van monstervoorbereiding (in de meeste gevallen) en kwalitatieve analyse van monsters;

– grotere veelzijdigheid vergeleken met chemische en fysisch-chemische methoden (inclusief de mogelijkheid om mengsels van meerdere componenten te analyseren);

– het vermogen om de belangrijkste onzuiverheids- en sporencomponenten te bepalen;

– vaak lage detectielimieten, zowel qua concentratie (tot 10-8% zonder gebruik van concentratie), en op gewichtsbasis (10-10 –10-20 g), waardoor u extreem kleine hoeveelheden monster kunt consumeren, en

soms niet-destructieve analyses uitvoeren.

Bovendien maken veel fysieke analysemethoden het mogelijk om zowel bulk- als lokale en laag-voor-laag-analyses uit te voeren met ruimtelijke resolutie tot op monatomisch niveau. Deze methoden zijn handig voor automatisering.

Laten we enkele van de fysieke analysemethoden in meer detail bekijken.

14.1. Spectrale analyse

Spectraalanalyse is een fysische methode om de chemische samenstelling en structuur van een stof uit zijn spectrum te bepalen. Spectrum is elektromagnetische straling geordend op golflengte. Wanneer een stof wordt opgewonden met een bepaalde energie, treden er veranderingen in op (excitatie van valentie of interne elektronen, rotatie of trilling van moleculen), die gepaard gaan met het verschijnen van lijnen of banden in zijn spectrum. Afhankelijk van de aard van excitatie en processen van interne interactie in een stof, worden ook methoden (principes) van spectrale analyse onderscheiden: atomaire emissie, absorptie, luminescentie, Raman-verstrooiing, radio- en röntgenspectroscopie, enz.

Elke spectraallijn wordt gekenmerkt door een golflengte of frequentie. Bij spectrale analyse wordt de golflengte van een lijn meestal uitgedrukt in nanometers (1 nm = 10-9 m) of micrometers (1 μm = 10-6 m). Er wordt echter ook een niet-systemische eenheid gebruikt: de Angström (1 Å = 0,1 nm = 10-10 m). De golflengte van een van de gele natriumlijnen zou bijvoorbeeld kunnen worden geschreven als: Na 5893 Å,

SECTIE 7. OVERZICHT VAN MODERNE METHODEN VOOR STOFANALYSE

Onderwerp 14. Fysische analysemethoden

of Na 589,3 nm, of Na 0,5893 µm. Lijnspectra zenden atomen of ionen uit die zich op zulke afstanden van elkaar bevinden dat hun emissie als onafhankelijk kan worden beschouwd. Gassen en metaaldampen hebben lijnspectra. Gebandeerde spectra ontstaan ​​door de emissie van geïoniseerde en niet-geïoniseerde moleculen bestaande uit twee of meer atomen, als deze moleculen zo ver van elkaar verwijderd zijn dat ze geen interactie hebben met aangrenzende moleculen. Vaste of continue spectra worden uitgezonden door gloeiende vloeistoffen of vaste stoffen. Onder bepaalde omstandigheden kunnen individuele atomen of moleculen deze ook uitstoten.

Gebandeerde spectra bestaan ​​uit dicht bij elkaar gelegen lijnen, die duidelijk worden waargenomen in spectra verkregen op instrumenten met grote spreiding. Voor analytische doeleinden worden vaak de ultraviolette, zichtbare en nabij-infrarode delen van het spectrum gebruikt. Het ultraviolette gebied van het spectrum wordt conventioneel verdeeld in vacuüm (10–185 nm), veraf (185–230 nm) en dichtbij (230–400 nm). Het zichtbare deel van het spectrum (400–750 nm), in tegenstelling tot andere delen van het spectrum, wordt door het menselijk oog waargenomen in de vorm van zeven primaire kleuren: violet (390–420 nm), blauw (424–455 nm), cyaan (455–494 nm), groen (494–565 nm), geel (565–595 nm), oranje (595–640 nm), rood (640–723 nm) en hun schakeringen. Achter het zichtbare rode deel van het spectrum bevindt zich het infrarode gebied van het spectrum, dat is verdeeld in dichtbij (0,75–25 µm) en veraf (> 25 µm).

Spectraalanalyse maakt het mogelijk om de elementaire, isotopische en moleculaire samenstelling van een stof en de structuur ervan vast te stellen.

Spectrale analyse van atomaire emissies is een analysemethode gebaseerd op emissiespectra die optreden wanneer een monster wordt verdampt en geëxciteerd in een boog, vonk of vlam. Opgewonden atomen en ionen bewegen spontaan, spontaan van de aangeslagen E k naar lagere energietoestandenЕi . Dit proces leidt tot de emissie van licht met een frequentie

v k ik = (E k – E i )/h

en het verschijnen van een spectraallijn.

Moderne foto-elektrische spectrale apparaten zoals kwantummeters zijn uitgerust met een minicomputer, die het mogelijk maakt om massale, uit meerdere elementen bestaande analyses uit te voeren van materialen met een standaardsamenstelling met een nauwkeurigheid die vaak niet onderdoet voor de nauwkeurigheid van de meeste chemische methoden.

Vlam fotometrie– een van de methoden voor spectrale analyse van atomaire emissies. Deze methode bestaat uit het overbrengen van het te analyseren monster in een oplossing, die vervolgens met behulp van een vernevelaar wordt omgezet in een aerosol en in een brandervlam wordt geleid. Het oplosmiddel verdampt en de elementen zenden, wanneer ze worden opgewonden, een spectrum uit. De geanalyseerde spectraallijn wordt geïsoleerd met behulp van een apparaat - een monochromator of een lichtfilter, en de intensiteit van de gloed wordt gemeten door een fotocel. De vlam steekt gunstig af bij elektrische lichtbronnen doordat de gasbrandstof en het oxidatiegas dat uit de cilinder komt een zeer stabiele, gelijkmatig brandende vlam produceren. Door de lage temperatuur in de vlam kunnen elementen met lage

SECTIE 7. OVERZICHT VAN MODERNE METHODEN VOOR STOFANALYSE

Onderwerp 14. Fysische analysemethoden

excitatiepotentialen: voornamelijk alkalische elementen, voor de bepaling waarvan er vrijwel geen snelle chemische methoden zijn, evenals aardalkali- en andere elementen. In totaal worden met deze methode meer dan 70 elementen bepaald. Het gebruik van een inductie hoogfrequente ontlading en een plasmatoortsboogtoorts maakt het mogelijk elementen met een hoog ionisatiepotentieel te bepalen, evenals elementen die hittebestendige oxiden vormen, voor de excitatie waarvan de vlam weinig nut heeft.

Atoomabsorptieanalyse (AAA) is een van de meeste

uitgebreide methoden van analytische chemie. De voorbereidende voorbereiding van het geanalyseerde monster is vergelijkbaar met deze handeling bij vlamfotometrie: het monster in oplossing brengen, spuiten en aërosolen in de vlam brengen. Het oplosmiddel verdampt, de zouten ontleden en de metalen gaan in een damptoestand, waarin ze straling kunnen absorberen met de golflengte die ze zelf bij hogere temperaturen zouden kunnen uitzenden. Een lichtstraal van een holle-kathodelamp, die een boogspectrum van het te bepalen element uitzendt, wordt door de vlam naar de spleet van de spectrometer geleid, met behulp waarvan de analytische spectraallijn wordt geïsoleerd en de mate van absorptie van zijn intensiteit door de dampen van het te bepalen element wordt gemeten.

Moderne atoomabsorptiespectrometers zijn uitgerust met minicomputers en digitale printapparatuur. Meerkanaalsapparaten zoals kwantummeters maken maximaal 600 bepalingen per uur mogelijk.

Het gebruik van elektrothermische verstuivers in plaats van vlammen in combinatie met chemische concentratiemethoden maakt het mogelijk om de detectielimiet van elementen met verschillende ordes van grootte te verlagen.

Atomair fluorescerend de analyse ligt dicht bij atomaire absorptieanalyse. Met deze methode worden niet alleen de taken van atomaire absorptieanalyse opgelost, maar kunt u ook individuele atomen in een gasvormige omgeving bepalen. Door atomaire fluorescentie op te wekken met een laserstraal is het bijvoorbeeld mogelijk om natrium in de bovenste lagen van de atmosfeer op afstand te bepalen.

100 km van de aarde.

14.2. Methoden gebaseerd op de interactie van stoffen

met magnetisch veld

Korte introductie tot magnetisme. In een magnetisch systeem (macro of microscopisch) zijn er altijd twee magnetische ladingen met een verschillend teken, maar gelijk in absolute waarde, gescheiden door een bepaalde afstand. Een dergelijk magnetisch systeem is een magnetische dipool en heeft, wanneer het in een extern magnetisch veld met intensiteit H wordt geplaatst, de neiging zichzelf evenwijdig aan de krachtlijnen van het aangelegde veld te positioneren. De kracht die een vrije dipool in een magnetisch veld oriënteert, kan hem naar een gebied met een sterker veld trekken of eruit duwen, afhankelijk van het feit of de richtingen van de vector die het dipoolmoment karakteriseert en de veldgradiënt dH/dx samenvallen of niet. . In tegenstelling tot elektrische ladingen zijn individuele magnetische ladingen niet gedetecteerd. Elementair

SECTIE 7. OVERZICHT VAN MODERNE METHODEN VOOR STOFANALYSE

Onderwerp 14. Fysische analysemethoden

De dragers van magnetische eigenschappen zijn magnetische dipolen, waarvan het model een stroomlus kan zijn. In dit geval is het resulterende magnetische moment μ rechtevenredig met de stroomsterkte en het lusoppervlak.

Laten we een lichaam beschouwen dat bestaat uit atomen en moleculen met magnetische momenten μi. Als de afmetingen van het lichaam klein genoeg zijn en we kunnen aannemen dat binnen zijn grenzen de veldgradiënt dH/dx niet verandert, dan zal de totale kracht F die erop inwerkt gelijk zijn aan

F = ∑ ik μi dH = M dH , 1 dx dx

dat wil zeggen, kan worden uitgedrukt door het magnetische moment of de magnetisatie van het hele lichaam M. In reële omstandigheden zijn de vectoren μi, als gevolg van de thermische bewegingen van moleculen en de anisotropie van de kristalstructuur, niet noodzakelijkerwijs langs het veld H georiënteerd. Daarom zijn de waarde van de vector M kan vele malen kleiner zijn dan de rekenkundige som μi en afhankelijk van de temperatuur T, en de richting ervan valt mogelijk niet samen met de richting H.

Om een ​​specifieke stof te karakteriseren werd het concept van specifieke magnetisatie σ = M/t (t is lichaamsmassa) geïntroduceerd, dat de specifieke kenmerken van de interactie met een extern veld volledig weerspiegelt. In veel gevallen is het echter handig om het concept van specifieke magnetische susceptibiliteit χ te gebruiken, wat een evenredigheidscoëfficiënt is in de relatie σ = χН, die niet afhankelijk is van de grootte van het lichaam of de veldsterkte, maar wordt bepaald alleen door de fundamentele eigenschappen van de stof en, in sommige gevallen, de temperatuur. Specifieke gevoeligheid wordt soms aangeduid met χ g. Voor magnetische susceptibiliteit per atoom, mol en volume-eenheid worden de aanduidingen χА, χМ en χV gebruikt. Als een lichaam in een medium met magnetische gevoeligheid χ0 wordt geplaatst, wordt er een kracht op uitgeoefend

F = (χ − χ 0 )mH dH dx.

De magnetische dipolen waaruit het monster bestaat, creëren hun eigen magnetische velden. Daarom bestaat het effectieve veld binnen het monster uit het externe veld H en het veld van dipolen, en een dergelijke verandering in het veld vergeleken met vacuüm kan worden beschreven door de vergelijking:

B = H + 4πI,

waarbij B de magnetische veldinductievector in het monster is; I is de magnetisatie per volume-eenheid van de stof.

In een isotroop medium zijn alle drie de vectoren collineair, dus we kunnen de scalair introduceren

μ = Н В =1 + 4 πχ,

SECTIE 7. OVERZICHT VAN MODERNE METHODEN VOOR STOFANALYSE

Onderwerp 14. Fysische analysemethoden

relatieve magnetische permeabiliteit genoemd. Zoals je kunt zien, zijn μ en χ dimensieloos. Voor de meeste stoffen μ ≈ 1, |χ|<< 1 и приближение В ≈ Н выполняется с высокой точностью.

Het is bekend dat elk systeem kan worden gekarakteriseerd door zijn reactie op externe invloeden. Als we een stof in gecondenseerde toestand beschouwen als een systeem van ladingen en stromen, dan kan deze ook worden gekenmerkt door een responsfunctie. In dit geval zijn we vooral geïnteresseerd in de reactie van zo’n systeem op een magnetisch veld. Hier zal de output magnetisatie zijn en de responsfunctie magnetische gevoeligheid. Meestal worden veranderingen in de magnetische gevoeligheid gebruikt om de belangrijkste processen die in een systeem plaatsvinden te beoordelen, en vervolgens wordt het systeem geanalyseerd, rekening houdend met de geïdentificeerde processen. Om een ​​dergelijk programma te implementeren, is het noodzakelijk om te weten welke processen mogelijk zijn in het systeem, hoe deze de gevoeligheid beïnvloeden en wat de waarschijnlijkheid is van een bepaalde toestand van het systeem dat wordt bestudeerd. Dergelijke informatie is vervat in de distributiefunctie van het systeem, die wordt bepaald door de totale energie of Hamiltoniaan, die rekening houdt met alle soorten interacties in het kwantumsysteem.

Allereerst moet aandacht worden besteed aan de interacties die essentieel zijn bij de manifestatie van magnetisme. Bovendien is het noodzakelijk om rekening te houden met de eigenaardigheden van het gedrag van de systemen in kwestie in magnetische velden, waarvan de sterkte constant is of in de loop van de tijd verandert. In dit geval wordt de magnetische gevoeligheid van stoffen bepaald door de uitdrukking

χ = χ" + χ"",

waarbij χ" - gevoeligheid - reactie op de werking van een veldconstante in de tijd; χ"" - dynamische magnetische gevoeligheid - reactie op de werking van een wisselveld.

Er kan worden aangenomen dat het systeem in een constant veld in thermisch evenwicht verkeert, en dat het vinden van de verdelingsfunctie dan wordt beperkt tot het oplossen van de Bloch-vergelijkingen. In het geval van een afhankelijkheid van de veldsterkte van de tijd, is het voor het berekenen van de verdelingsfunctie noodzakelijk om de overeenkomstige Boltzmann-vergelijkingen te introduceren. De beschouwde processen vormen de basis van methoden die in de chemie worden gebruikt om informatie te verkrijgen over de structuur en reactiviteit van stoffen: methoden voor statische magnetische susceptibiliteit, elektronenparamagnetische resonantie, nucleaire magnetische resonantie, enz.

Statische magnetische susceptibiliteitsmethode. De haalbaarheid van het gebruik van een experimentele onderzoeksmethode met een magnetisch veld hangt in belangrijke mate af van het gedrag van de stof in een magnetisch veld. Op basis van hun magnetische eigenschappen zijn alle lichamen onderverdeeld in diamagnetisch, paramagnetisch, ferromagnetisch, antiferromagnetisch en ferrimagnetisch. De diamagnetische gevoeligheid van een atoom is evenredig met het aantal elektronen en de som van de kwadraten van de stralen van de orbitalen van de elektronen, genomen met het tegengestelde teken, in overeenstemming met de wet van Lenz, volgens welke wanneer de magnetische flux verandert in

SECTIE 7. OVERZICHT VAN MODERNE METHODEN VOOR STOFANALYSE

Onderwerp 14. Fysische analysemethoden

In het ladingssysteem ontstaan ​​stromen, waarvan de richting wordt bepaald door de noodzaak om veranderingen in de stroom te compenseren.

De moleculaire gevoeligheid van een chemische verbinding kan worden uitgedrukt als

χМ = ∑ N ik χi + λ,

waarbij Ni het aantal atomen is van het i-de element in het molecuul van de verbinding; χi – atomaire gevoeligheid van een bepaald element; λ is een correctiefactor die afhankelijk is van de aard van de chemische binding tussen atomen.

Voor zouten nemen

χ mol = χ kat + χ an.

Voor mengsels en oplossingen is de specifieke magnetische gevoeligheid de som van de magnetische gevoeligheid van alle componenten, rekening houdend met hun aandeel in de samenstelling van het monster.

Laten we een substantie bekijken die wordt gekenmerkt door veel niet-interagerende magnetische momenten. Bij afwezigheid van een extern magnetisch veld, onder invloed van thermische beweging, zijn de magnetische momenten volledig verstoord en is de magnetisatie nul. In een extern magnetisch veld worden de magnetische momenten geordend, wat leidt tot magnetisatie in de richting van het veld en het terugtrekken van het lichaam als gevolg van interactie in het gebied van het sterke veld. Dit fenomeen wordt paramagnetisme genoemd. Vanwege de concurrerende invloed van thermische beweging bij T ≠ 0 is de ordening nooit compleet en is de mate van ordening evenredig met H. Typisch is voor paramagnetische materialen de magnetische susceptibiliteit de som van de dia- en paramagnetische bijdragen:

χ = χpaar + χdia .

Om typische gevoeligheidswaarden te schatten, gebruiken we het feit dat het effectieve magnetische moment, gedefinieerd als

μ eff = 8χ М Т, want een gewone paramagneet is niet afhankelijk van T en is gelijk aan 1 ÷ 6

Bohr-magnetoneenheden; vandaar χm ≈ (0,2 ÷ 1,0) 10-2 cm3 /mol bij T ≈ 300 K. Bij de interpretatie van de verkregen resultaten moet rekening worden gehouden met een aantal effecten (bijvoorbeeld de bijdrage van het orbitale momentum, enz.).

Alleen een volledige analyse van interacties in elk specifiek geval kan deze aan het licht brengen. Naast elektronische schelpen met hun eigen magnetische

De meeste kernen die een oneven aantal protonen (1 H, 15 N, 19 F, 3I P, 11 B, 79 Br) of neutronen (13 C, 127 I) bevatten, hebben ook momenten, maar het effect

hun interactie met het externe veld is te klein - de magnetische gevoeligheid van de kernen ligt in de orde van 10-10 cm3/mol.

Er zijn veel manieren om de magnetische gevoeligheid te meten,

SECTIE 7. OVERZICHT VAN MODERNE METHODEN VOOR STOFANALYSE

Onderwerp 14. Fysische analysemethoden

gebaseerd op het feit dat een monster met massa m met specifieke gevoeligheid χg, geplaatst in een niet-uniform veld, waarvan de gradiënt een richting loodrecht op de richting van het veld heeft (richtingen aangegeven door respectievelijk Z en X), wordt beïnvloed door een kracht

Fz = Hx dH dZ x χ g m,

die met behulp van een weegschaal kan worden gemeten.

De meest gebruikte methode is de Faraday-methode, waarbij gebruik wordt gemaakt van een magneet waarvan de polen zorgvuldig zijn bewerkt om een ​​groot gebied met constante H x (dHx/dZ) te creëren. Monsters van kleine omvang in vergelijking met dit gebied worden in een zone met bekende waarden van H x (dHx/dZ) geplaatst (bepaald door het systeem te kalibreren tegen een standaard monster, meestal Pt) en de kracht die erop inwerkt, wordt gemeten. De operationele gevoeligheid van de weegschaal is 5 mcg.

Het toepassingsgebied van verschillende modificaties van de beschreven methode is zeer breed: complexvorming, kinetiek, katalyse, structurele studies, analyse van de samenstelling van systemen met meerdere componenten, enz. Dit wordt bepaald door het installatiegemak, de nauwkeurigheid van metingen en snelheid waarmee resultaten worden verkregen en waardoor de methode gemakkelijk kan worden geïmplementeerd in automatiseringssystemen voor procescontrole. Ondanks het wijdverbreide gebruik en de eenvoud van de beschreven wijzigingen van de methode, moet worden gewezen op een aantal beperkingen van de informatiemogelijkheden ervan. Allereerst moet de concentratie van de te bepalen component voldoende betrouwbaar zijn voor registratie. De nauwkeurigheid bij het bestuderen van het gedrag van diamagnetische stoffen moet zijn<< 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% nieuw onderdeel. Bovendien moet de snelheid van de bestudeerde transformaties klein zijn, omdat de meettijd, zelfs bij automatische registratie, minimaal enkele seconden bedraagt. Vanwege kleine verschillen in de magnetische gevoeligheid van individuele reactieproducten maakt de methode vaak de identificatie en bepaling ervan niet mogelijk.

Elektronen paramagnetische resonantie (EPR) methode. Wanneer je binnenkomt

Wanneer een paramagnetische substantie in een wisselend magnetisch veld met een frequentie υ wordt geplaatst, worden spreiding van de magnetische permeabiliteit (dat wil zeggen de afhankelijkheid van de magnetische permeabiliteit van de frequentie υ) en absorptie van externe veldenergie waargenomen. In dit geval is de absorptie van resonante aard. Typische omstandigheden voor een dergelijk experiment zijn als volgt: een monster van een paramagnetische stof wordt in een constant magnetisch veld H geplaatst, in een rechte hoek waarop een wisselend magnetisch veld met frequentie v wordt ingeschakeld, en de complexe magnetische susceptibiliteit χ = ​​χ " + iχ" wordt gemeten. Het reële deel χ" wordt hoogfrequente of dynamische gevoeligheid genoemd, en het denkbeeldige deel iχ"" karakteriseert

SECTIE 7. OVERZICHT VAN MODERNE METHODEN VOOR STOFANALYSE

Onderwerp 14. Fysische analysemethoden

absorptiecoëfficiënt.

U kunt resonantieomstandigheden vinden en ESR-spectra verkrijgen door de stralingsfrequentie of magnetische veldsterkte te veranderen. In de meeste gevallen beschikken onderzoekers over installaties met een constante frequentie, waarin ze zich, door het veld te veranderen, aanpassen aan de frequentie van de zender. Paramagnetische resonantie is een reeks verschijnselen die verband houden met kwantumovergangen die optreden tussen energieniveaus van macroscopische systemen onder invloed van een wisselend magnetisch veld met een resonantiefrequentie.

De EPR-methode wordt gebruikt om informatie te verkrijgen over de processen van oxidatiereductie en complexvorming, en om de elektronische en geometrische structuur van verbindingen te bepalen wanneer de waargenomen paramagnetische deeltjes het directe studieobject zijn. Om informatie te verkrijgen kan gebruik worden gemaakt van de breedte, lijnvorm, aantal lijnen in het spectrum, g-factorwaarde, aantal componenten en STS- en DSTS-constanten, signaalintensiteit of oppervlakte.

De soorten deeltjes die verantwoordelijk zijn voor signalen in EPR-spectra zijn de volgende: elektron (gesolvateerd, gevangen, in metalen); radicalen (anorganisch, organisch); ionen; radicale ionen; complexen.

Belangrijk voor de analytische aspecten van de chemie van coördinatieverbindingen is de manifestatie van EPR in complexen van de volgende paramagnetische ionen: in de groep van 3d-elementen - TiIII, VII, CrIII, CrV, CuII, MnII, FeIII; in groep

4d-elementen - ZrIII, PdI, PdIII, RhII, NbIV, MoV; in de groep van 5d-elementen - ReVI, WV, AuIII, RuIII; in de groep van zeldzame aardelementen en transuranics - GdIII, CeIII, EuIII.

14.3. Vibratiespectroscopie

De energie van trillingsovergangen in moleculen is vergelijkbaar met de energie van stralingskwanta in het infraroodgebied. Het infraroodspectrum (IR) en het Ramanspectrum (RS) van moleculen van chemische verbindingen behoren tot de belangrijke kenmerken van stoffen. Omdat de spectra echter van verschillende aard zijn, is de intensiteit van de manifestatie van dezelfde trillingen daarin verschillend.

IR-spectroscopie. Beschouw een molecuul dat N-atomen bevat; De positie van elk atoom kan worden bepaald door drie coördinaten op te geven (bijvoorbeeld x, y en z in een rechthoekig coördinatensysteem). Het totale aantal van dergelijke coördinaatwaarden zal 3N zijn en aangezien elke coördinaat onafhankelijk van de andere kan worden gespecificeerd, kan worden aangenomen dat het molecuul 3N vrijheidsgraden heeft. Nadat we alle 3N-coördinaten hebben gespecificeerd, zullen we het molecuul volledig beschrijven: de lengtes van de bindingen, de hoeken daartussen, evenals de locatie en oriëntatie in de ruimte.

SECTIE 7. OVERZICHT VAN MODERNE METHODEN VOOR STOFANALYSE

Onderwerp 14. Fysische analysemethoden

Afb. 14.1. Symmetrie en drie hoofdtypen trillingen van het watermolecuul.

De beweging van het zuurstofatoom kan worden verwaarloosd, omdat het zich nabij het zwaartepunt van het molecuul bevindt:

a – symmetrische rektrilling υ1 (parallel); b – vervorming symmetrische trilling υ2 (parallel); c – uitrekkende antisymmetrische trilling υ3 (loodrecht)

Om de vrije beweging van een molecuul in de driedimensionale ruimte te beschrijven zonder de configuratie ervan te veranderen, is het noodzakelijk om de drie coördinaten van de positie van zijn zwaartepunt te kennen. Elke rotatie van een niet-lineair molecuul kan worden weergegeven als de som van rotaties rond drie onderling loodrechte assen. Hiermee rekening houdend, zijn de interne trillingen de enige overgebleven onafhankelijke bewegingsvorm van een molecuul. Het aantal fundamentele trillingen van een lineair molecuul zal 3N–5 zijn (rekening houdend met de rotatie rond de bindingsas), niet-lineair – 3N – 6. In beide gevallen heeft het molecuul (niet-cyclisch) N–1 bindingen tussen atomen en N–1-trillingen zijn gericht langs de bindingen - ze zijn valentie, en de resterende 2N–5 (of 2N–4) veranderen de hoeken tussen de bindingen - het zijn vervormingsvibraties. In afb. Figuur 14.1 toont alle mogelijke soorten trillingen van een watermolecuul.

Om een ​​oscillatie in het infraroodgebied te laten verschijnen, is een verandering in het dipoolmoment nodig bij oscillatie langs de symmetrieas of loodrecht daarop, dat wil zeggen dat elke verandering in de waarde of richting van de dipool leidt tot het verschijnen van een oscillerende dipool, die energie kan absorberen; interactie met de elektrische component van infraroodstraling. Omdat de meeste moleculen zich bij kamertemperatuur op het trillingsniveau υ0 bevinden (Fig. 14.2), zouden de meeste overgangen moeten plaatsvinden van de toestand υ0 naar υ1. De symmetrische trillingen van het H2O-molecuul worden aangeduid met υ1 voor de hoogste frequentie (3651,7 cm-1) en υ2 voor de volgende (1595,0 cm-1), de antisymmetrische trilling met een frequentie van 3755,8 cm-1 wordt aangeduid met υ3.

SECTIE 7. OVERZICHT VAN MODERNE METHODEN VOOR STOFANALYSE

Onderwerp 14. Fysische analysemethoden

Internucleaire afstand

Rijst. 14.2. Oscillerende toestanden van een harmonische oscillator

Bij het opdelen van trillingen in symmetrisch en antisymmetrisch moet worden benadrukt dat een symmetrische rektrilling het dipoolmoment niet verandert en daarom niet in het infrarode gebied van het spectrum voorkomt. Bijgevolg zou het uitrekken van een homonucleair molecuul niet moeten leiden tot absorptie in het IR-gebied. Het beschreven vereenvoudigde beeld van oscillaties kan alleen worden gerealiseerd als twee aannames waar zijn: 1) elke oscillatie is puur harmonisch; 2) alle trillingen zijn volledig onafhankelijk en hebben geen invloed op elkaar.

Voor feitelijk trillende moleculen is het bewegingsbeeld erg complex; niet elk atoom beweegt precies langs een van de paden die in figuur 14.1 worden getoond; hun beweging is een superpositie van alle mogelijke trillingen in figuur 14.2. Een dergelijke superpositie kan echter in componenten worden ontleed als het molecuul bijvoorbeeld stroboscopisch wordt waargenomen, waardoor het gepulseerd wordt verlicht met frequenties die op hun beurt samenvallen met de frequenties van elk van de hoofdtrillingen. Dit is de essentie van infraroodspectroscopie, alleen de rol van verlichting wordt gespeeld door de frequentie van de geabsorbeerde straling, en de observatie wordt gemaakt van veranderingen in het dipoolmoment.

Een complex molecuul heeft een groot aantal trillingen, waarvan er vele in het IR-spectrum kunnen voorkomen. Bij elke dergelijke trilling is het merendeel van de atomen van het bewegende molecuul betrokken, maar in sommige gevallen worden de atomen over ongeveer dezelfde afstanden verplaatst, en in andere gevallen worden sommige kleine groepen atomen meer verplaatst dan andere. Op basis van dit kenmerk kunnen trillingen in twee klassen worden verdeeld: skelettrillingen en trillingen van karakteristieke groepen.

De frequenties van skelettrillingen van organische moleculen liggen gewoonlijk in het gebied van 1400–700 cm-1, en het is vaak moeilijk om individuele frequenties toe te wijzen aan welke van de trillingen dan ook die mogelijk zijn voor een molecuul, hoewel de combinatie van banden vrij ondubbelzinnig aangeeft dat ze behoren tot een bepaalde moleculaire structuur. In dergelijke gevallen worden de banden vingerafdrukken van het molecuul in het spectrum genoemd.

De trillingsfrequenties van karakteristieke groepen zijn weinig afhankelijk van de structuur van het molecuul als geheel en bevinden zich in gebieden die elkaar doorgaans niet overlappen.

SECTIE 7. OVERZICHT VAN MODERNE METHODEN VOOR STOFANALYSE

Onderwerp 14. Fysische analysemethoden

geassocieerd met het gebied van skelettrillingen, en kan worden gebruikt voor analytische doeleinden.

Met behulp van IR-spectroscopie kunnen de volgende problemen worden opgelost.

1. Bepaling van de materiaalsamenstelling van syntheseproducten in verschillende fasetoestanden.

2. Studie van fase-structurele veranderingen in producten, terwijl bepaalde technologische indicatoren binnen een bepaald bereik worden gehouden.

3. Beoordeling van de evenwichtstoestand, de snelheid van het proces.

4. Evaluatie van de indicatoren van het technologische schema als geheel bij het variëren van de procesomstandigheden.

5. Studie van de functionaliteit en het verbruik van actieve componenten.

Kwantitatieve metingen zijn, net als bij andere vormen van absorptiespectroscopie, gebaseerd op de wet van Bouguer.

De analytische mogelijkheden van IR-spectroscopie kunnen worden aangetoond

rovat, wijzend op enkele: praktische resultaten.

Met behulp van de karakteristieke absorptiebanden bij 780 en 800 cm-1, die binnen het transparantiegebied van het filtermateriaal en kolenstof vallen, en de bijbehorende kalibratiegrafieken, is het mogelijk het kwartsgehalte (minder dan 10 μg) in kolenstof te bepalen gedurende een bepaalde tijd op de controlefilters afgezet. Soortgelijke resultaten kunnen worden verkregen bij het bepalen van asbest in de lucht.

14.4. Röntgenfluorescentieanalysemethode

De röntgenspectrale methode is gebaseerd op de analyse van de aard en intensiteit van röntgenstraling. Er zijn twee varianten van de methode.

1. Eigenlijk röntgenspectrale analyse. Bij deze methode wordt het monster als antikathode in een röntgenbuis geplaatst. De verwarmde kathode zendt een stroom elektronen uit die de anti-kathode bombarderen. De energie van deze elektronen hangt af van de temperatuur van de kathode, de spanning die op de elektroden wordt aangelegd en andere factoren. Onder invloed van elektronenenergie in de antikathode van de buis wordt röntgenstraling geëxciteerd, waarvan de golflengte afhangt van het materiaal van de antikathode, en de intensiteit van de straling afhangt van de hoeveelheid van dit element in het monster .

Met behulp van speciale apparaten is het mogelijk een elektronenbundel te focusseren op een zeer klein oppervlak van het doel: de antikathode. Dit maakt het mogelijk om de kwalitatieve en kwantitatieve samenstelling in het lokale gebied van het bestudeerde materiaal te bepalen. Deze microsondemethode wordt bijvoorbeeld gebruikt als het nodig is om de aard van de kleinste insluitsels in mineralen of op het oppervlak van metaalkorrels enz. te bepalen.

Een ander type methode, namelijk röntgenfluorescentieanalyse, is wijdverbreider geworden.

2. Röntgenfluorescentieanalyse. Bij deze methode wordt het monster blootgesteld aan primaire röntgenstraling uit de buis. Als gevolg van de

SECTIE 7. OVERZICHT VAN MODERNE METHODEN VOOR STOFANALYSE

Onderwerp 14. Fysische analysemethoden

geeft de secundaire röntgenstraling van een monster aan, waarvan de aard afhangt van de kwalitatieve en kwantitatieve samenstelling van het monster.

Voor hoogwaardige röntgenfluorescentieanalyse is het belangrijk dat de energie van polychromatische straling (straling van verschillende golflengten) van de röntgenbuis gelijk is aan of groter is dan de energie die nodig is om de K-elektronen uit te schakelen van de elementen die het geanalyseerde monster vormen. In dit geval bevat het spectrum van secundaire röntgenstraling karakteristieke röntgenlijnen. Overtollige energie uit de primaire straling van de buis (meer dan nodig is om elektronen te verwijderen) wordt vrijgegeven als foto-elektronenkinetische energie.

Voor kwantitatieve röntgenfluorescentieanalyse is het belangrijk om de intensiteit van de karakteristieke emissielijnen te meten.

Een schematisch diagram van de installatie voor röntgenfluorescentieanalyse wordt getoond in Fig. 14.3. De primaire straling van de röntgenbuis treft monster 2, waarbij de karakteristieke secundaire röntgenstraling van de atomen van de elementen waaruit het monster bestaat, wordt aangeslagen. Röntgenstralen met een grote verscheidenheid aan golflengten, gereflecteerd door het oppervlak van het monster, gaan door collimator 3 - een systeem van parallelle molybdeenplaten die zijn ontworpen om parallelle stralen door te laten die zich in slechts één richting voortbewegen. Uiteenlopende stralen uit andere richtingen worden geabsorbeerd door het binnenoppervlak van de buizen. De stralen afkomstig van het monster worden ontleed in een spectrum, dat wil zeggen, ze worden verdeeld over golflengten door middel van een analysatorkristal 4. De reflectiehoek van de stralen 0 vanuit het kristal is gelijk aan de invalshoek; Echter

Rijst. 14.3. Schematisch diagram van de installatie voor röntgenfluorescentieanalyse

1 – Röntgenbuis; 2 – monster; 3, 5 – collimatoren; 4 – kristal; 6 – ontvanger; 7 – blokfluit

Onder deze hoek worden alleen stralen gereflecteerd met een golflengte die gerelateerd is aan θ door de Bragg-vergelijking:

waarbij d de afstand is tussen de vlakken van de atomen van het kristalanalysatorrooster.

SECTIE 7. OVERZICHT VAN MODERNE METHODEN VOOR STOFANALYSE

Onderwerp 14. Fysische analysemethoden

Door deze laatste te draaien, kun je de hoek θ en daarmee de golflengte van de gereflecteerde stralen veranderen.

Als kristallen worden verschillende stoffen gebruikt.

Met behulp van de Bragg-vergelijking is het eenvoudig te berekenen dat als u bijvoorbeeld een lithiumfluoridekristal (2d = 0,4026 nm) gebruikt en de hoek θ verandert door het kristal te draaien in het bereik van 10° tot 80°, de golflengten van de gereflecteerde stralen zal in het bereik van 0,068 – 0,394 nm liggen. In overeenstemming hiermee kunnen elementen met atoomnummers van 19 tot 42, d.w.z. van kalium tot molybdeen (Kα = 0,0709 nm), aan de hand van de lijnen worden geïdentificeerd en gekwantificeerd. Met een kristal van ethyleendiamineditartraat kunnen elementen met lagere atoomnummers, zoals aluminium (13), worden bepaald, en met kaliumhydroftalaat ook magnesium, natrium, etc. Elementen met atoomnummers vanaf 13 en hoger kunnen het meest betrouwbaar worden bepaald.

Monochromatische stralen die door het analysatorkristal worden gereflecteerd, passeren de collimator en worden geregistreerd door de ontvanger, die synchroon met het analysatorkristal roteert met tweemaal de snelheid. Als ontvangers worden geigertellers, proportionele of scintillatietellers gebruikt. Deze laatste bestaat uit kristalfosfor – kaliumjodide geactiveerd door thallium – dat röntgenstralen omzet in zichtbare straling. Het licht wordt op zijn beurt omgezet in elektrische impulsen, die vervolgens worden versterkt en opgenomen door een opnameapparaat - een recorder. Op de papieren tape van de recorder worden curven getekend, waarvan de hoogte de stralingsintensiteit karakteriseert, en de positie ten opzichte van de abscis-as - de golflengten - maakt het mogelijk om de kwalitatieve samenstelling van het monster te identificeren.

Momenteel bestaan ​​er volledig geautomatiseerde apparaten voor röntgenfluorescentieanalyse, die, in combinatie met een computer die statistisch verwerkte resultaten produceert, de analyse snel en vrij nauwkeurig maken.

De röntgenfluorescentiemethode maakt het mogelijk om monsters te analyseren die individuele elementen bevatten (vanaf een element met atoommassa 13) van tienduizendsten van een procent tot tientallen procenten. Net als andere fysische methoden is deze methode relatief, dat wil zeggen dat de analyse wordt uitgevoerd met behulp van standaarden met een bekende chemische samenstelling. U kunt monsters van verschillende aggregatietoestanden analyseren: vast, vloeibaar en gasvormig. Bij het analyseren van vaste materialen worden ze tot tabletten verwerkt, die vervolgens worden blootgesteld aan straling van een röntgenbuis.

Enig nadeel van de methode is de vereiste van volledige homogeniteit van de oppervlakken van de referentie- en geanalyseerde tabletten, wat vaak met grote moeite wordt bereikt.

SECTIE 7. OVERZICHT VAN MODERNE METHODEN VOOR STOFANALYSE

Onderwerp 14. Fysische analysemethoden

14.5. Radioactivatieanalysemethode

Radioactivatieanalyse is een fysieke analysemethode die is ontstaan ​​en ontwikkeld na de ontdekking van atoomenergie en de creatie van atoomreactoren. Het is gebaseerd op het meten van de radioactieve emissie van elementen. Radioactiviteitsanalyse was al eerder bekend. Door de natuurlijke radioactiviteit van uraniumertsen te meten, werd dus het uraniumgehalte daarin bepaald. Er is een soortgelijke methode bekend voor het bepalen van kalium uit de radioactieve isotoop van dit element. Activeringsanalyse verschilt van deze methoden doordat deze de intensiteit meet van de straling van radio-isotopen van elementen die zijn gevormd als gevolg van het bombarderen van het geanalyseerde monster met een stroom elementaire deeltjes. Bij een dergelijk bombardement vinden kernreacties plaats en worden radioactieve isotopen gevormd van de elementen waaruit het geanalyseerde monster bestaat

Tabel 14.1

Detectiegrenzen van elementen door analyse van thermische neutronenactivatie

Elementen	Gewicht – 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

De activeringsmethode van analyse wordt gekenmerkt door een lage detectielimiet, tabel. 14.1, en dit is het belangrijkste voordeel ervan vergeleken met andere analysemethoden.

Uit de tabel blijkt dat voor meer dan 50 elementen de detectiegrens onder de 10-9 g ligt.

De halfwaardetijden en emissie-energieën van de resulterende radioactieve isotopen zijn verschillend voor individuele elementen, en daarom kan een significante specificiteit van de bepaling worden bereikt. In één monster van het geanalyseerde materiaal kan een groot aantal onzuiverheidselementen worden bepaald. Ten slotte is het voordeel van de methode dat er geen kwantitatieve identificatie van sporen van elementen nodig is. Door het gebruik van standaarden kunt u het juiste resultaat verkrijgen, zelfs als een deel van het te bepalen element verloren gaat.

De nadelen van de methode zijn onder meer de noodzaak om complexe en dure apparatuur te gebruiken; Bovendien moeten de analyse-uitvoerders worden beschermd tegen radioactieve straling.

SECTIE 7. OVERZICHT VAN MODERNE METHODEN VOOR STOFANALYSE

Onderwerp 14. Fysische analysemethoden

Bij activeringsanalyse kan een verscheidenheid aan elementaire deeltjes worden gebruikt om een ​​monster te bestralen: neutronen, protonen, α-deeltjes en γ-straling. Neutronenbestraling wordt het meest gebruikt. Dit gedeelte van de activeringsanalyse wordt neutronenanalyse genoemd. Meestal wordt een flux van langzame thermische neutronen gebruikt.

Kernreactoren, waarin een gecontroleerde kettingreactie van splijting van uraniumkernen plaatsvindt, kunnen dienen als bronnen van neutronen. Er zijn neutronengeneratoren bekend, waarbij de reactie van deuterium met tritium, evenals andere apparaten, worden gebruikt om neutronen te produceren.

Radioactieve isotopen van elementen gevormd als gevolg van bestraling van een monster met een neutronenflux ondergaan radioactief verval. De belangrijkste soorten van dergelijk verval zijn de volgende.

1. α-verval is kenmerkend voor de zwaarste elementen. Als gevolg van dit verval neemt de kernlading met twee eenheden af ​​en de massa met vier eenheden.

2. β-verval, waarbij het massagetal van het element behouden blijft, maar de lading van de kern met één verandert: naar boven wanneer de kern elektronen uitzendt en naar beneden wanneer positronen worden uitgezonden. De straling heeft een continu energiespectrum.

Na α- of β-verval bevindt de resulterende kern zich vaak in een aangeslagen toestand. De overgang van dergelijke kernen van de aangeslagen toestand naar de grondtoestand gaat doorgaans gepaard met γ-straling. De emissie van kernen is discreet van aard met een zeer smalle lijnbreedte. Dergelijke straling kan in principe dienen voor de eenduidige identificatie van radio-isotopen.

14.6. Selectie van schema en analysemethode

Om een ​​schema en analysemethode te selecteren, is het noodzakelijk om de kwantitatieve en semi-kwantitatieve samenstelling van de analyt te kennen. De analist moet weten waar hij mee te maken heeft, want afhankelijk van de samenstelling van de analyt wordt de analysemethode gekozen. Voordat de analyse wordt uitgevoerd, is het noodzakelijk een analyseschema op te stellen, waaruit duidelijk zal worden welke methoden kunnen worden gebruikt om de analyt in oplossing te brengen, welke methoden moeten worden gebruikt om de te bepalen componenten te scheiden en in welke mate de analyse wordt uitgevoerd. aanwezige componenten interfereren met de scheiding, in hoeverre het mogelijk is om de interfererende werking van de aanwezige stoffen tijdens de bepaling van bepaalde componenten te voorkomen. Bij het analyseren van silicaten, gesteenten, mineralen en vaak ertsen is het in de regel noodzakelijk om bijna alle componenten te bepalen, hoewel in sommige gevallen een beperktere taak kan worden gesteld. Bij het bestuderen van een ertsafzetting is het bijvoorbeeld niet nodig om een ​​volledige analyse van alle monsters uit te voeren. Om dit te doen, volstaat het om een ​​volledige analyse van een bepaald aantal monsters uit te voeren, maar tijdens de analyse de belangrijkste ertscomponent te bepalen (bijvoorbeeld ijzer of mangaan).

SECTIE 7. OVERZICHT VAN MODERNE METHODEN VOOR STOFANALYSE

Onderwerp 14. Fysische analysemethoden

ijzer- of mangaanerts) is verplicht voor een groot aantal monsters. Het verloop van een volledige analyse is doorgaans anders dan dat van een analyse waarbij één of meer componenten worden geïdentificeerd. Bij het analyseren van metalen komt het zeer zelden voor dat de analist het gehalte aan de hoofdcomponent moet bepalen; meestal is het nodig om het gehalte aan onzuiverheden te bepalen. Deze laatste hebben een grote invloed op de kwaliteit van het metaal. Bij het analyseren van staalsoorten wordt het ijzergehalte dus zeer zelden bepaald, maar om de staalsoort te bepalen wordt altijd het gehalte aan koolstof, zwavel, fosfor, silicium, mangaan, legeringselementen en enkele andere componenten bepaald die de kwaliteit van het staal bepalen. Dit geldt vaak voor de analyse van stoffen met een hoge zuiverheid. De aanpak voor het bepalen van onzuiverheden bij het analyseren van staal en hoogzuivere metalen moet echter anders zijn.

Methoden voor het overbrengen van een monster in oplossing of methoden voor het ontleden van een monster zijn volledig afhankelijk van de samenstelling van de analyt. Over het algemeen kan worden opgemerkt dat bij het analyseren van silicaten, gesteenten en mineralen in de regel alkalische fusie wordt uitgevoerd om monsters te ontleden, minder vaak

– sinteren met calciumcarbonaat, zure ontleding in een mengsel van zuren. Bij het analyseren van metalen en legeringen wordt meestal zure ontleding uitgevoerd; soms worden andere methoden voor monsterontleding gebruikt. Bij het analyseren van aluminium wordt het monster bijvoorbeeld opgelost in een alkalische oplossing. Er kunnen andere methoden worden voorgesteld om het monster in oplossing te brengen. Als voorbeeld van het kiezen van een analyseschema presenteren we een silicaatanalyseschema.

	Silicaatanalyseschema
Silicaat (gewicht)
Fusie met KNaCO3
Wateruitloging en verdamping met HCl
SiO2	NH4OH-neerslag
		Neerslag
	Ca2C2O4	(NH4) 2 SECTIE 7. OVERZICHT VAN MODERNE METHODEN VOOR STOFANALYSE Onderwerp 14. Fysische analysemethoden Afhankelijk van de inhoud van de verschillende componenten in het schema moet echter de invloed van deze componenten en hun gedrag tijdens het analyseproces volgens een dergelijk schema worden weergegeven. Als er dus boor, fluor en mangaan in het silicaat aanwezig zijn, kan dit schema niet zonder wijziging worden aanvaard, omdat de volgende afwijkingen kunnen optreden: 1) tijdens verdamping met zoutzuur zullen verliezen aan silicium en boor merkbaar zijn; 2) boor zal gedeeltelijk samen met kiezelzuur neerslaan en vervolgens verdampen wanneer het kiezelzuurneerslag wordt behandeld met fluorwaterstofzuur; 3) een deel van het fluor kan in oplossing blijven en zal de precipitatie van aluminium en ijzer onder invloed van een waterige ammoniakoplossing voorkomen; 4) een deel van het boor zal samen met sesquihydroxiden neerslaan; 5) zonder toevoeging van een oxidatiemiddel slaat niet al het mangaan samen met sesquihydroxiden neer tijdens precipitatie met een waterige oplossing van ammoniak, maar slaat het gedeeltelijk neer in de vorm van oxalaat samen met calciumoxalaat; 6) Wanneer magnesium wordt neergeslagen met fosfaat, zal ook mangaanfosfaat neerslaan. Het gepresenteerde analyseschema kan dus niet altijd worden toegepast, en alleen als de kwalitatieve en geschatte kwantitatieve samenstelling bekend is, is het mogelijk een analyseschema op te stellen waarbij rekening wordt gehouden met de invloed van alle aanwezige componenten in het geanalyseerde monster. De keuze voor de bepalingsmethode is mede afhankelijk van het gehalte aan de te bepalen component en van de aanwezigheid van andere stoffen. Bij het bepalen van tienden koolstof in metalen in de aanwezigheid van duizendsten en zelfs enkele honderdsten van een procent zwavel kan de bepaling dus worden uitgevoerd zonder rekening te houden met zwavel. Als het zwavelgehalte hoger is dan 0,04%, moet rekening worden gehouden met de invloed van zwavel en deze worden geëlimineerd. Testvragen en oefeningen 1. Waar zijn de fysieke analysemethoden op gebaseerd? 2. Wat is het voordeel van fysische analysemethoden ten opzichte van chemische en door fysische en chemische methoden? 3. Wat is de aard van het analytische signaal bij spectrale analyse? 4. Welke analytische problemen kunnen worden opgelost met behulp van spectrale analysemethoden? 5. Hoe worden lichamen geclassificeerd op basis van hun magnetische eigenschappen? 6. Wat is specifieke magnetisatie? 7. Waarop is de statische magnetische susceptibiliteitsmethode gebaseerd? 8. Wat is paramagnetische resolax? 9. Voor welke doeleinden kan de EPR-methode worden gebruikt? 10. Wat is de essentie van de methode IR-spectroscopie? 11. Welk soort oscillaties in Kan het IR-spectrum van complexe moleculen worden gebruikt voor analytische doeleinden? 12. Waar zijn kwantitatieve metingen op gebaseerd? IR-spectroscopie? 13. Wat is de microsondemethode bij röntgenspectrale analyse? SECTIE 7. OVERZICHT VAN MODERNE METHODEN VOOR STOFANALYSE Onderwerp 14. Fysische analysemethoden 14. Wat is de aard van het analytische signaal bij röntgenfluorescentieanalyse? 15. Hoe wordt een kwalitatieve analyse van een monster uitgevoerd met behulp van de röntgenfluorescentieanalysemethode? 16. Wat is het verschil tussen activeringsanalyse en andere radioactiviteitsmethoden? 17. Wat is het belangrijkste voordeel van de activeringsmethode? 18. Wat is neutronenanalyse? 19. Hoe wordt voorlopige informatie over de monstersamenstelling gebruikt voordat een methode en analyseontwerp wordt geselecteerd? 20. Waarom moet u een monsteranalyseplan maken?

Alle bestaande methoden van analytische chemie kunnen worden onderverdeeld in methoden voor bemonstering, monsterontleding, scheiding van componenten, detectie (identificatie) en bepaling.

Bijna alle methoden zijn gebaseerd op de relatie tussen de samenstelling van een stof en zijn eigenschappen. Om een ​​component of de hoeveelheid ervan te detecteren, moet u meten analytisch signaal.

Analytisch signaal is het gemiddelde van de metingen van de fysieke grootheid in de laatste fase van de analyse. Het analytische signaal is functioneel gerelateerd aan de inhoud van de te bepalen component. Dit kan de stroomsterkte, EMF van het systeem, optische dichtheid, stralingsintensiteit, etc. zijn.

Als het nodig is om een ​​component te detecteren, wordt meestal het uiterlijk van een analytisch signaal geregistreerd: het uiterlijk van een neerslag, kleur, lijn in het spectrum, enz. Het verschijnen van een analytisch signaal moet op betrouwbare wijze worden geregistreerd. Bij een bepaalde hoeveelheid van een component wordt de grootte van het analytische signaal gemeten: sedimentmassa, stroomsterkte, intensiteit van spectrumlijnen, etc. Vervolgens wordt de inhoud van de component berekend met behulp van de functionele relatie analytisch signaal - inhoud: y=f(c), die door berekening of experiment wordt vastgesteld en kan worden gepresenteerd in de vorm van een formule, tabel of grafiek.

In de analytische chemie wordt onderscheid gemaakt tussen chemische, fysische en fysisch-chemische analysemethoden.

Bij chemische analysemethoden wordt het te bepalen element of ion omgezet in een verbinding die een of andere karakteristieke eigenschap heeft, op basis waarvan kan worden vastgesteld dat deze specifieke verbinding is gevormd.

Chemische methoden analyses hebben een specifieke reikwijdte. Ook voldoet de snelheid van het uitvoeren van analyses met behulp van chemische methoden niet altijd aan de behoeften van de productie, waarbij het erg belangrijk is om tijdig analyses te verkrijgen, terwijl het nog steeds mogelijk is om het technologische proces te reguleren. Daarom worden, naast chemische, ook fysische en fysisch-chemische analysemethoden steeds wijdverspreider.

Fysieke methoden analyses zijn gebaseerd op de meting van sommige

een systeemparameter die een functie is van de samenstelling, bijvoorbeeld emissie-absorptiespectra, elektrische of thermische geleidbaarheid, potentiaal van de elektrode ondergedompeld in een oplossing, diëlektrische constante, brekingsindex, magnetische kernresonantie, enz.

Fysieke analysemethoden maken het mogelijk om vragen op te lossen die niet kunnen worden opgelost met methoden van chemische analyse.

Voor de analyse van stoffen worden op grote schaal fysisch-chemische analysemethoden gebruikt, gebaseerd op chemische reacties, waarvan het optreden gepaard gaat met een verandering in de fysische eigenschappen van het geanalyseerde systeem, bijvoorbeeld de kleur, kleurintensiteit, transparantie, thermische en elektrische geleidbaarheid, enz.

Fysisch-chemische analysemethoden Ze onderscheiden zich door een hoge gevoeligheid en snelheid van uitvoering, maken het mogelijk om chemisch-analytische bepalingen te automatiseren en zijn onmisbaar bij het analyseren van kleine hoeveelheden stoffen.

Opgemerkt moet worden dat het niet altijd mogelijk is om een ​​strikte grens te trekken tussen fysische en fysisch-chemische analysemethoden. Soms worden ze gecombineerd onder de algemene naam ‘instrumentele’ methoden, omdat Om bepaalde metingen uit te voeren zijn instrumenten nodig waarmee men nauwkeurig de waarden kan meten van bepaalde parameters die bepaalde eigenschappen van een stof kenmerken.