Njia yoyote ya uchambuzi hutumia ishara maalum ya uchambuzi, ambayo, chini ya hali fulani, hutolewa na vitu maalum vya msingi (atomi, molekuli, ioni) ambazo huunda vitu vilivyo chini ya utafiti.

Ishara ya uchambuzi hutoa habari ya asili ya ubora na kiasi. Kwa mfano, ikiwa athari za mvua zinatumiwa kwa uchanganuzi, habari ya ubora hupatikana kutokana na kuonekana au kutokuwepo kwa mvua. Taarifa za kiasi zinapatikana kutoka kwa wingi wa sediment. Wakati dutu hutoa mwanga chini ya hali fulani, habari ya ubora hupatikana kutokana na kuonekana kwa ishara (utoaji wa mwanga) kwa urefu wa wimbi unaofanana na rangi ya tabia, na habari ya kiasi hupatikana kutoka kwa ukubwa wa mionzi ya mwanga.

Kulingana na asili ya ishara ya uchanganuzi, mbinu za kemia za uchanganuzi zinaweza kugawanywa katika kemikali, kimwili na physicochemical.

KATIKA mbinu za kemikali kutekeleza mmenyuko wa kemikali na kupima ama wingi wa bidhaa inayotokana - njia za gravimetric (uzito), au kiasi cha reagent iliyotumiwa kuingiliana na dutu - njia za titrimetric, gesi-volumetric (volumetric).

Uchambuzi wa kiasi cha gesi (uchambuzi wa kiasi cha gesi) unategemea ngozi ya kuchagua ya vipengele vya mchanganyiko wa gesi katika vyombo vilivyojaa absorber moja au nyingine, ikifuatiwa na kipimo cha kupungua kwa kiasi cha gesi kwa kutumia burette. Kwa hivyo, kaboni dioksidi inafyonzwa na suluhisho la hidroksidi ya potasiamu, oksijeni na suluhisho la pyrogallol, na monoxide ya kaboni na suluhisho la amonia la kloridi ya shaba. Volumemetry ya gesi inahusu njia za haraka za uchambuzi. Inatumika sana kwa uamuzi wa carbonates katika madini na madini.

Njia za kemikali za uchambuzi hutumiwa sana kwa uchambuzi wa ores, miamba, madini na vifaa vingine ili kuamua vipengele ndani yao na yaliyomo kutoka kwa kumi hadi makumi kadhaa ya asilimia. Mbinu za kemikali za uchambuzi zina sifa ya usahihi wa juu (kosa la uchambuzi kawaida ni sehemu ya kumi ya asilimia). Hata hivyo, njia hizi ni hatua kwa hatua kubadilishwa na mbinu za haraka zaidi za physicochemical na kimwili za uchambuzi.

Mbinu za kimwili uchambuzi ni msingi wa kipimo cha mali yoyote ya kimwili ya dutu, ambayo ni kazi ya utungaji. Kwa mfano, refractometry inategemea kupima fahirisi za refractive za mwanga. Katika uchambuzi wa uanzishaji, shughuli za isotopu, nk hupimwa. Mara nyingi, uchambuzi unahusisha mmenyuko wa kemikali kwanza, na mkusanyiko wa bidhaa inayotokana imedhamiriwa na mali ya kimwili, kwa mfano, ukubwa wa ngozi ya mionzi ya mwanga na rangi. bidhaa ya majibu. Njia kama hizo za uchambuzi huitwa physicochemical.

Mbinu za kimwili za uchambuzi zina sifa ya uzalishaji wa juu, mipaka ya chini ya kutambua vipengele, usawa wa matokeo ya uchambuzi, na kiwango cha juu cha automatisering. Mbinu za kimwili za uchambuzi hutumiwa katika uchambuzi wa miamba na madini. Kwa mfano, njia ya utoaji wa atomiki hutumiwa kuamua tungsten katika granites na shales, antimoni, bati na risasi katika miamba na phosphates; njia ya kunyonya atomiki - magnesiamu na silicon katika silicates; X-ray fluorescence - vanadium katika ilmenite, magnesite, alumina; spectrometric ya molekuli - manganese katika regolith ya mwezi; uanzishaji wa neutron - chuma, zinki, antimoni, fedha, cobalt, seleniamu na scandium katika mafuta; kwa njia ya dilution ya isotopu - cobalt katika miamba ya silicate.

Mbinu za kimwili na physicochemical wakati mwingine huitwa ala, kwa kuwa njia hizi zinahitaji matumizi ya vyombo (vifaa) maalum ilichukuliwa kwa ajili ya kutekeleza hatua kuu za uchambuzi na kurekodi matokeo yake.

Mbinu za physico-kemikali uchambuzi unaweza kujumuisha mabadiliko ya kemikali ya kichanganuzi, kufutwa kwa sampuli, mkusanyiko wa sehemu iliyochambuliwa, ufichaji wa dutu zinazoingilia, na wengine. Tofauti na mbinu za kemikali za uchanganuzi za “kiustadi”, ambapo mawimbi ya uchanganuzi ni wingi wa dutu au kiasi chake, mbinu za kifizikia za uchanganuzi hutumia nguvu ya mionzi, nguvu ya sasa, upitishaji umeme, na tofauti inayoweza kutokea kama ishara ya uchanganuzi.

Ya umuhimu mkubwa wa vitendo ni mbinu kulingana na utafiti wa utoaji na ngozi ya mionzi ya umeme katika mikoa mbalimbali ya wigo. Hizi ni pamoja na spectroscopy (kwa mfano, uchambuzi wa luminescent, uchambuzi wa spectral, nephelometry na turbidimetry, na wengine). Mbinu muhimu za kifizikia za uchambuzi ni pamoja na mbinu za kielektroniki zinazotumia kipimo cha sifa za umeme za dutu (coulometry, potentiometry, n.k.), pamoja na chromatography (kwa mfano, chromatography ya gesi, chromatography ya kioevu, chromatography ya kubadilishana ioni, kromatografia ya safu nyembamba). . Mbinu kulingana na kupima viwango vya athari za kemikali (mbinu za kinetic za uchambuzi), athari za joto za athari (titration ya thermometric), pamoja na mgawanyiko wa ioni katika uwanja wa magnetic (mass spectrometry) zinatengenezwa kwa mafanikio.

Kusudi kuu la kemia ya uchambuzi- kuhakikisha, kulingana na kazi iliyopo, usahihi, unyeti wa juu, kasi na (au) uteuzi wa uchambuzi. Njia zinatengenezwa ambazo hufanya iwezekane kuchambua vijidudu (angalia uchanganuzi wa Kemikali), kufanya uchambuzi wa ndani (kwa uhakika, juu ya uso, n.k.), uchambuzi bila kuharibu sampuli (tazama Uchambuzi usio na uharibifu), kwa umbali kutoka kwake (uchambuzi wa mbali), uchambuzi wa kuendelea (kwa mfano, katika mtiririko), na pia kuanzisha kwa namna ya kiwanja gani cha kemikali na katika awamu gani sehemu inayoamuliwa ipo katika sampuli (uchambuzi wa awamu). Mwelekeo muhimu katika maendeleo ya kemia ya uchambuzi ni automatisering ya uchambuzi, hasa katika udhibiti wa michakato ya teknolojia, na hisabati, hasa matumizi makubwa ya kompyuta.

Muundo. Maeneo matatu makuu ya kemia ya uchambuzi yanaweza kutofautishwa: misingi ya jumla ya kinadharia; maendeleo ya mbinu za uchambuzi; kemia ya uchambuzi wa vitu vya mtu binafsi. Kulingana na madhumuni ya uchanganuzi, tofauti hufanywa kati ya uchanganuzi wa ubora na uchanganuzi wa kiasi.Kazi ya kwanza ni kugundua na kubaini vipengee vya sampuli iliyochanganuliwa, ya pili ni kuamua viwango au wingi wao. Kulingana na vipengele vipi vinahitaji kugunduliwa au kuamuliwa, kuna uchanganuzi wa isotopiki, uchanganuzi wa kimsingi, uchanganuzi wa muundo wa kikundi (pamoja na uchanganuzi wa kiutendaji), uchanganuzi wa molekuli, na uchanganuzi wa awamu. Kulingana na asili ya kitu kilichochambuliwa, uchambuzi wa vitu vya isokaboni na kikaboni hutofautishwa.

Katika kinadharia Katika misingi ya kemia ya uchambuzi, metrology ya uchambuzi wa kemikali, ikiwa ni pamoja na usindikaji wa takwimu wa matokeo, inachukua nafasi kubwa. Nadharia ya kemia ya uchanganuzi pia inajumuisha uchunguzi wa uteuzi na utayarishaji wa sampuli za uchanganuzi. kuhusu kuandaa mpango wa uchanganuzi na kuchagua mbinu, kanuni na njia za kufanya uchanganuzi kiotomatiki, matumizi ya kompyuta, na pia misingi ya uchumi wa kitaifa. matumizi ya matokeo ya kemikali. uchambuzi. Upekee wa kemia ya uchambuzi ni utafiti wa sio jumla, lakini mtu binafsi, mali maalum na sifa za vitu, ambayo inahakikisha kuchagua kwa wengi. njia za uchambuzi. Shukrani kwa uhusiano wa karibu na mafanikio ya fizikia, hisabati, biolojia na kadhalika. nyanja za teknolojia (hii hasa inahusu mbinu za uchambuzi), kemia ya uchanganuzi imegeuzwa kuwa taaluma katika makutano ya sayansi.

Katika kemia ya uchanganuzi, kuna njia za kujitenga, uamuzi (kugundua) na zile za mseto, kuchanganya njia za vikundi viwili vya kwanza. Njia za uamuzi zimegawanywa katika njia za kemikali za uchambuzi (uchambuzi wa gravimetric, titrimetry), mbinu za uchambuzi wa kimwili na kemikali (kwa mfano, electrochemical, photometric, kinetic), mbinu za kimwili za uchambuzi (spectral, nyuklia kimwili na wengine) na mbinu za kibaolojia za uchambuzi. . Wakati mwingine mbinu za uamuzi zinagawanywa katika kemikali, kulingana na athari za kemikali, kimwili, kulingana na matukio ya kimwili, na kibaiolojia, kwa kutumia majibu ya viumbe kwa mabadiliko katika mazingira.

Kemia ya uchanganuzi inafafanua mbinu ya jumla ya uteuzi wa njia na mbinu za uchambuzi. Njia za kulinganisha mbinu, masharti ya kubadilishana na mchanganyiko wao, kanuni na njia za uchambuzi wa otomatiki zinatengenezwa. Kwa madhumuni ya vitendo kwa kutumia uchambuzi, inahitajika kukuza maoni juu ya matokeo yake kama kiashiria cha ubora wa bidhaa, fundisho la udhibiti wa teknolojia. michakato, kuunda njia za gharama nafuu. Muhimu mkubwa kwa wachambuzi wanaofanya kazi katika sekta mbalimbali za uchumi wa taifa ni kuunganishwa na kusawazisha mbinu. Nadharia inatengenezwa ili kuongeza kiwango cha habari kinachohitajika ili kutatua tatizo la uchanganuzi.

Mbinu za uchambuzi. Kulingana na wingi au kiasi cha sampuli iliyochambuliwa, njia za utengano na uamuzi wakati mwingine hugawanywa katika mbinu za macro-, micro- na ultra-micro.

Mgawanyo wa mchanganyiko kwa kawaida hutumiwa katika hali ambapo uamuzi wa moja kwa moja au mbinu za kugundua hazitoi matokeo sahihi kutokana na ushawishi wa kuingilia kati wa vipengele vingine vya sampuli. Hasa muhimu ni kinachojulikana ukolezi wa jamaa - mgawanyiko wa kiasi kidogo cha vipengele vya uchambuzi kutoka kwa kiasi kikubwa zaidi cha vipengele vikuu vya sampuli. Mgawanyiko wa mchanganyiko unaweza kutegemea tofauti za thermodynamic, au usawa, sifa za vipengele (vigezo vya kubadilishana ion, vidhibiti vya utulivu wa complexes) au vigezo vya kinetic. Njia kuu zinazotumiwa kutenganisha ni chromatography, uchimbaji, mvua, kunereka, pamoja na njia za kielektroniki kama vile uwekaji umeme.

Njia za physico-kemikali za uchambuzi, zinatokana na utegemezi wa sifa za kimaumbile za dutu kwenye asili yake, na ishara ya uchanganuzi ni thamani ya mali halisi, kiutendaji inayohusiana na mkusanyiko au wingi wa sehemu inayoamuliwa. Mbinu za kifizikia za uchanganuzi zinaweza kujumuisha mabadiliko ya kemikali ya kiwanja kinachochambuliwa, kufutwa kwa sampuli, mkusanyiko wa sehemu iliyochambuliwa, ufichaji wa dutu zinazoingilia, na wengine. Tofauti na mbinu za uchanganuzi za kemikali za "classical", ambapo ishara ya uchanganuzi ni wingi wa dutu au kiasi chake, mbinu za kifizikia za uchambuzi hutumia kiwango cha mionzi, nguvu ya sasa, upitishaji wa umeme, tofauti inayoweza kutokea, n.k. kama ishara ya uchambuzi.

Ya umuhimu mkubwa wa vitendo ni mbinu kulingana na utafiti wa utoaji na ngozi ya mionzi ya umeme katika mikoa mbalimbali ya wigo. Hizi ni pamoja na spectroscopy (kwa mfano, uchambuzi wa luminescent, uchambuzi wa spectral, nephelometry na turbidimetry, na wengine). Mbinu muhimu za physicochemical za uchambuzi ni pamoja na mbinu za electrochemical zinazotumia kipimo cha sifa za umeme za dutu.

T.N.ORKINA

UCHAMBUZI WA KIKEMIKALI NA KIMWILI-KEMIKALI

Mafunzo

Orkina T. N. Kemia. Uchambuzi wa kemikali na physicochemical. Kitabu cha maandishi / St. Petersburg: Nyumba ya Uchapishaji ya Chuo Kikuu cha Polytechnic, 2012. - 45 p.

Mwongozo unaonyesha malengo na malengo ya kemia ya kisasa ya uchambuzi - kemikali, physicochemical na mbinu za kimwili za uchambuzi.

Mbinu za kufanya uchambuzi wa ubora na kiasi zinaelezwa kwa undani. Maelezo ya kazi ya maabara juu ya uchambuzi wa ubora wa ufumbuzi na aloi za chuma hutolewa, pamoja na mahesabu na mbinu za kufanya uchambuzi wa titrimetric (volumetric). Misingi ya kimwili

uchambuzi wa kemikali - ujenzi wa michoro ya awamu, uchambuzi wa joto wa aloi za chuma na ujenzi wa michoro za fusibility.

Mwongozo huo unaambatana na kiwango cha elimu cha taaluma za "Kemia" na "Kemia Isiyo hai" na imekusudiwa wanafunzi wa taasisi za elimu ya juu wanaosoma katika maeneo na taaluma mbali mbali katika uwanja wa uhandisi na teknolojia katika uwanja wa

"Sayansi ya Nyenzo", "Metallurgy" na wengine. Mwongozo unaweza kuwa muhimu kwa wanafunzi wanaosoma katika utaalam wowote wa kiufundi ndani ya taaluma "Kemia".

UTANGULIZI

Kemia ya uchambuzi ni tawi la kemia ambalo husoma mali na michakato ya mabadiliko ya dutu ili kuanzisha muundo wao wa kemikali. Kuanzisha utungaji wa kemikali wa vitu (kitambulisho cha kemikali) ni jibu la swali la vipengele au misombo yao na kwa uwiano gani wa kiasi uliomo katika sampuli iliyochambuliwa. Kemia ya uchanganuzi inakuza misingi ya kinadharia ya uchambuzi wa kemikali wa dutu na nyenzo, hukuza njia za kutambua, kugundua, kutenganisha na kuamua vipengele vya kemikali na misombo yao, pamoja na mbinu za kuanzisha muundo wa dutu. Ugunduzi au, kama wanasema, ugunduzi wa vitu au ioni zinazounda dutu inayochunguzwa hujumuisha mada. uchambuzi wa ubora. Kuamua viwango au wingi wa dutu za kemikali zinazounda vitu vilivyochanganuliwa ni kazi. uchambuzi wa kiasi. Uchambuzi wa ubora kwa kawaida hutangulia uchanganuzi wa kiasi, kwa kuwa kufanya uchanganuzi wa kiasi ni muhimu kujua utungo wa ubora wa sampuli inayochambuliwa. Wakati muundo wa kitu kinachosomwa unajulikana mapema, uchambuzi wa ubora unafanywa kama inahitajika.

1. MBINU ZA ​​KEMISTRI YA UCHAMBUZI

Ili kugundua sehemu, kinachojulikana ishara ya uchambuzi kawaida hutumiwa. A ishara ya lytic- haya ni mabadiliko yanayoonekana katika kitu cha kujifunza yenyewe (malezi ya sediment, mabadiliko ya rangi, nk) au mabadiliko katika vigezo vya vyombo vya kupimia.

(kupotoka kwa sindano ya chombo, mabadiliko katika usomaji wa dijiti, kuonekana kwa mstari kwenye wigo, nk). Ili kupata ishara ya uchambuzi, athari za kemikali za aina tofauti hutumiwa (kubadilishana kwa ion, ugumu, redox), michakato mbalimbali (kwa mfano;

mvua, mageuzi ya gesi), pamoja na mali mbalimbali za kemikali, kimwili na kibaiolojia ya dutu zenyewe na bidhaa za athari zao. Ndiyo maana

Kemia ya uchambuzi ina mbinu mbalimbali za kutatua matatizo yake.

Mbinu za kemikali (uchambuzi wa kemikali) zinatokana na mmenyuko wa kemikali kati ya sampuli inayochunguzwa na vitendanishi vilivyochaguliwa mahususi. Katika mbinu za kemikali, ishara ya uchambuzi inayotokana na mmenyuko wa kemikali inazingatiwa hasa kwa kuibua.

Physico-kemikali njia za uchambuzi zinatokana na utafiti wa kiasi cha utegemezi utungaji - mali ya kimwili kitu. Ishara ya uchambuzi ni uwezo wa umeme, nguvu ya sasa,

upinzani, nk, au parameter nyingine yoyote (joto la mabadiliko ya awamu, ugumu, wiani, viscosity, shinikizo la mvuke iliyojaa, nk) inayohusishwa na uhusiano fulani wa kazi na utungaji na mkusanyiko wa kitu cha utafiti. Mbinu za utafiti wa kifizikia kawaida huhitaji matumizi ya vifaa nyeti sana. Faida za njia hizi ni usawa wao,

uwezekano wa otomatiki na kasi ya kupata matokeo. Mfano wa njia ya physicochemical ya uchambuzi ni uamuzi wa potentiometric wa pH ya suluhisho kwa kutumia vyombo vya kupimia - potentiometers. Njia hii inaruhusu si tu kupima, lakini pia kufuatilia kuendelea mabadiliko katika pH wakati michakato yoyote hutokea katika ufumbuzi.

KATIKA mbinu za kimwili za uchambuzi ishara ya uchambuzi ni kawaida

hupokelewa na kurekodiwa kwa kutumia vifaa maalum. Mbinu za kimaumbile kimsingi ni pamoja na mbinu za uchanganuzi za macho, kwa kuzingatia uwezo wa atomi na molekuli kutoa, kunyonya na kutawanya mionzi ya sumakuumeme.

Kwa kurekodi utoaji, kunyonya au kutawanyika kwa mawimbi ya sumakuumeme na sampuli iliyochambuliwa, seti ya ishara hupatikana;

sifa ya muundo wake wa ubora na kiasi.

Hakuna mpaka mkali kati ya njia zote tatu, kwa hivyo mgawanyiko huu ni wa kiholela. Kwa mfano, katika mbinu za kemikali sampuli inakabiliwa kwanza na reagent fulani, i.e. kutekeleza mmenyuko fulani wa kemikali, na tu baada ya kuwa mali ya kimwili inazingatiwa na kupimwa. Wakati wa kuchambua kwa njia za kimwili, uchunguzi na kipimo hufanywa moja kwa moja kwenye nyenzo zinazochambuliwa kwa kutumia vifaa maalum, na athari za kemikali, ikiwa zinafanyika, zina jukumu la kusaidia. Kwa mujibu wa hili, katika

mbinu za kemikali za uchambuzi zinazingatia utekelezaji sahihi wa mmenyuko wa kemikali, wakati katika mbinu za physicochemical na kimwili msisitizo kuu ni juu ya vifaa vya kipimo sahihi - uamuzi wa mali ya kimwili.

2. Ainisho LA KIKEMIKALI NA KIMWILI

NJIA ZA KIKEMIKALI

Mbinu za uchambuzi wa kemikali na fizikia zimeainishwa kulingana na wingi na kiasi cha sampuli zilizochambuliwa. Kulingana na kiasi cha dutu au mchanganyiko wa dutu (sampuli) zinazotumiwa kwa uchambuzi, uchambuzi wa jumla, nusu-micro-, submicro- na ultramicroanalysis hujulikana. Jedwali la 1 linaonyesha safu za wingi na ujazo wa sampuli za suluhu zinazopendekezwa na Kitengo cha IUPAC cha Kemia ya Uchanganuzi (kifupi kutoka kwa ufupisho wa Kiingereza wa Muungano wa Kimataifa wa Kemia Safi na Inayotumika).

		Jedwali 1
Aina ya uchambuzi	Uzito wa sampuli, g
		suluhisho, ml
Uchambuzi wa makro		10-103
Nusu microanalysis		10-1 – 10
Uchambuzi mdogo		10-2 – 1
Uchambuzi mdogo	10-4 – 10-3	chini ya 10-2
Ultramicroanalysis	chini ya 10-4	chini ya 10-3

Kulingana na aina ya kazi iliyopo, aina zifuatazo za uchambuzi zinajulikana.

1 . Uchambuzi wa kimsingi- kuanzisha uwepo na maudhui ya vipengele vya mtu binafsi katika dutu fulani, i.e. kutafuta muundo wake wa kimsingi.

2. Uchambuzi wa awamu - kuanzisha uwepo na maudhui ya awamu ya mtu binafsi ya nyenzo zinazojifunza. Kwa mfano, kaboni katika chuma inaweza kuwa katika mfumo wa grafiti au kwa namna ya carbides ya chuma. Kazi ya uchambuzi wa awamu ni kupata kiasi gani cha kaboni kilichomo katika mfumo wa grafiti na ni kiasi gani katika mfumo wa carbides.

3. Uchambuzi wa molekuli (uchambuzi wa nyenzo) - kuanzisha uwepo na maudhui ya molekuli ya vitu mbalimbali (misombo) katika nyenzo.

Kwa mfano, kiasi cha CO, CO2, N2, O2 na gesi nyingine katika anga imedhamiriwa.

4 . Uchambuzi wa kiutendaji - kuanzisha uwepo na maudhui ya vikundi vya kazi katika molekuli za misombo ya kikaboni, kwa mfano vikundi vya amino (-NH2), nitro (-NO2), hidroksili (-OH) na vikundi vingine.

Kulingana na asili ya nyenzo zilizochambuliwa, kuna

uchambuzi wa vitu isokaboni na kikaboni. Mgawanyo wa uchambuzi wa vitu vya kikaboni katika sehemu tofauti ya kemia ya uchambuzi unahusishwa na sifa za vitu vya kikaboni. Hata hatua ya kwanza ya uchambuzi - kuhamisha sampuli kwenye suluhisho - hutofautiana sana kwa vitu vya kikaboni na isokaboni.

Hatua kuu za uchambuzi wowote wa kemikali wa tata

nyenzo ni hatua zifuatazo.

1. Sampuli kwa uchambuzi. Muundo wa wastani wa sampuli lazima ulingane na muundo wa wastani wa kundi zima la nyenzo zilizochambuliwa.

2. Kuoza sampuli na kuihamisha kuwa suluhisho. Sampuli hupasuka katika maji au asidi, iliyounganishwa na vitu mbalimbali, au njia nyingine au ushawishi wa kemikali hutumiwa.

	Kufanya majibu ya kemikali:							P, ambapo X -
sehemu ya sampuli; R - reagent; P ni bidhaa ya majibu.
	Kurekebisha		kipimo	parameter yoyote ya kimwili
mmenyuko bidhaa, reagent au analyte.
Hebu tuzingatie			kwa undani			kemikali		uchambuzi -

uchambuzi wa ubora na kiasi.

3. UCHAMBUZI WA UBORA

Kazi ya uchambuzi wa ubora ni kutambua vipengele na kuamua utungaji wa ubora wa dutu au mchanganyiko wa dutu. Ugunduzi au, kama wanasema, ugunduzi wa vipengele au ions katika utungaji wa dutu iliyo chini ya utafiti unafanywa kwa kuwabadilisha kuwa kiwanja ambacho kina sifa fulani za tabia, yaani, kuonekana kwa ishara ya uchambuzi ni kumbukumbu. Mabadiliko ya kemikali yanayotokea huitwa athari za uchambuzi. Dutu ambayo ugunduzi unafanywa - reagent au reagent.

Kuna mbinu tofauti za uchanganuzi wa ubora zinazohitaji matumizi ya kiasi tofauti cha dutu ya majaribio kwa mujibu wa Jedwali 1. Kwa mfano: katika njia ya macroanalytical kuchukua kuhusu 1 g ya dutu (0.5 g kwa metali na aloi) na kufuta katika 20-30 ml ya maji.

Majibu hufanyika katika mirija ya majaribio (uchambuzi wa bomba). Katika kesi ya microanalysis, vitu huchukuliwa takriban mara 100 chini ikilinganishwa na macroanalysis (milligrams ya suala imara na kumi kadhaa ya mililita ya ufumbuzi). Athari nyeti sana hutumiwa kufungua sehemu za kibinafsi ili kutambua uwepo wa kiasi kidogo cha kipengele au ioni. Majibu hufanywa ama kwa njia ya microcrystalline au kushuka. Athari za Microcrystalline iliyofanywa kwenye slide ya kioo na uwepo wa kipengele huhukumiwa na sura ya fuwele zinazosababisha, ambazo zinachunguzwa chini ya darubini. Athari za matone, ikifuatana na mabadiliko ya rangi ya suluhisho na uundaji wa mvua za rangi, hufanyika kwenye ukanda wa karatasi ya chujio, kwa kutumia ufumbuzi wa mtihani na vitendanishi hupungua kwa kushuka juu yake. Wakati mwingine athari za kushuka hufanywa kwenye "sahani ya kushuka" maalum - sahani ya porcelaini iliyo na indentations, na pia kwenye glasi ya saa au kwenye crucible ndogo ya porcelaini. Uchanganuzi wa nusu ndogo (njia ndogo)

inachukua nafasi ya kati kati ya uchambuzi wa jumla na mdogo.

Kiasi cha dutu inayohitajika kusoma muundo ni takriban mara 20-25 chini ya wakati wa kufanya uchambuzi wa jumla - karibu 50 mg ya dutu ngumu na 1 ml ya suluhisho. Njia hii inabakia mfumo wa macroanalysis na ugunduzi wa ions, lakini majibu yote yanafanywa kwa kiasi kidogo cha dutu, kwa kutumia mbinu maalum na vifaa. Kwa mfano, majibu hufanyika katika zilizopo ndogo za mtihani wa 1-2 ml, ambayo ufumbuzi huletwa kwa kutumia pipettes. Sedimentation inafanywa tu na centrifugation. Uchambuzi mdogo na uchanganuzi wa hali ya juu hufanyika kwa kutumia mbinu maalum kwa kutumia darubini za viwango tofauti vya ukuzaji, darubini za elektroni na vifaa vingine. Kuzingatia kwao ni zaidi ya upeo wa mwongozo huu.

Katika uchambuzi wa ubora, athari za kemikali mara nyingi hufanywa katika suluhisho, kinachojulikana kama "njia ya mvua". Lakini wakati mwingine inawezekana kutekeleza athari za awamu imara, i.e. majibu "njia kavu". Dutu hii na vitendanishi sambamba huchukuliwa katika umbo gumu na kupashwa joto hadi joto la juu ili kutekeleza athari. Mfano wa athari kama hizo ni majibu ya kuchorea moto na chumvi za metali fulani. Inajulikana kuwa

chumvi za sodiamu hupaka moto njano mkali, chumvi za potasiamu - zambarau, chumvi za shaba - kijani. Rangi hii inaweza kutumika kutambua kuwepo kwa vipengele hivi katika dutu inayojifunza. Majibu ya "kavu" pia yanajumuisha athari za malezi lulu za rangi - aloi za kioo za chumvi mbalimbali. Kwa mfano, borax - Na2 B4 O7

· 10H2 O au lulu mbili za chumvi NaNH4 HPO4 · 4H2 O. Njia hizi huitwa pyrochemical na hutumiwa sana kwa uamuzi wa madini na miamba. Lakini kimsingi, katika uchambuzi wa ubora, athari hufanyika

"njia ya mvua" kati ya vitu vilivyoyeyushwa.

3.1. Mbinu ya kufanya uchambuzi wa ubora

Hatua ya kwanza katika uchanganuzi wowote ni kuleta sampuli katika suluhisho kwa kutumia vimumunyisho mbalimbali. Wakati wa kuchambua vitu vya isokaboni, maji, miyeyusho yenye maji ya asidi, alkali, na mara nyingi vitu vingine vya isokaboni hutumiwa mara nyingi kama vimumunyisho. Kisha athari za ufunguzi wa ion hufanyika. Athari za ugunduzi wa ubora

ions ni athari za kemikali ambazo zinaambatana na athari ya nje (mabadiliko ya rangi ya suluhisho, kutolewa kwa gesi, uundaji wa mvua), kwa misingi ambayo inaweza kuhukumiwa kuwa majibu yanafanyika.

Mara nyingi hushughulika na suluhisho la maji ya chumvi, asidi, besi, kati ya ambayo athari za kubadilishana ioni hufanyika (mara chache - athari za oksidi).

kurejesha).

Hii au mmenyuko huo wa uchambuzi lazima ufanyike chini ya hali fulani, kulingana na mali ya misombo inayosababisha. Ikiwa hali hizi hazipatikani, matokeo ya ugunduzi wa ions yanaweza kuwa ya kuaminika. Kwa mfano, minyunyiko ya asidi haipunguki katika suluhisho wakati kuna ziada ya asidi. Kwa hiyo, zifuatazo lazima zizingatiwe

hali ya majibu.

1. Mazingira sahihi ya ufumbuzi wa mtihani, ambayo huundwa kwa kuongeza asidi au alkali.

2. Joto fulani la suluhisho. Kwa mfano, majibu ambayo huunda precipitates, umumunyifu ambao huongezeka sana na joto, hufanyika katika "baridi". Badala yake, ikiwa majibu yanaendelea polepole sana,

inapokanzwa inahitajika.

3. Mkusanyiko wa juu wa ion unaofunguliwa, kwa kuwa katika viwango vya chini mmenyuko hauendelei, i.e. mwitikio haujali.

Dhana "unyeti wa majibu" kwa kiasi kikubwa ina sifa ya viashiria viwili: kufungua dilution ya chini na ya juu. Ili kuamua kwa majaribio unyeti, majibu hurudiwa mara nyingi na ufumbuzi wa mtihani, hatua kwa hatua kupunguza kiasi cha solute na kiasi cha kutengenezea. Kiwango cha chini cha kufungua(Υ) ni kiasi kidogo zaidi cha dutu ambacho kinaweza kugunduliwa kupitia majibu fulani chini ya hali fulani kwa utekelezaji wake. Imeonyeshwa kwa micrograms (1Υ - millionths ya gramu, 10-6 g). Kiwango cha chini cha ufunguzi hakiwezi kuashiria kikamilifu unyeti wa mmenyuko, kwani mkusanyiko wa ioni iliyofunguliwa katika suala la suluhisho. Kikomo dilution(1:G) inabainisha ukolezi wa chini kabisa wa dutu (ion) ambapo inaweza kufunguliwa kupitia mmenyuko huu; ambapo G ni kiasi kikubwa cha kiyeyusho kwa kila kitengo cha molekuli ya dutu au ioni inayogunduliwa. KATIKA

Katika macroanalysis na nusu-micromethod, athari hizo hutumiwa ambazo unyeti wake unazidi 50Υ, na dilution ya juu ni 1: 1000.

Wakati wa kufanya athari za uchambuzi, sio unyeti tu unapaswa kuzingatiwa, lakini pia maalum ya majibu- uwezekano wa kufungua ion iliyopewa mbele ya ioni zingine. Ugunduzi wa ions kupitia

athari maalum zinazozalishwa katika sehemu tofauti za dutu ya majaribio

suluhisho kwa mpangilio nasibu, unaoitwa uchanganuzi wa sehemu . Lakini hakuna athari nyingi maalum. Mara nyingi zaidi unapaswa kushughulika na vitendanishi vinavyotoa athari sawa au sawa na ioni nyingi. Kwa mfano, kloridi ya bariamu husababisha carbonate na

sulfathi katika mfumo wa mvua BaCO3 na BaSO4. Vitendanishi kutoa

ishara ya uchambuzi sawa na idadi ndogo ya ioni,

inayoitwa kuchagua au kuchagua . Kadiri idadi ya ioni inavyofichuliwa na kitendanishi fulani inavyopungua, ndivyo kiwango cha kuchagua kitendanishi kinavyoongezeka.

Wakati mwingine ions za kigeni hazifanyiki na reagent iliyotolewa, lakini kupunguza unyeti wa athari au kubadilisha asili ya bidhaa zilizoundwa. Katika kesi hiyo, ni muhimu kuzingatia uwiano wa juu wa viwango vya ions zilizogunduliwa na za kigeni, na pia kutumia mawakala wa masking (mbinu au reagents). Ion inayoingilia inabadilishwa kuwa misombo ya chini ya kujitenga au ions tata, mkusanyiko wake katika suluhisho hupungua, na ion hii haiingiliani tena na ugunduzi wa ions zilizochambuliwa. Vipengele na mbinu zote hapo juu

hutumika katika kuendeleza mlolongo wa athari za kemikali wakati wa mchakato wa uchambuzi. Ikiwa majibu yaliyotumiwa katika uchambuzi

sio maalum, na ushawishi unaoingilia wa ioni za kigeni hauwezi kuondolewa, basi utumiaji wa njia ya sehemu inakuwa haiwezekani na wanaamua

kozi ya utaratibu ya uchambuzi.

Kozi ya utaratibu wa uchambuzi ni mlolongo maalum wa athari iliyoundwa kwa njia ambayo ugunduzi wa kila ioni unafanywa tu baada ya ugunduzi na kuondolewa kwa ioni zote zinazoingilia ugunduzi huu. Katika uchambuzi wa utaratibu, makundi ya mtu binafsi ya ions yanatengwa na mchanganyiko tata wa ions, kwa kutumia uhusiano wao sawa na hatua ya reagents fulani, inayoitwa reagent ya kikundi. Kwa mfano, moja ya vitendanishi vya kikundi ni kloridi ya sodiamu,

ambayo hutoa athari sawa kwenye Ag+, Pb2+, Hg2 2+ ions. Kitendo cha kloridi ya sodiamu kwenye chumvi mumunyifu zilizo na cations hizi husababisha malezi ya maji ambayo hayawezi kuyeyuka katika asidi hidrokloric:

Ag+ + Cl- = AgCl↓

Pb2 + Cl- = PbCl2 ↓

Hg2 2+ + 2Cl- = Hg2 Cl2 ↓

Ioni zingine zote, zikiwekwa kwenye HCl, zitasuluhishwa, na kato tatu Ag+, Pb2+ na Hg2 2+ zitatenganishwa na zingine kwa kutumia kitendawili cha kikundi NaCl. Matumizi ya reagents ya kikundi hutoa urahisi mkubwa: shida ngumu imegawanywa katika idadi rahisi zaidi. Mbali na hilo,

ikiwa kikundi chochote cha ions hakipo kabisa, basi reagent ya kikundi chake haitatoa mvua yoyote na ufumbuzi uliochambuliwa. Katika kesi hii, haina maana kutekeleza athari kwa ioni za kikundi hiki. Matokeo yake ni akiba kubwa katika kazi, muda na vitendanishi.

Kutoka hapo juu inafuata kwamba katika uchanganuzi wa ubora msingi wa uainishaji wa ioni ni tofauti katika umumunyifu wa baadhi ya misombo inayounda; Njia ya kutenganisha kikundi kimoja cha ions kutoka kwa mwingine inategemea tofauti hii. Uainishaji kuu wa cations ulianzishwa na mwanakemia bora wa Kirusi N.A. Menshutkin (1871).

KATIKA Uainishaji wa anions unategemea umumunyifu wa chumvi za bariamu

Na fedha katika asidi sambamba. Uainishaji huu haujaanzishwa madhubuti, kwani waandishi tofauti hugawanya anions katika idadi tofauti ya vikundi. Mojawapo ya chaguzi za kawaida ni kugawanya anions zinazosomwa katika vikundi vitatu:

Anions ambazo huunda chumvi za bariamu zisizo na maji;

Mada ya 14. Mbinu za kimwili za uchambuzi

Njia hizi zinatokana na kupima athari inayosababishwa na mwingiliano wa mionzi na mada - mtiririko wa quanta au chembe. Mionzi ina takriban nafasi sawa na kitendanishi katika mbinu za kemikali za uchanganuzi. Athari ya kimwili inayopimwa ni ishara. Kama matokeo ya vipimo kadhaa au vingi vya ukubwa wa ishara na usindikaji wao wa tuli, ishara ya uchambuzi hupatikana. Inahusiana na mkusanyiko au wingi wa vipengele vinavyoamuliwa.

Mbinu za kimwili za uchambuzi zina faida kadhaa:

– unyenyekevu wa maandalizi ya sampuli (katika hali nyingi) na uchambuzi wa ubora wa sampuli;

– utofauti mkubwa ikilinganishwa na mbinu za kemikali na physicochemical (ikiwa ni pamoja na uwezo wa kuchambua mchanganyiko wa multicomponent);

– uwezo wa kuamua uchafu kuu na kufuatilia vipengele;

– mara nyingi huzuia ugunduzi mdogo kwa kuzingatia (hadi 10-8% bila matumizi ya mkusanyiko), na kwa uzito (10-10 -10-20 g), ambayo inakuwezesha kutumia kiasi kidogo sana cha sampuli, na

wakati mwingine kufanya uchambuzi usio na uharibifu.

Kwa kuongeza, mbinu nyingi za uchanganuzi wa kimwili huruhusu kufanya uchanganuzi wa wingi na wa ndani na wa safu kwa safu na azimio la anga hadi kiwango cha monatomiki. Njia hizi ni rahisi kwa automatisering.

Hebu fikiria kwa undani zaidi baadhi ya mbinu za kimwili za uchambuzi.

14.1. Uchambuzi wa Spectral

Uchambuzi wa Spectral ni njia ya kimwili ya kuamua utungaji wa kemikali na muundo wa dutu kutoka kwa wigo wake. Spectrum ni mionzi ya sumakuumeme inayopangwa kwa urefu wa wimbi. Wakati dutu inasisimua na nishati fulani, mabadiliko hutokea ndani yake (msisimko wa valence au elektroni za ndani, mzunguko au vibration ya molekuli), ambayo inaambatana na kuonekana kwa mistari au bendi katika wigo wake. Kulingana na asili ya msisimko na michakato ya mwingiliano wa ndani katika dutu, mbinu (kanuni) za uchambuzi wa spectral pia zinajulikana: utoaji wa atomiki, ngozi, luminescence, kutawanyika kwa Raman, spectroscopy ya redio na X-ray, nk.

Kila mstari wa spectral una sifa ya urefu wa wimbi au mzunguko. Katika uchambuzi wa spectral, urefu wa urefu wa mstari kawaida huonyeshwa kwa nanometers (1 nm = 10-9 m) au micrometers (1 μm = 10-6 m). Hata hivyo, kitengo kisicho cha utaratibu kinatumika pia - angstrom (1 Å = 0.1 nm = 10-10 m). Kwa mfano, urefu wa wimbi la moja ya mistari ya njano ya sodiamu inaweza kuandikwa kama: Na 5893 Å,

SEHEMU YA 7. MAPITIO YA NJIA ZA KISASA ZA UCHAMBUZI WA VITU

Mada ya 14. Mbinu za kimwili za uchambuzi

au Na 589.3 nm, au Na 0.5893 µm. Mistari ya mstari hutoa atomi au ioni ambazo ziko umbali kutoka kwa kila mmoja hivi kwamba utoaji wao unaweza kuzingatiwa kuwa huru. Gesi na mvuke za chuma zina spectra ya mstari. Mwonekano wenye ukanda hutokana na utoaji wa molekuli zenye ionized na zisizo na ionized zinazojumuisha atomi mbili au zaidi, ikiwa molekuli hizi ziko mbali sana kutoka kwa kila mmoja kwamba haziingiliani na molekuli za jirani. Mwonekano thabiti au unaoendelea hutolewa na vimiminiko vya incandescent au vitu vikali. Chini ya hali fulani, atomi za kibinafsi au molekuli zinaweza pia kuzitoa.

Mtazamo wa banded hujumuisha mistari iliyopangwa kwa karibu, ambayo inaonekana wazi katika spectra iliyopatikana kwenye vyombo vilivyo na mtawanyiko mkubwa. Kwa madhumuni ya uchambuzi, sehemu za ultraviolet, inayoonekana na karibu na infrared ya wigo hutumiwa mara nyingi. Eneo la ultraviolet la wigo limegawanywa kwa kawaida katika utupu (10-185 nm), mbali (185-230 nm) na karibu (230-400 nm). Sehemu inayoonekana ya wigo (400-750 nm), tofauti na maeneo mengine ya wigo, inaonekana kwa jicho la mwanadamu kwa namna ya rangi saba za msingi: violet (390-420 nm), bluu (424-455 nm), cyan (455-494 nm), kijani (494-565 nm), njano (565-595 nm), machungwa (595-640 nm), nyekundu (640-723 nm) na vivuli vyao. Nyuma ya sehemu nyekundu inayoonekana ya wigo kuna eneo la infrared la wigo, ambalo limegawanywa karibu (0.75-25 µm) na mbali (> 25 µm).

Uchanganuzi wa Spectral hufanya iwezekane kubaini muundo wa kimsingi, isotopiki na Masi wa dutu na muundo wake.

Uchambuzi wa taswira ya utoaji wa atomiki ni mbinu ya uchanganuzi kulingana na mwonekano wa utoaji wa hewa chafu unaotokea sampuli inapovukizwa na kusisimka katika safu, cheche au mwali. Atomi na ioni zilizosisimka moja kwa moja, husogea kutoka kwa E k kupunguza hali ya nishati Ei . Utaratibu huu husababisha utoaji wa mwanga na mzunguko

v k i = (E k – E i)/h

na kuonekana kwa mstari wa spectral.

Vifaa vya kisasa vya utazamaji wa picha za umeme kama vile mita za quantum vina vifaa vya kompyuta ndogo, ambayo inafanya uwezekano wa kufanya uchanganuzi wa wazi wa vitu vingi vya muundo wa kawaida na usahihi ambao mara nyingi sio duni kwa usahihi wa njia nyingi za kemikali.

Fotoometri ya moto- moja ya njia za uchambuzi wa taswira ya utoaji wa atomiki. Njia hii inajumuisha kuhamisha sampuli ili kuchambuliwa kwenye suluhisho, ambayo inabadilishwa kuwa erosoli kwa kutumia nebulizer na kulishwa kwenye moto wa burner. Kimumunyisho huvukiza, na vipengele, wakati wa msisimko, hutoa wigo. Mstari wa spectral uliochambuliwa umetengwa kwa kutumia kifaa - monochromator au chujio cha mwanga, na ukubwa wa mwanga wake hupimwa na photocell. Mwali wa moto unalinganishwa vyema na vyanzo vya mwanga vya umeme kwa kuwa mafuta ya gesi na gesi ya vioksidishaji inayotoka kwenye silinda hutoa mwali thabiti unaowaka sawasawa. Kwa sababu ya joto la chini kwenye mwali, vitu vyenye chini

SEHEMU YA 7. MAPITIO YA NJIA ZA KISASA ZA UCHAMBUZI WA VITU

Mada ya 14. Mbinu za kimwili za uchambuzi

uwezekano wa msisimko: kimsingi vipengele vya alkali, kwa uamuzi ambao hakuna mbinu za haraka za kemikali, pamoja na ardhi ya alkali na vipengele vingine. Kwa jumla, zaidi ya vipengele 70 vinatambuliwa na njia hii. Matumizi ya kutokwa kwa mzunguko wa juu wa induction na tochi ya arc ya plasma hufanya iwezekanavyo kuamua vipengele vilivyo na uwezo wa juu wa ionization, pamoja na vipengele vinavyounda oksidi zisizo na joto, kwa msisimko ambao moto hautumii kidogo.

Uchambuzi wa ufyonzaji wa atomiki (AAA) ni mojawapo ya wengi

mbinu nyingi za kemia ya uchambuzi. Maandalizi ya awali ya sampuli iliyochambuliwa ni sawa na operesheni hii katika photometri ya moto: kuhamisha sampuli kwenye suluhisho, kunyunyizia na kulisha erosoli ndani ya moto. Kiyeyushi huvukiza, chumvi hutengana, na metali huingia katika hali ya mvuke, ambamo zinaweza kunyonya mionzi ya urefu wa mawimbi ambayo yenyewe inaweza kutoa kwa joto la juu. Mwangaza wa mwanga kutoka kwa taa ya cathode yenye mashimo, ikitoa wigo wa arc ya kitu kilichoamuliwa, inaelekezwa kwa njia ya moto hadi kwenye mpasuko wa spectrometer, kwa msaada wa ambayo mstari wa spectral wa uchambuzi umetengwa na kiwango cha kunyonya kwake. nguvu na mivuke ya kipengele kinachoamuliwa hupimwa.

Vipimo vya kisasa vya kunyonya atomiki vina vifaa vya kompyuta ndogo na vifaa vya uchapishaji vya dijiti. Vifaa vya idhaa nyingi kama vile mita za quantum huruhusu hadi maamuzi 600 kwa saa.

Matumizi ya atomizer za electrothermal badala ya moto pamoja na mbinu za mkusanyiko wa kemikali hufanya iwezekanavyo kupunguza kikomo cha kutambua vipengele kwa amri kadhaa za ukubwa.

Umeme wa atomiki uchambuzi ni karibu na uchambuzi wa kunyonya atomiki. Kutumia njia hii, sio tu kazi zinazofanywa na uchambuzi wa ngozi ya atomiki zinatatuliwa, hukuruhusu kuamua atomi za kibinafsi katika mazingira ya gesi. Kwa mfano, kwa fluorescence ya atomiki ya kusisimua na boriti ya laser, inawezekana kuamua sodiamu katika tabaka za juu za anga kwa mbali.

Kilomita 100 kutoka duniani.

14.2. Mbinu kulingana na mwingiliano wa vitu

na uwanja wa sumaku

Utangulizi mfupi wa Magnetism. Katika mfumo wa sumaku (macro au microscopic) daima kuna malipo mawili ya sumaku ya ishara tofauti, lakini sawa kwa thamani kamili, ikitenganishwa na umbali fulani. Mfumo kama huo wa sumaku ni dipole ya sumaku na, wakati umewekwa kwenye uwanja wa sumaku wa nje na ukali H, huelekea kujiweka sawa na mistari ya nguvu ya uwanja uliowekwa. Nguvu inayoelekeza dipole isiyolipishwa katika uga wa sumaku inaweza kuivuta hadi kwenye eneo la uga wenye nguvu zaidi au kuisukuma nje, kulingana na iwapo maelekezo ya vekta yanayoashiria muda wa dipole na kipenyo cha uga dH/dx yanawiana au hayawiani. . Tofauti na malipo ya umeme, malipo ya sumaku ya mtu binafsi hayajagunduliwa. Msingi

SEHEMU YA 7. MAPITIO YA NJIA ZA KISASA ZA UCHAMBUZI WA VITU

Mada ya 14. Mbinu za kimwili za uchambuzi

Wafanyabiashara wa mali ya magnetic ni dipoles magnetic, mfano wa ambayo inaweza kuwa kitanzi na sasa. Katika kesi hiyo, wakati wa magnetic unaosababisha μ ni sawa sawa na nguvu za sasa na eneo la kitanzi.

Wacha tuzingatie mwili unaojumuisha atomi na molekuli zilizo na wakati wa sumaku μi. Ikiwa vipimo vya mwili ni vidogo vya kutosha na tunaweza kudhani kuwa ndani ya mipaka yake gradient ya shamba dH/dx haibadilika, basi jumla ya nguvu F inayofanya juu yake itakuwa sawa na

F = ∑ i μi dH = M dH , 1 dx dx

yaani, inaweza kuonyeshwa kwa wakati wa magnetic au magnetization ya mwili mzima M. Katika hali halisi, kutokana na harakati za joto za molekuli na anisotropy ya muundo wa kioo, vectors μi si lazima kuelekezwa kando ya shamba H. Kwa hiyo, thamani ya vekta M inaweza kuwa mara nyingi chini ya jumla ya hesabu μi na kulingana na joto T, na mwelekeo wake hauwezi sanjari na mwelekeo H.

Ili kuashiria dutu maalum, dhana ya magnetization maalum σ = M / t (t ni molekuli ya mwili) ilianzishwa, ambayo inaonyesha kikamilifu maalum ya mwingiliano wake na uwanja wa nje. Walakini, katika hali nyingi ni rahisi kutumia dhana ya unyeti maalum wa sumaku χ, ambayo ni mgawo wa uwiano katika uhusiano σ = χН, ambayo haitegemei ama saizi ya mwili au nguvu ya shamba, lakini imedhamiriwa. tu kwa mali ya msingi ya dutu na, katika hali nyingine, joto. Kuathiriwa maalum wakati mwingine huashiria χ g. Kwa unyeti wa sumaku kwa atomi, mole na kiasi cha kitengo, majina χА, χМ na χV hutumiwa. Ikiwa mwili umewekwa katikati na unyeti wa sumaku χ0, basi inatekelezwa kwa nguvu.

F = (χ − χ 0 )mH dH dx .

Dipolesi za sumaku zinazounda sampuli huunda sehemu zao za sumaku. Kwa hivyo, shamba linalofaa ndani ya sampuli lina uwanja wa nje H na uwanja wa dipoles, na mabadiliko kama haya kwenye uwanja ikilinganishwa na utupu yanaweza kuelezewa na equation:

B = H + 4πI,

ambapo B ni vekta ya induction ya uga wa sumaku ndani ya sampuli; Mimi ni usumaku kwa kila kitengo cha ujazo wa dutu.

Katika hali ya isotropiki, vekta zote tatu ni collinear, kwa hivyo tunaweza kuanzisha scalar.

μ = Н В =1 + 4 πχ,

SEHEMU YA 7. MAPITIO YA NJIA ZA KISASA ZA UCHAMBUZI WA VITU

Mada ya 14. Mbinu za kimwili za uchambuzi

inayoitwa upenyezaji wa sumaku wa jamaa. Kama inavyoonekana, μ na χ hazina kipimo. Kwa dutu nyingi μ ≈ 1, |χ|<< 1 и приближение В ≈ Н выполняется с высокой точностью.

Inajulikana kuwa mfumo wowote unaweza kuwa na sifa ya majibu yake kwa mvuto wa nje. Ikiwa tunazingatia dutu katika hali iliyofupishwa kama mfumo wa malipo na mikondo, basi inaweza pia kuwa na sifa ya kazi ya majibu. Katika kesi hiyo, tunavutiwa hasa na majibu ya mfumo huo kwa shamba la magnetic. Hapa pato litakuwa sumaku, na kazi ya majibu itakuwa unyeti wa sumaku. Kwa kawaida, mabadiliko katika unyeti wa sumaku hutumiwa kuhukumu michakato muhimu zaidi inayotokea katika mfumo, na kisha mfumo unachambuliwa kwa kuzingatia michakato iliyotambuliwa. Ili kutekeleza programu kama hiyo, ni muhimu kujua ni michakato gani inayowezekana katika mfumo, jinsi inavyoathiri uwezekano, na ni nini uwezekano wa hali fulani ya mfumo unaosomwa. Taarifa hizo ziko katika kazi ya usambazaji wa mfumo, ambayo imedhamiriwa na jumla ya nishati au Hamiltonian, ambayo inazingatia aina zote za mwingiliano katika mfumo wa quantum.

Kwanza kabisa, tahadhari inapaswa kulipwa kwa mwingiliano ambao ni muhimu katika udhihirisho wa magnetism. Kwa kuongeza, ni muhimu kuzingatia upekee wa tabia ya mifumo inayozingatiwa katika mashamba ya magnetic, nguvu ambayo ni mara kwa mara au mabadiliko kwa muda. Katika kesi hii, unyeti wa sumaku wa dutu imedhamiriwa na usemi

χ = χ" + χ"",

ambapo χ" - kuathiriwa - kuitikia kitendo cha uga mara kwa mara kwa wakati; χ"" - unyeti wa sumaku unaobadilika - mwitikio kwa kitendo cha uga unaopishana.

Inaweza kuzingatiwa kuwa katika uwanja wa mara kwa mara mfumo uko katika usawa wa joto, na kisha kutafuta kazi ya usambazaji hupunguzwa ili kutatua equations za Bloch. Katika kesi ya utegemezi wa nguvu ya shamba kwa wakati, kuhesabu kazi ya usambazaji ni muhimu kuanzisha equations zinazofanana za Boltzmann. Michakato inayozingatiwa ni msingi wa mbinu zinazotumiwa katika kemia kupata taarifa kuhusu muundo na utendakazi upya wa dutu: mbinu za unyeti wa sumaku tuli, resonance ya paramagnetic ya elektroni, resonance ya sumaku ya nyuklia, nk.

Mbinu tuli ya kuathiriwa na sumaku. Uwezekano wa kutumia mbinu ya utafiti wa majaribio inayohusisha uwanja wa sumaku unategemea sana tabia ya dutu katika uwanja wa sumaku. Kulingana na mali zao za sumaku, miili yote imegawanywa katika diamagnetic, paramagnetic, ferromagnetic, antiferromagnetic na ferrimagnetic. Unyeti wa diamagnetic wa atomi ni sawia na idadi ya elektroni na jumla ya miraba ya radii ya obiti ya elektroni, iliyochukuliwa na ishara tofauti, kulingana na sheria ya Lenz, kulingana na ambayo wakati mtiririko wa sumaku unabadilika.

SEHEMU YA 7. MAPITIO YA NJIA ZA KISASA ZA UCHAMBUZI WA VITU

Mada ya 14. Mbinu za kimwili za uchambuzi

Katika mfumo wa malipo, mikondo hutokea, mwelekeo ambao umeamua na haja ya kulipa fidia kwa mabadiliko ya mtiririko.

Unyeti wa molekuli wa kiwanja cha kemikali unaweza kuonyeshwa kama

χМ = ∑ N i χi + λ,

ambapo N i ni idadi ya atomi za kipengele cha i-th katika molekuli ya kiwanja; χi - unyeti wa atomiki wa kipengele fulani; λ ni kipengele cha kusahihisha kulingana na asili ya kifungo cha kemikali kati ya atomi.

Kwa chumvi kuchukua

χ mol = χ paka + χ an.

Kwa mchanganyiko na ufumbuzi, unyeti maalum wa magnetic ni jumla ya unyeti wa magnetic wa vipengele vyote, kwa kuzingatia sehemu yao katika muundo wa sampuli.

Hebu tuzingatie dutu inayojulikana na wakati mwingi wa sumaku usioingiliana. Kwa kutokuwepo kwa shamba la nje la magnetic, chini ya ushawishi wa mwendo wa joto, wakati wa magnetic ni machafuko kabisa na magnetization ni sifuri. Katika uwanja wa nje wa magnetic, wakati wa magnetic ni amri, ambayo inaongoza kwa magnetization katika mwelekeo wa shamba na retraction ya mwili kutokana na mwingiliano katika eneo la shamba kali. Jambo hili linaitwa paramagnetism. Kutokana na ushindani wa ushawishi wa mwendo wa joto katika T ≠ 0, kuagiza hakukamiliki kamwe, na kiwango cha kuagiza ni sawia na H. Kwa kawaida, kwa nyenzo za paramagnetic, unyeti wa sumaku ni jumla ya michango ya dia- na paramagnetic:

χ = χ jozi + χdia .

Ili kukadiria thamani za kawaida za kuathiriwa, tunatumia ukweli kwamba wakati unaofaa wa sumaku, unaofafanuliwa kama

μ eff = 8χ М Т, kwa paramagnet ya kawaida haitegemei T na ni sawa na 1÷6

vitengo vya magneton ya Bohr; kwa hiyo χm ≈ (0.2 ÷ 1.0) 10-2 cm3 / mol katika T ≈ 300 K. Ufafanuzi wa matokeo yaliyopatikana unahitaji kuzingatia idadi ya madhara (kwa mfano, mchango wa kasi ya orbital, nk).

Uchanganuzi kamili tu wa mwingiliano katika kila kisa mahususi unaweza kuyafunua. Mbali na shells za elektroniki na magnetic yao wenyewe

Nuclei nyingi zilizo na idadi isiyo ya kawaida ya protoni (1 H, 15 N, 19 F, 3I P, 11 B, 79 Br) au neutroni (13 C, 127 I) pia zina muda, lakini athari

mwingiliano wao na uwanja wa nje ni mdogo sana - unyeti wa sumaku wa viini ni kwa utaratibu wa 10-10 cm3 / mol.

Kuna njia nyingi za kupima unyeti wa sumaku,

SEHEMU YA 7. MAPITIO YA NJIA ZA KISASA ZA UCHAMBUZI WA VITU

Mada ya 14. Mbinu za kimwili za uchambuzi

kwa kuzingatia ukweli kwamba sampuli yenye wingi wa m iliyo na unyeti maalum χg, iliyowekwa kwenye uwanja usio na sare, gradient ambayo ina mwelekeo wa mwelekeo wa uwanja (maelekezo yaliyoonyeshwa na Z na X, mtawaliwa), inachukuliwa. kwa nguvu

Fz = Hx dH dZ x χ g m,

ambayo inaweza kupimwa kwa kutumia mizani.

Njia inayotumiwa sana ni njia ya Faraday, kwa kutumia sumaku ambayo nguzo zake zimechapwa kwa uangalifu ili kuunda eneo kubwa la H x mara kwa mara (dHx/dZ). Sampuli za ukubwa mdogo ikilinganishwa na eneo hili huwekwa katika eneo la thamani zinazojulikana za H x (dHx/dZ) (iliyoamuliwa kwa kusawazisha mfumo dhidi ya sampuli ya kawaida, kwa kawaida Pt) na nguvu inayoifanya inapimwa. Usikivu wa uendeshaji wa kiwango ni 5 mcg.

Maeneo mbalimbali ya matumizi ya marekebisho mbalimbali ya njia iliyoelezwa ni pana sana: malezi tata, kinetics, catalysis, masomo ya miundo, uchambuzi wa utungaji wa mifumo ya multicomponent, nk Hii imedhamiriwa na urahisi wa ufungaji, usahihi wa vipimo na kasi ya kupata matokeo na hufanya njia kutekelezwa kwa urahisi katika mifumo ya otomatiki kwa udhibiti wa mchakato. Licha ya utumiaji ulioenea na unyenyekevu wa marekebisho yaliyoelezewa ya njia hiyo, idadi ya mapungufu ya uwezo wake wa habari inapaswa kuonyeshwa. Kwanza kabisa, mkusanyiko wa sehemu inayoamuliwa lazima iwe ya kuaminika vya kutosha kwa usajili. Usahihi wakati wa kusoma tabia ya vitu vya diamagnetic lazima iwe<< 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% sehemu mpya. Kwa kuongeza, kiwango cha mabadiliko yaliyojifunza kinapaswa kuwa kidogo, kwani muda wa kipimo, hata kwa usajili wa moja kwa moja, ni angalau sekunde kadhaa. Mara nyingi, kutokana na tofauti ndogo katika uwezekano wa magnetic wa bidhaa za majibu ya mtu binafsi, njia hairuhusu utambulisho wao na uamuzi.

Mbinu ya elektroni ya paramagnetic resonance (EPR). Unapoingia

Wakati dutu ya paramagnetic inapowekwa kwenye uwanja wa sumaku unaobadilishana na mzunguko υ, utawanyiko wa upenyezaji wa sumaku (yaani, utegemezi wa upenyezaji wa sumaku kwenye frequency υ) na kunyonya kwa nishati ya nje ya shamba huzingatiwa. Katika kesi hii, ngozi ni ya asili ya resonant. Masharti ya kawaida ya jaribio kama hilo ni kama ifuatavyo: sampuli ya dutu ya paramagnetic huwekwa kwenye uwanja wa sumaku wa H, kwa pembe ya kulia ambayo uwanja wa sumaku unaopishana na frequency v huwashwa, na unyeti changamano wa sumaku χ = χ. " + iχ" hupimwa. Sehemu halisi χ" inaitwa unyeti wa juu-frequency au nguvu, na sehemu ya kufikiria iχ"" inabainisha.

SEHEMU YA 7. MAPITIO YA NJIA ZA KISASA ZA UCHAMBUZI WA VITU

Mada ya 14. Mbinu za kimwili za uchambuzi

mgawo wa kunyonya.

Unaweza kupata hali ya resonance na kupata spectra ya ESR kwa kubadilisha mzunguko wa mionzi au nguvu ya shamba la sumaku. Katika hali nyingi, wajaribio wana mitambo yao yenye mzunguko wa mara kwa mara, ambayo, kwa kubadilisha shamba, hurekebisha kwa mzunguko wa emitter. Paramagnetic resonance ni seti ya matukio yanayohusiana na mabadiliko ya quantum yanayotokea kati ya viwango vya nishati ya mifumo ya macroscopic chini ya ushawishi wa uwanja wa sumaku unaopishana wa masafa ya resonant.

Njia ya EPR hutumiwa kupata taarifa kuhusu taratibu za kupunguza oxidation, malezi tata, na pia kuamua muundo wa elektroniki na kijiometri wa misombo wakati chembe za paramagnetic zinazozingatiwa ni vitu vya moja kwa moja vya utafiti. Ili kupata habari, upana, umbo la mstari, idadi ya mistari katika wigo, thamani ya g-factor, idadi ya vipengele na STS na DSTS constants, ukubwa wa ishara au eneo linaweza kutumika.

Aina za chembe zinazohusika na ishara katika spectra ya EPR ni zifuatazo: elektroni (iliyotatuliwa, imefungwa, katika metali); radicals (isokaboni, kikaboni); ioni; ions radical; tata.

Muhimu kwa vipengele vya uchambuzi wa kemia ya misombo ya uratibu ni udhihirisho wa EPR katika complexes ya ioni za paramagnetic zifuatazo: katika kundi la vipengele vya 3d - TiIII, VII, CrIII, CrV, CuII, MnII, FeIII; katika Group

Vipengele vya 4d - ZrIII, PdI, PdIII, RhII, NbIV, MoV; katika kikundi cha vipengele 5d - ReVI, WV, AuIII, RuIII; katika kundi la vipengele adimu vya dunia na transuranics - GdIII, CeIII, EuIII.

14.3. Vibrational spectroscopy

Nishati ya mabadiliko ya vibrational katika molekuli inalinganishwa na nishati ya quanta ya mionzi katika eneo la infrared. Wigo wa infrared (IR) na wigo wa Raman (RS) wa molekuli za misombo ya kemikali ni kati ya sifa muhimu za dutu. Hata hivyo, kwa kuwa spectra ni ya asili tofauti, ukubwa wa udhihirisho wa vibrations sawa ndani yao ni tofauti.

Uchunguzi wa IR. Fikiria molekuli iliyo na atomi za N; Nafasi ya kila atomi inaweza kuamua kwa kubainisha viwianishi vitatu (kwa mfano, x, y na z katika mfumo wa kuratibu wa mstatili). Nambari ya jumla ya maadili kama haya ya kuratibu itakuwa 3N na, kwa kuwa kila kuratibu inaweza kuainishwa kwa uhuru wa wengine, molekuli inaweza kuzingatiwa kuwa na digrii 3N za uhuru. Baada ya kutaja kuratibu zote za 3N, tutaelezea kabisa molekuli - urefu wa vifungo, pembe kati yao, pamoja na eneo lake na mwelekeo katika nafasi.

SEHEMU YA 7. MAPITIO YA NJIA ZA KISASA ZA UCHAMBUZI WA VITU

Mada ya 14. Mbinu za kimwili za uchambuzi

Kielelezo 14.1. Ulinganifu na aina tatu kuu za vibrations ya molekuli ya maji.

Harakati ya atomi ya oksijeni inaweza kupuuzwa, kwani iko karibu na kitovu cha mvuto wa molekuli:

a - vibration ya kunyoosha symmetrical υ1 (sambamba); b - deformation symmetrical vibration υ2. (sambamba); c - kunyoosha vibration antisymmetric υ3 (perpendicular)

Ili kuelezea harakati ya bure ya molekuli katika nafasi ya tatu-dimensional bila kubadilisha usanidi wake, ni muhimu kujua kuratibu tatu za nafasi ya kituo chake cha mvuto. Mzunguko wowote wa molekuli isiyo ya mstari unaweza kuwakilishwa kama jumla ya mizunguko kuhusu shoka tatu zinazoelekeana. Kwa kuzingatia hili, aina pekee iliyobaki huru ya mwendo wa molekuli ni mitetemo yake ya ndani. Idadi ya mitetemo ya kimsingi ya molekuli ya mstari itakuwa 3N–5 (kwa kuzingatia mzunguko wa mhimili wa dhamana), isiyo ya mstari - 3N - 6. Katika hali zote mbili, molekuli (isiyo ya mzunguko) ina vifungo vya N-1 kati ya atomi. na vibrations N-1 huelekezwa kando ya vifungo - ni valence, na 2N-5 iliyobaki (au 2N-4) hubadilisha pembe kati ya vifungo - ni vibrations deformation. Katika Mtini. Mchoro 14.1 unaonyesha aina zote zinazowezekana za mitetemo ya molekuli ya maji.

Ili oscillation ionekane katika eneo la infrared, mabadiliko katika wakati wa dipole ni muhimu wakati wa kuzunguka kando ya mhimili wa ulinganifu au perpendicular yake, ambayo ni, mabadiliko yoyote katika thamani au mwelekeo wa dipole husababisha kuonekana. dipole oscillating, ambayo inaweza kunyonya nishati; kuingiliana na sehemu ya umeme ya mionzi ya infrared. Kwa kuwa molekuli nyingi kwenye joto la kawaida ziko kwenye kiwango cha vibrational υ0 (Mchoro 14.2), mabadiliko mengi yanapaswa kutokea kutoka hali υ0 hadi υ1. Mitetemo ya ulinganifu wa molekuli ya H2O imeteuliwa υ1 kwa mzunguko wa juu zaidi (3651.7 cm-1) na υ2 kwa ijayo (1595.0 cm-1), mtetemo wa antisymmetric na mzunguko wa 3755.8 cm-1 umeteuliwa υ3.

SEHEMU YA 7. MAPITIO YA NJIA ZA KISASA ZA UCHAMBUZI WA VITU

Mada ya 14. Mbinu za kimwili za uchambuzi

Umbali wa nyuklia

Mchele. 14.2. Majimbo ya oscillatory ya oscillator ya harmonic

Wakati wa kugawanya vibrations katika ulinganifu na antisymmetric, inapaswa kusisitizwa kuwa vibration ya kunyoosha linganifu haibadilishi wakati wa dipole na kwa hiyo haionekani katika eneo la infrared la wigo. Kwa hivyo, kunyoosha kwa molekuli ya homonuclear haipaswi kusababisha kunyonya katika eneo la IR. Picha iliyoelezewa iliyorahisishwa ya oscillations inaweza kupatikana tu ikiwa mawazo mawili ni ya kweli: 1) kila oscillation ni ya usawa; 2) vibrations zote ni huru kabisa na haziathiri kila mmoja.

Kwa kweli molekuli zinazotetemeka, picha ya mwendo ni changamano sana, kila atomi haisogei sawasawa kwenye mojawapo ya njia zilizoonyeshwa kwenye Mchoro 14.1; mwendo wao ni mwonekano wa mitetemo yote inayowezekana kwenye Mchoro 14.2. Walakini, nafasi kama hiyo ya juu inaweza kugawanywa katika vipengele ikiwa, kwa mfano, molekuli inazingatiwa stroboscopically, ikiangazia kwa kupigwa na masafa sanjari na masafa ya kila moja ya vibrations kuu kwa zamu. Hii ndiyo kiini cha spectroscopy ya infrared, tu jukumu la kuangaza linachezwa na mzunguko wa mionzi iliyoingizwa, na uchunguzi unafanywa na mabadiliko katika wakati wa dipole.

Molekuli tata ina idadi kubwa ya vibrations, nyingi ambazo zinaweza kuonekana katika wigo wa IR. Kila mtetemo kama huo unahusisha atomi nyingi za molekuli katika mwendo, lakini katika baadhi ya matukio atomi huhamishwa kwa takriban umbali sawa, na kwa wengine, vikundi vidogo vya atomi huhamishwa zaidi kuliko vingine. Kulingana na kipengele hiki, vibrations inaweza kugawanywa katika madarasa mawili: vibrations ya mifupa na vibrations ya makundi ya tabia.

Masafa ya mitetemo ya mifupa ya molekuli za kikaboni kawaida huanguka katika eneo la 1400-700 cm-1, na mara nyingi ni ngumu kugawa masafa ya mtu binafsi kwa mitetemo yoyote inayowezekana kwa molekuli, ingawa mchanganyiko wa bendi unaonyesha wazi muundo fulani wa molekuli. Katika hali hiyo, bendi huitwa alama za vidole vya molekuli katika wigo.

Masafa ya vibration ya vikundi vya tabia hutegemea kidogo muundo wa molekuli kwa ujumla na iko katika maeneo ambayo kwa kawaida hayaingiliani.

SEHEMU YA 7. MAPITIO YA NJIA ZA KISASA ZA UCHAMBUZI WA VITU

Mada ya 14. Mbinu za kimwili za uchambuzi

inayohusishwa na eneo la mitetemo ya mifupa, na inaweza kutumika kwa madhumuni ya uchambuzi.

Kwa kutumia spectroscopy IR, matatizo yafuatayo yanaweza kutatuliwa.

1. Uamuzi wa muundo wa nyenzo za bidhaa za awali katika majimbo mbalimbali ya awamu.

2. Utafiti wa mabadiliko ya awamu-muundo katika bidhaa huku ukidumisha viashirio fulani vya kiteknolojia ndani ya masafa mahususi.

3. Tathmini ya hali ya usawa, kasi ya mchakato.

4. Tathmini ya viashiria vya mpango wa kiteknolojia kwa ujumla wakati wa kubadilisha hali ya mchakato.

5. Utafiti wa utendakazi na utumiaji wa vipengee amilifu.

Vipimo vya kiasi, kama ilivyo kwa aina nyingine za uchunguzi wa ngozi, hutegemea sheria ya Bouguer.

Uwezo wa uchambuzi wa spectroscopy ya IR unaweza kuonyeshwa

rovat, akizungumzia baadhi: matokeo ya vitendo.

Kutumia bendi za kunyonya kwa 780 na 800 cm-1, ambazo huanguka ndani ya eneo la uwazi la nyenzo za chujio na vumbi vya makaa ya mawe, na grafu zinazofanana za calibration, inawezekana kuamua maudhui ya quartz (chini ya 10 μg) katika vumbi vya makaa ya mawe. iliyowekwa kwenye vichungi vya kudhibiti kwa muda fulani. Matokeo sawa yanaweza kupatikana wakati wa kuamua asbestosi katika hewa.

14.4. Njia ya uchambuzi wa fluorescence ya X-ray

Njia ya spectral ya X-ray inategemea uchambuzi wa asili na ukubwa wa mionzi ya X-ray. Kuna aina mbili za mbinu.

1. Kweli uchambuzi wa spectral wa X-ray. Kwa njia hii, sampuli huwekwa kwenye bomba la X-ray kama anticathode. Cathode yenye joto hutoa mkondo wa elektroni ambazo hushambulia anti-cathode. Nishati ya elektroni hizi inategemea joto la cathode, voltage inayotumiwa kwa electrodes, na mambo mengine. Chini ya ushawishi wa nishati ya elektroni katika anti-cathode ya bomba, mionzi ya X-ray inasisimua, urefu wa wimbi ambalo inategemea nyenzo za anticathode, na ukubwa wa mionzi inategemea kiasi cha kipengele hiki kwenye sampuli. .

Kutumia vifaa maalum, inawezekana kuzingatia boriti ya elektroni kwenye eneo ndogo sana la lengo - anticathode. Hii inafanya uwezekano wa kuamua muundo wa ubora na kiasi katika eneo la ndani la nyenzo zinazosomwa. Njia hii ya microprobe hutumiwa, kwa mfano, ikiwa ni muhimu kuamua asili ya inclusions ndogo zaidi katika madini au juu ya uso wa nafaka za chuma, nk.

Aina nyingine ya njia, yaani uchambuzi wa fluorescence ya X-ray, imeenea zaidi.

2. Uchunguzi wa fluorescence ya X-ray. Kwa njia hii, sampuli inakabiliwa na mionzi ya msingi ya X-ray kutoka kwenye tube. Kama matokeo ya

SEHEMU YA 7. MAPITIO YA NJIA ZA KISASA ZA UCHAMBUZI WA VITU

Mada ya 14. Mbinu za kimwili za uchambuzi

inaonyesha utoaji wa X-ray ya sekondari ya sampuli, asili ambayo inategemea utungaji wa ubora na kiasi wa sampuli.

Kwa uchanganuzi wa hali ya juu wa X-ray fluorescence, ni muhimu kwamba nishati ya mionzi ya polychromatic (mionzi ya urefu tofauti wa mawimbi) ya bomba la X-ray ni sawa na au kuzidi nishati inayohitajika kubisha elektroni za K za vitu ambavyo vinahusika. tengeneza sampuli iliyochambuliwa. Katika kesi hiyo, wigo wa mionzi ya sekondari ya X-ray ina mistari ya X-ray ya tabia. Nishati ya ziada kutoka kwa mionzi ya msingi ya bomba (juu na zaidi ya ile inayohitajika ili kuondoa elektroni) hutolewa kama nishati ya kinetiki ya photoelectron.

Kwa uchambuzi wa kiasi cha fluorescence ya X-ray, ni muhimu kupima ukubwa wa mistari ya utoaji wa tabia.

Mchoro wa mpangilio wa usakinishaji kwa uchambuzi wa fluorescence ya X-ray unaonyeshwa kwenye Mtini. 14.3. Mionzi ya msingi ya bomba la X-ray hupiga sampuli ya 2, ambayo mionzi ya sekondari ya X-ray ya atomi ya vipengele vinavyounda sampuli inasisimua. X-rays ya aina mbalimbali ya wavelengths yalijitokeza kutoka uso wa sampuli kupita collimator 3 - mfumo wa sahani molybdenum sambamba iliyoundwa na kusambaza miale sambamba kusafiri katika mwelekeo mmoja tu. Mionzi inayotengana kutoka pande zingine huchukuliwa na uso wa ndani wa mirija. Mionzi inayotoka kwa sampuli hutengana katika wigo, yaani, inasambazwa kwa urefu wa wavelengths kwa njia ya kioo cha analyzer 4. Pembe ya kutafakari kwa mionzi 0 kutoka kioo ni sawa na angle ya matukio; hata hivyo

Mchele. 14.3. Mchoro wa mpangilio wa ufungaji kwa uchambuzi wa fluorescence ya X-ray

1 - bomba la X-ray; 2 - sampuli; 3, 5 - collimators; 4 - kioo; 6 - mpokeaji; 7 - kinasa sauti

Katika pembe hii, miale iliyo na urefu wa mawimbi pekee ambayo inahusiana na θ kwa mlinganyo wa Bragg ndiyo inayoakisiwa:

ambapo d ni umbali kati ya ndege za atomi za kimiani cha kuchanganua kioo.

SEHEMU YA 7. MAPITIO YA NJIA ZA KISASA ZA UCHAMBUZI WA VITU

Mada ya 14. Mbinu za kimwili za uchambuzi

Kwa kuzungusha mwisho, unaweza kubadilisha angle θ na, kwa hiyo, urefu wa wimbi la mionzi iliyojitokeza.

Aina mbalimbali za dutu hutumiwa kama fuwele.

Kwa kutumia mlinganyo wa Bragg, ni rahisi kuhesabu kwamba ikiwa, kwa mfano, unatumia kioo cha floridi ya lithiamu (2d = 0.4026 nm) na kubadilisha angle θ kwa kuzungusha kioo katika safu kutoka 10 ° hadi 80 °, basi urefu wa mawimbi. ya miale iliyoonyeshwa itakuwa katika safu ya 0.068 -0.394 nm. Kwa mujibu wa hili, vipengele vilivyo na nambari za atomiki kutoka 19 hadi 42, yaani kutoka potasiamu hadi molybdenum (Kα = 0.0709 nm), vinaweza kutambuliwa na kuhesabiwa kutoka kwa mistari. Kwa fuwele ya ethylenediamine ditartrate, vipengele vilivyo na namba za chini za atomiki, kama vile alumini (13), vinaweza kutambuliwa, na kwa hidrophthalate ya potasiamu pia magnesiamu, sodiamu, nk. Vipengele vilivyo na nambari za atomiki kutoka 13 na zaidi vinaweza kutambuliwa kwa uhakika zaidi.

Miale ya monokromatiki inayoakisiwa kutoka kwa fuwele ya kichanganuzi hupitia kwenye kolimata na hurekodiwa na mpokeaji, ambayo huzunguka sawia na kioo cha analyzer kwa kasi mara mbili. Kaunta za Geiger, kaunta sawia au scintillation hutumiwa kama vipokezi. Mwisho una fosforasi ya fuwele - iodidi ya potasiamu iliyoamilishwa na thallium - ambayo hubadilisha eksirei kuwa mionzi inayoonekana. Nuru, kwa upande wake, inabadilishwa kuwa msukumo wa umeme, ambayo huimarishwa na kurekodi na kifaa cha kurekodi - kinasa. Curves hutolewa kwenye mkanda wa karatasi wa kinasa, urefu ambao unaonyesha kiwango cha mionzi, na nafasi inayohusiana na mhimili wa abscissa - urefu wa mawimbi - hufanya iwezekanavyo kutambua utungaji wa ubora wa sampuli.

Hivi sasa, kuna vifaa vya automatiska kikamilifu vya uchambuzi wa fluorescence ya X-ray, ambayo, pamoja na kompyuta ambayo hutoa matokeo yaliyochakatwa kwa takwimu, hufanya uchambuzi haraka na sahihi kabisa.

Njia ya X-ray fluorescence inafanya uwezekano wa kuchambua sampuli zilizo na vipengele vya mtu binafsi (kuanzia kipengele kilicho na molekuli ya atomiki 13) kutoka kwa elfu kumi ya asilimia hadi makumi ya asilimia. Kama njia zingine za mwili, njia hii ni ya jamaa, i.e. uchambuzi unafanywa kwa kutumia viwango vya muundo wa kemikali unaojulikana. Unaweza kuchambua sampuli za majimbo mbalimbali ya mkusanyiko - imara, kioevu na gesi. Wakati wa kuchambua vifaa vilivyo imara, vinatayarishwa kwenye vidonge, ambavyo vinaonyeshwa kwa mionzi kutoka kwa bomba la X-ray.

Baadhi ya hasara ya njia ni mahitaji ya homogeneity kamili ya nyuso za kumbukumbu na vidonge vilivyochambuliwa, ambayo mara nyingi hupatikana kwa shida kubwa.

SEHEMU YA 7. MAPITIO YA NJIA ZA KISASA ZA UCHAMBUZI WA VITU

Mada ya 14. Mbinu za kimwili za uchambuzi

14.5. Njia ya uchambuzi wa radioactivation

Uchambuzi wa uanzishaji wa mionzi ni njia ya kimwili ya uchambuzi ambayo iliibuka na kuendelezwa baada ya ugunduzi wa nishati ya atomiki na uundaji wa vinu vya atomiki. Inategemea kupima utoaji wa mionzi ya vipengele. Uchunguzi wa mionzi ulijulikana hapo awali. Kwa hiyo, kwa kupima mionzi ya asili ya ores ya uranium, maudhui ya uranium ndani yao yamedhamiriwa. Njia sawa inajulikana kwa kuamua potasiamu kutoka kwa isotopu ya mionzi ya kipengele hiki. Uchambuzi wa uanzishaji hutofautiana na njia hizi kwa kuwa hupima ukubwa wa mionzi ya radioisotopu ya vitu vilivyoundwa kama matokeo ya sampuli iliyochambuliwa na mkondo wa chembe za msingi. Kwa mabomu kama haya, athari za nyuklia hufanyika na isotopu za mionzi za vitu vinavyounda sampuli iliyochambuliwa huundwa.

Jedwali 14.1

Mipaka ya ugunduzi wa vipengele kwa uchambuzi wa uanzishaji wa neutroni ya joto

Vipengele	Uzito - 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

Njia ya uanzishaji ya uchambuzi ina sifa ya kikomo cha chini cha kugundua, meza. 14.1, na hii ndiyo faida yake kuu ikilinganishwa na njia nyingine za uchambuzi.

Jedwali linaonyesha kuwa kwa zaidi ya vipengele 50 kikomo cha kugundua ni chini ya 10-9 g.

Nusu ya maisha na nishati ya utoaji wa isotopu zinazosababisha mionzi ni tofauti kwa vipengele vya mtu binafsi, na kwa hiyo maalum muhimu ya uamuzi inaweza kupatikana. Katika sampuli moja ya nyenzo zilizochambuliwa, idadi kubwa ya vipengele vya uchafu vinaweza kuamua. Mwishowe, faida ya njia hiyo ni kwamba hakuna haja ya kitambulisho cha kiasi cha athari za vitu - utumiaji wa viwango hukuruhusu kupata matokeo sahihi hata ikiwa sehemu fulani ya kitu kinachoamuliwa imepotea.

Hasara za njia ni pamoja na haja ya kutumia vifaa vya ngumu na vya gharama kubwa; Kwa kuongeza, watendaji wa uchambuzi lazima walindwe kutokana na mionzi ya mionzi.

SEHEMU YA 7. MAPITIO YA NJIA ZA KISASA ZA UCHAMBUZI WA VITU

Mada ya 14. Mbinu za kimwili za uchambuzi

Katika uchanganuzi wa uanzishaji, aina mbalimbali za chembe za msingi zinaweza kutumika kuwasha sampuli - neutroni, protoni, chembe α, pamoja na mionzi ya γ. Mionzi ya nyutroni hutumiwa mara nyingi. Sehemu hii ya uchanganuzi wa uanzishaji inaitwa uchanganuzi wa nyutroni. Kawaida mtiririko wa neutroni za polepole za mafuta hutumiwa.

Vinu vya nyuklia, ambamo mmenyuko wa mnyororo unaodhibitiwa wa mpasuko wa viini vya urani hutokea, vinaweza kutumika kama vyanzo vya nyutroni. Jenereta za nyutroni zinajulikana, ambapo majibu ya deuterium na tritium, pamoja na vifaa vingine, hutumiwa kuzalisha neutroni.

Isotopu za mionzi za vitu vilivyoundwa kama matokeo ya kuwashwa kwa sampuli na flux ya neutroni huharibika kwa mionzi. Aina kuu za kuoza vile ni zifuatazo.

1. α-kuoza ni sifa ya vipengele vizito zaidi. Kama matokeo ya uozo huu, malipo ya nyuklia hupungua kwa vitengo viwili na wingi kwa vitengo vinne.

2. β-kuoza, ambayo idadi ya wingi wa kipengele hudumishwa, lakini malipo ya kiini hubadilika kwa moja - juu wakati kiini hutoa elektroni na kushuka chini wakati positrons hutolewa. Mionzi ina wigo wa nishati inayoendelea.

Baada ya α- au β-kuoza, kiini kinachotokea mara nyingi huwa katika hali ya msisimko. Mpito wa viini vile kutoka kwa hali ya msisimko hadi hali ya chini kawaida hufuatana na γ-mionzi. Utoaji wa viini ni tofauti katika asili na upana wa mstari mwembamba sana. Mionzi kama hiyo, kimsingi, inaweza kutumika kwa utambulisho usio na shaka wa isotopu za redio.

14.6. Uchaguzi wa mpango na njia ya uchambuzi

Ili kuchagua mpango na njia ya uchambuzi, ni muhimu kujua muundo wa kiasi na nusu-idadi ya mchambuzi. Mchambuzi lazima ajue anachoshughulikia, kwa sababu kulingana na muundo wa mchambuzi, njia ya uchambuzi imechaguliwa. Kabla ya kufanya uchambuzi, inahitajika kuteka mpango wa uchambuzi, ambayo itakuwa wazi ni njia gani zinaweza kutumika kuhamisha mchambuzi kuwa suluhisho, ni njia gani zinapaswa kutumika kutenganisha vifaa vilivyoamuliwa na kwa kiwango gani. vipengele vya sasa vitaingilia kati kujitenga, kwa kiasi gani inawezekana kuzuia athari ya kuingilia kati ya vitu vilivyopo wakati wa uamuzi wa vipengele fulani. Wakati wa kuchambua silicates, miamba, madini, na mara nyingi ores, ni muhimu, kama sheria, kuamua karibu vipengele vyote, ingawa katika hali nyingine kazi nyembamba zaidi inaweza kuweka. Kwa mfano, wakati wa kusoma amana ya ore, si lazima kufanya uchambuzi kamili wa sampuli zote. Ili kufanya hivyo, inatosha kufanya uchambuzi kamili wa idadi fulani ya sampuli, lakini uamuzi wa sehemu kuu ya ore (kwa mfano, chuma au manganese wakati wa uchambuzi.

SEHEMU YA 7. MAPITIO YA NJIA ZA KISASA ZA UCHAMBUZI WA VITU

Mada ya 14. Mbinu za kimwili za uchambuzi

chuma au manganese ores) ni lazima kwa idadi kubwa ya sampuli. Maendeleo ya uchanganuzi kamili kwa kawaida huwa tofauti na yale ya uchanganuzi unaobainisha kipengele kimoja au zaidi. Wakati wa kuchambua metali, ni nadra sana kwamba mchambuzi anapaswa kuamua yaliyomo kwenye sehemu kuu; kawaida ni muhimu kuamua yaliyomo kwenye uchafu. Mwisho huathiri sana ubora wa chuma. Kwa hivyo, wakati wa kuchambua vyuma, yaliyomo kwenye chuma huamuliwa mara chache sana, lakini kuamua kiwango cha chuma, yaliyomo kwenye kaboni, sulfuri, fosforasi, silicon, manganese, aloi na vifaa vingine ambavyo huamua ubora wa chuma huamuliwa kila wakati. Mara nyingi hii inatumika kwa uchambuzi wa vitu vya juu vya usafi. Hata hivyo, mbinu ya kuamua uchafu wakati wa kuchambua vyuma na metali za usafi wa juu inapaswa kuwa tofauti.

Mbinu za kuhamisha sampuli katika suluhisho au mbinu za kuoza sampuli hutegemea kabisa muundo wa mchambuzi. Kwa ujumla, inaweza kuzingatiwa kuwa wakati wa kuchambua silicates, miamba, madini, kama sheria, fusion ya alkali hufanywa ili kutenganisha sampuli, mara chache.

- kunyunyiza na kalsiamu kabonati, mtengano wa asidi katika mchanganyiko wa asidi. Wakati wa kuchambua metali na aloi, mtengano wa asidi kawaida hufanywa; wakati mwingine njia zingine za mtengano wa sampuli hutumiwa. Kwa mfano, wakati wa kuchambua alumini, sampuli hupasuka katika suluhisho la alkali. Njia zingine za kuhamisha sampuli kwenye suluhisho zinaweza kupendekezwa. Kama mfano wa kuchagua mpango wa uchambuzi, tunawasilisha mpango wa uchambuzi wa silicate.

	Mpango wa uchambuzi wa silicate
Silika (uzito)
Kuunganishwa na KNaCO3
Uvukizi wa maji na HCl
SiO2	NH4OH kunyesha
		Mvua
	Ca2 C2 O4	(NH4) 2 SEHEMU YA 7. MAPITIO YA NJIA ZA KISASA ZA UCHAMBUZI WA VITU Mada ya 14. Mbinu za kimwili za uchambuzi Hata hivyo, kulingana na maudhui ya vipengele mbalimbali katika mpango huo, ushawishi wa vipengele hivi na tabia zao wakati wa mchakato wa uchambuzi kulingana na mpango huo lazima upewe. Kwa hivyo, ikiwa boroni, fluorine na manganese zipo kwenye silicate, basi mpango huu hauwezi kukubalika bila marekebisho, kwa sababu kupotoka kwafuatayo kunaweza kutokea: 1) wakati wa uvukizi na asidi hidrokloric, hasara za silicon na boroni zitaonekana; 2) boroni itajaa kwa sehemu pamoja na asidi ya silicic, na kisha itayeyuka wakati maji ya asidi ya silicic yanatibiwa na asidi hidrofloriki; 3) sehemu ya florini inaweza kubaki katika suluhisho na itazuia mvua ya alumini na chuma chini ya hatua ya ufumbuzi wa amonia yenye maji; 4) sehemu fulani ya boroni itapita pamoja na sesquihydroxides; 5) bila kuongezwa kwa wakala wa vioksidishaji, sio manganese yote hupita pamoja na sesquihydroxides wakati wa mvua na suluhisho la maji la amonia, basi huingia kwa sehemu katika mfumo wa oxalate pamoja na oxalate ya kalsiamu; 6) magnesiamu inaponyeshwa na fosfeti, fosfati ya manganese pia itashuka. Kwa hivyo, mpango wa uchambuzi uliowasilishwa hauwezi kutumika kila wakati, na kwa kujua tu utungaji wa ubora na takriban wa kiasi, inawezekana kuteka mpango wa uchambuzi kwa kuzingatia ushawishi wa vipengele vyote vilivyopo vilivyomo kwenye sampuli iliyochambuliwa. Uchaguzi wa njia ya uamuzi pia inategemea maudhui ya sehemu iliyopangwa na kuwepo kwa vitu vingine. Kwa hivyo, wakati wa kuamua sehemu ya kumi ya kaboni katika metali mbele ya elfu na hata mia kadhaa ya asilimia ya sulfuri, uamuzi unaweza kufanywa bila kuzingatia sulfuri. Ikiwa maudhui ya sulfuri yanazidi 0.04%, basi ushawishi wa sulfuri lazima uzingatiwe na kuondolewa. Maswali ya mtihani na mazoezi 1. Je, ni mbinu gani za kimwili za uchambuzi zinazotegemea? 2. Je, ni faida gani ya mbinu za kimwili za uchambuzi juu ya kemikali na kwa mbinu za kimwili na kemikali? 3. Ni nini asili ya ishara ya uchambuzi katika uchambuzi wa spectral? 4. Ni matatizo gani ya uchambuzi yanaweza kutatuliwa kwa kutumia mbinu za uchambuzi wa spectral? 5. Miili imeainishwaje kulingana na mali zao za sumaku? 6. Usumaku maalum ni nini? 7. Mbinu tuli ya kuathiriwa na sumaku inategemea nini? 8. Resolax ya paramagnetic ni nini? 9. Mbinu ya EPR inaweza kutumika kwa madhumuni gani? 10. Nini kiini cha mbinu IR spectroscopy? 11. Ni aina gani ya oscillations katika Je, wigo wa IR wa molekuli changamano unaweza kutumika kwa madhumuni ya uchanganuzi? 12. Vipimo vya kiasi vinatokana na nini? IR spectroscopy? 13. Ni njia gani ya microprobe katika uchambuzi wa spectral ya X-ray? SEHEMU YA 7. MAPITIO YA NJIA ZA KISASA ZA UCHAMBUZI WA VITU Mada ya 14. Mbinu za kimwili za uchambuzi 14. Ni nini asili ya ishara ya uchambuzi katika uchambuzi wa fluorescence ya X-ray? 15. Uchambuzi wa ubora wa sampuli unafanywaje kwa kutumia njia ya uchambuzi ya fluorescence ya X-ray? 16. Kuna tofauti gani kati ya uchanganuzi wa uanzishaji na njia zingine za mionzi? 17. Ni faida gani kuu ya njia ya uanzishaji? 18. Uchambuzi wa nyutroni ni nini? 19. Je, maelezo ya awali kuhusu utunzi wa sampuli hutumika vipi kabla ya kuchagua mbinu na muundo wa uchanganuzi? 20. Kwa nini unahitaji kuunda mpango wa uchambuzi wa sampuli?

Mbinu zote zilizopo za kemia ya uchambuzi zinaweza kugawanywa katika mbinu za sampuli, mtengano wa sampuli, mgawanyo wa vipengele, kugundua (kitambulisho) na uamuzi.

Karibu njia zote zinategemea uhusiano kati ya muundo wa dutu na mali zake. Ili kugundua sehemu au wingi wake, pima ishara ya uchambuzi.

Ishara ya uchambuzi ni wastani wa vipimo vya wingi wa kimwili katika hatua ya mwisho ya uchanganuzi. Ishara ya uchanganuzi inahusiana kiutendaji na yaliyomo kwenye sehemu inayoamuliwa. Hii inaweza kuwa nguvu ya sasa, EMF ya mfumo, wiani wa macho, kiwango cha mionzi, nk.

Ikiwa ni muhimu kuchunguza sehemu yoyote, kuonekana kwa ishara ya uchambuzi ni kawaida kurekodi - kuonekana kwa precipitate, rangi, mstari katika wigo, nk. Kuonekana kwa ishara ya uchambuzi lazima kurekodi kwa uaminifu. Kwa kiasi fulani cha sehemu, ukubwa wa ishara ya uchambuzi hupimwa: molekuli ya sediment, nguvu ya sasa, ukubwa wa mistari ya wigo, nk. Kisha maudhui ya sehemu huhesabiwa kwa kutumia ishara ya uchambuzi wa uhusiano wa kazi - maudhui: y = f (c), ambayo imeanzishwa na hesabu au majaribio na inaweza kuwasilishwa kwa fomu ya fomula, meza au grafu.

Katika kemia ya uchanganuzi, tofauti hufanywa kati ya mbinu za uchambuzi wa kemikali, kimwili na physicochemical.

Katika mbinu za kemikali za uchambuzi, kipengele au ioni iliyoamuliwa inabadilishwa kuwa kiwanja fulani ambacho kina sifa moja au nyingine, kwa msingi ambao inaweza kuanzishwa kuwa kiwanja hiki kiliundwa.

Mbinu za kemikali uchambuzi kuwa na upeo maalum. Pia, kasi ya kufanya uchambuzi kwa kutumia mbinu za kemikali sio daima kukidhi mahitaji ya uzalishaji, ambapo ni muhimu sana kupata uchambuzi kwa wakati unaofaa, wakati bado inawezekana kudhibiti mchakato wa kiteknolojia. Kwa hiyo, pamoja na zile za kemikali, mbinu za uchambuzi wa kimwili na physicochemical zinazidi kuenea.

Mbinu za kimwili uchambuzi unatokana na kipimo cha baadhi

parameter ya mfumo ambayo ni kazi ya utungaji, kwa mfano, spectra ya kunyonya chafu, conductivity ya umeme au ya joto, uwezo wa electrode iliyoingizwa katika suluhisho, mara kwa mara ya dielectric, index ya refractive, resonance ya sumaku ya nyuklia, nk.

Mbinu za kimwili za uchambuzi hufanya iwezekanavyo kutatua maswali ambayo hayawezi kutatuliwa na mbinu za uchambuzi wa kemikali.

Kwa uchambuzi wa vitu, mbinu za physicochemical za uchambuzi hutumiwa sana, kulingana na athari za kemikali, tukio ambalo linaambatana na mabadiliko katika mali ya kimwili ya mfumo uliochambuliwa, kwa mfano, rangi yake, ukubwa wa rangi, uwazi, mafuta na joto. conductivity ya umeme, nk.

Njia za physico-kemikali za uchambuzi Wanatofautishwa na unyeti wa juu na kasi ya utekelezaji, hufanya iwezekanavyo kubinafsisha uamuzi wa uchambuzi wa kemikali na ni muhimu sana wakati wa kuchambua idadi ndogo ya vitu.

Ikumbukwe kwamba si mara zote inawezekana kuteka mstari mkali kati ya mbinu za kimwili na physicochemical za uchambuzi. Wakati mwingine hujumuishwa chini ya jina la jumla njia za "ala", kwa sababu Ili kufanya vipimo fulani, vyombo vinahitajika ili kuruhusu mtu kupima kwa usahihi maadili ya vigezo fulani vinavyoonyesha sifa fulani za dutu.