Bất kỳ phương pháp phân tích nào cũng sử dụng tín hiệu phân tích cụ thể, trong những điều kiện nhất định, được đưa ra bởi các đối tượng cơ bản cụ thể (nguyên tử, phân tử, ion) tạo nên các chất được nghiên cứu.

Tín hiệu phân tích cung cấp thông tin có tính chất định tính và định lượng. Ví dụ, nếu các phản ứng kết tủa được sử dụng để phân tích thì thông tin định tính sẽ thu được từ việc xuất hiện hoặc không có kết tủa. Thông tin định lượng được lấy từ khối trầm tích. Khi một chất phát ra ánh sáng trong những điều kiện nhất định, thông tin định tính thu được từ sự xuất hiện của tín hiệu (phát xạ ánh sáng) ở bước sóng tương ứng với màu đặc trưng và thông tin định lượng thu được từ cường độ bức xạ ánh sáng.

Dựa vào nguồn gốc của tín hiệu phân tích, các phương pháp hóa phân tích có thể được phân loại thành hóa học, vật lý và hóa lý.

TRONG phương pháp hóa học thực hiện phản ứng hóa học và đo khối lượng của sản phẩm thu được - phương pháp trọng lượng (trọng lượng) hoặc thể tích thuốc thử dùng để tương tác với chất - phương pháp chuẩn độ, đo thể tích khí (thể tích).

Phân tích thể tích khí (phân tích thể tích khí) dựa trên sự hấp thụ có chọn lọc của các thành phần của hỗn hợp khí trong các bình chứa đầy chất hấp thụ này hoặc chất hấp thụ khác, sau đó đo mức giảm thể tích khí bằng buret. Do đó, carbon dioxide được hấp thụ bằng dung dịch kali hydroxit, oxy bằng dung dịch pyrogallol và carbon monoxide bằng dung dịch amoniac clorua đồng. Đo thể tích khí đề cập đến các phương pháp phân tích nhanh chóng. Nó được sử dụng rộng rãi để xác định cacbonat trong khoáng chất và khoáng chất.

Các phương pháp phân tích hóa học được sử dụng rộng rãi để phân tích quặng, đá, khoáng chất và các vật liệu khác nhằm xác định các thành phần trong chúng có hàm lượng từ một phần mười đến vài chục phần trăm. Các phương pháp phân tích hóa học được đặc trưng bởi độ chính xác cao (sai số phân tích thường là một phần mười phần trăm). Tuy nhiên, những phương pháp này đang dần được thay thế bằng các phương pháp phân tích lý hóa và vật lý nhanh hơn.

Phương pháp vật lý các phân tích dựa trên việc đo lường bất kỳ tính chất vật lý nào của các chất, là chức năng của thành phần. Ví dụ, phép đo khúc xạ dựa trên việc đo chiết suất tương đối của ánh sáng. Trong phân tích kích hoạt, hoạt động của các đồng vị, v.v. được đo.Thông thường, việc phân tích bao gồm phản ứng hóa học trước tiên và nồng độ của sản phẩm thu được được xác định bởi các tính chất vật lý, ví dụ, cường độ hấp thụ bức xạ ánh sáng của màu sản phẩm phản ứng. Các phương pháp phân tích như vậy được gọi là hóa lý.

Các phương pháp phân tích vật lý được đặc trưng bởi năng suất cao, giới hạn phát hiện của các nguyên tố thấp, tính khách quan của kết quả phân tích và mức độ tự động hóa cao. Phương pháp phân tích vật lý được sử dụng trong phân tích đá và khoáng sản. Ví dụ, phương pháp phát xạ nguyên tử được sử dụng để xác định vonfram trong đá granit và đá phiến sét, antimon, thiếc và chì trong đá và phốt phát; phương pháp hấp thụ nguyên tử - magiê và silicon trong silicat; Huỳnh quang tia X - vanadi trong ilmenit, magnesit, alumina; khối phổ - mangan trong regolith mặt trăng; kích hoạt neutron - sắt, kẽm, antimon, bạc, coban, selen và scandium trong dầu; bằng phương pháp pha loãng đồng vị - coban trong đá silicat.

Các phương pháp vật lý và hóa lý đôi khi được gọi là phương pháp công cụ, vì các phương pháp này yêu cầu sử dụng các dụng cụ (thiết bị) được điều chỉnh đặc biệt để thực hiện các giai đoạn phân tích chính và ghi lại kết quả của nó.

Phương pháp hóa lý phân tích có thể bao gồm các biến đổi hóa học của chất phân tích, hòa tan mẫu, nồng độ của thành phần được phân tích, che giấu các chất gây nhiễu và các chất khác. Không giống như các phương pháp phân tích hóa học “cổ điển”, trong đó tín hiệu phân tích là khối lượng của một chất hoặc thể tích của nó, các phương pháp phân tích hóa lý sử dụng cường độ bức xạ, cường độ dòng điện, độ dẫn điện và hiệu điện thế làm tín hiệu phân tích.

Có tầm quan trọng thực tiễn lớn là các phương pháp dựa trên nghiên cứu sự phát xạ và hấp thụ bức xạ điện từ ở các vùng khác nhau của quang phổ. Chúng bao gồm quang phổ (ví dụ, phân tích phát quang, phân tích quang phổ, đo thận và đo độ đục, v.v.). Các phương pháp phân tích hóa lý quan trọng bao gồm các phương pháp điện hóa sử dụng phép đo tính chất điện của một chất (đo điện lượng, đo điện thế, v.v.), cũng như sắc ký (ví dụ: sắc ký khí, sắc ký lỏng, sắc ký trao đổi ion, sắc ký lớp mỏng) . Các phương pháp dựa trên việc đo tốc độ phản ứng hóa học (phương pháp phân tích động học), hiệu ứng nhiệt của phản ứng (chuẩn độ nhiệt kế), cũng như sự tách các ion trong từ trường (phổ khối) đang được phát triển thành công.

Mục đích chính của hóa học phân tích- để đảm bảo, tùy thuộc vào nhiệm vụ hiện tại, độ chính xác, độ nhạy cao, tốc độ và (hoặc) tính chọn lọc của phân tích. Các phương pháp đang được phát triển để có thể phân tích các vật thể vi mô (xem Phân tích vi hóa), tiến hành phân tích cục bộ (tại một điểm, trên bề mặt, v.v.), phân tích mà không phá hủy mẫu (xem Phân tích không phá hủy),ở khoảng cách xa (phân tích từ xa), phân tích liên tục (ví dụ: trong một dòng chảy), cũng như để xác định dạng hợp chất hóa học nào và thành phần được xác định tồn tại ở pha nào trong mẫu (phân tích pha). Xu hướng quan trọng trong sự phát triển của hóa học phân tích là tự động hóa các phân tích, đặc biệt là trong việc kiểm soát các quy trình công nghệ và toán học hóa, đặc biệt là việc sử dụng rộng rãi máy tính.

Kết cấu. Có thể phân biệt ba lĩnh vực chính của hóa học phân tích: cơ sở lý thuyết chung; phát triển các phương pháp phân tích; hóa học phân tích của từng đối tượng. Tùy thuộc vào mục đích phân tích, người ta phân biệt giữa phân tích định tính và phân tích định lượng, nhiệm vụ đầu tiên là phát hiện và xác định các thành phần của mẫu được phân tích, nhiệm vụ thứ hai là xác định nồng độ hoặc khối lượng của chúng. Tùy thuộc vào thành phần nào cần được phát hiện hoặc xác định mà có phân tích đồng vị, phân tích nguyên tố, phân tích nhóm cấu trúc (bao gồm phân tích chức năng), phân tích phân tử và phân tích pha. Dựa vào bản chất của đối tượng phân tích, việc phân tích các chất vô cơ và hữu cơ được phân biệt.

Về mặt lý thuyết Trong các nguyên tắc cơ bản của hóa học phân tích, đo lường phân tích hóa học, bao gồm cả việc xử lý thống kê các kết quả, chiếm một vị trí quan trọng. Lý thuyết về hóa phân tích cũng bao gồm việc nghiên cứu việc lựa chọn và chuẩn bị các mẫu phân tích. về việc xây dựng sơ đồ phân tích và lựa chọn phương pháp, nguyên tắc, cách thức tự động hóa phân tích, sử dụng máy tính cũng như các nguyên tắc cơ bản của nền kinh tế quốc dân. sử dụng kết quả hóa học Phân tích. Điểm đặc biệt của hóa học phân tích là nghiên cứu các tính chất và đặc điểm không phải chung chung mà riêng lẻ của các vật thể, đảm bảo tính chọn lọc của nhiều vật thể. Phương pháp phân tích. Nhờ có mối liên hệ chặt chẽ với những thành tựu của vật lý, toán học, sinh học v.v. lĩnh vực công nghệ (điều này đặc biệt liên quan đến các phương pháp phân tích), hóa học phân tích đã trở thành một môn học giao thoa giữa các ngành khoa học.

Trong hóa phân tích có các phương pháp tách, xác định (phát hiện) và phương pháp lai, kết hợp các phương pháp của hai nhóm đầu. Các phương pháp xác định được chia thành các phương pháp phân tích hóa học (phân tích trọng lượng, chuẩn độ), phương pháp phân tích vật lý và hóa học (ví dụ: điện hóa, đo quang, động học), phương pháp phân tích vật lý (quang phổ, vật lý hạt nhân và các phương pháp khác) và phương pháp phân tích sinh học . Đôi khi các phương pháp xác định được chia thành hóa học, dựa trên phản ứng hóa học, vật lý, dựa trên hiện tượng vật lý và sinh học, sử dụng phản ứng của sinh vật với những thay đổi của môi trường.

Hóa phân tích xác định cách tiếp cận chung để lựa chọn các con đường và phương pháp phân tích. Các phương pháp so sánh các phương pháp, điều kiện cho khả năng thay thế và kết hợp của chúng, các nguyên tắc và cách thức tự động hóa phân tích đang được phát triển. Cho mục đích thực tế Sử dụng phân tích, cần phát triển các ý tưởng về kết quả của nó như một chỉ số về chất lượng sản phẩm, học thuyết về kiểm soát rõ ràng công nghệ. các quy trình, tạo ra các phương pháp tiết kiệm chi phí. Tầm quan trọng lớn đối với các nhà phân tích làm việc trong các lĩnh vực khác nhau của nền kinh tế quốc dân là sự thống nhất và tiêu chuẩn hóa các phương pháp. Một lý thuyết đang được phát triển để tối ưu hóa lượng thông tin cần thiết để giải quyết một vấn đề phân tích.

Phương pháp phân tích. Tùy thuộc vào khối lượng hoặc thể tích của mẫu phân tích, các phương pháp tách và xác định đôi khi được chia thành các phương pháp vĩ mô, vi mô và siêu vi mô.

Việc tách hỗn hợp thường được sử dụng trong trường hợp các phương pháp xác định hoặc phát hiện trực tiếp không cho kết quả chính xác do ảnh hưởng của các thành phần khác của mẫu. Đặc biệt quan trọng là cái gọi là nồng độ tương đối - sự tách một lượng nhỏ các thành phần chất phân tích khỏi lượng lớn hơn đáng kể của các thành phần chính của mẫu. Việc tách hỗn hợp có thể dựa trên sự khác biệt về đặc tính nhiệt động hoặc trạng thái cân bằng của các thành phần (hằng số trao đổi ion, hằng số ổn định của phức chất) hoặc các thông số động học. Các phương pháp tách được sử dụng chủ yếu là sắc ký, chiết, kết tủa, chưng cất, cũng như các phương pháp điện hóa như lắng đọng điện.

Phương pháp phân tích hóa lý, dựa trên sự phụ thuộc của các tính chất vật lý của một chất vào bản chất của nó và tín hiệu phân tích là giá trị của một tính chất vật lý, có liên quan về mặt chức năng với nồng độ hoặc khối lượng của thành phần được xác định. Các phương pháp phân tích hóa lý có thể bao gồm các biến đổi hóa học của hợp chất được phân tích, hòa tan mẫu, nồng độ của thành phần được phân tích, che các chất gây nhiễu và các phương pháp khác. Không giống như các phương pháp phân tích hóa học “cổ điển”, trong đó tín hiệu phân tích là khối lượng của một chất hoặc thể tích của nó, các phương pháp phân tích hóa lý sử dụng cường độ bức xạ, cường độ dòng điện, độ dẫn điện, hiệu điện thế, v.v. làm tín hiệu phân tích.

Có tầm quan trọng thực tiễn lớn là các phương pháp dựa trên nghiên cứu sự phát xạ và hấp thụ bức xạ điện từ ở các vùng khác nhau của quang phổ. Chúng bao gồm quang phổ (ví dụ, phân tích phát quang, phân tích quang phổ, đo thận và đo độ đục, v.v.). Các phương pháp phân tích hóa lý quan trọng bao gồm các phương pháp điện hóa sử dụng phép đo tính chất điện của một chất.

T.N.ORKINA

PHÂN TÍCH HÓA HỌC VÀ LÝ-HÓA

Hướng dẫn

Orkina T. N. Hóa học. Phân tích hóa học và hóa lý. Sách giáo khoa / St. Petersburg: Nhà xuất bản Đại học Bách khoa, 2012. – 45 tr.

Cuốn sách này trình bày các mục tiêu và mục tiêu của hóa học phân tích hiện đại - các phương pháp phân tích hóa học, hóa lý và vật lý.

Các phương pháp tiến hành phân tích định tính và định lượng được mô tả chi tiết. Mô tả công việc trong phòng thí nghiệm về phân tích định tính các dung dịch và hợp kim kim loại, cũng như các tính toán và phương pháp thực hiện phân tích chuẩn độ (thể tích). Những nguyên lý cơ bản của vật lý

phân tích hóa học - xây dựng sơ đồ pha, phân tích nhiệt của hợp kim kim loại và xây dựng sơ đồ tính nóng chảy.

Cuốn sách này tuân thủ tiêu chuẩn giáo dục của các môn “Hóa học” và “Hóa vô cơ” và dành cho sinh viên các cơ sở giáo dục đại học đang theo học các lĩnh vực và chuyên ngành khác nhau trong lĩnh vực kỹ thuật và công nghệ trong lĩnh vực

“Khoa học vật liệu”, “Luyện kim” và những ngành khác. Cuốn sổ tay này có thể hữu ích cho sinh viên đang theo học bất kỳ chuyên ngành kỹ thuật nào trong ngành "Hóa học".

GIỚI THIỆU

Hóa phân tích là một nhánh của hóa học nghiên cứu tính chất và quá trình biến đổi các chất nhằm thiết lập thành phần hóa học của chúng. Thiết lập thành phần hóa học của các chất (nhận dạng hóa học) là câu trả lời cho câu hỏi nguyên tố nào hoặc hợp chất của chúng và tỷ lệ định lượng nào có trong mẫu phân tích. Hóa phân tích phát triển cơ sở lý thuyết của phân tích hóa học các chất và vật liệu, phát triển các phương pháp xác định, phát hiện, tách và xác định các nguyên tố hóa học và hợp chất của chúng cũng như các phương pháp thiết lập cấu trúc của một chất. Việc phát hiện hoặc, như người ta nói, việc phát hiện ra các nguyên tố hoặc ion tạo nên chất đang nghiên cứu là đối tượng phân tích định tính. Xác định nồng độ hoặc số lượng các chất hóa học cấu thành nên đối tượng phân tích là một nhiệm vụ phân tích định lượng. Phân tích định tính thường đi trước phân tích định lượng, vì để thực hiện phân tích định lượng cần phải biết thành phần định tính của mẫu được phân tích. Khi đã biết trước thành phần của đối tượng đang nghiên cứu, việc phân tích định tính sẽ được thực hiện khi cần thiết.

1. PHƯƠNG PHÁP HÓA PHÂN TÍCH

Để phát hiện một thành phần, cái gọi là tín hiệu phân tích thường được sử dụng. MỘT tín hiệu ly giải– đây là những thay đổi có thể nhìn thấy được trong chính đối tượng nghiên cứu (sự hình thành trầm tích, thay đổi màu sắc, v.v.) hoặc thay đổi các thông số của dụng cụ đo

(độ lệch của kim thiết bị, thay đổi số đọc kỹ thuật số, sự xuất hiện của vạch trong quang phổ, v.v.). Để thu được tín hiệu phân tích, các phản ứng hóa học thuộc các loại khác nhau được sử dụng (trao đổi ion, tạo phức, oxi hóa khử), các quá trình khác nhau (ví dụ,

kết tủa, phát triển khí), cũng như các tính chất hóa học, vật lý và sinh học khác nhau của bản thân các chất và sản phẩm của phản ứng của chúng. Đó là lý do tại sao

Hóa phân tích có nhiều phương pháp khác nhau để giải quyết các vấn đề của nó.

Phương pháp hóa học (phân tích hóa học) dựa trên phản ứng hóa học giữa mẫu đang được nghiên cứu và thuốc thử được lựa chọn đặc biệt. Trong phương pháp hóa học, tín hiệu phân tích thu được từ phản ứng hóa học được quan sát chủ yếu bằng trực quan.

Hóa lý phương pháp phân tích dựa trên nghiên cứu định lượng về sự phụ thuộc thành phần - tính chất vật lý sự vật. Tín hiệu phân tích là điện thế, cường độ dòng điện,

điện trở, v.v. hoặc bất kỳ thông số nào khác (nhiệt độ chuyển pha, độ cứng, mật độ, độ nhớt, áp suất hơi bão hòa, v.v.) liên quan đến mối quan hệ chức năng nhất định với thành phần và nồng độ của đối tượng nghiên cứu. Các phương pháp nghiên cứu hóa lý thường yêu cầu sử dụng các thiết bị có độ nhạy cao. Ưu điểm của các phương pháp này là tính khách quan,

khả năng tự động hóa và tốc độ đạt được kết quả. Một ví dụ về phương pháp phân tích hóa lý là xác định chiết áp độ pH của dung dịch bằng dụng cụ đo - chiết áp. Phương pháp này không chỉ cho phép đo mà còn theo dõi liên tục sự thay đổi độ pH khi có bất kỳ quá trình nào xảy ra trong dung dịch.

TRONG phương pháp phân tích vật lý tín hiệu phân tích thường

được tiếp nhận và ghi lại bằng thiết bị đặc biệt. Các phương pháp vật lý chủ yếu bao gồm các phương pháp phân tích quang phổ, dựa trên khả năng phát ra, hấp thụ và tán xạ bức xạ điện từ của các nguyên tử và phân tử.

Bằng cách ghi lại sự phát xạ, hấp thụ hoặc tán xạ sóng điện từ của mẫu được phân tích, sẽ thu được một tập hợp tín hiệu,

đặc trưng cho thành phần định tính và định lượng của nó.

Không có ranh giới rõ ràng giữa cả ba phương pháp nên sự phân chia này có phần tùy tiện. Ví dụ, trong các phương pháp hóa học, mẫu đầu tiên được tiếp xúc với một số thuốc thử, tức là. thực hiện một phản ứng hóa học nhất định và chỉ sau đó tính chất vật lý mới được quan sát và đo lường. Khi phân tích bằng phương pháp vật lý, việc quan sát và đo lường được thực hiện trực tiếp trên vật liệu được phân tích bằng thiết bị đặc biệt, các phản ứng hóa học nếu được thực hiện sẽ đóng vai trò hỗ trợ. Theo quy định này, tại

phương pháp phân tích hóa học tập trung vào việc thực hiện chính xác một phản ứng hóa học, trong khi ở các phương pháp hóa lý và vật lý, điểm nhấn chính là thiết bị đo lường thích hợp - xác định tính chất vật lý.

2. PHÂN LOẠI HÓA LÝ

PHƯƠNG PHÁP HÓA HỌC

Các phương pháp phân tích hóa lý và hóa lý được phân loại tùy theo khối lượng và thể tích của mẫu được phân tích. Dựa trên lượng chất hoặc hỗn hợp các chất (mẫu) được sử dụng để phân tích, phân tích vĩ mô, bán vi mô, cận vi mô và siêu vi mô được phân biệt. Bảng 1 cho thấy phạm vi khối lượng và thể tích của dung dịch mẫu được Phòng Hóa phân tích IUPAC khuyến nghị (viết tắt từ chữ viết tắt tiếng Anh của Liên minh Hóa học thuần túy và ứng dụng quốc tế).

		Bảng 1
Loại phân tích	Trọng lượng mẫu, g
		dung dịch, ml
Phân tích vĩ mô		10-103
Bán vi phân tích		10-1 – 10
Phân tích vi mô		10-2 – 1
Phân tích vi mô	10-4 – 10-3	ít hơn 10-2
Phân tích siêu vi	ít hơn 10-4	ít hơn 10-3

Tùy thuộc vào tính chất của nhiệm vụ hiện tại, các loại phân tích sau đây được phân biệt.

1 . Phân tích nguyên tố– thiết lập sự hiện diện và hàm lượng của các nguyên tố riêng lẻ trong một chất nhất định, tức là tìm thành phần nguyên tố của nó.

2. Phân tích pha – thiết lập sự hiện diện và nội dung của các pha riêng lẻ của vật liệu đang được nghiên cứu. Ví dụ, carbon trong thép có thể ở dạng than chì hoặc ở dạng cacbua sắt. Nhiệm vụ của phân tích pha là tìm ra bao nhiêu cacbon được chứa ở dạng than chì và bao nhiêu cacbon ở dạng cacbua.

3. Phân tích phân tử (phân tích vật liệu) - thiết lập sự hiện diện và hàm lượng phân tử của các chất (hợp chất) khác nhau trong vật liệu.

Ví dụ, lượng CO, CO2, N2, O2 và các loại khí khác trong khí quyển được xác định.

4 . Phân tích chức năng – xác định sự có mặt và hàm lượng các nhóm chức trong phân tử của các hợp chất hữu cơ, ví dụ như nhóm amino (-NH2), nitro (-NO2), hydroxyl (-OH) và các nhóm khác.

Tùy thuộc vào tính chất của vật liệu được phân tích, có

phân tích các chất vô cơ và hữu cơ. Việc tách việc phân tích các chất hữu cơ thành một phần riêng biệt của hóa phân tích gắn liền với đặc tính của các chất hữu cơ. Ngay cả giai đoạn phân tích đầu tiên - chuyển mẫu vào dung dịch - cũng khác biệt đáng kể đối với các chất hữu cơ và vô cơ.

Các giai đoạn chính của bất kỳ phân tích hóa học phức tạp

nguyên liệu thực hiện theo các bước sau.

1. Lấy mẫu để phân tích. Thành phần trung bình của mẫu phải tương ứng với thành phần trung bình của toàn bộ lô vật liệu được phân tích.

2. Phân hủy mẫu và chuyển nó vào dung dịch. Mẫu được hòa tan trong nước hoặc axit, kết hợp với các chất khác nhau hoặc sử dụng các phương pháp hoặc tác động hóa học khác.

	Thực hiện phản ứng hóa học:							P, trong đó X –
thành phần mẫu; R - thuốc thử; P là sản phẩm phản ứng
	cố định		đo đạc	bất kỳ tham số vật lý nào
sản phẩm phản ứng, thuốc thử hoặc chất phân tích.
Hãy xem xét			chi tiết			hóa chất		Phân tích -

phân tích định tính và định lượng.

3. PHÂN TÍCH ĐỊNH TÍNH

Nhiệm vụ của phân tích định tính là xác định các thành phần và xác định thành phần định tính của một chất hoặc hỗn hợp các chất. Việc phát hiện hoặc, như họ nói, việc phát hiện ra các nguyên tố hoặc ion trong thành phần của chất đang nghiên cứu được thực hiện bằng cách chuyển đổi chúng thành một hợp chất có một số tính chất đặc trưng, ​​​​tức là sự xuất hiện của tín hiệu phân tích được ghi lại. Những biến đổi hóa học xảy ra được gọi là phản ứng phân tích. Chất mà việc phát hiện được thực hiện - thuốc thử hoặc thuốc thử.

Có nhiều phương pháp phân tích định tính khác nhau yêu cầu sử dụng các lượng chất thử khác nhau theo Bảng 1. Ví dụ: trong phương pháp phân tích vĩ mô lấy khoảng 1 g chất (0,5 g đối với kim loại và hợp kim) và hòa tan trong 20-30 ml nước.

Phản ứng được thực hiện trong ống nghiệm (ống phân tích). Trong trường hợp phân tích vi mô các chất, lượng lấy ít hơn khoảng 100 lần so với phân tích vĩ mô (miligam chất rắn và vài phần mười mililít dung dịch). Các phản ứng có độ nhạy cao được sử dụng để mở các bộ phận riêng lẻ nhằm phát hiện sự hiện diện của một lượng nhỏ nguyên tố hoặc ion. Phản ứng được thực hiện bằng phương pháp vi tinh thể hoặc phương pháp nhỏ giọt. Phản ứng vi tinh thểđược thực hiện trên một phiến kính và sự hiện diện của nguyên tố này được đánh giá bằng hình dạng của các tinh thể thu được, được kiểm tra dưới kính hiển vi. Phản ứng nhỏ giọt, kèm theo sự thay đổi màu của dung dịch và sự hình thành các kết tủa có màu, được thực hiện trên một dải giấy lọc, nhỏ từng giọt dung dịch thử và thuốc thử lên đó. Đôi khi các phản ứng nhỏ giọt được thực hiện trên một “đĩa nhỏ” đặc biệt - một tấm sứ có vết lõm, cũng như trên mặt kính đồng hồ hoặc trong một chén sứ nhỏ. Bán vi phân tích (semi-micromethod)

chiếm vị trí trung gian giữa phân tích vĩ mô và vi mô.

Lượng chất cần thiết để nghiên cứu thành phần ít hơn khoảng 20-25 lần so với khi tiến hành phân tích vĩ mô - khoảng 50 mg chất rắn và 1 ml dung dịch. Phương pháp này vẫn giữ lại hệ thống phân tích vĩ mô và phát hiện các ion, nhưng tất cả các phản ứng đều được thực hiện với lượng nhỏ chất, sử dụng các kỹ thuật và thiết bị đặc biệt. Ví dụ, các phản ứng được thực hiện trong các ống nghiệm nhỏ 1-2 ml, trong đó các dung dịch được đưa vào bằng pipet. Quá trình lắng chỉ được thực hiện bằng cách ly tâm. Phân tích dưới vi mô và siêu vi môđược thực hiện bằng các kỹ thuật đặc biệt sử dụng kính hiển vi có độ phóng đại khác nhau, kính hiển vi điện tử và các thiết bị khác. Sự xem xét của họ nằm ngoài phạm vi của hướng dẫn này.

Trong phân tích định tính, các phản ứng hóa học thường được thực hiện trong dung dịch, được gọi là “phương pháp ướt”. Nhưng đôi khi có thể thực hiện các phản ứng ở pha rắn, tức là phản ứng “khô khan”. Chất và thuốc thử tương ứng được lấy ở dạng rắn và đun nóng đến nhiệt độ cao để thực hiện các phản ứng. Một ví dụ về các phản ứng như vậy là phản ứng tạo màu ngọn lửa với muối của một số kim loại. Người ta biết rằng

muối natri tạo màu cho ngọn lửa màu vàng sáng, muối kali có màu tím, muối đồng có màu xanh lục. Màu này có thể được sử dụng để phát hiện sự hiện diện của các nguyên tố này trong chất đang nghiên cứu. Phản ứng “khô” cũng bao gồm các phản ứng tạo thành ngọc trai màu - hợp kim thủy tinh của các loại muối khác nhau. Ví dụ: borax – Na2 B4 O7

· 10H2 O hoặc ngọc trai muối kép NaNH4 HPO4 · 4H2 O. Những phương pháp này được gọi là nhiệt hóa và được sử dụng rộng rãi để xác định khoáng chất và đá. Nhưng về cơ bản, trong phân tích định tính, các phản ứng được thực hiện

"con đường ướt" giữa các chất hòa tan.

3.1. Phương pháp tiến hành phân tích định tính

Bước đầu tiên trong bất kỳ phân tích nào là đưa mẫu vào dung dịch bằng nhiều dung môi khác nhau. Khi phân tích các chất vô cơ, nước, dung dịch nước của axit, kiềm và ít chất vô cơ khác thường được sử dụng làm dung môi. Sau đó các phản ứng mở ion đặc trưng được thực hiện. Phản ứng khám phá định tính

ion là các phản ứng hóa học kèm theo tác động bên ngoài (thay đổi màu của dung dịch, giải phóng khí, tạo thành kết tủa), trên cơ sở đó có thể phán đoán rằng phản ứng đang diễn ra.

Thông thường họ xử lý các dung dịch nước của muối, axit, bazơ, giữa đó xảy ra phản ứng trao đổi ion (ít thường xuyên hơn - phản ứng oxy hóa).

phục hồi).

Phản ứng phân tích này hoặc phản ứng phân tích kia phải được thực hiện trong những điều kiện nhất định, tùy thuộc vào tính chất của các hợp chất thu được. Nếu những điều kiện này không được đáp ứng thì kết quả phát hiện ra ion có thể không đáng tin cậy. Ví dụ, kết tủa tan trong axit không rơi ra khỏi dung dịch khi có dư axit. Vì vậy, cần phải tuân thủ những điều sau

điều kiện phản ứng.

1. Môi trường thích hợp của dung dịch thử, được tạo ra bằng cách thêm axit hoặc kiềm.

2. Nhiệt độ nhất định của dung dịch. Ví dụ, các phản ứng tạo thành kết tủa, độ hòa tan của chất này tăng lên rất nhiều theo nhiệt độ, được thực hiện ở nơi “lạnh”. Ngược lại, nếu phản ứng diễn ra cực kỳ chậm,

sưởi ấm là cần thiết.

3. Nồng độ ion bị mở khá cao, vì ở nồng độ thấp phản ứng không diễn ra, tức là. phản ứng không nhạy cảm.

Ý tưởng "độ nhạy phản ứng"được đặc trưng về mặt định lượng bởi hai chỉ số: mở độ pha loãng tối thiểu và tối đa.Để xác định bằng thực nghiệm độ nhạy, phản ứng được lặp lại nhiều lần với các dung dịch thử, giảm dần lượng chất tan và thể tích dung môi. Mở tối thiểu(Υ) là lượng nhỏ nhất của một chất có thể được phát hiện thông qua một phản ứng nhất định trong những điều kiện nhất định để thực hiện phản ứng đó. Được biểu thị bằng microgam (1Υ - phần triệu gam, 10-6 g). Mức tối thiểu mở không thể mô tả đầy đủ độ nhạy của phản ứng, vì nồng độ của ion mở trong dung dịch rất quan trọng. Hạn chế pha loãng(1:G) đặc trưng cho nồng độ thấp nhất của một chất (ion) mà tại đó nó có thể được mở ra thông qua phản ứng này; Trong đó G là khối lượng dung môi trên một đơn vị khối lượng của chất hoặc ion được phát hiện. TRONG

Trong phân tích vĩ mô và phương pháp bán vi mô, những phản ứng đó được sử dụng có độ nhạy vượt quá 50Υ và độ pha loãng tối đa là 1: 1000.

Khi thực hiện các phản ứng phân tích, không chỉ cần tính đến độ nhạy mà còn độ đặc hiệu của phản ứng- khả năng mở một ion nhất định trước sự có mặt của các ion khác. Sự phát hiện các ion thông qua

Các phản ứng cụ thể được tạo ra trong các phần riêng biệt của chất thử

giải pháp theo thứ tự ngẫu nhiên, được gọi là phân tích phân số . Nhưng không có nhiều phản ứng cụ thể. Bạn thường xuyên phải xử lý các thuốc thử có tác dụng phản ứng giống hoặc tương tự với nhiều ion. Ví dụ, bari clorua kết tủa cacbonat và

sunfat ở dạng kết tủa BaCO3 và BaSO4. Thuốc thử cho

tín hiệu phân tích giống hệt nhau với số lượng ion hạn chế,

gọi là chọn lọc hoặc chọn lọc . Số lượng ion tiếp xúc với một thuốc thử nhất định càng nhỏ thì mức độ chọn lọc của thuốc thử càng cao.

Đôi khi các ion lạ không phản ứng với thuốc thử nhất định nhưng làm giảm độ nhạy của phản ứng hoặc làm thay đổi bản chất của sản phẩm được tạo thành. Trong trường hợp này, cần phải tính đến tỷ lệ tối đa giữa nồng độ của các ion được phát hiện và ion lạ, đồng thời sử dụng các chất che phủ (kỹ thuật hoặc thuốc thử). Ion gây nhiễu được chuyển thành các hợp chất có độ phân ly thấp hoặc các ion phức, nồng độ của nó trong dung dịch giảm và ion này không còn cản trở việc phát hiện các ion được phân tích. Tất cả các tính năng và kỹ thuật trên

được sử dụng để phát triển trình tự các phản ứng hóa học trong quá trình phân tích. Nếu các phản ứng được sử dụng trong phân tích

không đặc hiệu và không thể loại bỏ ảnh hưởng nhiễu của các ion lạ, khi đó việc sử dụng phương pháp vi phân trở nên không thể thực hiện được và họ phải sử dụng đến

quá trình phân tích một cách có hệ thống.

Một quá trình phân tích có hệ thống là một chuỗi các phản ứng cụ thể được thiết kế sao cho việc phát hiện từng ion chỉ được thực hiện sau khi phát hiện và loại bỏ tất cả các ion cản trở việc phát hiện này. Trong phân tích hệ thống, các nhóm ion riêng lẻ được tách ra khỏi hỗn hợp ion phức tạp, sử dụng mối quan hệ tương tự của chúng với hoạt động của một số thuốc thử nhất định, được gọi là thuốc thử nhóm. Ví dụ, một trong những thuốc thử nhóm là natri clorua,

tạo ra hiệu ứng tương tự đối với các ion Ag+, Pb2+, Hg2 2+. Tác dụng của natri clorua với muối hòa tan có chứa các cation này dẫn đến hình thành kết tủa không tan trong axit clohydric:

Ag+ + Cl- = AgCl↓

Pb2 + Cl- = PbCl2 ↓

Hg2 2+ + 2Cl- = Hg2 Cl2 ↓

Tất cả các ion khác nếu tiếp xúc với HCl sẽ hòa tan vào dung dịch và ba cation Ag+, Pb2+ và Hg2 2+ sẽ được tách ra khỏi các ion còn lại bằng thuốc thử nhóm NaCl. Việc sử dụng thuốc thử nhóm mang lại sự tiện lợi lớn: một vấn đề phức tạp được chia thành nhiều vấn đề đơn giản hơn. Bên cạnh đó,

nếu bất kỳ nhóm ion nào hoàn toàn vắng mặt thì thuốc thử nhóm của nó sẽ không tạo ra bất kỳ kết tủa nào với dung dịch được phân tích. Trong trường hợp này, việc thực hiện các phản ứng trên từng ion riêng lẻ của nhóm này là vô nghĩa. Kết quả là tiết kiệm đáng kể nhân công, thời gian và thuốc thử.

Từ những điều trên cho thấy, trong phân tích định tính, cơ sở để phân loại các ion là sự khác biệt về độ hòa tan của một số hợp chất mà chúng tạo thành; Phương pháp tách nhóm ion này khỏi nhóm ion khác dựa trên sự khác biệt này. Việc phân loại chính các cation được đưa ra bởi nhà hóa học xuất sắc người Nga N.A. Menshutkin (1871).

TRONG Việc phân loại anion dựa vào độ hòa tan của muối bari

Và bạc trong axit tương ứng. Sự phân loại này không được thiết lập chặt chẽ vì các tác giả khác nhau chia anion thành nhiều nhóm khác nhau. Một trong những lựa chọn phổ biến nhất là chia các anion đang được nghiên cứu thành ba nhóm:

Anion tạo thành muối bari không tan trong nước;

Chủ đề 14. Phương pháp phân tích vật lý

Những phương pháp này dựa trên việc đo lường hiệu ứng gây ra bởi sự tương tác của bức xạ với vật chất - một dòng lượng tử hoặc hạt. Bức xạ đóng vai trò gần giống như thuốc thử trong các phương pháp phân tích hóa học. Hiệu ứng vật lý được đo là một tín hiệu. Là kết quả của một số hoặc nhiều phép đo cường độ tín hiệu và quá trình xử lý tĩnh của chúng, tín hiệu phân tích sẽ thu được. Nó liên quan đến nồng độ hoặc khối lượng của các thành phần được xác định.

Phương pháp phân tích vật lý có một số ưu điểm:

– sự đơn giản của việc chuẩn bị mẫu (trong hầu hết các trường hợp) và phân tích định tính mẫu;

– tính linh hoạt cao hơn so với các phương pháp hóa học và hóa lý (bao gồm khả năng phân tích hỗn hợp nhiều thành phần);

– khả năng xác định tạp chất chính và các thành phần vi lượng;

– thường giới hạn phát hiện thấp cả về nồng độ (lên đến 10-8% mà không cần sử dụng nồng độ) và theo trọng lượng (10-10 –10-20 g), cho phép bạn tiêu thụ một lượng mẫu cực nhỏ và

đôi khi thực hiện phân tích không phá hủy.

Ngoài ra, nhiều phương pháp phân tích vật lý cho phép thực hiện cả phân tích số lượng lớn, phân tích cục bộ và phân tích từng lớp với độ phân giải không gian xuống mức đơn nguyên. Những phương pháp này thuận tiện cho việc tự động hóa.

Chúng ta hãy xem xét chi tiết hơn một số phương pháp phân tích vật lý.

14.1. Phân tích phổ

Phân tích quang phổ là một phương pháp vật lý để xác định thành phần hóa học và cấu trúc của một chất từ ​​quang phổ của nó. Phổ là bức xạ điện từ được sắp xếp theo bước sóng. Khi một chất bị kích thích với một năng lượng nhất định, những thay đổi xảy ra trong nó (sự kích thích hóa trị hoặc các electron bên trong, sự quay hoặc dao động của các phân tử), đi kèm với sự xuất hiện của các vạch hoặc dải trong quang phổ của nó. Tùy thuộc vào bản chất kích thích và các quá trình tương tác bên trong của một chất, các phương pháp (nguyên lý) phân tích quang phổ cũng được phân biệt: phát xạ nguyên tử, hấp thụ, phát quang, tán xạ Raman, quang phổ vô tuyến và tia X, v.v.

Mỗi vạch quang phổ được đặc trưng bởi một bước sóng hoặc tần số. Trong phân tích quang phổ, bước sóng của một vạch thường được biểu thị bằng nanomet (1 nm = 10-9 m) hoặc micromet (1 μm = 10-6 m). Tuy nhiên, một đơn vị phi hệ thống cũng được sử dụng - angstrom (1 Å = 0,1 nm = 10-10 m). Ví dụ, bước sóng của một trong các vạch natri màu vàng có thể được viết là: Na 5893 Å,

MỤC 7. ĐÁNH GIÁ CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH CHẤT HIỆN ĐẠI

Chuyên đề 14. Phương pháp phân tích vật lý

hoặc Na 589,3 nm, hoặc Na 0,5893 µm. Quang phổ vạch phát ra các nguyên tử hoặc ion ở khoảng cách xa nhau đến mức sự phát xạ của chúng có thể được coi là độc lập. Khí và hơi kim loại có quang phổ vạch. Quang phổ dải phát sinh từ sự phát xạ của các phân tử bị ion hóa và không bị ion hóa bao gồm hai hoặc nhiều nguyên tử, nếu các phân tử này ở quá xa nhau đến mức chúng không tương tác với các phân tử lân cận. Quang phổ rắn hoặc liên tục được phát ra bởi chất lỏng hoặc chất rắn nóng sáng. Trong những điều kiện nhất định, từng nguyên tử hoặc phân tử riêng lẻ cũng có thể phát ra chúng.

Quang phổ dải bao gồm các vạch có khoảng cách gần nhau, được quan sát rõ ràng trong quang phổ thu được trên các thiết bị có độ phân tán lớn. Đối với mục đích phân tích, các phần tử ngoại, khả kiến ​​và cận hồng ngoại của quang phổ thường được sử dụng. Vùng tử ngoại của quang phổ được chia thành vùng chân không (10–185 nm), xa (185–230 nm) và gần (230–400 nm). Phần nhìn thấy được của quang phổ (400–750 nm), không giống như các vùng khác của quang phổ, được mắt người cảm nhận dưới dạng bảy màu cơ bản: tím (390–420 nm), xanh lam (424–455 nm), lục lam (455–494 nm), xanh lục ( 494–565 nm), vàng (565–595 nm), cam (595–640 nm), đỏ (640–723 nm) và các sắc thái của chúng. Đằng sau phần màu đỏ nhìn thấy được của quang phổ là vùng hồng ngoại của quang phổ, được chia thành gần (0,75–25 µm) và xa (> 25 µm).

Phân tích quang phổ giúp xác định thành phần nguyên tố, đồng vị và phân tử của một chất và cấu trúc của nó.

Phân tích quang phổ phát xạ nguyên tử là phương pháp phân tích dựa trên quang phổ phát xạ xảy ra khi mẫu bay hơi và bị kích thích dưới dạng hồ quang, tia lửa hoặc ngọn lửa. Các nguyên tử và ion bị kích thích tự phát, tự phát chuyển động từ E bị kích thích k đến trạng thái năng lượng thấp hơnƠi . Quá trình này dẫn đến sự phát xạ ánh sáng với tần số

v k i = (E k – E i )/h

và sự xuất hiện của vạch quang phổ.

Các thiết bị quang phổ quang điện hiện đại như máy đo lượng tử được trang bị một máy tính mini, giúp thực hiện phân tích nhanh đa nguyên tố khối lượng của vật liệu có thành phần tiêu chuẩn với độ chính xác thường không thua kém độ chính xác của hầu hết các phương pháp hóa học.

Đo quang ngọn lửa- một trong những phương pháp phân tích phổ phát xạ nguyên tử. Phương pháp này bao gồm việc chuyển mẫu cần phân tích thành dung dịch, sau đó mẫu này được chuyển thành dạng khí dung bằng máy phun sương và đưa vào ngọn lửa đốt. Dung môi bay hơi và các nguyên tố khi bị kích thích sẽ phát ra quang phổ. Vạch quang phổ được phân tích được phân lập bằng thiết bị - bộ đơn sắc hoặc bộ lọc ánh sáng và cường độ phát sáng của nó được đo bằng tế bào quang điện. Ngọn lửa so sánh thuận lợi với các nguồn sáng điện ở chỗ nhiên liệu khí và khí oxy hóa từ xi lanh tạo ra ngọn lửa rất ổn định, cháy đều. Do nhiệt độ trong ngọn lửa thấp, các nguyên tố có nồng độ thấp

MỤC 7. ĐÁNH GIÁ CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH CHẤT HIỆN ĐẠI

Chuyên đề 14. Phương pháp phân tích vật lý

tiềm năng kích thích: chủ yếu là các nguyên tố kiềm, để xác định chúng thực tế không có phương pháp hóa học nhanh chóng, cũng như đất kiềm và các nguyên tố khác. Tổng cộng có hơn 70 yếu tố được xác định bằng phương pháp này. Việc sử dụng phóng điện tần số cao cảm ứng và đèn hồ quang mỏ hàn plasma giúp có thể xác định các nguyên tố có khả năng ion hóa cao, cũng như các nguyên tố tạo thành oxit chịu nhiệt, để kích thích mà ngọn lửa ít được sử dụng.

Phân tích hấp thụ nguyên tử (AAA) là một trong những nhất

các phương pháp hóa học phân tích chuyên sâu. Chuẩn bị sơ bộ mẫu phân tích tương tự như thao tác này trong phép đo quang ngọn lửa: chuyển mẫu vào dung dịch, phun và nạp khí dung vào ngọn lửa. Dung môi bay hơi, muối bị phân hủy và kim loại chuyển sang trạng thái hơi, trong đó chúng có thể hấp thụ bức xạ có bước sóng mà bản thân chúng có thể phát ra ở nhiệt độ cao hơn. Một chùm ánh sáng từ đèn cathode rỗng, phát ra quang phổ hồ quang của nguyên tố cần xác định, được truyền qua ngọn lửa đến khe của máy quang phổ, nhờ đó vạch quang phổ phân tích được cô lập và mức độ hấp thụ của nó. đo cường độ hơi của nguyên tố được xác định.

Máy quang phổ hấp thụ nguyên tử hiện đại được trang bị máy tính mini và thiết bị in kỹ thuật số. Các thiết bị đa kênh như máy đo lượng tử cho phép thực hiện tới 600 phép xác định mỗi giờ.

Việc sử dụng các nguyên tử nhiệt điện thay vì ngọn lửa kết hợp với các phương pháp tập trung hóa học giúp có thể giảm giới hạn phát hiện của các nguyên tố xuống một vài bậc độ lớn.

huỳnh quang nguyên tử phân tích gần với phân tích hấp thụ nguyên tử. Sử dụng phương pháp này, không chỉ các nhiệm vụ được thực hiện bằng phân tích hấp thụ nguyên tử được giải quyết mà còn cho phép bạn xác định từng nguyên tử trong môi trường khí. Ví dụ, bằng cách kích thích huỳnh quang nguyên tử bằng chùm tia laser, có thể xác định natri ở các tầng trên của khí quyển ở khoảng cách xa.

100 km từ Trái đất.

14.2. Phương pháp dựa trên sự tương tác của các chất

với từ trường

Giới thiệu tóm tắt về từ tính. Trong một hệ từ trường (vĩ mô hoặc vi mô) luôn có hai điện tích từ khác dấu nhưng bằng nhau về giá trị tuyệt đối, cách nhau một khoảng nhất định. Một hệ từ như vậy là một lưỡng cực từ và khi đặt trong một từ trường ngoài có cường độ H, nó có xu hướng định vị song song với các đường sức của từ trường tác dụng. Lực định hướng một lưỡng cực tự do trong từ trường có thể kéo nó vào vùng có từ trường mạnh hơn hoặc đẩy nó ra ngoài, tùy thuộc vào hướng của vectơ đặc trưng cho mômen lưỡng cực và gradient trường dH/dx có trùng nhau hay không trùng nhau. . Không giống như điện tích, các điện tích từ riêng lẻ chưa được phát hiện. Tiểu học

MỤC 7. ĐÁNH GIÁ CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH CHẤT HIỆN ĐẠI

Chuyên đề 14. Phương pháp phân tích vật lý

Vật mang tính chất từ ​​là các lưỡng cực từ, mô hình của chúng có thể là một vòng có dòng điện. Trong trường hợp này, mômen từ sinh ra μ tỉ lệ thuận với cường độ dòng điện và diện tích vòng dây.

Hãy xem xét một vật thể bao gồm các nguyên tử và phân tử có mô men từ μi. Nếu kích thước của vật đủ nhỏ và chúng ta có thể giả sử rằng trong giới hạn của nó, gradient trường dH/dx không thay đổi, thì tổng lực F tác dụng lên nó sẽ bằng

F = ∑ i μi dH = M dH , 1 dx dx

tức là, có thể được biểu thị thông qua mômen từ hoặc từ hóa của toàn bộ vật thể M. Trong điều kiện thực tế, do chuyển động nhiệt của các phân tử và tính dị hướng của cấu trúc tinh thể, các vectơ μi không nhất thiết phải định hướng dọc theo trường H. Do đó, giá trị của vectơ M có thể nhỏ hơn nhiều lần so với tổng số học μi và tùy thuộc vào nhiệt độ T, và hướng của nó có thể không trùng với hướng H.

Để mô tả đặc điểm của một chất cụ thể, khái niệm từ hóa riêng σ = M/t (t là khối lượng cơ thể) đã được đưa ra, phản ánh đầy đủ các đặc điểm cụ thể về tương tác của nó với trường bên ngoài. Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp, sẽ thuận tiện hơn khi sử dụng khái niệm độ nhạy từ cụ thể χ, là hệ số tỷ lệ trong quan hệ σ = χН, không phụ thuộc vào kích thước của cơ thể hoặc cường độ trường, mà được xác định chỉ bởi các tính chất cơ bản của chất đó và trong một số trường hợp là nhiệt độ. Độ nhạy đặc hiệu đôi khi được ký hiệu là χ g. Đối với độ nhạy từ tính trên mỗi nguyên tử, mol và đơn vị thể tích, các ký hiệu χА, χМ và χV được sử dụng. Nếu một vật được đặt trong một môi trường có độ cảm từ χ0 thì nó sẽ chịu tác dụng của một lực

F = (χ − χ 0 )mH dH dx .

Các lưỡng cực từ tạo nên mẫu tạo ra từ trường riêng của chúng. Do đó, trường hiệu dụng bên trong mẫu bao gồm trường ngoài H và trường lưỡng cực, và sự thay đổi của trường so với chân không có thể được mô tả bằng phương trình:

B = H + 4πI,

trong đó B là vectơ cảm ứng từ trường bên trong mẫu; I là độ từ hóa trên một đơn vị thể tích của chất.

Trong môi trường đẳng hướng, cả ba vectơ đều thẳng hàng nên chúng ta có thể đưa vào vô hướng

μ = Н В =1 + 4 πχ,

MỤC 7. ĐÁNH GIÁ CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH CHẤT HIỆN ĐẠI

Chuyên đề 14. Phương pháp phân tích vật lý

gọi là độ thấm từ tương đối. Có thể thấy, μ và χ là không thứ nguyên. Đối với hầu hết các chất μ ≈ 1, |χ|<< 1 и приближение В ≈ Н выполняется с высокой точностью.

Được biết, bất kỳ hệ thống nào cũng có thể được đặc trưng bởi phản ứng của nó với các tác động bên ngoài. Nếu chúng ta coi một chất ở trạng thái ngưng tụ là một hệ điện tích và dòng điện, thì nó cũng có thể được đặc trưng bởi hàm phản ứng. Trong trường hợp này, chúng tôi chủ yếu quan tâm đến phản ứng của một hệ thống như vậy đối với từ trường. Ở đây đầu ra sẽ là từ hóa và hàm phản hồi sẽ là độ nhạy từ. Thông thường, những thay đổi về độ nhạy từ được sử dụng để đánh giá các quá trình quan trọng nhất xảy ra trong một hệ thống và sau đó hệ thống được phân tích có tính đến các quá trình đã xác định. Để thực hiện một chương trình như vậy, cần phải biết những quá trình nào có thể xảy ra trong hệ thống, chúng ảnh hưởng như thế nào đến tính nhạy cảm và xác suất xảy ra một trạng thái cụ thể của hệ thống đang được nghiên cứu là bao nhiêu. Thông tin như vậy được chứa trong hàm phân phối của hệ thống, được xác định bởi tổng năng lượng hoặc Hamiltonian, có tính đến tất cả các loại tương tác trong hệ lượng tử.

Trước hết, cần chú ý đến những tương tác thiết yếu trong sự biểu hiện của từ tính. Ngoài ra, cần phải tính đến đặc thù hoạt động của các hệ thống đang được xem xét trong từ trường, cường độ của nó không đổi hoặc thay đổi theo thời gian. Trong trường hợp này, độ nhạy từ của các chất được xác định bằng biểu thức

χ = χ" + χ"",

trong đó χ" - độ nhạy - phản ứng với tác dụng của hằng số trường theo thời gian; χ"" - độ nhạy từ động - phản ứng với tác dụng của trường xen kẽ.

Có thể giả sử rằng trong một trường không đổi, hệ ở trạng thái cân bằng nhiệt, và khi đó việc tìm hàm phân bố được quy về việc giải các phương trình Bloch. Trong trường hợp cường độ trường phụ thuộc vào thời gian, để tính hàm phân bố cần đưa vào các phương trình Boltzmann tương ứng. Các quá trình được xem xét là cơ sở của các phương pháp được sử dụng trong hóa học để thu thập thông tin về cấu trúc và khả năng phản ứng của các chất: phương pháp cảm ứng từ tĩnh, cộng hưởng thuận từ điện tử, cộng hưởng từ hạt nhân, v.v.

Phương pháp cảm ứng từ tĩnh. Tính khả thi của việc sử dụng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm liên quan đến từ trường phụ thuộc đáng kể vào hoạt động của chất đó trong từ trường. Dựa trên tính chất từ ​​của chúng, tất cả các vật thể được chia thành nghịch từ, thuận từ, sắt từ, phản sắt từ và sắt từ. Độ nghịch từ của nguyên tử tỷ lệ thuận với số electron và tổng bình phương bán kính quỹ đạo của các electron, lấy dấu ngược lại, tuân theo định luật Lenz, theo đó khi từ thông thay đổi theo

MỤC 7. ĐÁNH GIÁ CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH CHẤT HIỆN ĐẠI

Chuyên đề 14. Phương pháp phân tích vật lý

Trong hệ thống điện tích, dòng điện xuất hiện, hướng của nó được xác định bởi nhu cầu bù cho những thay đổi trong dòng chảy.

Độ nhạy phân tử của một hợp chất hóa học có thể được biểu thị bằng

χМ = ∑ N i χi + λ,

trong đó N i là số nguyên tử của nguyên tố thứ i trong phân tử của hợp chất; χi – độ nhạy nguyên tử của một nguyên tố nhất định; λ là hệ số hiệu chỉnh tùy thuộc vào bản chất liên kết hóa học giữa các nguyên tử.

Đối với muối lấy

χ mol = χ mèo + χ an.

Đối với hỗn hợp và dung dịch, độ nhạy từ cụ thể là tổng độ nhạy từ của tất cả các thành phần, có tính đến phần của chúng trong thành phần của mẫu.

Chúng ta hãy xem xét một chất được đặc trưng bởi nhiều mô men từ không tương tác. Khi không có từ trường bên ngoài, dưới tác dụng của chuyển động nhiệt, mômen từ hoàn toàn mất trật tự và độ từ hóa bằng không. Trong từ trường bên ngoài, các mômen từ được sắp xếp theo thứ tự, dẫn đến hiện tượng từ hóa theo hướng của từ trường và sự co lại của vật thể do tương tác trong vùng của từ trường mạnh. Hiện tượng này được gọi là thuận từ. Do ảnh hưởng cạnh tranh của chuyển động nhiệt ở T ≠ 0, nên trật tự không bao giờ hoàn chỉnh và mức độ trật tự tỷ lệ với H. Thông thường, đối với các vật liệu thuận từ, độ nhạy từ là tổng của sự đóng góp từ tính và thuận từ:

χ = χpair + χdia .

Để ước tính các giá trị độ nhạy điển hình, chúng tôi sử dụng thực tế là mômen từ hiệu dụng, được định nghĩa là

μ eff = 8χ М Т, đối với một thuận nam châm thông thường không phụ thuộc vào T và bằng 1 6

đơn vị magneton Bohr; do đó χm ≈ (0,2 `1,0) 10-2 cm3 /mol ở T ≈ 300 K. Việc giải thích kết quả thu được đòi hỏi phải tính đến một số hiệu ứng (ví dụ: sự đóng góp của động lượng quỹ đạo, v.v.).

Chỉ có phân tích đầy đủ các tương tác trong từng trường hợp cụ thể mới có thể tiết lộ chúng. Ngoài vỏ điện tử có từ tính riêng

Hầu hết các hạt nhân chứa số lẻ proton (1 H, 15 N, 19 F, 3I P, 11 B, 79 Br) hoặc neutron (13 C, 127 I) cũng có mômen, nhưng hiệu ứng

tương tác của chúng với từ trường bên ngoài quá nhỏ - độ nhạy từ của hạt nhân vào khoảng 10-10 cm3 /mol.

Có nhiều cách để đo độ nhạy từ,

MỤC 7. ĐÁNH GIÁ CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH CHẤT HIỆN ĐẠI

Chuyên đề 14. Phương pháp phân tích vật lý

dựa trên thực tế là một mẫu có khối lượng m có độ cảm ứng riêng χg, được đặt trong một trường không đồng nhất, gradient của nó có hướng vuông góc với hướng của trường (các hướng lần lượt được ký hiệu là Z và X), sẽ bị tác động. bởi một lực lượng

Fz = Hx dH dZ x χ g m,

có thể đo được bằng thang đo.

Phương pháp được sử dụng phổ biến nhất là phương pháp Faraday, sử dụng một nam châm có các cực được gia công cẩn thận để tạo ra một diện tích lớn không đổi H x (dHx/dZ). Các mẫu có kích thước nhỏ so với vùng này được đặt trong vùng có các giá trị H x (dHx/dZ) đã biết (được xác định bằng cách hiệu chỉnh hệ thống dựa trên mẫu chuẩn, thường là Pt) và đo lực tác dụng lên nó. Độ nhạy hoạt động của cân là 5 mcg.

Phạm vi ứng dụng của các sửa đổi khác nhau của phương pháp được mô tả là rất rộng: hình thành phức tạp, động học, xúc tác, nghiên cứu cấu trúc, phân tích thành phần của hệ thống đa thành phần, v.v. Điều này được xác định bởi tính dễ cài đặt, độ chính xác của phép đo và nhanh chóng thu được kết quả và làm cho phương pháp này dễ dàng thực hiện trong các hệ thống tự động hóa để kiểm soát quá trình. Mặc dù việc sử dụng rộng rãi và tính đơn giản của các sửa đổi được mô tả của phương pháp này, vẫn cần chỉ ra một số hạn chế về khả năng thông tin của nó. Trước hết, nồng độ của thành phần được xác định phải đủ tin cậy để đăng ký. Độ chính xác khi nghiên cứu tính chất của các chất nghịch từ phải đảm bảo<< 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 >Thành phần mới 2%. Ngoài ra, tốc độ của các phép biến đổi được nghiên cứu phải nhỏ, vì thời gian đo, ngay cả khi đăng ký tự động, ít nhất là vài giây. Thông thường, do những khác biệt nhỏ về độ nhạy từ của từng sản phẩm phản ứng nên phương pháp này không cho phép nhận dạng và xác định chúng.

Phương pháp cộng hưởng thuận từ điện tử (EPR). Khi bạn nhập

Khi một chất thuận từ được đặt trong một từ trường xen kẽ có tần số υ, người ta quan sát thấy sự phân tán tính thấm từ (tức là sự phụ thuộc của tính thấm từ vào tần số υ) và sự hấp thụ năng lượng từ trường bên ngoài. Trong trường hợp này, sự hấp thụ có tính chất cộng hưởng. Các điều kiện điển hình cho một thí nghiệm như vậy như sau: một mẫu chất thuận từ được đặt trong một từ trường không đổi H, vuông góc với một từ trường xen kẽ có tần số v được bật và độ cảm từ phức χ = χ " + iχ" được đo. Phần thực χ" được gọi là độ nhạy động hoặc tần số cao, và phần ảo iχ"" đặc trưng

MỤC 7. ĐÁNH GIÁ CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH CHẤT HIỆN ĐẠI

Chuyên đề 14. Phương pháp phân tích vật lý

hệ số hấp thụ.

Bạn có thể tìm thấy các điều kiện cộng hưởng và thu được phổ ESR bằng cách thay đổi tần số bức xạ hoặc cường độ từ trường. Trong hầu hết các trường hợp, những người thử nghiệm có sẵn các cài đặt có tần số không đổi, trong đó, bằng cách thay đổi trường, họ điều chỉnh theo tần số của bộ phát. Cộng hưởng thuận từ là tập hợp các hiện tượng liên quan đến sự chuyển đổi lượng tử xảy ra giữa các mức năng lượng của các hệ vĩ mô dưới tác động của từ trường xen kẽ có tần số cộng hưởng.

Phương pháp EPR được sử dụng để thu thập thông tin về các quá trình oxy hóa-khử, hình thành phức chất, cũng như xác định cấu trúc điện tử và hình học của các hợp chất khi các hạt thuận từ quan sát được là đối tượng nghiên cứu trực tiếp. Để thu được thông tin, có thể sử dụng độ rộng, hình dạng đường, số vạch trong phổ, giá trị hệ số g, số lượng thành phần và hằng số STS và DSTS, cường độ tín hiệu hoặc diện tích.

Các loại hạt tạo ra tín hiệu trong phổ EPR như sau: electron (hòa tan, bẫy, trong kim loại); gốc tự do (vô cơ, hữu cơ); ion; các ion gốc; phức hợp.

Điều quan trọng đối với khía cạnh phân tích hóa học của các hợp chất phối trí là sự biểu hiện của EPR trong phức của các ion thuận từ sau: trong nhóm các nguyên tố 3d - TiIII, VII, CrIII, CrV, CuII, MnII, FeIII; trong nhóm

Các nguyên tố 4d - ZrIII, PdI, PdIII, RhII, NbIV, MoV; trong nhóm các nguyên tố 5d - ReVI, WV, AuIII, RuIII; thuộc nhóm các nguyên tố đất hiếm và chuyển hóa uranium - GdIII, CeIII, EuIII.

14.3. Quang phổ rung động

Năng lượng của sự chuyển tiếp dao động trong các phân tử có thể so sánh với năng lượng của lượng tử bức xạ trong vùng hồng ngoại. Phổ hồng ngoại (IR) và phổ Raman (RS) của các phân tử hợp chất hóa học là một trong những đặc tính quan trọng của các chất. Tuy nhiên, vì quang phổ có bản chất khác nhau nên cường độ biểu hiện của những rung động giống nhau trong chúng cũng khác nhau.

Quang phổ hồng ngoại. Xét một phân tử chứa N nguyên tử; Vị trí của mỗi nguyên tử có thể được xác định bằng cách xác định ba tọa độ (ví dụ: x, y và z trong hệ tọa độ hình chữ nhật). Tổng số giá trị tọa độ như vậy sẽ là 3N và vì mỗi tọa độ có thể được chỉ định độc lập với các tọa độ khác nên phân tử có thể được coi là có bậc tự do 3N. Sau khi chỉ định tất cả tọa độ 3N, chúng ta sẽ mô tả đầy đủ phân tử - độ dài của các liên kết, góc giữa chúng, cũng như vị trí và hướng của nó trong không gian.

MỤC 7. ĐÁNH GIÁ CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH CHẤT HIỆN ĐẠI

Chuyên đề 14. Phương pháp phân tích vật lý

Hình 14.1. Sự đối xứng và ba loại dao động chính của phân tử nước.

Chuyển động của nguyên tử oxy có thể bị bỏ qua vì nó nằm gần trọng tâm của phân tử:

a – dao động kéo giãn đối xứng υ1 (song song); b – biến dạng dao động đối xứng υ2 (song song); c – dao động kéo giãn không đối xứng υ3 (vuông góc)

Để mô tả chuyển động tự do của một phân tử trong không gian ba chiều mà không thay đổi cấu hình của nó, cần phải biết ba tọa độ vị trí trọng tâm của nó. Bất kỳ phép quay nào của một phân tử phi tuyến có thể được biểu diễn dưới dạng tổng các phép quay quanh ba trục vuông góc lẫn nhau. Khi tính đến điều này, dạng chuyển động độc lập duy nhất còn lại của phân tử là các dao động bên trong của nó. Số dao động cơ bản của một phân tử tuyến tính sẽ là 3N–5 (có tính đến chuyển động quay quanh trục liên kết), phi tuyến – 3N – 6. Trong cả hai trường hợp, phân tử (không tuần hoàn) có N–1 liên kết giữa các nguyên tử và các dao động N–1 hướng dọc theo các liên kết - chúng là các dao động hóa trị, và 2N–5 (hoặc 2N–4) còn lại làm thay đổi góc giữa các liên kết - chúng là các dao động biến dạng. Trong bộ lễ phục. Hình 14.1 cho thấy tất cả các loại dao động có thể có của một phân tử nước.

Để xuất hiện dao động trong vùng hồng ngoại, sự thay đổi mômen lưỡng cực là cần thiết khi dao động dọc theo trục đối xứng hoặc vuông góc với nó, nghĩa là bất kỳ sự thay đổi nào về giá trị hoặc hướng của lưỡng cực đều dẫn đến sự xuất hiện của một lưỡng cực dao động, có thể hấp thụ năng lượng; tương tác với thành phần điện của bức xạ hồng ngoại. Vì hầu hết các phân tử ở nhiệt độ phòng đều ở mức dao động υ0 (Hình 14.2), nên hầu hết các chuyển đổi sẽ xảy ra từ trạng thái υ0 đến υ1. Các dao động đối xứng của phân tử H2O được ký hiệu là υ1 cho tần số cao nhất (3651,7 cm-1) và υ2 cho tần số tiếp theo (1595,0 cm-1), dao động đối xứng có tần số 3755,8 cm-1 được ký hiệu là υ3.

MỤC 7. ĐÁNH GIÁ CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH CHẤT HIỆN ĐẠI

Chuyên đề 14. Phương pháp phân tích vật lý

Khoảng cách hạt nhân

Cơm. 14.2. Các trạng thái dao động của bộ dao động điều hòa

Khi chia dao động thành đối xứng và phản đối xứng, cần nhấn mạnh rằng dao động kéo dài đối xứng không làm thay đổi mômen lưỡng cực và do đó không xuất hiện trong vùng hồng ngoại của quang phổ. Do đó, việc kéo dài một phân tử đồng nhân sẽ không dẫn đến sự hấp thụ ở vùng IR. Hình ảnh đơn giản hóa được mô tả về các dao động chỉ có thể được hiện thực hóa nếu hai giả định là đúng: 1) mỗi dao động hoàn toàn là điều hòa; 2) mọi rung động hoàn toàn độc lập và không ảnh hưởng lẫn nhau.

Đối với các phân tử dao động thực sự, hình ảnh chuyển động rất phức tạp, mỗi nguyên tử không chuyển động chính xác dọc theo một trong các đường biểu diễn trong Hình 14.1, chuyển động của chúng là sự chồng chất của tất cả các dao động có thể có trong Hình 14.2. Tuy nhiên, sự chồng chất như vậy có thể bị phân hủy thành các thành phần nếu, ví dụ, phân tử được quan sát bằng phương pháp nội soi, chiếu sáng nó xung với tần số trùng với tần số của từng rung động chính. Đây là bản chất của quang phổ hồng ngoại, chỉ có vai trò chiếu sáng được thực hiện bởi tần số của bức xạ bị hấp thụ và việc quan sát được thực hiện về những thay đổi trong mô men lưỡng cực.

Một phân tử phức tạp có số lượng dao động lớn, nhiều dao động trong số đó có thể xuất hiện trong phổ IR. Mỗi rung động như vậy liên quan đến phần lớn các nguyên tử của phân tử đang chuyển động, nhưng trong một số trường hợp, các nguyên tử bị dịch chuyển những khoảng cách gần như nhau, và trong những trường hợp khác, một số nhóm nhỏ nguyên tử bị dịch chuyển nhiều hơn những nhóm khác. Dựa vào đặc điểm này, dao động có thể được chia thành hai loại: dao động của bộ xương và dao động của các nhóm đặc trưng.

Tần số dao động của khung xương của các phân tử hữu cơ thường rơi vào khoảng 1400–700 cm-1, và thường rất khó gán các tần số riêng lẻ cho bất kỳ dao động nào có thể có đối với một phân tử, mặc dù sự kết hợp của các dải cho thấy khá rõ ràng thuộc về một cấu trúc phân tử cụ thể. Trong những trường hợp như vậy, các dải được gọi là dấu vân tay của phân tử trong quang phổ.

Tần số dao động của các nhóm đặc trưng phụ thuộc rất ít vào cấu trúc của phân tử nói chung và nằm ở những khu vực thường không chồng lên nhau.

MỤC 7. ĐÁNH GIÁ CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH CHẤT HIỆN ĐẠI

Chuyên đề 14. Phương pháp phân tích vật lý

liên quan đến vùng rung động của xương và có thể được sử dụng cho mục đích phân tích.

Sử dụng quang phổ hồng ngoại, các vấn đề sau có thể được giải quyết.

1. Xác định thành phần vật chất của sản phẩm tổng hợp ở các trạng thái pha khác nhau.

2. Nghiên cứu sự thay đổi cấu trúc từng giai đoạn của sản phẩm trong khi vẫn duy trì các chỉ tiêu công nghệ nhất định trong phạm vi nhất định.

3. Đánh giá trạng thái cân bằng, tốc độ của quá trình.

4. Đánh giá toàn bộ các chỉ số của sơ đồ công nghệ khi thay đổi các điều kiện của quy trình.

5. Nghiên cứu chức năng và tiêu thụ các thành phần hoạt động.

Các phép đo định lượng, giống như các loại quang phổ hấp thụ khác, đều dựa trên định luật Bouguer.

Khả năng phân tích của quang phổ hồng ngoại có thể được chứng minh

rovat, chỉ ra một số: kết quả thực tế.

Sử dụng các dải hấp thụ đặc trưng ở 780 và 800 cm-1 nằm trong vùng trong suốt của vật liệu lọc và bụi than và đồ thị hiệu chuẩn tương ứng có thể xác định được hàm lượng thạch anh (nhỏ hơn 10 µg) trong bụi than. được gửi vào các bộ lọc điều khiển trong một thời gian nhất định. Kết quả tương tự có thể thu được khi xác định amiăng trong không khí.

14.4. Phương pháp phân tích huỳnh quang tia X

Phương pháp quang phổ tia X dựa trên việc phân tích tính chất và cường độ của bức xạ tia X. Có hai loại phương pháp.

1. Trên thực tế phân tích quang phổ tia X. Trong phương pháp này, mẫu được đặt trong ống tia X làm chất phản âm. Cực âm bị đốt nóng phát ra một dòng electron bắn phá cực âm. Năng lượng của các electron này phụ thuộc vào nhiệt độ của cực âm, điện áp đặt vào các điện cực và các yếu tố khác. Dưới tác dụng của năng lượng điện tử trong phản âm của ống, bức xạ tia X bị kích thích, bước sóng của tia X phụ thuộc vào vật liệu của phản âm và cường độ bức xạ phụ thuộc vào lượng nguyên tố này trong mẫu. .

Sử dụng các thiết bị đặc biệt, có thể tập trung chùm tia điện tử vào một diện tích bề mặt rất nhỏ của mục tiêu - chất phản cực. Điều này giúp có thể xác định thành phần định tính và định lượng tại khu vực địa phương của vật liệu đang được nghiên cứu. Phương pháp vi thăm dò này được sử dụng, ví dụ, nếu cần xác định bản chất của các tạp chất nhỏ nhất trong khoáng chất hoặc trên bề mặt hạt kim loại, v.v.

Một loại phương pháp khác, đó là phân tích huỳnh quang tia X, đã trở nên phổ biến hơn.

2. Phân tích huỳnh quang tia X. Trong phương pháp này, mẫu được tiếp xúc với bức xạ tia X sơ cấp từ ống. Là kết quả của

MỤC 7. ĐÁNH GIÁ CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH CHẤT HIỆN ĐẠI

Chuyên đề 14. Phương pháp phân tích vật lý

biểu thị sự phát xạ tia X thứ cấp của một mẫu, bản chất của nó phụ thuộc vào thành phần định tính và định lượng của mẫu.

Để phân tích huỳnh quang tia X chất lượng cao, điều quan trọng là năng lượng của bức xạ đa sắc (bức xạ có bước sóng khác nhau) của ống tia X phải bằng hoặc vượt quá năng lượng cần thiết để đánh bật các electron K của các nguyên tố đó. tạo thành mẫu phân tích. Trong trường hợp này, phổ của bức xạ tia X thứ cấp chứa các vạch tia X đặc trưng. Năng lượng dư thừa từ bức xạ sơ cấp của ống (cao hơn và cao hơn mức cần thiết để loại bỏ electron) được giải phóng dưới dạng động năng của quang điện tử.

Để phân tích huỳnh quang tia X định lượng, điều quan trọng là phải đo cường độ của các vạch phát xạ đặc trưng.

Sơ đồ lắp đặt để phân tích huỳnh quang tia X được thể hiện trong Hình 2. 14.3. Bức xạ sơ cấp của ống tia X chiếu vào mẫu 2, trong đó bức xạ tia X thứ cấp đặc trưng của nguyên tử các nguyên tố cấu tạo nên mẫu bị kích thích. Tia X có nhiều bước sóng phản xạ từ bề mặt mẫu đi qua ống chuẩn trực 3 - một hệ thống các tấm molypden song song được thiết kế để truyền các tia song song chỉ truyền theo một hướng. Các tia phân kỳ từ các hướng khác bị hấp thụ bởi bề mặt bên trong của ống. Các tia tới từ mẫu bị phân hủy thành phổ, nghĩa là chúng được phân bố trên các bước sóng nhờ tinh thể máy phân tích 4. Góc phản xạ của tia 0 từ tinh thể bằng góc tới; Tuy nhiên

Cơm. 14.3. Sơ đồ lắp đặt phân tích huỳnh quang tia X

1 – Ống tia X; 2 – mẫu; 3, 5 – ống chuẩn trực; 4 – pha lê; 6 – máy thu; 7 – máy ghi âm

Ở góc này, chỉ những tia có bước sóng liên hệ với θ theo phương trình Bragg mới bị phản xạ:

trong đó d là khoảng cách giữa các mặt phẳng của các nguyên tử của mạng tinh thể máy phân tích.

MỤC 7. ĐÁNH GIÁ CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH CHẤT HIỆN ĐẠI

Chuyên đề 14. Phương pháp phân tích vật lý

Bằng cách xoay cái sau, bạn có thể thay đổi góc θ và do đó, thay đổi bước sóng của tia phản xạ.

Một loạt các chất được sử dụng làm tinh thể.

Sử dụng phương trình Bragg, thật dễ dàng tính được rằng, chẳng hạn, nếu bạn sử dụng tinh thể lithium florua (2d = 0,4026 nm) và thay đổi góc θ bằng cách quay tinh thể trong phạm vi từ 10° đến 80°, thì các bước sóng sẽ của tia phản xạ sẽ nằm trong khoảng 0,068 –0,394 nm. Theo đó, các nguyên tố có số nguyên tử từ 19 đến 42, tức là từ kali đến molypden (Kα = 0,0709 nm), có thể được xác định và định lượng từ các vạch. Với tinh thể ethylenediamine ditartrate, có thể xác định được các nguyên tố có số nguyên tử thấp hơn, chẳng hạn như nhôm (13), và với kali hydrophthalate cũng có thể xác định được magie, natri, v.v. Các nguyên tố có số nguyên tử từ 13 trở lên có thể được xác định một cách đáng tin cậy nhất.

Các tia đơn sắc phản xạ từ tinh thể máy phân tích đi qua ống chuẩn trực và được máy thu ghi lại, máy thu quay đồng bộ với tinh thể máy phân tích với tốc độ gấp đôi. Máy đếm Geiger, máy đếm tỷ lệ hoặc máy đếm nhấp nháy được sử dụng làm máy thu. Loại thứ hai bao gồm phốt pho tinh thể - kali iodua được kích hoạt bởi tali - giúp chuyển tia X thành bức xạ khả kiến. Ánh sáng lần lượt được chuyển thành các xung điện, sau đó được khuếch đại và ghi lại bằng thiết bị ghi âm - máy ghi âm. Các đường cong được vẽ trên băng giấy của máy ghi, chiều cao đặc trưng cho cường độ bức xạ và vị trí so với trục hoành - bước sóng - giúp xác định thành phần chất lượng của mẫu.

Hiện nay, có các thiết bị hoàn toàn tự động để phân tích huỳnh quang tia X, kết hợp với máy tính tạo ra kết quả được xử lý thống kê giúp phân tích nhanh chóng và khá chính xác.

Phương pháp huỳnh quang tia X cho phép phân tích các mẫu chứa các nguyên tố riêng lẻ (bắt đầu từ một nguyên tố có khối lượng nguyên tử 13) từ mười phần nghìn phần trăm đến hàng chục phần trăm. Giống như các phương pháp vật lý khác, phương pháp này mang tính tương đối, tức là việc phân tích được thực hiện bằng cách sử dụng các tiêu chuẩn có thành phần hóa học đã biết. Bạn có thể phân tích các mẫu ở các trạng thái kết tụ khác nhau - rắn, lỏng và khí. Khi phân tích vật liệu rắn, chúng được bào chế thành dạng viên, sau đó được cho tiếp xúc với bức xạ từ ống tia X.

Một số nhược điểm của phương pháp này là yêu cầu về tính đồng nhất hoàn toàn của bề mặt của viên đối chứng và viên phân tích, điều này thường khó đạt được.

MỤC 7. ĐÁNH GIÁ CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH CHẤT HIỆN ĐẠI

Chuyên đề 14. Phương pháp phân tích vật lý

14,5. Phương pháp phân tích phóng xạ

Phân tích kích hoạt phóng xạ là một phương pháp phân tích vật lý nảy sinh và phát triển sau khi phát hiện ra năng lượng nguyên tử và tạo ra các lò phản ứng nguyên tử. Nó dựa trên việc đo lượng phát xạ phóng xạ của các nguyên tố. Phân tích phóng xạ đã được biết đến trước đó. Do đó, bằng cách đo độ phóng xạ tự nhiên của quặng uranium, hàm lượng uranium trong chúng đã được xác định. Một phương pháp tương tự được biết đến để xác định kali từ đồng vị phóng xạ của nguyên tố này. Phân tích kích hoạt khác với các phương pháp này ở chỗ nó đo cường độ bức xạ của đồng vị phóng xạ của các nguyên tố được hình thành do sự bắn phá mẫu được phân tích bằng dòng hạt cơ bản. Với sự bắn phá như vậy, các phản ứng hạt nhân sẽ xảy ra và các đồng vị phóng xạ của các nguyên tố tạo nên mẫu phân tích được hình thành

Bảng 14.1

Giới hạn phát hiện các nguyên tố bằng phân tích kích hoạt neutron nhiệt

Yếu tố	Trọng lượng – 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

Phương pháp kích hoạt phân tích được đặc trưng bởi giới hạn phát hiện thấp, bảng. 14.1, và đây là ưu điểm chính của nó so với các phương pháp phân tích khác.

Bảng cho thấy rằng đối với hơn 50 phần tử, giới hạn phát hiện là dưới 10-9 g.

Chu kỳ bán rã và năng lượng phát xạ của các đồng vị phóng xạ thu được là khác nhau đối với từng nguyên tố riêng lẻ và do đó có thể đạt được độ đặc hiệu đáng kể của phép xác định. Trong một mẫu vật liệu được phân tích, có thể xác định được một số lượng lớn các nguyên tố tạp chất. Cuối cùng, ưu điểm của phương pháp là không cần xác định định lượng dấu vết của các nguyên tố - việc sử dụng chất chuẩn cho phép bạn thu được kết quả chính xác ngay cả khi một phần nào đó của nguyên tố được xác định bị mất.

Nhược điểm của phương pháp bao gồm nhu cầu sử dụng thiết bị phức tạp và đắt tiền; Ngoài ra, người thực hiện phân tích phải được bảo vệ khỏi bức xạ phóng xạ.

MỤC 7. ĐÁNH GIÁ CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH CHẤT HIỆN ĐẠI

Chuyên đề 14. Phương pháp phân tích vật lý

Trong phân tích kích hoạt, nhiều loại hạt cơ bản có thể được sử dụng để chiếu xạ một mẫu - neutron, proton, hạt α, cũng như bức xạ γ. Bức xạ neutron thường được sử dụng nhất. Phần phân tích kích hoạt này được gọi là phân tích neutron. Thông thường người ta sử dụng dòng neutron nhiệt chậm.

Các lò phản ứng hạt nhân, trong đó xảy ra phản ứng phân hạch dây chuyền có kiểm soát của hạt nhân uranium, có thể đóng vai trò là nguồn cung cấp neutron. Các máy tạo neutron đã được biết đến, trong đó phản ứng của deuterium với tritium, cũng như các thiết bị khác, được sử dụng để tạo ra neutron.

Đồng vị phóng xạ của các nguyên tố được hình thành do chiếu xạ mẫu có dòng neutron trải qua quá trình phân rã phóng xạ. Các loại phân rã chính như sau.

1. Phân rã α là đặc trưng của các nguyên tố nặng nhất. Kết quả của sự phân rã này là điện tích hạt nhân giảm đi hai đơn vị và khối lượng giảm đi bốn đơn vị.

2. Phân rã β, trong đó số khối của nguyên tố được giữ nguyên, nhưng điện tích của hạt nhân thay đổi một - tăng lên khi hạt nhân phát ra electron và giảm xuống khi phát ra positron. Bức xạ có phổ năng lượng liên tục.

Sau khi phân rã α hoặc β, hạt nhân thu được thường ở trạng thái kích thích. Sự chuyển đổi của những hạt nhân như vậy từ trạng thái kích thích sang trạng thái cơ bản thường đi kèm với bức xạ γ. Sự phát xạ của hạt nhân có bản chất rời rạc với độ rộng phổ rất hẹp. Về nguyên tắc, bức xạ như vậy có thể dùng để xác định rõ ràng các đồng vị phóng xạ.

14.6. Lựa chọn sơ đồ và phương pháp phân tích

Để chọn sơ đồ và phương pháp phân tích, cần phải biết thành phần định lượng và bán định lượng của chất phân tích. Người phân tích phải biết mình đang giải quyết vấn đề gì, vì tùy thuộc vào thành phần của chất phân tích mà phương pháp phân tích được chọn. Trước khi tiến hành phân tích, cần lập sơ đồ phân tích, từ đó nêu rõ phương pháp nào có thể sử dụng để chuyển chất phân tích vào dung dịch, phương pháp nào phải sử dụng để tách các thành phần được xác định và mức độ cần thiết để phân tích. các thành phần có mặt sẽ cản trở quá trình phân tách, ở mức độ nào có thể ngăn chặn được ảnh hưởng cản trở của các chất có mặt trong quá trình xác định các thành phần nhất định. Khi phân tích silicat, đá, khoáng chất và thường là quặng, theo quy luật, cần phải xác định hầu hết tất cả các thành phần, mặc dù trong một số trường hợp, nhiệm vụ hẹp hơn có thể được đặt ra. Ví dụ, khi nghiên cứu một mỏ quặng, không cần thiết phải tiến hành phân tích đầy đủ tất cả các mẫu. Để làm điều này, chỉ cần thực hiện phân tích đầy đủ một số mẫu nhất định là đủ, nhưng xác định thành phần quặng chính (ví dụ: sắt hoặc mangan trong quá trình phân tích)

MỤC 7. ĐÁNH GIÁ CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH CHẤT HIỆN ĐẠI

Chuyên đề 14. Phương pháp phân tích vật lý

quặng sắt hoặc mangan) là bắt buộc đối với một số lượng lớn mẫu. Tiến trình của một phân tích hoàn chỉnh thường khác với tiến trình của một phân tích xác định một hoặc nhiều thành phần. Khi phân tích kim loại, rất hiếm khi người phân tích phải xác định hàm lượng của thành phần chính mà thông thường cần phải xác định hàm lượng tạp chất. Sau này ảnh hưởng lớn đến chất lượng của kim loại. Vì vậy, khi phân tích thép, hàm lượng sắt rất hiếm khi được xác định, nhưng để xác định mác thép thì hàm lượng cacbon, lưu huỳnh, phốt pho, silic, mangan, hợp kim và một số thành phần khác quyết định chất lượng của thép luôn được xác định. Điều này thường áp dụng cho việc phân tích các chất có độ tinh khiết cao. Tuy nhiên, cách tiếp cận xác định tạp chất khi phân tích thép và kim loại có độ tinh khiết cao sẽ khác nhau.

Phương pháp chuyển mẫu vào dung dịch hoặc phương pháp phân hủy mẫu phụ thuộc hoàn toàn vào thành phần chất phân tích. Nhìn chung, có thể lưu ý rằng khi phân tích silicat, đá, khoáng chất, theo quy luật, phản ứng tổng hợp kiềm được thực hiện để phân hủy mẫu, ít thường xuyên hơn.

– thiêu kết với canxi cacbonat, phân hủy axit trong hỗn hợp axit. Khi phân tích kim loại và hợp kim, quá trình phân hủy bằng axit thường được thực hiện; đôi khi các phương pháp phân hủy mẫu khác cũng được sử dụng. Ví dụ, khi phân tích nhôm, mẫu được hòa tan trong dung dịch kiềm. Các phương pháp khác để chuyển mẫu vào dung dịch có thể được đề xuất. Để làm ví dụ về việc chọn sơ đồ phân tích, chúng tôi trình bày sơ đồ phân tích silicat.

	Sơ đồ phân tích silicat
Silicat (trọng lượng)
Phản ứng tổng hợp với KNaCO3
Lọc và bay hơi nước bằng HCl
SiO2	kết tủa NH4OH
		Sự kết tủa
	Ca2 C2 O4	(NH4) 2 MỤC 7. ĐÁNH GIÁ CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH CHẤT HIỆN ĐẠI Chuyên đề 14. Phương pháp phân tích vật lý Tuy nhiên, tùy thuộc vào nội dung của các thành phần khác nhau trong sơ đồ, phải cung cấp ảnh hưởng của các thành phần này và hoạt động của chúng trong quá trình phân tích theo sơ đồ đó. Do đó, nếu boron, flo và mangan có mặt trong silicat thì sơ đồ này không thể được chấp nhận nếu không sửa đổi, vì có thể xảy ra những sai lệch sau: 1) trong quá trình bay hơi bằng axit clohydric, sẽ thấy rõ sự thất thoát silicon và boron; 2) boron sẽ kết tủa một phần cùng với axit silicic, và sau đó sẽ bay hơi khi kết tủa axit silicic được xử lý bằng axit flohydric; 3) một phần flo có thể vẫn còn trong dung dịch và sẽ ngăn chặn sự kết tủa của nhôm và sắt dưới tác dụng của dung dịch amoniac; 4) một phần boron sẽ kết tủa cùng với sesquihydroxide; 5) không bổ sung chất oxy hóa, không phải tất cả mangan đều kết tủa cùng với sesquihydroxide khi kết tủa bằng dung dịch amoniac, sau đó nó kết tủa một phần dưới dạng oxalat cùng với canxi oxalat; 6) khi magie kết tủa với photphat thì mangan photphat cũng sẽ kết tủa. Do đó, không phải lúc nào cũng có thể áp dụng sơ đồ phân tích đã trình bày và chỉ khi biết thành phần định lượng định tính và gần đúng, mới có thể lập sơ đồ phân tích có tính đến ảnh hưởng của tất cả các thành phần có trong mẫu được phân tích. Việc lựa chọn phương pháp xác định còn phụ thuộc vào hàm lượng thành phần được xác định và sự có mặt của các chất khác. Do đó, khi xác định một phần mười cacbon trong kim loại với sự có mặt của một phần nghìn và thậm chí vài phần trăm của lưu huỳnh, việc xác định có thể được thực hiện mà không tính đến lưu huỳnh. Nếu hàm lượng lưu huỳnh vượt quá 0,04% thì phải tính đến và loại bỏ ảnh hưởng của lưu huỳnh. Câu hỏi kiểm tra và bài tập 1. Các phương pháp phân tích vật lý dựa trên là gì? 2. Ưu điểm của phương pháp phân tích vật lý so với phương pháp phân tích hóa học và bằng phương pháp vật lý và hóa học? 3. Bản chất của tín hiệu phân tích trong phân tích quang phổ là gì? 4. Những vấn đề phân tích nào có thể được giải quyết bằng phương pháp phân tích quang phổ? 5. Các vật thể được phân loại như thế nào theo tính chất từ ​​tính của chúng? 6. Từ hóa cụ thể là gì? 7. Phương pháp đo độ nhạy từ tĩnh dựa trên cơ sở gì? 8. Resolax thuận từ là gì? 9. Phương pháp EPR có thể được sử dụng cho mục đích gì? 10. Bản chất của phương pháp là gì Quang phổ hồng ngoại? 11. thuộc loại dao động nào Phổ IR của các phân tử phức tạp có thể được sử dụng cho mục đích phân tích không? 12. Các phép đo định lượng dựa trên cơ sở gì? Quang phổ hồng ngoại? 13. Phương pháp microprobe trong phân tích quang phổ tia X là gì? MỤC 7. ĐÁNH GIÁ CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH CHẤT HIỆN ĐẠI Chuyên đề 14. Phương pháp phân tích vật lý 14. Bản chất của tín hiệu phân tích trong phân tích huỳnh quang tia X là gì? 15. Việc phân tích định tính một mẫu được thực hiện bằng phương pháp phân tích huỳnh quang tia X như thế nào? 16. Sự khác biệt giữa phân tích kích hoạt và các phương pháp phóng xạ khác là gì? 17. Ưu điểm chính của phương pháp kích hoạt là gì? 18. Phân tích neutron là gì? 19. Thông tin sơ bộ về thành phần mẫu được sử dụng như thế nào trước khi lựa chọn phương pháp và thiết kế phân tích? 20. Tại sao bạn cần tạo một kế hoạch phân tích mẫu?

Tất cả các phương pháp hóa học phân tích hiện có có thể được chia thành các phương pháp lấy mẫu, phân hủy mẫu, tách các thành phần, phát hiện (nhận dạng) và xác định.

Hầu như tất cả các phương pháp đều dựa trên mối quan hệ giữa thành phần của một chất và tính chất của nó. Để phát hiện một thành phần hoặc số lượng của nó, hãy đo tín hiệu phân tích.

Tín hiệu phân tích là giá trị trung bình của các phép đo đại lượng vật lý ở giai đoạn phân tích cuối cùng. Tín hiệu phân tích có liên quan về mặt chức năng với nội dung của thành phần được xác định. Đây có thể là cường độ dòng điện, EMF của hệ thống, mật độ quang, cường độ bức xạ, v.v.

Nếu cần phát hiện bất kỳ thành phần nào, sự xuất hiện của tín hiệu phân tích thường được ghi lại - sự xuất hiện của kết tủa, màu sắc, vạch trong quang phổ, v.v. Sự xuất hiện của tín hiệu phân tích phải được ghi lại một cách đáng tin cậy. Ở một lượng nhất định của một thành phần, cường độ của tín hiệu phân tích được đo: khối lượng trầm tích, cường độ dòng điện, cường độ của các vạch phổ, v.v. Sau đó, nội dung của thành phần được tính toán bằng cách sử dụng tín hiệu phân tích mối quan hệ chức năng - nội dung: y=f(c), được thiết lập bằng tính toán hoặc thử nghiệm và có thể được trình bày dưới dạng công thức, bảng hoặc đồ thị.

Trong hóa học phân tích, có sự phân biệt giữa các phương pháp phân tích hóa học, vật lý và hóa lý.

Trong các phương pháp phân tích hóa học, nguyên tố hoặc ion được xác định được chuyển đổi thành một số hợp chất có đặc tính đặc trưng này hoặc đặc tính khác, trên cơ sở đó có thể xác định rằng hợp chất cụ thể này đã được hình thành.

Phương pháp hóa học phân tích có phạm vi cụ thể. Ngoài ra, tốc độ thực hiện phân tích bằng phương pháp hóa học không phải lúc nào cũng đáp ứng được nhu cầu sản xuất, trong đó việc phân tích kịp thời là rất quan trọng trong khi vẫn có thể điều chỉnh quy trình công nghệ. Do đó, cùng với các phương pháp hóa học, các phương pháp phân tích vật lý và hóa lý ngày càng trở nên phổ biến.

Phương pháp vật lý phân tích dựa trên việc đo lường một số

Tham số hệ thống là hàm của thành phần, ví dụ, phổ hấp thụ phát xạ, độ dẫn điện hoặc nhiệt, thế năng của điện cực nhúng trong dung dịch, hằng số điện môi, chiết suất, cộng hưởng từ hạt nhân, v.v.

Phương pháp phân tích vật lý giúp giải quyết các vấn đề mà phương pháp phân tích hóa học không thể giải quyết được.

Để phân tích các chất, các phương pháp phân tích hóa lý được sử dụng rộng rãi, dựa trên các phản ứng hóa học, sự xuất hiện của chúng đi kèm với sự thay đổi tính chất vật lý của hệ thống được phân tích, ví dụ, màu sắc, cường độ màu, độ trong suốt, nhiệt và độ dẫn điện, v.v.

Phương pháp phân tích hóa lý Chúng được phân biệt bởi độ nhạy cao và tốc độ thực hiện, giúp tự động hóa các phép xác định phân tích hóa học và không thể thiếu khi phân tích số lượng nhỏ các chất.

Cần lưu ý rằng không phải lúc nào cũng có thể vạch ra ranh giới chặt chẽ giữa các phương pháp phân tích vật lý và hóa lý. Đôi khi chúng được kết hợp dưới tên chung là các phương pháp “công cụ”, bởi vì Để thực hiện một số phép đo nhất định, cần có các dụng cụ cho phép người ta đo chính xác các giá trị của các thông số nhất định đặc trưng cho một số tính chất nhất định của một chất.