Tällä hetkellä monet asiantuntijat ovat omistautuneet fysikaalisille tai kemiallisille tieteille ja joskus molemmille. Itse asiassa useimmat ilmiöt voidaan selittää loogisesti juuri tällaisten kokeiden avulla. Tarkastelemme fyysisiä tutkimusmenetelmiä tarkemmin.
Analyyttisen kemian analyysimenetelmät
Analyyttinen kemia on tiedettä kemikaalien havaitsemisesta, erottamisesta ja tunnistamisesta. Tiettyjen toimintojen suorittamiseksi yhdisteillä käytetään kemiallisia, fysikaalisia ja fysikaalis-kemiallisia analyysimenetelmiä. Jälkimmäistä menetelmää kutsutaan myös instrumentaaliseksi, koska sen soveltaminen vaatii nykyaikaisia laboratoriolaitteita. Se on jaettu spektroskooppisiin, ydinfysiikan ja radiokemiallisiin ryhmiin.
Lisäksi kemiassa voi olla erilaisia ongelmia, jotka vaativat yksilöllisiä ratkaisuja. Tästä riippuen on olemassa kvalitatiivisia (aineen nimen ja muodon määrittäminen) ja kvantitatiivisia (määritetään, kuinka paljon tiettyä ainetta on erässä tai näytteessä) analyysimenetelmiä.
Kvantitatiiviset analyysimenetelmät
Niillä voit määrittää näytteen alkuperäisen aineen sisällön. Kaikkiaan on olemassa kemiallisia, fysikaalis-kemiallisia ja fysikaalisia kvantitatiivisen analyysin menetelmiä.
Kvantitatiivisen analyysin kemialliset menetelmät
Ne on jaettu:
- Painoanalyysi, jonka avulla voit määrittää aineen pitoisuuden punnitsemalla analyysivaakaa ja suorittamalla lisätoimenpiteitä.
- Tilavuusanalyysi, joka sisältää aineiden tilavuuden mittaamisen eri aggregaattimuodoissa tai liuoksissa.
Se puolestaan on jaettu seuraaviin alaosiin:
- tilavuustitrimetristä analyysiä käytetään tunnetulla reagenssin pitoisuudella, reaktiota, jossa tarvittava aine kulutetaan, ja sitten mitataan kulutettu tilavuus;
- tilavuuskaasumenetelmällä analysoidaan kaasuseoksia, joissa toinen aine absorboi alkuperäistä ainetta.
- volumetrinen sedimentaatio (latinan sanasta sedimentum - "asuttuminen") perustuu hajautettujen järjestelmien kerrostumiseen painovoiman vaikutuksesta. Tähän liittyy saostumista, jonka tilavuus mitataan sentrifugiputkella.
Kemialliset menetelmät eivät ole aina käteviä käyttää, koska usein on tarpeen erottaa seos halutun komponentin eristämiseksi. Tällaisen toimenpiteen suorittamiseksi ilman kemiallisia reaktioita käytetään fysikaalisia analyysimenetelmiä. Ja tarkkailla yhdisteen fysikaalisten ominaisuuksien muutosta seurauksenareaktioiden suorittaminen - fysikaaliset ja kemialliset.
Kvantitatiivisen analyysin fysikaaliset menetelmät
Niitä käytetään monissa laboratoriotutkimuksissa. Fyysisiä analyysimenetelmiä ovat:
- Spektroskooppinen - perustuu tutkitun yhdisteen atomien, molekyylien, ionien vuorovaikutukseen sähkömagneettisen säteilyn kanssa, jonka seurauksena fotoneja absorboituu tai vapautuu.
- Ydinfysikaalisessa menetelmässä tutkittavasta aineesta otettu näyte altistetaan neutronivuolle, jota tutkimalla voidaan kokeen jälkeen määrittää näytteen sisältämien alkuaineiden määrällinen pitoisuus mittaamalla. radioaktiivista säteilyä. Tämä toimii, koska hiukkasten aktiivisuuden määrä on suoraan verrannollinen tutkittavan alkuaineen pitoisuuteen.
- Radiokemiallisella menetelmällä määritetään muunnosten seurauksena muodostuneiden radioaktiivisten isotooppien pitoisuus aineessa.
Kvantitatiivisen analyysin fysikaalis-kemialliset menetelmät
Koska nämä menetelmät ovat vain osa aineen fysikaalisia analyysimenetelmiä, ne jaetaan myös spektroskooppisiin, ydinfysikaalisiin ja radiokemiallisiin tutkimusmenetelmiin.
Laadulliset analyysimenetelmät
Analyyttisessä kemiassa aineen ominaisuuksien tutkimiseksi, sen fysikaalisen tilan, värin, maun, hajun määrittämiseksi käytetään kvalitatiivisia analyysimenetelmiä, jotka puolestaan jaetaan samoihin kemiallisiin, fysikaalisiin ja fysikaalis-kemiallinen (instrumentaalinen). Lisäksi fysikaaliset analyysimenetelmät ovat edullisia analyyttisessä kemiassa.
Kemialliset menetelmät suoritetaan kahdella tavalla: reaktiot liuoksissa ja reaktiot kuivalla tavalla.
Märkätien reaktiot
Ratkaisujen reaktioilla on tietyt ehdot, joista yhden tai useamman on täytyttävä:
- Liukenemattoman sakan muodostuminen.
- Ratkaisun värin muuttaminen.
- Kaasumaisen aineen kehitys.
Saostumaa voi muodostua esimerkiksi bariumkloridin (BaCl2) ja rikkihapon (H2SO4) vuorovaikutuksen seurauksena. Reaktiotuotteet ovat kloorivetyhappo (HCl) ja veteen liukenematon valkoinen sakka - bariumsulfaatti (BaSO4). Silloin kemiallisen reaktion esiintymisen välttämätön ehto täyttyy. Joskus reaktiotuotteet voivat olla pari ainetta, jotka on erotettava suodattamalla.
Liuoksen värin muuttaminen kemiallisen vuorovaikutuksen seurauksena on erittäin tärkeä analyysin ominaisuus. Tämä havaitaan useimmiten työskenneltäessä redox-prosessien kanssa tai käytettäessä indikaattoreita happo-emäs-titrausprosessissa. Aineita, jotka voivat värjätä liuoksen sopivalla värillä, ovat: kaliumtiosyanaatti KSCN (sen vuorovaikutukseen rauta III -suolojen kanssa liittyy liuoksen verenpunainen väritys), rautakloridi (vuorovaikutuksessa klooriveden kanssa, liuoksen heikko vihreä väri liuos muuttuu keltaiseksi), kaliumdikromaatti (pelkistettynä ja rikkihapon vaikutuksesta se muuttuu oranssistatummanvihreä) ja muut.
Kaasun vapautumisen aiheuttavat reaktiot eivät ole perusreaktiota, ja niitä käytetään harvoissa tapauksissa. Laboratorioissa yleisimmin tuotettu hiilidioksidi on CO2.
Kuivat reaktiot
Tällaisia vuorovaikutuksia suoritetaan analysoitavan aineen epäpuhtauspitoisuuden määrittämiseksi, mineraalien tutkimuksessa, ja se koostuu useista vaiheista:
- Sulkevuustesti.
- Liikin väritesti.
- Haihtuvuustesti.
- Kyky redox-reaktioihin.
Yleensä mineraaliaineiden sulamiskyky testataan esikuumentamalla niistä pieni näyte kaasupolttimen päällä ja tarkkailemalla sen reunojen pyöristymistä suurennuslasin alla.
Näyteen kyky värjätä liekin tarkistamiseksi levitetään platinalangalle ensin liekin pohjalle ja sitten siihen kohtaan, joka kuumenee eniten.
Näytteen haihtuvuus tarkistetaan määrityssylinterissä, joka kuumennetaan testielementin lisäämisen jälkeen.
Redox-prosessien reaktiot suoritetaan useimmiten kuivissa sulatetun booraksin palloissa, joihin näyte laitetaan ja sitten kuumennetaan. On olemassa muita tapoja suorittaa tämä reaktio: lämmittäminen lasiputkessa alkalimetallien - Na, K kanssa, yksinkertainen kuumennus tai kuumennus puuhiilellä ja niin edelleen.
Kemiallisten indikaattoreiden käyttö
Joskus kemialliset analyysimenetelmät käyttävät erilaisiaindikaattorit, jotka auttavat määrittämään aineen väliaineen pH:n. Yleisimmin käytetyt ovat:
- Lammus. Happamassa ympäristössä indikaattorilakmuspaperi muuttuu punaiseksi ja emäksisessä ympäristössä siniseksi.
- Methylorange. Altistuessaan happamalle ionille se muuttuu vaaleanpunaiseksi, emäksiseksi - muuttuu keltaiseksi.
- Fenoliftaleiini. Emäksisessä ympäristössä sille on ominaista punainen väri, ja happamassa ympäristössä sillä ei ole väriä.
- Kurkumiina. Sitä käytetään harvemmin kuin muita indikaattoreita. Muuttuu ruskeaksi emäksistä ja keltaiseksi hapoista.
Fysikaaliset kvalitatiivisen analyysin menetelmät
Tällä hetkellä niitä käytetään usein sekä teollisessa että laboratoriotutkimuksessa. Esimerkkejä fysikaalisista analyysimenetelmistä ovat:
- Spectral, josta on jo keskusteltu yllä. Se puolestaan on jaettu emissio- ja absorptiomenetelmiin. Partikkelien analyyttisestä signaalista riippuen erotetaan atomi- ja molekyylispektroskopia. Emission aikana näyte emittoi kvantteja, ja absorption aikana näytteen emittoimat fotonit absorboituvat selektiivisesti pieniin hiukkasiin - atomeihin ja molekyyleihin. Tämä kemiallinen menetelmä käyttää sellaisia säteilytyyppejä kuin ultravioletti (UV) aallonpituudella 200-400 nm, näkyvä aallonpituudella 400-800 nm ja infrapuna (IR), jonka aallonpituus on 800-40000 nm. Tällaisia säteilyalueita kutsutaan muuten "optiseksi alueeksi".
- Luminesoiva (fluoresoiva) menetelmä koostuu tutkittavan aineen valonsäteilyn tarkkailusta, joka johtuu altistuminen ultraviolettisäteille. Testinäyte voi olla orgaaninen tai mineraaliyhdiste sekä joitain lääkkeitä. UV-säteilylle altistuessaan tämän aineen atomit siirtyvät kiihtyneeseen tilaan, jolle on ominaista vaikuttava energiavarasto. Normaalitilaan siirtymisen aikana aine luminesoi jäännösenergian vuoksi.
- Röntgendiffraktioanalyysi suoritetaan pääsääntöisesti röntgensäteitä käyttäen. Niitä käytetään määrittämään atomien koko ja kuinka ne sijaitsevat suhteessa muihin näytemolekyyleihin. Siten kidehila, näytteen koostumus ja joissakin tapauksissa epäpuhtaudet löytyvät. Tässä menetelmässä käytetään pientä määrää analyyttiä ilman kemiallisia reaktioita.
- Massaspektrometrinen menetelmä. Joskus käy niin, että sähkömagneettinen kenttä ei päästä tiettyjä ionisoituneita hiukkasia kulkemaan sen läpi, koska massan ja varauksen suhde on liian suuri. Niiden määrittämiseksi tarvitaan tämä fyysinen analyysimenetelmä.
Näillä menetelmillä on siis suuri kysyntä verrattuna perinteisiin kemiallisiin menetelmiin, koska niillä on useita etuja. Kemiallisten ja fysikaalisten analyysimenetelmien yhdistäminen analyyttisessä kemiassa antaa kuitenkin paljon paremman ja tarkemman tuloksen tutkimuksesta.
Fysikaalis-kemialliset (instrumentaaliset) kvalitatiivisen analyysin menetelmät
Näihin luokkiin kuuluvat:
- Sähkökemialliset menetelmät, jotka koostuvat mittauksestagalvaanisten kennojen sähkömotoriset voimat (potentiometria) ja liuosten sähkönjohtavuus (konduktometria) sekä kemiallisten prosessien liikkeen ja lepoajan tutkimuksessa (polarografia).
- Emission spektrianalyysi, jonka ydin on määrittää sähkömagneettisen säteilyn intensiteetti taajuusasteikolla.
- Fotometrinen menetelmä.
- Röntgenspektrianalyysi, joka tutkii näytteen läpi kulkeneiden röntgensäteiden spektrejä.
- Radioaktiivisuuden mittausmenetelmä.
- Kromatografinen menetelmä perustuu aineen sorption ja desorption toistuvaan vuorovaikutukseen sen liikkuessa liikkumatonta sorbenttia pitkin.
Sinun pitäisi tietää, että kemian fysikaalis-kemialliset ja fysikaaliset analyysimenetelmät yhdistetään yhdeksi ryhmäksi, joten erikseen tarkasteltuna niillä on paljon yhteistä.
Aineiden fysikaalis-kemialliset erotusmenetelmät
Hyvin usein laboratorioissa tulee tilanteita, joissa vaadittua ainetta on mahdotonta erottaa erottamalla sitä toisesta. Tällaisissa tapauksissa käytetään aineiden erotusmenetelmiä, joita ovat:
- Uutto - menetelmä, jolla tarvittava aine uutetaan liuoksesta tai seoksesta uuttoaineen (vastaavan liuottimen) avulla.
- Kromatografia. Tätä menetelmää ei käytetä vain analyysiin, vaan myös liikkuvassa ja kiinteässä vaiheessa olevien komponenttien erottamiseen.
- Erotus ioninvaihdolla. Tuloksenahaluttu aine voi saostua, liukenematon veteen, ja se voidaan sitten erottaa sentrifugoimalla tai suodattamalla.
- Kryogeenistä erotusta käytetään kaasumaisten aineiden poistamiseen ilmasta.
- Elektroforeesi on aineiden erottamista sähkökentän avulla, jonka vaikutuksesta keskenään sekoittumattomat hiukkaset liikkuvat nestemäisessä tai kaasumaisessa väliaineessa.
Siten laborantti saa aina tarvittavan aineen.
