Η φυσικοχημική έρευνα ως κλάδος της αναλυτικής χημείας χρησιμοποιείται ευρέως σε κάθε σφαίρα της ανθρώπινης ζωής. Σας επιτρέπουν να μελετήσετε τις ιδιότητες μιας ουσίας που σας ενδιαφέρει προσδιορίζοντας το ποσοτικό συστατικό των συστατικών στη σύνθεση του δείγματος.
Έρευνα ουσιών
Επιστημονική έρευνα είναι η γνώση ενός αντικειμένου ή φαινομένου με σκοπό την απόκτηση ενός συστήματος εννοιών και γνώσεων. Σύμφωνα με την αρχή της δράσης, οι μέθοδοι που χρησιμοποιούνται ταξινομούνται σε:
- εμπειρικό;
- οργανωτική;
- ερμηνευτικό;
- μέθοδοι ποιοτικής και ποσοτικής ανάλυσης.
Οι εμπειρικές μέθοδοι έρευνας αντικατοπτρίζουν το υπό μελέτη αντικείμενο από την πλευρά των εξωτερικών εκδηλώσεων και περιλαμβάνουν παρατήρηση, μέτρηση, πείραμα, σύγκριση. Η εμπειρική μελέτη βασίζεται σε αξιόπιστα γεγονότα και δεν περιλαμβάνει τη δημιουργία τεχνητών καταστάσεων για ανάλυση.
Οργανωτικές μέθοδοι - συγκριτικές, διαχρονικές, σύνθετες. Το πρώτο συνεπάγεται μια σύγκριση των καταστάσεων ενός αντικειμένου που λαμβάνεται σε διαφορετικούς χρόνους και υπό διαφορετικές συνθήκες. Διαμήκης - παρατήρηση του αντικειμένουέρευνα για μεγάλο χρονικό διάστημα. Το σύνθετο είναι ένας συνδυασμός διαχρονικών και συγκριτικών μεθόδων.
Μέθοδοι ερμηνείας - γενετικές και δομικές. Η γενετική παραλλαγή περιλαμβάνει τη μελέτη της ανάπτυξης ενός αντικειμένου από τη στιγμή της εμφάνισής του. Η δομική μέθοδος μελετά και περιγράφει τη δομή ενός αντικειμένου.
Η αναλυτική χημεία ασχολείται με μεθόδους ποιοτικής και ποσοτικής ανάλυσης. Οι χημικές μελέτες στοχεύουν στον προσδιορισμό της σύνθεσης του αντικειμένου μελέτης.
Μέθοδοι ποσοτικής ανάλυσης
Με τη βοήθεια της ποσοτικής ανάλυσης στην αναλυτική χημεία προσδιορίζεται η σύσταση των χημικών ενώσεων. Σχεδόν όλες οι μέθοδοι που χρησιμοποιούνται βασίζονται στη μελέτη της εξάρτησης των χημικών και φυσικών ιδιοτήτων μιας ουσίας από τη σύνθεσή της.
Η ποσοτική ανάλυση είναι γενική, πλήρης και μερική. Το General καθορίζει την ποσότητα όλων των γνωστών ουσιών στο υπό μελέτη αντικείμενο, ανεξάρτητα από το εάν υπάρχουν στη σύνθεση ή όχι. Μια πλήρης ανάλυση διακρίνεται με την εύρεση της ποσοτικής σύνθεσης των ουσιών που περιέχονται στο δείγμα. Η μερική επιλογή ορίζει το περιεχόμενο μόνο των συστατικών που ενδιαφέρουν σε αυτήν τη χημική μελέτη.
Ανάλογα με τη μέθοδο ανάλυσης, υπάρχουν τρεις ομάδες μεθόδων: χημικές, φυσικές και φυσικοχημικές. Όλα βασίζονται σε μια αλλαγή στις φυσικές ή χημικές ιδιότητες μιας ουσίας.
Χημική Έρευνα
Αυτή η μέθοδος στοχεύει στον προσδιορισμό ουσιών σε διάφορες ποσοτικά απαντώμενες χημικές ουσίεςαντιδράσεις. Τα τελευταία έχουν εξωτερικές εκδηλώσεις (αποχρωματισμός, απελευθέρωση αερίου, θερμότητα, ίζημα). Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται ευρέως σε πολλούς κλάδους της ζωής της σύγχρονης κοινωνίας. Το εργαστήριο χημικής έρευνας είναι απαραίτητο στη βιομηχανία φαρμάκων, πετροχημικών, κατασκευών και πολλών άλλων βιομηχανιών.
Υπάρχουν τρεις τύποι χημικής έρευνας. Η βαρυμετρία ή η ανάλυση βάρους βασίζεται στην αλλαγή των ποσοτικών χαρακτηριστικών της ελεγχόμενης ουσίας στο δείγμα. Αυτή η επιλογή είναι απλή και δίνει ακριβή αποτελέσματα, αλλά είναι χρονοβόρα. Με αυτόν τον τύπο μεθόδων χημικής έρευνας, η απαιτούμενη ουσία διαχωρίζεται από τη συνολική σύνθεση με τη μορφή ιζήματος ή αερίου. Στη συνέχεια φέρεται σε στερεά αδιάλυτη φάση, διηθείται, πλένεται, ξηραίνεται. Μετά από αυτές τις διαδικασίες, το συστατικό ζυγίζεται.
Η Η ογκομετρία είναι μια ογκομετρική ανάλυση. Η μελέτη των χημικών ουσιών γίνεται με τη μέτρηση του όγκου ενός αντιδραστηρίου που αντιδρά με την υπό μελέτη ουσία. Η συγκέντρωσή του είναι γνωστή εκ των προτέρων. Ο όγκος του αντιδραστηρίου μετράται όταν επιτευχθεί το ισοδύναμο σημείο. Στην ανάλυση αερίου, προσδιορίζεται ο όγκος του αερίου που απελευθερώνεται ή απορροφάται.
Επιπλέον, χρησιμοποιείται συχνά η έρευνα χημικών μοντέλων. Δηλαδή, δημιουργείται ένα ανάλογο του υπό μελέτη αντικειμένου, το οποίο είναι πιο βολικό στη μελέτη.
Φυσική Έρευνα
Σε αντίθεση με τη χημική έρευνα που βασίζεται στη διεξαγωγή κατάλληλων αντιδράσεων, οι φυσικές μέθοδοι ανάλυσης βασίζονται στις ίδιες ιδιότητες των ουσιών. Για το δικό τουςη εκτέλεση απαιτεί ειδικές συσκευές. Η ουσία της μεθόδου είναι να μετρηθούν οι αλλαγές στα χαρακτηριστικά μιας ουσίας που προκαλούνται από τη δράση της ακτινοβολίας. Οι κύριες μέθοδοι φυσικής εξέτασης είναι η διαθλασιμετρία, η πολωσιμετρία, η φθορισμομέτρηση.
Η διαθλασιόμετρο πραγματοποιείται με τη χρήση διαθλασίμετρου. Η ουσία της μεθόδου ανάγεται στη μελέτη της διάθλασης του φωτός που περνά από το ένα μέσο στο άλλο. Η αλλαγή της γωνίας σε αυτή την περίπτωση εξαρτάται από τις ιδιότητες των συστατικών του μέσου. Επομένως, καθίσταται δυνατός ο προσδιορισμός της σύνθεσης του μέσου και της δομής του.
Η πολωσιμετρία είναι μια οπτική μέθοδος έρευνας που χρησιμοποιεί την ικανότητα ορισμένων ουσιών να περιστρέφουν το επίπεδο ταλάντωσης του γραμμικά πολωμένου φωτός.
Για τη φθοριμετρία χρησιμοποιούνται λέιζερ και λάμπες υδραργύρου που δημιουργούν μονοχρωματική ακτινοβολία. Ορισμένες ουσίες είναι ικανές να φθορίζουν (απορροφούν και εκπέμπουν την απορροφούμενη ακτινοβολία). Με βάση την ένταση του φθορισμού, εξάγεται συμπέρασμα για τον ποσοτικό προσδιορισμό της ουσίας.
Φυσική και χημική έρευνα
Μέθοδοι φυσικοχημικής έρευνας καταγράφουν αλλαγές στις φυσικές ιδιότητες μιας ουσίας υπό την επίδραση διαφόρων χημικών αντιδράσεων. Βασίζονται στην άμεση εξάρτηση των φυσικών χαρακτηριστικών του υπό μελέτη αντικειμένου από τη χημική του σύνθεση. Αυτές οι μέθοδοι απαιτούν τη χρήση ορισμένων οργάνων μέτρησης. Κατά κανόνα, η παρατήρηση πραγματοποιείται για θερμική αγωγιμότητα, ηλεκτρική αγωγιμότητα, απορρόφηση φωτός, σημείο βρασμού και σημείο τήξης.
Φυσικοχημικές μελέτες της ύληςχρησιμοποιούνται ευρέως λόγω της υψηλής ακρίβειας και της ταχύτητας απόκτησης αποτελεσμάτων. Στον σύγχρονο κόσμο, λόγω της ανάπτυξης των τεχνολογιών πληροφορικής, οι χημικές μέθοδοι έχουν γίνει δύσκολο να εφαρμοστούν. Οι φυσικοχημικές μέθοδοι χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία τροφίμων, τη γεωργία, την εγκληματολογία.
Μία από τις κύριες διαφορές μεταξύ φυσικών και χημικών μεθόδων και χημικών είναι ότι το τέλος της αντίδρασης (το σημείο ισοδυναμίας) βρίσκεται χρησιμοποιώντας όργανα μέτρησης και όχι οπτικά.
Οι κύριες μέθοδοι φυσικής και χημικής έρευνας θεωρούνται οι φασματικές, ηλεκτροχημικές, θερμικές και χρωματογραφικές μέθοδοι.
Φασματικές μέθοδοι ανάλυσης ουσιών
Η βάση των φασματικών μεθόδων ανάλυσης είναι η αλληλεπίδραση ενός αντικειμένου με την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Μελετάται η απορρόφηση, η ανάκλαση και η σκέδαση των τελευταίων. Ένα άλλο όνομα για τη μέθοδο είναι οπτική. Είναι ένας συνδυασμός ποιοτικής και ποσοτικής έρευνας. Η φασματική ανάλυση σάς επιτρέπει να αξιολογήσετε τη χημική σύνθεση, τη δομή των συστατικών, το μαγνητικό πεδίο και άλλα χαρακτηριστικά μιας ουσίας.
Η ουσία της μεθόδου είναι να προσδιοριστούν οι συχνότητες συντονισμού στις οποίες η ουσία αντιδρά στο φως. Είναι αυστηρά ατομικά για κάθε συστατικό. Με ένα φασματοσκόπιο, μπορείτε να δείτε τις γραμμές στο φάσμα και να προσδιορίσετε τα συστατικά μιας ουσίας. Η ένταση των φασματικών γραμμών δίνει μια ιδέα για το ποσοτικό χαρακτηριστικό. Η ταξινόμηση των φασματικών μεθόδων βασίζεται στον τύπο του φάσματος και στο σκοπό της μελέτης.
Μέθοδος εκπομπήςσας επιτρέπει να μελετήσετε τα φάσματα εκπομπής και παρέχει πληροφορίες σχετικά με τη σύνθεση της ουσίας. Για τη λήψη δεδομένων, υποβάλλεται σε εκκένωση ηλεκτρικού τόξου. Μια παραλλαγή αυτής της μεθόδου είναι η φωτομετρία φλόγας. Τα φάσματα απορρόφησης μελετώνται με τη μέθοδο της απορρόφησης. Οι παραπάνω επιλογές αναφέρονται στην ποιοτική ανάλυση της ουσίας.
Η ποσοτική φασματική ανάλυση συγκρίνει την ένταση της φασματικής γραμμής του υπό μελέτη αντικειμένου και μιας ουσίας γνωστής συγκέντρωσης. Αυτές οι μέθοδοι περιλαμβάνουν ατομική απορρόφηση, αναλύσεις ατομικού φθορισμού και φωταύγειας, θολερότητα, νεφελομετρία.
Βασικές αρχές ηλεκτροχημικής ανάλυσης ουσιών
Η ηλεκτροχημική ανάλυση χρησιμοποιεί ηλεκτρόλυση για τη μελέτη μιας ουσίας. Οι αντιδράσεις διεξάγονται σε υδατικό διάλυμα σε ηλεκτρόδια. Ένα από τα διαθέσιμα χαρακτηριστικά είναι να μετρηθεί. Η μελέτη πραγματοποιείται σε ηλεκτροχημική κυψέλη. Πρόκειται για ένα δοχείο στο οποίο τοποθετούνται ηλεκτρολύτες (ουσίες με ιοντική αγωγιμότητα), ηλεκτρόδια (ουσίες με ηλεκτρονική αγωγιμότητα). Τα ηλεκτρόδια και οι ηλεκτρολύτες αλληλεπιδρούν μεταξύ τους. Σε αυτήν την περίπτωση, το ρεύμα τροφοδοτείται από το εξωτερικό.
Ταξινόμηση ηλεκτροχημικών μεθόδων
Ταξινόμηση ηλεκτροχημικών μεθόδων με βάση τα φαινόμενα στα οποία βασίζονται οι φυσικές και χημικές μελέτες. Αυτές είναι μέθοδοι με και χωρίς ξένες δυνατότητες.
Η αγωγιμότητα είναι μια αναλυτική μέθοδος και μετρά την ηλεκτρική αγωγιμότητα G. Η αγωγομετρική ανάλυση χρησιμοποιεί γενικά εναλλασσόμενο ρεύμα. Αγωγομετρική ογκομέτρηση – περισσότερακοινή μέθοδος έρευνας. Αυτή η μέθοδος αποτελεί τη βάση για την κατασκευή φορητών αγωγόμετρων που χρησιμοποιούνται για χημικές μελέτες του νερού.
Κατά τη διεξαγωγή ποτενσιομετρίας, μετράται το EMF ενός αναστρέψιμου γαλβανικού στοιχείου. Η μέθοδος κουλομετρίας καθορίζει την ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας που καταναλώνεται κατά την ηλεκτρόλυση. Η βολταμετρία ερευνά την εξάρτηση του μεγέθους του ρεύματος από το εφαρμοζόμενο δυναμικό.
Θερμικές μέθοδοι ανάλυσης ουσιών
Η θερμική ανάλυση στοχεύει στον προσδιορισμό της αλλαγής στις φυσικές ιδιότητες μιας ουσίας υπό την επίδραση της θερμοκρασίας. Αυτές οι μέθοδοι δοκιμής εκτελούνται σε σύντομο χρονικό διάστημα και με μια μικρή ποσότητα του δείγματος που μελετήθηκε.
Η θερμοβαρυμετρία είναι μία από τις μεθόδους θερμικής ανάλυσης, η οποία υπολογίζει τις αλλαγές στη μάζα ενός αντικειμένου υπό την επίδραση της θερμοκρασίας. Αυτή η μέθοδος θεωρείται μία από τις πιο ακριβείς.
Επιπλέον, οι μέθοδοι θερμικής έρευνας περιλαμβάνουν τη θερμιδομετρία, η οποία καθορίζει τη θερμοχωρητικότητα μιας ουσίας, την ενθαλπυμετρία, με βάση τη μελέτη της θερμοχωρητικότητας. Επίσης, μεταξύ αυτών θα πρέπει να αποδοθεί η διαλατομετρία, η οποία καταγράφει τη μεταβολή του όγκου του δείγματος υπό την επίδραση της θερμοκρασίας.
Χρωματογραφικές μέθοδοι για την ανάλυση ουσιών
Η μέθοδος χρωματογραφίας είναι ένας τρόπος διαχωρισμού ουσιών. Υπάρχουν πολλοί τύποι χρωματογραφίας, οι κυριότεροι είναι: αέριο, κατανομή, οξειδοαναγωγή, κατακρήμνιση, ανταλλαγή ιόντων.
Τα συστατικά στο δείγμα δοκιμής διαχωρίζονται μεταξύ κινούμενων και ακίνητωνφάσεις. Στην πρώτη περίπτωση, μιλάμε για υγρά ή αέρια. Η στατική φάση είναι ένα ροφητικό - ένα στερεό. Τα συστατικά του δείγματος κινούνται στην κινητή φάση κατά μήκος της στατικής φάσης. Από την ταχύτητα και το χρόνο διέλευσης των συστατικών από την τελευταία φάση, κρίνονται οι φυσικές τους ιδιότητες.
Εφαρμογή μεθόδων φυσικής και χημικής έρευνας
Ο πιο σημαντικός τομέας των φυσικών και χημικών μεθόδων είναι η υγειονομική-χημική και ιατροδικαστική-χημική έρευνα. Έχουν κάποιες διαφορές. Στην πρώτη περίπτωση, χρησιμοποιούνται αποδεκτά πρότυπα υγιεινής για την αξιολόγηση της ανάλυσης που πραγματοποιήθηκε. Καθορίζονται από τα υπουργεία. Η υγειονομική και χημική έρευνα πραγματοποιείται σύμφωνα με τη διαδικασία που ορίζει η επιδημιολογική υπηρεσία. Η διαδικασία χρησιμοποιεί περιβαλλοντικά μοντέλα που μιμούνται τις ιδιότητες των προϊόντων διατροφής. Αναπαράγουν επίσης τις συνθήκες λειτουργίας του δείγματος.
Η ιατροδικαστική χημική έρευνα στοχεύει στην ποσοτική ανίχνευση ναρκωτικών, ισχυρών ουσιών και δηλητηρίων στον ανθρώπινο οργανισμό, προϊόντα διατροφής, φάρμακα. Η εξέταση πραγματοποιείται σύμφωνα με δικαστική απόφαση.
