Fizikāli ķīmiskie pētījumi kā analītiskās ķīmijas nozare tiek plaši izmantoti visās cilvēka dzīves jomās. Tie ļauj izpētīt interesējošās vielas īpašības, nosakot komponentu kvantitatīvo komponentu parauga sastāvā.
Vielu izpēte
Zinātniskā izpēte ir zināšanas par objektu vai parādību, lai iegūtu jēdzienu un zināšanu sistēmu. Saskaņā ar darbības principu izmantotās metodes tiek klasificētas:
- empīrisks;
- organizācijas;
- interpretējošs;
- kvalitatīvās un kvantitatīvās analīzes metodes.
Empīriskās izpētes metodes atspoguļo pētāmo objektu no ārējo izpausmju puses un ietver novērošanu, mērīšanu, eksperimentu, salīdzināšanu. Empīriskā izpēte ir balstīta uz ticamiem faktiem un neietver mākslīgu situāciju radīšanu analīzei.
Organizācijas metodes - salīdzinošās, gareniskās, kompleksās. Pirmais nozīmē objekta stāvokļu salīdzināšanu, kas iegūti dažādos laikos un dažādos apstākļos. Gareniski - objekta novērošanapētījumi ilgā laika periodā. Komplekss ir garengriezuma un salīdzinošo metožu kombinācija.
Interpretācijas metodes - ģenētiskā un strukturālā. Ģenētiskais variants ietver objekta attīstības izpēti no tā rašanās brīža. Strukturālā metode pēta un apraksta objekta struktūru.
Analītiskā ķīmija nodarbojas ar kvalitatīvās un kvantitatīvās analīzes metodēm. Ķīmiskie pētījumi ir vērsti uz pētāmā objekta sastāva noteikšanu.
Kvantitatīvās analīzes metodes
Ar kvantitatīvās analīzes palīdzību analītiskajā ķīmijā tiek noteikts ķīmisko savienojumu sastāvs. Gandrīz visas izmantotās metodes ir balstītas uz pētījumu par vielas ķīmisko un fizikālo īpašību atkarību no tās sastāva.
Kvantitatīvā analīze ir vispārīga, pilnīga un daļēja. Vispārīgi nosaka visu zināmo vielu daudzumu pētāmajā objektā neatkarīgi no tā, vai tās sastāvā ir vai nav. Pilnīgu analīzi izšķir paraugā esošo vielu kvantitatīvā sastāva noteikšana. Daļējā opcija nosaka tikai to komponentu saturu, kas interesējas šajā ķīmiskajā pētījumā.
Atkarībā no analīzes metodes ir trīs metožu grupas: ķīmiskā, fizikālā un fizikāli ķīmiskā. Visi no tiem ir balstīti uz izmaiņām vielas fizikālajās vai ķīmiskajās īpašībās.
Ķīmiskā izpēte
Šī metode ir paredzēta vielu noteikšanai dažādās kvantitatīvi sastopamās ķīmiskās vielāsreakcijas. Pēdējiem ir ārējas izpausmes (krāsas maiņa, gāzu izdalīšanās, karstums, nogulsnes). Šo metodi plaši izmanto daudzās mūsdienu sabiedrības dzīves jomās. Ķīmiskās pētniecības laboratorija ir obligāta farmācijas, naftas ķīmijas, būvniecības un daudzās citās nozarēs.
Ir trīs ķīmisko pētījumu veidi. Gravimetrija jeb svara analīze balstās uz pārbaudāmās vielas kvantitatīvo īpašību izmaiņām paraugā. Šī opcija ir vienkārša un sniedz precīzus rezultātus, taču ir laikietilpīga. Ar šāda veida ķīmiskās izpētes metodēm vajadzīgā viela tiek atdalīta no kopējā sastāva nogulšņu vai gāzes veidā. Pēc tam to ievieto cietā nešķīstošā fāzē, filtrē, mazgā, žāvē. Pēc šīm procedūrām komponents tiek nosvērts.
Titrimetrija ir tilpuma analīze. Ķīmisko vielu izpēte notiek, mērot reaģenta tilpumu, kas reaģē ar pētāmo vielu. Tās koncentrācija ir zināma iepriekš. Reaģenta tilpumu mēra, kad ir sasniegts ekvivalences punkts. Gāzes analīzē nosaka izdalītās vai absorbētās gāzes daudzumu.
Turklāt bieži tiek izmantota ķīmisko modeļu izpēte. Tas ir, tiek izveidots pētāmā objekta analogs, kuru ir ērtāk pētīt.
Fiziskā izpēte
Atšķirībā no ķīmiskajiem pētījumiem, kuru pamatā ir atbilstošu reakciju veikšana, fizikālās analīzes metodes ir balstītas uz tām pašām vielu īpašībām. Priekš viņiemLai veiktu, nepieciešamas īpašas ierīces. Metodes būtība ir izmērīt izmaiņas vielas īpašībās, ko izraisa starojuma iedarbība. Galvenās fiziskās izmeklēšanas metodes ir refraktometrija, polarimetrija, fluorimetrija.
Refraktometriju veic, izmantojot refraktometru. Metodes būtība ir samazināta līdz gaismas laušanas izpētei, kas pāriet no vienas vides uz otru. Leņķa maiņa šajā gadījumā ir atkarīga no barotnes komponentu īpašībām. Līdz ar to kļūst iespējams noteikt medija sastāvu un tā struktūru.
Polarimetrija ir optiska izpētes metode, kas izmanto noteiktu vielu spēju pagriezt lineāri polarizētas gaismas svārstību plakni.
Fluorimetrijai tiek izmantoti lāzeri un dzīvsudraba lampas, kas rada monohromatisko starojumu. Dažas vielas spēj fluorescenci (absorbēt un izdalīt absorbēto starojumu). Pamatojoties uz fluorescences intensitāti, tiek izdarīts secinājums par vielas kvantitatīvo noteikšanu.
Fizikālie un ķīmiskie pētījumi
Fizikāli ķīmiskās izpētes metodes reģistrē vielas fizikālo īpašību izmaiņas dažādu ķīmisko reakciju ietekmē. To pamatā ir pētāmā objekta fizisko īpašību tieša atkarība no tā ķīmiskā sastāva. Šīs metodes prasa izmantot dažus mērinstrumentus. Parasti novērojumus veic attiecībā uz siltumvadītspēju, elektrovadītspēju, gaismas absorbciju, viršanas temperatūru un kušanas temperatūru.
Matērijas fizikāli ķīmiskie pētījumitiek plaši izmantoti to augstās precizitātes un rezultātu iegūšanas ātruma dēļ. Mūsdienu pasaulē IT tehnoloģiju attīstības dēļ ķīmiskās metodes ir kļuvušas grūti pielietojamas. Fizikāli ķīmiskās metodes izmanto pārtikas rūpniecībā, lauksaimniecībā, tiesu medicīnā.
Viena no galvenajām atšķirībām starp fizikālajām un ķīmiskajām metodēm un ķīmiskajām ir tā, ka reakcijas beigas (ekvivalences punkts) tiek konstatētas, izmantojot mērinstrumentus, nevis vizuāli.
Par galvenajām fizikālās un ķīmiskās izpētes metodēm tiek uzskatītas spektrālās, elektroķīmiskās, termiskās un hromatogrāfiskās metodes.
Vielu analīzes spektrālās metodes
Spektrālās analīzes metožu pamatā ir objekta mijiedarbība ar elektromagnētisko starojumu. Tiek pētīta pēdējo absorbcija, atstarošana un izkliede. Vēl viens metodes nosaukums ir optiskais. Tas ir kvalitatīvu un kvantitatīvu pētījumu apvienojums. Spektrālā analīze ļauj novērtēt vielas ķīmisko sastāvu, sastāvdaļu struktūru, magnētisko lauku un citas īpašības.
Metodes būtība ir noteikt rezonanses frekvences, kurās viela reaģē uz gaismu. Katrai sastāvdaļai tie ir stingri individuāli. Izmantojot spektroskopu, jūs varat redzēt spektra līnijas un noteikt vielas sastāvdaļas. Spektrālo līniju intensitāte sniedz priekšstatu par kvantitatīvo raksturlielumu. Spektrālo metožu klasifikācija ir balstīta uz spektra veidu un pētījuma mērķi.
Emisijas metodeļauj pētīt emisijas spektrus un sniedz informāciju par vielas sastāvu. Lai iegūtu datus, tas tiek pakļauts elektriskā loka izlādei. Šīs metodes variants ir liesmas fotometrija. Absorbcijas spektri tiek pētīti ar absorbcijas metodi. Iepriekš minētās iespējas attiecas uz vielas kvalitatīvo analīzi.
Kvantitatīvā spektrālā analīze salīdzina pētāmā objekta un zināmas koncentrācijas vielas spektrālās līnijas intensitāti. Šīs metodes ietver atomu absorbciju, atomu fluorescences un luminiscences analīzi, duļķainību, nefelometriju.
Vielu elektroķīmiskās analīzes pamati
Elektroķīmiskajā analīzē vielas pētīšanai izmanto elektrolīzi. Reakcijas tiek veiktas ūdens šķīdumā uz elektrodiem. Ir jāmēra viens no pieejamajiem raksturlielumiem. Pētījums tiek veikts elektroķīmiskajā šūnā. Tas ir trauks, kurā ievieto elektrolītus (vielas ar jonu vadītspēju), elektrodus (vielas ar elektronisko vadītspēju). Elektrodi un elektrolīti mijiedarbojas viens ar otru. Šajā gadījumā strāva tiek piegādāta no ārpuses.
Elektroķīmisko metožu klasifikācija
Klasificējiet elektroķīmiskās metodes, pamatojoties uz parādībām, uz kurām balstās fizikālie un ķīmiskie pētījumi. Šīs ir metodes ar un bez sveša potenciāla.
Konduktometrija ir analītiska metode un mēra elektrisko vadītspēju G. Konduktometriskajā analīzē parasti izmanto maiņstrāvu. Konduktometriskā titrēšana – vairākkopēja pētījuma metode. Šī metode ir pamatā portatīvo konduktometru ražošanai, ko izmanto ūdens ķīmiskiem pētījumiem.
Veicot potenciometriju, tiek mērīts atgriezeniskā galvaniskā elementa EML. Kulometrijas metode nosaka elektrolīzes laikā patērētās elektroenerģijas daudzumu. Voltammemetrija pēta strāvas lieluma atkarību no pielietotā potenciāla.
Vielu analīzes termiskās metodes
Termiskās analīzes mērķis ir noteikt vielas fizikālo īpašību izmaiņas temperatūras ietekmē. Šīs pārbaudes metodes tiek veiktas īsā laika periodā un ar nelielu pētāmā parauga daudzumu.
Termogravimetrija ir viena no termiskās analīzes metodēm, kas ļauj reģistrēt objekta masas izmaiņas temperatūras ietekmē. Šī metode tiek uzskatīta par vienu no precīzākajām.
Turklāt termiskās izpētes metodes ietver kalorimetriju, kas nosaka vielas siltumietilpību, entalpimetriju, pamatojoties uz siltumietilpības izpēti. Arī starp tām jāpieskaita dilatometrija, kas fiksē parauga tilpuma izmaiņas temperatūras ietekmē.
Hromatogrāfiskās metodes vielu analīzei
Hromatogrāfijas metode ir vielu atdalīšanas veids. Ir daudz hromatogrāfijas veidu, galvenie ir: gāze, sadale, redoks, nokrišņi, jonu apmaiņa.
Pārbaudāmā parauga sastāvdaļas ir atdalītas starp kustīgām un nekustīgāmfāzes. Pirmajā gadījumā mēs runājam par šķidrumiem vai gāzēm. Stacionārā fāze ir sorbents - cieta viela. Parauga komponenti pārvietojas mobilajā fāzē pa stacionāro fāzi. Pēc komponentu fizikālās īpašības tiek vērtētas pēc ātruma un laika, kad komponenti iziet cauri pēdējai fāzei.
Fizikālo un ķīmisko pētījumu metožu pielietošana
Svarīgākā fizikālo un ķīmisko metožu joma ir sanitāri ķīmiskā un tiesu-ķīmiskā izpēte. Viņiem ir dažas atšķirības. Pirmajā gadījumā, lai novērtētu veikto analīzi, tiek izmantoti pieņemtie higiēnas standarti. Tos nosaka ministrijas. Sanitāri ķīmiskā izpēte tiek veikta epidemioloģiskā dienesta noteiktajā kārtībā. Procesā tiek izmantoti vides modeļi, kas atdarina pārtikas produktu īpašības. Tie arī atveido parauga darbības apstākļus.
Tiesu ķīmiskie pētījumi ir vērsti uz narkotisko, spēcīgu vielu un indes kvantitatīvu noteikšanu cilvēka organismā, pārtikas produktos, medikamentos. Pārbaude tiek veikta saskaņā ar tiesas rīkojumu.
