JOHDANTO
Nykyaikaisen analyyttisen kemian aine ja tehtävät. Analyyttisen kemian arvo luonnontieteen eri alojen kehityksessä. Luonnontieteiden eriyttämisen ja integroinnin käsite. Kemia ja geologia. Kemian lait ja niiden merkitys maatieteiden kannalta. Analyyttisen kemian rooli geologian, geokemian, avaruustutkimuksen ongelmien ratkaisemisessa: Maan materiaalikoostumuksen, maankuoren määrittäminen, luonnonvesien ulkoisen dynamiikan ja geologisen toiminnan geologisten prosessien tutkiminen jne.
Nykyaikaiset menetelmät aineiden koostumuksen tutkimiseksi. Epäorgaanisten ja orgaanisten aineiden laadullinen ja kvantitatiivinen analyysi. Kemialliset, fysikaalis-kemialliset ja fysikaaliset analyysimenetelmät. Menetelmien tunnusmerkit ja esimerkkejä niiden soveltamisesta geologiassa (geologinen tutkimus). Menetelmän valinta kohteen elementin määrittämiseksi sen koostumuksesta ja analyysitehtävästä riippuen.
I. ANALYYTTISEN KEMIAN TEOREETTISET PERUSTEET
Kemialliset tasapainot homogeenisessa järjestelmässä
Analyyttisessä kemiassa käytetyt homogeenisten tasapainojen päätyypit: happo-emäs, redox, kompleksoitumistasapaino.
Joukkotoiminnan laki. Reversiibelin kemiallisen reaktion tasapainovakio. Ideaalien ja todellisten järjestelmien käsite. Ihanteellisuudesta poikkeamisen syyt. Aktiivisuus, aktiivisuuskerroin, sen yhteys ionivoimakkuuteen. Alkuaineiden ionitila. Pitoisuus on yleinen ja tasapainoinen. α-tekijä (mooliosuus). Termodynaamiset vakiot, todelliset, ehdolliset, niiden suhde.
Happo-emäs tasapaino. Nykyaikaiset käsitteet hapoista ja emäksistä. Protoliittisen Bronsted-Lowryn teoria. Happo-emäs-parit, happamuus- ja emäksisyysvakiot, niiden suhde. Ionisaatio- ja dissosiaatioprosessit.
Liuotintyypit, autoprotolyysireaktio. Liuottimen ioninen tuote. Liuottimien tasoitus- ja erotusvaikutukset.
pH:n laskeminen happojen, emästen ja amfolyyttien liuoksissa. Puskuriliuokset ja niiden ominaisuudet.
Kompleksoitumisen tasapaino. Monimutkaisten yhdisteiden luokittelu. Kelaatit, monimutkaiset yhdisteet. redox-järjestelmän potentiaalin muutokset. Monimutkaisten yhdisteiden stabiilisuuden kvantitatiiviset ominaisuudet - yleiset ja vaiheittaiset stabiiliusvakiot. Analyyttisessä kemiassa käytettyjen kompleksisten yhdisteiden tyypit ja niiden ominaisuudet. Kompleksoinnin käyttö ionien havaitsemiseen, erottamiseen, peittämiseen ja paljastamiseen, saostumien liuottamiseen,
Teoreettinen perusta orgaanisten reagenssien vuorovaikutus epäorgaanisten ionien kanssa. Funktionaalis-analyyttiset ryhmät, kromoforiryhmät. Sykloformaatiosääntö L.A. Chugaev. Tärkeimmät kelaattien stabiilisuuteen vaikuttavat tekijät ovat metalli-ionin luonne, ligandin emäksisyys ja tiheys, spatiaalinen tekijä jne.
Orgaanisten reagenssien käytön pääsuunnat kemiallisessa analyysissä (ionien havaitseminen, määritys ja peittäminen). Yleisimmät orgaaniset reagenssit ovat dimetyyliglyoksiimi, 8-hydroksikinoliini jne.
Kompleksit. Kompleksonien ja kompleksonaattien yleiset ominaisuudet. Etyleenidiamiinitetraetikkahapon (EDTA) dinatriumsuolan pääasialliset käyttöohjeet ionien havaitsemiseen, peittämiseen ja kvantifiointiin.
Redox-tasapaino. Palautuvat ja peruuttamattomat redox-järjestelmät. Tasapainoelektrodin potentiaali. Nernstin yhtälö. Vakiopotentiaalinen redox-järjestelmä. Järjestelmän todellisen (muodollisen) potentiaalin käsite. Muodollisen potentiaalin arvoon vaikuttavat tekijät. Hapettumis-pelkistysreaktioiden suunta. Redox-reaktioiden tasapainovakiot. Tasapainovakion yhteys standardipotentiaaliin.
Redox-reaktioiden nopeus. Katalyyttiset, indusoidut reaktiot redox-prosesseissa. Tärkeimmät analyysissä käytetyt hapettavat ja pelkistävät aineet.
Redox-reaktiot ulkoisen dynamiikan prosesseissa sedimentti- ja metamorfisten kivien muodostumisen aikana.
Tasapaino heterogeenisessä järjestelmässä
Tasapaino järjestelmässä kiinteä faasi - liuos. Saostus - liukenemisreaktiot analyyttisessä kemiassa. Saostumisen ja liukenemisen reaktion termodynaaminen tasapainovakio (liukoisuuden termodynaaminen tuote). Olosuhteiden vaikutus saostumis- liukenemisreaktion tasapainotilaan (todelliset ja ehdolliset liukoisuustuotteet). Liukoisuustulosäännön käyttö analyyttisessä kemiassa.
Olosuhteet sakan muodostumiselle ja liukenemiselle. Kiteiset ja amorfiset sedimentit. Sedimentin rakenteen riippuvuus sedimentaation luonteesta ja olosuhteista. Kolloidinen tila sedimentin muodostumisen välivaiheena. Sateen puhtaus. Yhteisaostus. Tämän ilmiön käyttö mikroepäpuhtauksien väkevöintiin. Laki V.G. Khlopin. Isomorfismiilmiö silikaateissa ja muissa mineraaleissa.
Liukoisuuden laskenta eri olosuhteissa (pH:n vaikutus, kompleksoituminen, hapetus-pelkistysreaktiot, liuoksen ionivahvuus ja lämpötila). Samannimisen ionin vaikutus. suolavaikutus.
Tasapaino kahden nestefaasin välillä. Uutto ja sen käyttö analyyttisessä kemiassa. Jakelulaki. Jakautumiskerroin. Tasapainovakiot neste-neste -järjestelmässä (uuttovakio). Purkamisen käyttäminen käytännössä kemiallinen analyysi.
Näytteen valmistelu analyysiä ja analysointia varten.
Alustavat makro- ja mikroskooppiset tutkimukset. Näytteenotto homogeenisten ja heterogeenisten aineiden analysointia varten, keskimääräinen näyte.
Analyysikaavion ja -menetelmän valinta riippuen analyytin koostumuksesta. Analysoidun näytteen hajoaminen. Menetelmät tuskin liukenevien esineiden siirtämiseksi liuokseen: liuottaminen happoihin ja emäksiin, fuusio happamien ja emäksisten juoksutteiden kanssa. Erilaisten esineiden analyysi: mineraalit, malmit, kivet, luonnon ja Jätevesi, ilmaa.
Analyyttisen kemian metrologiset perusteet.
Analyyttisten menetelmien ominaisuudet. Konsentraation määritys kalibrointikäyrämenetelmällä ja lisäainemenetelmällä. Havaintoraja, määritettyjen pitoisuuksien ala- ja ylärajat, herkkyyskerroin, selektiivisyys, analyysiin tarvittava aika (nopeus).
Virheiden luokittelu. Systemaattiset ja satunnaiset virheet. Oikeus ja toistettavuus. Mittaustulosten tilastollinen käsittely. Normaali jakelulaki satunnaismuuttujia. Keskiarvo, varianssi, keskihajonta. Oikeuden vahvistaminen. Kahden analyysimenetelmän varianssien ja keskiarvojen vertailu. Tapoja parantaa analyysin toistettavuutta ja oikeellisuutta.
II. ANALYYSIMENETELMÄT
Havaitsemismenetelmät
Tehtävät ja tunnistusmenetelmän valinta. Kemialliset, fysikaalis-kemialliset ja fysikaaliset havaitsemismenetelmät. Laadullinen analyysi. Analyyttisten reaktioiden ominaisuudet. Selektiiviset ja erityiset reagenssit. Menetelmät havaitsemisrajan alentamiseksi ja selektiivisyyden lisäämiseksi: kompleksinmuodostus, yhteissaostus, uutto, vaahdotus jne. Saostuman muodostusreaktioiden, värillisten yhdisteiden, kaasun kehittymisen soveltaminen. Mikrokiteinen, pisara-, luminesenssi-, spektrianalyysi; jauheen triturointianalyysi. Orgaanisten reagenssien käyttö.
Ionien analyyttinen luokitus. Happo-emäs- ja rikkivetyanalyysikaaviot. Analyysin systemaattinen ja murto-osa. Ilmaise laadullista analyysiä alalla.
Erotus- ja väkevöintimenetelmät.
Erottamisen ja väkevöinnin perusmenetelmät.
Alkuaineiden erottaminen saostusreaktioilla. Orgaanisten ja epäorgaanisten reagenssien käyttö saostukseen. Ryhmäreagenssit ja niiden käyttöehdot. Analyysissä yleisimmin käytettyjen huonoliukoisten yhdisteiden karakterisointi: karbonaatit, kromaatit, fosfaatit, oksalaatit, hydroksidit, sulfidit. Metallisulfidien muodostumisen ja liukenemisen olosuhteet. Sedimenttien sedimentaatio- ja liukenemisprosessien rooli alkuaineiden kulkeutumislakien (pitoisuuksien ja leviämisen) tutkimuksessa luonnossa.
Kromatografiaanalyysi. Menetelmän perusperiaatteet. Kromatografiamenetelmien luokittelu faasien aggregaatiotilan, erotusmekanismien ja kokeen suoritustekniikan mukaan. Menetelmät kromatogrammien saamiseksi.
Tärkeimmät teoreettiset kannat. Teoreettisten levyjen teoria ja kineettinen teoria. Kromatografian perusyhtälöt.
Ioninvaihto ja ioninvaihtokromatografia. Kaasukromatografia. Nestekromatografia, jakautumiskromatografia paperille. Paperikromatografian käyttö kationien erottamiseen ja havaitsemiseen.
Uutto. Uuttoaineen, laimennusaineen, uutteen, uudelleenuuton käsitteet. Uuttoolosuhteet, uuttamisen kvantitatiiviset ominaisuudet. uuttonopeus. Uuttojärjestelmien luokitus uutettavien yhdisteiden tyypin mukaan. uuttomenetelmät. Alkuaineiden erottelu uuttomenetelmällä. Erottamisen selektiivisyyden lisääminen valitsemalla orgaaniset liuottimet, pH, maskaus. Laitteet purkamiseen.
Kvantitatiivisen analyysin kemialliset menetelmät
Gravimetriset analyysimenetelmät
Gravimetrisen analyysin ydin. Suorat ja epäsuorat analyysimenetelmät. Tärkeimmät epäorgaaniset ja orgaaniset saostusaineet. Saostuneet ja gravimetriset muodot. Vaatimukset saostuneelle ja gravimetriselle muodolle. Saostus, suodatus ja sakan pesu.
Esimerkkejä gravimetrisistä määrityksistä (kiteytymisen ja hygroskooppisen veden, hiilidioksidin, rikin, raudan, alumiinin, bariumin, kalsiumin, magnesiumin, fosforin määritys).
Karbonaattikiven analyysi: seskvioksidien määrän määritys, kalsiumoksidin ja magnesiumoksidin määritys.
Titrimetriset analyysimenetelmät.
Titrimetrisen analyysin perussäännökset ja menetelmät.
Titrimetrisen analyysin reaktioiden vaatimukset. Mittausvälineet. Menetelmät liuospitoisuuksien ilmaisemiseksi. Ekvivalentimassojen ilmaiseminen erilaisissa titrimetrisen analyysin menetelmissä. Titteri. Titraus. Titrauksen ekvivalenttipiste ja loppupiste. Kemialliset ja fysikaalis-kemialliset menetelmät titrauksen päätepisteen havaitsemiseksi.
Primaariset ja toissijaiset standardiratkaisut. Ensisijaiset standardit ja niitä koskevat vaatimukset. Fixanals. Erillinen punnitusmenetelmä ja pipetointimenetelmä työliuospitoisuuden määrittämiseksi. Analyysitulosten laskeminen.
Happo-emäs-titraus. Happo-emäs-titrausmenetelmän ydin. toimivat ratkaisut. Happojen ja emästen primääriset standardiliuokset.
pH:n laskeminen titrauksen eri kohdissa. Titrauskäyrät vahvoille ja heikkoille happoille ja emäksille.
Happo-emäs-titrausmenetelmän indikaattorit. Indikaattorien teoria. Indikaattorin värin siirtymäväli. Titrausindeksi. Valitse osoitin määrittääksesi titrauksen loppupisteen. Titrausvirheet.
Happo-emäs-titrausmenetelmän käytännön soveltaminen. Irrotettavan ja pysyvän veden kovuuden määritys. Karbonaatin ja alkalin, karbonaatin ja bikarbonaatin seoksen analyysi. Ammoniumsuolojen määritys.
Redox-potentiaalin muutos titrauksen aikana. Titrauskäyrä. Titraushyppyyn vaikuttavat tekijät. Menetelmät titrauksen loppupisteen havaitsemiseksi. Redox-indikaattorit.
Titrimetrisen analyysin redox-perusmenetelmät: jodometria, permanganatometria, dikromatometria. Kuparin (II) jodometrinen määritys. Raudan permanganometrinen määritys, veden hapettuvuus. Raudan dikromatometrinen määritys.
Titrimetriassa käytetyt kompleksointireaktiot ja niille asetetut vaatimukset. Kompleksometria. Titrauskäyrä. Titraushypyn suuruuteen vaikuttavat tekijät. Indikaattorit kompleksometriassa. Veden kovuuden, kalsiumin, magnesiumin kompleksometrinen määritys.
Kvantitatiivisen analyysin kemiallisten menetelmien metrologiset ominaisuudet.
Fysikaaliset - kemialliset ja fysikaaliset analyysimenetelmät
Fysikaalis-kemiallisten ja fysikaalisten analyysimenetelmien perusperiaatteet. Heidän lyhyt kuvaus ja merkitys. Analyysimenetelmien luokittelu. Sähkökemialliset ja spektroskooppiset menetelmät. Heidän roolinsa geokemiallisessa tutkimuksessa. Analyysi tuhoamatta analyyttiä.
Analyysimenetelmän valinta kivien, malmien ja mineraalien analyysitehtävän mukaan. Kivien epäpuhtauksien analyysi (massaspektrometria, isotooppianalyysi, röntgenanalyysimenetelmät). Analyysitulosten käsittely ja esittäminen.
Sähkökemialliset analyysimenetelmät.
Sähkökemiallisten analyysimenetelmien yleiset ominaisuudet. Niiden luokittelu. Potentiaalimittaus. Sähkökemiallinen kenno. Reversiibelit ja irreversiibelit sähkökemialliset reaktiot. Sähkökemiallisten analyysimenetelmien herkkyys ja selektiivisyys.
Potentiometria. Suora potentiometria. Elektrodien luokittelu ja ominaisuudet. Indikaattorielektrodit ja vertailuelektrodit. Ionometria: menetelmän peruskäsitteet ja periaatteet. Ioniselektiivisten elektrodien luokittelu. Selektiivisyystekijä. Keskihappamuuden (pH), nitraattifluoridien ja joidenkin muiden ionien (natrium, kalium) potentiometrinen määritys ioniselektiivisillä elektrodeilla. Konsentraation määrittäminen elektrodikalibrointimenetelmällä ja lisäysmenetelmällä.
Potentiometrinen titraus .
Vaatimukset kemiallisille ja sähkökemiallisille (indikaattori) reaktioille. Erilaisten reaktioiden käyttö: happo-emäs, saostus, kompleksin muodostus ja hapetus - talteenotto. Indikaattorielektrodit ja vertailuelektrodit. Kaaviokaavio potentiometristä, pH-mittarit. Esimerkkejä käytännön sovelluksista (happoseoksen, koboltin jne. määrittäminen).
Voltammemetria. Polarografinen analyysimenetelmä. polarografinen solu. Indikaattorielektrodi ja vertailuelektrodit. Indikaattorielektrodit voltammetriassa. Polarogrammin saaminen ja ominaisuudet. Ilkovichin yhtälö. Polarografinen aaltoyhtälö. puoliaaltopotentiaali. Laadullinen ja kvantitatiivinen polarografinen analyysi. Polarografisen analyysin mahdollisuudet, edut ja haitat. Nykyaikaiset polarografian lajikkeet. Esimerkkejä voltammetrian käytännön soveltamisesta pääkomponenttien ja epäpuhtauksien määrittämiseen mineraaleista, malmeista, luonnonvesiä ja ekologisia kohteita.
Amperometrinen titraus. Menetelmän ydin. indikaattorielektrodit. Indikaattorielektrodin potentiaalin valinta. Titrauskäyrien tyyppi. Esimerkkejä käytännön käytöstä.
Kulometria.
Teoreettinen perusta. Menetelmät sähkömäärän määrittämiseksi potentiostaattisessa ja galvanostaattisessa kulometriassa. Suora kulometria ja kulometrinen titraus. Titrauksen loppupisteen määrittäminen. Titranttien sähkökemiallinen tuotanto. Menetelmän käytännön soveltaminen, sen edut ja haitat. Pienten happo-, alkalimäärien määritys, hapettimien määritys jne.
Sähkökemiallisten analyysimenetelmien metrologiset ominaisuudet.
Spektroskooppiset analyysimenetelmät.
Kemiallis-analyyttisen tiedon saaminen sähkömagneettisen säteilyn vuorovaikutuksessa aineen kanssa. Spektroskopisten analyysimenetelmien luokittelu spektrityyppien ja niiden herätemenetelmien mukaan.
Atomiemissiospektroskopia. Emissiospektrit. Valokaari ja kipinäpurkaus virityksen lähteinä. Plasmatron, induktiivisesti kytketty plasma. Spektriviivojen intensiteettiin vaikuttavat tekijät. Emissiospektroskopian harjoittelu. Näytteen valmistelu ja sen vieminen poistoon. Laadullinen ja määrällinen analyysi. Kemialliset - spektrianalyysimenetelmät.
Liekin emissiofotometria. Liekki virityksen lähteenä. Prosesseja, jotka tapahtuvat liekissä. Kemialliset reaktiot liekeissä. Sumutusasteeseen vaikuttavat tekijät. Säteilyvoimakkuuden riippuvuus liuoksen alkuaineiden pitoisuudesta.
Esimerkkejä päästöanalyysimenetelmien käytännön soveltamisesta. Alkali- ja maa-alkali-alkuaineiden määritys. Metallijäämien määritys kivistä, malmeista, mineraaleista, vedestä. Atomiemissiomenetelmien soveltaminen esineiden tutkimuksessa ympäristöön.
Atomiabsorptiospektroskopia. Menetelmän perusteet. Sähkömagneettisen säteilyn absorption laki. Menetelmät absorboivan atomikerroksen saamiseksi (liekki ja sähköterminen sumutus). Säteilylähteet, niiden ominaisuudet (onttokatodilamppu, laser). Atomiabsorptiomittausten periaate. Menetelmän mahdollisuudet, edut ja haitat. Esimerkkejä atomiabsorptiomenetelmän käytännön soveltamisesta geologiassa.
Molekyyliabsorptiospektroskopia (spektrofotometria). Spektrofotometrisen analyysin teoreettiset perusteet. Valon absorption perussäännöt. Bouguer-Lambert-Beer-laki. Valon absorptiota kuvaavat arvot: optinen tiheys ja läpäisy. Molaarinen absorptiokerroin. Todellisen ja näennäisen (keskimääräisen) molaarisen absorptiokertoimen käsite. Syyt poikkeamiseen absorption laeista. Menetelmät pitoisuuksien määrittämiseksi fotometrisella menetelmällä: kalibrointigraafimenetelmä, additiivinen menetelmä,ä.
Optimaalisten olosuhteiden valinta fotometrisen reaktion suorittamiseksi. Fotometrisen analyysin vaiheet. Joidenkin alkuaineiden fotometrinen määritys (rauta, titaani, nikkeli, fosfori, pii jne.).
Luminesenssi. Menetelmän tärkeimmät ominaisuudet. Erilaisia luminesenssi ja niiden luokittelu. Molekyyliluminesenssin perussäännöt. Stokes-Lommelin laki. Absorptio- ja luminesenssispektrien peilisymmetrian sääntö. Esimerkkejä käytännön sovelluksista (harvinaisten maametallien, uraanin, alumiinin jne. määritys).
Spektroskooppisten analyysimenetelmien metrologiset ominaisuudet.
III. KÄYTÄNNÖN OPPIA
Menetelmät elementtien havaitsemiseksi ja erottamiseksi.
Joidenkin kationien ja anionien ominaisreaktioiden tutkimus. Kationien erotus ja havaitseminen saostusmenetelmillä - liuotus, uutto ja kromatografia paperilla. Pääkomponenttien ja epäpuhtauksien havaitseminen mineraaleista, kivistä ja malmeista ( testata).
Alkuaineiden kvantitatiivisen määritysmenetelmät.
Kemialliset analyysimenetelmät
Gravimetriset analyysimenetelmät. Barium- ja sulfaatti-ionin määritys näytteestä (testi).
Työvaihtoehdot: Kalsiumin määritys. Määritelmä rauta. Alumiinin määritelmä. Seskvioksidien määritys karbonaattikivestä. Kiteytysveden määritys mineraaleista.
Titrimetrinenanalyysimenetelmiä. Happo-emäs-titraus. Alkalin sekundäärisen standardiliuoksen ja oksaalihapon primaarisen standardiliuoksen valmistus. Alkaliliuoksen standardointi.
Suolahappopitoisuuden määrittäminen. (testata). Mittaustulosten tilastollinen käsittely. Työvaihtoehdot: Ammoniumsuolojen määritys.
kompleksometrinen titraus. Kalsiumin ja magnesiumin kompleksometrinen määritys karbonaattikivestä (koe).
Työvaihtoehdot: Veden kokonaiskovuuden kompleksometrinen määritys.
Redox-titraus. Kuparin (II) jodometrinen määritys (koe). Raudan dikromatometrinen määritys (koe).
Fysikaalis-kemialliset analyysimenetelmät.
Koboltin potentiometrinen määritys (testi). Työvaihtoehdot: fosforihapon potentiometrinen titraus.
Fluoridi-ionin (tai yksittäisten ionien: nitraatit, natrium, kalium) määritys luonnonvesistä ioniselektiivisellä elektrodilla (testi).
Voltametrisen spektrin (kupari, kadmium, lyijy, nikkeli, sinkki) poistaminen ja tulkinta (testi).
Kvantitatiivinen voltammetrinen analyysi. Ainepitoisuuden määrittäminen kalibrointikäyrämenetelmällä tai lisäainemenetelmällä (testi).
Tiosulfaatti-ionin (tai suolahapon) kulometrinen titraus (testi).
Sinkin amperometrinen titraus. (valinnainen työ).
Alkuaineen (raudan, nikkelin, mangaanin, titaanin, piin tai fosforin) fotometrinen määritys (koe).
Alkuainepitoisuuksien (mangaani, nikkeli, kupari jne.) määritysllä menetelmällä (testi).
Zirkoniumin tai orgaanisten väriaineiden luminesenssimääritys (testi).
Kuparin (sinkki, mangaani, rauta) atomiabsorption määritys
Natriumin ja kaliumin atomipäästöjen (liekki) määritys.
Alkoholien (hiilivetyjen) seoksen kaasukromatografinen määritys.
- Analyyttisen kemian perusteet (Yu.A. Zolotovin toimituksella). 2 kirjassa. Yleisiä kysymyksiä. Erotusmenetelmät. Kemiallisen analyysin menetelmät. M.: Korkeakoulu. 2004. 361, 503 s. Sarja "Klassinen yliopistooppikirja".
- Analyyttisen kemian perusteet. Käytännön opas. Oppikirja yliopistoille. Ed. Yu.A. Zolotova. M.: Korkeakoulu. 2001. 463 s.
- Analyyttisen kemian perusteet. Tehtävät ja kysymykset. Oppikirja yliopistoille. Ed. Yu.A. Zolotova. M.: Korkeakoulu. 2004. 412 s.
- E.N. Dorohova, G.V. Prokhorov. Analyyttinen kemia. Fysikaalis-kemialliset analyysimenetelmät. Moskova: Korkeakoulu, 1991.
lisäkirjallisuutta
- D. Skoog, D. West. Analyyttisen kemian perusteet: 2 tunnissa M.: 1979
- V.P. Vasiliev. Analyyttinen kemia. Osat 1-2 M.: Korkeakoulu, 1989.
Ohjelma laaditaan
Assoc. Viter I.P.
Toimittaja
prof. Shekhovtsova T.N.
FYSIKAALISET ANALYYSIMENETELMÄT
perustuu vuorovaikutuksen aiheuttaman vaikutuksen mittaamiseen. säteilyn sisääntulolla - kvanttien tai hiukkasten virta. Säteilyllä on suunnilleen sama rooli kuin reagoivalla aineella kemialliset analyysimenetelmät. mitattu fyysinen. vaikutus on signaali. Tämän seurauksena useita tai monta signaalin voimakkuuden mittaukset ja niiden tilastoliitos. käsittelyssä vastaanottaa analyyttiä. signaali. Se liittyy määritettävien komponenttien pitoisuuteen tai massaan.
Käytetyn säteilyn luonteen perusteella F. m. a. voidaan jakaa kolmeen ryhmään: 1) menetelmät, joissa käytetään näytteen absorboimaa primäärisäteilyä; 2) käyttämällä näytteen hajottamaa primäärisäteilyä; 3) käyttämällä näytteen lähettämää toissijaista säteilyä. Esim, massaspektrometria kuuluu kolmanteen ryhmään - primaarinen säteily on tässä elektronien, valokvanttien, primääri-ionien tai muiden hiukkasten virtausta, ja sekundäärinen säteily on dec. massat ja lataukset.
Käytännön näkökulmasta sovellukset käyttävät useammin muuta luokitusta F. m. a.: 1) spektroskooppinen. analyysimenetelmät - atomiemissio, atomiabsorptio, atomifluoresenssispektrometria jne. (ks. esim. Atomiabsorptioanalyysi, atomifluoresenssianalyysi, infrapuna, ultraviolettispektroskopia), mukaan lukien röntgenfluoresenssimenetelmä ja röntgenspektrimikroanalyysi, massaspektrometria, elektronien paramagneettinen resonanssi Ja Ydinmagneettinen resonanssi, elektroninen spektrometria; 2) ydin-ei-fys. ja radiokemia. menetelmät - (katso aktivointianalyysi), ydin-gammaresonanssi tai Mössbauer-spektroskopia, isotooppilaimennusmenetelmä", 3) muut menetelmät, esim. röntgendiffraktio (katso diffraktiomenetelmät), jne.
Fysiikan edut menetelmät: näytteen valmistelun helppous (useimmissa tapauksissa) ja näytteiden laadullinen analyysi, suurempi monipuolisuus verrattuna kemikaaleihin. ja fiz.-chem. menetelmät (mukaan lukien mahdollisuus analysoida monikomponenttisia seoksia), laaja dynamiikka. alue (eli kyky määrittää pää-, epäpuhtaus- ja hivenainekomponentit), usein alhaiset havaitsemisrajat sekä pitoisuudessa (jopa 10 -8 % ilman konsentraatiota) että massassa (10 -10 -10 -20 g) , jonka avulla voit käyttää erittäin pieniä määriä näytteitä ja joskus suorittaa. Monet F. m. ja. voit suorittaa sekä brutto- että paikallisia ja kerros kerrokselta -analyysejä avaruudesta. resoluutio monatomitasolle asti. F. m. a. kätevä automatisointiin.
Fysiikan saavutusten käyttäminen analyytissä. kemia johtaa uusien analyysimenetelmien luomiseen. Kyllä, con. 80-luku ilmestyi massaspektrometria induktiivisesti kytketyllä plasmalla, ydinmikrokoettimella (rekisteröintiin perustuva menetelmä röntgensäteilyä kiihdytettynä pommittamalla tutkittavaa näytettä kiihdytettyjen ionien, yleensä protonien, säteellä). F. MA:n sovellusalat laajenevat. luonnonesineitä ja tekniikkaa. materiaaleja. Uusi työntö niiden kehitys antaa siirtymän teoreettisesta kehityksestä. yksittäisten menetelmien perusteet F. MA:n yleisen teorian luomiseen. Tällaisten tutkimusten tarkoituksena on tunnistaa fyysinen. tekijät, jotka tarjoavat kaikki yhteydet analyysiprosessiin. Analyytin tarkan suhteen löytäminen. määritetyn komponentin sisältöinen signaali avaa tien "absoluuttisten" analyysimenetelmien luomiselle, jotka eivät vaadi vertailunäytteitä. Yleisen teorian luominen helpottaa F. m. keskenään, oikea valinta menetelmä tietyn analyytin ratkaisemiseksi. tehtävät, analyysiolosuhteiden optimointi.
Lit.: Danzer K., Tan E., Molch D., Analytics. Systemaattinen katsaus, käänn. saksasta, M., 1981; Ewing G., Kemiallisen analyysin instrumentaaliset menetelmät, käänn. Englannista, M., 1989; Ramendik G. I., Shishov V. V., "Journal of Analytical Chemistry", 1990, v. 45, nro 2, s. 237-48; Zolotev Yu. A., Analyyttinen kemia: ongelmia ja saavutuksia, M., 1992. G. I. Ramendik.
Kemiallinen tietosanakirja. - M.: Neuvostoliiton tietosanakirja. Ed. I. L. Knunyants. 1988 .
Katso, mitä "FYSIKAALISET ANALYYSIMENETELMÄT" on muissa sanakirjoissa:
- (a. fysikaaliset analyysimenetelmät; n. physikalische Analyseverfahren; f. procedes physiques de l analysis; ja. metodos fisicos de analisis) joukko laatumenetelmiä. ja määrät. aineiden analyysi, joka perustuu fysikaalisten ... ... Geologinen tietosanakirja
fysikaaliset analyysimenetelmät- fizikiniai analizės metodų statusas T ala kemian definis Metodai, pagrįsti materiaali fizikinių ominaisuuksien mittaus. atitikmenys: engl. fyysiset analyyttiset menetelmät; fysikaaliset analyysimenetelmät. fyysiset analyysimenetelmät... Chemijos terminų aiskinamasis žodynas
- (РМА), ominaisuuksien menetelmät. ja määrät. chem. analyysi radionuklideilla. Jälkimmäinen voi sisältyä alkuperäiseen, joka on analysoitu ve:ssä (esim. tällaisten alkuaineiden, kuten K, Th, U jne., luonnolliset radionuklidit), m. esiteltiin tietyssä vaiheessa ..... Chemical Encyclopedia
- (a. kemialliset analyysimenetelmät; n. chemische Analyseverfahren; f. procedes chimiques de l analysis; i. metodos quimicos de analisis) joukko laatumenetelmiä. ja määrät. aineiden analyysi, osn. kemian käytöstä. reaktiot. …… Geologinen tietosanakirja
Sisältö 1 Elektroanalyyttisen kemian menetelmät 2 Johdanto 3 Teoreettinen osa ... Wikipedia
I. Menetelmä ja näkymät. II. Esimarxilaisen kirjallisuuskritiikin historiografian ongelmat. III. Lyhyt katsaus esimarxilaisen kirjallisuuskritiikin päävirtoihin. 1. Sanamonumenttien filologinen tutkimus. 2. Esteettinen dogmatismi (Boileau, Gottshed ... Kirjallinen tietosanakirja
Betonielementtitekniikassa käytetyt matemaattiset menetelmät- - jaetaan tavanomaisesti kolmeen ryhmään: ryhmä A - todennäköisyyslaskentamenetelmät, mukaan lukien yleisen todennäköisyysteorian käyttö, kuvaavat tilastot, otantamenetelmä ja tilastollisten hypoteesien testaus, hajonta ja ... ... Termien, määritelmien ja selitysten tietosanakirja rakennusmateriaalit
- (analyyttisessä kemiassa) tärkeimmät analyyttiset toiminnot, välttämättömiä, koska useimmat analyyttiset menetelmät eivät ole tarpeeksi selektiivisiä (selektiivisiä), eli monet häiritsevät yhden alkuaineen (aineen) havaitsemista ja kvantifiointia ... ... Wikipedia
TRIZ on kekseliäisen ongelmanratkaisun teoria, jonka Genrikh Saulovich Altshuller ja hänen kollegansa perustivat vuonna 1946 ja julkaistiin ensimmäisen kerran vuonna 1956. Se on luovuustekniikka, joka perustuu ajatukseen, että "kekseliäinen luovuus ... ... Wikipedia
Kemiallisen analyysin menetelmät fysikaalinen- joukko fysikaalisia menetelmiä laadulliseen ja kvantitatiiviseen analyysiin kemialliset yhdisteet ja elementtejä. mittauksen perusteella fyysiset ominaisuudet tutkitut aineet (atomi-, molekyyli-, sähkö-, magneetti-, optinen jne.). SISÄÄN… … Sanakirja maaperätieteessä
Kirjat
- Fysikaaliset tutkimusmenetelmät ja niiden käytännön soveltaminen kemialliseen analyysiin. Oppikirja, Ya. N. G. Yaryshev, Yu. N. Medvedev, M. I. Tokarev, A. V. Burikhina, N. N. Kamkin. Oppikirja on tarkoitettu käytettäväksi tieteenalojen opiskelussa: "Fysikaaliset tutkimusmenetelmät", "Elintarvikkeiden standardointi ja sertifiointi", "Ympäristökemia", "Hygienia ...
Mikä tahansa analyysimenetelmä käyttää tiettyä analyyttistä signaalia, jonka tietyissä olosuhteissa antavat tietyt alkuaineobjektit (atomit, molekyylit, ionit), jotka muodostavat tutkittavat aineet.
Analyyttinen signaali tarjoaa sekä laadullista että määrällistä tietoa. Esimerkiksi, jos analyysiin käytetään saostusreaktioita, kvalitatiivista tietoa saadaan sakan esiintymisestä tai puuttumisesta. Kvantitatiiviset tiedot saadaan sedimentin painosta. Kun aine säteilee valoa tietyissä olosuhteissa, kvalitatiivista tietoa saadaan signaalin (valoemissio) esiintymisestä ominaisväriä vastaavalla aallonpituudella ja kvantitatiivista tietoa valosäteilyn intensiteetistä.
Analyyttisen signaalin alkuperän mukaan analyyttisen kemian menetelmät voidaan luokitella kemiallisiin, fysikaalisiin ja fysikaalis-kemiallisiin menetelmiin.
SISÄÄN kemiallisia menetelmiä suorittaa kemiallinen reaktio ja mitata joko saadun tuotteen massa - gravimetriset (paino)menetelmät tai aineen kanssa vuorovaikutukseen käytetyn reagenssin tilavuus - titrimetriset, kaasuvolumetriset (volumetriset) menetelmät.
Kaasutilavuusmittaus (kaasuvolumetrinen analyysi) perustuu kaasuseoksen aineosien selektiiviseen absorptioon jollakin tai toisella absorboijalla täytettyihin astioihin, mitä seuraa kaasun tilavuuden pienenemisen mittaaminen byretin avulla. Joten hiilidioksidi imeytyy kaliumhydroksidiliuokseen, happi - pyrogalloliliuokseen, hiilimonoksidi - kuparikloridin ammoniakkiliuokseen. Kaasun tilavuusmittauksella tarkoitetaan ilmaisia analyysimenetelmiä. Sitä käytetään laajasti karbonaattien määrittämiseen g.p.:stä ja mineraaleista.
Kemiallisia analyysimenetelmiä käytetään laajalti malmien, kivien, mineraalien ja muiden materiaalien analysoinnissa niiden komponenttien määrittämisessä, joiden pitoisuus on kymmenesosista useisiin kymmeniin prosenttiin. Kemiallisille analyysimenetelmille on ominaista korkea tarkkuus (analyysivirhe on yleensä prosentin kymmenesosia). Nämä menetelmät kuitenkin vähitellen korvataan nopeammilla fysikaalis-kemiallisilla ja fysikaalisilla analyysimenetelmillä.
Fysikaaliset menetelmät analyysit perustuvat aineiden jonkin fysikaalisen ominaisuuden mittaamiseen, joka on koostumuksen funktio. Esimerkiksi refraktometria perustuu valon suhteellisten taitekertoimien mittaamiseen. Aktivaatiomäärityksessä mitataan isotooppien aktiivisuutta jne. Usein määrityksen aikana suoritetaan alustavasti kemiallinen reaktio ja tuloksena olevan tuotteen konsentraatio määräytyy fysikaalisten ominaisuuksien mukaan, esimerkiksi absorption intensiteetin perusteella. värillisen reaktiotuotteen valosäteilyä. Tällaisia analyysimenetelmiä kutsutaan fysikaalis-kemiallisiksi.
Fysikaalisille analyysimenetelmille on ominaista korkea tuottavuus, alhainen elementtien havaitsemisraja, analyysitulosten objektiivisuus ja korkea automaatio. Kivien ja mineraalien analysoinnissa käytetään fysikaalisia analyysimenetelmiä. Esimerkiksi atomiemissiomenetelmä määrittää volframia graniiteista ja liuskekiveistä, antimonia, tinaa ja lyijyä kivistä ja fosfaateista; atomiabsorptiomenetelmä - magnesium ja pii silikaateissa; Röntgenfluoresoiva - vanadiini ilmeniitissä, magnesiitti, alumiinioksidi; massaspektrometrinen - mangaani kuun regolitissa; neutronien aktivointi - rauta, sinkki, antimoni, hopea, koboltti, seleeni ja skandium öljyssä; isotooppilaimennusmenetelmä - koboltti silikaattikivissä.
Fysikaalisia ja fysikaalis-kemiallisia menetelmiä kutsutaan joskus instrumentaaliseksi, koska nämä menetelmät edellyttävät analyysin päävaiheiden suorittamiseen ja tulosten kirjaamiseen erityisesti sovitettujen työkalujen (laitteiden) käyttöä.
Fysikaaliset ja kemialliset menetelmät analyysi voi sisältää analyytin kemiallisia muutoksia, näytteen liukenemista, analysoitavan komponentin konsentraatiota, häiritsevien aineiden peittämistä ja muita. Toisin kuin "klassisissa" kemiallisissa analyysimenetelmissä, joissa aineen massa tai tilavuus toimii analyyttisena signaalina, fysikaalis-kemialliset analyysimenetelmät käyttävät analyyttisenä signaalina säteilyn voimakkuutta, virran voimakkuutta, sähkönjohtavuutta ja potentiaalieroa.
Sähkömagneettisen säteilyn emission ja absorption tutkimukseen perustuvilla menetelmillä spektrin eri alueilla on suuri käytännön merkitys. Näitä ovat spektroskopia (esimerkiksi luminesenssianalyysi, spektrianalyysi, nefelometria ja sameusmitta ja muut). Tärkeitä fysikaalis-kemiallisia analyysimenetelmiä ovat sähkökemialliset menetelmät, joissa käytetään aineen sähköisten ominaisuuksien mittaamista (kolometria, potentiometria jne.) sekä kromatografia (esim. kaasukromatografia, nestekromatografia, ioninvaihtokromatografia, ohutkerroskromatografia ). Menetelmiä, jotka perustuvat kemiallisten reaktioiden nopeuksien mittaamiseen (kineettiset analyysimenetelmät), reaktioiden lämpövaikutuksiin (termometrinen titraus) sekä ionien erottamiseen magneettikentässä (massaspektrometria), kehitetään menestyksekkäästi.
Kemialliset analyysimenetelmät. Menetelmät aineiden koostumuksen määrittämiseksi niiden käytön perusteella kemialliset ominaisuudet kutsutaan kemiallisiksi analyysimenetelmiksi.
Kemiallisia analyysimenetelmiä käytetään laajasti käytännössä. Niissä on kuitenkin useita haittoja. Joten tietyn aineen koostumuksen määrittämiseksi on joskus tarpeen ensin erottaa määritettävä komponentti vieraista epäpuhtauksista ja eristää se puhtaassa muodossaan. Aineiden eristäminen puhtaassa muodossa on usein erittäin vaikea ja joskus mahdoton tehtävä. Lisäksi analyytin sisältämien pienten epäpuhtausmäärien (vähemmän kuin ) määrittämiseksi on joskus tarpeen ottaa suuria näytteitä.
Fysikaaliset analyysimenetelmät. Jommankumman läsnäolo kemiallinen alkuaine näytteessä voidaan havaita turvautumatta kemiallisiin reaktioihin, jotka perustuvat suoraan tutkittavan aineen fysikaalisten ominaisuuksien tutkimukseen, esimerkiksi värjäämällä väritön poltinliekki tunnusväreillä tiettyjen kemiallisten alkuaineiden haihtuvilla yhdisteillä.
Analyysimenetelmiä, joilla on mahdollista määrittää tutkittavan aineen koostumus turvautumatta kemiallisiin reaktioihin, kutsutaan fysikaalisiksi analyysimenetelmiksi. Fysikaalisiin analyysimenetelmiin kuuluvat menetelmät, jotka perustuvat analysoitavien aineiden optisten, sähköisten, magneettisten, termisten ja muiden fysikaalisten ominaisuuksien tutkimukseen.
Seuraavat ovat yleisimmin käytettyjä fysikaalisia analyysimenetelmiä.
Spektrilaadullinen analyysi. Spektrianalyysi perustuu analyytin muodostavien alkuaineiden emissiospektrien (emission spektrien tai säteilyn) havainnointiin (katso alla).
Luminesenssi (fluoresoiva) kvalitatiivinen analyysi. Luminesenssianalyysi perustuu ultraviolettisäteiden vaikutuksesta aiheutuvan analyyttien luminesenssin (valoemission) havainnointiin. Menetelmällä analysoidaan luonnollisia orgaanisia yhdisteitä, mineraaleja, lääkkeitä, useita alkuaineita jne.
Luminesenssin herättämiseksi testiainetta tai sen liuosta säteilytetään ultraviolettisäteillä. Tässä tapauksessa aineen atomit, jotka ovat absorboineet tietyn määrän energiaa, siirtyvät virittyneeseen tilaan. Tälle olomuodolle on ominaista suurempi energian saanti kuin aineen normaalitilassa. Aineen siirtyessä virittyneestä normaalitilaan luminesenssi tapahtuu ylienergian vuoksi.
Luminesenssia, joka vaimenee hyvin nopeasti säteilytyksen lopettamisen jälkeen, kutsutaan fluoresenssiksi.
Tarkkailemalla luminoivan hehkun luonnetta ja mittaamalla yhdisteen tai sen liuosten luminesenssin voimakkuutta tai kirkkautta voidaan arvioida tutkittavan aineen koostumusta.
Joissakin tapauksissa määritelmät perustuvat fluoresenssin tutkimukseen, joka johtuu analyytin vuorovaikutuksesta tiettyjen reagenssien kanssa. Tunnetaan myös fluoresoivia indikaattoreita, joilla määritetään väliaineen reaktio muuttamalla liuoksen fluoresenssia. Luminesenssiindikaattoreita käytetään värillisten välineiden tutkimuksessa.
Röntgendiffraktioanalyysi. Röntgensäteiden avulla voidaan määrittää atomien (tai ionien) koko ja niiden keskinäinen järjestys tutkittavan näytteen molekyyleissä, eli voidaan määrittää kidehilan rakenne, koostumus aineen ja joskus epäpuhtauksien esiintyminen siinä. Menetelmä ei vaadi aineen ja sen suurten määrien kemiallista käsittelyä.
Massaspektrometrinen analyysi. Menetelmä perustuu yksittäisten ionisoitujen hiukkasten määrittämiseen, joita sähkömagneettinen kenttä taittaa enemmän tai vähemmän, riippuen niiden massan ja varauksen suhteesta (katso lisätietoja kirjasta 2).
Fysikaaliset analyysimenetelmät, joilla on useita etuja kemiallisiin verrattuna, mahdollistavat joissakin tapauksissa sellaisten ongelmien ratkaisemisen, joita ei voida ratkaista kemiallisten analyysimenetelmien avulla; fysikaalisilla menetelmillä voidaan erottaa kemiallisin menetelmin vaikeasti erotettavia elementtejä sekä suorittaa jatkuvaa ja automaattista lukemien kirjaamista.
Hyvin usein käytetään fysikaalisia analyysimenetelmiä kemiallisten menetelmien rinnalla, mikä mahdollistaa molempien menetelmien edut. Menetelmien yhdistelmä on erityisen tärkeä määritettäessä vähäisiä määriä (jäämiä) epäpuhtauksista analysoitavista kohteista.
Kaikki olemassa olevat analyyttisen kemian menetelmät voidaan jakaa näytteenotto-, näytteiden hajottaminen, komponenttien erottaminen, havaitseminen (tunnistaminen) ja määritysmenetelmiin.
Lähes kaikki menetelmät perustuvat aineen koostumuksen ja sen ominaisuuksien väliseen suhteeseen. Mittaa komponentin tai sen määrän havaitsemiseksi analyyttinen signaali.
Analyyttinen signaali on fysikaalisen suuren mittausten keskiarvo analyysin viimeisessä vaiheessa. Analyyttinen signaali liittyy toiminnallisesti määritetyn komponentin sisältöön. Tämä voi olla virran voimakkuus, järjestelmän EMF, optinen tiheys, säteilyn intensiteetti jne.
Jos on tarpeen havaita jokin komponentti, analyyttisen signaalin ulkonäkö yleensä kirjataan - sakan, värin, viivan esiintyminen spektrissä jne. Analyyttisen signaalin ulkonäkö on tallennettava luotettavasti. Tietyllä määrällä komponenttia mitataan analyyttisen signaalin suuruus: kerrostuman massa, virran voimakkuus, spektrin viivojen intensiteetti jne. Sitten komponentin sisältö lasketaan käyttämällä funktionaalisen riippuvuuden analyyttistä signaalia - sisältö: y=f(c), joka on laskettu tai kokenut ja voidaan esittää kaavan, taulukon tai kaavion muodossa.
Analyyttisessä kemiassa on kemiallisia, fysikaalisia ja fysikaalis-kemiallisia analyysimenetelmiä.
Kemiallisissa analyysimenetelmissä määritettävä alkuaine tai ioni muunnetaan yhdisteeksi, jolla on jokin tunnusomainen ominaisuus, jonka perusteella voidaan todeta, että kyseinen yhdiste on muodostunut.
Kemialliset menetelmät analyysillä on erityinen laajuus. Myöskään kemiallisilla menetelmillä suoritettavien analyysien nopeus ei aina täytä tuotannon tarpeita, joissa on erittäin tärkeää saada analyysit ajoissa, kun taas on mahdollista säännellä tekninen prosessi. Siksi kemiallisten menetelmien ohella fysikaaliset ja fysikaalis-kemialliset analyysimenetelmät ovat yleistymässä.
Fysikaaliset menetelmät analyysit perustuvat joidenkin mittauksiin
järjestelmän parametri, joka on koostumuksen funktio, kuten emissioabsorptiospektrit, sähkö- tai lämmönjohtavuus, liuokseen upotetun elektrodin potentiaali, permittiivisyys, taitekerroin, ydinmagneettinen resonanssi jne.
Fysikaaliset analyysimenetelmät mahdollistavat sellaisten ongelmien ratkaisemisen, joita ei voida ratkaista kemiallisilla analyysimenetelmillä.
Aineiden analysointiin perustuvat fysikaalis-kemialliset analyysimenetelmät kemialliset reaktiot, jonka kulkuun liittyy muutos analysoitavan järjestelmän fysikaalisissa ominaisuuksissa, esimerkiksi sen värissä, värin voimakkuudessa, läpinäkyvyydessä, lämmön- ja sähkönjohtavuusarvoissa jne.
Fysikaaliset ja kemialliset analyysimenetelmät niille on tunnusomaista korkea herkkyys ja nopea suoritus, ne mahdollistavat kemiallis-analyyttisten määritysten automatisoinnin ja ovat välttämättömiä pienten ainemäärien analysoinnissa.
On huomattava, että fysikaalisten ja fysikaalis-kemiallisten analyysimenetelmien välille ei aina ole mahdollista vetää tiukkaa rajaa. Joskus ne yhdistetään yleisnimellä "instrumentaaliset" menetelmät, koska. tiettyjen mittausten suorittamiseen tarvitaan laitteita, joiden avulla voidaan mitata suurella tarkkuudella tiettyjen aineen tiettyjä ominaisuuksia kuvaavien parametrien arvot.
Ladataan...