Fysisch-chemisch onderzoek als tak van analytische chemie wordt veel gebruikt op elk gebied van het menselijk leven. Hiermee kunt u de eigenschappen van een stof van belang bestuderen door de kwantitatieve component van de componenten in de samenstelling van het monster te bepalen.
Stoffenonderzoek
Wetenschappelijk onderzoek is de kennis van een object of fenomeen om een systeem van concepten en kennis te verkrijgen. Volgens het werkingsprincipe worden de gebruikte methoden ingedeeld in:
- empirisch;
- organisatie;
- interpretatief;
- methoden voor kwalitatieve en kwantitatieve analyse.
Empirische onderzoeksmethoden weerspiegelen het object dat wordt bestudeerd vanaf de kant van externe manifestaties en omvatten observatie, meting, experiment en vergelijking. Empirisch onderzoek is gebaseerd op betrouwbare feiten en er worden geen kunstmatige situaties voor analyse gecreëerd.
Organisatiemethoden - vergelijkend, longitudinaal, complex. De eerste impliceert een vergelijking van de toestanden van een object verkregen op verschillende tijdstippen en onder verschillende omstandigheden. Longitudinaal - observatie van het objectonderzoek over een lange periode. Complex is een combinatie van longitudinale en vergelijkende methoden.
Interpretatiemethoden - genetisch en structureel. De genetische variant omvat de studie van de ontwikkeling van een object vanaf het moment van ontstaan. De structurele methode bestudeert en beschrijft de structuur van een object.
Analytische chemie houdt zich bezig met methoden voor kwalitatieve en kwantitatieve analyse. Chemische studies zijn gericht op het bepalen van de samenstelling van het object van studie.
Kwantitatieve analysemethoden
Met behulp van kwantitatieve analyse in de analytische chemie wordt de samenstelling van chemische verbindingen bepaald. Bijna alle gebruikte methoden zijn gebaseerd op de studie van de afhankelijkheid van de chemische en fysische eigenschappen van een stof van zijn samenstelling.
Kwantitatieve analyse is algemeen, volledig en gedeeltelijk. Algemeen bepa alt de hoeveelheid van alle bekende stoffen in het onderzochte object, ongeacht of ze in de samenstelling aanwezig zijn of niet. Een volledige analyse onderscheidt zich door de kwantitatieve samenstelling van de stoffen in het monster te vinden. De gedeeltelijke optie definieert de inhoud van alleen de componenten die van belang zijn in deze chemische studie.
Afhankelijk van de analysemethode zijn er drie groepen methoden: chemisch, fysisch en fysisch-chemisch. Ze zijn allemaal gebaseerd op een verandering in de fysische of chemische eigenschappen van een stof.
Chemisch onderzoek
Deze methode is gericht op de bepaling van stoffen in verschillende kwantitatief voorkomende chemische stoffenreacties. De laatste hebben externe manifestaties (verkleuring, vrijkomen van gas, warmte, sediment). Deze methode wordt veel gebruikt in vele takken van het leven van de moderne samenleving. Het chemisch onderzoekslaboratorium is een must-have in de farmaceutische, petrochemische, bouw- en vele andere industrieën.
Er zijn drie soorten chemisch onderzoek. Gravimetrie, of gewichtsanalyse, is gebaseerd op de verandering in de kwantitatieve kenmerken van de teststof in het monster. Deze optie is eenvoudig en geeft nauwkeurige resultaten, maar is tijdrovend. Bij dit soort chemische onderzoeksmethoden wordt de benodigde stof in de vorm van een neerslag of gas van de totale samenstelling gescheiden. Daarna wordt het in een vaste onoplosbare fase gebracht, gefiltreerd, gewassen en gedroogd. Na deze procedures wordt het onderdeel gewogen.
Titrimetrie is een volumetrische analyse. De studie van chemicaliën vindt plaats door het volume te meten van een reagens dat reageert met de onderzochte stof. De concentratie ervan is van tevoren bekend. Het reagensvolume wordt gemeten wanneer het equivalentiepunt is bereikt. Bij gasanalyse wordt de hoeveelheid vrijgekomen of geabsorbeerd gas bepaald.
Bovendien wordt vaak gebruik gemaakt van chemisch modelonderzoek. Dat wil zeggen, er wordt een analoog van het bestudeerde object gemaakt, wat handiger is om te bestuderen.
Fysiek onderzoek
In tegenstelling tot chemisch onderzoek dat is gebaseerd op het uitvoeren van geschikte reacties, zijn fysische analysemethoden gebaseerd op dezelfde eigenschappen van stoffen. Voor hunuitvoeren vereist speciale apparaten. De essentie van de methode is het meten van veranderingen in de eigenschappen van een stof veroorzaakt door de inwerking van straling. De belangrijkste methoden voor lichamelijk onderzoek zijn refractometrie, polarimetrie en fluorimetrie.
Refractometrie wordt uitgevoerd met behulp van een refractometer. De essentie van de methode wordt teruggebracht tot de studie van de breking van licht dat van het ene medium naar het andere gaat. Het veranderen van de hoek hangt in dit geval af van de eigenschappen van de mediumcomponenten. Daarom wordt het mogelijk om de samenstelling van het medium en zijn structuur te identificeren.
Polarimetrie is een optische onderzoeksmethode die het vermogen van bepaalde stoffen gebruikt om het oscillatievlak van lineair gepolariseerd licht te roteren.
Voor fluorimetrie worden lasers en kwiklampen gebruikt, die monochromatische straling creëren. Sommige stoffen zijn in staat tot fluorescentie (absorberen en afgeven van de geabsorbeerde straling). Op basis van de intensiteit van de fluorescentie wordt een conclusie getrokken over de kwantitatieve bepaling van de stof.
Fysisch en chemisch onderzoek
Fysisch-chemische onderzoeksmethoden registreren veranderingen in de fysische eigenschappen van een stof onder invloed van verschillende chemische reacties. Ze zijn gebaseerd op de directe afhankelijkheid van de fysieke kenmerken van het bestudeerde object van zijn chemische samenstelling. Deze methoden vereisen het gebruik van enkele meetinstrumenten. In de regel wordt de waarneming uitgevoerd op thermische geleidbaarheid, elektrische geleidbaarheid, lichtabsorptie, kookpunt en smeltpunt.
Fysisch-chemische studies van materieworden veel gebruikt vanwege hun hoge nauwkeurigheid en snelheid van het verkrijgen van resultaten. In de moderne wereld zijn chemische methoden door de ontwikkeling van IT-technologieën moeilijk toe te passen. Fysisch-chemische methoden worden gebruikt in de voedingsindustrie, landbouw, forensisch onderzoek.
Een van de belangrijkste verschillen tussen fysische en chemische methoden en chemische is dat het einde van de reactie (het equivalentiepunt) wordt gevonden met behulp van meetinstrumenten, en niet visueel.
De belangrijkste methoden van fysisch en chemisch onderzoek worden beschouwd als spectrale, elektrochemische, thermische en chromatografische methoden.
Spectrale methoden voor stofanalyse
De basis van spectrale analysemethoden is de interactie van een object met elektromagnetische straling. De absorptie, reflectie en verstrooiing hiervan worden bestudeerd. Een andere naam voor de methode is optisch. Het is een combinatie van kwalitatief en kwantitatief onderzoek. Met spectrale analyse kunt u de chemische samenstelling, structuur van componenten, magnetisch veld en andere kenmerken van een stof evalueren.
De essentie van de methode is om de resonantiefrequenties te bepalen waarop de stof op licht reageert. Ze zijn strikt individueel voor elk onderdeel. Met een spectroscoop kun je de lijnen op het spectrum zien en de bestanddelen van een stof bepalen. De intensiteit van de spectraallijnen geeft een idee van de kwantitatieve karakteristiek. De classificatie van spectrale methoden is gebaseerd op het type spectrum en het doel van het onderzoek.
Emissiemethodestelt u in staat de emissiespectra te bestuderen en geeft informatie over de samenstelling van de stof. Om gegevens te verkrijgen, wordt het onderworpen aan een elektrische boogontlading. Een variatie op deze methode is vlamfotometrie. De absorptiespectra worden bestudeerd door de absorptiemethode. De bovenstaande opties verwijzen naar de kwalitatieve analyse van de stof.
Kwantitatieve spectrale analyse vergelijkt de intensiteit van de spectraallijn van het bestudeerde object en een stof met een bekende concentratie. Deze methoden omvatten atomaire absorptie, atomaire fluorescentie- en luminescentie-analyses, turbidimetrie, nefelometrie.
Fundamenten van elektrochemische analyse van stoffen
Elektrochemische analyse gebruikt elektrolyse om een stof te bestuderen. Reacties worden uitgevoerd in een waterige oplossing op elektroden. Een van de beschikbare kenmerken is om te meten. Het onderzoek wordt uitgevoerd in een elektrochemische cel. Dit is een vat waarin elektrolyten (stoffen met ionische geleidbaarheid), elektroden (stoffen met elektronische geleidbaarheid) worden geplaatst. Elektroden en elektrolyten werken met elkaar in wisselwerking. In dit geval wordt de stroom van buitenaf geleverd.
Classificatie van elektrochemische methoden
Elektrochemische methoden classificeren op basis van de verschijnselen waarop fysische en chemische studies zijn gebaseerd. Dit zijn methoden met en zonder vreemd potentieel.
Conductometrie is een analytische methode en meet de elektrische geleidbaarheid G. Bij conductometrische analyse wordt over het algemeen gebruik gemaakt van wisselstroom. Conductometrische titratie – meergangbare onderzoeksmethode. Deze methode vormt de basis voor de vervaardiging van draagbare conductometers die worden gebruikt voor chemische studies van water.
Bij het uitvoeren van potentiometrie wordt de EMF van een omkeerbare galvanische cel gemeten. De coulometriemethode bepa alt de hoeveelheid elektriciteit die wordt verbruikt tijdens elektrolyse. Voltammetrie onderzoekt de afhankelijkheid van de grootte van de stroom van de aangelegde potentiaal.
Thermische methoden voor stofanalyse
Thermische analyse is gericht op het bepalen van de verandering in de fysieke eigenschappen van een stof onder invloed van temperatuur. Deze testmethoden worden in korte tijd en met een kleine hoeveelheid van het bestudeerde monster uitgevoerd.
Thermogravimetrie is een van de methoden van thermische analyse, die de registratie van veranderingen in de massa van een object onder invloed van temperatuur vertegenwoordigt. Deze methode wordt als een van de meest nauwkeurige beschouwd.
Bovendien omvatten thermische onderzoeksmethoden calorimetrie, die de warmtecapaciteit van een stof bepa alt, enthalpymetrie, op basis van de studie van warmtecapaciteit. Ook onder hen moet dilatometrie worden toegeschreven, die de verandering in het volume van het monster onder invloed van temperatuur vastlegt.
Chromatografische methoden voor de analyse van stoffen
De chromatografiemethode is een manier om stoffen te scheiden. Er zijn veel soorten chromatografie, de belangrijkste zijn: gas, distributie, redox, precipitatie, ionenuitwisseling.
De componenten in het testmonster zijn gescheiden tussen bewegend en stationairfasen. In het eerste geval hebben we het over vloeistoffen of gassen. De stationaire fase is een sorptiemiddel - een vaste stof. De monstercomponenten bewegen in de mobiele fase langs de stationaire fase. Aan de hand van de snelheid en het tijdstip waarop de componenten door de laatste fase gaan, worden hun fysieke eigenschappen beoordeeld.
Toepassing van fysische en chemische onderzoeksmethoden
Het belangrijkste gebied van fysieke en chemische methoden is sanitair-chemisch en forensisch-chemisch onderzoek. Ze hebben enkele verschillen. In het eerste geval worden aanvaarde hygiënische normen gebruikt om de uitgevoerde analyse te evalueren. Ze worden vastgesteld door de ministeries. Het sanitair-chemisch onderzoek wordt uitgevoerd volgens de door de epidemiologische dienst vastgestelde procedure. Het proces maakt gebruik van milieumodellen die de eigenschappen van voedingsproducten nabootsen. Ze reproduceren ook de bedrijfsomstandigheden van het monster.
Forensisch chemisch onderzoek is gericht op de kwantitatieve detectie van verdovende, krachtige stoffen en vergiften in het menselijk lichaam, voedingsmiddelen, medicijnen. Het onderzoek wordt uitgevoerd volgens een gerechtelijk bevel.
