Fizičko-hemijska istraživanja kao grana analitičke hemije se široko koriste u svim sferama ljudskog života. Oni vam omogućavaju da proučavate svojstva supstance od interesa određivanjem kvantitativne komponente komponenti u sastavu uzorka.
Istraživanje supstanci
Naučno istraživanje je znanje o objektu ili fenomenu u cilju dobijanja sistema pojmova i znanja. Prema principu djelovanja, metode koje se koriste dijele se na:
- empirijski;
- organizacijski;
- interpretativno;
- metode kvalitativne i kvantitativne analize.
Empirijske metode istraživanja odražavaju predmet koji se proučava sa strane spoljašnjih manifestacija i obuhvata posmatranje, merenje, eksperiment, poređenje. Empirijska studija je zasnovana na pouzdanim činjenicama i ne uključuje stvaranje veštačkih situacija za analizu.
Organizacione metode - komparativne, longitudinalne, kompleksne. Prvi podrazumeva poređenje stanja objekta dobijenog u različito vreme i pod različitim uslovima. Longitudinalno - posmatranje objektaistraživanja tokom dužeg vremenskog perioda. Kompleks je kombinacija longitudinalne i komparativne metode.
Metode interpretacije - genetske i strukturalne. Genetska varijanta uključuje proučavanje razvoja objekta od trenutka njegovog nastanka. Strukturalna metoda proučava i opisuje strukturu objekta.
Analitička hemija se bavi metodama kvalitativne i kvantitativne analize. Hemijske studije imaju za cilj određivanje sastava predmeta proučavanja.
Metode kvantitativne analize
Uz pomoć kvantitativne analize u analitičkoj hemiji utvrđuje se sastav hemijskih jedinjenja. Gotovo sve metode koje se koriste zasnivaju se na proučavanju zavisnosti hemijskih i fizičkih svojstava supstance od njenog sastava.
Kvantitativna analiza je opšta, potpuna i parcijalna. Općenito određuje količinu svih poznatih supstanci u predmetu koji se proučava, bez obzira da li su prisutne u sastavu ili ne. Kompletna analiza se odlikuje pronalaženjem kvantitativnog sastava supstanci sadržanih u uzorku. Djelomična opcija definira sadržaj samo komponenti od interesa u ovoj hemijskoj studiji.
U zavisnosti od metode analize, postoje tri grupe metoda: hemijske, fizičke i fizičko-hemijske. Svi su zasnovani na promjeni fizičkih ili hemijskih svojstava supstance.
Chemical Research
Ova metoda je usmjerena na određivanje supstanci u različitim kvantitativnim hemikalijamareakcije. Potonji imaju vanjske manifestacije (promjenu boje, oslobađanje plina, topline, sedimenta). Ova metoda se široko koristi u mnogim granama života modernog društva. Kemijska istraživačka laboratorija je neophodna u farmaceutskoj, petrohemijskoj, građevinskoj i mnogim drugim industrijama.
Postoje tri vrste hemijskih istraživanja. Gravimetrija, ili analiza težine, zasniva se na promjeni kvantitativnih karakteristika ispitivane supstance u uzorku. Ova opcija je jednostavna i daje precizne rezultate, ali je dugotrajna. Ovom vrstom hemijskih metoda istraživanja, potrebna supstanca se izdvaja iz ukupnog sastava u obliku taloga ili gasa. Zatim se dovede u čvrstu nerastvornu fazu, filtrira, opere, osuši. Nakon ovih procedura, komponenta se vaga.
Titrimetrija je volumetrijska analiza. Proučavanje hemikalija se odvija mjerenjem zapremine reagensa koji reaguje sa supstancom koja se proučava. Njegova koncentracija je unaprijed poznata. Zapremina reagensa se mjeri kada se dostigne tačka ekvivalencije. U analizi gasa se određuje zapremina oslobođenog ili apsorbovanog gasa.
Pored toga, često se koristi istraživanje hemijskih modela. To jest, kreira se analog predmeta koji se proučava, što je pogodnije za proučavanje.
Fizička istraživanja
Za razliku od hemijskih istraživanja zasnovanih na sprovođenju odgovarajućih reakcija, fizičke metode analize se zasnivaju na istim svojstvima supstanci. Za njihovizvođenje zahtijeva posebne uređaje. Suština metode je mjerenje promjena u karakteristikama tvari uzrokovanih djelovanjem zračenja. Glavne metode fizikalnog pregleda su refraktometrija, polarimetrija, fluorometrija.
Refraktometrija se izvodi pomoću refraktometra. Suština metode svodi se na proučavanje prelamanja svjetlosti iz jednog medija u drugi. Promjena ugla u ovom slučaju ovisi o svojstvima komponenti medija. Stoga postaje moguće identificirati sastav medija i njegovu strukturu.
Polarimetrija je metoda optičkog istraživanja koja koristi sposobnost određenih supstanci da rotiraju ravninu oscilacije linearno polarizirane svjetlosti.
Za fluorimetriju se koriste laseri i živine lampe koje stvaraju monohromatsko zračenje. Neke supstance su sposobne za fluorescenciju (apsorbuju i odaju apsorbovano zračenje). Na osnovu intenziteta fluorescencije donosi se zaključak o kvantitativnom određivanju supstance.
Fizička i hemijska istraživanja
Fizičko-hemijske metode istraživanja registruju promene fizičkih svojstava supstance pod uticajem različitih hemijskih reakcija. Oni se zasnivaju na direktnoj zavisnosti fizičkih karakteristika objekta koji se proučava o njegovom hemijskom sastavu. Ove metode zahtijevaju korištenje nekih mjernih instrumenata. Po pravilu, posmatranje se vrši za toplotnu provodljivost, električnu provodljivost, apsorpciju svetlosti, tačku ključanja i tačku topljenja.
Fizičko-hemijske studije materiješiroko se koriste zbog visoke tačnosti i brzine dobijanja rezultata. U savremenom svijetu, razvojem IT tehnologija, hemijske metode su postale teško primjenjive. Fizičko-hemijske metode se koriste u prehrambenoj industriji, poljoprivredi, forenzici.
Jedna od glavnih razlika između fizičkih i hemijskih metoda i hemijskih je ta što se kraj reakcije (ekvivalentna tačka) nalazi pomoću mernih instrumenata, a ne vizuelno.
Glavne metode fizičko-hemijskog istraživanja smatraju se spektralnim, elektrohemijskim, termičkim i kromatografskim metodama.
Spektralne metode analize supstanci
Osnova spektralnih metoda analize je interakcija objekta sa elektromagnetnim zračenjem. Proučavaju se apsorpcija, refleksija i rasipanje potonjeg. Drugi naziv za metodu je optički. To je kombinacija kvalitativnog i kvantitativnog istraživanja. Spektralna analiza vam omogućava da procenite hemijski sastav, strukturu komponenti, magnetno polje i druge karakteristike supstance.
Suština metode je odrediti rezonantne frekvencije na kojima supstanca reaguje na svjetlost. Oni su strogo individualni za svaku komponentu. Pomoću spektroskopa možete vidjeti linije na spektru i odrediti sastojke neke supstance. Intenzitet spektralnih linija daje ideju o kvantitativnoj karakteristici. Klasifikacija spektralnih metoda zasniva se na vrsti spektra i svrsi istraživanja.
Emisiona metodaomogućava vam proučavanje spektra emisije i daje informacije o sastavu tvari. Da bi se dobili podaci, on se podvrgava pražnjenju električnog luka. Varijacija ove metode je plamenska fotometrija. Spektri apsorpcije se proučavaju apsorpcionom metodom. Gore navedene opcije odnose se na kvalitativnu analizu supstance.
Kvantitativna spektralna analiza upoređuje intenzitet spektralne linije objekta koji se proučava i supstance poznate koncentracije. Ove metode uključuju atomsku apsorpciju, analizu atomske fluorescencije i luminescencije, turbidimetriju, nefelometriju.
Osnove elektrohemijske analize supstanci
Elektrohemijska analiza koristi elektrolizu za proučavanje supstance. Reakcije se izvode u vodenom rastvoru na elektrodama. Jedna od dostupnih karakteristika je da se izmeri. Studija se provodi u elektrohemijskoj ćeliji. Ovo je posuda u koju su smešteni elektroliti (supstance sa jonskom provodljivošću), elektrode (supstance elektronske provodljivosti). Elektrode i elektroliti međusobno djeluju. U ovom slučaju, struja se napaja izvana.
Klasifikacija elektrohemijskih metoda
Klasifikujte elektrohemijske metode zasnovane na fenomenima na kojima se zasnivaju fizičke i hemijske studije. Ovo su metode sa i bez stranog potencijala.
Konduktometrija je analitička metoda i mjeri električnu provodljivost G. Konduktometrijska analiza općenito koristi naizmjeničnu struju. Konduktometrijska titracija – višeuobičajena metoda istraživanja. Ova metoda je osnova za proizvodnju prijenosnih konduktometara koji se koriste za hemijska ispitivanja vode.
Prilikom izvođenja potenciometrije, mjeri se EMF reverzibilne galvanske ćelije. Metoda kulometrije određuje količinu električne energije koja se troši tokom elektrolize. Voltametrija istražuje zavisnost veličine struje od primijenjenog potencijala.
Termičke metode analize supstanci
Termička analiza ima za cilj utvrđivanje promjene fizičkih svojstava tvari pod utjecajem temperature. Ove metode ispitivanja se izvode u kratkom vremenskom periodu i sa malom količinom proučavanog uzorka.
Termogravimetrija je jedna od metoda termičke analize, kojom se evidentiraju promjene mase objekta pod uticajem temperature. Ova metoda se smatra jednom od najpreciznijih.
Pored toga, metode termičkog istraživanja uključuju i kalorimetriju, koja određuje toplotni kapacitet supstance, entalpimetriju, zasnovanu na proučavanju toplotnog kapaciteta. Takođe među njima treba pripisati dilatometriju, koja bilježi promjenu volumena uzorka pod utjecajem temperature.
Hromatografske metode za analizu supstanci
Metoda hromatografije je način odvajanja supstanci. Postoji mnogo vrsta hromatografije, a glavne su: gasna, distributivna, redoks, precipitacija, jonska izmjena.
Komponente u uzorku za testiranje su odvojene između pokretnih i nepokretnihfaze. U prvom slučaju govorimo o tečnostima ili gasovima. Stacionarna faza je sorbent - čvrsta supstanca. Komponente uzorka kreću se u mobilnoj fazi duž stacionarne faze. Po brzini i vremenu prolaska komponenti kroz poslednju fazu, ocjenjuju se njihova fizička svojstva.
Primjena fizičkih i hemijskih metoda istraživanja
Najvažnija oblast fizikalnih i hemijskih metoda su sanitarno-hemijska i forenzičko-hemijska istraživanja. Imaju neke razlike. U prvom slučaju za ocjenu izvršene analize koriste se prihvaćeni higijenski standardi. Njih određuju ministarstva. Sanitarno-hemijska istraživanja vrše se u skladu sa procedurom koju utvrđuje epidemiološka služba. Proces koristi ekološke modele koji oponašaju svojstva prehrambenih proizvoda. Oni takođe reprodukuju radne uslove uzorka.
Sudsko-hemijska istraživanja imaju za cilj kvantitativno otkrivanje narkotika, potentnih supstanci i otrova u ljudskom organizmu, prehrambenim proizvodima, lijekovima. Ispitivanje se obavlja po nalogu suda.
