Теоретичні основи аналітичної хімії

В фізико-хімічних методах попередньо проводять хімічну реакцію або слідкують за її ходою за допомогою приладу, региструючого фізичні якості.

Новим інтенсивно розвиваючим напрямом є застосування у аналізі сенсорів.

Сенсори - це чутливі елементи невеликих розмірів, що генерують аналітичний сигнал, інтенсивність якого залежить від концентрації визначуваної речовини. За допомогою сенсору проводять інструментальне кількісне визначення вмісту речовини.

Існує три типи сенсорів: фізичні, хімічні та біосенсори. У фізичних сенсорів хімічні реакції не проходять, а під впливом визначуваної речовини змінюються електричні, теплові, магнітні або спектральні показники.

Відмінна якість хімічних і біосенсорів - наявність рецептора - шару молекул або часток аналізуємої речовини на контакті сенсора з визначуваним компонентом об'єкту.

У хімічних сенсорах роль рецептора виконують різні реагенти, що змініють фізичні характеристики при зміні рН розчину, взаємодії з катіонами, аніонами або молекулами газів.

В біосенсорах рецепторами є фементи, антітіла, антігени, біологічні мембрани або мікроорганізми.

За метолом реєстрації аналітичного сигналу сенсори поділяються на електричні, електрохімічні, оптичні, чутливі до зміни маси тощо.

31. Класифікація фізико-хімічних методів аналізу

В залежності від якостей речовин, що використовуються для визначень, виділяють такі методи інструментального аналізу:

1) оптичні (визначення оптичних якостей речовин);

2) електорметричні або електрохімічні (визначають електричні параметри речовин);

3) резонансні (використовують явище резонансного поглинання речовиною електричного або магнітного поля);

4) радіометричні (кількість речовини визначають за їх радіоактивністю або за допомогою радіоактивних індикаторів);

5) термічні (визначають теплові ефекти процесів);

6) хроматографічні (застосовується хроматографічне розділення у комбінації з детекторами разділенних речовин);

7) мас-спектрометричні (на основі вимірювання маси іонизованих часток молекул речовини);

8) ультразвукові (визначення швидкості ультразвуку в розчинах речовин та інш.

32. Оптичні методи аналізу

Спектральні та інші оптичні методи засновані на використанні різних явищ та ефекті, що виникають при взаємодії речовини та електромагнітного випромінювання.

Для опису випромінювання використовують два види характеристик - хвильові та квантові.

В залежності від довжини хвилі в електромагнітному спектрі виділяють слідуючі ділянки

Для аналітичних цілей зазвичай використовують методи оптичної атомної та оптичної молекулярної спектроскопії.

Спектри використовуються як для якісного, так і для кількісного аналізу.

1. Емісіонний спектральний аналіз - визначення спектрів випускання різних речовин. Для отримання спектру частки речовини необхідно перевести в збуджений стан. Головною перевагою спектрального аналізу перед хімічними є його висока чутливість, крім того він не потребує розділу речовини на окремі компоненти.

2. Абсорбціонна спектроскопія - у результаті поглинання випромінювання при проходженні його крізь шар речовини інтенсивність зменшується і тим більше, чим вища концентрація світло поглинаючої речовини. Кількісний аналіз по ІЧ-спектрам заснований на застосуванні закону Бугера-Ламберта-Бера. Найчастіше тут використовується метод градурованої кривої.

3. Атомно-абсорбціонний спектральний аналіз - аналітичний метод визначення елементів за поглинанням випромінювання вільними атомами. Методика розроблена для визначення більш ніж 70 елементів. Має декілька обмежень. Так, наприклад, не визначаються елементи, резонансні лінії яких лежать в далекому ультрафіолеті (вуглеці, фосфор, галогени тощо). Недоліком є і неспроможність одночасного визначення декількох елементів.

4. Люмінісцентний аналіз - визначення речовини за допомогою дії ультрафіолетових, рентгенівських і радіоактивних променів. Найчастіше для аналізу використовують флуоресценцію.

Флуоресцентні методи поділяються на прямі і відносні. У прямих - безпосередньо вимірюється інтенсивність флуоресценції. З відносних найбільш поширеним є титрування за допомогою флуоресцированих індикаторів.

4. Інші оптичні методи:

а) рефрактометрія - метод вимірювання заломлення світла при проходженні кордону однородних середовищ;

б) нефелометрія та турбидиметрія - для визначення суспензій, емульсій, тощо

33. Електрохімічні методи аналізу, їх суть, класифікація, застосування

Електрохімічні методи засновані на використанні іонообмінних або електрообмінних процесах, що проходять на поверхні електроду або у приелектродному просторі. Аналітичним сигналом слугує будь-який електичний показник (потенціал, сила току, кількість електрики тощо), функціонально пов'язаний з вмістом та концентрацією розчину.

Ці методи є високочутливими, мають низькі пороги визначення, великий інтервал визначуваних вмістів, нескладністю.

Класифікація:

1. Потенціометрія - заснована на визначенні електрорушійної сили оборотних гальванічних елементів.

В потенціометрії використовують два класи індикаторних електродів:

1) електроди, на між фазних кордонах яких проходять електрообмінні процеси;

2) електроди, на між фазних кордонах яких проходять іоннообмінні процеси.

Розрізняють пряму потенціометрію - безпосереднє визначення равновагового потенціалу та знаходження активності іонів у розчині - та відносну - потенціометричне титрування - реєстрація зміни потенціалу у ході хімічної реакції між визначуваною речовиною та титр антом.

У потенціометричному титруванні використовуються кислотно-основні, окисно-відновні реакції, осадження та комплексоутворення.

Індикаторний електрод вибирають в залежності від типу хімічної реакції та природи потенціаловизначуваних іонів.

2. Кулометричні методи - засновані на вимірюванні кількості електрики, що витратилася на електроперетворення визначуваної речовини (пряма кулонометрія) або на отримання титранту, що реагує с визначуваною речовиною (відносна кулонометрія).

Цей варіан застосовують для визначення і електроактивних, і електронеактивних речовин у реакціях кислотно-основних, окисно-відновних, в реакціях осадження або комплексоутворення.

3. Кондуктометрія - метод заснований на вимірюванні питомої електропровідностіаналізуємої речовини.

Розрізняють пряму та відносну кондуктометрію. Частіше використовують останню. Для неї проводять реакції кислотно-основні, реакції осадження.

Використовується для аналізу зафарбованих або мутних розчинів, дає високу точність для дуже розведених розчинів і визначення компонентів суміші.

4. Електрогравіметрія - безеталонний метод, що застосовується наразі для визначення міді і аналізу мідних сплавів.

5. Вольтамперометричні методи - засновані на визначені залежності сили току від зовнішньої напруги.

34. Хроматографічні методи аналізу

Хроматографічний метод - метод розділення та аналізу суміші речовин, заснований на відмінному розподілі їх між двома не змішуваними фазами - рухомій і нерухомій.

В результаті встановлюється динамічна рівновага, в наслідок чого молекули суміші частину часу знаходяться у рухомій фазі, а частину - в нерухомій. Різні речовини володіють різною спорідненістю з обома видами фаз.

В залежності від способу розміщення нерухомої фази розрізняють колон очну та тонкошарову хроматографію.

У першому випадку нерухому фазу розміщають в хроматографічну колонку (трубку визначеної довжини та внутрішнього діаметру). В другому - шар нерухомої фази наносять на інертну підкладку.

Найбільш придатний елюент ний режим вводу проби.

Хроматичний процес характеризується залежністю концентрації речовини від часу хроматографування. Визначення концентрації засновано на пропорційності між кількістю речовини у зоні і висотою або площею хроматографічного піку. Для визначення концентрації речовини у пробі можно використовувати метод абсолютної калібровки, метод внутрішнього стандарту, метод простого нормування і метод нормування с калібрувальними коефіцієнтами.

У методі абсолютної калі бровки експериментально визначають залежність висоти або площи піку від концентрації речовини та будують калібрувальні криві. Потім визначають ті ж характеристики піків в аналуємій суміші і по кривій знаходять концентрацію ізначальної речовини.

Метод внутрішнього стандарту заснований на введенні в визначувану суміш точно відомої кількості стандартної речовини. У якості стандарту беруть речовину, що за своїми якостями наближується до фізико-хімічних якостей компонентів суміші.

Размещено на Allbest.ru