Fizičko-kemijska istraživanja kao grana analitičke kemije naširoko se koriste u svim sferama ljudskog života. Omogućuju vam proučavanje svojstava tvari od interesa određivanjem kvantitativne komponente komponenti u sastavu uzorka.
Istraživanje supstanci
Znanstveno istraživanje je znanje o objektu ili fenomenu kako bi se dobio sustav 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 proučavanja sa strane vanjskih manifestacija i uključuju promatranje, mjerenje, eksperiment, usporedbu. Empirijska studija temelji se na pouzdanim činjenicama i ne uključuje stvaranje umjetnih situacija za analizu.
Organizacijske metode - komparativne, longitudinalne, složene. Prvi podrazumijeva usporedbu stanja objekta dobivenog u različito vrijeme i pod različitim uvjetima. Longitudinalno – promatranje objektaistraživanja tijekom dužeg vremenskog razdoblja. Kompleks je kombinacija longitudinalne i komparativne metode.
Metode interpretacije - genetske i strukturne. Genetska varijanta uključuje proučavanje razvoja objekta od trenutka njegovog nastanka. Strukturalna metoda proučava i opisuje strukturu objekta.
Analitička kemija bavi se metodama kvalitativne i kvantitativne analize. Kemijske studije usmjerene su na određivanje sastava predmeta proučavanja.
Metode kvantitativne analize
Uz pomoć kvantitativne analize u analitičkoj kemiji utvrđuje se sastav kemijskih spojeva. Gotovo sve korištene metode temelje se na proučavanju ovisnosti kemijskih i fizikalnih svojstava tvari o njezinom sastavu.
Kvantitativna analiza je opća, potpuna i djelomična. Općenito određuje količinu svih poznatih tvari u predmetu koji se proučava, bez obzira na to jesu li prisutne u sastavu ili ne. Potpuna analiza razlikuje se određivanjem kvantitativnog sastava tvari sadržanih u uzorku. Djelomična opcija definira sadržaj samo komponenti od interesa u ovoj kemijskoj studiji.
Ovisno o metodi analize, postoje tri skupine metoda: kemijske, fizikalne i fizikalno-kemijske. Svi se temelje na promjeni fizičkih ili kemijskih svojstava tvari.
Kemijska istraživanja
Ova metoda je usmjerena na određivanje tvari u različitim kvantitativno prisutnim kemikalijamareakcije. Potonji imaju vanjske manifestacije (promjenu boje, oslobađanje plina, topline, sedimenta). Ova metoda se široko koristi u mnogim granama života modernog društva. Kemijski istraživački laboratorij neophodan je u farmaceutskoj, petrokemijskoj, građevinskoj i mnogim drugim industrijama.
Postoje tri vrste kemijskih istraživanja. Gravimetrija ili analiza težine temelji se na promjeni kvantitativnih karakteristika ispitivane tvari u uzorku. Ova je opcija jednostavna i daje točne rezultate, ali oduzima mnogo vremena. Ovom vrstom kemijskih metoda istraživanja odvaja se potrebna tvar iz ukupnog sastava u obliku taloga ili plina. Zatim se dovede u čvrstu netopivu fazu, filtrira, ispere, osuši. Nakon ovih postupaka, komponenta se važe.
Titrimetrija je volumetrijska analiza. Proučavanje kemikalija događa se mjerenjem volumena reagensa koji reagira s ispitivanom tvari. Njegova koncentracija je unaprijed poznata. Volumen reagensa se mjeri kada se postigne točka ekvivalencije. U analizi plina određuje se volumen ispuštenog ili apsorbiranog plina.
Osim toga, često se koristi istraživanje kemijskih modela. Odnosno, stvara se analog predmeta koji se proučava, što je prikladnije za proučavanje.
Fizička istraživanja
Za razliku od kemijskih istraživanja temeljenih na provođenju odgovarajućih reakcija, fizikalne metode analize temelje se na istim svojstvima tvari. Za njihovizvođenje zahtijeva posebne uređaje. Bit metode je mjerenje promjena karakteristika tvari uzrokovanih djelovanjem zračenja. Glavne metode fizikalnog pregleda su refraktometrija, polarimetrija, fluorometrija.
Refraktometrija se provodi pomoću refraktometra. Bit metode svodi se na proučavanje loma svjetlosti koja prolazi iz jednog medija u drugi. Promjena kuta 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 tvari da rotiraju ravninu oscilacije linearno polarizirane svjetlosti.
Za fluorimetriju se koriste laseri i živine lampe koje stvaraju monokromatsko zračenje. Neke tvari su sposobne za fluorescenciju (apsorbiraju i odaju apsorbirano zračenje). Na temelju intenziteta fluorescencije donosi se zaključak o kvantitativnom određivanju tvari.
Fizikalna i kemijska istraživanja
Fiziko-kemijske metode istraživanja registriraju promjene u fizikalnim svojstvima tvari pod utjecajem različitih kemijskih reakcija. Temelje se na izravnoj ovisnosti fizikalnih karakteristika predmeta koji se proučava o njegovom kemijskom sastavu. Ove metode zahtijevaju korištenje nekih mjernih instrumenata. U pravilu se promatra toplinska vodljivost, električna vodljivost, apsorpcija svjetlosti, vrelište i talište.
Fizičko-kemijske studije materiješiroko se koriste zbog svoje visoke točnosti i brzine dobivanja rezultata. U suvremenom svijetu, zbog razvoja informatičkih tehnologija, kemijske metode postale su teško primjenjive. Fizikalno-kemijske metode koriste se u prehrambenoj industriji, poljoprivredi, forenzici.
Jedna od glavnih razlika između fizikalnih i kemijskih metoda i kemijskih je ta što se kraj reakcije (ekvivalentna točka) nalazi pomoću mjernih instrumenata, a ne vizualno.
Glavnim metodama fizikalnih i kemijskih istraživanja smatraju se spektralne, elektrokemijske, termalne i kromatografske metode.
Spektralne metode analize tvari
Osnova spektralnih metoda analize je interakcija objekta s elektromagnetskim zračenjem. Proučava se apsorpcija, refleksija i raspršenje potonjeg. Drugi naziv za metodu je optički. To je kombinacija kvalitativnog i kvantitativnog istraživanja. Spektralna analiza omogućuje procjenu kemijskog sastava, strukture komponenti, magnetskog polja i drugih karakteristika tvari.
Suština metode je odrediti rezonantne frekvencije na kojima tvar reagira na svjetlost. Oni su strogo individualni za svaku komponentu. Spektroskopom možete vidjeti linije na spektru i odrediti sastojke tvari. Intenzitet spektralnih linija daje ideju o kvantitativnoj karakteristici. Klasifikacija spektralnih metoda temelji se na vrsti spektra i svrsi istraživanja.
Emisiona metodaomogućuje proučavanje spektra emisije i daje informacije o sastavu tvari. Za dobivanje podataka, podvrgava se pražnjenju električnog luka. Varijanta ove metode je plamenska fotometrija. Spektri apsorpcije proučavaju se apsorpcijskom metodom. Gore navedene opcije odnose se na kvalitativnu analizu tvari.
Kvantitativna spektralna analiza uspoređuje intenzitet spektralne linije objekta koji se proučava i tvari poznate koncentracije. Ove metode uključuju atomsku apsorpciju, analizu atomske fluorescencije i luminescencije, turbidimetriju, nefelometriju.
Osnove elektrokemijske analize tvari
Elektrokemijska analiza koristi elektrolizu za proučavanje tvari. Reakcije se provode u vodenoj otopini na elektrodama. Jedna od dostupnih karakteristika je da se izmjeri. Studija se provodi u elektrokemijskoj ćeliji. Ovo je posuda u koju su smješteni elektroliti (tvari s ionskom vodljivošću), elektrode (tvari s elektronskom vodljivošću). Elektrode i elektroliti međusobno djeluju. U ovom slučaju, struja se dovodi izvana.
Klasifikacija elektrokemijskih metoda
Klasificirajte elektrokemijske metode temeljene na pojavama na kojima se temelje fizikalne i kemijske studije. To su metode sa i bez stranog potencijala.
Konduktometrija je analitička metoda i mjeri električnu vodljivost G. Konduktometrijska analiza općenito koristi izmjeničnu struju. Konduktometrijska titracija – višeuobičajena metoda istraživanja. Ova metoda je osnova za proizvodnju prijenosnih konduktometara koji se koriste za kemijska ispitivanja vode.
Prilikom potenciometrije mjeri se EMF reverzibilne galvanske ćelije. Metoda kulometrije određuje količinu električne energije koja se troši tijekom elektrolize. Voltametrija istražuje ovisnost veličine struje o primijenjenom potencijalu.
Termičke metode analize tvari
Termička analiza ima za cilj određivanje promjene fizikalnih svojstava tvari pod utjecajem temperature. Ove metode ispitivanja izvode se u kratkom vremenskom razdoblju i s malom količinom proučavanog uzorka.
Termogravimetrija je jedna od metoda termičke analize, kojom se evidentiraju promjene mase objekta pod utjecajem temperature. Ova metoda se smatra jednom od najtočnijih.
Osim toga, metode termičkog istraživanja uključuju kalorimetriju, koja određuje toplinski kapacitet tvari, entalpimetriju, na temelju proučavanja toplinskog kapaciteta. Među njima također treba pripisati dilatometriju koja bilježi promjenu volumena uzorka pod utjecajem temperature.
Kromatografske metode za analizu tvari
Metoda kromatografije je način odvajanja tvari. Postoji mnogo vrsta kromatografije, a glavne su: plinska, distribucijska, redoks, precipitacija, ionska izmjena.
Komponente u ispitnom uzorku su odvojene između pokretnih i nepokretnihfazama. U prvom slučaju govorimo o tekućinama ili plinovima. Stacionarna faza je sorbent - krutina. Komponente uzorka kreću se u mobilnoj fazi duž stacionarne faze. Po brzini i vremenu prolaska komponenti kroz posljednju fazu ocjenjuju se njihova fizička svojstva.
Primjena fizikalnih i kemijskih metoda istraživanja
Najvažnije područje fizikalnih i kemijskih metoda su sanitarno-kemijska i forenzičko-kemijska istraživanja. Imaju neke razlike. U prvom slučaju za ocjenu provedene analize koriste se prihvaćeni higijenski standardi. Njih određuju ministarstva. Sanitarno-kemijska istraživanja provode se prema postupku koji utvrđuje epidemiološka služba. Proces koristi ekološke modele koji oponašaju svojstva prehrambenih proizvoda. Oni također reproduciraju radne uvjete uzorka.
Forenzička kemijska istraživanja usmjerena su na kvantitativno otkrivanje narkotika, potentnih tvari i otrova u ljudskom tijelu, prehrambenim proizvodima, lijekovima. Ispitivanje se provodi prema sudskom nalogu.
