For tiden er det mange spesialister som har viet seg til de fysiske eller kjemiske vitenskapene, og noen ganger begge deler. De fleste fenomener kan faktisk forklares logisk nøyaktig gjennom slike eksperimenter. Vi vil vurdere fysiske forskningsmetoder mer detaljert.
Analysemetoder i analytisk kjemi
Analytisk kjemi er vitenskapen om å oppdage, separere og identifisere kjemikalier. For å utføre visse operasjoner med forbindelser, brukes kjemiske, fysiske og fysisk-kjemiske analysemetoder. Sistnevnte metode kalles også instrumentell, siden dens anvendelse krever moderne laboratorieutstyr. Den er delt inn i spektroskopiske, kjernefysiske og radiokjemiske grupper.
Dessuten kan det innen kjemi være problemer av ulike typer som krever individuelle løsninger. Avhengig av dette finnes det metoder for kvalitativ (bestemme navn og form for et stoff) og kvantitativ (bestemme hvor mye av et gitt stoff som er inneholdt i en alikvot eller prøve) analyse.
kvantitative analysemetoder
De lar deg bestemme innholdet av det opprinnelige stoffet i prøven. Tot alt finnes det kjemiske, fysisk-kjemiske og fysiske metoder for kvantitativ analyse.
Kjemiske metoder for kvantitativ analyse
De er delt inn i:
- Vektanalyse som lar deg bestemme innholdet av et stoff ved å veie på en analytisk vekt og utføre ytterligere operasjoner.
- Volumanalyse, som innebærer å måle volumet av stoffer i forskjellige aggregattilstander eller løsninger.
Den er i sin tur delt inn i følgende underseksjoner:
- volumetrisk titrimetrisk analyse brukes ved en kjent konsentrasjon av reagenset, reaksjonen som det nødvendige stoffet forbrukes med, og deretter måles det forbrukte volumet;
- volumetrisk gassmetode er å analysere gassblandinger der det opprinnelige stoffet absorberes av et annet.
- volumetrisk sedimentasjon (fra latin sedimentum - "bosetning") er basert på lagdeling av et spredt system som følge av tyngdekraften. Dette er ledsaget av nedbør, hvis volum måles ved hjelp av et sentrifugerør.
Kjemiske metoder er ikke alltid praktiske å bruke, siden det ofte er nødvendig å skille blandingen for å isolere ønsket komponent. For å utføre en slik operasjon uten bruk av kjemiske reaksjoner, brukes fysiske analysemetoder. Og å observere endringen i de fysiske egenskapene til forbindelsen som et resultatutføre reaksjoner - fysiske og kjemiske.
Fysiske metoder for kvantitativ analyse
De brukes under mange laboratoriestudier. Fysiske analysemetoder inkluderer:
- Spektroskopisk - basert på samspillet mellom atomer, molekyler, ioner av den studerte forbindelsen med elektromagnetisk stråling, som et resultat av at fotoner absorberes eller frigjøres.
- Den kjernefysiske metoden består i å eksponere en prøve av stoffet som studeres for en nøytronfluks, ved å studere som det etter forsøket er mulig å bestemme det kvantitative innholdet av grunnstoffene i prøven ved å måle radioaktiv stråling. Dette fungerer fordi mengden partikkelaktivitet er direkte proporsjonal med konsentrasjonen av grunnstoffet som studeres.
- Den radiokjemiske metoden er å bestemme innholdet i stoffet av radioaktive isotoper dannet som følge av transformasjoner.
Fysisk-kjemiske metoder for kvantitativ analyse
Siden disse metodene bare er en del av de fysiske metodene for å analysere et stoff, er de også delt inn i spektroskopiske, kjernefysiske og radiokjemiske metoder for forskning.
Kvalitative analysemetoder
I analytisk kjemi, for å studere egenskapene til et stoff, bestemme dets fysiske tilstand, farge, smak, lukt, brukes metoder for kvalitativ analyse, som igjen er delt inn i samme kjemiske, fysiske og fysisk-kjemisk (instrumentell). Dessuten er fysiske analysemetoder foretrukket i analytisk kjemi.
Kjemiske metoder utføres på to måter: reaksjoner i løsninger og reaksjoner på tørr måte.
Våte reaksjoner
Reaksjoner i løsninger har visse betingelser, hvorav én eller flere må oppfylles:
- Danning av et uløselig bunnfall.
- Endre fargen på løsningen.
- Utvikling av en gassformig substans.
Presipitatdannelse kan for eksempel oppstå som følge av samspillet mellom bariumklorid (BaCl2) og svovelsyre (H2SO4). Produktene fra reaksjonen er s altsyre (HCl) og et vannuløselig hvitt bunnfall - bariumsulfat (BaSO4). Da vil den nødvendige betingelsen for forekomsten av en kjemisk reaksjon være oppfylt. Noen ganger kan reaksjonsproduktene være et par stoffer, som må separeres ved filtrering.
Endring av fargen på løsningen som følge av kjemisk interaksjon er en svært viktig funksjon i analysen. Dette observeres oftest ved arbeid med redoksprosesser eller ved bruk av indikatorer i syre-base titreringsprosessen. Stoffer som kan farge løsningen med passende farge inkluderer: kaliumtiocyanat KSCN (interaksjonen med jern III-s alter er ledsaget av en blodrød farge på løsningen), jern(III)klorid (når den interagerer med klorvann, den svake grønne fargen på løsningen blir gul), kaliumdikromat (når den reduseres og under påvirkning av svovelsyre, endres den fra oransje tilmørkegrønn) og andre.
Reaksjoner som fortsetter med utslipp av gass er ikke grunnleggende og brukes i sjeldne tilfeller. Det mest produserte karbondioksidet i laboratorier er CO2.
Tørre reaksjoner
Slike interaksjoner utføres for å bestemme innholdet av urenheter i det analyserte stoffet, i studiet av mineraler, og det består av flere stadier:
- smelteevnetest.
- Flamefargetest.
- Volatilitetstest.
- Evnen til redoksreaksjoner.
Vanligvis testes mineralstoffer for smelteevne ved å forvarme en liten prøve av dem over en gassbrenner og observere avrundingen av kantene under et forstørrelsesglass.
For å sjekke hvordan prøven er i stand til å farge flammen, påføres den på en platinatråd først på bunnen av flammen, og deretter på stedet som er mest oppvarmet.
Vatiliteten til prøven kontrolleres i analysesylinderen, som varmes opp etter innføring av testelementet.
Reaksjoner av redoksprosesser utføres oftest i tørre kuler av smeltet boraks, hvori prøven legges og deretter utsettes for oppvarming. Det finnes andre måter å utføre denne reaksjonen på: oppvarming i et glassrør med alkalimetaller - Na, K, enkel oppvarming eller oppvarming på trekull, og så videre.
Bruk av kjemiske indikatorer
Noen ganger bruker kjemiske analysemetoder forskjelligeindikatorer som hjelper til med å bestemme pH i mediet til et stoff. De mest brukte er:
- Lakkmus. I et surt miljø blir indikatorlakmuspapir rødt, og i et alkalisk miljø blir det blått.
- Methylorange. Når det utsettes for et surt ion, blir det rosa, alkalisk - blir gult.
- Fenolftalein. I et alkalisk miljø er det karakteristisk for en rød farge, og i et surt miljø har det ingen farge.
- Curcumin. Den brukes sjeldnere enn andre indikatorer. Blir brun av alkalier og gul av syrer.
Fysiske metoder for kvalitativ analyse
For tiden brukes de ofte både i industri- og laboratorieforskning. Eksempler på fysiske analysemetoder er:
- Spectral, som allerede er diskutert ovenfor. Det er på sin side delt inn i utslipps- og absorpsjonsmetoder. Avhengig av det analytiske signalet til partiklene, skilles atom- og molekylspektroskopi. Under emisjon avgir prøven kvanter, og under absorpsjon blir fotonene som sendes ut av prøven selektivt absorbert av små partikler - atomer og molekyler. Denne kjemiske metoden bruker slike typer stråling som ultrafiolett (UV) med en bølgelengde på 200-400 nm, synlig med en bølgelengde på 400-800 nm og infrarød (IR) med en bølgelengde på 800-40000 nm. Slike områder med stråling kalles ellers det "optiske området".
- Luminescerende (fluorescerende) metode består i å observere emisjonen av lys fra stoffet som studeres pga.eksponering for ultrafiolette stråler. Testprøven kan være en organisk eller mineralsk forbindelse, samt noen medisiner. Når de utsettes for UV-stråling, går atomene til dette stoffet over i en eksitert tilstand, preget av en imponerende energireserve. Under overgangen til norm altilstand lyser stoffet på grunn av restmengden av energi.
- Røntgendiffraksjonsanalyse utføres som regel ved bruk av røntgen. De brukes til å bestemme størrelsen på atomer og hvordan de er lokalisert i forhold til andre prøvemolekyler. Dermed blir krystallgitteret, sammensetningen av prøven og tilstedeværelsen av urenheter i noen tilfeller funnet. Denne metoden bruker en liten mengde analytt uten bruk av kjemiske reaksjoner.
- massespektrometrisk metode. Noen ganger hender det at det elektromagnetiske feltet ikke lar visse ioniserte partikler passere gjennom det på grunn av for stor forskjell i forholdet mellom masse og ladning. For å bestemme dem, er denne fysiske analysemetoden nødvendig.
Disse metodene er derfor etterspurt sammenlignet med konvensjonelle kjemiske, fordi de har en rekke fordeler. Kombinasjonen av kjemiske og fysiske analysemetoder i analytisk kjemi gir imidlertid et mye bedre og mer nøyaktig resultat av studien.
Fysisk-kjemiske (instrumentelle) metoder for kvalitativ analyse
Disse kategoriene inkluderer:
- Elektrokjemiske metoder som består i å måleelektromotoriske krefter til galvaniske celler (potensiometri) og elektrisk ledningsevne til løsninger (konduktometri), samt i studiet av bevegelsen og resten av kjemiske prosesser (polarografi).
- Emisjonsspektralanalyse, hvis essens er å bestemme intensiteten til elektromagnetisk stråling på en frekvensskala.
- Fotometrisk metode.
- Røntgenspektralanalyse, som undersøker spektrene til røntgenstråler som har gått gjennom prøven.
- Metode for måling av radioaktivitet.
- Den kromatografiske metoden er basert på gjentatt interaksjon mellom sorpsjon og desorpsjon av et stoff når det beveger seg langs en immobil sorbent.
Du bør vite at fysisk-kjemiske og fysiske analysemetoder i kjemi er kombinert i én gruppe, så når de vurderes separat, har de mye til felles.
Fysisk-kjemiske metoder for separering av stoffer
Svært ofte i laboratorier er det situasjoner hvor det er umulig å trekke ut det nødvendige stoffet uten å skille det fra et annet. I slike tilfeller brukes metoder for separering av stoffer, som inkluderer:
- ekstraksjon - en metode der det nødvendige stoffet ekstraheres fra en løsning eller blanding ved hjelp av et ekstraksjonsmiddel (tilsvarende løsemiddel).
- Kromatografi. Denne metoden brukes ikke bare til analyse, men også for separering av komponenter som er i mobil og stasjonær fase.
- Separasjon ved ionebytte. Som et resultatdet ønskede stoffet kan utfelles, uløselig i vann, og kan deretter separeres ved sentrifugering eller filtrering.
- Kryogen separasjon brukes til å trekke ut gassformige stoffer fra luften.
- Elektroforese er separasjon av stoffer med deltagelse av et elektrisk felt, under påvirkning av hvilke partikler som ikke blandes med hverandre, beveger seg i flytende eller gassformige medier.
Dermed vil laboratorieassistenten alltid kunne få det nødvendige stoffet.
