Тема 7. Аналитическая химия

Дата: 2025-06-14; Просмотры: 1
Оценка:
0.00 из 5.00 — оценок
Скачиваний: 0

Урок № 7.23. Сущность физико-химических методов анализа

Урок № 7.24. Особенности физико-химических методов анализа

Цель:

1) образовательная – дать основные представления о методах химического и физико-химического анализа, подчеркнуть их значение для развития промышленности, повторить правила техники безопасности в химических лабораториях;

2) развивающая – развивать логическое мышление, умение систематизировать, анализировать материал и делать выводы;

3) воспитательная – прививать интерес к химическому эксперименту.

 

Проверка изученного на предыдущем занятии

Опрос

1. Что изучает аналитическая химия как наука?

2. Что является предметом изучения аналитической химии?

3. Какие задачи выполняет аналитической химии?

4. Расскажите кратко историю становления аналитической химии как науки.

5. Какие направления выделяют в современной аналитической химии?

6. Какое значение современной аналитической химии в контроле химических производств, химической промышленности, в защите окружающей среды?

 

Подтвердите или опровергните предложение

№ Утверждение Ответ
1 Аналитическая химия – наука, развивающая теоретические основы анализа химического состава веществ, разрабатывающая методы идентификации и обнаружения, определения и разделения химических элементов и их соединений, а также методы установления химического строения соединений  
2 Разделами изучения аналитической химии как науки являются качественный анализ, титриметрический анализ, количественный анализ, структурный анализ, гравиметрический анализ  
3 Структурный анализ занимается определением последовательности соединения и взаимного расположения отдельных составных частей в анализируемом объекте  
4 Предметом изучения аналитической химии является разработка методов анализа исследуемых веществ в медицинских лабораториях  
5 Качественный анализ занимается обнаружением, идентификацией и определением составных частей анализируемого объекта, а также измерением количества составных частей анализируемого объекта  
6 Основателем аналитической химии как науки считается Ломоносов М.В.  
7 Ломоносов впервые ввел в практику исследований количественный учет реагентов химических процессов и по праву считается одним из основоположников количественного анализа  
8 Общим для химии древних, периода алхимии, натрохимии и в эпоху флогистона является то, что развитие химического анализа было обусловлено заказом ремесленной практики, а сам анализ представлял собой по существу мини-производство  
9 Количественный анализ занимается обнаружением, идентификацией и определением составных частей анализируемого объекта, а также измерением количества составных частей анализируемого объекта  
10 Значение современной аналитической химии заключается в контроле химического состава исходного вещества, полупродуктов и готовой продукции, анализе почв, минеральных удобрений, воды, воздуха  

 

Методом анализа называют принципы, положенные в основу анализа вещества, то есть вид и природу энергии, вызывающей возмущение химических частиц вещества.

В основе анализа лежит зависимость между фиксируемым аналитическим сигналом от наличия или концентрации определяемого вещества.

Аналитический сигнал – это фиксируемое и измеряемое свойство объекта.

В аналитической химии методы анализа классифицируют по характеру определяемого свойства и по способу регистрации аналитического сигнала.

Принято делить методы анализа на три большие группы:

1) химические методы анализа - когда данные получаются в результате выделения осадка, выделения газа, изменения цвета окраски;

2) физико-химические методы анализа - может быть зафиксировано какое-нибудь физическое или химическое изменение величин;

3) физические методы анализа

К химическим методам относят:

- гравиметрический (весовой) анализ

- титриметрический (объемный) анализ

- газоволюмометрический анализ

К физико–химическим методам относят все способы инструментального анализа:

- фотоколориметрический

- спектрофотометрический

- нефелометрический

- потенциометрический

- кондуктометрический

- полярографический

К физическим относятся:

- спектральный эмиссионный

- радиометрический (метод меченых атомов)

- рентгеноспектральный

- люминесцентный

- нейтронно-активизационный

- эмиссионный (пламенная фотометрия)

- атомно-абсорбционный

- ядерно-магнитный резонанс

К физико-химическим методам анализа (инструментальным) относится большое число методов количественного анализа, основанных на измерении -различных физических свойств простых веществ или химических соединений при проведении химических реакций.

Измеряемым сигналом в фхм являются: теплота реакций, плотность, поверхностное натяжение, вязкость, показатели преломления, полуэлектродные потенциалы, электрическую проводимость, флуоресценцию, вращение плоскости поляризации, помутнение, из­лучение радиации, поглощение лучистой энергии и др.

Физико-химические методы(ФХМА) анализа, основаны на зависимости физических свойств вещества от его природы, причем аналитический сигнал представляет собой величину физического свойства, функционально связанную с концентрацией или массой определяемого компонента.

Физико-химические методы (ФХМА) анализа могут включать химические превращению определяемого соединения, растворения образца, концентрирование анализируемого компонента, маскирование мешающих веществ и других.

В отличие от «классических» химических методов анализа, где аналитическим сигналом служит масса вещества или его объем, в физико-химические методы анализа в качестве аналитического сигнала используют интенсивность излучения, силу тока, электропроводность, разность потенциалов и др.

Важное практическое значение имеют методы, основанные на исследовании испускания и поглощения электромагнитного излучения в различных областях спектра.

К ним относится спектроскопия (например, люминесцентный анализ, спектральный анализ, нефелометрия и турбидиметрия и другие).

К важным физико-химическим методам анализа принадлежат электрохимические методы, использующие измерение электрических свойств веществ, кулонометрия, потенциометрия и т. д.), а также хроматография (например, газовая хроматография, жидкостная хроматография, ионообменная хроматография, тонкослойная хроматография).

Успешно развиваются методы, основанные на измерении скоростей химических реакций (кинетические методы анализа), тепловых эффектов реакций (термометрическое титрование, смотри Калориметрия), а также на разделенииионов в магнитном поле (масс-спектрометрия).

При выполнении физико-химических методов анализа используют специальную, иногда довольно сложную, измерительную аппаратуру, в связи с чем эти методы часто называют инструментальными. Многие современные приборы оснащены встроенными ЭВМ, которые позволяют находить оптимальные условия анализа (напр., спектральную область получения наиболее точных результатов при анализе смеси окрашенных веществ), выполняю

Почти во всех физико-химических методов анализа применяют два основных приема: методы прямых измерений и титрования.

В прямых методах используют зависимость аналитического сигнала от природы анализируемого вещества и его концентрации. Зависимость сигнала от природы вещества - основа качественного анализа (потенциал полуволны в полярографии и т.д.). В некоторых методах связь аналитического сигнала с природой вещества установлена строго теоретически. Например, спектр атома водорода может быть рассчитан по теоретически выведенным формулам. В количественном анализе используют зависимость интенсивности сигнала от концентрации вещества.

Классификация физико-химических методов

В зависимости от измеряемых характеристик различают следующие группы физико-химических методов:

1. Оптические (спектральные), основанные на измерении оптических свойств анализируемых систем ( на взаимодействии веществ с электромагнитным полем). Они позволяют определять структуру, геометрию и полярность молекул, длины связей, а также количество вещества по интенсивности полос в спектре.

2. Электрохимические, основанные на измерении электрохимических свойств. Позволяют проводить анализ растворов электролитов.

3. Физико-химические методы разделения и концентрирования (хроматография, ионный обмен, диализ, электрофорез).

4. Радиометрические, основанные на измерении радиоактивности исследуемых объектов.

5. Масс-спектрометрические, основанные на ионизации атомов и молекул изучаемого вещества с последующим разделением образующихся ионов в пространстве и определения их масс. Позволяют определять состав и строение молекул, энергию тонизации, а также характеристики обратимых процессов.

Физико-химические методы анализа имеют следующие достоинства:

  1. селективность: некоторые методы позволяют одновременно определять десятки компонентов, входящих в состав исследуемой системы;
  2. экспрессность - высокая скорость выполнения анализа;
  3. предел обнаружения ниже, чем у химических методов. Физико-химическими методами можно проводить анализ при содержании компонента 10-4 – 10-5 % масс, химическими методами – 10-1 – 10-2 % масс;
  4. физико-химические методы дают возможность работать с ненарушенными образцами, поэтому они нашли широкое применение в биологии и медицине.

Электрохимические методы анализа

— Электрогравиметрический метод, основанный на точном измерении массы определяемого вещества, которая выделяются на электродах при прохождении постоянного электрического тока через анализируемый раствор.

— Кондуктометрический метод, основанный на измерении электрической проводимости растворов. Зависит от свойств электролита, его температуры и концентрации растворенного вещества.

— Потенциометрический метод, основанный на измерении потенциала электрода, погруженного в раствор исследуемого вещества.

— Полярографический метод, основанный на использовании явления концентрационной поляризации, возникающей на электроде с малой поверхностью при пропускании электрического тока через анализируемый раствор электролита.

— Кулонометрический метод, основанный на измерении количества электричества, израсходованного на электролиз определенного количества вещества.