Fizikalno-kemijske studije tvari

Fizikalno-kemijska istraživanja kao smjer analitičke kemije pronašla su široku primjenu u svakoj sferi ljudske aktivnosti. Oni nam omogućuju proučavanje svojstava tvari od interesa, određivanje kvantitativne komponente komponenata u sastavu uzorka.

Istraživanje tvari

Znanstveno istraživanje jest spoznaja o objektu ili pojavi kako bi se dobio sustav koncepata i znanja. Prema načelu djelovanja, korištene metode se razvrstavaju u:

• empirijska;
• organizacija;
• interpretativna;
• Metode kvalitativne i kvantitativne analize.

Empirijske metode istraživanja odražavaju proučavani objekt iz 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 su usporedne, longitudinalne, složene. Prva podrazumijeva usporedbu stanja objekta, dobivenih u različitim vremenima i uvjetima koji se međusobno razlikuju. Longitude - promatranje objekta istraživanja tijekom dugog vremenskog razdoblja. Kompleks je kombinacija uzdužnih i usporednih metoda.

Metode tumačenja su genetski i strukturni. Genetska varijanta pretpostavlja proučavanje razvoja objekta od trenutka njegovog pojavljivanja. Strukturna metoda proučava i opisuje strukturu objekta.

Analitička kemija bavi se metodama kvalitativne i kvantitativne analize. Kemijsko istraživanje ima za cilj određivanje sastava istraživačkog objekta.

Metode kvantitativne analize

Pomoću kvantitativne analize u analitičkoj kemiji određuje se sastav kemijskih spojeva. Gotovo svi primijenjeni postupci temelje se na istraživanju ovisnosti kemijskih i fizikalnih svojstava tvari na njegovom sastavu.

Kvantitativna analiza je opća, cjelovita i djelomična. Ukupna vrijednost određuje količinu svih poznatih tvari u ispitivanom objektu, bez obzira na to jesu li prisutni u sastavu ili ne. Kompletna analiza razlikuje se u pronalaženju kvantitativnog sastava tvari sadržanih u uzorku. Parcijalna inačica definira sadržaj samo komponenata od interesa za ovu studiju kemikalija.

Ovisno o metodi analize, razlikuju se tri skupine metoda: kemijska, fizička i fizikalno-kemijska. Svi se temelje na promjeni fizikalnih ili kemijskih svojstava tvari.

Kemijsko istraživanje

Ova metoda je usmjerena na određivanje tvari u različitim kemijskim reakcijama koje se kvantitativno pojavljuju. Potonji imaju vanjske manifestacije (promjena boje, oslobađanje plina, topline, sedimenta). Ova metoda je naširoko koristi u mnogim granama života modernog društva. Laboratorij kemijskih istraživanja nužno je prisutan u farmaceutskoj, petrokemijskoj, graditeljskoj industriji i mnogim drugima.

Postoje tri vrste kemijskih istraživanja. Gravimetrija ili analiza težine temelji se na promjeni kvantitativnih svojstava ispitivane tvari u uzorku. Ova je opcija jednostavna i daje točne rezultate, ali dugotrajan je. S ovom vrstom kemijskih metoda istraživanja potrebna se supstanca otpušta od ukupne mješavine kao sedimenta ili plina. Zatim se dovede u čvrstu netopivu fazu, filtrira se, ispere i osuši. Nakon provedbe ovih postupaka, komponenta se odvaja.

Titrimetrija je volumetrijska analiza. Istraživanje kemijskih tvari javlja se mjerenjem volumena reagensa koji reagira s ispitivanom tvari. Njena koncentracija je poznata unaprijed. Glasnoća reagensa se mjeri kada se postigne točka ekvivalencije. U analizi plina određuje se volumen oslobođenog ili apsorbiranog plina.

Osim toga, često se koristi i studija kemijskih modela. To jest, nastaje analogija ispitivanog predmeta koji je prikladniji u studiji.

Fizikalna istraživanja

Za razliku od kemijskih istraživanja, temeljene na provođenju odgovarajućih reakcija, fizičke metode analize temelje se na istim svojstvima tvari. Za njihovo ponašanje potrebni su posebni uređaji. Bit metode sastoji se u mjerenju promjena u karakteristikama tvari uzrokovane djelovanjem zračenja. Glavne metode provođenja fizikalnih istraživanja su refraktometrija, polarimetrija, fluorimetrija.

Refraktometrija se provodi pomoću refraktometra. Bit metode svodi se na proučavanje refrakcije svjetlosti koja prolazi iz jednog medija u drugi. Promjena kuta ovisi o svojstvima komponenata 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.

Fluorimetrija koristi lasere i žive svjetiljke, koje proizvode monokromatsko zračenje. Neke tvari mogu fluorescirati (apsorbirati i odustati od upijanja zračenja). Na temelju intenziteta fluorescencije, dolazi do zaključka o kvantitativnom određivanju supstance.

Fizikalno-kemijska istraživanja

Metode fizikalno-kemijskih istraživanja bilježe promjenu fizikalnih svojstava tvari pod djelovanjem različitih kemijskih reakcija. Temelji se na izravnoj ovisnosti fizičkih osobina ispitivanog objekta na njegovom kemijskom sastavu. Ove metode zahtijevaju korištenje nekih mjernih instrumenata. U pravilu se vrši opažanje toplinske provodljivosti, električne vodljivosti, apsorpcije svjetlosti, točke vrenja i točke taljenja.

Fizikalno-kemijska ispitivanja tvari postala su široko rasprostranjena zbog visoke točnosti i brzine dobivanja rezultata. U suvremenom svijetu, zbog razvoja IT tehnologija, kemijske metode postale su teško primjenjivati. Fizikokemijske metode se koriste u prehrambenoj industriji, poljoprivredi, kriminologiji.

Jedna od glavnih razlika između fizikalnih i kemijskih metoda iz kemikalije je da se kraj reakcije (točka ekvivalencije) nalazi uz pomoć mjernih instrumenata, a ne vizualno.

Glavne metode fizikalnih i kemijskih istraživanja smatraju se spektralnim, elektrokemijskim, termičkim i kromatografskim metodama.

Spektralne metode analize tvari

Spektralne metode analize temelje se na interakciji objekta s elektromagnetskim zračenjem. Istražuju se apsorpcija, refleksija i disperzija ovog potonjeg. Drugi naziv metode optički je. To je kombinacija kvalitativnih i kvantitativnih istraživanja. Spektralna analiza omogućuje procjenu kemijskog sastava, strukture komponenata, magnetskog polja i drugih svojstava tvari.

Bit metode je odrediti rezonantne frekvencije na kojima se tvar reagira na svjetlo. Oni su strogo individualni za svaku komponentu. Pomoću spektroskopa može se vidjeti linije na spektru i odrediti sastavne tvari. Intenzitet spektralnih linija daje ideju kvantitativne karakteristike. Klasifikacija spektralnih metoda temelji se na vrsti spektra i svrsi istraživanja.

Emisijska metoda omogućava proučavanje emisijskih spektara i daje informacije o sastavu tvari. Za dobivanje podataka podvrgava se strujanju električnog luka. Varijacija ove metode je fotometrija plamena. Absorpcijski spektri proučeni su apsorpcijskom metodom. Gore navedene opcije odnose se na kvalitativnu analizu tvari.

Kvantitativna spektralna analiza uspoređuje intenzitet spektralne linije ispitivanog objekta i tvari poznate koncentracije. Takve metode uključuju atomsku apsorpciju, atomsku fluorescentnu i luminescentnu analizu, turbidimetriju, nefelometriju.

Osnove elektrokemijske analize tvari

Elektrokemijska analiza koristi elektrolizu za proučavanje tvari. Reakcije se provode u vodenoj otopini na elektrodama. Treba izmjeriti jednu od dostupnih svojstava. Istraživanje se provodi u elektrokemijskoj ćeliji. To je posuda u kojoj se stavljaju elektroliti (tvari s ionskom vodljivošću), elektrode (tvari s elektronskom vodljivošću). Elektrode i elektroliti međusobno djeluju. Struja se isporučuje izvana.

Razvrstavanje elektrokemijskih metoda

Razvrstavaju elektrokemijske metode temeljene na fenomenima na kojima se temelje fizikalno-kemijske studije. To su metode s nametanjem vanzemaljskog potencijala i bez njega.

Provedbena metoda je analitička metoda i mjeri električnu vodljivost G. Provodićka analiza općenito koristi izmjeničnu struju. Conductometric titration je češći način istraživanja. Ova metoda temelji se na proizvodnji prijenosnih vodljivih mjerača koji se koriste za kemijske studije vode.

Tijekom potenciometrije mjeri se EMF reverzibilne stanice. Metoda culometrije određuje količinu električne energije potrošenu tijekom elektrolize. Voltamperometrija ispituje ovisnost veličine struje na asfaltiranom potencijalu.

Termičke metode za analizu tvari

Termička analiza ima za cilj odrediti promjenu fizikalnih svojstava tvari pod utjecajem temperature. Te metode istraživanja provode se kratko vrijeme i uz malu količinu uzorka koji se proučava.

Termogravimetrija je jedna od metoda toplinske analize koja uključuje snimanje promjene mase objekta pod utjecajem temperature. Ova se metoda smatra jednim od najpreciznijih.

Osim toga, toplinske metode ispitivanja uključuju kalorimetriju, koja određuje specifičnu toplinu tvari, entalpi- metrij, na temelju studije toplinske snage. Također, njihov broj treba pripisati dilatometriju, koji utječe na promjenu volumena uzorka pod utjecajem temperature.

Kromatografske metode analize tvari

Metoda kromatografije je metoda odvajanja tvari. Postoje mnoge vrste kromatografije, a glavne su: plin, distribucija, redoks, sedimentni, ionska izmjena.

Komponente u ispitnom uzorku odvajaju se između pokretnih i stacionarnih faza. U prvom slučaju govorimo o tekućinama ili plinovima. Stacionarna faza je sorbent - čvrsta. Komponente uzorka kreću se u pokretnoj fazi duž stacionarne faze. Brzina i vrijeme prolaza komponenata kroz posljednju fazu procjenjuju se na njihovim fizičkim svojstvima.

Primjena fizičkih i kemijskih metoda istraživanja

Najvažnije područje fizikalno-kemijskih metoda je sanitarno-kemijska i forenzička kemijska istraživanja. Imaju neke razlike. U prvom slučaju, usvojeni higijenski standardi koriste se za procjenu analize. Postavljaju ih ministarstva. Sanitarna i kemijska istraživanja provode se u poretku uspostavljenoj epidemiološkom službom. U tom procesu koriste se srednji modeli koji oponašaju svojstva prehrambenih proizvoda. One također reproduciraju uvjete rada uzorka.

Forenzičko-kemijsko istraživanje usmjereno je na kvantitativno otkrivanje narkotičkih, moćnih tvari i otrova u ljudskom tijelu, prehrambenim proizvodima, medicinskim pripravcima. Ispitivanje se provodi sudskom odlukom.