Fysisk-kemisk forskning som en gren af analytisk kemi er meget udbredt på alle områder af menneskelivet. De giver dig mulighed for at studere egenskaberne af et stof af interesse ved at bestemme den kvantitative komponent af komponenterne i sammensætningen af prøven.
Stofforskning
Videnskabelig forskning er viden om et objekt eller et fænomen for at opnå et system af begreber og viden. I henhold til handlingsprincippet er de anvendte metoder klassificeret i:
- empirisk;
- organisatorisk;
- fortolkende;
- metoder til kvalitativ og kvantitativ analyse.
Empiriske forskningsmetoder afspejler det undersøgte objekt fra siden af eksterne manifestationer og omfatter observation, måling, eksperiment, sammenligning. Empirisk undersøgelse er baseret på pålidelige fakta og involverer ikke skabelse af kunstige situationer til analyse.
Organisationsmetoder - komparative, langsgående, komplekse. Den første indebærer en sammenligning af et objekts tilstande opnået på forskellige tidspunkter og under forskellige forhold. Længde - observation af objektetforskning over længere tid. Kompleks er en kombination af langsgående og komparative metoder.
Fortolkningsmetoder - genetiske og strukturelle. Den genetiske variant involverer studiet af udviklingen af et objekt fra det øjeblik, det opstår. Den strukturelle metode studerer og beskriver strukturen af et objekt.
Analytisk kemi omhandler metoder til kvalitativ og kvantitativ analyse. Kemiske undersøgelser har til formål at bestemme sammensætningen af undersøgelsesobjektet.
Kvantitative analysemetoder
Ved hjælp af kvantitativ analyse i analytisk kemi bestemmes sammensætningen af kemiske forbindelser. Næsten alle de anvendte metoder er baseret på studiet af afhængigheden af et stofs kemiske og fysiske egenskaber af dets sammensætning.
Kvantitativ analyse er generel, fuldstændig og delvis. Generelt bestemmer mængden af alle kendte stoffer i den genstand, der undersøges, uanset om de er til stede i sammensætningen eller ej. En komplet analyse skelnes ved at finde den kvantitative sammensætning af stofferne i prøven. Den delvise valgmulighed definerer kun indholdet af komponenterne af interesse i denne kemiske undersøgelse.
Afhængig af analysemetoden er der tre grupper af metoder: kemisk, fysisk og fysisk-kemisk. Alle er baseret på en ændring i et stofs fysiske eller kemiske egenskaber.
Kemisk forskning
Denne metode er rettet mod bestemmelse af stoffer i forskellige kvantitativt forekommende kemikalierreaktioner. Sidstnævnte har ydre manifestationer (misfarvning, frigivelse af gas, varme, sediment). Denne metode er meget udbredt i mange livsgrene i det moderne samfund. Det kemiske forskningslaboratorium er et must-have inden for den farmaceutiske, petrokemiske, byggeri og mange andre industrier.
Der er tre typer kemisk forskning. Gravimetri eller vægtanalyse er baseret på ændringen i de kvantitative egenskaber for teststoffet i prøven. Denne mulighed er enkel og giver nøjagtige resultater, men er tidskrævende. Med denne type kemiske forskningsmetoder adskilles det nødvendige stof fra den samlede sammensætning i form af et bundfald eller gas. Derefter bringes det i en fast uopløselig fase, filtreres, vaskes, tørres. Efter disse procedurer vejes komponenten.
Titrimetri er en volumetrisk analyse. Studiet af kemikalier sker ved at måle volumenet af et reagens, der reagerer med det undersøgte stof. Dens koncentration er kendt på forhånd. Reagensvolumenet måles, når ækvivalenspunktet er nået. Ved gasanalyse bestemmes mængden af frigivet eller absorberet gas.
Derudover bruges kemisk modelforskning ofte. Det vil sige, at der skabes en analog af det undersøgte objekt, hvilket er mere bekvemt at studere.
Fysisk forskning
I modsætning til kemisk forskning baseret på at udføre passende reaktioner, er fysiske analysemetoder baseret på de samme egenskaber af stoffer. For deresudførelsen kræver specielle anordninger. Essensen af metoden er at måle ændringer i et stofs egenskaber forårsaget af strålingspåvirkning. De vigtigste metoder til fysisk undersøgelse er refraktometri, polarimetri, fluorimetri.
Refraktometri udføres ved hjælp af et refraktometer. Essensen af metoden er reduceret til studiet af brydningen af lys, der passerer fra et medium til et andet. Ændring af vinklen i dette tilfælde afhænger af mediekomponenternes egenskaber. Derfor bliver det muligt at identificere mediets sammensætning og dets struktur.
Polarimetri er en optisk forskningsmetode, der bruger visse stoffers evne til at rotere oscillationsplanet for lineært polariseret lys.
Til fluorimetri bruges lasere og kviksølvlamper, som skaber monokromatisk stråling. Nogle stoffer er i stand til at fluorescere (absorbere og afgive den absorberede stråling). Ud fra intensiteten af fluorescens drages der en konklusion om den kvantitative bestemmelse af stoffet.
Fysisk og kemisk forskning
Fysisk-kemiske forskningsmetoder registrerer ændringer i et stofs fysiske egenskaber under påvirkning af forskellige kemiske reaktioner. De er baseret på den direkte afhængighed af de fysiske egenskaber af det undersøgte objekt af dets kemiske sammensætning. Disse metoder kræver brug af nogle måleinstrumenter. Som regel udføres observationen for termisk ledningsevne, elektrisk ledningsevne, lysabsorption, kogepunkt og smeltepunkt.
Fysisk-kemiske undersøgelser af stofer meget brugt på grund af deres høje nøjagtighed og hurtighed til at opnå resultater. I den moderne verden er kemiske metoder blevet vanskelige at anvende på grund af udviklingen af IT-teknologier. Fysisk-kemiske metoder bruges i fødevareindustrien, landbruget, retsmedicin.
En af de vigtigste forskelle mellem fysiske og kemiske metoder og kemiske er, at slutningen af reaktionen (ækvivalenspunktet) findes ved hjælp af måleinstrumenter og ikke visuelt.
De vigtigste metoder til fysisk og kemisk forskning anses for at være spektrale, elektrokemiske, termiske og kromatografiske metoder.
Spektrale metoder til stofanalyse
Grundlaget for spektrale analysemetoder er et objekts interaktion med elektromagnetisk stråling. Absorptionen, refleksionen og spredningen af sidstnævnte studeres. Et andet navn for metoden er optisk. Det er en kombination af kvalitativ og kvantitativ forskning. Spektralanalyse giver dig mulighed for at evaluere den kemiske sammensætning, struktur af komponenter, magnetfelt og andre egenskaber ved et stof.
Essensen af metoden er at bestemme de resonansfrekvenser, hvormed stoffet reagerer på lys. De er strengt individuelle for hver komponent. Med et spektroskop kan man se linjerne på spektret og bestemme indholdsstofferne i et stof. Intensiteten af spektrallinjerne giver en idé om den kvantitative egenskab. Klassificeringen af spektrale metoder er baseret på typen af spektrum og formålet med undersøgelsen.
Emissionsmetodegiver dig mulighed for at studere emissionsspektrene og giver information om stoffets sammensætning. For at få data udsættes den for en elektrisk lysbueafladning. En variation af denne metode er flammefotometri. Absorptionsspektrene studeres ved absorptionsmetoden. Ovenstående muligheder refererer til den kvalitative analyse af stoffet.
Kvantitativ spektralanalyse sammenligner intensiteten af spektrallinjen for det undersøgte objekt og et stof med kendt koncentration. Disse metoder omfatter atomabsorption, atomær fluorescens og luminescensanalyser, turbidimetri, nefelometri.
Fundamentals af elektrokemisk analyse af stoffer
Elektrokemisk analyse bruger elektrolyse til at studere et stof. Reaktioner udføres i en vandig opløsning på elektroder. En af de tilgængelige egenskaber skal måles. Undersøgelsen udføres i en elektrokemisk celle. Dette er et kar, hvori elektrolytter (stoffer med ionisk ledningsevne), elektroder (stoffer med elektronisk ledningsevne) er placeret. Elektroder og elektrolytter interagerer med hinanden. I dette tilfælde leveres strømmen udefra.
Klassificering af elektrokemiske metoder
Klassificer elektrokemiske metoder baseret på de fænomener, som fysiske og kemiske undersøgelser er baseret på. Dette er metoder med og uden uvedkommende potentiale.
Konduktometri er en analytisk metode og måler elektrisk ledningsevne G. Konduktometrisk analyse bruger generelt vekselstrøm. Konduktometrisk titrering – merefælles forskningsmetode. Denne metode er grundlaget for fremstillingen af bærbare konduktometre, der bruges til kemiske undersøgelser af vand.
Når der udføres potentiometri, måles EMF for en reversibel galvanisk celle. Coulometrimetoden bestemmer mængden af elektricitet, der forbruges under elektrolyse. Voltammetri undersøger afhængigheden af strømmens størrelse af det anvendte potentiale.
Termiske metoder til stofanalyse
Termisk analyse har til formål at bestemme ændringen i et stofs fysiske egenskaber under påvirkning af temperatur. Disse testmetoder udføres inden for en kort periode og med en lille mængde af den undersøgte prøve.
Termogravimetri er en af metoderne til termisk analyse, som tager højde for registreringen af ændringer i massen af et objekt under indflydelse af temperatur. Denne metode anses for at være en af de mest nøjagtige.
Derudover omfatter termiske forskningsmetoder kalorimetri, som bestemmer et stofs varmekapacitet, entalpymetri, baseret på undersøgelse af varmekapacitet. Blandt dem bør også tilskrives dilatometri, som fanger ændringen i prøvens volumen under påvirkning af temperaturen.
Kromatografiske metoder til analyse af stoffer
Kromatografimetoden er en måde at adskille stoffer på. Der er mange typer kromatografi, de vigtigste er: gas, distribution, redox, udfældning, ionbytning.
Komponenterne i testprøven er adskilt mellem bevægelige og stationærefaser. I det første tilfælde taler vi om væsker eller gasser. Den stationære fase er en sorbent - et fast stof. Prøvekomponenterne bevæger sig i den mobile fase langs den stationære fase. Ud fra hastigheden og tidspunktet for passage af komponenterne gennem den sidste fase, bedømmes deres fysiske egenskaber.
Anvendelse af fysiske og kemiske forskningsmetoder
Det vigtigste område inden for fysiske og kemiske metoder er sanitær-kemisk og retsmedicinsk-kemisk forskning. De har nogle forskelle. I det første tilfælde anvendes accepterede hygiejniske standarder til at evaluere den udførte analyse. De er fastsat af ministerierne. Sanitær-kemisk forskning udføres i overensstemmelse med proceduren fastsat af den epidemiologiske tjeneste. Processen bruger miljømodeller, der efterligner fødevarers egenskaber. De gengiver også prøvens driftsbetingelser.
Retskemisk forskning er rettet mod kvantitativ påvisning af narkotiske, potente stoffer og giftstoffer i den menneskelige krop, fødevarer, medicin. Undersøgelsen udføres i henhold til en retskendelse.
