I øjeblikket er der mange specialister, der har helliget sig de fysiske eller kemiske videnskaber, og nogle gange begge dele. De fleste fænomener kan faktisk forklares logisk præcist gennem sådanne eksperimenter. Vi vil overveje fysiske forskningsmetoder mere detaljeret.
Analysemetoder i analytisk kemi
Analytisk kemi er videnskaben om at detektere, adskille og identificere kemikalier. For at udføre visse operationer med forbindelser anvendes kemiske, fysiske og fysisk-kemiske analysemetoder. Sidstnævnte metode kaldes også instrumentel, da dens anvendelse kræver moderne laboratorieudstyr. Det er underopdelt i spektroskopiske, nuklearfysiske og radiokemiske grupper.
Desuden kan der i kemi være problemer af forskellige typer, som kræver individuelle løsninger. Afhængigt af dette er der metoder til kvalitativ (bestemmelse af et stofs navn og form) og kvantitativ (bestemmelse af, hvor meget af et givet stof, der er indeholdt i en aliquot eller prøve) analyse.
Kvantitative analysemetoder
De giver dig mulighed for at bestemme indholdet af det originale stof i prøven. I alt er der kemiske, fysisk-kemiske og fysiske metoder til kvantitativ analyse.
Kemiske metoder til kvantitativ analyse
De er opdelt i:
- Vægtanalyse, der giver dig mulighed for at bestemme indholdet af et stof ved at veje på en analytisk vægt og udføre yderligere operationer.
- Volumenanalyse, som involverer måling af volumen af stoffer i forskellige aggregattilstande eller opløsninger.
Den er igen opdelt i følgende underafsnit:
- volumetrisk titrimetrisk analyse anvendes ved en kendt koncentration af reagenset, reaktionen, hvormed det nødvendige stof forbruges, og derefter måles det forbrugte volumen;
- volumetrisk gasmetode er at analysere gasblandinger, hvor det oprindelige stof absorberes af et andet.
- volumetrisk sedimentation (fra latin sedimentum - "boplads") er baseret på lagdeling af et spredt system som følge af tyngdekraften. Dette er ledsaget af udfældning, hvis volumen måles ved hjælp af et centrifugerør.
Kemiske metoder er ikke altid praktiske at bruge, da det ofte er nødvendigt at adskille blandingen for at isolere den ønskede komponent. For at udføre en sådan operation uden brug af kemiske reaktioner anvendes fysiske analysemetoder. Og at observere ændringen i forbindelsens fysiske egenskaber som et resultatudføre reaktioner - fysiske og kemiske.
Fysiske metoder til kvantitativ analyse
De bruges under mange laboratorieundersøgelser. Fysiske analysemetoder omfatter:
- Spektroskopisk - baseret på interaktionen mellem atomer, molekyler, ioner af den undersøgte forbindelse med elektromagnetisk stråling, som et resultat af hvilken fotoner absorberes eller frigives.
- Den nuklear-fysiske metode består i at udsætte en prøve af det undersøgte stof for en neutronflux, ved at studere hvilken, efter forsøget, det er muligt at bestemme det kvantitative indhold af grundstofferne i prøven ved at måle radioaktiv stråling. Dette virker, fordi mængden af partikelaktivitet er direkte proportional med koncentrationen af det undersøgte grundstof.
- Den radiokemiske metode er at bestemme indholdet i stoffet af radioaktive isotoper dannet som følge af transformationer.
Fysisk-kemiske metoder til kvantitativ analyse
Da disse metoder kun er en del af de fysiske metoder til at analysere et stof, er de også opdelt i spektroskopiske, nuklear-fysiske og radiokemiske metoder til forskning.
Kvalitative analysemetoder
I analytisk kemi, for at studere et stofs egenskaber, bestemme dets fysiske tilstand, farve, smag, lugt, anvendes metoder til kvalitativ analyse, som igen er opdelt i den samme kemiske, fysiske og fysisk-kemiske (instrumentelle). Desuden foretrækkes fysiske analysemetoder i analytisk kemi.
Kemiske metoder udføres på to måder: reaktioner i opløsninger og reaktioner på tør måde.
Wet way-reaktioner
Reaktioner i løsninger har visse betingelser, hvoraf en eller flere skal være opfyldt:
- Danning af et uopløseligt bundfald.
- Ændring af farven på opløsningen.
- Udvikling af et gasformigt stof.
Bundfaldsdannelse kan for eksempel opstå som følge af vekselvirkningen mellem bariumchlorid (BaCl2) og svovlsyre (H2SO4). Reaktionsprodukterne er s altsyre (HCl) og et vanduopløseligt hvidt bundfald - bariumsulfat (BaSO4). Så vil den nødvendige betingelse for forekomsten af en kemisk reaktion være opfyldt. Nogle gange kan reaktionsprodukterne være et par stoffer, som skal adskilles ved filtrering.
Ændring af farven på opløsningen som følge af kemisk interaktion er et meget vigtigt træk ved analysen. Dette observeres oftest ved arbejde med redoxprocesser eller ved brug af indikatorer i syre-base titreringsprocessen. Stoffer, der kan farve opløsningen med den passende farve omfatter: kaliumthiocyanat KSCN (dets interaktion med jern III-s alte ledsages af en blodrød farve af opløsningen), jern(III)chlorid (når det interagerer med klorvand, den svage grønne farve af opløsning bliver gul), kaliumdichromat (når den reduceres og under påvirkning af svovlsyre ændres den fra orange tilmørkegrøn) og andre.
Reaktioner, der fortsætter med frigivelse af gas, er ikke grundlæggende og bruges i sjældne tilfælde. Den mest almindeligt producerede kuldioxid i laboratorier er CO2.
Tørre reaktioner
Sådanne interaktioner udføres for at bestemme indholdet af urenheder i det analyserede stof ved undersøgelse af mineraler, og det består af flere trin:
- Fusibility-test.
- Flamefarvetest.
- Volatilitetstest.
- Evnen til redoxreaktioner.
Norm alt testes mineralske stoffer for smelteevne ved at forvarme en lille prøve af dem over en gasbrænder og observere afrundingen af dets kanter under et forstørrelsesglas.
For at kontrollere, hvordan prøven er i stand til at farve flammen, påføres den på en platintråd først på bunden af flammen og derefter til det sted, der opvarmes mest.
Prøvens flygtighed kontrolleres i assaycylinderen, som opvarmes efter indføringen af testelementet.
Reaktioner af redoxprocesser udføres oftest i tørre kugler af smeltet borax, hvori prøven placeres og derefter udsættes for opvarmning. Der er andre måder at udføre denne reaktion på: opvarmning i et glasrør med alkalimetaller - Na, K, simpel opvarmning eller opvarmning på trækul, og så videre.
Brug af kemiske indikatorer
Nogle gange bruger kemiske analysemetoder forskelligeindikatorer, der hjælper med at bestemme pH i mediet af et stof. De mest brugte er:
- Lakmus. I et surt miljø bliver indikatorlakmuspapir rødt, og i et alkalisk miljø bliver det blåt.
- Methylorange. Når den udsættes for en sur ion, bliver den lyserød, basisk - bliver gul.
- Fenolphtalein. I et alkalisk miljø er det karakteristisk for en rød farve, og i et surt miljø har det ingen farve.
- Curcumin. Det bruges sjældnere end andre indikatorer. Bliver brun af alkalier og gul af syrer.
Fysiske metoder til kvalitativ analyse
I øjeblikket bruges de ofte i både industriel forskning og laboratorieforskning. Eksempler på fysiske analysemetoder er:
- Spectral, som allerede er blevet diskuteret ovenfor. Det er til gengæld opdelt i emissions- og absorptionsmetoder. Afhængig af partiklernes analytiske signal skelnes der mellem atom- og molekylspektroskopi. Under emission udsender prøven kvanter, og under absorption absorberes fotonerne udsendt af prøven selektivt af små partikler - atomer og molekyler. Denne kemiske metode bruger sådanne typer stråling som ultraviolet (UV) med en bølgelængde på 200-400 nm, synlig med en bølgelængde på 400-800 nm og infrarød (IR) med en bølgelængde på 800-40000 nm. Sådanne strålingsområder kaldes ellers det "optiske område".
- Luminescerende (fluorescerende) metode består i at observere emissionen af lys fra det undersøgte stof pga.udsættelse for ultraviolette stråler. Testprøven kan være en organisk eller mineralsk forbindelse samt nogle medikamenter. Når de udsættes for UV-stråling, går atomerne af dette stof over i en exciteret tilstand, karakteriseret ved en imponerende energireserve. Under overgangen til norm altilstanden lyser stoffet på grund af den resterende energimængde.
- Røntgendiffraktionsanalyse udføres som regel ved hjælp af røntgenstråler. De bruges til at bestemme størrelsen af atomer, og hvordan de er placeret i forhold til andre prøvemolekyler. Således findes krystalgitteret, sammensætningen af prøven og tilstedeværelsen af urenheder i nogle tilfælde. Denne metode bruger en lille mængde analyt uden brug af kemiske reaktioner.
- massespektrometrisk metode. Nogle gange sker det, at det elektromagnetiske felt ikke tillader visse ioniserede partikler at passere gennem det på grund af for stor forskel i forholdet mellem masse og ladning. For at bestemme dem er denne fysiske analysemetode nødvendig.
Disse metoder er derfor meget efterspurgte sammenlignet med konventionelle kemiske, fordi de har en række fordele. Kombinationen af kemiske og fysiske analysemetoder i analytisk kemi giver dog et meget bedre og mere præcist resultat af undersøgelsen.
Fysisk-kemiske (instrumentelle) metoder til kvalitativ analyse
Disse kategorier omfatter:
- Elektrokemiske metoder, der består i målinggalvaniske cellers elektromotoriske kræfter (potentiometri) og opløsningers elektriske ledningsevne (konduktometri) såvel som i studiet af bevægelsen og resten af kemiske processer (polarografi).
- Emissionsspektralanalyse, hvis essens er at bestemme intensiteten af elektromagnetisk stråling på en frekvensskala.
- Fotometrisk metode.
- Røntgenspektralanalyse, som undersøger spektrene af røntgenstråler, der er passeret gennem prøven.
- Metode til måling af radioaktivitet.
- Den kromatografiske metode er baseret på den gentagne vekselvirkning mellem sorption og desorption af et stof, når det bevæger sig langs en immobil sorbent.
Du skal vide, at grundlæggende fysisk-kemiske og fysiske analysemetoder i kemi er kombineret i én gruppe, så når de betragtes hver for sig, har de meget til fælles.
Fysisk-kemiske metoder til adskillelse af stoffer
Meget ofte i laboratorier er der situationer, hvor det er umuligt at udvinde det nødvendige stof uden at adskille det fra et andet. I sådanne tilfælde anvendes metoder til adskillelse af stoffer, som omfatter:
- Ekstraktion - en metode, hvorved det nødvendige stof ekstraheres fra en opløsning eller blanding ved hjælp af et ekstraktionsmiddel (tilsvarende opløsningsmiddel).
- Kromatografi. Denne metode bruges ikke kun til analyse, men også til adskillelse af komponenter, der er i den mobile og stationære fase.
- Separation ved ionbytning. Som resultatdet ønskede stof kan udfældes, uopløseligt i vand, og kan derefter adskilles ved centrifugering eller filtrering.
- Kryogen separation bruges til at udvinde gasformige stoffer fra luften.
- Elektroforese er adskillelse af stoffer med deltagelse af et elektrisk felt, under påvirkning af hvilke partikler, der ikke blandes med hinanden, bevæger sig i flydende eller gasformige medier.
Laboratorieassistenten vil således altid kunne få det nødvendige stof.
