Fyzikálně chemické studie látek

Fyzikálně-chemický výzkum jako směr analytické chemie je široce uplatnitelný v každé sféře lidské činnosti. Umožňují zkoumat vlastnosti látky, která je předmětem zájmu, určující kvantitativní složku složek ve složení vzorku.

Vyšetřování látek

Vědecký výzkum je poznání objektu nebo jevu za účelem získání systému pojmů a znalostí. Podle principu činnosti jsou použité metody rozděleny do:

• empirický;
• organizační;
• interpretativní;
• metody kvalitativní a kvantitativní analýzy.

Metody empirického výzkumu odrážejí studovaný objekt od vnějších projevů a zahrnují pozorování, měření, experiment, srovnání. Empirická studie je založena na spolehlivých faktech a nezahrnuje vytváření umělých situací pro analýzu.

Organizační metody jsou komparativní, dlouhodobé, složité. První znamená porovnání stavu objektu, získaného v různých časech a podmínkách, které se navzájem liší. Zeměpisná délka - pozorování předmětu výzkumu po dlouhou dobu. Komplex je kombinací pozdějších a srovnávacích metod.

Interpretační metody jsou genetické a strukturální. Genetický varianta předpokládá studium vývoje objektu od okamžiku jeho výskytu. Štrukturální metoda zkoumá a popisuje strukturu objektu.

Analytická chemie se zabývá metodami kvalitativní a kvantitativní analýzy. Chemický výzkum je zaměřen na určení složení výzkumného objektu.

Metody kvantitativní analýzy

Pomocí kvantitativní analýzy v analytické chemii se stanoví složení chemických sloučenin. Téměř všechny použité metody vycházejí ze studie závislosti chemických a fyzikálních vlastností látky na její složení.

Kvantitativní analýza je obecná, úplná a částečná. Celkový počet určuje množství všech známých látek ve sledovaném objektu, bez ohledu na to, zda jsou přítomny ve složení nebo ne. Úplná analýza se liší při zjišťování kvantitativního složení látek obsažených ve vzorku. Částečná verze definuje obsah pouze složek, které jsou předmětem zájmu této studie chemických látek.

V závislosti na metodě analýzy se rozlišují tři skupiny metod: chemické, fyzikální a fyzikálně chemické. Všechny jsou založeny na změně fyzikálních nebo chemických vlastností látky.

Chemický výzkum

Tato metoda je zaměřena na stanovení látek v různých kvantitativně se vyskytujících chemických reakcích. Ty mají vnější projevy (změna barvy, uvolňování plynu, teplo, sediment). Tato metoda je široce používána v mnoha oblastech života moderní společnosti. Laboratoř chemického výzkumu je nezbytně přítomna ve farmaceutickém, petrochemickém, stavebním průmyslu a mnoha dalších.

Existují tři typy chemického výzkumu. Gravimetrie nebo hmotnostní analýzy jsou založeny na změně kvantitativních charakteristik testované látky ve vzorku. Tato volba je jednoduchá a poskytuje přesné výsledky, ale je časově náročná. Při tomto typu chemických výzkumných metod se požadovaná látka uvolňuje z celkové kompozice ve formě sraženiny nebo plynu. Potom se vede do pevné nerozpustné fáze, filtruje, promyje a suší. Po provedení těchto postupů se komponenta zváží.

Titrimetrie je volumetrická analýza. Vyšetřování chemických látek nastává měřením objemu činidla, které reaguje s zkoušenou látkou. Jeho koncentrace je známa předem. Objem činidla se měří, jakmile je dosaženo bodu ekvivalence. Při analýze plynu se určí objem uvolněného nebo absorbovaného plynu.

Navíc se často používá studie chemických modelů. To znamená, že je vytvořen analog studovaného objektu, který je vhodnější pro studium.

Fyzický výzkum

Na rozdíl od chemického výzkumu založeného na provádění vhodných reakcí jsou fyzikální metody analýzy založeny na stejných vlastnostech látek. Zvláštní zařízení je nutná pro jejich provedení. Podstata metody spočívá v měření změn charakteristik látky způsobených působením záření. Hlavními metodami fyzického výzkumu jsou refraktometrie, polarimetrie, fluorimetrie.

Refraktometrie se provádí pomocí refraktometru. Podstata metody je omezena na studium refrakce světla procházejícího z jednoho média do druhého. Změna úhlu závisí na vlastnostech součástí média. Proto je možné určit složení média a jeho strukturu.

Polarimetrie je metoda optického výzkumu, která využívá schopnost určitých látek otáčet rovinu oscilace lineárně polarizovaného světla.

Fluorometrie používá lasery a ortuťové lampy, které produkují monochromatické záření. Některé látky jsou schopné fluorescovat (absorbovat a vzdát absorpčního záření). Na základě intenzity fluorescence se dospěje k závěru o kvantitativním stanovení látky.

Fyzikálně-chemický výzkum

Metody fyzikálně-chemického výzkumu zaznamenávají změnu fyzikálních vlastností látky v důsledku různých chemických reakcí. Jsou založeny na přímé závislosti fyzikálních vlastností zkoumaného objektu na jeho chemickém složení. Tyto metody vyžadují použití některých měřicích přístrojů. Zpravidla se zjišťuje tepelná vodivost, elektrická vodivost, absorpce světla, teplota varu a teplota tání.

Fyzikálně chemické studie látky se rozšířily kvůli vysoké přesnosti a rychlosti dosažení výsledků. V moderním světě v souvislosti s vývojem IT-technologie chemické metody se obtížně uplatňovaly. Fyzikálně-chemické metody se používají v potravinářském průmyslu, v zemědělství, forenzii.

Jedním z hlavních rozdílů mezi fyzikálními a chemickými metodami od chemických je to, že konec reakce (bod ekvivalence) se nalézá pomocí měřících přístrojů a nikoliv vizuálně.

Hlavními metodami fyzikálního a chemického výzkumu jsou spektrální, elektrochemické, tepelné a chromatografické metody.

Spektrální metody analýzy látek

Spektrální metody analýzy jsou založeny na interakci objektu s elektromagnetickým zářením. Zkoumá se jejich absorpce, odraz a rozptyl. Další název metody je optický. Jedná se o kombinaci kvalitativního a kvantitativního výzkumu. Spektrální analýza umožňuje vyhodnotit chemické složení, strukturu složek, magnetické pole a další vlastnosti látky.

Podstatou metody je stanovení rezonančních frekvencí, při kterých látka reaguje na světlo. Jsou přísně individuální pro každou komponentu. Pomocí spektroskopu je možné vidět čáry spektra a určit složené látky. Intenzita spektrálních čar poskytuje nápad kvantitativní charakteristiky. Klasifikace spektrálních metod je založena na typu spektra a účelu šetření.

Metoda emisí umožňuje studovat emisní spektra a poskytuje informace o složení hmoty. Pro získání dat je vystaven elektrickému oblouku. Varianta této metody je plamenová fotometrie. Absorpční spektra jsou studovány metodou absorpce. Výše uvedené možnosti odkazují na kvalitativní analýzu látky.

Kvantitativní spektrální analýza porovnává intenzitu spektrální čáry zkoumaného objektu a látky známé koncentrace. Mezi takové metody patří atomová absorpce, atomová fluorescenční a luminiscenční analýza, turbidimetrie, nefelometrie.

Základy elektrochemické analýzy látek

Elektrochemická analýza využívá elektrolýzu ke studiu látky. Reakce se provádějí ve vodném roztoku na elektrodách. Je třeba měřit jednu z dostupných charakteristik. Studie se provádí v elektrochemickém článku. Jedná se o nádobu, v níž jsou umístěny elektrolyty (látky s iontovou vodivostí), elektrody (látky s elektronickou vodivostí). Elektrody a elektrolyty vzájemně spolupracují. Proud je dodáván zvenku.

Klasifikace elektrochemických metod

Klasifikace elektrochemických metod založených na jevech, na nichž jsou založeny fyzikálně-chemické studie. Jedná se o metody s uložením cizího potenciálu a bez něj.

Konduktometrie je analytická metoda a měří elektrickou vodivost G. Konduktometrická analýza obvykle používá střídavý proud. Konduktometrická titrace je běžnější metodou vyšetřování. Tato metoda je založena na výrobě přenosných konduktometrů používaných pro chemické studie vody.

Během potenciometrie se měří EMF reverzibilní buňky. Metoda coulometrie určuje množství elektřiny spotřebované během elektrolýzy. Voltametrie zkoumá závislost velikosti proudu na zpevněném potenciálu.

Tepelné metody pro analýzu látek

Tepelná analýza je zaměřena na určení změny fyzikálních vlastností látky pod vlivem teploty. Tyto metody vyšetřování se provádějí krátkou dobu as malým množstvím zkoumaného vzorku.

Termogravimetrie je jednou z metod tepelné analýzy, která zahrnuje zaznamenávání změny hmotnosti předmětu pod vlivem teploty. Tato metoda je považována za jednu z nejpřesnějších.

Navíc tepelné metody zkoumání zahrnují kalorimetrii, která určuje specifické teplo látky, entalpimetrickou metodu, založenou na studii tepelné kapacity. Také k jejich počtu by mělo být přičítáno dilatometriyu, který fixuje změnu objemu vzorku pod vlivem teploty.

Chromatografické metody analýzy látek

Chromatografická metoda je metoda separace látek. Existuje mnoho druhů chromatografie, hlavní jsou: plyn, distribuce, redox, sedimentární, iontová výměna.

Komponenty v testovaném vzorku jsou odděleny mezi mobilní a stacionární fází. V prvním případě mluvíme o kapalinách nebo plynech. Stacionární fáze je sorbent - pevná látka. Součásti vzorku se pohybují v mobilní fázi podél stacionární fáze. Rychlost a čas průchodu složek v poslední fázi jsou posuzovány podle jejich fyzikálních vlastností.

Aplikace fyzikálních a chemických metod výzkumu

Nejdůležitější oblastí fyzikálně chemických metod je sanitko-chemický a forenzně-chemický výzkum. Mají některé rozdíly. V prvním případě se k vyhodnocení analýzy používají přijaté hygienické normy. Zřizují je ministerstva. Sanitární a chemický výzkum se provádí v pořadí stanoveném epidemiologickou službou. V tomto procesu se používají střední modely, které napodobují vlastnosti potravinářských výrobků. Reprodukují také provozní podmínky vzorku.

Forenzní chemický výzkum je zaměřen na kvantitativní detekci narkotických, silných látek a jedů v lidském těle, potravinářských výrobků, léčivých přípravků. Vyšetření probíhá na základě rozhodnutí soudu.