1 Классификация и характеристики физико-химических методов анализа

 

В группе физико-химических методов анализа иногда выде­ляют физические методы. Однако достаточно строгого и одно­значного критерия для этого нет, поэтому выделение физических методов принципиального значения не имеет.

Общее число физико-химических методов анализа довольно велико – оно составляет несколько десятков. Наибольшее прак­тическое значение среди них имеют следующие:

1) спектральные и другие оптические методы;

2) электрохимические методы;

3) хроматографические методы анализа.

Среди указанных трех групп наиболее обширной по числу ме­тодов и важной по практическому значению является группа спектральных и других оптических методов анализа. Она включа­ет методы эмиссионной атомной спектроскопии, атомно-абсорбционной спектроскопии, инфракрасной спектроскопии, спектрофотометрии, люминесценции и другие методы, основанные на из­мерении различных эффектов, возникающих при взаимодействии вещества и электромагнитного излучения.

Группа электрохимических методов анализа, основанная на измерении электрической проводимости, потенциалов и других свойств, включает методы кондуктометрии, потенциометрии, вольтамперометрии и т. д.

В группу хроматографических методов входят методы газо­вой и газожидкостной хроматографии, жидкостной распредели­тельной, тонкослойной, ионообменной и других видов хрома­тографии. Перечень групп является далеко не полным, так как сюда не вошли многие методы (радиометрические, масс-спектральные и др.). Эти методы будут рассмотрены отдельно, что, ко­нечно, ни в коей мере нельзя считать признаком их второстепенности.

Инструментальные методы классифицируют также в соответствии со свойствами веществ, используемыми для измерений. Различают следующие группы инструментальных методов анализа: 1) оптические – основаны на измерении оптических свойств веществ и их растворов; 2) электрометрические – измеряют электрические пара­метры растворов веществ; 3) резонансные – используют явления резонансного поглощения веществом электрического или магнит­ного поля; 4) радиометрические – количество веществ измеряют или по их радиоактивности, или с помощью радиоактивных инди­каторов; 5) термические – измеряют тепловые эффекты, сопро­вождающие нагрев, высушивание, титрование и т. д. веществ; 6) хроматографические – применяется хроматографический метод разделения в комбинации с детекторами разделенных веществ; 7) масс-спектральный – основан на измерении массы ионизи­рованных осколков молекул веществ; 8) ультразвуковые – из­меряют скорость ультразвука в растворах веществ. Скорость ультразвука пропорциональна концентрации раствора. Кроме указанных разработан ряд других методов инструментального анализа.

В инструментальных методах анализа предусматривается при­менение специально приспособленных инструментов (Инструмент – устройство, используемое для наблюдения, измерения или сообщения сведений о качественном состоянии, заменяющее, облагораживающее или увеличивающее действия человека, или дополняющее их (по определению ИЮПАК)). В качестве инструментов применяют различного типа аналитические приборы, предназначенные для проведения основных процедур анализа и ре­гистрации его результатов. В инструментальных методах исполь­зуют физические и физико-химические свойства веществ, которые фиксируются регистрирующей аппаратурой. Чувствительность ана­лиза может быть при этом повышена до очень высоких значений, точность регистрирующей аппаратуры во многих случаях значи­тельно выше, чем у субъективных методов. Многие физико-химиче­ские свойства специфичны, что увеличивает селективность анализа. Инструментальные методы позволяют провести полную автоматиза­цию анализа. Их широко используют как в количественном анализе, так и для обнаружения веществ.

Чувствительность метода определяется двумя факторами: ин­тенсивностью измеряемого физического свойства и чувствитель­ностью детекторов сигнала в приборе для инструментального ана­лиза. Малоинтенсивными свойствами является, например, ряд опти­ческих свойств – преломление светового луча и вращение плоско­сти поляризации света, вследствие чего рефрактометрия и поляриметрия имеют низкую чувствительность и применяются при ана­лизе сравнительно концентрированных растворов веществ.

Высокую интенсивность могут иметь (в зависимости от типа веществ) поглощение света растворами веществ, линии в эмисси­онном спектре элементов, флюоресценция, радиоактивность и ряд других свойств. В связи с этим соответствующие виды инстру­ментального анализа обладают высокой чувствительностью – от 1*10^-6 г у фотометрических до 1*10^-15 г у радиометрических мето­дов. Высокая чувствительность многих методов объясняется свой­ствами применяемых детекторов сигнала в приборах. Например, современные фотоумножители реагируют на световые потоки с очень малой интенсивностью, а радиометрические счетчики – на отдель­ные элементарные частицы. Электрохимические методы (полярография, кулонометрия) имеют высокую чувствительность благодаря применению высокочувствительных регистраторов тока и потен­циала. В таблице 1 приведены данные по чувствительности некоторых инструментальных методов анализа.

 

Таблица 1 – Чувствительность некоторых инструментальных методов анализа

Метод	Предел обнару- жения, г	Метод	Предел обнару- жения,г
Фотометрия	1*10-6	Газовая хроматография	1*10-11
Флюоритмия	1*10-10	Радиоизотопный анализ	1*10-15
Полярография	1*10-8	Масс-спектрометрия	1*10-12
Эмиссионный спектральный анализ	1*10-10	Кулонометрия	1*10-10
Атомно-абсорбционный анализ	1*10-10	Кинетический анализ	1*10-11

 

Важным преимуществом многих инструментальных методов яв­ляется их высокая избирательность – селективность. Ряд инстру­ментальных методов, например рефрактометрия, интерферометрия, не селективны и используются в тех случаях, когда анализируются либо индивидуальные вещества, либо несложные смеси (из 2 – 3 ве­ществ).