- •Введение
- •Классификация методов анализа
- •Метрология анализа
- •Химические (классические) методы количественного анализа
- •Семинар 2. Физико-химические методы анализа. Атомная спектроскопия. Масс-спектрометрия. Ямр и эпр.
- •2.1. Обзор спектроскопических методов
- •2.2. Атомная спектроскопия
- •2.2.1. Атомно-эмиссионный спектральный анализ
- •Эмиссионная фотометрия пламени -
- •2.2.2. Атомно-абсорбционный спектральный анализ
- •2.3. Масс-спектрометрия
- •2.4. Радиоспектроскопия
- •2.4.1. Ядерный магнитный резонанс (ямр)
- •2.4.2. Электронный парамагнитный резонанс (эпр)
- •Семинар 3. Молекулярная спектроскопия.
- •3.1. Уф и видимая спектрофотометрия
- •3.2. Колебательная спектроскопия (ик и кр).
- •3.3. Люминесцентная спектроскопия
- •Семинар 4. Коллоидная химия.
- •4.1. Предмет коллоидной химии
- •4.2.Классификация дисперсных систем.
- •4.3. Роль поверхностных сил в дисперсных системах.
- •4.3.1. Смачивание
- •4.3.2. Капиллярная конденсация
- •4.4. Свойства коллоидных растворов
- •4.4.1. Оптические свойства
- •4.4.2. Электрические свойства
- •4.4.4. Молекулярно-кинетические свойства коллоидных растворов
- •4.5. Устойчивость коллоидных растворов
- •4.6. Коллоиды почвы.
- •4.7. Методы получения и очистки дисперсных систем
- •4.8. Пористые тела
- •4.9.Гели
- •4.9. Эмульсии
- •4.10. Пены
- •5. Методы очистки и разделения
- •5.1. Экстракция.
- •5.2. Ионный обмен
- •5.3. Сорбция
- •5.4. Осаждение и соосаждение
- •6. Электрохимические методы анализа
- •6.1. Кулонометрия
- •6.2. Потенциометрия
- •6.3. Вольтамперометрия (полярография).
- •6.4. Кондуктометрия
- •7. Хроматография
- •7.1. Классификация по агрегатному состоянию фаз
- •7.2. Классификация на основе элементарного акта.
- •7.3. Классификация по способу проведения процесса
- •7.4. Аппаратурное оформление хроматографических процессов
- •8. Обзор методов анализа окружающей среды.
- •8.1. Атмосфера
- •8.2. Природные и сточные воды.
- •8.3. Почвы
Семинар 2. Физико-химические методы анализа. Атомная спектроскопия. Масс-спектрометрия. Ямр и эпр.
Эти методы называют также инструментальными. Они позволяют определить состав исследуемых образцов, а также определить структуру веществ, не прибегая к химическим реакциям. Важнейшими преимуществами этих методов являются быстрота, высокая чувствительность, избирательность, возможность непрерывного контроля и автоматизации измерений. Эти преимущества в полной мере реализуются при решении проблем экологии, мониторинга окружающей среды.
Ни один из методов не является универсальным, поэтому для правильного выбора метода необходимо знать возможности методов, а также учитывать характер исследуемого объекта, наличие примесей, требуемую точность и избирательность. Во многих случаях необходимо предварительное концентрирование вещества в образцах.
2.1. Обзор спектроскопических методов
К спектроскопическим методам анализа относят физические методы, основанные на взаимодействии электромагнитного излучения (ЭМИ) с веществом. Воздействие ЭМИ на вещество приводит к переходам частиц между различными энергетическими уровнями. ЭМИ обладает двоякой природой - волновой и корпускулярной, и явления отражения и рассеяния удобно описывать в рамках волновой теории, а поглощение - корпускулярной. Волны характеризуются частотой (в Гц) или длиной волны в см), которые связаны между собой соотношением:
. =c/,
где
с - скорость света (равная 3 108
м/с). Часто используют величину
1/называемую
волновым числом
Можно
также характеризовать волны энергией
испускаемого или поглощаемого кванта
Е= h измеряемой в Дж или эВ.
ЭМИ может воздействовать на ядра, электроны или целые молекулы, вызывая переходы между соответствующими энергетическими уровнями. В таблице дан обзор диапазонов частот ЭМИ, соответствующих различным методам анализа.
Диапазон |
м |
(Гц) |
|
Энергия квантов (eV) |
Процесс |
Радиочастотный (ЯМР, ЭПР) |
101- 10-1 |
|
|
10-4-10-6 |
Переходы ядерных или электронных спинов в постоянном магнитном поле |
Микроволновой |
10-1-10-3 |
1010 |
1 |
10-4 |
Изменение вращательных состояний молекулы |
Оптический ИК ближний средний дальний |
1000 104 105
|
3 1014 3 1013 3 1012
|
104 103 102 |
1.3 0.13 0.013 |
Изменение колебательных состояний молекулы |
Оптический видимый |
(4-7) 10-7 |
|
|
2.6 |
Переходы валентных электронов |
Оптический УФ |
10-8 |
|
|
13 |
Переходы валентных электронов |
Рентгеновский |
10-8 - 10-10 |
3 1018 |
108 |
104 |
Переходы внутренних электронов |
Гамма-излучение |
10-10 - 10-13 |
3 1020 |
1010 |
1.3 106 |
Ядерные реакции |
Под спектром подразумевается функция распределения фотонов по энергиям, то-есть зависимость числа квантов, обладающих энергией ЕdE, от энергии Е. Графически электромагнитный спектр изображается в виде кривой, на оси абсцисс отложена величина, характеризующая энергию квантов, на оси ординат - интенсивность излучения или оптическая плотность.
Физико-химические методы анализа используют в основном оптический и радиочастотный диапазоны ЭМИ. Рассмотрим основные спектроскопические методы, применяемые для анализа.