- •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
Эмиссионная фотометрия пламени -
Разновидность атомной эмиссионной спектроскопии; исследуемое вещество вводится в виде аэрозоля в пламя газовой горелки. (Пример - желтый цвет пламени от NaCl). Поскольку температура пламени ниже, чем дуги или искры, возбуждаются атомы не всех элементов, а лишь имеющих низкую энергию возбуждения, такие как щелочные, щелочноземельные, а также Ga, In, Tl, Ag,Eu, Pb, Cu, Cr, Mn, Al и др. Атомизация происходит в пламени горелки. Метод очень чувствителен и позволяет обнаружить 10-7% по массе.
2.2.2. Атомно-абсорбционный спектральный анализ
Атомы поглощают излучаемые кванты на тех же частотах, которые испускают. Используется источник излучения с линейчатым спектром - лампа с полым катодом, на который нанесен определяемый элемент. Поэтому спектр излучения содержит линии анализируемого элемента. Исследуемое вещество обычно в виде раствора вводится в пламя горелки, где при температуре 2000 - 30000С происходит диссоциация молекул на атомы. Коэффициент поглощения газообразными атомами подчиняется экспоненциальному закону убывания интенсивности в зависимости от толщины поглощающего слоя и концентрации вещества. Определение концентрации производят с помощью калибровочных графиков, то-есть измеряют коэффициент поглощения для нескольких эталонных растворов с различными концентрациями определяемого элемента и строят график зависимости коэффициента поглощения от концентрации.
Чувствительность атомной абсорбционной спектроскопии превышает чувствительность эмиссионной. Она применяется для анализа многих элементов в различных объектах (стали, сплавы, руды, природные воды, почвы, биологические пробы).
2.3. Масс-спектрометрия
Масс-спектрометрический метод анализа основан на ионизации изучаемого вещества, образовании пучка летящих ионов и его разделения в пространстве на части, различающиеся отношением массы к заряду. Далее эти части регистрируются по отдельности, давая масс-спектр. Этот спектр позволяет определить величины масс частиц компонентов и относительное содержание компонентов в исследуемом веществе. Этот мощный универсальный метод анализа отличается высокой чувствительностью, высокой специфичностью и селективностью определения и применяется к широчайшему кругу объектов - от изотопов элементов до сложных белковых молекул.
Масс-спектрометр состоит из следующих основных частей.
Устройство Для ввода пробы |
ионизатор |
узел ускорения и фокусирования ионов |
Анализатор |
детектор |
Устройство для ввода пробы обеспечивает необходимую концентрацию вещества в ионизаторе, который (как и остальные части прибора) находится под вакуумом, что обеспечивает необходимую длину свободного пробега ионов. Ионизация пробы осуществляется одним из следующих способов:
а) электронный удар
б) лазерное излучение
в) искровой разряд
г) бомбардировка пучком ионов.
Образуются преимущественно положительные однозарядные ионы, значительно реже двухзарядные. Если энергия бомбардировки велика, разрываются химические связи и в потоке появляются фрагменты, то-есть ионы-осколки. Образующиеся из молекул или атомов пробы ионы ускоряются электрическим полем и фокусируются в пучок в узле ускорения и фокусирования. Далее сфокусированный пучок ионов попадает в масс-анализатор, где ионы разделяются по массе. Существует ряд методов разделения пучка ионов, простейший из них - магнитный.
Ионы движутся в электрическом поле, приобретая кинетическую энергию:
zU=mv2/2
где U - ускоряющая разность потенциалов, m- масса иона, z -заряд иона, v - скорость. Отсюда получаем:
v=(2Uz/m)1/2.
Таким образом, при постоянной U скорость определяется отношением заряда к массе. Летящие ионы попадают в постоянное магнитное поле с напряженностью Н и взаимодействуют с ним (сила Лоренца, равная Hzv), за счет чего траектория движения ионов искривляется. Эту силу можно приравнять центробежной силе: Hzv=mv2/r,
где r -радиус кривизны траектории. Он равен:
r= mv/zH= (2Um/z)1/2/H.
Т.о., ионы с различным отношением массы к заряду имеют разные радиусы кривизны, разлетаются веером и попадают в разные места детектора, где ионный ток преобразуется в электрический сигнал и записывается в виде масс-спектра (набор четких полос). Сравнение с масс-спектрами эталонных образцов позволяет провести качественный анализ, а количественный проводится по интенсивности линий.
Применения масс-спектрометрии:
а) анализ изотопного состава элементов;
б) элементный анализ твердых неорганических веществ и материалов, определение посторонних веществ на поверхности;
в) анализ смесей газов, можно осуществлять непрерывный контроль;
г) определение концентрации свободных радикалов;
д) установление структуры органических соединений;
е) анализ смесей органических веществ. Сочетание с предварительным хроматографическим разделением позволяет обнаружить до 10-10 г вещества. Масс-спектрометрия - единственный метод обнаружения ядовитых диоксинов.