- •Лекции по физико-химическим методам анализа Лекция 1. Предмет аналитической химии. Классификация методов анализа. Метрология. Классические методы количественного анализа.
- •1. Предмет аналитической химии.
- •2. Классификация методов анализа
- •3. Метрология анализа
- •4. Химические (классические) методы количественного анализа
- •Химические тест-методы анализа
- •Лекция 2. Обзор физико-химических методов анализа. Атомная спектроскопия. Масс-спектрометрия. Инструментальные методы можно разделить на три группы:
- •1) Спектроскопические,2) электрохимические,3) хроматографические
- •2.1. Спектроскопические методы
- •2.2. Атомная спектроскопия
- •2.2.1. Атомно-эмиссионный спектральный анализ
- •2.2.2. Эмиссионная фотометрия пламени -
- •2.2.3. Атомно-абсорбционный спектральный анализ
- •2.3. Масс-спектрометрия
- •Лекция 3. Молекулярная спектроскопия
- •Уф и видимая спектроскопия
- •Колебательная спектроскопия (ик и кр). Инфракрасная спектроскопия (ик)
- •Спектры комбинационного рассеяния (кр)
- •3.3. Люминесцентная спектроскопия
- •Лекция 4. Радиоспектроскопические методы анализа. Методы разделения веществ.
- •4.1. Ядерный магнитный резонанс (ямр)
- •4.2 Электронный парамагнитный резонанс (эпр)
- •4.3. Методы очистки и разделения
- •4.3.1.Экстракция.
- •4.3.2. Сорбция
- •4.3.3. Ионный обмен
- •4.3.4. Соосаждение
- •4.3.5. Мембранное разделение
- •5. Лекция 5. Хроматография
- •Классификация по агрегатному состоянию фаз
- •Классификация на основе природы взаимодействия.
- •Классификация по способу проведения процесса
- •Аппаратурное оформление хроматографических процессов
- •Лекция 6. Электрохимические методы анализа
- •6.1. Потенциометрия
- •6.2. Кулонометрия
- •6.3. Вольтамперометрия (полярография).
- •6.4. Кондуктометрия
- •Лекция 7. Обзор методов анализа окружающей среды.
- •7.1. Атмосфера
- •7.2. Природные и сточные воды.
- •7.3. Почвы
- •Лекция 8. Коллоидная химия.
- •8.1. Предмет коллоидной химии
- •8.2.Классификация дисперсных систем.
- •8.3. Роль поверхностных сил в дисперсных системах.
- •8.3.1. Смачивание
- •8.3.2. Капиллярная конденсация
- •7.4. Свойства коллоидных растворов
- •8.4.1. Оптические свойства
- •8.4.2. Электрические свойства
- •8.4.4. Молекулярно-кинетические свойства коллоидных растворов
- •8.5. Устойчивость коллоидных растворов
- •8.6. Коллоиды почвы.
- •8.7. Методы получения и очистки дисперсных систем
- •8.8. Пористые тела
- •8.9. Гели
- •8.10. Эмульсии
- •8.11. Пены
2.2. Атомная спектроскопия
Методы атомной спектроскопии позволяют определить элементный состав исследуемой пробы по спектрам поглощения или испускания света возбужденными атомами в оптическом или рентгеновском диапазоне. Пример - если солёный раствор внести в пламя газовой горелки, появится яркожёлтое окрашивание за счёт атомов натрия. Соли лития и рубидия дают яркокрасное окрашивание и т.д. Если разложить свет горелки призмой, получим несколько разноцветных линий, набор которых характерен для каждого вида атомов. Атомные спектры возникают в результате переходов электронов с одного энергетического уровня на другие (рис.2.1);
Таблица 2. Классификация спектроскопических методов по энергии кванта
Если электрон переходит с верхнего уровня на нижний, излучается квант, энергия которого равна разности энергий уровней, а частота излучения равна:
= (E2-E1)/h
При обратном переходе квант поглощается с той же частотой. Число энергетических уровней в отдельных атомах невелико и поэтому их спектры состоят из ряда узких линий. Простейший спектр наблюдается у атома водорода, его линии разделяют на серии, называемые серией Лаймана в УФ-диапазоне, серией Бальмера в видимом диапазоне, сериями Пашена, Брэкета, Пфунда и Хэмфри в ИК-диапазоне. Частоты линий спектра водорода можно рассчитать, так как известны энергетические уровни водорода. У других элементов число спектральных линий больше, и каждый элемент характеризуется собственным набором линий. частоты которых приводятся в справочниках и атласах.
Если анализируемая проба содержит ряд элементов, спектр является наложением спектров присутствующих атомов. С помощью ЭВМ можно выделить наборы линий отдельных элементов, то-есть провести качественный анализ, а количественный анализ можно провести измерением интенсивностей линий различных атомов, так как интенсивности пропорциональны количествам присутствующих атомов.
Когда атомы объединяются в молекулу, образование химических связей изменяет энергетические уровни атомов. Это приводит к изменению частот поглощения и испускания атомов, что затрудняет их идентификацию. Поэтому для получения чисто атомных спектров необходимо предварительно перевести образец в газообразное атомарное состояние. Есть два вида атомного анализа.
2.2.1. Атомно-эмиссионный спектральный анализ
Основные части атомного спектрографа изображены на блок-схеме
Источник возбуждения (плазма, искра, дуга разряд) |
Дисперсионный элемент (призма, дифракционная решётка) |
Рецептор (фотоэлемент, фотопластинка) |
Пробу исследуемого вещества нагревают плазмой, электрической дугой или разрядом, что приводит к диссоциации на атомы, которые частично переходят в возбужденное состояние, время жизни которого порядка 10-7-10-8 с, затем самопроизвольно возвращаются в нормальное состояние, испуская кванты света, дающие дискретный спектр испускания (эмиссии). Количественный анализ основан на пропорциональной зависимости между интенсивностью излучения и концентрацией элемента. Необходима предварительная калибровка.
Источником возбуждения может быть электрическая искра, дуга, аргоновая плазма или пламя. Температура электрической дуги 3000-7000О С, искры - 6000-12000ОС, плазмы - 6000-10000ОС. Температура пламени ниже - от 1500 до 3000ОС, поэтому в пламени атомизируются соединения лишь некоторых элементов. Дисперсионный элемент, разлагающий излучение в спектр - призма или дифракционная решетка. В качестве рецептора используется фотопластинка или фотоэлемент.
Этим методом можно определить более 80 элементов. Метод очень чувствителен; чувствительность изменяется от 0,01% ( Hg, U) до 10-5% (Na, B, Bi).