6.4. Некоторые другие методы анализа*

Ограниченный объем данного учебника не позволяет детально охарактеризовать многочисленные инструментальные методы, не относящиеся к числу электрохимических или спектроскопических (в оптическом диапазоне). Однако такие методы уже широко применяются в аналитических лабораториях и позволяют получать важную информацию о составе и структуре исследуемых объектов. Чтобы проиллюстрировать возможности подобных методов, достаточно бегло рассмотреть в качестве примера лишь три из них:

• один из самых простых и доступных – рефрактометрию растворов;

• один из самых экспрессных и селективных – рентгеновскую спектрометрию;

• один из самых чувствительных и универсальных методов анализа – масс-спектрометрию.

6.4.1. Рефрактометрия

К числу оптических методов, не связанных с энергетическими переходами в атомах или молекулах, относят рефрактометрию и поляриметрию. Это чисто физические методы, применяемые в основном для молекулярного анализа.

Рефрактометрия основана на измерении показателя преломления светового луча при прохождении его через границу раздела фаз. Показатель преломления (n) чистых жидкостей (или растворов, или прозрачных твердых веществ) – это безразмерная величина, которую обычно измеряют по отношению к воздуху. Измерения проводят при комнатной температуре, применяя несложные оптические приборы, называемые рефрактометрами. Для чистого вещества (индивидуального соединения) величина n в основном определяется природой этого вещества. В справочной литературе можно найти значения n_d²⁰, т. е. значения показателя преломления разных веществ, измеренные при 20 С с использованием излучения натрия на длине волны 589 нм (d-линия). Для большинства чистых веществ, а также их смесей и растворов значения n_d²⁰ находятся в интервале от 0,5 до 2,0. Например, для чистой воды n_d²⁰ = 1,3330; для ацетона – 1,3591; для бензола – 1,5011. Поскольку для каждого чистого вещества показатель преломления – точно известная физическая константа, рефрактометрию можно использовать для идентификации веществ, особенно органических. Следует лишь помнить, что разные химические соединения могут иметь одинаковые значения показателя преломления. Опознавать вещества только по величине n_d²⁰ нельзя!

Величина показателя преломления любого образца в какой-то степени зависит от температуры и от длины волны света, который пропускают через образец в ходе измерений. Однако при рефрактометрическом опознании чистых веществ влиянием этих факторов обычно можно пренебречь.

Показатель преломления смеси зависит от природы и концентрации каждого ее компонента. Если раствор содержит только одно растворенное вещество Х, то концентрацию Х можно найти по градуировочному графику. Обычно для построения графика готовят серию эталонных растворов, а затем измеряют значения n в строго определенных условиях. Чтобы исключить фон, создаваемый растворителем, график строят в координатах n – f(С), где вторичный сигнал n вычисляют по разности:

n = n_{раствора} – n_{растворителя}.

В области разбавленных растворов градуировочный график прямолинеен. Следует обратить внимание, что показатель преломления раствора изменится при добавлении любого постороннего вещества, т. е. рефрактометрический метод совершенно неселективен. Установить концентрации отдельных компонентов неразделенной смеси рефрактометрическим методом нельзя.

Пределы обнаружения растворенных веществ зависят от точности измерений на конкретном рефрактометре, но, как правило, они не ниже 0,1 % (абс.). Таким образом, рефрактометрия не только неселективный, но и малочувствительный метод. Однако этот метод имеет и свои достоинства. К ним относятся: простота аппаратуры, быстрота измерений и неплохая точность результатов анализа. В настоящее время рефрактометрию чаще всего применяют для проверки концентрации технологических растворов, содержащих одно растворенное вещество известной природы. Например, так можно контролировать концентрацию растворов поваренной соли или сахарозы. Более важно применение рефрактометра в качестве универсального детектора в жидкостной хроматографии (см. раздел 7.7).