Розділ 2. Фізико-хімічні методи аналізу

Інструментальні або фізико-хімічні методи аналізу базуються на вимірюванні за допомогою приладів певних фізичних властивостей (величина, що реєструється, має назву “аналітичний сигнал” (АС) системи як функції кількості визначуваної речовини в аналізованій пробі.

Інструментальні методи порівняно з хімічними методами мають ряд переваг:

1. низька межа визначення (10^–5–10^–10%);

2. експресність (час аналізу – декілька хвилин);

3. можливість проведення аналізу на відстані;

4. автоматизації процесу аналізу;

5. аналіз може бути проведений без руйнування аналізованого зразка.

Загальна кількість фізико-хімічних методів аналізу достатньо велика і складає кілька десятків. Найбільше практичне значення серед них мають наступні:

1. Спектральні та інші оптичні методи:

Залежно від характеру взаємодії речовини з електромагнітним випромінюванням оптичні методи аналізу розділяють на:

а) атомно-абсорбційна спектроскопія; б) інфрачервона спектроскопія; в) спектрофотометрія; г) фотоколориметрія	– абсорбційні (базуються на вимірюванні поглинання речовиною світлового випромінювання)
д) емісійна атомна спектроскопія; е) люмінесцентний аналіз; ж) рентгеноспектральні методи	– емісійні (засновані на вимірюванні інтенсивності світла, яке випромінюється речовиною)
з) турбидиметрія	АС – інтенсивність світла, яке поглинається незабарвленою суспензією
к) нефелометрія	АС – інтенсивність світла відбитого або розсіяного суспензією
л) рефрактометрія м) поляриметрія	АС – показник заломлення АС – кут обертання площини поляризації

2) Електрохімічні методи:

Метод	Аналітичний сигнал
потенціометрія вольтамперометрія електрогравіметрія кондуктометрія кулонометрія	потенціал сила струму маса осаду електропровідність кількість електрики

3. Хроматографічні методи

В запропонованих методичних вказівках наведені деякі теоретичні основи і практичне застосування найбільш важливих методів аналізу.

1 Абсорбційна спектроскопія

Абсорбційна спектроскопія базується на вимірюванні зменшення (або ослаблення) інтенсивності випромінювання після проходження його через речовину, яку аналізують.

Розглянемо, що відбувається при взаємодії електромагнітного випромінювання з хімічною сполукою.

Атоми або молекули мають обмежене число дискретних або квантових, рівнів енергії, нижчий з яких відповідає основному стану. Якщо системі передати достатню кількість енергії, то атоми або молекули збуджуються, тобто переходять на більш високий енергетичний рівень. Таким чином, при проходженні випромінювання через шар твердого тіла, рідини або газу відбувається селективне поглинання випромінювання з певними частотами. Електромагнітна енергія в цьому випадку передається атомам або молекулам речовини і переводить частки із нормального або основного стану у збуджений.

Залежно від довжини хвилі виділяють наступні області електромагнітного спектра (табл. 1.1).

Таблиця 1.1

Електромагнітний спектр і методи аналізу

Назва області	Межі довжин хвиль	Переходи	Метод
Дальня УФ	30–200 нм	Середні електрони
Ближня УФ Видима	200–400 нм 400–760 нм	Валентні електрони	УФ-спектроскопія Спектрофотометрія
Ближня ІЧ Середня ІЧ	760–1100 нм (13000–9000 см–1) 2000–50000 нм (5000–200 см–1)	Молекулярні коливання	ІЧ-спектроскопія
Дальня ІЧ	>105 нм	Молекулярні обертання	Мікрохвильова спектроскопія, ЕПР

С вітло поглинається розчином вибірково, при певних довжинах хвиль світлопоглинання відбувається інтенсивно, а при деяких світло не поглинається. Інтенсивно поглинаються кванти світла, енергія яких дорівнює енергії збудження частки. Залежність інтенсивності світлопоглинання від довжини хвилі падаючого світла називають спектром поглинання або спектральною характеристикою (рис. 1.1).

Довжина хвилі, яка відповідає максимуму поглинання, є якісною характеристикою речовини, а інтенсивність поглинання – кількісною.