Министерство образования Российской Федерации Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова

В.Н. Казин, Г.А. Урванцева

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ В ЭКОЛОГИИ И БИОЛОГИИ

Учебное пособие

Ярославль 2002

ББК Ес25я73

К 14 УДК 543.87

Казин В.Н., Урванцева Г.А.

Физико-химические методы исследования в экологии и биологии: Учебное пособие / Яросл. гос. ун-т. Ярославль, 2002. 172 с.

Учебное пособие написано в соответствии с содержанием Государственных образовательных стандартов и программой дисциплины “Физико-химические методы анализа” по специальности “013100-Экология”, направлению “511100-Экология и природопользование” и программой большого практикума (раздел “Физикохимические методы анализа”), который выполняется студентами по специальности

“011600-Биология”.

Внем изложены основы физико-химических методов анализа. Даны принципиальные схемы основных установок и приборов. Рассмотрены условия и области применения методов, их достоинства и недостатки, ограничения, перспективы развития и другие особенности и характеристики.

Вконце каждой главы дано описание практических работ, приведены контрольные вопросы.

Предназначено для студентов-экологов, биологов, химиков, аспирантов, научных работников и учителей школ.

Рецензенты: кафедра аналитической химии и контроля качества продукции Ярославского государственного технического университета; М.В. Дорогов, д-р хим. наук, профессор кафедры органической химии Ярославского государственного педагогического университета им. К.Д. Ушинского.

Оригинал-макет подготовлен в редакционно-издательском отделе Ярославского государственного университета.

150000 Ярославль, ул. Советская, 14.

2

Основные обозначения

С(А) – молярная концентрация вещества “А” (в СИ основной единицей является моль/м3, а рекомендуемой для практики единицей является моль/дм3 или моль/л)

А - абсорбция вещества (оптическая плотность) ПААГ – полиакриламидный гель

ОЭП – относительная электрофоретическая подвижность ВЭКХ – высокоэффективная колоночная хроматография ПАУ – полиароматические углеводороды ТСХ – тонкослойная хроматография

АМХП – автоматизированное многократное хроматографическое проявление

ВЭТСХ – высокоэффективная тонкослойная хроматография Rf – коэффициент скорости движения

Kd - коэффициент распределения

ВЭЖХ – высокоэффективная жидкостная хроматография ПИД – пламенно-ионизационный детектор

3

Введение

Физико-химические методы анализа и исследования - это условное название большого числа способов количественного и качественного определения веществ, которые предполагают, как правило, применение различных, часто довольно сложных, измерительных приборов. За рубежом в большом распространении термин “инструментальные методы анализа” или “приборные методы”. В основе физико-химических методов лежат законы физики и физической химии, а аппаратурное оформление основано на применении современных достижений оптики и электроники.

В последние десятилетия наблюдается быстрое совершенствование физико-химических методов анализа и исследования, за которым не успевают следить ни промышленность, ни вузовские программы. Постоянно открываются новые свойства веществ, которые могут привести к созданию новых методов. Поэтому важно и нужно прежде всего знать фундаментальные свойства и общие закономерности, на которых основано развитие тех или иных родственных методов. Для Вас важно уметь выбрать метод, наиболее подходящий в данных обстоятельствах, дающий наибольшую информацию. Вы должны отметить, что не существует универсального метода, пригодного на все случаи жизни. В последние годы получило развитие совместное использование двух или более методов.

Методы анализа, основанные на наблюдении измерений физических свойств анализируемой системы (интенсивность окраски, электропроводность, потенциал электрода и т.п.), происходящих в результате определенных химических реакций, называют физико-химическими методами.

Общее число физико-химических методов анализа довольно велико – оно составляет несколько десятков. Наибольшее практическое значение среди них имеют следующие:

1)спектральные и другие оптические методы;

2)электрохимические методы;

4

3) хроматографические методы анализа.

Среди указанных трех групп наиболее обширной по числу методов и важной по практическому значению является группа спектральных и других оптических методов анализа. Она включает методы эмиссионной атомной спектроскопии, атом- но-абсорбционной спектроскопии, электронной и инфракрасной спектроскопии, спектрофотометрии и другие методы, основанные на измерении различных эффектов при взаимодействии вещества с электромагнитным излучением.

Группа электрохимических методов анализа, основанная на измерении электрической проводимости, потенциалов и других свойств, включает методы кондуктометрии, потенциометрии, вольтамперометрии и т.д.

В группу хроматографических методов входят методы газовой и газожидкостной хроматографии, жидкостной распределительной, тонкослойной, ионообменной и других видов хроматографии.

Перечень групп является далеко не полным, так как сюда не вошли многие методы (резонансные методы радиоспектроскопии, масс-спектрометрические и др.). Эти методы будут рассмотрены отдельно, что, конечно, ни в коей мере нельзя считать признаком их второстепенности.

5