Физико-химические методы анализа
Все методы количественного анализа основаны на изучении свойств вещества, связанных с концентрацией определенной зависимостью. В так называемых классических методах аналитической химии (гравиметрическом и титриметрическом) в качестве таких свойств используются масса вещества и объем раствора. Однако вещество обладает совокупностью многих свойств, оно может поглощать и излучать свет, подвергаться радиоактивному распаду, проводить электрический ток и т.п. Поэтому классические методы постепенно уступают место физико-химическим методам (инструментальным) анализа.
Использование различных физических и физико-химических свойств вещества в аналитических целях лежит в основе физико-химических методов анализа.
Достоинства физико-химических методов:
Высокая чувствительность, которая позволяет легко проводить определения при очень малом содержании компонента (10-5 % и меньше)
Экспрессность, т.е. быстрота получения результатов
Универсальность. В настоящее время можно провести анализ любого объекта, используя тот или иной метод анализа.
Экономичность. Несмотря на некоторую дороговизну приборов, физико-химические методы анализа достаточно быстро окупают затраты, так как сокращается время анализа, увеличивается производительность, сокращаются затраты на обслуживающий персонал и реактивы.
Возможность автоматизации.
Самые распространенные методы анализа:
оптические;
электрохимические;
хроматографические.
Электрохимические методы анализа
К электрохимическим методам анализа относятся методы, основанные на измерении электрических параметров анализируемых систем (количества электричества, прошедшего через раствор; силы предельного диффузионного тока; электропроводности электролита; потенциала электрода, погруженного в исследуемый раствор, и др.), изменяющихся в результате определенных реакций.
Классификация электрохимических методов анализа:
1. По способу выполнения:
Прямые (ионометрия, кулонометрия, потенциометрия, полярография и др.).
Косвенные (титриметрия с электрохимическими методами индикации).
Инверсионные (инверсионная вольтамперометрия и др.).
2. По количеству вещества, участвующему в электродном процессе:
Все вещество участвует в электродном процессе (электрогравиметрия, прямая кулонометрия и др.).
Лишь незначительная доля вещества подвергается электропревращению (полярография, вольтамперометрия, прямая потенциометрия и др.).
По измеряемому электрохимическому параметру (используются чаще всего, так как измеряемый электрохимический параметр является наиболее важным классификационным признаком)
Оптические методы анализа
Оптические методы анализа основаны на измерении эффектов взаимодействия вещества с электромагнитным излучением.
Классификация оптических методов анализа:
1. По изучаемым объектам различают: атомный и молекулярный спектральный анализ.
2. По характеру взаимодействия электромагнитного излучения с веществом:
Атомно-абсорбционный анализ – измерение поглощения моно-хроматического излучения атомами определяемого вещества в газовой фазе после атомизации вещества.
Молекулярный абсорбционный анализ – измерение светопоглощения молекулами или ионами изучаемого вещества.
Эмиссионный спектральный анализ – измерение интенсивности света, излучаемого веществом (чаще всего – атомами или ионами) при его энергетическом возбуждении, например, в плазме электрического разряда.
Эмиссионная фотометрия пламени – измерение интенсивности испускания видимых, УФ-, рентгеновских лучей атомами, возбуж-денными в пламени.
Люминесцентный анализ – измерение интенсивности излучения веществом под воздействием различных видов возбуждения.
Спектральный анализ с использованием эффекта комбинационного рассеяния света – измерение интенсивности излучения при явлении комбинационного рассеяния света.
Нефелометрический анализ – измерение рассеивания света частицами дисперсной системы.
Турбидиметрический анализ – измерение ослабления интенсивности излучения (поглощение) при его прохождении через дисперсную среду.
Рефрактометрический анализ – измерение показателей преломления при прохождении света через границу раздела прозрачных сред.
Поляриметрический анализ – измерение величины оптического вращения (угла вращения плоскости поляризации света) оптически активными веществами.
В аналитической химии используются и некоторые другие оптические методы анализа: гамма-резонансная спектроскопия; электронный парамагнитный резонанс; ядерный магнитный резонанс и т.д.
3. По области используемого электромагнитного спектра:
Спектрофотометрия (абсорбционная спектроскопия). Используется в ближней ультрафиолетовой (УФ-) области – в интервале длин волн 200 – 400 нм и в видимой области – в интервале длин волн 400–760 нм.
Инфракрасная спектроскопия, изучающая участок электромагнитного спектра в интервале 0,76–1000 мкм (1 мкм = 10-6 м).
Реже используются рентгеновская спектроскопия (изучает рентгеновские спектры); микроволновая спектроскопия, изучающая электромагнитное излучение с длинами волн от 10-1 до 10 см.
4. По природе энергетических переходов:
Электронные спектры. Возникают при изменении энергии электронных состояний частиц (атомов, ионов, радикалов, молекул, кристаллов).
Колебательные спектры. Охватывают ИК-область и спектры комбинационного рассеяния света. Колебательные спектры возникают при изменении энергии колебательных состояний частиц (двух- и многоатомных ионов, радикалов, молекул, а также жидких и твердых фаз).
Вращательные спектры. Охватывают дальнюю ИК- и микро-волновую область электромагнитного излучения. Возникают при изменении энергии вращательных состояний молекул, двух- и много-атомных ионов-радикалов.