8. Физические методы химического анализа вещества/2011, осень
8.1 Физические свойства и физические методы химического анализа
Современные физические методы химического анализа классифицируют по измеряемым свойствам – электрическим, магнитным, механическим, оптическим, теплофизическим, ядерным.
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
Потенциал электрода
Сила тока
Электрическая
проводимость
Количество
электричества
Сопротивление
Ёмкость
Диэлектрическая
проницаемость
Тангенс угла
диэлектрических потерь
МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА
Магнитная
проницаемость
Магнитная
восприимчивость
Угол отклонения
заряженной частицы в магнитном поле
f
МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
Масса
Время
Давление
Объём
Плотность
Вязкость
Поверхностное
натяжение
ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
Показатель
преломления;
Оптическая
плотность;
Интенсивность
излучения света
Почернение
спектральной линии на фотопластинке;
Величина
фотоэлектрическоко тока;
Интенсивность
поглощения света
Угол вращения
плоскости поляризации
ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
Температура
Энтальпия
Теплоёмкость
Теплопроводность
ЯДЕРНЫЕ СВОЙСТВА
Активность
излучения
Доза излучения
Плотность потока
излучения
Период полураспада
8.2 Классификация физических методов химического анализа по физическим свойствам
Группа оптических методов химического анализа, основанных на измерении оптических свойств компонентов: атомно-эмиссионный, пламенно-фотометрический, атомно-абсорбционный, фотоколориметрический, ИК-спектрометрический.
Группа рентгеновских методов химического анализа, основанных на измерении рентгеновских свойств компонентов: рентгено-флуоресцентный, рентгено-спектральный, рентгено-фазовый;
Группа ядерно-физических методов химического анализа, основанных на измерении радиоактивных свойств компонентов: радиометрический, рентгено-радиометрический, нейтронно-активационный, гамма-активационный, изотопного разбавления.
Группа методов химического анализа, основанных на измерении магнитных свойств ядер, электронов, ионов: масс-спектрометрический, ядерно-магнитного резонанса, электронного парамагнитного резонанса;
Группа электрохимических методов химического анализа, основанных на измерении электрических свойств компонентов: потенциометрический, вольтамперометрический, кулонометрический, кондуктометрический и др.;
Группа хроматографических методов химического анализа. Это название историческое и не несет информации об измеряемом свойстве. В хроматографических методах для разделения смеси компонентов сложного вещества используется свойство химических частиц распределяться между двумя несмешивающимися фазами – подвижной и неподвижной, за счет сил адсорбции или абсорбции. Для определения компонентов вещества используются разнообразные свойства этих компонентов, например, электрическая проводимость раствора или газа, угол отклонения заряженной частицы в магнитном поле, поглощение или излучение света, теплопроводность и др. Блок хроматографа, где происходит преобразование концентрации в измеряемое свойство, называют детектором. Например, хроматограф с масс-спектрометрическим детектором называют хроматомасс-спектрометром, а метод – хроматомасс-спектрометрией.
//Существуют другие классификации методов химического анализа, например, основанные на применении специально приспособленных для проведения основных этапов анализа и регистрации его результатов инструментов - средств измерений. По этой классификации такие методы называют инструментальными. В инструментальных методах анализа выделяют физические и физико-химические методы.
Часто при проведении анализа предварительно проводят химическую реакцию, и концентрацию определяемого компонента определяют по физическим свойствам продукта реакции. Такие методы анализа называют физико-химическими. Обязательно условие для этих методов анализа – продукта реакции должно образоваться пропорциональное количество исходному определяемому компоненту.
Например, в фотоколориметрии по интенсивности поглощения светового излучения раствором можно определять содержание только окрашенных компонентов. Можно путем проведения химической реакции, например, ионов железа с сульфосалициловой кислотой перевести исходное неокрашенное химическое соединение железа в окрашенного комплексное соединение и измерить его светопоглощение. Так как используется градуировка СИ по железу, этот метод по основному принципу измерения концентрации может быть отнесен к физическому.
При определении того же железа методом амперометрического титрования, в растворе, полученном после соответствующей пробоподготовки, средство измерения амперметр используется для измерения величины диффузионного тока в электрической цепи, изменяющегося при титровании раствора железа в процессе протекания химической реакции между ионами железа и дихромат-ионами. В результате будет построена кривая титрования, на которой графически будет определена точка эквивалентности, то есть зафиксирован конец реакции и найден эквивалентный объём титранта. Концентрация определяемого компонента железа (2+) будет найдена из количественных соотношений закона эквивалентов. Такие методы анализа также называют физико-химическими. По способу сравнения с эталоном метод амперометрического титрования относится к химическим методам.
Сложность задач, стоящих при изучении состава горных пород, руд и минералов, минерального сырья, жидких горючих ископаемых, природных вод, подпочвенного воздуха, растительности, а также то обстоятельство, что минеральное сырье является одним из самых трудных объектов для анализа, требуют применения практически всех имеющихся в настоящее время методов аналитической химии.
Для химического анализа объектов окружающей среды в настоящее время массово используются ядерно-физические, оптические, электрохимические и хроматографические методы.