Лекция 1 Общие сведения о фхма, классификация методов, потенциометрия

1. Общие сведения и классификация

В физико-химических (инструментальных) методах анализа используются физические и физико-химические свойства веществ, которые фиксируются регистрирующей аппаратурой. Чувствительность анализа мажет быть при этом повышена до очень высоких значений так как точность регистрирующей аппаратуры во многих случаях значительно выше, чем у химических методов. Многие физико-химические свойства специфичны, что увеличивает селективность анализа. Другой важной особенностью физико-химических методов анализа является их экспрессность, высокий темп получения результатов. Многие приборы, используемые в физико-химических методах анализа, позволяют автоматизировать сам процесс анализа или его стадии.

Инструментальные методы позволяют провести полную автоматизацию анализа. Их широко используют как в количественном анализе, так и для обнаружения веществ.

Погрешность анализа физико-химическими методами составляет в среднем 2-5%, что превышает погрешность классических методов анализа. Однако такое сравнение погрешностей не вполне корректно, так как относится к разным концентрационным областям. При небольшом содержании определяемого компонента (порядка 10^-3% и менее) классические химические методы анализа вообще не пригодны, при больших концентрациях физико-химические методы успешно соперничают с химическими, а такие методы анализа, как кулонометрия, даже превышают их по точности.

Однако химические методы анализа своего значения не потеряли. Они незаменимы там, где при высоком содержании требуется высокая точность и нет серьёзных ограничений по времени (например, анализ готовой продукции, арбитражный анализ, изготовление эталонов).

В группе физико-химических методов анализа иногда выде­ляют физические методы. Однако достаточно строгого и одно­значного критерия для этого нет, поэтому выделение физических методов принципиального значения не имеет.

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

1) электрохимические методы

- электрогравиметрия

- потенциометрия

- кулонометрия

- кондуктометрия

- вольтамперометрия

2) спектральные и другие оптические методы:

- методы молекулярной спектроскопии

- методы атомной спектроскопии

- неспектральные оптические методы

3) другие методы исследования

- хроматографические методы анализа

- термические

- радиоактивные методы

- резонансные методы.

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

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, атомно-абсорбционной спектроскопии, инфракрасной спектроскопии, спектрофотометрии, люминесценции и другие методы, основанные на из­мерении различных эффектов, возникающих при взаимодействии вещества и электромагнитного излучения.

В третью группу входят хроматографические методы резонансные, методы, основанные не радиоактивности, термические и другие.

Инструментальные методы классифицируют также в соответствии со свойствами веществ, используемыми для измерений. Различают следующие группы инструментальных методов анализа: 1) оптические – основаны на измерении оптических свойств веществ и их растворов; 2) электрометрические – измеряют электрические пара­метры растворов веществ; 3) резонансные – используют явления резонансного поглощения веществом электрического или магнит­ного поля; 4) радиометрические – количество веществ измеряют или по их радиоактивности, или с помощью радиоактивных инди­каторов; 5) термические – измеряют тепловые эффекты, сопро­вождающие нагрев, высушивание, титрование и т. д. веществ; 6) хроматографические – применяется хроматографический метод разделения в комбинации с детекторами разделенных веществ; 7) масс-спектральный – основан на измерении массы ионизи­рованных осколков молекул веществ; 8) ультразвуковые – из­меряют скорость ультразвука в растворах веществ. Скорость ультразвука пропорциональна концентрации раствора. Кроме указанных разработан ряд других методов инструментального анализа.

В инструментальных методах исполь­зуют физические и физико-химические свойства веществ, которые фиксируются регистрирующей аппаратурой. Чувствительность ана­лиза может быть при этом повышена до очень высоких значений, точность регистрирующей аппаратуры во многих случаях значи­тельно выше, чем у субъективных методов.

В связи с этим соответствующие виды инстру­ментального анализа обладают высокой чувствительностью – от 1*10^-6 г у фотометрических до 1*10^-15 г у радиометрических мето­дов. Высокая чувствительность многих методов объясняется свой­ствами применяемых детекторов сигнала в приборах. Например, современные фотоумножители реагируют на световые потоки с очень малой интенсивностью, а радиометрические счетчики – на отдель­ные элементарные частицы. Электрохимические методы (полярография, кулонометрия) имеют высокую чувствительность благодаря применению высокочувствительных регистраторов тока и потен­циала. В таблице 1 приведены данные по чувствительности некоторых инструментальных методов анализа.

 

Таблица 1 – Чувствительность некоторых инструментальных методов анализа

Метод	Предел обнару- жения, г	Метод	Предел обнару- жения,г
Фотометрия	1*10-6	Газовая хроматография	1*10-11
Флюоритмия	1*10-10	Радиоизотопный анализ	1*10-15
Полярография	1*10-8	Масс-спектрометрия	1*10-12
Эмиссионный спектральный анализ	1*10-10	Кулонометрия	1*10-10
Атомно-абсорбционный анализ	1*10-10	Кинетический анализ	1*10-11