Физико-химические методы анализа, их классификация и характеристика

Министерство образования  Российской Федерации

ФГАОУВПО «Казанский (Приволжский) Федеральный университет»

Институт экологии и географии

 

 

 

Реферат по аналитической  химии

На тему:

«Физико-химические методы анализа, их классификация и характеристика»

 

 

 

Выполнила студентка

II курса, 206 группы

Аютова Дина

Преподаватель: Доцент, Валеева  Г.Р.

 

 

Казань - 2011

Содержание.

1. Введение.                                                                                                       стр.3

2.Краткая история физико – химического метода анализа.                          стр.4

3. Общая характеристика  физико – химического метода  анализа.              стр.6

4. Классификация физико-химических  методов анализа.                           стр.8

4. а) спектральные и другие оптические методы анализа.                стр.9

4. б) электрохимические  методы анализа.                                          стр.11

4. в) хроматографические  методы анализа.                                        стр.12

4. г) радиометрические  методы анализа.                                            стр.16

4. д) масс-спектрометрические  методы анализа.                               стр.17

5. Основные приемы, используемые в физико-химических методах     анализа.                                                                                                            стр.17

6. Заключение.                                                                                                 стр.20

7. Список литературы.                                                                                   стр.22

 

 

 

 

 

 

Введение.

Область знания, которая  обеспечивает получение информации о качественном и количественном составе вещества оформилось уже  очень давно. Однако средства получения  этой информации все время изменялось и продолжает изменяться; эта область, как научное знание, получило название «аналитической химии». Само включение слова «химия» в понятие говорит о том, что это были прежде всего химические методы, т.е. методы, основанные на химическом превращении вещества. В настоящее же время для определения качественного и количественного состава вещества используются химические, физические, физико-химические и даже биологические методы. [ 1]

Физико-химические методы анализа  являются основным рабочим средством  в современной аналитической  химии. Все большее число возможных  принципов анализа реализуется  в инструментальных методах, появляются узкоспециализированные приборы, предназначенные  для анализа конкретных продуктов, приборы для автоматического  контроля химико-техгнологических процессов. Увеличивается число приборов, сочетающих несколько аналитических методов. [2]

Применение физико – химических методов анализа дает возможность  в производственных условиях проводить  автоматический контроль процессов  и их автоматическое регулирование. Автоматический контроль производства обеспечивает непрерывное наблюдение за производственным процессом и  автоматическую запись результатов  наблюдений. [ 3]

 

 

 

Краткая история  физико-химических методов анализа.

Физико- химические методы анализа  можно считать составной частью большой и самостоятельной научной  дисциплины – физико-химического  анализа. Физико-химический анализ использует взаимосвязь между составом химической системы и ее физическими свойствами для широкого и всестороннего  изучения происходящих в ней химических и фазовых превращений.

Когда же говорят о физико-химических методах анализа, имеют ввиду  то направление в физико-химическом анализе, которое использует  эту  взаимосвязь для решения утилитарно аналитических задач. Подобно химии, корнями своими физико-химический анализ уходит в глубокую древность. Архимед, определивший примесь серебра в золоте по измерению плотности металла (начало третьего века нашей эры), применил типично физико-химическую методику. Долгие века она использовалась для установления фальсификации монет.

  Идеи, лежащие в основе современного физико – химического анализа, были выдвинуты впервые М.В. Ломоносовым. Именно он указал на важность наблюдений, связанных с тем, «сколько и в какую сторону изменилось каждое свойство при изменении каждой составной части чтобы, наконец, из сопоставления того и другого можно было выяснить природу и истинную причину их».

Физико – химический анализ получил развитие в трудах Д.П.Коновалова и Д. И. Менделеева. В одной из своих  капитальных работ «Исследование  водных растворов по удельному весу»  Д.И.Менделеев писал, что «изучение  растворов должно, во-первых, связать  разнообразнейшие физические и химические свойства веществ в такой связи, какую мы видим давно, но какую  в растворах удобно уловить; во-вторых. Что лишь с изучением многих свойств растворов можно будет сделать уверенное суждение об их химическом строении»

Комментируя работы Д.И. Менделеева по растворам, К.П. Мищенко подчеркнул, что «во многих своих трудах он (Д.И.Менделеев) указывает на необходимость наблюдения диффузий, насыщения (растворимости). «гальванопроводности», давления паров показателей преломления,  вращательной способности, теплот образования и других свойств растворов».

Результаты физико – химического  анализа системы обобщаются в  ее диаграмме состояния. Широкое  применение находят диаграммы, выражающие зависимость температуры плавления от состава сплавов металлов или солевых систем. Экпериментальные данные для построения этих диаграмм получают методом термического анализа. Этот метод впервые применен Н.С.Черновым, исследования которого положили основу современному металловедению. Большое значение в развитии физико – химического анализа сплавов имеют труды П.П.Аносова.

Дальнейшие исследования в области физико – химического  анализа, в результате которых эта  дисциплина приобрела право на самостоятельное  существование, связаны с трудами  академика Н.С. Курнакова и его  школы. Теория физико – химического  анализа базируется на работах Гиббса, Вант-Гоффа, Ле Шателье, Таммана и  др.

Особенно интенсивное  развитие физико – химических методов анализа и расширение областей применения их происходят в последнее время. Это связано не только с особой сложностью задач, стоящих сейчас перед аналитической химией, но и с теми возможностями, которые для этого представляет современное приборостроение, электроника и автоматика. Принципиально каждое из свойств системы может быть использовано для ее исследования и определения состава, если будет найден надежный способ его измерения и сопоставления с химическими изменениями в системе. Это предопределяет дальнейшее развитие  физико- химических методов анализа, появление всеновых и новых методов и их модификаций.

Революция в инструментальных методах произошла в 30-е годы ХХ века. Это связано с бурным развитием  электроники в то время.  [4]

 

Общая характеристика физико-химических методов анализа.

Физико-химическими называют методы качественного и количественного анализа, основанные на измерении различных физических величин, изменение которых обусловлено химическими реакциями. Их вместе с физическими методами анализа   называют инструментальными, т.к. они требуют применения приборов и измерительных устройств. [5]

Сущность физико-химического анализа, созданного на основе трудов Д.И.Менделеева, Я.Г. Ван-Гоффа, Н.С. Курнакова и других ученых, заключается в изучении соотношении между составом и свойствами химических равновесных систем. [3]

      В основе физико-химических методов количественного анализа лежит химическая реакция или физико-химический процесс.

Характерная особенность  физических методов заключается  в том, что в них измеряют физические параметры без предварительного проведения химической реакции.

Задачей аналитической химии  является определение содержания тех  или иных веществ в исследуемой  системе наиболее быстрыми, точными  и рациональными методами. В зависимости от поставленных задач используется реакция, которая либо обнаруживает их присутствие, либо позволяет определить их количество в системе. В первом случае мы имеем дело с качественным, а во втором с количественным методом анализа.

Выбор метода является важной составной частью аналитической  задачи и определяется целью анализа, а так же другими условиями. Все  применяемые ныне методы можно разделить  на химические, физические и физико-химические методы. Критериями для оценки и выбора методов анализа служат их метрологические характеристики:

- воспроизводимость

- предел обнаружения (чувствительность)

- верхняя и нижняя границы  определяемых содержаний

Химические методы анализа  основаны на химических свойствах веществ, на непосредственных результатах их способности принимать участие в какой-либо специфической химической реакции.

Физико-химические методы анализа основаны на взаимосвязи между составом системы и ее физическими и физико-химическими свойствами. Решение аналитической задачи физико-химическими методами обычно разбивается на следующие этапы:

1. приготовление стандартных  растворов (систем), отличающихся  друг от друга только содержанием  определяемого вещества.

2. количественная оценка (изменение величины) некоторого  свойства системы для каждого  из стандартных растворов.

3. Графическое выражение   установленной зависимости (построение  калибровочного графика) в координатах:  концентрация определяемого вещества (по оси абсцисс) – численное  выражение данного свойства (по  оси ординат).

4. Изменение выбранного  свойства для определенного раствора  и определение его концентрации  по калибровочному графику.

Физико-химические методы анализа  имеют следующие достоинства:

1) селективность: некоторые методы позволяют одновременно определять десятки компонентов, входящих в состав исследуемой системы;

2)  экспрессность - высокая скорость выполнения анализа;

3) предел обнаружения ниже, чем у химических методов. Физико-химическими методами можно проводить анализ при содержании компонента 10^-4 – 10^-5 % масс, химическими методами – 10^-1 – 10^-2 % масс;

4) физико-химические методы дают возможность работать с ненарушенными образцами, поэтому они нашли широкое применение в биологии и медицине.  [4], [3]

  

Классификация физико-химических методов анализа

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

• спектральные;
• электрохимические;
• хроматографические;
• Радиометрические;
• Масс-спектрометрические.

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, люминисценции 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, вольтамперметрии и т.д.

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

Радиометрическим анализом называют метод определения качественного и количественного состава вещества, основанный на использовании радиоактивных изотопов, обычно вводимых в реагенты или образующихся в анализируемом веществе под действием жёсткого облучения. Результаты радиометрического анализа получают по данным измерений радиоактивности продуктов реакции с помощью радиометрических приборов.

Масс – спектроскопический метод анализа основан на ионизации атомов и молекул изучаемого вещества и последующем разделении образующихся ионов в пространстве или во времени. Масс спектрометрия до настоящего времени является одним из основных методов получения информации о массах ядер и атомов и оценки распространенности изотопов в природе.  [6],[3].

 

4. а) Спектральные и другие оптические методы анализа.

Спектральные и другие оптические методы анализа основаны на использовании различных явлений  и эффектов, возникающих при взаимодействии вещества и электромагнитного излучения.