Физико-химические методы анализа, их классификация и основные приёмы
Физико-химические методы анализа (ФХМА) основаны на использовании зависимости физических свойств веществ (например, светопоглощения, электрической проводимости и т.д.) от их химического состава. Иногда в литературе от ФХМА отделяют физические методы анализа, подчёркивая тем самым, что в ФХМА используется химическая реакция, а в физических - нет. Физические методы анализа и ФХМА, главным образом в западной литературе, называют инструментальными, так как они обычно требуют применения приборов, измерительных инструментов. Инструментальные методы анализа в основном имеют свою собственную теорию, отличную от теории методов химического (классического) анализа (титриметрии и гравиметрии). Базисом этой теории является взаимодействие вещества с потоком энергии.
При использовании ФХМА для получения информации о химическом составе вещества исследуемый образец подвергают воздействию какого-либо вида энергии. В зависимости от вида энергии в веществе происходит изменение энергетического состояния составляющих его частиц (молекул, ионов, атомов), выражающееся в изменении того или иного свойства (например окраски, магнитных свойств и т.п.). Регистрируя изменение этого свойства как аналитический сигнал, получают информацию о качественном и количественном составе исследуемого объекта или о его структуре.
По виду энергии возмущения и измеряемого свойства (аналитического сигнала) ФХМА можно классифицировать следующим образом (табл.2.1.1).
Кроме перечисленных в таблице существует множество других частных ФХМА, не подпадающих под данную классификацию.
Наибольшее практическое применение имеют оптические, хроматографические и потенциометрические методы анализа.
Таблица 2.1.1.
|
Вид энергии возмущения |
Измеряемое свойство |
Название метода |
Название группы методов |
|
Поток электронов (эле-ктрохимические реак-ции в растворах и на электродах) |
Напряжение, потенциал |
Потенциометрия |
Электрохимические |
|
Ток поляризации электродов |
Вольтамперо - метрия, полярография | ||
|
Сила тока |
Амперометрия | ||
|
Сопротивление, проводимость |
Кондуктометрия | ||
|
Импеданс (сопротивление переменному току, ёмкость) |
Осциллометрия, высокочастотная кондуктометрия | ||
|
Количество электричества |
Кулонометрия | ||
|
Масса продукта электрохимической реакции |
Электрограви-метрия | ||
|
Диэлектрическая проницаемость |
Диэлкометрия | ||
|
Электромагнитное излучение |
Длина волны и интенсивность спектральной линии в инфракрасной, видимой и ультрафиолетовой частях спектра =10-3 .10-8 м |
Оптические методы (ИК - спектро-скопия, атомно-эмиссионный анализ, атомно-абсорбционный анализ, фотомет-рия, люминис - центный анализ, турбидиметрия, нефелометрия) |
Спектральные |
|
То же, в рентгеновской области спектра =10-8 .10-11 м |
Рентгеновская фотоэлектронная, оже-спектроско-пия | ||
|
Времена релаксации и химический сдвиг |
Спектроскопия ядерномагнитного (ЯМР) и электронного парамагнитного (ЭПР) резонанса | ||
|
Теплота |
Температура |
Термический анализ |
Тепловые |
|
Термограви - метрия | |||
|
Количество теплоты |
Калориметрия | ||
|
Энтальпия |
Термометрический анализ (энтальпиметрия) | ||
|
Механические свойства |
Дилатометрия | ||
|
Энергия химических и физических (Ван-дер-Ваальсо-вые силы) взаимодействий |
Электропроводность Теплопроводность Ток ионизации |
Газовая, жидкостная, осадочная, ионообменная, гельпроникающая хроматографии |
Хроматографические |
По сравнению с классическими химическими методами ФХМА отличаются меньшим пределом обнаружения, временем и трудоёмкостью. ФХМА позволяют проводить анализ на расстоянии, автоматизировать процесс анализа и выполнять его без разрушения образца (недеструктивный анализ).
По способам определения различают прямые и косвенные ФХМА. В прямых методах количество вещества находят непосредственным пересчётом измеренного аналитического сигнала в количество вещества (массу, концентрацию) с помощью уравнения связи. В косвенных методах аналитический сигнал используется для установления конца химической реакции (как своеобразный индикатор), а количество определяемого вещества, вступившего в реакцию, находят с помощью закона эквивалентов, т.е. по уравнению, непосредственно не связанному с названием метода.
