A fizikai-kémiai kutatást mint az analitikus kémia ágát széles körben alkalmazzák az emberi élet minden területén. Lehetővé teszik a kérdéses anyag tulajdonságainak tanulmányozását a minta összetételében lévő komponensek mennyiségi összetevőinek meghatározásával.
Anyagkutatás
A tudományos kutatás egy tárgy vagy jelenség ismerete fogalmak és ismeretek rendszerének megszerzése érdekében. A cselekvés elve szerint az alkalmazott módszerek a következőkre oszthatók:
- empirikus;
- szervezeti;
- értelmező;
- minőségi és kvantitatív elemzési módszerek.
Az empirikus kutatási módszerek a vizsgált tárgyat a külső megnyilvánulások oldaláról tükrözik, és magukban foglalják a megfigyelést, mérést, kísérletet, összehasonlítást. Az empirikus vizsgálat megbízható tényeken alapul, és nem jár mesterséges elemzési helyzetek létrehozásával.
Szervezési módszerek - összehasonlító, longitudinális, összetett. Az első egy objektum különböző időpontokban és körülmények között kapott állapotainak összehasonlítását jelenti. Longitudinális - az objektum megfigyelésehosszú távú kutatás. A komplex longitudinális és összehasonlító módszerek kombinációja.
Értelmezési módszerek – genetikai és szerkezeti. A genetikai változat magában foglalja egy tárgy fejlődésének tanulmányozását annak előfordulásának pillanatától kezdve. A szerkezeti módszer egy objektum szerkezetét vizsgálja és írja le.
Az analitikai kémia a kvalitatív és kvantitatív elemzés módszereivel foglalkozik. A kémiai vizsgálatok célja a vizsgált tárgy összetételének meghatározása.
Kvantitatív elemzési módszerek
Az analitikai kémia kvantitatív elemzésének segítségével meghatározzuk a kémiai vegyületek összetételét. Szinte minden alkalmazott módszer egy anyag kémiai és fizikai tulajdonságainak összetételétől való függésének vizsgálatán alapul.
A mennyiségi elemzés általános, teljes és részleges. Az Általános meghatározza az összes ismert anyag mennyiségét a vizsgált objektumban, függetlenül attól, hogy jelen vannak-e a készítményben vagy sem. A teljes elemzést a mintában lévő anyagok mennyiségi összetételének meghatározása különbözteti meg. A részleges opció csak a jelen kémiai vizsgálatban érdekelt komponensek tartalmát határozza meg.
Az elemzési módszertől függően a módszereknek három csoportja van: kémiai, fizikai és fizikai-kémiai. Mindegyik egy anyag fizikai vagy kémiai tulajdonságaiban bekövetkezett változáson alapul.
Kémiai kutatás
Ez a módszer az anyagok meghatározását célozza különféle mennyiségileg előforduló vegyi anyagokban.reakciók. Ez utóbbiaknak külső megnyilvánulásai vannak (elszíneződés, gáz, hő, üledék felszabadulása). Ezt a módszert széles körben használják a modern társadalom életének számos ágában. A vegyipari kutatólaboratórium elengedhetetlen a gyógyszeriparban, a petrolkémiai iparban, az építőiparban és sok más iparágban.
A kémiai kutatásoknak három típusa van. A gravimetria vagy tömegelemzés a mintában lévő vizsgált anyag mennyiségi jellemzőinek változásán alapul. Ez a lehetőség egyszerű és pontos eredményeket ad, de időigényes. Az ilyen típusú kémiai kutatási módszerekkel a szükséges anyagot csapadék vagy gáz formájában választják el a teljes összetételtől. Ezután szilárd, oldhatatlan fázisba hozzuk, szűrjük, mossuk, szárítjuk. Ezen eljárások után az alkatrészt lemérjük.
A titrimetria egy térfogati elemzés. A vegyi anyagok vizsgálata a vizsgált anyaggal reakcióba lépő reagens térfogatának mérésével történik. Koncentrációja előre ismert. A reagens térfogatát az ekvivalenciapont elérésekor mérjük. A gázanalízis során a felszabaduló vagy elnyelt gáz térfogatát határozzuk meg.
Ezen kívül gyakran alkalmaznak kémiai modellkutatást is. Vagyis létrejön a vizsgált objektum analógja, amely kényelmesebb a tanulmányozása.
Fizikai kutatás
Eltérően a megfelelő reakciók végrehajtásán alapuló kémiai kutatásoktól, a fizikai elemzési módszerek az anyagok azonos tulajdonságain alapulnak. Értükvégrehajtásához speciális eszközökre van szükség. A módszer lényege, hogy mérjük az anyag jellemzőiben a sugárzás hatására bekövetkező változásokat. A fizikális vizsgálat fő módszerei a refraktometria, polarimetria, fluorimetria.
A refraktometriát refraktométerrel végezzük. A módszer lényege az egyik közegből a másikba áthaladó fény törésének vizsgálatára redukálódik. A szög megváltoztatása ebben az esetben a közeg összetevőinek tulajdonságaitól függ. Így lehetővé válik a közeg összetételének és szerkezetének azonosítása.
A polarimetria egy optikai kutatási módszer, amely bizonyos anyagok azon képességét használja fel, hogy a lineárisan polarizált fény oszcillációs síkját elforgatják.
A fluorimetriához lézereket és higanylámpákat használnak, amelyek monokromatikus sugárzást hoznak létre. Egyes anyagok képesek fluoreszkálni (elnyelni és leadni az elnyelt sugárzást). A fluoreszcencia intenzitása alapján következtetést vonunk le az anyag mennyiségi meghatározásáról.
Fizikai és kémiai kutatások
A fizikai-kémiai kutatási módszerek különböző kémiai reakciók hatására regisztrálják az anyag fizikai tulajdonságaiban bekövetkező változásokat. Azon alapulnak, hogy a vizsgált tárgy fizikai jellemzői közvetlenül függenek a kémiai összetételétől. Ezek a módszerek bizonyos mérőműszerek használatát igénylik. A megfigyelést általában a hővezetőképességre, az elektromos vezetőképességre, a fényelnyelésre, a forráspontra és az olvadáspontra vonatkozóan végzik.
Az anyag fizikai-kémiai vizsgálataszéles körben használják nagy pontosságuk és az eredmények elérésének gyorsasága miatt. A modern világban az informatikai technológiák fejlődése miatt a kémiai módszerek alkalmazása nehezen alkalmazhatóvá vált. A fizikai-kémiai módszereket az élelmiszeriparban, a mezőgazdaságban, a kriminalisztika területén alkalmazzák.
Az egyik fő különbség a fizikai és kémiai módszerek és a kémiai módszerek között, hogy a reakció végét (az ekvivalenciapontot) mérőműszerekkel találjuk meg, és nem vizuálisan.
A fizikai és kémiai kutatás fő módszereinek a spektrális, elektrokémiai, termikus és kromatográfiás módszereket tekintik.
Az anyagelemzés spektrális módszerei
A spektrális elemzési módszerek alapja egy tárgy kölcsönhatása az elektromágneses sugárzással. Ez utóbbiak abszorpcióját, visszaverődését és szórását tanulmányozzák. A módszer másik neve optikai. Ez a kvalitatív és kvantitatív kutatás kombinációja. A spektrális elemzés lehetővé teszi az anyag kémiai összetételének, komponenseinek szerkezetének, mágneses mezőjének és egyéb jellemzőinek értékelését.
A módszer lényege, hogy meghatározzuk azokat a rezonanciafrekvenciákat, amelyeken az anyag reagál a fényre. Szigorúan egyediek minden egyes komponens esetében. Spektroszkóppal láthatja a spektrum vonalait, és meghatározhatja az anyag összetevőit. A spektrumvonalak intenzitása képet ad a mennyiségi jellemzőről. A spektrális módszerek osztályozása a spektrum típusán és a vizsgálat célján alapul.
Emissziós módszerlehetővé teszi az emissziós spektrumok tanulmányozását, és információt ad az anyag összetételéről. Az adatok megszerzéséhez elektromos ívkisülésnek vetik alá. Ennek a módszernek egy változata a lángfotometria. Az abszorpciós spektrumokat abszorpciós módszerrel vizsgáljuk. A fenti lehetőségek az anyag kvalitatív elemzésére vonatkoznak.
A kvantitatív spektrális elemzés összehasonlítja a vizsgált objektum spektrális vonalának intenzitását egy ismert koncentrációjú anyaggal. Ezek a módszerek magukban foglalják az atomabszorpciós, atomi fluoreszcencia és lumineszcencia elemzéseket, a turbidimetriát, a nefelometriát.
Az anyagok elektrokémiai elemzésének alapjai
Az elektrokémiai elemzés elektrolízist használ egy anyag tanulmányozására. A reakciókat vizes oldatban, elektródákon hajtjuk végre. Az egyik elérhető jellemzőt mérni kell. A vizsgálatot elektrokémiai cellában végzik. Ez egy olyan edény, amelybe elektrolitokat (ionos vezetőképességű anyagok), elektródákat (elektronikus vezetőképességű anyagokat) helyeznek el. Az elektródák és az elektrolitok kölcsönhatásba lépnek egymással. Ebben az esetben az áramot kívülről táplálják.
Elektrokémiai módszerek osztályozása
Osztályozza az elektrokémiai módszereket a fizikai és kémiai vizsgálatok alapjául szolgáló jelenségek alapján. Ezek a módszerek külső potenciállal és anélkül.
A konduktometria egy analitikai módszer, és a G elektromos vezetőképességet méri. A konduktometrikus elemzés általában váltakozó áramot használ. Konduktometrikus titrálás – többközös kutatási módszer. Ez a módszer a víz kémiai vizsgálatára használt hordozható konduktométerek gyártásának alapja.
A potenciometria végrehajtásakor egy reverzibilis galvánelem EMF-jét mérik. A kulometriás módszer az elektrolízis során elfogyasztott villamos energia mennyiségét határozza meg. A voltammetria az áram nagyságának az alkalmazott potenciáltól való függését vizsgálja.
Az anyagelemzés termikus módszerei
A termikus elemzés célja egy anyag fizikai tulajdonságainak hőmérséklet hatására bekövetkező változásának meghatározása. Ezeket a vizsgálati módszereket rövid időn belül, kis mennyiségű vizsgált mintával hajtják végre.
A termogravimetria a hőelemzés egyik módszere, amely a tárgy tömegében a hőmérséklet hatására bekövetkező változások regisztrálását veszi figyelembe. Ezt a módszert tartják az egyik legpontosabbnak.
Emellett a hőkutatási módszerek közé tartozik a kalorimetria, amely az anyag hőkapacitását határozza meg, az entalpimetria a hőkapacitás vizsgálata alapján. Ezek közé tartozik a dilatometria is, amely rögzíti a minta térfogatának változását a hőmérséklet hatására.
Kromatográfiás módszerek az anyagok elemzésére
A kromatográfiás módszer az anyagok elválasztásának egyik módja. A kromatográfiának sok fajtája létezik, a főbbek: gáz, eloszlás, redox, kicsapás, ioncsere.
A vizsgálati mintában lévő alkatrészek el vannak választva mozgó és álló közöttfázisok. Az első esetben folyadékokról vagy gázokról beszélünk. Az állófázis szorbens - szilárd anyag. A minta komponensei a mozgó fázisban az állófázis mentén mozognak. Az összetevők utolsó fázison való áthaladásának sebessége és ideje alapján ítéljük meg fizikai tulajdonságaikat.
Fizikai és kémiai kutatási módszerek alkalmazása
A fizikai és kémiai módszerek legfontosabb területe az egészségügyi-kémiai és igazságügyi-kémiai kutatás. Van köztük némi különbség. Az első esetben az elfogadott higiéniai szabványokat alkalmazzák az elvégzett elemzés értékeléséhez. Ezeket a minisztériumok határozzák meg. Az egészségügyi-kémiai kutatásokat a járványügyi szolgálat által megállapított eljárás szerint végzik. Az eljárás során olyan környezeti modelleket használnak, amelyek utánozzák az élelmiszerek tulajdonságait. A minta működési feltételeit is reprodukálják.
Az igazságügyi kémiai kutatások célja a kábító hatású, erős anyagok és mérgek mennyiségi kimutatása az emberi szervezetben, élelmiszerekben, gyógyszerekben. A vizsgálatot bírósági végzés alapján végzik.
