ფიზიკურ-ქიმიური კვლევა, როგორც ანალიტიკური ქიმიის ფილიალი, ფართოდ გამოიყენება ადამიანის ცხოვრების ყველა სფეროში. ისინი საშუალებას გაძლევთ შეისწავლოთ საინტერესო ნივთიერების თვისებები ნიმუშის შემადგენლობაში შემავალი კომპონენტების რაოდენობრივი კომპონენტის განსაზღვრით.
სუბსტანციის კვლევა
სამეცნიერო კვლევა არის საგნის ან ფენომენის ცოდნა ცნებებისა და ცოდნის სისტემის მისაღებად. მოქმედების პრინციპის მიხედვით გამოყენებული მეთოდები იყოფა:
- ემპირიული;
- ორგანიზაციული;
- ინტერპრეტაცია;
- ხარისხობრივი და რაოდენობრივი ანალიზის მეთოდები.
ემპირიული კვლევის მეთოდები ასახავს შესასწავლ ობიექტს გარეგანი გამოვლინების მხრიდან და მოიცავს დაკვირვებას, გაზომვას, ექსპერიმენტს, შედარებას. ემპირიული კვლევა ეფუძნება სანდო ფაქტებს და არ გულისხმობს ხელოვნური სიტუაციების შექმნას ანალიზისთვის.
ორგანიზაციული მეთოდები - შედარებითი, გრძივი, კომპლექსური. პირველი გულისხმობს სხვადასხვა დროს და სხვადასხვა პირობებში მიღებული ობიექტის მდგომარეობების შედარებას. გრძივი - ობიექტზე დაკვირვებაკვლევა ხანგრძლივი დროის განმავლობაში. კომპლექსი არის გრძივი და შედარებითი მეთოდების ერთობლიობა.
ინტერპრეტაციის მეთოდები - გენეტიკური და სტრუქტურული. გენეტიკური ვარიანტი გულისხმობს ობიექტის განვითარების შესწავლას მისი გაჩენის მომენტიდან. სტრუქტურული მეთოდი სწავლობს და აღწერს ობიექტის სტრუქტურას.
ანალიტიკური ქიმია ეხება თვისებრივი და რაოდენობრივი ანალიზის მეთოდებს. ქიმიური კვლევები მიზნად ისახავს კვლევის ობიექტის შემადგენლობის დადგენას.
რაოდენობრივი ანალიზის მეთოდები
ანალიტიკურ ქიმიაში რაოდენობრივი ანალიზის დახმარებით დგინდება ქიმიური ნაერთების შემადგენლობა. თითქმის ყველა გამოყენებული მეთოდი ეფუძნება ნივთიერების ქიმიური და ფიზიკური თვისებების დამოკიდებულების შესწავლას მის შემადგენლობაზე.
რაოდენობრივი ანალიზი არის ზოგადი, სრული და ნაწილობრივი. ზოგადი განსაზღვრავს ყველა ცნობილი ნივთიერების რაოდენობას შესასწავლ ობიექტში, მიუხედავად იმისა, არის ისინი შემადგენლობაში თუ არა. სრული ანალიზი გამოირჩევა ნიმუშში შემავალი ნივთიერებების რაოდენობრივი შემადგენლობის აღმოჩენით. ნაწილობრივი ვარიანტი განსაზღვრავს მხოლოდ ამ ქიმიური კვლევისთვის საინტერესო კომპონენტების შინაარსს.
ანალიზის მეთოდიდან გამომდინარე გამოირჩევა მეთოდების სამი ჯგუფი: ქიმიური, ფიზიკური და ფიზიკურ-ქიმიური. ყველა მათგანი დაფუძნებულია ნივთიერების ფიზიკური ან ქიმიური თვისებების ცვლილებაზე.
ქიმიური კვლევა
ეს მეთოდი მიზნად ისახავს ნივთიერებების განსაზღვრას სხვადასხვა რაოდენობრივად წარმოქმნილ ქიმიკატებშირეაქციები. ამ უკანასკნელებს აქვთ გარეგანი გამოვლინებები (გაუფერულება, გაზის გამოყოფა, სითბო, ნალექი). ეს მეთოდი ფართოდ გამოიყენება თანამედროვე საზოგადოების ცხოვრების მრავალ ფილიალში. ქიმიური კვლევის ლაბორატორია აუცილებელია ფარმაცევტულ, ნავთობქიმიურ, სამშენებლო და ბევრ სხვა ინდუსტრიაში.
ქიმიური კვლევის სამი ტიპი არსებობს. გრავიმეტრია, ანუ წონის ანალიზი, ემყარება სინჯში საცდელი ნივთიერების რაოდენობრივი მახასიათებლების ცვლილებას. ეს ვარიანტი მარტივია და იძლევა ზუსტ შედეგებს, მაგრამ შრომატევადია. ამ ტიპის ქიმიური კვლევის მეთოდებით, საჭირო ნივთიერება გამოიყოფა მთლიანი შემადგენლობიდან ნალექის ან გაზის სახით. შემდეგ მოჰყავთ მყარ უხსნად ფაზაში, გაფილტრავენ, რეცხავენ, აშრობენ. ამ პროცედურების შემდეგ, კომპონენტი იწონება.
ტიტრიმეტრია არის მოცულობითი ანალიზი. ქიმიკატების შესწავლა ხდება რეაგენტის მოცულობის გაზომვით, რომელიც რეაგირებს შესწავლილ ნივთიერებასთან. მისი კონცენტრაცია წინასწარ არის ცნობილი. რეაგენტის მოცულობა იზომება ეკვივალენტური წერტილის მიღწევისას. გაზის ანალიზის დროს განისაზღვრება გამოთავისუფლებული ან შთანთქმის გაზის მოცულობა.
გარდა ამისა, ხშირად გამოიყენება ქიმიური მოდელის კვლევა. ანუ იქმნება შესასწავლი ობიექტის ანალოგი, რომელიც უფრო მოსახერხებელია შესასწავლად.
ფიზიკური კვლევა
განსხვავებით ქიმიური კვლევისგან, რომელიც დაფუძნებულია შესაბამისი რეაქციების განხორციელებაზე, ანალიზის ფიზიკური მეთოდები ეფუძნება ნივთიერებების იმავე თვისებებს. Მათთვისგანხორციელებისთვის საჭიროა სპეციალური მოწყობილობები. მეთოდის არსი არის გამოსხივების მოქმედებით გამოწვეული ნივთიერების მახასიათებლებში ცვლილებების გაზომვა. ფიზიკური გამოკვლევის ძირითადი მეთოდებია რეფრაქტომეტრია, პოლარიმეტრია, ფტორმეტრია.
რეფრაქტომეტრია ტარდება რეფრაქტომეტრის გამოყენებით. მეთოდის არსი მცირდება ერთი საშუალოდან მეორეზე გადასული სინათლის გარდატეხის შესწავლით. კუთხის შეცვლა ამ შემთხვევაში დამოკიდებულია საშუალო კომპონენტების თვისებებზე. ამრიგად, შესაძლებელი ხდება საშუალების შემადგენლობის და მისი სტრუქტურის იდენტიფიცირება.
პოლარიმეტრია არის ოპტიკური კვლევის მეთოდი, რომელიც იყენებს გარკვეული ნივთიერებების უნარს ბრუნავენ წრფივი პოლარიზებული სინათლის რხევის სიბრტყეში.
ფტორიმეტრიისთვის გამოიყენება ლაზერები და ვერცხლისწყლის ნათურები, რომლებიც ქმნიან მონოქრომატულ გამოსხივებას. ზოგიერთ ნივთიერებას აქვს ფლუორესცენციის უნარი (შთანთქავს და გამოსცემს შთანთქმის გამოსხივებას). ფლუორესცენციის ინტენსივობიდან გამომდინარე კეთდება დასკვნა ნივთიერების რაოდენობრივი განსაზღვრის შესახებ.
ფიზიკური და ქიმიური კვლევა
ფიზიკურ-ქიმიური კვლევის მეთოდები აღრიცხავს ნივთიერების ფიზიკურ თვისებებს სხვადასხვა ქიმიური რეაქციების გავლენის ქვეშ. ისინი ეფუძნება შესწავლილი ობიექტის ფიზიკური მახასიათებლების პირდაპირ დამოკიდებულებას მის ქიმიურ შემადგენლობაზე. ეს მეთოდები მოითხოვს ზოგიერთი საზომი ხელსაწყოს გამოყენებას. როგორც წესი, დაკვირვება ტარდება თბოგამტარობის, ელექტრული გამტარობის, სინათლის შთანთქმის, დუღილისა და დნობის წერტილისთვის.
მატერიის ფიზიკურ-ქიმიური კვლევებიფართოდ გამოიყენება მათი მაღალი სიზუსტისა და შედეგების მიღების სიჩქარის გამო. თანამედროვე მსოფლიოში, IT ტექნოლოგიების განვითარების გამო, ქიმიური მეთოდების გამოყენება რთული გახდა. ფიზიკურ-ქიმიური მეთოდები გამოიყენება კვების მრეწველობაში, სოფლის მეურნეობაში, სასამართლო ექსპერტიზაში.
ერთ-ერთი მთავარი განსხვავება ფიზიკურ და ქიმიურ მეთოდებსა და ქიმიურ მეთოდებს შორის არის ის, რომ რეაქციის დასასრული (ეკვივალენტობის წერტილი) გვხვდება საზომი ხელსაწყოების გამოყენებით და არა ვიზუალურად.
ფიზიკური და ქიმიური კვლევის ძირითად მეთოდებად ითვლება სპექტრული, ელექტროქიმიური, თერმული და ქრომატოგრაფიული მეთოდები.
ნივთიერების ანალიზის სპექტრული მეთოდები
ანალიზის სპექტრული მეთოდების საფუძველია ობიექტის ურთიერთქმედება ელექტრომაგნიტურ გამოსხივებასთან. შესწავლილია ამ უკანასკნელის შეწოვა, ასახვა და გაფანტვა. მეთოდის კიდევ ერთი სახელია ოპტიკური. ეს არის თვისებრივი და რაოდენობრივი კვლევის ერთობლიობა. სპექტრული ანალიზი საშუალებას გაძლევთ შეაფასოთ ნივთიერების ქიმიური შემადგენლობა, კომპონენტების სტრუქტურა, მაგნიტური ველი და სხვა მახასიათებლები.
მეთოდის არსი მდგომარეობს იმაში, რომ დადგინდეს რეზონანსული სიხშირეები, რომლებზეც ნივთიერება რეაგირებს სინათლეზე. ისინი მკაცრად ინდივიდუალურია თითოეული კომპონენტისთვის. სპექტროსკოპით შეგიძლიათ ნახოთ სპექტრის ხაზები და განსაზღვროთ ნივთიერების შემადგენელი ნაწილები. სპექტრალური ხაზების ინტენსივობა იძლევა წარმოდგენას რაოდენობრივი მახასიათებლის შესახებ. სპექტრული მეთოდების კლასიფიკაცია ეფუძნება სპექტრის ტიპს და კვლევის მიზანს.
ემისიის მეთოდისაშუალებას გაძლევთ შეისწავლოთ ემისიის სპექტრები და გვაწვდით ინფორმაციას ნივთიერების შემადგენლობის შესახებ. მონაცემების მისაღებად მას ექვემდებარება ელექტრული რკალის გამონადენი. ამ მეთოდის ვარიაციაა ფლეიმის ფოტომეტრია. შთანთქმის სპექტრები შესწავლილია შთანთქმის მეთოდით. ზემოაღნიშნული ვარიანტები ეხება ნივთიერების ხარისხობრივ ანალიზს.
რაოდენობრივი სპექტრული ანალიზი ადარებს შესწავლილი ობიექტის სპექტრული ხაზის ინტენსივობას და ცნობილი კონცენტრაციის სუბსტანციას. ეს მეთოდები მოიცავს ატომური შთანთქმის, ატომური ფლუორესცენციის და ლუმინესცენციის ანალიზს, ტურბიდიმეტრიას, ნეფელომეტრიას.
ნივთიერებების ელექტროქიმიური ანალიზის საფუძვლები
ელექტროქიმიური ანალიზი იყენებს ელექტროლიზს ნივთიერების შესასწავლად. რეაქციები ხორციელდება წყალხსნარში ელექტროდებზე. ერთ-ერთი ხელმისაწვდომი მახასიათებელია გასაზომი. კვლევა ტარდება ელექტროქიმიურ უჯრედში. ეს არის ჭურჭელი, რომელშიც მოთავსებულია ელექტროლიტები (იონური გამტარობის მქონე ნივთიერებები), ელექტროდები (ელექტრონული გამტარობის მქონე ნივთიერებები). ელექტროდები და ელექტროლიტები ურთიერთქმედებენ ერთმანეთთან. ამ შემთხვევაში დენი მიეწოდება გარედან.
ელექტროქიმიური მეთოდების კლასიფიკაცია
ელექტროქიმიური მეთოდების კლასიფიკაცია იმ ფენომენებზე დაყრდნობით, რომლებსაც ეფუძნება ფიზიკური და ქიმიური კვლევები. ეს არის მეთოდები გარე პოტენციალით და გარეშე.
კონდუქტომეტრია არის ანალიტიკური მეთოდი და ზომავს ელექტროგამტარობას G. კონდუქტომეტრიული ანალიზი ძირითადად იყენებს ალტერნატიულ დენს. კონდუქტომეტრიული ტიტრაცია – მეტისაერთო კვლევის მეთოდი. ეს მეთოდი არის საფუძველი პორტატული კონდუქტომეტრების წარმოებისთვის, რომლებიც გამოიყენება წყლის ქიმიური კვლევებისთვის.
პოტენციომეტრიის ჩატარებისას იზომება შექცევადი გალვანური უჯრედის EMF. კულომეტრიის მეთოდი განსაზღვრავს ელექტროლიზის დროს მოხმარებული ელექტროენერგიის რაოდენობას. ვოლტამეტრია იკვლევს დენის სიდიდის დამოკიდებულებას გამოყენებულ პოტენციალზე.
ნივთიერების ანალიზის თერმული მეთოდები
თერმული ანალიზი მიზნად ისახავს ნივთიერების ფიზიკური თვისებების ცვლილების დადგენას ტემპერატურის გავლენის ქვეშ. ტესტის ეს მეთოდები ტარდება მოკლე დროში და შესწავლილი ნიმუშის მცირე რაოდენობით.
თერმოგრავიმეტრია არის თერმული ანალიზის ერთ-ერთი მეთოდი, რომელიც აღრიცხავს საგნის მასის ცვლილებას ტემპერატურის გავლენის ქვეშ. ეს მეთოდი ითვლება ერთ-ერთ ყველაზე ზუსტად.
გარდა ამისა, თერმული კვლევის მეთოდებს მიეკუთვნება კალორიმეტრია, რომელიც განსაზღვრავს ნივთიერების თბოტევადობას, ენტალპიმეტრიას, თბოტევადობის შესწავლის საფუძველზე. ასევე მათ შორის უნდა მივაწეროთ დილატომეტრია, რომელიც ასახავს ნიმუშის მოცულობის ცვლილებას ტემპერატურის გავლენის ქვეშ.
ნივთიერებების ანალიზის ქრომატოგრაფიული მეთოდები
ქრომატოგრაფიის მეთოდი არის ნივთიერებების გამოყოფის საშუალება. ქრომატოგრაფიის მრავალი სახეობა არსებობს, მათ შორის ძირითადია: გაზი, განაწილება, რედოქსი, ნალექი, იონური გაცვლა.
სატესტო ნიმუშში კომპონენტები გამოყოფილია მოძრავსა და სტაციონალურს შორისფაზები. პირველ შემთხვევაში, საუბარია სითხეებზე ან აირებზე. სტაციონარული ფაზა არის სორბენტი - მყარი. ნიმუშის კომპონენტები მოძრაობენ მობილურ ფაზაში სტაციონარული ფაზის გასწვრივ. კომპონენტების ბოლო ფაზაში გავლის სიჩქარისა და დროის მიხედვით ფასდება მათი ფიზიკური თვისებები.
ფიზიკური და ქიმიური კვლევის მეთოდების გამოყენება
ფიზიკური და ქიმიური მეთოდების ყველაზე მნიშვნელოვანი სფეროა სანიტარიულ-ქიმიური და სასამართლო-ქიმიური კვლევა. მათ აქვთ გარკვეული განსხვავებები. პირველ შემთხვევაში, მიღებული ანალიზის შესაფასებლად გამოიყენება ჰიგიენური სტანდარტები. მათ ადგენენ სამინისტროები. სანიტარიულ-ქიმიური კვლევა ტარდება ეპიდემიოლოგიური სამსახურის მიერ დადგენილი წესით. პროცესი იყენებს ეკოლოგიურ მოდელებს, რომლებიც ასახავს საკვები პროდუქტების თვისებებს. ისინი ასევე ასახავს ნიმუშის საოპერაციო პირობებს.
სასამართლო-ქიმიური კვლევა მიზნად ისახავს ადამიანის ორგანიზმში ნარკოტიკული, ძლიერი ნივთიერებებისა და შხამების რაოდენობრივ გამოვლენას, საკვებ პროდუქტებს, მედიკამენტებს. ექსპერტიზა ტარდება სასამართლოს განჩინებით.
