ამჟამად ბევრი სპეციალისტია, რომლებმაც თავი მიუძღვნეს ფიზიკურ ან ქიმიურ მეცნიერებებს და ზოგჯერ ორივეს. მართლაც, ფენომენების უმეტესობა ლოგიკურად აიხსნება ზუსტად ასეთი ექსპერიმენტებით. ჩვენ უფრო დეტალურად განვიხილავთ ფიზიკური კვლევის მეთოდებს.
ანალიზის მეთოდები ანალიტიკურ ქიმიაში
ანალიტიკური ქიმია არის მეცნიერება ქიმიური ნივთიერებების გამოვლენის, გამოყოფისა და იდენტიფიცირების შესახებ. ნაერთებთან გარკვეული ოპერაციების ჩასატარებლად გამოიყენება ანალიზის ქიმიური, ფიზიკური და ფიზიკურ-ქიმიური მეთოდები. ამ უკანასკნელ მეთოდს ასევე უწოდებენ ინსტრუმენტულს, რადგან მისი გამოყენება მოითხოვს თანამედროვე ლაბორატორიულ აღჭურვილობას. ის იყოფა სპექტროსკოპიულ, ბირთვულ ფიზიკურ და რადიოქიმიურ ჯგუფებად.
გარდა ამისა, ქიმიაში შეიძლება იყოს სხვადასხვა ტიპის პრობლემები, რომლებიც საჭიროებენ ინდივიდუალურ გადაწყვეტას. აქედან გამომდინარე, არსებობს ხარისხობრივი (ნივთიერების დასახელების და ფორმის განსაზღვრა) და რაოდენობრივი (განსაზღვრა, თუ რამდენ ნივთიერებას შეიცავს ალიქვოტი ან ნიმუში) ანალიზის მეთოდები.
რაოდენობრივი ანალიზის მეთოდები
ისინი საშუალებას გაძლევთ განსაზღვროთ ორიგინალური ნივთიერების შემცველობა ნიმუშში. საერთო ჯამში არსებობს რაოდენობრივი ანალიზის ქიმიური, ფიზიკურ-ქიმიური და ფიზიკური მეთოდები.
რაოდენობრივი ანალიზის ქიმიური მეთოდები
ისინი იყოფა:
- წონის ანალიზი, რომელიც საშუალებას გაძლევთ განსაზღვროთ ნივთიერების შემცველობა ანალიტიკურ ბალანსზე აწონით და შემდგომი ოპერაციების განხორციელებით.
- მოცულობის ანალიზი, რომელიც მოიცავს ნივთიერებების მოცულობის გაზომვას სხვადასხვა აგრეგატულ მდგომარეობაში ან ხსნარში.
თავის მხრივ, ის იყოფა შემდეგ ქვეთავებად:
- მოცულობითი ტიტრიმეტრული ანალიზი გამოიყენება რეაგენტის ცნობილ კონცენტრაციაზე, რეაქცია, რომლითაც მოიხმარება საჭირო ნივთიერება და შემდეგ იზომება მოხმარებული მოცულობა;
- მოცულობითი აირის მეთოდი არის აირის ნარევების ანალიზი, სადაც თავდაპირველი ნივთიერება შეიწოვება მეორეს მიერ.
- მოცულობითი დანალექი (ლათინური sedimentum-დან - "ნასახლარი") ეფუძნება სტრატიფიკაციას დისპერსიული სისტემის მიერ გრავიტაციის შედეგად. ამას თან ახლავს ნალექი, რომლის მოცულობა იზომება ცენტრიფუგის მილის გამოყენებით.
ქიმიური მეთოდები ყოველთვის არ არის მოსახერხებელი გამოსაყენებლად, ვინაიდან ხშირად საჭიროა ნარევის გამოყოფა სასურველი კომპონენტის იზოლირებისთვის. ასეთი ოპერაციის ჩასატარებლად ქიმიური რეაქციების გამოყენების გარეშე გამოიყენება ანალიზის ფიზიკური მეთოდები. და ამის შედეგად ნაერთის ფიზიკური თვისებების ცვლილებაზე დაკვირვებარეაქციების განხორციელება - ფიზიკური და ქიმიური.
რაოდენობრივი ანალიზის ფიზიკური მეთოდები
ისინი გამოიყენება მრავალი ლაბორატორიული კვლევის დროს. ანალიზის ფიზიკური მეთოდები მოიცავს:
- სპექტროსკოპიული - ეფუძნება შესწავლილი ნაერთის ატომების, მოლეკულების, იონების ურთიერთქმედებას ელექტრომაგნიტურ გამოსხივებასთან, რის შედეგადაც ხდება ფოტონების შთანთქმა ან გამოყოფა.
- ბირთვულ-ფიზიკური მეთოდი შედგება შესასწავლი ნივთიერების ნიმუშის ნეიტრონული ნაკადის ზემოქმედებაში, რომლის შესწავლითაც, ექსპერიმენტის შემდეგ, შესაძლებელია გაზომვით დადგინდეს ნიმუშში შემავალი ელემენტების რაოდენობრივი შემცველობა. რადიოაქტიური გამოსხივება. ეს მუშაობს, რადგან ნაწილაკების აქტივობის რაოდენობა პირდაპირპროპორციულია შესწავლილი ელემენტის კონცენტრაციასთან.
- რადიოქიმიური მეთოდი არის გარდაქმნების შედეგად წარმოქმნილი რადიოაქტიური იზოტოპების ნივთიერების შემცველობის განსაზღვრა.
რაოდენობრივი ანალიზის ფიზიკურ-ქიმიური მეთოდები
რადგან ეს მეთოდები არის ნივთიერების ანალიზის ფიზიკური მეთოდების მხოლოდ ნაწილი, ისინი ასევე იყოფა კვლევის სპექტროსკოპიულ, ბირთვულ-ფიზიკურ და რადიოქიმიურ მეთოდებად.
ხარისხობრივი ანალიზის მეთოდები
ანალიტიკურ ქიმიაში ნივთიერების თვისებების შესასწავლად, მისი ფიზიკური მდგომარეობის, ფერის, გემოს, სუნის დასადგენად გამოიყენება თვისებრივი ანალიზის მეთოდები, რომლებიც, თავის მხრივ, იყოფა იმავე ქიმიურ, ფიზიკურად. და ფიზიკურ-ქიმიური (ინსტრუმენტული).უფრო მეტიც, ანალიტიკურ ქიმიაში უპირატესობა ენიჭება ანალიზის ფიზიკურ მეთოდებს.
ქიმიური მეთოდები ტარდება ორი გზით: რეაქცია ხსნარში და რეაქცია მშრალ გზაზე.
სველი გზით რეაქციები
ხსნარებში რეაქციებს აქვს გარკვეული პირობები, რომელთაგან ერთი ან მეტი უნდა დაკმაყოფილდეს:
- უხსნადი ნალექის წარმოქმნა.
- ხსნარის ფერის შეცვლა.
- აიროვანი ნივთიერების ევოლუცია.
ნალექის წარმოქმნა შეიძლება მოხდეს, მაგალითად, ბარიუმის ქლორიდის (BaCl2) და გოგირდმჟავას (H2SO4) ურთიერთქმედების შედეგად. რეაქციის პროდუქტებია მარილმჟავა (HCl) და წყალში უხსნადი თეთრი ნალექი - ბარიუმის სულფატი (BaSO4). მაშინ შესრულდება ქიმიური რეაქციის წარმოქმნის აუცილებელი პირობა. ზოგჯერ რეაქციის პროდუქტები შეიძლება იყოს რამდენიმე ნივთიერება, რომლებიც უნდა გამოიყოს ფილტრაციით.
ქიმიური ურთიერთქმედების შედეგად ხსნარის ფერის შეცვლა ანალიზის ძალიან მნიშვნელოვანი მახასიათებელია. ეს ყველაზე ხშირად შეინიშნება რედოქს პროცესებთან მუშაობისას ან მჟავა-ტუტოვანი ტიტრირების პროცესში ინდიკატორების გამოყენებისას. ნივთიერებები, რომლებსაც შეუძლიათ ხსნარის შესაბამისი ფერით შეღებვა, მოიცავს: კალიუმის თიოციანატი KSCN (მისი ურთიერთქმედება რკინის III მარილებთან თან ახლავს ხსნარის სისხლის წითელი შეფერილობას), რკინის ქლორიდი (ქლორის წყალთან ურთიერთქმედებისას სუსტი მწვანე ფერი. ხსნარი ყვითლდება), კალიუმის დიქრომატი (როდესაც შემცირდება და გოგირდმჟავას ზემოქმედებით იცვლება ფორთოხლიდანმუქი მწვანე) და სხვა.
რეაქცია, რომელიც მიმდინარეობს გაზის გამოყოფით, არ არის ძირითადი და გამოიყენება იშვიათ შემთხვევებში. ლაბორატორიებში ყველაზე ხშირად წარმოებული ნახშირორჟანგი არის CO2.
მშრალი რეაქციები
ასეთი ურთიერთქმედება ტარდება გაანალიზებულ ნივთიერებაში მინარევების შემცველობის დასადგენად, მინერალების შესწავლისას და შედგება რამდენიმე ეტაპისგან:
- შედუღების ტესტი.
- ცეცხლის ფერის ტესტი.
- არასტაბილურობის ტესტი.
- რედოქსის რეაქციების უნარი.
ჩვეულებრივ, მინერალური ნივთიერებების დნობის უნარის ტესტირება ხდება მათი მცირე ნიმუშის წინასწარ გაცხელებით გაზის სანთურზე და დაკვირვებით მისი კიდეების დამრგვალებაზე გამადიდებელი შუშის ქვეშ.
იმისათვის, რომ შეამოწმოთ, თუ როგორ შეუძლია ნიმუშს ალი შეღებოს, იგი დაიტანეთ პლატინის მავთულზე ჯერ ცეცხლზე, შემდეგ კი იმ ადგილას, რომელიც ყველაზე მეტად თბება.
ნიმუშის არასტაბილურობა მოწმდება ანალიზის ცილინდრში, რომელიც თბება ტესტის ელემენტის შეყვანის შემდეგ.
რედოქსული პროცესების რეაქციები ყველაზე ხშირად ტარდება შერწყმული ბორაქსის მშრალ ბურთულებში, რომელშიც მოთავსებულია ნიმუში და შემდეგ ექვემდებარება გათბობას. ამ რეაქციის განხორციელების სხვა გზებიც არსებობს: გათბობა მინის მილში ტუტე ლითონებით - Na, K, მარტივი გათბობა ან გათბობა ნახშირზე და ასე შემდეგ.
ქიმიური მაჩვენებლების გამოყენება
ზოგჯერ ქიმიური ანალიზის მეთოდები სხვადასხვაგვარად გამოიყენებაინდიკატორები, რომლებიც ხელს უწყობენ ნივთიერების საშუალო pH-ის განსაზღვრას. ყველაზე ხშირად გამოყენებულია:
- ლაკმუსი. მჟავე გარემოში ინდიკატორი ლაკმუსის ქაღალდი წითლდება, ტუტე გარემოში კი ცისფერი.
- მეთილორანჟი. მჟავე იონის ზემოქმედებისას ის ვარდისფერდება, ტუტე - ყვითლდება.
- ფენოლფთალეინი. ტუტე გარემოში დამახასიათებელია წითელი შეფერილობისთვის, მჟავე გარემოში კი ფერი არ აქვს.
- კურკუმინი. იგი გამოიყენება ნაკლებად ხშირად, ვიდრე სხვა ინდიკატორები. ტუტეებთან ერთად ყავისფერდება და მჟავებით ყვითლდება.
ხარისხობრივი ანალიზის ფიზიკური მეთოდები
ამჟამად ისინი ხშირად გამოიყენება როგორც სამრეწველო, ისე ლაბორატორიულ კვლევებში. ანალიზის ფიზიკური მეთოდების მაგალითებია:
- სპექტრული, რომელიც უკვე განვიხილეთ ზემოთ. ის, თავის მხრივ, იყოფა ემისიის და შთანთქმის მეთოდებად. ნაწილაკების ანალიტიკური სიგნალიდან გამომდინარე, განასხვავებენ ატომურ და მოლეკულურ სპექტროსკოპიას. ემისიის დროს ნიმუში ასხივებს კვანტებს, ხოლო შთანთქმის დროს ნიმუშის მიერ გამოსხივებული ფოტონები შერჩევით შეიწოვება მცირე ნაწილაკებით - ატომებით და მოლეკულებით. ეს ქიმიური მეთოდი იყენებს ისეთ გამოსხივებას, როგორიცაა ულტრაიისფერი (UV) ტალღის სიგრძით 200-400 ნმ, ხილული 400-800 ნმ ტალღის სიგრძით და ინფრაწითელი (IR) ტალღის სიგრძით 800-40000 ნმ. რადიაციის ასეთ უბნებს სხვაგვარად უწოდებენ "ოპტიკურ დიაპაზონს".
- ლუმინესცენტური (ფლუორესცენტური) მეთოდი მოიცავს შესწავლილი ნივთიერების მიერ სინათლის ემისიაზე დაკვირვებას.ულტრაიისფერი სხივების ზემოქმედება. ტესტის ნიმუში შეიძლება იყოს ორგანული ან მინერალური ნაერთი, ასევე ზოგიერთი მედიკამენტი. ულტრაიისფერი გამოსხივების ზემოქმედებისას ამ ნივთიერების ატომები გადადიან აღგზნებულ მდგომარეობაში, რომელსაც ახასიათებს შთამბეჭდავი ენერგიის რეზერვი. ნორმალურ მდგომარეობაზე გადასვლისას ნივთიერება ანათებს ნარჩენი ენერგიის გამო.
- რენტგენის დიფრაქციული ანალიზი ტარდება, როგორც წესი, რენტგენის გამოყენებით. ისინი გამოიყენება ატომების ზომის დასადგენად და მათი განლაგების სხვა ნიმუშის მოლეკულებთან შედარებით. ამრიგად, აღმოჩენილია ბროლის ბადე, ნიმუშის შემადგენლობა და ზოგიერთ შემთხვევაში მინარევების არსებობა. ეს მეთოდი იყენებს მცირე რაოდენობით ანალიზს ქიმიური რეაქციების გამოყენების გარეშე.
- მას-სპექტრომეტრული მეთოდი. ზოგჯერ ისეც ხდება, რომ ელექტრომაგნიტური ველი არ უშვებს გარკვეულ იონიზებულ ნაწილაკებს მასში გავლის საშუალებას, მასისა და მუხტის თანაფარდობის ძალიან დიდი სხვაობის გამო. მათი დასადგენად საჭიროა ანალიზის ეს ფიზიკური მეთოდი.
ამგვარად, ეს მეთოდები საკმაოდ მოთხოვნადია ჩვეულებრივ ქიმიურ მეთოდებთან შედარებით, რადგან მათ აქვთ მთელი რიგი უპირატესობები. თუმცა, ანალიზის ქიმიური და ფიზიკური მეთოდების კომბინაცია ანალიზურ ქიმიაში იძლევა კვლევის ბევრად უკეთეს და ზუსტ შედეგს.
ხარისხობრივი ანალიზის ფიზიკურ-ქიმიური (ინსტრუმენტული) მეთოდები
ამ კატეგორიებში შედის:
- ელექტროქიმიური მეთოდები, რომლებიც შედგება გაზომვისგანგალვანური უჯრედების ელექტრომამოძრავებელი ძალები (პოტენციომეტრია) და ხსნარების ელექტრული გამტარობა (კონდუქტომეტრია), აგრეთვე ქიმიური პროცესების მოძრაობისა და დანარჩენი შესწავლისას (პოლაროგრაფია).
- ემისიის სპექტრული ანალიზი, რომლის არსი არის ელექტრომაგნიტური გამოსხივების ინტენსივობის განსაზღვრა სიხშირის შკალაზე.
- ფოტომეტრიული მეთოდი.
- რენტგენის სპექტრალური ანალიზი, რომელიც იკვლევს რენტგენის სპექტრებს, რომლებიც გაიარა ნიმუშზე.
- რადიოაქტიურობის გაზომვის მეთოდი.
- ქრომატოგრაფიული მეთოდი ეფუძნება ნივთიერების სორბციისა და დეზორბციის განმეორებით ურთიერთქმედებას, როდესაც ის მოძრაობს უმოძრაო სორბენტის გასწვრივ.
თქვენ უნდა იცოდეთ, რომ ძირითადად ქიმიაში ანალიზის ფიზიკურ-ქიმიური და ფიზიკური მეთოდები გაერთიანებულია ერთ ჯგუფში, ასე რომ, როდესაც ისინი ცალკე განიხილება, მათ ბევრი საერთო აქვთ.
ნივთიერებების გამოყოფის ფიზიკურ-ქიმიური მეთოდები
ძალიან ხშირად ლაბორატორიებში არის სიტუაციები, როდესაც შეუძლებელია საჭირო ნივთიერების ამოღება მეორისგან გამოყოფის გარეშე. ასეთ შემთხვევებში გამოიყენება ნივთიერებების გამოყოფის მეთოდები, რომლებიც მოიცავს:
- ექსტრაქცია - მეთოდი, რომლის საშუალებითაც ხდება საჭირო ნივთიერების ამოღება ხსნარიდან ან ნარევიდან ექსტრაქტორის (შესაბამისი გამხსნელის) საშუალებით.
- ქრომატოგრაფია. ეს მეთოდი გამოიყენება არა მხოლოდ ანალიზისთვის, არამედ მობილურ და სტაციონარულ ფაზაში მყოფი კომპონენტების გამოყოფისთვის.
- გამოყოფა იონური გაცვლით. Როგორც შედეგისასურველ ნივთიერებას შეუძლია დალექოს, წყალში უხსნადი და შემდეგ გამოყოს ცენტრიფუგირებით ან ფილტრაციით.
- კრიოგენული გამოყოფა გამოიყენება ჰაერიდან აირისებრი ნივთიერებების ამოსაღებად.
- ელექტროფორეზი არის ნივთიერებების გამოყოფა ელექტრული ველის მონაწილეობით, რომლის გავლენითაც ნაწილაკები, რომლებიც არ ერევა ერთმანეთს, მოძრაობენ თხევად ან აირისებრ გარემოში.
ამგვარად, ლაბორანტი ყოველთვის შეძლებს მიიღოს საჭირო ნივთიერება.
