Physikalisch-chemische Forschung als Zweig der analytischen Chemie ist in allen Bereichen des menschlichen Lebens weit verbreitet. Sie ermöglichen es Ihnen, die Eigenschaften einer interessierenden Substanz zu untersuchen, indem Sie die quantitative Komponente der Komponenten in der Zusammensetzung der Probe bestimmen.
Stoffforschung
Wissenschaftliche Forschung ist das Wissen über ein Objekt oder Phänomen, um ein System von Konzepten und Wissen zu erh alten. Nach dem Wirkprinzip werden die angewandten Methoden eingeteilt in:
- empirisch;
- organisatorisch;
- interpretativ;
- Methoden der qualitativen und quantitativen Analyse.
Empirische Forschungsmethoden spiegeln das untersuchte Objekt von der Seite äußerer Manifestationen her wider und beinh alten Beobachtung, Messung, Experiment, Vergleich. Die empirische Studie basiert auf zuverlässigen Fakten und beinh altet nicht die Schaffung künstlicher Situationen für die Analyse.
Organisationsmethoden - vergleichend, längsschnittlich, komplex. Die erste impliziert einen Vergleich der Zustände eines Objekts, die zu verschiedenen Zeiten und unter verschiedenen Bedingungen erh alten wurden. Längs - Beobachtung des ObjektsForschung über einen langen Zeitraum. Complex ist eine Kombination aus Längsschnitt- und Vergleichsmethoden.
Interpretationsmethoden - genetisch und strukturell. Die genetische Variante beinh altet die Untersuchung der Entwicklung eines Objekts ab dem Moment seines Auftretens. Die Strukturmethode untersucht und beschreibt die Struktur eines Objekts.
Die Analytische Chemie befasst sich mit Methoden der qualitativen und quantitativen Analyse. Chemische Studien zielen darauf ab, die Zusammensetzung des Untersuchungsgegenstandes zu bestimmen.
Quantitative Analysemethoden
Mit Hilfe der quantitativen Analytik in der analytischen Chemie wird die Zusammensetzung chemischer Verbindungen bestimmt. Fast alle verwendeten Methoden basieren auf der Untersuchung der Abhängigkeit der chemischen und physikalischen Eigenschaften eines Stoffes von seiner Zusammensetzung.
Quantitative Analyse ist allgemein, vollständig und teilweise. Allgemein wird die Menge aller bekannten Substanzen im Untersuchungsobjekt bestimmt, unabhängig davon, ob sie in der Zusammensetzung vorhanden sind oder nicht. Eine vollständige Analyse zeichnet sich dadurch aus, dass die quantitative Zusammensetzung der in der Probe enth altenen Substanzen ermittelt wird. Die partielle Option definiert nur den Inh alt der Komponenten, die in dieser chemischen Studie von Interesse sind.
Je nach Analysemethode gibt es drei Gruppen von Methoden: chemische, physikalische und physikalisch-chemische. Allen liegt eine Veränderung der physikalischen oder chemischen Eigenschaften eines Stoffes zugrunde.
Chemische Forschung
Diese Methode zielt auf die Bestimmung von Stoffen in verschiedenen quantitativ vorkommenden Chemikalien abReaktionen. Letztere haben äußere Manifestationen (Verfärbung, Gasfreisetzung, Hitze, Sediment). Diese Methode ist in vielen Lebensbereichen der modernen Gesellschaft weit verbreitet. Das chemische Forschungslabor ist ein Muss in der pharmazeutischen, petrochemischen, Bau- und vielen anderen Branchen.
Es gibt drei Arten von chemischer Forschung. Die Gravimetrie oder Gewichtsanalyse basiert auf der Änderung der quantitativen Eigenschaften der Testsubstanz in der Probe. Diese Option ist einfach und liefert genaue Ergebnisse, ist aber zeitaufwändig. Bei dieser Art chemischer Forschungsmethoden wird die gesuchte Substanz in Form eines Niederschlags oder Gases aus der Gesamtzusammensetzung abgetrennt. Dann wird es in eine feste unlösliche Phase gebracht, filtriert, gewaschen, getrocknet. Nach diesen Vorgängen wird die Komponente gewogen.
Titrimetrie ist eine volumetrische Analyse. Die Untersuchung von Chemikalien erfolgt durch Messen des Volumens eines Reagens, das mit der zu untersuchenden Substanz reagiert. Seine Konzentration ist im Voraus bekannt. Das Reagenzvolumen wird gemessen, wenn der Äquivalenzpunkt erreicht ist. Bei der Gasanalyse wird das Volumen des freigesetzten oder aufgenommenen Gases bestimmt.
Darüber hinaus wird häufig auf chemische Modellforschung zurückgegriffen. Das heißt, es wird ein Analogon des zu untersuchenden Objekts erstellt, das bequemer zu untersuchen ist.
Physikalische Forschung
Im Gegensatz zur chemischen Forschung, die auf der Durchführung geeigneter Reaktionen basiert, basieren physikalische Analysemethoden auf den gleichen Eigenschaften von Substanzen. Für ihreDie Durchführung erfordert spezielle Geräte. Das Wesen der Methode besteht darin, Änderungen der Eigenschaften eines Stoffes zu messen, die durch die Einwirkung von Strahlung verursacht werden. Die wichtigsten Methoden der körperlichen Untersuchung sind Refraktometrie, Polarimetrie, Fluorimetrie.
Die Refraktometrie wird mit einem Refraktometer durchgeführt. Die Essenz der Methode reduziert sich auf die Untersuchung der Lichtbrechung, die von einem Medium zum anderen gelangt. Die Änderung des Winkels hängt dabei von den Eigenschaften der Mediumkomponenten ab. Daher wird es möglich, die Zusammensetzung des Mediums und seine Struktur zu identifizieren.
Polarimetrie ist eine optische Forschungsmethode, die die Fähigkeit bestimmter Substanzen nutzt, die Schwingungsebene von linear polarisiertem Licht zu drehen.
Für die Fluorimetrie werden Laser und Quecksilberlampen verwendet, die monochromatische Strahlung erzeugen. Einige Substanzen sind fluoreszenzfähig (absorbieren und geben die absorbierte Strahlung ab). Anhand der Fluoreszenzintensität wird auf die quantitative Bestimmung der Substanz geschlossen.
Physikalische und chemische Forschung
Physikalisch-chemische Forschungsmethoden registrieren Veränderungen der physikalischen Eigenschaften einer Substanz unter dem Einfluss verschiedener chemischer Reaktionen. Sie beruhen auf der direkten Abhängigkeit der physikalischen Eigenschaften des Untersuchungsobjekts von seiner chemischen Zusammensetzung. Diese Methoden erfordern die Verwendung einiger Messgeräte. In der Regel erfolgt die Beobachtung auf Wärmeleitfähigkeit, elektrische Leitfähigkeit, Lichtabsorption, Siedepunkt und Schmelzpunkt.
Physikalisch-chemische Untersuchungen der Materiesind aufgrund ihrer hohen Genauigkeit und Schnelligkeit bei der Erzielung von Ergebnissen weit verbreitet. In der modernen Welt sind chemische Methoden aufgrund der Entwicklung von IT-Technologien schwierig anzuwenden. Physikalisch-chemische Methoden werden in der Lebensmittelindustrie, Landwirtschaft, Forensik eingesetzt.
Einer der Hauptunterschiede zwischen physikalischen und chemischen Methoden und chemischen ist, dass das Ende der Reaktion (der Äquivalenzpunkt) mit Messgeräten und nicht visuell gefunden wird.
Als Hauptmethoden der physikalischen und chemischen Forschung gelten spektrale, elektrochemische, thermische und chromatographische Methoden.
Spektrale Methoden der Stoffanalytik
Grundlage spektraler Analyseverfahren ist die Wechselwirkung eines Objekts mit elektromagnetischer Strahlung. Die Absorption, Reflexion und Streuung des letzteren werden untersucht. Ein anderer Name für das Verfahren ist optisch. Es ist eine Kombination aus qualitativer und quantitativer Forschung. Mit der Spektralanalyse können Sie die chemische Zusammensetzung, die Struktur der Komponenten, das Magnetfeld und andere Eigenschaften einer Substanz bewerten.
Der Kern der Methode besteht darin, die Resonanzfrequenzen zu bestimmen, bei denen die Substanz auf Licht reagiert. Sie sind streng individuell für jede Komponente. Mit einem Spektroskop kann man die Linien im Spektrum sehen und die Bestandteile einer Substanz bestimmen. Die Intensität der Spektrallinien gibt Aufschluss über die quantitative Eigenschaft. Die Klassifizierung von Spektralmethoden basiert auf der Art des Spektrums und dem Zweck der Untersuchung.
Emissionsverfahrenermöglicht die Untersuchung der Emissionsspektren und gibt Aufschluss über die Zusammensetzung des Stoffes. Um Daten zu erh alten, wird es einer Lichtbogenentladung ausgesetzt. Eine Variation dieser Methode ist die Flammenphotometrie. Die Absorptionsspektren werden nach der Absorptionsmethode untersucht. Die obigen Optionen beziehen sich auf die qualitative Analyse des Stoffes.
Die quantitative Spektralanalyse vergleicht die Intensität der Spektrallinie des untersuchten Objekts und einer Substanz bekannter Konzentration. Diese Methoden umfassen Atomabsorptions-, Atomfluoreszenz- und Lumineszenzanalysen, Turbidimetrie, Nephelometrie.
Grundlagen der elektrochemischen Stoffanalytik
Elektrochemische Analyse verwendet Elektrolyse, um eine Substanz zu untersuchen. Reaktionen werden in wässriger Lösung an Elektroden durchgeführt. Eines der verfügbaren Merkmale soll gemessen werden. Die Untersuchung wird in einer elektrochemischen Zelle durchgeführt. Dies ist ein Gefäß, in dem Elektrolyte (Substanzen mit ionischer Leitfähigkeit), Elektroden (Substanzen mit elektronischer Leitfähigkeit) platziert sind. Elektroden und Elektrolyte interagieren miteinander. In diesem Fall wird der Strom von außen zugeführt.
Klassifizierung elektrochemischer Methoden
Klassifizieren Sie elektrochemische Methoden basierend auf den Phänomenen, auf denen physikalische und chemische Studien basieren. Dies sind Methoden mit und ohne Fremdpotential.
Konduktometrie ist eine Analysemethode und misst die elektrische Leitfähigkeit G. Die konduktometrische Analyse verwendet im Allgemeinen Wechselstrom. Konduktometrische Titration – mehrgemeinsame Forschungsmethode. Dieses Verfahren ist die Grundlage für die Herstellung von tragbaren Konduktometern, die für chemische Untersuchungen von Wasser verwendet werden.
Bei der Potentiometrie wird die EMK einer reversiblen galvanischen Zelle gemessen. Das Coulometrie-Verfahren ermittelt die bei der Elektrolyse verbrauchte Strommenge. Die Voltammetrie untersucht die Abhängigkeit der Stromstärke vom angelegten Potential.
Thermische Methoden der Stoffanalytik
Die thermische Analyse zielt darauf ab, die Veränderung der physikalischen Eigenschaften eines Stoffes unter Temperatureinfluss zu bestimmen. Diese Testmethoden werden innerhalb kurzer Zeit und mit einer kleinen Menge der untersuchten Probe durchgeführt.
Thermogravimetrie ist eine der Methoden der thermischen Analyse, die die Registrierung von Massenänderungen eines Objekts unter Temperatureinfluss berücksichtigt. Diese Methode gilt als eine der genauesten.
Darüber hinaus gehören zu den thermischen Forschungsmethoden die Kalorimetrie, die die Wärmekapazität einer Substanz bestimmt, die Enthalpymetrie, die auf der Untersuchung der Wärmekapazität basiert. Dazu gehört auch die Dilatometrie, die die Volumenänderung der Probe unter Temperatureinfluss erfasst.
Chromatographische Methoden zur Analyse von Substanzen
Die Methode der Chromatographie ist eine Methode zur Stofftrennung. Es gibt viele Arten der Chromatographie, die wichtigsten sind: Gas, Verteilung, Redox, Fällung, Ionenaustausch.
Die Komponenten in der Testprobe werden zwischen bewegt und stationär getrenntPhasen. Im ersten Fall sprechen wir von Flüssigkeiten oder Gasen. Die stationäre Phase ist ein Sorptionsmittel - ein Feststoff. Die Probenbestandteile bewegen sich in der mobilen Phase entlang der stationären Phase. Anhand der Geschwindigkeit und Zeit des Durchgangs der Komponenten durch die letzte Phase werden ihre physikalischen Eigenschaften beurteilt.
Anwendung physikalischer und chemischer Forschungsmethoden
Das wichtigste Gebiet physikalisch-chemischer Methoden ist die sanitär-chemische und forensisch-chemische Forschung. Sie haben einige Unterschiede. Im ersten Fall werden anerkannte Hygienestandards zur Bewertung der durchgeführten Analyse herangezogen. Sie werden von den Ministerien festgelegt. Die sanitärchemische Forschung wird nach dem vom epidemiologischen Dienst festgelegten Verfahren durchgeführt. Der Prozess verwendet Umweltmodelle, die die Eigenschaften von Lebensmittelprodukten nachahmen. Sie geben auch die Betriebsbedingungen des Musters wieder.
Forensisch-chemische Forschung zielt auf den quantitativen Nachweis von Betäubungsmitteln, potenten Substanzen und Giften im menschlichen Körper, Lebensmitteln, Medikamenten. Die Untersuchung erfolgt aufgrund einer gerichtlichen Anordnung.
