La ricerca fisico-chimica come branca della chimica analitica è ampiamente utilizzata in ogni sfera della vita umana. Permettono di studiare le proprietà di una sostanza di interesse determinando la componente quantitativa dei componenti nella composizione del campione.
Ricerca sulle sostanze
La ricerca scientifica è la conoscenza di un oggetto o fenomeno al fine di ottenere un sistema di concetti e conoscenze. Secondo il principio di azione, le modalità utilizzate sono classificate in:
- empirico;
- organizzativo;
- interpretativo;
- metodi di analisi qualitativa e quantitativa.
I metodi di ricerca empirica riflettono l'oggetto in studio dal lato delle manifestazioni esterne e includono l'osservazione, la misurazione, l'esperimento, il confronto. Lo studio empirico si basa su fatti affidabili e non implica la creazione di situazioni artificiali per l'analisi.
Metodi organizzativi - comparativi, longitudinali, complessi. Il primo implica un confronto degli stati di un oggetto ottenuto in tempi diversi e in condizioni diverse. Longitudinale - osservazione dell'oggettoricerca per un lungo periodo di tempo. Complex è una combinazione di metodi longitudinali e comparativi.
Metodi interpretativi - genetici e strutturali. La variante genetica prevede lo studio dello sviluppo di un oggetto dal momento del suo verificarsi. Il metodo strutturale studia e descrive la struttura di un oggetto.
La chimica analitica si occupa di metodi di analisi qualitativa e quantitativa. Gli studi chimici hanno lo scopo di determinare la composizione dell'oggetto di studio.
Metodi di analisi quantitativa
Con l'aiuto dell'analisi quantitativa in chimica analitica, viene determinata la composizione dei composti chimici. Quasi tutti i metodi utilizzati si basano sullo studio della dipendenza delle proprietà chimiche e fisiche di una sostanza dalla sua composizione.
L'analisi quantitativa è generale, completa e parziale. Generale determina la quantità di tutte le sostanze conosciute nell'oggetto in studio, indipendentemente dal fatto che siano presenti o meno nella composizione. Un'analisi completa si distingue trovando la composizione quantitativa delle sostanze contenute nel campione. L'opzione parziale definisce il contenuto dei soli componenti di interesse in questo studio chimico.
A seconda del metodo di analisi, ci sono tre gruppi di metodi: chimico, fisico e fisico-chimico. Tutti si basano su un cambiamento nelle proprietà fisiche o chimiche di una sostanza.
Ricerca chimica
Questo metodo è finalizzato alla determinazione di sostanze in varie sostanze chimiche quantitativamente presentireazioni. Questi ultimi hanno manifestazioni esterne (scolorimento, rilascio di gas, calore, sedimenti). Questo metodo è ampiamente utilizzato in molti rami della vita della società moderna. Il laboratorio di ricerca chimica è un must nei settori farmaceutico, petrolchimico, edile e molti altri.
Ci sono tre tipi di ricerca chimica. La gravimetria, o analisi del peso, si basa sulla variazione delle caratteristiche quantitative della sostanza in esame nel campione. Questa opzione è semplice e fornisce risultati accurati, ma richiede tempo. Con questo tipo di metodi di ricerca chimica, la sostanza richiesta viene separata dalla composizione totale sotto forma di precipitato o gas. Quindi viene portato in una fase solida insolubile, filtrato, lavato, essiccato. Dopo queste procedure, il componente viene pesato.
Titrimetria è un'analisi volumetrica. Lo studio delle sostanze chimiche avviene misurando il volume di un reagente che reagisce con la sostanza in esame. La sua concentrazione è nota in anticipo. Il volume del reagente viene misurato al raggiungimento del punto di equivalenza. Nell'analisi dei gas viene determinato il volume di gas rilasciato o assorbito.
Inoltre, viene spesso utilizzata la ricerca sui modelli chimici. Cioè, viene creato un analogo dell'oggetto in studio, che è più comodo da studiare.
Ricerca fisica
A differenza della ricerca chimica basata sull'esecuzione di reazioni appropriate, i metodi fisici di analisi si basano sulle stesse proprietà delle sostanze. Per il lorol'esecuzione richiede dispositivi speciali. L'essenza del metodo è misurare i cambiamenti nelle caratteristiche di una sostanza causati dall'azione delle radiazioni. I principali metodi di esame fisico sono la rifrattometria, la polarimetria, la fluorimetria.
La rifrattometria viene eseguita utilizzando un rifrattometro. L'essenza del metodo si riduce allo studio della rifrazione della luce che passa da un mezzo all' altro. La modifica dell'angolo in questo caso dipende dalle proprietà dei componenti medi. Diventa quindi possibile identificare la composizione del mezzo e la sua struttura.
La polarimetria è un metodo di ricerca ottica che utilizza la capacità di determinate sostanze di ruotare il piano di oscillazione della luce polarizzata linearmente.
Per la fluorimetria vengono utilizzati laser e lampade al mercurio, che creano radiazioni monocromatiche. Alcune sostanze sono capaci di fluorescenza (assorbono ed emanano la radiazione assorbita). Sulla base dell'intensità della fluorescenza, si trae una conclusione sulla determinazione quantitativa della sostanza.
Ricerca fisica e chimica
I metodi di ricerca fisico-chimica registrano i cambiamenti nelle proprietà fisiche di una sostanza sotto l'influenza di varie reazioni chimiche. Si basano sulla diretta dipendenza delle caratteristiche fisiche dell'oggetto in studio dalla sua composizione chimica. Questi metodi richiedono l'uso di alcuni strumenti di misura. Di norma, l'osservazione viene effettuata per conducibilità termica, conducibilità elettrica, assorbimento della luce, punto di ebollizione e punto di fusione.
Studi fisico-chimici della materiasono ampiamente utilizzati per la loro elevata precisione e velocità di ottenimento dei risultati. Nel mondo moderno, a causa dello sviluppo delle tecnologie informatiche, i metodi chimici sono diventati difficili da applicare. I metodi fisico-chimici sono utilizzati nell'industria alimentare, agricola, forense.
Una delle principali differenze tra i metodi fisici e chimici e quelli chimici è che la fine della reazione (il punto di equivalenza) si trova usando strumenti di misura e non visivamente.
I principali metodi di ricerca fisica e chimica sono considerati metodi spettrali, elettrochimici, termici e cromatografici.
Metodi spettrali di analisi delle sostanze
La base dei metodi di analisi spettrale è l'interazione di un oggetto con la radiazione elettromagnetica. Vengono studiati l'assorbimento, la riflessione e la dispersione di questi ultimi. Un altro nome per il metodo è ottico. È una combinazione di ricerca qualitativa e quantitativa. L'analisi spettrale consente di valutare la composizione chimica, la struttura dei componenti, il campo magnetico e altre caratteristiche di una sostanza.
L'essenza del metodo è determinare le frequenze di risonanza alle quali la sostanza reagisce alla luce. Sono rigorosamente individuali per ogni componente. Con uno spettroscopio, puoi vedere le linee sullo spettro e determinare i costituenti di una sostanza. L'intensità delle righe spettrali dà un'idea della caratteristica quantitativa. La classificazione dei metodi spettrali si basa sul tipo di spettro e sullo scopo dello studio.
Metodo di emissioneconsente di studiare gli spettri di emissione e fornisce informazioni sulla composizione della sostanza. Per ottenere i dati, viene sottoposto a una scarica di arco elettrico. Una variazione di questo metodo è la fotometria della fiamma. Gli spettri di assorbimento sono studiati con il metodo di assorbimento. Le opzioni di cui sopra si riferiscono all'analisi qualitativa della sostanza.
L'analisi spettrale quantitativa confronta l'intensità della linea spettrale dell'oggetto in studio e una sostanza di concentrazione nota. Questi metodi includono l'assorbimento atomico, la fluorescenza atomica e le analisi della luminescenza, la torbidimetria, la nefelometria.
Fondamenti di analisi elettrochimica delle sostanze
L'analisi elettrochimica utilizza l'elettrolisi per studiare una sostanza. Le reazioni vengono eseguite in una soluzione acquosa su elettrodi. Una delle caratteristiche disponibili è da misurare. Lo studio è condotto in una cella elettrochimica. Questo è un recipiente in cui sono collocati elettroliti (sostanze con conducibilità ionica), elettrodi (sostanze con conduttività elettronica). Elettrodi ed elettroliti interagiscono tra loro. In questo caso, la corrente viene fornita dall'esterno.
Classificazione dei metodi elettrochimici
Classificare i metodi elettrochimici in base ai fenomeni su cui si basano gli studi fisici e chimici. Questi sono metodi con e senza potenziale estraneo.
Conduttometria è un metodo analitico e misura la conducibilità elettrica G. L'analisi conduttometrica utilizza generalmente corrente alternata. Titolazione conduttometrica – altrometodo di ricerca comune. Questo metodo è la base per la produzione di conduttometri portatili utilizzati per studi chimici sull'acqua.
Quando si esegue la potenziometria, viene misurata l'EMF di una cella galvanica reversibile. Il metodo coulometrico determina la quantità di elettricità consumata durante l'elettrolisi. La voltammetria indaga la dipendenza dell'ampiezza della corrente dal potenziale applicato.
Metodi termici di analisi delle sostanze
L'analisi termica ha lo scopo di determinare il cambiamento nelle proprietà fisiche di una sostanza sotto l'influenza della temperatura. Questi metodi di prova vengono eseguiti in un breve periodo di tempo e con una piccola quantità del campione studiato.
La termogravimetria è uno dei metodi di analisi termica, che tiene conto della registrazione dei cambiamenti nella massa di un oggetto sotto l'influenza della temperatura. Questo metodo è considerato uno dei più accurati.
Inoltre, i metodi di ricerca termica includono la calorimetria, che determina la capacità termica di una sostanza, l'entalpimetria, basata sullo studio della capacità termica. Tra questi va attribuita anche la dilatometria, che cattura la variazione del volume del campione sotto l'influenza della temperatura.
Metodi cromatografici per l'analisi delle sostanze
Il metodo della cromatografia è un modo per separare le sostanze. Esistono molti tipi di cromatografia, i principali sono: gas, distribuzione, redox, precipitazione, scambio ionico.
I componenti nel campione di prova sono separati tra mobili e fissifasi. Nel primo caso si parla di liquidi o gas. La fase stazionaria è un assorbente - un solido. I componenti del campione si muovono nella fase mobile lungo la fase stazionaria. In base alla velocità e al tempo di passaggio dei componenti attraverso l'ultima fase, vengono giudicate le loro proprietà fisiche.
Applicazione di metodi di ricerca fisici e chimici
L'area più importante dei metodi fisici e chimici è la ricerca chimico-sanitaria e chimica-legale. Hanno alcune differenze. Nel primo caso, per valutare l'analisi eseguita, vengono utilizzati standard igienici accettati. Sono stabiliti dai ministeri. La ricerca sanitario-chimica è svolta secondo la procedura stabilita dal servizio epidemiologico. Il processo utilizza modelli ambientali che imitano le proprietà dei prodotti alimentari. Riproducono anche le condizioni operative del campione.
La ricerca chimica forense mira alla rilevazione quantitativa di narcotici, sostanze potenti e veleni nel corpo umano, prodotti alimentari, farmaci. L'esame si svolge secondo un'ingiunzione del tribunale.
