Studii fizico-chimice ale substanțelor

Cercetarea fizico-chimică, ca direcție a chimiei analitice, a fost aplicată pe scară largă în toate domeniile activității umane. Ele ne permit să studiem proprietățile substanței de interes, determinând componenta cantitativă a componentelor în compoziția probei.

Investigarea substanțelor

Cercetarea științifică este cunoașterea unui obiect sau a unui fenomen pentru a obține un sistem de concepte și cunoștințe. În conformitate cu principiul acțiunii, metodele utilizate sunt clasificate în:

• empirică;
• organizație;
• interpretativ;
• metodele de analiză calitativă și cantitativă.

Metodele empirice de cercetare reflectă obiectul studiat din manifestările externe și includ observația, măsurarea, experimentul, comparația. Studiul empiric se bazează pe fapte fiabile și nu implică crearea de situații artificiale pentru analiză.

Metodele organizaționale sunt complexe, longitudinale, complexe. Prima presupune o comparație a stării obiectului, obținută în momente și condiții diferite care diferă una de cealaltă. Longitudine - observarea obiectului de cercetare pe o perioadă lungă de timp. Complexul este o combinație de metode longitudinale și comparative.

Metodele interpretative sunt genetice și structurale. Varianta genetică presupune studiul dezvoltării obiectului din momentul apariției acestuia. Metoda structurală studiază și descrie structura obiectului.

Chimia analitică se ocupă de metodele de analiză calitativă și cantitativă. Cercetarea chimică vizează determinarea compoziției obiectului de cercetare.

Metode de analiză cantitativă

Cu ajutorul analizei cantitative în chimia analitică se determină compoziția compușilor chimici. Aproape toate metodele utilizate se bazează pe studiul dependenței proprietăților chimice și fizice ale unei substanțe de compoziția acesteia.

Analiza cantitativă este generală, completă și parțială. Totalul determină cantitatea tuturor substanțelor cunoscute din obiectul studiat, indiferent dacă acestea sunt prezente în compoziție sau nu. Analiza completă diferă în ceea ce privește găsirea compoziției cantitative a substanțelor conținute în eșantion. O versiune parțială definește conținutul numai a componentelor de interes din acest studiu al substanțelor chimice.

În funcție de metoda de analiză, se disting trei grupuri de metode: chimice, fizice și fizico-chimice. Toate acestea se bazează pe o modificare a proprietăților fizice sau chimice ale substanței.

Cercetare chimică

Această metodă vizează determinarea substanțelor în diferite reacții chimice cantitative. Acestea din urmă au manifestări externe (schimbarea culorii, eliberarea gazului, căldură, sediment). Această metodă este folosită pe scară largă în multe ramuri ale vieții societății moderne. Laboratorul de cercetare chimică este în mod necesar prezent în industria farmaceutică, petrochimică, construcții și multe altele.

Există trei tipuri de cercetare chimică. Gravimetria sau analiza greutății se bazează pe o modificare a caracteristicilor cantitative ale substanței testate din probă. Această opțiune este simplă și oferă rezultate precise, dar consumă mult timp. Cu acest tip de metode de cercetare chimică, substanța necesară este eliberată din compoziția totală sub forma unui precipitat sau a unui gaz. Se conduce apoi într-o fază insolubilă solidă, se filtrează, se spală și se usucă. După efectuarea acestor proceduri, componenta este cântărită.

Titrimetria este o analiză volumetrică. Investigarea substanțelor chimice se realizează prin măsurarea volumului unui reactiv care reacționează cu substanța studiată. Concentrația sa este cunoscută în prealabil. Volumul reactivului se măsoară la atingerea punctului de echivalență. În analiza gazelor, se determină volumul gazului eliberat sau absorbit.

În plus, studiul modelelor chimice este adesea folosit. Asta este, un analog al obiectului studiat este creat, mai convenabil în studiu.

Cercetare fizică

Spre deosebire de cercetarea chimică bazată pe efectuarea reacțiilor adecvate, metodele fizice de analiză se bazează pe aceleași proprietăți ale substanțelor. Sunt necesare dispozitive speciale pentru realizarea lor. Esența metodei constă în măsurarea modificărilor în caracteristicile unei substanțe cauzate de acțiunea radiației. Principalele metode de cercetare fizică sunt refractometria, polarimetria, fluorimetria.

Refractometria se efectuează utilizând un refractometru. Esența metodei este redusă la studiul refracției luminii care trece de la un mediu la altul. Modificarea unghiului depinde de proprietățile componentelor mediului. Prin urmare, devine posibilă identificarea compoziției mediului și a structurii acestuia.

Polarimetria este o metodă de cercetare optică care utilizează capacitatea anumitor substanțe de a roti planul de oscilație a luminii polarizate liniar.

Fluorimetria utilizează lasere și lămpi cu mercur, care produc radiații monocromatice. Unele substanțe sunt capabile să fluoresce (absorb și să renunțe la radiațiile absorbite). Pe baza intensității fluorescenței, se face o concluzie privind determinarea cantitativă a substanței.

Cercetare fizico-chimică

Metodele de cercetare fizico-chimică înregistrează modificarea proprietăților fizice ale unei substanțe sub acțiunea diferitelor reacții chimice. Ele se bazează pe dependența directă a caracteristicilor fizice ale obiectului investigat de compoziția sa chimică. Aceste metode necesită utilizarea unor instrumente de măsurare. De regulă, se observă conductivitatea termică, conductivitatea electrică, absorbția luminii, punctul de fierbere și punctul de topire.

Studiile fizico-chimice ale substanței au devenit răspândite datorită acurateței și vitezei ridicate de obținere a rezultatelor. În lumea modernă în legătură cu dezvoltarea Tehnologia IT-chimică metodele au devenit dificil de aplicat. Metodele fizico-chimice sunt utilizate în industria alimentară, agricultură, criminalistică.

Una dintre principalele diferențe între metodele fizice și chimice de la cele chimice este că sfârșitul reacției (punctul de echivalență) se găsește cu ajutorul instrumentelor de măsurare și nu vizual.

Principalele metode de cercetare fizică și chimică sunt considerate metode spectrale, electrochimice, termice și cromatografice.

Metode spectrale de analiză a substanțelor

Metodele spectrale de analiză se bazează pe interacțiunea obiectului cu radiația electromagnetică. Se investighează absorbția, reflexia și dispersia acestora din urmă. Un alt nume de metodă este optic. Este o combinație de cercetare calitativă și cantitativă. Analiza spectrală face posibilă evaluarea compoziției chimice, a structurii componentelor, a câmpului magnetic și a altor caracteristici ale substanței.

Esența metodei este de a determina frecvențele de rezonanță la care substanța reacționează la lumină. Ele sunt strict individuale pentru fiecare componentă. Cu ajutorul spectroscopului se pot vedea liniile spectrului și se determină substanțele constituente. Intensitatea liniilor spectrale oferă o idee a caracteristicilor cantitative. Clasificarea metodelor spectrale se bazează pe tipul de spectru și pe scopul anchetei.

Metoda de emisie permite studierea spectrelor de emisie și oferă informații despre compoziția materiei. Pentru a obține date, este supus unei descărcări cu arc electric. O variantă a acestei metode este fotometria cu flacără. Spectrele de absorbție sunt studiate prin metoda de absorbție. Opțiunile de mai sus se referă la o analiză calitativă a substanței.

Analiza spectrală cantitativă compară intensitatea liniei spectrale a obiectului studiat și o substanță cu concentrație cunoscută. Astfel de metode includ absorbția atomică, analizele atomice fluorescente și luminescente, turbidimetria, nephelometria.

Bazele analizei electrochimice a substanțelor

Analiza electrochimică utilizează electroliza pentru a studia o substanță. Reacțiile se efectuează într-o soluție apoasă la electrozii. Una dintre caracteristicile disponibile trebuie măsurată. Studiul se desfășoară într-o celulă electrochimică. Este un vas în care sunt plasați electroliți (substanțe cu conductivitate ionică), electrozi (substanțe cu conductivitate electronică). Electrozii și electroliții interacționează unul cu celălalt. Curentul este furnizat din exterior.

Clasificarea metodelor electrochimice

Clasificați metodele electrochimice pe baza fenomenelor pe care se bazează studiile fizico-chimice. Acestea sunt metode prin impunerea unui potențial existent și fără el.

Conductometria este o metodă analitică și măsoară conductivitatea electrică a G. Analiza conductometrică utilizează, în general, curent alternativ. Concentrația titrării este o metodă mai frecventă de investigare. Această metodă se bazează pe fabricarea conductometrelor portabile utilizate pentru studiile chimice de apă.

În timpul potențiometriei, EMF a celulei reversibile este măsurată. Metoda de coulometrie determină cantitatea de energie electrică consumată în timpul electrolizei. Voltametria studiază dependența magnitudinii curentului de potențialul pavat.

Metode termice pentru analiza substanțelor

Analiza termică are drept scop determinarea modificării proprietăților fizice ale unei substanțe sub influența temperaturii. Aceste metode de investigare se efectuează pentru o perioadă scurtă de timp și cu o cantitate mică din proba studiată.

Termogravimetria este una dintre metodele de analiză termică, care implică înregistrarea schimbării în masa unui obiect sub influența temperaturii. Această metodă este considerată una dintre cele mai exacte.

În plus, metodele termice de investigare includ calorimetria, care determină căldura specifică a substanței, entalpimetria, bazată pe studiul capacității termice. De asemenea, la numărul lor ar trebui să se atribuie dilatometriuu, care fixează modificarea volumului probei sub influența temperaturii.

Metode cromatografice de analiză a substanțelor

Metoda de cromatografie este o metodă de separare a substanțelor. Există multe tipuri de cromatografie, cele mai importante fiind: gaz, distribuție, redox, sedimentare, schimb de ioni.

Componentele din eșantionul de testare sunt separate între fazele mobile și cele staționare. În primul caz vorbim despre lichide sau gaze. Faza staționară este un sorbent - solid. Componentele eșantionului se deplasează în faza mobilă de-a lungul fazei staționare. Viteza și timpul trecerii componentelor în ultima fază sunt evaluate pe proprietățile lor fizice.

Aplicarea metodelor fizice și chimice de cercetare

Cea mai importantă zonă a metodelor fizico-chimice este cercetarea sanitaro-chimică și medico-legală. Ele au unele diferențe. În primul caz, standardele igienice adoptate sunt utilizate pentru evaluarea analizei. Acestea sunt stabilite de ministere. Cercetarea sanitară și chimică se desfășoară în ordinea stabilită de serviciul epidemiologic. În acest proces, se folosesc modele medii care imită proprietățile produselor alimentare. Ele reproduc, de asemenea, condițiile de funcționare ale eșantionului.

Cercetarea chimică medico-legală vizează detectarea cantitativă a substanțelor narcotice, potentului și a otrăvurilor din corpul uman, a produselor alimentare, a preparatelor medicinale. Examinarea se face prin hotărâre judecătorească.