 |
Физические методы качественного химического анализа вещества
|
|
|
|
Физические методы качественного анализа вещества объекта анализа основанына обнаружении наличия определённого физического свойства у определяемого компонента и отсутствующего у сопутствующих компонентов при одном и том же физическом воздействии на пробу вещества объекта анализа.
Например, информацию о наличии какого-либо элемента в пробе анализируемого вещества можно получить, измерив эмиссионный спектр этого вещества. По появлению аналитических сигналов –испусканию света конкретных длин волн, т.е. при наличии в спектре пробы определенного набора аналитических линий элемента, строго фиксированных по частотам или длинам волн, доказательство наличия и идентификация определяемого элемента в пробе вещества однозначны и окончательны. Характеристические спектры элементов являются таким же основным определяющим свойством химического элемента, как его атомный номер и масса.
Например, наличие в пробе руды атомов меди обнаруживают, если есть аналитический сигнал с длиной волны 327, 3961 нм; атомов кремния – если есть аналитический сигнал с длиной волны 288,1581 нм. Другие элементы свет такой длины волны не испускают.
В хроматографических методах химического анализа информацию о качественном составе получают из хроматограммы, рис.1.
Рис.1. Аналитические сигналы в форме пиков на хроматограмме от компонентов пробы вещества:
По оси «У» – - интенсивность сигнала, по оси «Х» – время регистрации пика, с
Время, соответствующее максимальному значению интенсивности сигнала компонента, называют временем удерживания компонента. Параметр «время удерживания» используют для идентификации химической природы компонента. Оказывается, если проводить измерения в одних и тех же условиях, то всегда можно зафиксировать сигнал одного и того же компонента через одно и тоже время после ввода пробы в хроматограф.
|
|
|
Результат качественного анализа – принятие решения о наличии или отсутствии искомого компонента в веществе объекта анализа (идентификация компонента).
8.4. ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ КОЛИЧЕСТВЕННОГО ХИМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА ВЕЩЕСТВА
Физические методы количественного химического анализа основаны на явлении зависимости какого-либо физического свойства вещества объекта анализа от его химического состава. Интенсивность физического свойства измеряют с помощью соответствующих средств измерения.
Средство измерения перед анализом пробы вещества градуируют по определяемому компоненту. Для градуировки средства измерения используют вещества сравнения – стандартные образцы состава вещества с точно известным содержанием определяемых компонентов или, например, очищенные от примесей химические реактивы также с точно известным содержанием определяемых компонентов. Путём растворения точной навески вещества сравнения готовят стандартный раствор. Из стандартного раствора путём разбавления готовят растворы (градуировочные растворы) для градуировки конкретного средства измерения. Содержание определяемого компонента в пробе находят из градуировочного графика, построенного в конкретной аналитической лаборатории в координатах «интенсивность физического свойства – концентрация определяемого компонента». Если необходимо, можно приготовить не только градуировочные растворы, но и градуировочные газовые или твердые смеси.
Например, при определении хлорид-ионов в природной воде методом ионометрии измеряют окислительно-восстановительный потенциал хлорид-селективного электрода в природной воде относительно электрода сравнения. Величина потенциала зависит от содержания этого иона в пробе воды. Путём растворения точной навески вещества сравнения – реактива KNO3, х.ч., готовят стандартный раствор. Из стандартного раствора путём разбавления готовят градуировочные растворы для градуировки конкретного средства измерения – иономера. Содержание NO3- – ионов в пробе природной воды находят из градуировочного графика, построенного в конкретной аналитической лаборатории в координатах «Потенциал нитрат селективного электрода (Еок/вос) – логарифм концентрация NO3- – ионов (pC(NO3-)) в градуировочных растворах», рис.2
|
|
|
Еок/вос
 |
Еx--- -- --- I
I
I
I
p C(NO3-) x pC(NO3-)
Рис.2 Вид типичного градуировочного графика в ионометрии
В эмиссионном спектральном анализе по интенсивности светового излучения получают количественную информацию. Для этого измеряют на микрофотометре величину почернения изображения спектральной линии конкретной длины волны, полученной при фотографировании на фотопластинке излучения от определяемого элемента. Величина почернения зависит от содержания этого элемента в пробе анализируемого вещества.
Зависимость интенсивности аналитического сигнала в атомно-эмиссионной спектрометрии от концентрации элемента в пробе вещества имеет следующий вид, рис. 3:
Рис. 3. Типичный вид градуировочного графика в методе атомно-эмиссионной спектрометрии.
Количественный спектральный анализ заключается в сравнении интенсивности аналитического спектрального сигнала конкретной длины волны с интенсивностью этого же сигнала в спектрах градуировочных образцов, сходных с пробой, но различающихся по концентрациям определяемого элемента.
Содержание компонента в пробе вещества находят из градуировочного графика по общепринятому способу. Для градуировки атомно-эмиссионного спектрометра используют вещества сравнения (эталоны) – либо химические реактивы, либо стандартные образцы состава вещества, выбрать которые – это большая проблема, так как метод эмиссионной спектрометрии – матричнозависимый.
В хроматографии для количественных измерений используют значения высоты или площади хроматографического пика. Градуировочный график строят в координатах h – С (A) или SΔ – С (A), рис.4. Его строят по градуировочным газовым или жидким смесям, приготовленных из веществ сравнения.
|
|
|
h, мм SΔ, мм2
 |
 |  |
С(А), мг/дм3 С(А), г/м3
Рис. 4. Типичный вид градуировочных графиков в методах аналитической хроматографии
8.5 Виды химического анализа и возможности физических методов в анализе проб вещества геологических объектов
|
|
|
