IV. Инструментальные (физико-химические) методы анализа

82Общая характеристика инструментальных (физико-химических) методов анализа, их классификация, достоинства и недостатки.

Физико-химические или инструментальные методы анализа основаны на измерении с помощью приборов (инструментов) физических параметров анализируемой системы, которые возникают или изменяются в ходе выпол­нения аналитической реакции и функционально связаны с ее качественным и количественным составом.

Классификация

· Оптические методы, основанные на исследовании оптических свойств анализируемых систем:

Фотометрические методы

Рефрактометрический метод

Поляриметрический метод

Люминесцентный метод

Спектральный метод

· Электрохимические методы, основанные на исследовании электрохимических свойств анализируемых систем:

Электроанализ

Кондуктометрический метод

Потенциометрический метод

Полярографическне методы

·.Методы анализа, основанные на исследовании других свойств анализируемых систем:

Масс-спектрометрический метод

Термометрические методы

Радиохимический анализ

Метод электронного парамагнитного резонанса (ЭПР)

Метод ядерного магнитного резонанса (ЯМР)

Анализ по теплопроводности.

Достоинства

· Низкий предел обнаружения (1-10-9 мкг) и малая предельная концентрация (до ~10-12) определяемого вещества.

· Высокая чувствительность.

· Высокая селективность метода (возможность определять составные компоненты непосредственно в смесях, без их разделения).

· Экспрессность (быстрота) проведения анализа, возможность автоматизации и компьютеризации.

Недостатки

· Иногда воспроизводимость результатов бывает хуже, чем в классических химических методах – гравиметрии и титриметрии.

· Высокие погрешности (ошибки) - ±5%, а в некоторых случаях – до ±20% по сравнению с классическими методами, где они не превышают ±(0,1-0,5%).

· Сложность применяемой аппаратуры, ее высокая стоимость.

· Необходимость применения эталонов.

Оптические методы анализа. Классификация оптических методов анализа (по изучаемым объектам, по характеру взаимодействия электромагнитного излучения с веществом, по используемой области электромагнитного спектра, по природе энергетических переходов).

К оптическим методам анализа относят физико-химические методы, основанные на взаимодействии электромагнитного излучения с веществом.

Классификация

1) по изучаемым объектам – атомный и молекулярный спектральный анализ;

2) по характеру взаимодействия электромагнитного излучения с веществом на:

а) атомно-абсорбционный,

б) эмиссионный спектральный,

в) пламенная фотометрия,

г) молекулярный абсорбционный,

д) люминесцентный,

е) спектральный анализ с эффектом комбинационного рассеяния света,

ж) нефелометрия,

з) турбидиметрия,

и) рефрактометрия,

к) поляриметрия

3) по области используемого электромагнитного спектра: а) спектроскопия в УФ области в интервале длин волн 200-400 нм и в видимой области в интервале длин волн 400-760 нм,

б) ИК- спектроскопия, изучающая участок электромагнитного спектра в интервале 0,76-1000 мкм (1 мкм=10-6м).

4) по природе энергетических переходов различают следующие спектры:

а) электронные (в УВИ-области) – возникают при изменении энергии электронных состояний частиц (атомов, ионов, радикалов, молекул),

б) колебательные спектры - спектры ИК области и спектры комбинационного рассеяния света, которые возникают при изменении энергии колебательных состояний частиц (двух- и многоатомных ионов, радикалов, молекул, а также жидких и твердых фаз),

в) вращательные спектры охватывают дальнюю ИК и микроволновую область электромагнитного излучения, возникают при изменении энергии вращательных состояний молекул, двух- и многоатомных ионов, радикалов.

Молекулярный спектральный анализ в ультрафиолетовой и видимой области спектра Сущность метода. Основные законы светопоглощения. Оптическая плотность (А) и светопропускание (Т), связь между ними. Коэффициент поглощения света (k) и коэффициент погашения - молярный (Е) и удельный.

Основной закон светопоглощения – закон Бугера (1729), Ламберта (1760) и Бера (1852).

· Первый закон (Бугера-Ламберта) фотометрии гласит: доля светового потока, поглощенного однородной средой, прямо пропорциональна толщине поглощающего слоя

Δ / =

Δ – поглощенная часть падающего светового потока I,

коэффициент пропорциональности,

– толщина поглощающего слоя.

· Второй закон (Бугера-Бера) гласит:

доля светового потока, поглощенного данным тонким слоем внутри однородной среды, пропорциональна числу светопоглощающих частиц в единице объема, т.е. концентрации

Δ / = c

- коэффициент пропорциональности,

с –концентрация

Оба закона светопоглощения объединяют в один закон основной закон светопоглащения Бугера-Ламберта-Бера-Бернара

A=εcl

Где А –оптическая плотность

ε-коэффицент погашения

l-длина волны

Кроме оптической плотности А используют также светопропускание, Т

Т= ×100

Которое связано с оптической плотностью А следующим образом:

A=-