Физико-химические и физические методы анализа

Физико-химические и физические методы анализа в зависимости от того, какое физическое свойство лежит в основе, разделяются на электрохимические, оптические, хроматографические, радиометрические и спектроскопические методы.

Электрохимические методы анализа основаны на процессах, происходящих на электродах или в приэлектродном пространстве. К этим методам относятся потенциометрия, кулонометрия, вольтамперометрия (полярография), кондуктометрия, электрогравиметрия.

В основе метода потенциометрии лежит зависимость равновесного потенциала электрода от концентрации (активности) определяемого иона.

В основе кулонометрических методов лежит измерение количества электричества, расходуемого при выделении на электродах анализируемого вещества. В соответствии с законами электролиза для выделения 1 моль эквивалентов любого вещества необходимо затратить одно и то же количество электричества, называемого числом Фарадея F (F = 96500 Кл/моль).

Количественное определение содержания веществ методом вольтамперометрии (полярографии) основано на прямо пропорциональной зависимости величины предельного тока от концентрации электроактивного вещества. В основе метода лежит зависимость поляризации электрода от концентрации анализируемого раствора.

Метод кондуктометрии основан на измерении удельной электропроводности анализируемого раствора. Электропроводность разбавленных растворов электролитов зависит от числа ионов в растворе (т.е. от концентрации), числа элементарных зарядов, переносимых каждым ионом (т.е. от заряда иона), и от скорости движения одинаково заряженных ионов к катоду или аноду под действием электрического поля. Таким образом, этот метод не связан с протеканием электродной реакции.

Метод электрогравиметрии основан на измерении массы вещества, выделившегося в процессе электролиза на предварительно взвешенном электроде, обычно платиновой сетке. Электролиз можно проводить либо при постоянной силе тока, либо при постоянном потенциале.

Оптические и спектроскопические методы анализа основаны на измерении характеристик оптических свойств вещества (испускание, поглощение, рассеивание, отражение, преломление света), проявляющихся при его взаимодействии с электромагнитным излучением. Они включают в себя эмиссионные, абсорбционные, люминесцентные и др. спектральные методы.

Методы, основанные на изучении спектров излучения, получили название эмиссионных спектральных методов. Метод атомно-эмиссионной спектроскопии основан на термическом возбуждении свободных атомов или одноатомных ионов и регистрации оптического спектра испускания возбужденных атомов. В качестве источников возбуждения атомов (перевода вещества в атомарное состояние) используется пламя (чаще всего), электрическая дуга, плазма электрического разряда и др.

Методы, основанные на изучении спектров поглощения электромагнитного излучения атомами и молекулами анализируемого вещества, получили название абсорбционно-спектральных. Метод атомно-абсорбционной спектроскопии основан на существовании зависимости интенсивности светопоглощения от концентрации, температуры и др.

Спектрофотометрические методы анализа основаны на измерении спектров поглощения в оптической области электромагнитного излучения (способности вещества поглощать свет определенной длины волны). В спектрофотометрическом методе измеряют оптическую плотность растворов, значение которой линейно зависит от концентрации анализируемого вещества. Оптическая плотность раствора с концентрацией вещества 1 моль/л и толщине поглощающего слоя 1 см называется молярным коэффициентом погашения (светопоглощения).

Фотоколориметрический метод отличается от спектрофотометрического тем, что поглощение света измеряют, главным образом, в видимой области спектра. Этот метод основан на измерении интенсивности окраски испытуемого раствора в зависимости от концентрации определяемого элемента. Прямое фотометрирование возможно лишь для веществ, способных образовывать соединения, поглощающие свет.

Методы, основанные на свечении анализируемого вещества под воздействием различных лучей, называются люминесцентными. Виды люминесценции классифицируются по внешнему источнику возбуждения энергии. При фотолюминесценции источником возбуждения является электромагнитное излучение ультрафиолетового и видимого спектра, катодолюминесценция возникает под действием потока электронов (катодных лучей), рентгенолюминесценция – под действием рентгеновского излучения, радиолюминесценция – радиоактивного излучения, хемилюминесценция – энергии химических реакций.

Рентгеновская спектроскопия – раздел спектроскопии, изучающий спектры испускания (эмиссионные) и поглощения (абсорбционные) рентгеновского излучения. Рентгеновский флуоресцентный анализ основан на зависимости интенсивности линии рентгеновского эмиссионного спектра от концентрации соответствующего элемента.

Рефрактометрия – метод исследования веществ, основанный на определении показателя преломления (коэффициента рефракции).

Нефелометрия основана на использовании явлений отражения или рассеивания света частицами, взвешенными в растворе. Турбидиметрия основана на измерении количества света, поглощаемого мутными растворами. В турбидиметрии свет, поглощенный раствором или прошедший через него измеряют теми же способами, как и при фотоколориметрии окрашенных растворов.

Хроматография – метод разделения, анализа и физико-химического исследования многокомпонентных систем. Хроматографические методы используются для анализа смесей газов, жидкостей или растворенных веществ. Они основаны на различии распределения компонентов смеси между двумя фазами – неподвижной (сорбент) и подвижной (поток газа или жидкости). По механизму взаимодействия сорбента и подвижной фазы выделяют несколько видов хроматографии: распределительная, ионообменная, молекулярная и др. Распределительная хроматография базируется на различном распределении веществ между двумя жидкостями.

Ядерно-химические методы анализа основаны на самопроизвольном (радиоактивном) распаде ядер некоторых изотопов. Радиоактивационный анализ основан на измерении интенсивности излучения распада изотопов, которые путем облучения анализируемого вещества из стабильных превращают в радиоактивные.

ВОПРОСЫ