La investigació fisicoquímica com a branca de la química analítica s'utilitza àmpliament en totes les esferes de la vida humana. Permeten estudiar les propietats d'una substància d'interès determinant el component quantitatiu dels components en la composició de la mostra.
Recerca de substàncies
La recerca científica és el coneixement d'un objecte o fenomen per tal d'obtenir un sistema de conceptes i coneixements. Segons el principi d'acció, els mètodes utilitzats es classifiquen en:
- empírica;
- organització;
- interpretativa;
- mètodes d'anàlisi qualitativa i quantitativa.
Els mètodes d'investigació empírica reflecteixen l'objecte en estudi des del costat de les manifestacions externes i inclouen l'observació, la mesura, l'experimentació i la comparació. L'estudi empíric es basa en fets fiables i no implica la creació de situacions artificials per a l'anàlisi.
Mètodes organitzatius: comparatius, longitudinals, complexos. La primera implica una comparació dels estats d'un objecte obtinguts en diferents moments i en diferents condicions. Longitudinal - observació de l'objecteinvestigació durant un llarg període de temps. Complex és una combinació de mètodes longitudinals i comparatius.
Mètodes d'interpretació: genètics i estructurals. La variant genètica implica l'estudi del desenvolupament d'un objecte des del moment de la seva aparició. El mètode estructural estudia i descriu l'estructura d'un objecte.
La química analítica tracta de mètodes d'anàlisi qualitativa i quantitativa. Els estudis químics tenen com a objectiu determinar la composició de l'objecte d'estudi.
Mètodes d'anàlisi quantitativa
Amb l'ajuda de l'anàlisi quantitativa en química analítica, es determina la composició dels compostos químics. Gairebé tots els mètodes utilitzats es basen en l'estudi de la dependència de les propietats físiques i químiques d'una substància de la seva composició.
L'anàlisi quantitativa és general, completa i parcial. General determina la quantitat de totes les substàncies conegudes en l'objecte en estudi, independentment de si estan presents a la composició o no. Una anàlisi completa es distingeix per trobar la composició quantitativa de les substàncies contingudes a la mostra. L'opció parcial defineix el contingut només dels components d'interès en aquest estudi químic.
Depenent del mètode d'anàlisi, hi ha tres grups de mètodes: químic, físic i fisicoquímic. Totes elles es basen en un canvi en les propietats físiques o químiques d'una substància.
Investigació química
Aquest mètode està dirigit a la determinació de substàncies en diverses substàncies químiques quantitativesreaccions. Aquests últims tenen manifestacions externes (decoloració, alliberament de gas, calor, sediment). Aquest mètode s'utilitza àmpliament en moltes branques de la vida de la societat moderna. El laboratori d'investigació química és imprescindible a les indústries farmacèutica, petroquímica, de la construcció i moltes altres.
Hi ha tres tipus d'investigació química. La gravimetria, o anàlisi de pes, es basa en el canvi en les característiques quantitatives de la substància d'assaig de la mostra. Aquesta opció és senzilla i dóna resultats precisos, però requereix molt de temps. Amb aquest tipus de mètodes d'investigació química, la substància requerida es separa de la composició total en forma de precipitat o gas. Després es porta a una fase sòlida insoluble, es filtra, es renta, s'asseca. Després d'aquests procediments, el component es pesa.
Titrimetry és una anàlisi volumètrica. L'estudi de les substàncies químiques es produeix mesurant el volum d'un reactiu que reacciona amb la substància en estudi. La seva concentració es coneix per endavant. El volum de reactiu es mesura quan s'arriba al punt d'equivalència. En l'anàlisi de gasos, es determina el volum de gas alliberat o absorbit.
A més, sovint s'utilitza la investigació de models químics. És a dir, es crea un anàleg de l'objecte en estudi, que és més còmode d'estudiar.
Investigació física
A diferència de la investigació química basada en la realització de reaccions adequades, els mètodes físics d'anàlisi es basen en les mateixes propietats de les substàncies. Per ellsla realització requereix dispositius especials. L'essència del mètode és mesurar els canvis en les característiques d'una substància causats per l'acció de la radiació. Els principals mètodes d'exploració física són la refractometria, la polarimetria i la fluorimetria.
La refractometria es realitza mitjançant un refractòmetre. L'essència del mètode es redueix a l'estudi de la refracció de la llum que passa d'un medi a un altre. El canvi d'angle en aquest cas depèn de les propietats dels components del mitjà. Per tant, és possible identificar la composició del medi i la seva estructura.
La polarimetria és un mètode d'investigació òptica que utilitza la capacitat de determinades substàncies de fer girar el pla d'oscil·lació de la llum polaritzada linealment.
Per a la fluorimetria, s'utilitzen làsers i làmpades de mercuri, que creen radiació monocromàtica. Algunes substàncies són capaces de fluorescència (absorbeixen i emeten la radiació absorbida). A partir de la intensitat de la fluorescència, es fa una conclusió sobre la determinació quantitativa de la substància.
Investigació física i química
Els mètodes d'investigació fisicoquímics registren canvis en les propietats físiques d'una substància sota la influència de diverses reaccions químiques. Es basen en la dependència directa de les característiques físiques de l'objecte en estudi de la seva composició química. Aquests mètodes requereixen l'ús d'alguns instruments de mesura. Per regla general, l'observació es realitza per a la conductivitat tèrmica, la conductivitat elèctrica, l'absorció de la llum, el punt d'ebullició i el punt de fusió.
Estudis fisicoquímics de la matèrias'utilitzen àmpliament per la seva alta precisió i velocitat d'obtenció de resultats. En el món modern, a causa del desenvolupament de les tecnologies informàtiques, els mètodes químics s'han tornat difícils d'aplicar. Els mètodes fisicoquímics s'utilitzen a la indústria alimentària, l'agricultura i la medicina forense.
Una de les principals diferències entre els mètodes físics i químics i els químics és que el final de la reacció (el punt d'equivalència) es troba mitjançant instruments de mesura, i no visualment.
Els principals mètodes d'investigació física i química es consideren mètodes espectrals, electroquímics, tèrmics i cromatogràfics.
Mètodes espectrals d'anàlisi de substàncies
La base dels mètodes espectrals d'anàlisi és la interacció d'un objecte amb la radiació electromagnètica. S'estudia l'absorció, la reflexió i la dispersió d'aquests últims. Un altre nom per al mètode és òptic. És una combinació d'investigació qualitativa i quantitativa. L'anàlisi espectral us permet avaluar la composició química, l'estructura dels components, el camp magnètic i altres característiques d'una substància.
L'essència del mètode és determinar les freqüències de ressonància a les quals la substància reacciona a la llum. Són estrictament individuals per a cada component. Amb un espectroscopi, podeu veure les línies de l'espectre i determinar els components d'una substància. La intensitat de les línies espectrals dóna una idea de la característica quantitativa. La classificació dels mètodes espectrals es basa en el tipus d'espectre i la finalitat de l'estudi.
Mètode d'emissiópermet estudiar els espectres d'emissió i dóna informació sobre la composició de la substància. Per obtenir dades, se sotmet a una descàrrega d'arc elèctric. Una variació d'aquest mètode és la fotometria de flama. Els espectres d'absorció s'estudien pel mètode d'absorció. Les opcions anteriors fan referència a l'anàlisi qualitativa de la substància.
L'anàlisi espectral quantitativa compara la intensitat de la línia espectral de l'objecte en estudi i una substància de concentració coneguda. Aquests mètodes inclouen l'absorció atòmica, les anàlisis de fluorescència i luminescència atòmiques, turbidimetria, nefelometria.
Fonaments de l'anàlisi electroquímica de substàncies
L'anàlisi electroquímica utilitza l'electròlisi per estudiar una substància. Les reaccions es realitzen en una solució aquosa sobre elèctrodes. Una de les característiques disponibles és la de ser mesurada. L'estudi es realitza en una cèl·lula electroquímica. Aquest és un recipient en el qual es col·loquen electròlits (substàncies amb conductivitat iònica), elèctrodes (substàncies amb conductivitat electrònica). Els elèctrodes i els electròlits interactuen entre ells. En aquest cas, el corrent es subministra des de l'exterior.
Classificació de mètodes electroquímics
Classifica els mètodes electroquímics en funció dels fenòmens en què es basen els estudis físics i químics. Aquests són mètodes amb i sense potencial aliè.
La conductometria és un mètode analític i mesura la conductivitat elèctrica G. L'anàlisi conductomètrica generalment utilitza corrent altern. Valoració conductomètrica: mésmètode d'investigació comú. Aquest mètode és la base per a la fabricació de conductòmetres portàtils utilitzats per a estudis químics de l'aigua.
Quan es realitza la potenciometria, es mesura la FEM d'una cèl·lula galvànica reversible. El mètode de coulometria determina la quantitat d'electricitat consumida durant l'electròlisi. La voltametria investiga la dependència de la magnitud del corrent del potencial aplicat.
Mètodes tèrmics d'anàlisi de substàncies
L'anàlisi tèrmica té com a objectiu determinar el canvi en les propietats físiques d'una substància sota la influència de la temperatura. Aquests mètodes de prova es realitzen en un període curt de temps i amb una petita quantitat de la mostra estudiada.
La termogravimetria és un dels mètodes d'anàlisi tèrmica, que té en compte el registre dels canvis en la massa d'un objecte sota la influència de la temperatura. Aquest mètode es considera un dels més precisos.
A més, els mètodes d'investigació tèrmica inclouen la calorimetria, que determina la capacitat calorífica d'una substància, l'entalpimetria, basada en l'estudi de la capacitat calorífica. També entre ells s'ha d'atribuir la dilatometria, que captura el canvi de volum de la mostra sota la influència de la temperatura.
Mètodes cromatogràfics per a l'anàlisi de substàncies
El mètode de cromatografia és una manera de separar substàncies. Hi ha molts tipus de cromatografia, les principals són: gasosa, distribució, redox, precipitació, intercanvi iònic.
Els components de la mostra de prova estan separats entre mòbils i estacionarisfases. En el primer cas, estem parlant de líquids o gasos. La fase estacionària és un sorbent - un sòlid. Els components de la mostra es mouen en la fase mòbil al llarg de la fase estacionària. Segons la velocitat i el temps de pas dels components per l'última fase, es jutgen les seves propietats físiques.
Aplicació de mètodes d'investigació física i química
L'àrea més important dels mètodes físics i químics és la investigació sanitària-química i forense-química. Tenen algunes diferències. En el primer cas, s'utilitzen les normes higièniques acceptades per avaluar l'anàlisi realitzada. Els estableixen els ministeris. La investigació sanitària-química es realitza d'acord amb el procediment establert pel servei epidemiològic. El procés utilitza models ambientals que imiten les propietats dels productes alimentaris. També reprodueixen les condicions de funcionament de la mostra.
La investigació química forense té com a objectiu la detecció quantitativa de narcòtics, substàncies potents i verins al cos humà, productes alimentaris i medicaments. L'examen es realitza d'acord amb una ordre judicial.
