Aktualisht ka shumë specialistë që i janë përkushtuar shkencave fizike ose kimike, dhe ndonjëherë të dyja. Në të vërtetë, shumica e fenomeneve mund të shpjegohen logjikisht pikërisht përmes eksperimenteve të tilla. Ne do të shqyrtojmë metodat e kërkimit fizik në më shumë detaje.
Metodat e analizës në kiminë analitike
Kimia analitike është shkenca e zbulimit, ndarjes dhe identifikimit të kimikateve. Për të kryer operacione të caktuara me komponime, përdoren metoda kimike, fizike dhe fiziko-kimike të analizës. Metoda e fundit quhet edhe instrumentale, pasi aplikimi i saj kërkon pajisje moderne laboratorike. Ai ndahet në grupe spektroskopike, të fizikës bërthamore dhe radiokimike.
Përveç kësaj, në kimi mund të ketë probleme të llojeve të ndryshme që kërkojnë zgjidhje individuale. Në varësi të kësaj, ekzistojnë metoda të analizës cilësore (përcaktimi i emrit dhe formës së një substance) dhe sasiore (përcaktimi i sasisë së një lënde të caktuar në një pjesë ose mostër).
Metodat e analizës sasiore
Ato ju lejojnë të përcaktoni përmbajtjen e substancës origjinale në mostër. Në total, ekzistojnë metoda kimike, fiziko-kimike dhe fizike të analizës sasiore.
Metodat kimike të analizës sasiore
Ato ndahen në:
- Analiza e peshës që ju lejon të përcaktoni përmbajtjen e një substance duke peshuar një ekuilibër analitik dhe duke kryer operacione të mëtejshme.
- Analiza e vëllimit, e cila përfshin matjen e vëllimit të substancave në gjendje agregate ose tretësira të ndryshme.
Nga ana e tij, ajo ndahet në nënseksionet e mëposhtme:
- analiza titrimetrike volumetrike përdoret në një përqendrim të njohur të reagjentit, reaksioni me të cilin konsumohet substanca e kërkuar dhe më pas matet vëllimi i konsumuar;
- metoda vëllimore e gazit është të analizojë përzierjet e gazit ku substanca origjinale absorbohet nga një tjetër.
- sedimentimi vëllimor (nga latinishtja sedimentum - "vendbanim") bazohet në shtresimin nga një sistem i shpërndarë si rezultat i gravitetit. Kjo shoqërohet me reshje, vëllimi i të cilave matet duke përdorur një tub centrifuge.
Metodat kimike nuk janë gjithmonë të përshtatshme për t'u përdorur, pasi shpesh është e nevojshme të ndahet përzierja për të izoluar përbërësin e dëshiruar. Për të kryer një operacion të tillë pa përdorimin e reaksioneve kimike, përdoren metoda fizike të analizës. Dhe për të vëzhguar ndryshimin në vetitë fizike të përbërjes si rezultatkryerja e reaksioneve - fizike dhe kimike.
Metodat fizike të analizës sasiore
Ato përdoren gjatë shumë studimeve laboratorike. Metodat fizike të analizës përfshijnë:
- Spectroskopik - bazuar në ndërveprimin e atomeve, molekulave, joneve të përbërjes së studiuar me rrezatimin elektromagnetik, si rezultat i të cilit fotonet absorbohen ose çlirohen.
- Metoda bërthamore-fizike konsiston në ekspozimin e një kampioni të substancës në studim ndaj një fluksi neutron, duke studiuar të cilin, pas eksperimentit, është e mundur të përcaktohet përmbajtja sasiore e elementeve që përmban kampioni duke matur rrezatimi radioaktiv. Kjo funksionon sepse sasia e aktivitetit të grimcave është drejtpërdrejt proporcionale me përqendrimin e elementit në studim.
- Metoda radiokimike është përcaktimi i përmbajtjes në substancën e izotopeve radioaktive të formuara si rezultat i transformimeve.
Metodat fiziko-kimike të analizës sasiore
Meqenëse këto metoda janë vetëm një pjesë e metodave fizike për analizimin e një substance, ato ndahen gjithashtu në metoda spektroskopike, bërthamore-fizike dhe radiokimike të kërkimit.
Metodat e analizës cilësore
Në kiminë analitike, për të studiuar vetitë e një substance, për të përcaktuar gjendjen e saj fizike, ngjyrën, shijen, erën, përdoren metoda të analizës cilësore, të cilat, nga ana tjetër, ndahen në të njëjtat kimike, fizike. dhe fiziko-kimike (instrumentale). Për më tepër, metodat fizike të analizës preferohen në kiminë analitike.
Metodat kimike kryhen në dy mënyra: reaksione në tretësirë dhe reaksione në mënyrë të thatë.
Reagimet e rrugës së lagësht
Reaksionet në tretësirë kanë kushte të caktuara, një ose më shumë prej të cilave duhet të plotësohen:
- Formimi i një precipitati të patretshëm.
- Ndryshimi i ngjyrës së tretësirës.
- Evolucioni i një lënde të gaztë.
Formimi i precipitatit mund të ndodhë, për shembull, si rezultat i ndërveprimit të klorurit të bariumit (BaCl2) dhe acidit sulfurik (H2SO4). Produktet e reaksionit janë acidi klorhidrik (HCl) dhe një precipitat i bardhë i patretshëm në ujë - sulfati i bariumit (BaSO4). Atëherë do të plotësohet kushti i nevojshëm për shfaqjen e një reaksioni kimik. Ndonjëherë produktet e reaksionit mund të jenë disa substanca, të cilat duhet të ndahen me filtrim.
Ndryshimi i ngjyrës së tretësirës si rezultat i ndërveprimit kimik është një veçori shumë e rëndësishme e analizës. Kjo vërehet më shpesh kur punoni me procese redoks ose kur përdorni tregues në procesin e titrimit acid-bazë. Substancat që mund të ngjyrosin tretësirën me ngjyrën e duhur përfshijnë: tiocianat kaliumi KSCN (ndërveprimi i tij me kripërat e hekurit III shoqërohet me një ngjyrim të kuq gjaku të tretësirës), klorur ferrik (kur ndërvepron me ujin e klorit, ngjyra e dobët jeshile e tretësira zverdhet), dikromati i kaliumit (kur reduktohet dhe nën veprimin e acidit sulfurik, ai ndryshon nga portokalli nëjeshile e errët) dhe të tjera.
Reaksionet që vazhdojnë me çlirimin e gazit nuk janë bazë dhe përdoren në raste të rralla. Dioksidi i karbonit që prodhohet më shpesh në laboratorë është CO2.
Reaksione të thata
Ndërveprime të tilla kryhen për të përcaktuar përmbajtjen e papastërtive në substancën e analizuar, në studimin e mineraleve dhe përbëhet nga disa faza:
- Testi i shkrirjes.
- Testi i ngjyrës së flakës.
- Testi i paqëndrueshmërisë.
- Aftësia për të reaksioneve redoks.
Zakonisht, substancat minerale testohen për aftësinë e shkrirjes duke ngrohur paraprakisht një kampion të vogël të tyre mbi një djegës me gaz dhe duke vëzhguar rrumbullakimin e skajeve të tij nën një xham zmadhues.
Për të kontrolluar se si mostra është në gjendje të ngjyros flakën, ajo aplikohet në një tel platini fillimisht në bazën e flakës dhe më pas në vendin që nxehet më shumë.
Paqëndrueshmëria e kampionit kontrollohet në cilindrin e analizës, i cili nxehet pas futjes së elementit testues.
Reaksionet e proceseve redoks më së shpeshti kryhen në topa të thatë të boraksit të shkrirë, në të cilat vendoset kampioni dhe më pas i nënshtrohet ngrohjes. Ka mënyra të tjera për të kryer këtë reagim: ngrohja në një tub qelqi me metale alkaline - Na, K, ngrohje e thjeshtë ose ngrohje me qymyr, e kështu me radhë.
Përdorimi i treguesve kimikë
Ndonjëherë metodat e analizës kimike përdorin të ndryshmetregues që ndihmojnë në përcaktimin e pH të mediumit të një lënde. Më të përdorurat janë:
- Lakmus. Në një mjedis acid, letra treguese e lakmusit bëhet e kuqe dhe në një mjedis alkalik ajo kthehet në blu.
- Metilportokalli. Kur ekspozohet ndaj një joni acid, ai kthehet në rozë, alkaline - bëhet i verdhë.
- Fenolftaleinë. Në mjedisin alkalik është karakteristik për ngjyrën e kuqe, kurse në mjedisin acid nuk ka ngjyrë.
- Kurkumin. Përdoret më rrallë se treguesit e tjerë. Merret ngjyrë kafe me alkalet dhe e verdhë me acide.
Metodat fizike të analizës cilësore
Aktualisht, ato përdoren shpesh si në kërkimet industriale ashtu edhe në ato laboratorike. Shembuj të metodave fizike të analizës janë:
- Spectral, i cili tashmë është diskutuar më lart. Ai, nga ana tjetër, ndahet në metodat e emetimit dhe absorbimit. Në varësi të sinjalit analitik të grimcave, dallohen spektroskopia atomike dhe molekulare. Gjatë emetimit, kampioni lëshon kuante, dhe gjatë përthithjes, fotonet e emetuara nga kampioni absorbohen në mënyrë selektive nga grimcat e vogla - atomet dhe molekulat. Kjo metodë kimike përdor lloje të tilla rrezatimi si ultravjollcë (UV) me një gjatësi vale 200-400 nm, të dukshme me një gjatësi vale 400-800 nm dhe infra të kuqe (IR) me një gjatësi vale 800-40000 nm. Zona të tilla rrezatimi quhen ndryshe "gama optike".
- Metoda ndriçuese (fluoreshente) konsiston në vëzhgimin e emetimit të dritës nga substanca në studim për shkak tëekspozimi ndaj rrezeve ultraviolet. Mostra e provës mund të jetë një përbërje organike ose minerale, si dhe disa medikamente. Kur ekspozohen ndaj rrezatimit UV, atomet e kësaj substance kalojnë në një gjendje të ngacmuar, e karakterizuar nga një rezervë mbresëlënëse energjie. Gjatë kalimit në gjendjen normale, substanca ndriçon për shkak të sasisë së mbetur të energjisë.
- Analiza e difraksionit me rreze X kryhet, si rregull, duke përdorur rreze x. Ato përdoren për të përcaktuar madhësinë e atomeve dhe mënyrën se si ato janë të vendosura në lidhje me molekulat e tjera të mostrës. Kështu, gjendet rrjeta kristalore, përbërja e kampionit dhe prania e papastërtive në disa raste. Kjo metodë përdor një sasi të vogël të analitit pa përdorimin e reaksioneve kimike.
- Metodë masë-spektrometrike. Ndonjëherë ndodh që fusha elektromagnetike të mos lejojë disa grimca të jonizuara të kalojnë përmes saj për shkak të një ndryshimi shumë të madh në raportin e masës dhe ngarkesës. Për t'i përcaktuar ato, nevojitet kjo metodë fizike e analizës.
Kështu, këto metoda janë shumë të kërkuara, krahasuar me ato kimike konvencionale, sepse kanë një sërë avantazhesh. Megjithatë, kombinimi i metodave kimike dhe fizike të analizës në kiminë analitike jep një rezultat shumë më të mirë dhe më të saktë të studimit.
Metodat fiziko-kimike (instrumentale) të analizës cilësore
Këto kategori përfshijnë:
- Metodat elektrokimike që konsistojnë në matjeforcat elektromotore të qelizave galvanike (potenciometria) dhe përçueshmëria elektrike e tretësirave (përçueshmëria), si dhe në studimin e lëvizjes dhe të pjesës tjetër të proceseve kimike (polarografia).
- Analiza spektrale e emetimit, thelbi i së cilës është përcaktimi i intensitetit të rrezatimit elektromagnetik në një shkallë frekuence.
- Metodë fotometrike.
- Analiza spektrale me rreze X, e cila shqyrton spektrat e rrezeve X që kanë kaluar nëpër kampion.
- Metodë për matjen e radioaktivitetit.
- Metoda kromatografike bazohet në ndërveprimin e përsëritur të thithjes dhe desorbimit të një substance kur ajo lëviz përgjatë një sorbent të palëvizshëm.
Duhet të dini se në thelb metodat fiziko-kimike dhe ato fizike të analizës në kimi kombinohen në një grup, kështu që kur merren parasysh veçmas, ato kanë shumë të përbashkëta.
Metodat fiziko-kimike të ndarjes së substancave
Shumë shpesh në laboratorë ka situata kur është e pamundur të nxirret substanca e kërkuar pa e ndarë atë nga një tjetër. Në raste të tilla përdoren metoda të ndarjes së substancave, të cilat përfshijnë:
- Nxjerrja - një metodë me të cilën substanca e nevojshme nxirret nga një tretësirë ose përzierje me anë të një ekstraktuesi (tretësi përkatës).
- Kromatografi. Kjo metodë përdoret jo vetëm për analiza, por edhe për ndarjen e komponentëve që janë në fazën e lëvizshme dhe të palëvizshme.
- Ndarja me shkëmbim jonesh. Si rezultatsubstanca e dëshiruar mund të precipitojë, e patretshme në ujë dhe më pas mund të ndahet me centrifugim ose filtrim.
- Ndarja kriogjenike përdoret për nxjerrjen e substancave të gazta nga ajri.
- Elektroforeza është ndarja e substancave me pjesëmarrjen e një fushe elektrike, nën ndikimin e së cilës grimcat që nuk përzihen me njëra-tjetrën lëvizin në mjedise të lëngëta ose të gazta.
Kështu, asistenti i laboratorit do të jetë gjithmonë në gjendje të marrë substancën e kërkuar.
