Физика-химиялық зерттеулер аналитикалық химияның бір саласы ретінде адам өмірінің барлық саласында кеңінен қолданылады. Олар үлгінің құрамындағы компоненттердің сандық құрамдас бөлігін анықтау арқылы қызықты заттың қасиеттерін зерттеуге мүмкіндік береді.
Затты зерттеу
Ғылыми зерттеу дегеніміз – ұғымдар мен білімдер жүйесін алу мақсатында объект немесе құбылыс туралы білім. Әрекет ету принципі бойынша қолданылатын әдістер келесіге бөлінеді:
- эмпирикалық;
- ұйымдық;
- түсіндірме;
- сапалық және сандық талдау әдістері.
Эмпирикалық зерттеу әдістері зерттелетін объектіні сыртқы көріністер жағынан көрсетеді және бақылау, өлшеу, эксперимент, салыстыруды қамтиды. Эмпирикалық зерттеу сенімді фактілерге негізделген және талдау үшін жасанды жағдайлар жасауды қамтымайды.
Ұйымдастыру әдістері – салыстырмалы, бойлық, кешенді. Біріншісі әртүрлі уақытта және әртүрлі жағдайларда алынған объектінің күйлерін салыстыруды білдіреді. Бойлық – объектіні бақылауұзақ уақыт бойы зерттеу. Кешен - бойлық және салыстырмалы әдістердің тіркесімі.
Түсіндіру әдістері – генетикалық және құрылымдық. Генетикалық нұсқа объектінің пайда болған сәттен бастап дамуын зерттеуді қамтиды. Құрылымдық әдіс нысанның құрылымын зерттейді және сипаттайды.
Аналитикалық химия сапалық және сандық талдау әдістерімен айналысады. Химиялық зерттеулер зерттеу объектісінің құрамын анықтауға бағытталған.
Сандық талдау әдістері
Аналитикалық химияда сандық талдаудың көмегімен химиялық қосылыстардың құрамы анықталады. Қолданылатын әдістердің барлығы дерлік заттың химиялық және физикалық қасиеттерінің оның құрамына тәуелділігін зерттеуге негізделген.
Сандық талдау жалпы, толық және жартылай. Жалпы зерттелетін объектінің құрамында бар-жоғына қарамастан барлық белгілі заттардың мөлшерін анықтайды. Толық талдау үлгідегі заттардың сандық құрамын табу арқылы ерекшеленеді. Жартылай опция тек осы химиялық зерттеудегі қызығушылық тудыратын құрамдастардың мазмұнын анықтайды.
Талдау әдісіне байланысты әдістердің үш тобы бөлінеді: химиялық, физикалық және физика-химиялық. Олардың барлығы заттың физикалық немесе химиялық қасиеттерінің өзгеруіне негізделген.
Химиялық зерттеулер
Бұл әдіс әртүрлі сандық түрде кездесетін химиялық заттардың құрамындағы заттарды анықтауға бағытталған.реакциялар. Соңғысы сыртқы көріністерге ие (түстің өзгеруі, газдың бөлінуі, жылу, шөгінділер). Бұл әдіс қазіргі қоғам өмірінің көптеген салаларында кеңінен қолданылады. Химиялық зерттеу зертханасы фармацевтика, мұнай-химия, құрылыс және басқа да көптеген салаларда болуы керек.
Химиялық зерттеулердің үш түрі бар. Гравиметрия немесе салмақты талдау үлгідегі зерттелетін заттың сандық сипаттамаларының өзгеруіне негізделген. Бұл опция қарапайым және дәл нәтиже береді, бірақ уақытты қажет етеді. Химиялық зерттеу әдістерінің бұл түрімен қажетті зат жалпы құрамнан тұнба немесе газ түрінде бөлінеді. Содан кейін оны қатты ерімейтін фазаға келтіреді, сүзеді, жуады, кептіреді. Осы процедуралардан кейін компонент өлшенеді.
Титриметрия – көлемдік талдау. Химиялық заттарды зерттеу зерттелетін затпен әрекеттесетін реагенттің көлемін өлшеу арқылы жүзеге асады. Оның концентрациясы алдын ала белгілі. Реагент көлемі эквиваленттік нүктеге жеткенде өлшенеді. Газды талдауда бөлінген немесе сіңірілген газдың көлемі анықталады.
Сонымен қатар химиялық модельді зерттеу жиі қолданылады. Яғни, зерттелетін объектінің аналогы жасалады, ол зерттеуге ыңғайлы.
Физикалық зерттеулер
Тиісті реакцияларды жүргізуге негізделген химиялық зерттеулерден айырмашылығы, талдаудың физикалық әдістері заттардың бірдей қасиеттеріне негізделген. Олар үшінжүргізу үшін арнайы құрылғылар қажет. Әдістің мәні - сәулелену әсерінен болатын зат сипаттамаларының өзгеруін өлшеу. Физикалық тексерудің негізгі әдістері рефрактометрия, поляриметрия, флюориметрия.
Рефрактометрия рефрактометр көмегімен жүзеге асырылады. Әдістің мәні бір ортадан екіншісіне өткен жарықтың сынуын зерттеуге дейін төмендейді. Бұл жағдайда бұрышты өзгерту орта компоненттерінің қасиеттеріне байланысты. Сондықтан ортаның құрамы мен құрылымын анықтау мүмкін болады.
Поляриметрия – белгілі бір заттардың сызықты поляризацияланған жарықтың тербеліс жазықтығын айналдыру мүмкіндігін пайдаланатын оптикалық зерттеу әдісі.
Флюориметрия үшін монохроматикалық сәулеленуді тудыратын лазерлер мен сынап шамдары қолданылады. Кейбір заттар флуоресценцияға қабілетті (сіңген сәулені сіңіреді және шығарады). Флуоресценцияның қарқындылығы негізінде заттың сандық анықтауы туралы қорытынды жасалады.
Физика-химиялық зерттеулер
Физико-химиялық зерттеу әдістері әртүрлі химиялық реакциялардың әсерінен заттың физикалық қасиеттерінің өзгеруін тіркейді. Олар зерттелетін объектінің физикалық сипаттамаларының оның химиялық құрамына тікелей тәуелділігіне негізделген. Бұл әдістер кейбір өлшеу құралдарын қолдануды талап етеді. Әдетте, бақылау жылу өткізгіштік, электр өткізгіштік, жарықты сіңіру, қайнау және балқу температурасы бойынша жүргізіледі.
Заттың физика-химиялық зерттеулеріжоғары дәлдігі мен нәтижелерді алу жылдамдығына байланысты кеңінен қолданылады. Қазіргі әлемде ІТ-технологиялардың дамуына байланысты химиялық әдістерді қолдану қиындай бастады. Физика-химиялық әдістер тамақ өнеркәсібінде, ауыл шаруашылығында, сот сараптамасында қолданылады.
Физикалық және химиялық әдістер мен химиялық әдістер арасындағы негізгі айырмашылықтардың бірі - реакцияның соңы (эквиваленттік нүкте) көзбен емес, өлшеу құралдарының көмегімен анықталады.
Физика-химиялық зерттеудің негізгі әдістері спектрлік, электрохимиялық, термиялық және хроматографиялық әдістер болып саналады.
Затты талдаудың спектрлік әдістері
Спектрлік талдау әдістерінің негізі – объектінің электромагниттік сәулеленумен әрекеттесуі. Соңғысының жұтылуы, шағылысуы, шашырауы зерттеледі. Әдістің басқа атауы - оптикалық. Бұл сандық және сапалық зерттеулердің жиынтығы. Спектрлік талдау заттың химиялық құрамын, құрамдас бөліктерінің құрылымын, магнит өрісін және басқа сипаттамаларын бағалауға мүмкіндік береді.
Әдістің мәні заттың жарыққа әрекеттесетін резонанстық жиіліктерін анықтау болып табылады. Олар әр компонент үшін қатаң жеке. Спектроскоптың көмегімен спектрдегі сызықтарды көруге және заттың құрамдас бөліктерін анықтауға болады. Спектрлік сызықтардың қарқындылығы сандық сипаттама туралы түсінік береді. Спектрлік әдістердің классификациясы спектрдің түріне және зерттеу мақсатына негізделген.
Эмиссия әдісісәулелену спектрлерін зерттеуге мүмкіндік береді және заттың құрамы туралы мәлімет береді. Мәліметтерді алу үшін ол электр доғасының разрядына ұшырайды. Бұл әдістің нұсқасы жалындық фотометрия болып табылады. Абсорбциялық спектрлер абсорбциялық әдіспен зерттеледі. Жоғарыда аталған опциялар заттың сапалық талдауына қатысты.
Сандық спектрлік талдау зерттелетін объект пен белгілі концентрациядағы заттың спектрлік сызығының қарқындылығын салыстырады. Бұл әдістерге атомдық абсорбция, атомдық флуоресценция және люминесценция талдаулары, турбидиметрия, нефелометрия жатады.
Заттардың электрохимиялық анализінің негіздері
Электрохимиялық талдау затты зерттеу үшін электролизді пайдаланады. Реакциялар электродтарда сулы ерітіндіде жүргізіледі. Қол жетімді сипаттамалардың бірі өлшенуі керек. Зерттеу электрохимиялық ұяшықта жүргізіледі. Бұл электролиттер (иондық өткізгіштігі бар заттар), электродтар (электрондық өткізгіштігі бар заттар) орналастырылған ыдыс. Электродтар мен электролиттер бір-бірімен әрекеттеседі. Бұл жағдайда ток сырттан беріледі.
Электрохимиялық әдістердің классификациясы
Физикалық және химиялық зерттеулерге негізделген құбылыстарға негізделген электрохимиялық әдістерді жіктеңіз. Бұл бөтен әлеуеті бар және жоқ әдістер.
Кондуктометрия аналитикалық әдіс және G электр өткізгіштігін өлшейді. Кондуктометриялық талдау әдетте айнымалы токты пайдаланады. Кондуктометриялық титрлеу – көпортақ зерттеу әдісі. Бұл әдіс суды химиялық зерттеу үшін пайдаланылатын портативті кондуктометрлерді жасаудың негізі болып табылады.
Потенциометрияны жүргізген кезде қайтымды гальваникалық элементтің ЭҚК өлшенеді. Кулометрия әдісі электролиз кезінде тұтынылатын электр энергиясының мөлшерін анықтайды. Вольтамметрия ток шамасының қолданылатын потенциалға тәуелділігін зерттейді.
Заттарды талдаудың термиялық әдістері
Термиялық талдау температура әсерінен заттың физикалық қасиеттерінің өзгеруін анықтауға бағытталған. Бұл сынақ әдістері қысқа уақыт ішінде және зерттелген үлгінің аз мөлшерімен орындалады.
Термогравиметрия – температура әсерінен заттың массасының өзгеруін тіркеуді есепке алатын термиялық талдау әдістерінің бірі. Бұл әдіс ең дәлдердің бірі болып саналады.
Сонымен қатар жылулық зерттеу әдістеріне заттың жылу сыйымдылығын анықтайтын калориметрия, жылу сыйымдылығын зерттеуге негізделген энтальпиметрия жатады. Сондай-ақ олардың арасында температура әсерінен үлгі көлемінің өзгеруін анықтайтын дилатометрияны жатқызуға болады.
Заттарды талдаудың хроматографиялық әдістері
Хроматография әдісі – заттарды бөлу тәсілі. Хроматографияның көптеген түрлері бар, олардың негізгілері: газ, таралу, тотығу-тотықсыздану, тұндыру, ион алмасу.
Сынақ үлгісіндегі құрамдас бөліктер қозғалатын және қозғалмайтын болып бөлінгенфазалары. Бірінші жағдайда біз сұйықтықтар немесе газдар туралы айтып отырмыз. Стационарлы фаза сорбент – қатты зат. Үлгі компоненттері жылжымалы фазада стационарлық фаза бойымен қозғалады. Компоненттердің соңғы фазадан өту жылдамдығы мен уақыты бойынша олардың физикалық қасиеттері бағаланады.
Физика-химиялық зерттеу әдістерін қолдану
Физика-химиялық әдістердің ең маңызды саласы санитарлық-химиялық және сот-химиялық зерттеулер болып табылады. Олардың кейбір айырмашылықтары бар. Бірінші жағдайда жүргізілген талдауды бағалау үшін қабылданған гигиеналық нормативтер қолданылады. Оларды министрліктер белгілейді. Санитарлық-химиялық зерттеу эпидемиологиялық қызмет белгілеген тәртіппен жүргізіледі. Процесс тамақ өнімдерінің қасиеттерін еліктейтін экологиялық үлгілерді пайдаланады. Олар сондай-ақ үлгінің жұмыс шарттарын шығарады.
Сот-химиялық зерттеу адам ағзасындағы есірткілік, күшті әсер ететін заттар мен уларды, тамақ өнімдерін, дәрілік заттарды сандық анықтауға бағытталған. Сараптама сот бұйрығына сәйкес жүргізіледі.
