Penyelidikan fiziko-kimia sebagai cabang kimia analitik digunakan secara meluas dalam setiap bidang kehidupan manusia. Ia membenarkan anda mengkaji sifat bahan yang diminati dengan menentukan komponen kuantitatif komponen dalam komposisi sampel.
Penyelidikan bahan
Penyelidikan saintifik ialah pengetahuan tentang sesuatu objek atau fenomena untuk mendapatkan sistem konsep dan pengetahuan. Mengikut prinsip tindakan, kaedah yang digunakan dikelaskan kepada:
- empirikal;
- organisasi;
- interpretatif;
- kaedah analisis kualitatif dan kuantitatif.
Kaedah penyelidikan empirikal mencerminkan objek yang dikaji dari sisi manifestasi luaran dan termasuk pemerhatian, pengukuran, eksperimen, perbandingan. Kajian empirikal adalah berdasarkan fakta yang boleh dipercayai dan tidak melibatkan penciptaan situasi buatan untuk analisis.
Kaedah organisasi - perbandingan, membujur, kompleks. Yang pertama membayangkan perbandingan keadaan objek yang diperoleh pada masa yang berbeza dan dalam keadaan yang berbeza. Membujur - pemerhatian objekpenyelidikan dalam jangka masa yang panjang. Kompleks ialah gabungan kaedah longitudinal dan perbandingan.
Kaedah tafsiran - genetik dan struktur. Varian genetik melibatkan kajian perkembangan sesuatu objek dari saat kejadiannya. Kaedah struktur mengkaji dan menerangkan struktur objek.
Kimia analitik memperkatakan kaedah analisis kualitatif dan kuantitatif. Kajian kimia bertujuan untuk menentukan komposisi objek kajian.
Kaedah analisis kuantitatif
Dengan bantuan analisis kuantitatif dalam kimia analitik, komposisi sebatian kimia ditentukan. Hampir semua kaedah yang digunakan adalah berdasarkan kajian kebergantungan sifat kimia dan fizikal sesuatu bahan pada komposisinya.
Analisis kuantitatif adalah umum, lengkap dan separa. Umum menentukan jumlah semua bahan yang diketahui dalam objek yang dikaji, tidak kira sama ada ia terdapat dalam komposisi atau tidak. Analisis lengkap dibezakan dengan mencari komposisi kuantitatif bahan yang terkandung dalam sampel. Pilihan separa mentakrifkan kandungan hanya komponen yang diminati dalam kajian kimia ini.
Bergantung kepada kaedah analisis, terdapat tiga kumpulan kaedah: kimia, fizikal dan fiziko-kimia. Kesemuanya adalah berdasarkan perubahan dalam sifat fizikal atau kimia sesuatu bahan.
Penyelidikan Kimia
Kaedah ini bertujuan untuk penentuan bahan dalam pelbagai bahan kimia yang berlaku secara kuantitatiftindak balas. Yang terakhir mempunyai manifestasi luaran (perubahan warna, pembebasan gas, haba, sedimen). Kaedah ini digunakan secara meluas dalam banyak cabang kehidupan masyarakat moden. Makmal penyelidikan kimia mesti ada dalam industri farmaseutikal, petrokimia, pembinaan dan banyak lagi industri lain.
Terdapat tiga jenis penyelidikan kimia. Gravimetri, atau analisis berat, adalah berdasarkan perubahan dalam ciri kuantitatif bahan ujian dalam sampel. Pilihan ini mudah dan memberikan hasil yang tepat, tetapi memakan masa. Dengan kaedah penyelidikan kimia jenis ini, bahan yang diperlukan diasingkan daripada jumlah komposisi dalam bentuk mendakan atau gas. Kemudian ia dibawa ke dalam fasa tidak larut pepejal, ditapis, dibasuh, dikeringkan. Selepas prosedur ini, komponen ditimbang.
Titrimetri ialah analisis isipadu. Kajian tentang bahan kimia berlaku dengan mengukur isipadu reagen yang bertindak balas dengan bahan yang dikaji. Kepekatannya diketahui terlebih dahulu. Isipadu reagen diukur apabila titik kesetaraan dicapai. Dalam analisis gas, isipadu gas yang dibebaskan atau diserap ditentukan.
Selain itu, kajian model kimia sering digunakan. Iaitu, analog objek yang dikaji dicipta, yang lebih mudah untuk dikaji.
Penyelidikan Fizikal
Tidak seperti penyelidikan kimia berdasarkan menjalankan tindak balas yang sesuai, kaedah analisis fizikal adalah berdasarkan sifat bahan yang sama. Untuk merekamenjalankan memerlukan peranti khas. Intipati kaedah adalah untuk mengukur perubahan dalam ciri-ciri bahan yang disebabkan oleh tindakan sinaran. Kaedah utama pemeriksaan fizikal ialah refraktometri, polarimetri, fluorimetri.
Refraktometri dijalankan menggunakan refraktometer. Intipati kaedah dikurangkan kepada kajian tentang pembiasan cahaya yang melalui satu medium ke medium lain. Menukar sudut dalam kes ini bergantung pada sifat komponen sederhana. Oleh itu, adalah mungkin untuk mengenal pasti komposisi medium dan strukturnya.
Polarimetri ialah kaedah penyelidikan optik yang menggunakan keupayaan bahan tertentu untuk memutarkan satah ayunan cahaya terkutub linear.
Untuk fluorimetri, laser dan lampu merkuri digunakan, yang menghasilkan sinaran monokromatik. Sesetengah bahan mampu pendarfluor (menyerap dan mengeluarkan sinaran yang diserap). Berdasarkan keamatan pendarfluor, kesimpulan dibuat tentang penentuan kuantitatif bahan.
Penyelidikan fizikal dan kimia
Kaedah penyelidikan fiziko-kimia mendaftarkan perubahan dalam sifat fizikal bahan di bawah pengaruh pelbagai tindak balas kimia. Ia adalah berdasarkan pergantungan langsung ciri-ciri fizikal objek yang dikaji pada komposisi kimianya. Kaedah ini memerlukan penggunaan beberapa alat pengukur. Sebagai peraturan, pemerhatian dijalankan untuk kekonduksian terma, kekonduksian elektrik, penyerapan cahaya, takat didih dan takat lebur.
Kajian fiziko-kimia tentang jirimdigunakan secara meluas kerana ketepatan yang tinggi dan kelajuan memperoleh keputusan. Dalam dunia moden, disebabkan perkembangan teknologi IT, kaedah kimia menjadi sukar untuk digunakan. Kaedah fiziko-kimia digunakan dalam industri makanan, pertanian, forensik.
Salah satu perbezaan utama antara kaedah fizikal dan kimia serta kaedah kimia ialah penghujung tindak balas (titik kesetaraan) didapati menggunakan alat pengukur, dan bukan secara visual.
Kaedah utama penyelidikan fizikal dan kimia dianggap sebagai kaedah spektrum, elektrokimia, haba dan kromatografi.
Kaedah spektral analisis bahan
Asas kaedah analisis spektrum ialah interaksi objek dengan sinaran elektromagnet. Penyerapan, pantulan, dan penyebaran yang terakhir dikaji. Nama lain untuk kaedah ini ialah optik. Ia adalah gabungan penyelidikan kualitatif dan kuantitatif. Analisis spektrum membolehkan anda menilai komposisi kimia, struktur komponen, medan magnet dan ciri lain sesuatu bahan.
Intipati kaedah adalah untuk menentukan frekuensi resonans di mana bahan bertindak balas kepada cahaya. Mereka adalah individu untuk setiap komponen. Dengan spektroskop, anda boleh melihat garisan pada spektrum dan menentukan juzuk sesuatu bahan. Keamatan garis spektrum memberikan gambaran tentang ciri kuantitatif. Pengelasan kaedah spektrum adalah berdasarkan jenis spektrum dan tujuan kajian.
Kaedah pelepasanmembolehkan anda mengkaji spektrum pelepasan dan memberikan maklumat tentang komposisi bahan tersebut. Untuk mendapatkan data, ia tertakluk kepada nyahcas arka elektrik. Satu variasi kaedah ini ialah fotometri nyalaan. Spektrum serapan dikaji dengan kaedah serapan. Pilihan di atas merujuk kepada analisis kualitatif bahan.
Analisis spektrum kuantitatif membandingkan keamatan garis spektrum objek yang dikaji dan bahan yang diketahui kepekatannya. Kaedah ini termasuk penyerapan atom, pendarfluor atom dan analisis luminescence, turbidimetri, nephelometry.
Asas analisis elektrokimia bahan
Analisis elektrokimia menggunakan elektrolisis untuk mengkaji bahan. Tindak balas dijalankan dalam larutan akueus pada elektrod. Salah satu ciri yang ada adalah untuk diukur. Kajian ini dijalankan dalam sel elektrokimia. Ini adalah kapal di mana elektrolit (bahan dengan kekonduksian ionik), elektrod (bahan dengan kekonduksian elektronik) diletakkan. Elektrod dan elektrolit berinteraksi antara satu sama lain. Dalam kes ini, arus dibekalkan dari luar.
Klasifikasi kaedah elektrokimia
Kelaskan kaedah elektrokimia berdasarkan fenomena yang menjadi asas kajian fizikal dan kimia. Ini adalah kaedah dengan dan tanpa potensi luar.
Conductometry ialah kaedah analitikal dan mengukur kekonduksian elektrik G. Analisis konduktometri biasanya menggunakan arus ulang alik. Pentitratan konduktometri - lebih banyak lagikaedah penyelidikan biasa. Kaedah ini adalah asas untuk pembuatan konduktor mudah alih yang digunakan untuk kajian kimia air.
Semasa menjalankan potensiometri, EMF sel galvanik boleh balik diukur. Kaedah coulometri menentukan jumlah elektrik yang digunakan semasa elektrolisis. Voltammetri menyiasat pergantungan magnitud arus pada potensi yang digunakan.
Kaedah terma analisis bahan
Analisis terma bertujuan untuk menentukan perubahan sifat fizikal bahan di bawah pengaruh suhu. Kaedah ujian ini dilakukan dalam tempoh masa yang singkat dan dengan sejumlah kecil sampel yang dikaji.
Termogravimetri ialah salah satu kaedah analisis haba, yang merangkumi pendaftaran perubahan jisim objek di bawah pengaruh suhu. Kaedah ini dianggap salah satu yang paling tepat.
Selain itu, kaedah penyelidikan haba termasuk kalorimetri, yang menentukan kapasiti haba bahan, entalpimetri, berdasarkan kajian kapasiti haba. Antaranya juga harus dikaitkan dengan dilatometri, yang menangkap perubahan dalam isipadu sampel di bawah pengaruh suhu.
Kaedah kromatografi untuk analisis bahan
Kaedah kromatografi ialah cara mengasingkan bahan. Terdapat banyak jenis kromatografi, yang utama ialah: gas, pengedaran, redoks, pemendakan, pertukaran ion.
Komponen dalam sampel ujian diasingkan antara bergerak dan pegunfasa. Dalam kes pertama, kita bercakap tentang cecair atau gas. Fasa pegun ialah sorben - pepejal. Komponen sampel bergerak dalam fasa bergerak sepanjang fasa pegun. Mengikut kelajuan dan masa laluan komponen melalui fasa terakhir, sifat fizikalnya dinilai.
Aplikasi kaedah penyelidikan fizikal dan kimia
Bidang kaedah fizikal dan kimia yang paling penting ialah penyelidikan kimia sanitari dan kimia forensik. Mereka mempunyai beberapa perbezaan. Dalam kes pertama, piawaian kebersihan yang diterima digunakan untuk menilai analisis yang dilakukan. Ia ditetapkan oleh kementerian. Penyelidikan sanitari-kimia dijalankan mengikut prosedur yang ditetapkan oleh perkhidmatan epidemiologi. Proses ini menggunakan model persekitaran yang meniru sifat produk makanan. Mereka juga mengeluarkan semula keadaan operasi sampel.
Penyelidikan kimia forensik bertujuan untuk pengesanan kuantitatif narkotik, bahan kuat dan racun dalam badan manusia, produk makanan, ubat-ubatan. Pemeriksaan dijalankan mengikut perintah mahkamah.
