Физико-химические методы анализа

Однако химические методы анализа не смогли удовлетворить многообразные запросы науки и производства. Только физико-химические методы анализа вещества, основанные на использовании многочисленных законов физики, электротехники, оптики, ядерной физики и других наук, позволили кардинально снизить порог обнаружения вещества до 10−10— 10~5%, проводить анализ дистанционно и в режиме реального времени и пр. Общее число физико-химических методов анализа насчитывает несколько десятков, но наибольшее практическое применение нашли следующие:

• • электрохимические;
• • хроматографические;
• • оптические, в том числе спектральные.

В группу электрохимических методов анализа, основанных на измерении электрических свойств вещества (электрическая проводимость, потенциал и т. п.), входят кондуктометрия, диэлькометрия, потенциометрия, вольтамперометрия и т. д.

Группу хроматографических методов составляют методы газовой и газожидкостной хроматографии, жидкостной распределительной, тонкослойной, ионообменной и другие виды хроматографии.

Оптические методы анализа включают в себя методы эмиссионной атомной спектроскопии, атомно-абсорбционной и инфракрасной (ИК) спектроскопии, спектрофотометрии, люминесценции и др.

Приведенный перечень групп является далеко не полным, так как в него не вошли многие методы (радиометрические, масс-спектрометрические и др.), что вовсе не свидетельствует об их второстепенности.

Погрешность физико-химических методов анализа составляет в среднем несколько процентов, что превышает погрешность классических химических методов. Но следует отметить, что при небольшом содержании определяемого компонента (менее 10~³%) классические методы анализа вообще непригодны, при больших концентрациях физико-химические методы успешно соперничают с химическими, а такой метод анализа, как кулонометрия, даже превосходит их по точности.

Существенным недостатком физико-химических методов анализа является то, что для их практического применения требуются эталоны, стандартные образцы (СО) материалов и свойств, стандартные растворы и градуировочные графики.

Выбирая тот или иной метод анализа, необходимо четко понимать цель анализа, задачи, которые при этом нужно решить, оценить достоинства и недостатки метода, его погрешность.

Метод измерений — прием или совокупность приемов сравнения измеряемой физической величины с ее единицей в соответствии с реализованным принципом измерений. Метод измерений обычно обусловлен устройством СИ.

Рассмотрим виды химического анализа.

Качественный анализ решает вопрос о том, какие компоненты включает анализируемая проба, из чего она состоит. Количественный анализ дает сведения о количественном содержании всех или отдельных компонентов. Изотопный анализ заключается в определении тех или иных изотопов, например дейтерия в воде. Элементный анализ — это определение элементного состава объекта исследования. Структурно-групповой анализ — определение функциональных групп, т. е. отдельных групп органических соединений — карбоксильной, гидроксильной, аминной и др. Он занимает промежуточное положение между элементным и молекулярным. Молекулярный анализ — это обнаружение и определение химических соединений, например анализ смеси газов. В воздухе при этом можно определить основные компоненты: азот, кислород, диоксид углерода, инертные газы, озон и др. Вещественный анализ определяет, в какой форме присутствует интересующий нас компонент в анализируемом объекте и каково содержание этих форм. Он имеет много общего с молекулярным и фазовым анализом. Фазовый анализ — анализ включений в неоднородном объекте, например минералах.

Рассмотрим основные факторы, которые нужно принимать во внимание, выбирая метод анализа.