Fizikai -kémiai vagy instrumentális elemzési módszerek

A fizikai -kémiai vagy műszeres elemzési módszerek az elemzett rendszer fizikai paramétereinek műszerekkel (műszerekkel) történő mérésén alapulnak, amelyek az analitikai reakció során keletkeznek vagy változnak.

A fizikai -kémiai elemzési módszerek gyors fejlődését az okozta, hogy a klasszikus kémiai elemzési módszerek (gravimetria, titrimetria) már nem tudták kielégíteni a vegyipar, gyógyszeripar, kohászat, félvezető-, nukleáris- és más iparágak számos igényét, amelyek növelését igényelték a módszerek 10-8-10-9%-os érzékenységében, szelektivitása és gyorsasága, amely lehetővé tenné a technológiai folyamatok kémiai elemzés adatai szerinti ellenőrzését, valamint automatikus és távoli végrehajtását.

Számos modern fizikai -kémiai elemzési módszer lehetővé teszi, hogy egyidejűleg elvégezzük az azonos mintában lévő összetevők minőségi és mennyiségi elemzését. A modern fizikai -kémiai módszerek elemzésének pontossága összehasonlítható a klasszikus módszerek pontosságával, és néhány esetben, például a kulometriában, jelentősen magasabb.

Egyes fizikai -kémiai módszerek hátrányai közé tartozik az alkalmazott műszerek magas költsége, a szabványok alkalmazásának szükségessége. Ezért a klasszikus elemzési módszerek még mindig nem veszítették el értéküket, és ott alkalmazzák őket, ahol nincsenek korlátozások az elemzés sebességére, és nagy pontosságra van szükség az elemzett komponens magas tartalmával.

A fizikai és kémiai elemzési módszerek osztályozása

Az elemzés fizikai -kémiai módszereinek osztályozása az elemzett rendszer mért fizikai paraméterének jellegén alapul, amelynek értéke az anyagmennyiség függvénye. Ennek megfelelően minden fizikai -kémiai módszer három nagy csoportra oszlik:

Elektrokémiai;

Optikai és spektrális;

Kromatográfiás.

Az elektrokémiai elemzési módszerek az elektromos paraméterek mérésén alapulnak: áramerősség, feszültség, egyensúlyi elektródpotenciálok, elektromos vezetőképesség, villamos energia mennyisége, amelyek értékei arányosak az elemzett tárgy anyagtartalmával.

Az optikai és spektrális elemzési módszerek az elektromágneses sugárzás anyagokkal való kölcsönhatásának hatásait jellemző paraméterek mérésén alapulnak: a gerjesztett atomok sugárzási intenzitása, a monokróm sugárzás elnyelése, a fény törésmutatója, a sík forgásszöge polarizált fénysugár stb.

Mindezek a paraméterek az anyag koncentrációjának függvényei az elemzett objektumban.

A kromatográfiás módszerek a homogén többkomponensű keverékek szétválasztási módszerekkel történő szétválasztásának módszerei dinamikus körülmények között. Ilyen körülmények között az összetevők két nem elegyedő fázis között oszlanak el: mobil és álló. A komponensek eloszlása ​​a mobil és az álló fázisok közötti eloszlási együtthatóik különbségén alapul, ami ezen komponensek különböző sebességű átviteléhez vezet az álló helyzetből a mobil fázisba. Az elválasztás után az egyes komponensek mennyiségi tartalmát különböző elemzési módszerekkel lehet meghatározni: klasszikus vagy instrumentális.

Molekuláris abszorpciós spektrális elemzés

A molekuláris abszorpciós spektrális elemzés spektrofotometriás és fotokolorimetriás típusú elemzéseket tartalmaz.

A spektrofotometriás elemzés az abszorpciós spektrum meghatározásán vagy a fényabszorpció mérésén alapul szigorúan meghatározott hullámhosszon, amely megfelel a vizsgált anyag abszorpciós görbéjének maximumának.

A fotokolorimetriás analízis a vizsgált színes és standard koncentrációjú oldatok foltjainak intenzitásának összehasonlításán alapul.

Az anyag molekuláinak van egy bizonyos belső energiája E, amelynek alkotóelemei:

Az elektronok mozgási energiája Az atommag elektrosztatikus mezőjében található angolna;

Az atommagok rezgési energiája egymáshoz képest E szám;

Molekula forgási energiája E bp

és matematikailag az összes fenti energia összegeként fejeződik ki:

Ezenkívül, ha egy anyag molekulája elnyeli a sugárzást, akkor az E 0 kezdeti energiája az elnyelt fotonenergia mennyiségével növekszik, azaz:

A fenti egyenlőségből az következik, hogy minél rövidebb a λ hullámhossz, annál nagyobb a rezgési frekvencia, és ezért a nagyobb E, vagyis az energia, amelyet az anyagmolekula ad át, amikor kölcsönhatásba lép az elektromágneses sugárzással. Ezért a sugárenergia és az anyag kölcsönhatásának jellege a fény hullámhosszától függően λ eltérő lesz.

Az elektromágneses sugárzás összes frekvenciájának (hullámhosszának) gyűjteményét elektromágneses spektrumnak nevezzük. A hullámhossz-intervallum régiókra oszlik: ultraibolya (UV) körülbelül 10-380 nm, látható 380-750 nm, infravörös (IR) 750-100000 nm.

Az energia, amelyet egy anyag molekulájához az UV és a spektrum látható része sugárzik, elegendő ahhoz, hogy megváltoztassa a molekula elektronikus állapotát.

Az infravörös sugarak energiája kevesebb, ezért kiderül, hogy csak ahhoz elegendő, hogy megváltozzon a rezgési és forgási átmenetek energiája egy anyagmolekulában. Így a spektrum különböző részein lehet kapni különféle információkat az anyagok állapotáról, tulajdonságairól és szerkezetéről.

A sugárzás elnyelésének törvényei

A spektrofotometriai elemzési módszerek két alaptörvényen alapulnak. Az első közülük a Bouguer-Lambert-törvény, a második a Beer-törvény. A kombinált Bouguer-Lambert-Beer törvény a következőképpen van megfogalmazva:

A monokromatikus fény színes oldat általi elnyelése közvetlenül arányos a fényelnyelő anyag koncentrációjával és az oldatréteg vastagságával, amelyen áthalad.

A Bouguer-Lambert-Beer törvény a fényelnyelés alaptörvénye, és a legtöbb fotometriai elemzési módszer alapja. Matematikailag ezt az egyenlet fejezi ki:

Az érték lgén / én 0 az abszorbeáló anyag optikai sűrűségének nevezzük, és D vagy A betűvel jelöljük. Ezután a törvény a következőképpen írható fel:

A vizsgálati objektumon áthaladó monokromatikus sugárzás és a kezdeti sugárzás intenzitásának arányát az oldat átlátszóságának vagy áteresztésének nevezzük, és T betűvel jelöljük: T = én / én 0

Ez az arány százalékban kifejezhető. Az 1 cm vastag réteg áteresztését jellemző T értéket áteresztőképességnek nevezzük. A D optikai sűrűség és a T átvitel az arányhoz kapcsolódik

D és T a fő mennyiségek, amelyek egy adott anyag oldatának bizonyos koncentrációjú, bizonyos hullámhosszúságú és abszorbeáló réteg vastagságú abszorpcióját jellemzik.

A D (C) függőség egyszerű, és T (C) vagy T (l) exponenciális. Ezt szigorúan csak a monokromatikus sugárzási fluxusoknál tartják be.

A K extinkciós együttható értéke függ az oldatban lévő anyag koncentrációjának kifejezési módjától és az abszorbeáló réteg vastagságától. Ha a koncentrációt molban literenként, a rétegvastagságot centiméterben fejezzük ki, akkor ezt moláris kihalási együtthatónak nevezzük, amelyet ε szimbólum jelöli, és egyenlő az 1 mol / l koncentrációjú oldat optikai sűrűségével. 1 cm vastagságú küvettába helyezzük.

A moláris fényelnyelési együttható értéke a következőktől függ:

Az oldott anyag természetéből;

Monokromatikus fényhullámhosszok;

Hőmérséklet;

Az oldószer jellege.

A Buger-Lambert-Beer törvény megsértésének okai.

1. A törvény származtatott, és csak a monokromatikus fényre érvényes, ezért az elégtelen monokromatizáció a törvény eltérését okozhatja, és annál is inkább, annál kevesebb a monokromatizáció.

2. Az oldatokban különféle folyamatok fordulhatnak elő, amelyek megváltoztatják az abszorbeáló anyag koncentrációját vagy jellegét: hidrolízis, ionizáció, hidratálás, asszociáció, polimerizáció, komplexképződés stb.

3. Az oldatok fényelnyelése jelentősen függ az oldat pH -értékétől. Amikor az oldat pH -ja megváltozik, a következők változhatnak:

A gyenge elektrolit ionizációs foka;

Az ionok létezési formája, amely a fényelnyelés megváltozásához vezet;

A képződött összetétele színes komplex vegyületek.

Ezért a törvény az erősen híg oldatokra érvényes, és alkalmazási területe korlátozott.

Vizuális kolorimetria

Az oldatok színintenzitása különböző módszerekkel mérhető. Ezek között vannak szubjektív (vizuális) kolorimetriai és objektív, azaz fotokolorimetriás módszerek.

Vizuális módszerek azok a módszerek, amelyekben a vizsgálati oldat színintenzitását szabad szemmel mérik. A kolorimetriás meghatározás objektív módszereiben a fotocellákat használják közvetlen megfigyelés helyett a vizsgálati oldat színintenzitásának mérésére. Ebben az esetben a meghatározást speciális eszközökön - fotokolorimétereken - végzik, ezért a módszert fotokolorimetriának nevezik.

Látható világos színek:

A vizuális módszerek a következők:

- szabványos sorozatok módszere;

- kolorimetrikus titrálás vagy másolás módja;

- kiegyenlítő módszer.

Standard sorozat módszer. Ha az elemzést szabványos sorozatok módszerével hajtjuk végre, az elemzett színes oldat színintenzitását összehasonlítjuk egy speciálisan készített (azonos rétegvastagságú) szabványos oldat sorozatának színeivel.

Kolorimetrikus titrálási módszer (duplikáció) az elemzett oldat színének összehasonlítása egy másik oldat - a kontroll - színével. A kontrolloldat tartalmazza a vizsgálati oldat összes összetevőjét, az analit kivételével, és a minta előkészítésében felhasznált összes reagenset. A bürettából az analit standard oldatát adjuk hozzá. Ha ebből az oldatból annyit adunk hozzá, hogy a kontroll és az elemzett oldatok színintenzitása egyenlő, akkor úgy kell tekinteni, hogy az elemzett oldat ugyanannyi analitot tartalmaz, mint amennyit a kontrolloldatba juttattak.

Kiegyenlítési módszer eltér a fent leírt vizuális kolorimetriai módszerektől, amelyekben a standard és a vizsgálati oldatok színeinek hasonlóságát a koncentrációjuk megváltoztatásával érik el. A kiegyenlítési módszerben a színek hasonlóságát a színes oldatok rétegeinek vastagságának megváltoztatásával érik el. Ebből a célból leeresztő és merülő kolorimétereket használnak az anyagok koncentrációjának meghatározására.

A kolorimetriai elemzés vizuális módszereinek előnyei:

A meghatározási technika egyszerű, nincs szükség összetett drága berendezésekre;

A megfigyelő szeme nemcsak az intenzitást, hanem az oldatok színének árnyalatait is fel tudja mérni.

Hátrányok:

Készítsen szabványos oldatot vagy szabványos megoldások sorozatát;

Lehetetlen összehasonlítani az oldat színintenzitását más színű anyagok jelenlétében;

A szemszín intenzitásának hosszan tartó összehasonlításával az ember elfárad, és a meghatározási hiba növekszik;

Az emberi szem nem olyan érzékeny az optikai sűrűség apró változásaira, mint a fotovoltaikus eszközök, aminek következtében lehetetlen észlelni a körülbelül öt százalékos relatív koncentrációbeli különbséget.

Fotoelektromos kolorimetriai módszerek

A fotoelektrokolorimetriát a fényelnyelés vagy a színes oldatok áteresztésének mérésére használják. Az erre a célra használt eszközöket fotoelektromos kolorimétereknek (FEC) nevezik.

A színintenzitás mérésére szolgáló fotoelektromos módszerek a fotocellák használatához kapcsolódnak. Azokkal az eszközökkel szemben, amelyekben a színek vizuális összehasonlítását végzik, a fotoelektromos koloriméterekben egy eszköz - fotocella - a fényenergia vevője. Ebben az eszközben a fényenergia elektromos energiává alakul. A fotocellák lehetővé teszik kolorimetriás meghatározások elvégzését nemcsak a látható, hanem az UV és IR spektrális régiókban is. A fényáram fotoelektromos fotométerekkel történő mérése pontosabb, és nem függ a megfigyelő szemének jellemzőitől. A fotocellák használata lehetővé teszi az anyagok koncentrációjának automatizálását a technológiai folyamatok kémiai ellenőrzésében. Ennek eredményeként a fotoelektromos kolorimetriát sokkal szélesebb körben alkalmazzák a gyári laboratóriumok gyakorlatában, mint a vizuális.

Ábrán. Az 1. ábra a szerelvények szokásos elrendezését mutatja az oldatok átvitelének vagy abszorpciójának mérésére szolgáló műszerekben.

1. ábra A sugárzás elnyelésének mérésére szolgáló eszközök fő egységei: 1 - sugárforrás; 2 - monokromator; 3 - küvetták oldatokhoz; 4 - átalakító; 5 - jelzőlámpa.

A fotokoloriméterek a mérések során használt fotocellák számától függően két csoportra oszlanak: egysugaras (egykarú)-egy fotocellás és kétnyalábú (kétkarú) eszközök-két fotocellával.

Az egysugaras FEK-vel kapott mérési pontosság nem magas. Az ipari és tudományos laboratóriumokban a legelterjedtebbek a két fotocellával felszerelt fotovoltaikus berendezések. Ezeknek az eszközöknek a kialakítása azon az elven alapul, hogy két fénysugár intenzitását kiegyenlítik változó résű membrán segítségével, vagyis két fényáram optikai kompenzációjának elvét a membrán pupillájának nyílásának megváltoztatásával.

A készülék sematikus ábrája az ábrán látható. 2. Az 1 izzólámpa fénye a 2 tükrök segítségével két párhuzamos sugárra oszlik. Ezek a fénysugarak áthaladnak a 3 fényszűrőkön, a küvettákon a 4 -es oldatokkal, és a 6 és 6 "-os fotocellákra esnek, amelyek differenciál séma szerint kapcsolódnak a 8 -as galvanométerhez. Az 5 -ös résmembrán megváltoztatja a 6 -os fotocellára eső fényáram intenzitását. A semleges 7 ék a 6 "-os fotocellára eső fényáram gyengítését szolgálja.

2. ábra. Kétnyalábú fotoelektromos koloriméter diagramja

Koncentráció meghatározása fotoelektro -kolorimetriában

A fotoelektro -kolorimetriában az analitok koncentrációjának meghatározásához használja:

Módszer a standard és a vizsgált színes oldatok optikai sűrűségének összehasonlítására;

A fényelnyelési moláris együttható átlagos értéke szerinti meghatározási módszer;

Kalibrációs gráf módszer;

Additív módszer.

Módszer standard és vizsgált színes oldatok optikai sűrűségének összehasonlítására

A meghatározáshoz készítsen ismert koncentrációjú analit szabványos oldatát, amely megközelíti a vizsgálati oldat koncentrációját. Határozza meg ennek az oldatnak az optikai sűrűségét egy bizonyos hullámhosszon D emelet Ezután meghatározzuk a vizsgálati oldat optikai sűrűségét D x azonos hullámhosszon és azonos rétegvastagságban. A vizsgálati és a referenciaoldatok optikai sűrűségének értékeit összehasonlítva az analit koncentrációja ismeretlen.

Az összehasonlítási módszer egyetlen elemzésre alkalmazható, és megköveteli a fényelnyelés alaptörvényének kötelező betartását.

Kalibrációs diagram módszer. Az anyag koncentrációjának meghatározásához ezzel a módszerrel 5-8 különböző koncentrációjú standard oldatot készítünk. A standard oldatok koncentrációtartományának kiválasztásakor a következő pontokat kell követni:

* le kell fednie a vizsgálati oldat koncentrációjának lehetséges mérési területét;

* a vizsgálati oldat optikai sűrűségének hozzávetőleg a kalibrációs görbe közepének kell megfelelnie;

* kívánatos, hogy a fényelnyelés alaptörvényét betartsák ebben a koncentrációs tartományban, vagyis a függőségi grafikon egyszerű;

* az optikai sűrűség értékének 0,14 ... 1,3 tartományban kell lennie.

Mérje meg a standard oldatok abszorbanciáját és ábrázolja a függőséget D (C) ... Miután meghatározta D x a vizsgálati oldatból, a kalibrációs grafikon szerint, találja meg C x (3. ábra).

Ez a módszer lehetővé teszi az anyag koncentrációjának meghatározását még azokban az esetekben is, amikor a fényelnyelés alaptörvényét nem tartják be. Ebben az esetben nagyszámú standard oldatot készítenek, amelyek koncentrációja legfeljebb 10%.

Rizs. 3. Az oldat optikai sűrűségének függése a koncentrációtól (kalibrációs görbe)

Additív módszer- Ez az összehasonlítási módszer egy változata, amely a vizsgálati oldat és ugyanazon oldat optikai sűrűségének összehasonlításán alapul, ismert mennyiségű analit hozzáadásával.

Az idegen szennyeződések zavaró hatásának kiküszöbölésére, kis mennyiségű analit meghatározására szolgál nagy mennyiségű jelenlétben idegen anyag... A módszer megköveteli a fényelnyelés alaptörvényének kötelező betartását.

Spektrofotometria

Ez egy fotometriai elemzési módszer, amelyben az anyag tartalmát a monokromatikus fény abszorpciója határozza meg a spektrum látható, UV és IR tartományában. A spektrofotometriában a fotometriával ellentétben a monokromatizációt nem fényszűrők, hanem monokromatorok biztosítják, amelyek lehetővé teszik a hullámhossz folyamatos megváltoztatását. Monokromatorként prizmákat vagy diffrakciós rácsokat használnak, amelyek a fényszűrőknél lényegesen nagyobb monokromatikus fényt biztosítanak, ezért a spektrofotometriás meghatározások pontossága nagyobb.

A spektrofotometriai módszerek a fotokolorimetriás módszerekkel összehasonlítva lehetővé teszik a problémák szélesebb körének megoldását:

* az anyagok mennyiségi meghatározása a hullámhossz széles tartományában (185-1100 nm);

* végezzen kvantitatív elemzést a többkomponensű rendszerekről (több anyag egyidejű meghatározása);

* meghatározza a fényelnyelő komplex vegyületek összetételét és stabilitási állandóit;

* meghatározza a fényelnyelő vegyületek fotometriai jellemzőit.

A fotométerekkel ellentétben a spektrofotométerekben lévő monokromator prizma ill diffrakciós rács, amely lehetővé teszi a hullámhossz folyamatos megváltoztatását. A látható, UV- és IR -spektrális régiók mérésére rendelkezésre állnak műszerek. A spektrofotométer sematikus diagramja gyakorlatilag független a spektrális régiótól.

A spektrofotométerek, akárcsak a fotométerek, egy- és kétnyalábúak. A kétnyalábú készülékekben a fényáram valahogy kettéválik akár a monokromator belsejében, akár a kilépéskor: az egyik fluxus ezután áthalad a vizsgálati oldaton, a másik az oldószeren.

Az egynyalábú műszerek különösen hasznosak kvantitatív meghatározásokhoz, amelyek abszorbancia méréseken alapulnak egyetlen hullámhosszon. Ebben az esetben a készülék egyszerűsége és a könnyű használat jelent jelentős előnyt. A két sugárú műszerekkel végzett mérések nagy sebessége és kényelme hasznos a kvalitatív elemzés során, amikor az optikai sűrűséget a hullámhosszok széles tartományában kell mérni a spektrum eléréséhez. Ezenkívül a kettős sugárzású eszköz könnyen adaptálható a folyamatosan változó optikai sűrűség automatikus rögzítésére: minden modern rögzítési spektrofotométerben erre a célra a kettős nyalábú rendszert használják.

Mind az egy-, mind a kétnyalábú műszerek alkalmasak látható és UV sugárzás mérésére. A kereskedelemben kapható infravörös spektrofotométerek mindig kétnyalábú kialakításon alapulnak, mivel jellemzően nagy spektrális terület söprésére és rögzítésére szolgálnak.

Az egykomponensű rendszerek mennyiségi elemzését ugyanazzal a módszerrel kell elvégezni, mint a fotoelektro-kolorimetriában:

A standard és a vizsgálati oldatok optikai sűrűségének összehasonlításával;

A fényelnyelési moláris együttható átlagos értéke szerinti meghatározási módszer;

A kalibrációs gráf módszerrel

és nincs megkülönböztető vonása.

Spektrofotometria a kvalitatív elemzésben

Minőségi elemzés a spektrum ultraibolya részében. Az ultraibolya abszorpciós spektrumok általában két vagy három, néha öt vagy több abszorpciós sávot tartalmaznak. A vizsgált anyag egyértelmű azonosítása érdekében rögzítik annak abszorpciós spektrumát különböző oldószerekben, és a kapott adatokat összehasonlítják az ismert összetételű hasonló anyagok megfelelő spektrumával. Ha a vizsgált anyag abszorpciós spektruma különböző oldószerekben egybeesik egy ismert anyag spektrumával, akkor nagy valószínűséggel lehet következtetést levonni e vegyületek kémiai összetételének azonosságáról. Az ismeretlen anyag abszorpciós spektruma alapján történő azonosításához szükséges, hogy elegendő számú abszorpciós spektruma legyen a szerves és szerves anyag... Vannak atlaszok, amelyekben nagyon sok, főként szerves anyag abszorpciós spektrumait adják meg. Az aromás szénhidrogének ultraibolya spektruma különösen jól tanulmányozott.

Az ismeretlen vegyületek azonosításakor figyelmet kell fordítani az abszorpciós arányra is. Sok szerves vegyület rendelkezik abszorpciós sávokkal, amelyek maximális értékei azonos λ hullámhosszon helyezkednek el, de intenzitásuk eltérő. Például a fenol spektrumában egy abszorpciós sáv figyelhető meg λ = 255 nm -nél, amelyre a moláris abszorpciós együttható az abszorpciós maximumon ε max= 1450. Azonos hullámhosszon az acetonnak van egy sávja, amelyre ε max = 17.

Minőségi elemzés a spektrum látható részében. Egy színes anyag, például egy festék is azonosítható, ha összehasonlítja látható abszorpciós spektrumát egy hasonló festékével. A legtöbb festék abszorpciós spektrumát speciális atlaszok és kézikönyvek írják le. A festék abszorpciós spektrumából következtetni lehet a festék tisztaságára, mivel a szennyeződések spektruma számos abszorpciós sávot tartalmaz, amelyek hiányoznak a festék spektrumában. A festékek keverékének abszorpciós spektrumából következtetést lehet levonni a keverék összetételére vonatkozóan is, különösen akkor, ha a keverék összetevőinek spektruma a spektrum különböző régióiban elhelyezkedő abszorpciós sávokat tartalmaz.

Minőségi infravörös elemzés

Az IR sugárzás elnyelése a kovalens kötés rezgési és forgási energiájának növekedésével jár, ha ez a molekula dipólusmomentumának megváltozásához vezet. Ez azt jelenti, hogy szinte minden kovalens kötéssel rendelkező molekula képes az infravörös tartományban valamilyen vagy más mértékben felszívódni.

A poliatomikus kovalens vegyületek infravörös spektruma általában nagyon összetett: sok keskeny abszorpciós sávból áll, és nagyon eltérnek a szokásos UV és látható spektrumoktól. A különbségek abszorbeáló molekulák és környezetük kölcsönhatásának jellegéből adódnak. Ez a kölcsönhatás (sűrített fázisokban) befolyásolja a kromofór elektronikus átmenetét, így az abszorpciós vonalak kiszélesednek és hajlamosak széles abszorpciós sávokba olvadni. Az IR spektrumban éppen ellenkezőleg, az egyes kötéseknek megfelelő gyakoriság és abszorpciós együttható általában alig változik a környezet változásával (beleértve a molekula többi részének változását is). A vonalak is kitágulnak, de nem annyira, hogy csíkba olvadjanak.

Általában az ordinátatengely az IR -spektrumok ábrázolásakor az átvitelt jelenti százalékban, és nem az optikai sűrűséget. Ezzel az ábrázolási módszerrel az abszorpciós sávok mélyedésekként jelennek meg a görbén, és nem mint maximumok az UV -spektrumokban.

Az infravörös spektrumok kialakulása a molekulák rezgési energiájával függ össze. A rezgéseket a molekula atomjai közötti vegyértékkötés mentén lehet irányítani, ilyenkor vegyértéknek nevezzük. Megkülönböztetünk szimmetrikus nyújtó rezgéseket, amelyekben az atomok azonos irányban rezegnek, és aszimmetrikus nyújtó rezgéseket, amelyekben az atomok ellentétes irányban rezegnek. Ha az atomok a kötések közötti szög változásával rezegnek, akkor deformációnak nevezzük őket. Ez a felosztás nagyon önkényes, mert a nyújtó rezgések során a szögek ilyen vagy olyan mértékben deformálódnak, és fordítva. A hajlító rezgések energiája általában kisebb, mint a nyújtó rezgések energiája, és a hajlító rezgések okozta abszorpciós sávok a hosszabb hullámok tartományában helyezkednek el.

A molekula összes atomjának rezgése határozza meg az adott anyag molekuláira egyedi abszorpciós sávokat. De ezen rezgések között atomcsoportok rezgései különböztethetők meg, amelyek gyengén kapcsolódnak a molekula többi atomjának rezgéséhez. Az ilyen rezgések miatti abszorpciós sávokat jellegzetes sávoknak nevezzük. Általában minden molekula spektrumában megfigyelhetők, amelyekben adott atomcsoportok vannak. A jellegzetes sávokra példa a 2960 és 2870 cm -1 sávok. Az első sáv a CH3 metilcsoport CH kötésének aszimmetrikus nyújtási rezgéseinek köszönhető, a második pedig az azonos csoport CH kötésének szimmetrikus nyújtási rezgéseinek köszönhető. Ilyen, enyhe eltéréssel (± 10 cm -1) rendelkező sávok figyelhetők meg az összes telített szénhidrogén spektrumában, és általában az összes molekula spektrumában, amelyben CH3 -csoport található.

Más funkcionális csoportok befolyásolhatják a jellegzetes sáv helyzetét, és a frekvenciakülönbség akár ± 100 cm -1 is lehet, de az ilyen esetek kevések, és az irodalmi adatok alapján figyelembe vehetők.

A spektrum infravörös régiójában végzett kvalitatív elemzést kétféle módon végezzük.

1. Távolítsa el az ismeretlen anyag spektrumát az 5000-500 cm -1 tartományban (2 -20 mikron), és keressen hasonló spektrumot speciális katalógusokban vagy táblázatokban. (vagy számítógépes adatbázisok használatával)

2. A vizsgált anyag spektrumában jellegzetes sávokat keresnek, amelyek alapján meg lehet ítélni az anyag összetételét.

1. A műszeres elemzési módszerek osztályozása a mérési paraméter és a mérési módszer szerint. Példák az anyagok minőségi elemzésére szolgáló műszeres elemzési módszerekre

A műszeres (fizikai -kémiai) módszerek osztályozási módszereinek egyikében az elemzés az elemzett rendszer mért fizikai paraméterének jellegén és mérési módszerén alapul; ennek a paraméternek az értéke az anyag mennyiségének függvénye. Ennek megfelelően minden műszeres módszer öt nagy csoportra oszlik:

Elektrokémiai;

Optikai;

Kromatográfiás;

Radiometrikus;

Tömegspektrometria.

Elektrokémiai módszerek az elemzések az elemzett anyagok elektrokémiai tulajdonságainak felhasználásán alapulnak. Ezek közé tartoznak a következő módszerek.

Elektrogravimetriai módszer - az analit vagy annak tömegének pontos mérésén alapul alkatrészek, amelyek felszabadulnak az elektródákon, amikor az elektromos áram áthalad az elemzett oldaton.

A konduktometriai módszer az oldatok elektromos vezetőképességének mérésén alapul, amely a folyamatban lévő kémiai reakciók következtében megváltozik, és függ az elektrolit tulajdonságaitól, hőmérsékletétől és az oldott anyag koncentrációjától.

Potenciometrikus módszer - a vizsgált anyag oldatába merített elektróda potenciáljának mérésén alapul. Az elektróda potenciálja függ a megfelelő ionok koncentrációjától az oldatban állandó mérési körülmények között, amelyeket potenciométeres műszerekkel végeznek.

A polarográfiai módszer azon a koncentrációpolarizációs jelenség használatán alapul, amely kis felületű elektródán fordul elő, amikor elektromos áramot vezetnek át az elemzett elektrolitoldaton.

Coulometriai módszer - egy bizonyos mennyiségű anyag elektrolíziséhez felhasznált villamos energia mennyiségének mérésén alapul. A módszer Faraday törvényén alapul.

Optikai módszerek az elemzések a vizsgált vegyületek optikai tulajdonságainak felhasználásán alapulnak. Ezek közé tartoznak a következő módszerek.

Kibocsátási spektrális elemzés - az anyagok gőzei által kibocsátott vonalspektrumok megfigyelésén alapul, amikor azokat gázégő, szikra vagy elektromos ív lángjában hevítik. A módszer lehetővé teszi az anyagok elemi összetételének meghatározását.

Abszorpciós spektrális elemzés a spektrum ultraibolya, látható és infravörös régióiban. Különbséget kell tenni spektrofotometriás és fotokolorimetriás módszerek között. A spektrofotometriai elemzési módszer egy bizonyos hullámhosszú fény (monokromatikus sugárzás) abszorpciójának mérésén alapul, amely megfelel egy anyag abszorpciós görbéjének maximumának. A fotokolorimetriás elemzési módszer a fényelnyelés mérésén vagy az abszorpciós spektrum meghatározásán alapul eszközökben - fotokoloriméterek a spektrum látható részében.

Refraktometria - a törésmutató mérésén alapul.

Polarimetria - A polarizációs sík forgásának mérése alapján.

Nefelometria - az oldatban szuszpendált színtelen részecskék által visszaverődés vagy fényszórás jelenségeinek felhasználásán alapul. A módszer lehetővé teszi szuszpenzió formájában oldatban lévő anyag nagyon kis mennyiségének meghatározását.

Turbidimetria - az oldatban szuszpendált színes részecskék fényvisszaverődésének vagy szóródásának jelenségeinek felhasználásán alapul. Az oldat által elnyelt vagy azon keresztül továbbított fényt ugyanúgy mérik, mint a színes oldatok fotokolorimetriájában.

Lumineszcencia vagy fluoreszcencia elemzés - az ultraibolya fénynek kitett anyagok fluoreszcenciáján alapul. Ez a kibocsátott vagy látható fény intenzitását méri.

A lángfotometria (lángfotometria) a vizsgált anyagok oldatának lángba permetezésén, az elemzett elemre jellemző sugárzás kibocsátásán és annak intenzitásának mérésén alapul. A módszert alkáli, alkáliföld és néhány más elem elemzésére használják.

Kromatográfiás módszerek az elemzések a szelektív adszorpciós jelenségek használatán alapulnak. A módszert szervetlen és szerves anyagok elemzésére használják az elválasztáshoz, a koncentráláshoz, az egyes komponensek keverékből való elválasztásához és a szennyeződésekből való tisztításhoz.

Radiometriai módszerek az elemzések egy adott elem radioaktív sugárzásának mérésén alapulnak.

Tömegspektrometriás az elemzési módszerek az egyes ionizált atomok, molekulák és gyökök tömegének meghatározásán alapulnak, az elektromos és mágneses mezők együttes hatásának eredményeként. Az elválasztott részecskéket elektromos (tömegspektrometria) vagy fényképészeti (tömegspektrográfiai) módszerekkel regisztrálják. A meghatározást műszerekkel - tömegspektrométerekkel vagy tömegspektrográfokkal - végzik.

Példák az anyagok minőségi elemzésére szolgáló műszeres elemzési módszerekre: röntgenfluoreszcencia, kromatográfia, kulometria, emisszió, lángfotometria stb.

2.

2. 1 A potenciometrikus titrálás lényege. A reakciókra vonatkozó követelmények. Példák az oxidáció-redukcióra, a kicsapódásra, a komplexképződési reakciókra és a hozzájuk tartozó elektróda-rendszerekre. Grafikus meghatározási módok a titrálás végpontja

Potenciometrikus titrálás az ekvivalens pont meghatározása alapján az elektródák potenciálváltozása alapján, a titrált oldatba engedve. A potenciometriás titrálás során az elektródákat nem polarizálható (anélkül, hogy áram folyna rajtuk) és polarizálható (átáramló áram) alkalmaznak.

Az első esetben a titrálás során meghatározzák az egyik ion oldatának koncentrációját, amelynek regisztrálásához megfelelő elektróda van.

A potenciál Ex ezen a mutatóelektródon a Nernst -egyenlet szerint van beállítva. Például az oxidációs-redukciós reakciók esetében a Nernst-egyenlet így néz ki:

ahol Ex az elektróda potenciálja adott körülmények között; Aok a fém oxidált formájának koncentrációja; Az Avosst a fém redukált formájának koncentrációja; E0 - normál potenciál; R - univerzális gázállandó (8,314 J / (deg * mol)); T az abszolút hőmérséklet; n a fémionok oxidált és redukált formái vegyértéke közötti különbség.

Az elektromos áramkör kialakításához a titrálandó oldatba egy második, úgynevezett referenciaelektródát, például kalomel-elektródát helyeznek, amelynek potenciálja a reakció során állandó marad. A nem-polarizálható elektródákon végzett potenciometriai titrálást az említett oxidációs-redukciós reakciókon kívül a semlegesítési reakciókban is alkalmazzák. A fémeket (Pt, Wo, Mo) indikátor elektródaként használják az oxidáció-redukciós reakciókban. A semlegesítési reakciókban leggyakrabban üveg elektródát használnak, amelynek széles tartományában a hidrogén elektródához hasonló jellemzői vannak. Hidrogén elektróda esetén a potenciál függését a hidrogénionok koncentrációjától a következő függőség fejezi ki:

Vagy 25 ° C -on:

A potenciometriás titrálás során a titrálást gyakran nem egy bizonyos potenciálra, hanem egy bizonyos pH -értékre, például semleges közegre (pH = 7) használják. A fent ismertetett, általánosan elfogadott potenciometriai titrálási módszerektől (az elektródákon átáramló áram nélkül) némileg eltekintünk a potenciometriai titrálási módszerektől egyenáramon, polarizálható elektródákkal. Leggyakrabban két polarizálható elektródát használnak, de néha egy polarizálható elektródát is használnak.

Ellentétben a potenciométeres titrálással nem polarizálható elektródákkal, amelyekben gyakorlatilag nem folyik áram az elektródákon, ebben az esetben egy kicsi (körülbelül több mikroamper) egyenáramot vezetnek át az elektródákon (általában platina), stabilizált áramból forrás. A nagyfeszültségű tápegység (kb. 45 V) viszonylag nagy ellenállással sorba kötve szolgálhat áramforrásként. Az elektródákon mért potenciálkülönbség élesen nő, amikor a reakció az elektródák polarizációja miatt megközelíti az egyenértékű pontot. A potenciális ugrás sokkal nagyobb lehet, mint a nulla áram titrálása nem polarizálható elektródákkal.

A potenciometriás titrálás során a reakciókra vonatkozó követelmények a reakció teljessége; kellően magas reakciósebesség (hogy az eredményekhez ne kelljen várni, és fennáll az automatizálás lehetősége); a reakció során egy tiszta terméket kapunk, és nem a különböző koncentrációkban előállítható termékek keverékét.

Példák a reakciókra és a megfelelő elektródarendszerekre:

Oxidáció-felépülése:

Elektróda rendszer:

Mindkét esetben platinaelektródából és ezüst -klorid elektródából álló rendszert használnak.

Oültetése:

Ag + + Cl- = AgClv.

Elektróda rendszer:

NAK NEKkomplexitáse:

Elektróda rendszer:

Grafikus módszerek a titrálás végpontjának meghatározására. Az elv a teljes titrálási görbe vizuális vizsgálata. Ha ábrázoljuk az indikátorelektród potenciáljának függését a titráló térfogatától, akkor a kapott görbe maximális meredekségű, azaz maximális érték DE / DV- amely egyenértékűségi pontnak tekinthető. Rizs. A 2.1, amely éppen ilyen függőséget mutat, a táblázat adatai alapján készült. 2.1.

2.1. Táblázat: 3,737 mmol klorid potenciálometrikus titrálásának eredményei ezüst -nitrát oldattal 0,2314 F -vel

Rizs. 2.1 3,737 mmol klorid titrálási görbéje 0,2314 F értékkel ezüst -nitrát oldattal: a- szabályos titrálási görbe, amely az ekvivalenciapont közelében lévő területet mutatja; b- differenciál titrálási görbe (minden adat a 2.1. táblázatból)

Nagy módszere. Grafikát készíthet DE / DV- a potenciál változása titráló adag térfogatonként a titráló térfogat függvényében. Ez a táblázat a táblázatban megadott titrálási eredményekből származik. Ábrán látható a 2.1. 2.2.

Rizs. 2.2 Gran görbéje, amelyet a táblázatban megadott potenciometriai titrálási adatok alapján készítettek. 2.1

2.2 Feladat: v Számítsa ki a platinaelektród potenciálját vas (II) -szulfát -oldatban, amelyet 50% és 100,1% -os kálium -permanganát -oldattal titrálnak; ha a FeI -ionok koncentrációja ? , H? és MnO?? 1 mol / dmi

A platinaelektróda - a harmadik típusú elektróda - potenciálját a konjugált redoxpár jellege és oxidált és redukált formáinak koncentrációja határozza meg. Ez az oldat gőzt tartalmaz:

amelyekre:

Mivel a kezdeti oldatot 50%-kal titrálják, akkor / = 50/50 és 1.

Ezért E = 0,77 + 0,058 lg1 = 0,77 V.

3. Amperometrikus titrálás

3.1 Amperometrikus titrálás, lényege, feltételei. A titrálási görbék típusai a titrált anyag és titráló anyag jellegétől függően a specifikus reakciók példáiban th

Amperometrikus titrálás. A titrálás amperometriai indikációjához ugyanazt az elrendezésű cellát használhatja, mint a közvetlen amperometriához. Ebben az esetben a módszert amperometrikus titrálásnak nevezzük egy polarizált elektródával. A titrálás során az analit, a titráló vagy a reakciótermék által okozott áramot a működő elektróda potenciál állandó értékén figyeljük, amely a korlátozó diffúziós áram potenciáljának tartományában van.

Példaként tekintsük a Pb2 + ionok kicsapásos titrálását kálium -kromát oldattal a munkaelektród különböző potenciáljainál.

A Pb2 + / Pb és CrO42- / Cr (OH) 3 redoxpárok diffúziós áramának korlátozó területei úgy vannak elhelyezve, hogy 0 V potenciálnál a kromátion már redukálódik, de a Pb2 + ion nem. mégis (ez a folyamat csak több negatív potenciálnál fordul elő) ...

A munkaelektród potenciáljától függően különböző alakú titrálási görbéket lehet kapni.

a) A potenciál - 1V (3.1. ábra):

Az egyenértékűségig a cellán átfolyó áram a Pb2 + ionok katódos redukciós árama. A titrálószer hozzáadása után koncentrációjuk csökken, és az áram csökken. Az egyenértékűségi pont után az áram a Cr (VI) Cr (III) -ra való redukciójának köszönhető, aminek következtében a titrálóanyag hozzáadásával a katódáram növekedni kezd. Az egyenértékűségi ponton (φ = 1) éles törés figyelhető meg a titrálási görbén (a gyakorlatban ez kevésbé hangsúlyos, mint a 3.1. Ábrán).

b) A potenciál 0 V:

Ennél a potenciálnál a Pb2 + ionok nem csökkennek. Ezért az egyenértékűségig csak kis állandó maradékáram figyelhető meg. Az egyenértékűségi pont után redukcióra képes szabad kromát -ionok jelennek meg a rendszerben. Ebben az esetben a titrálószer hozzáadásával a katódáram növekszik, mint a titrálás során - 1V -nál (3.1. Ábra).

Rizs. 3.1 Pb2 + kromát -ionok amperometrikus titrálási görbéi a működő elektróda potenciálján - 1 V és 0 V

A közvetlen amperometriához képest az amperometrikus titrálást, mint minden titrimetriás módszert, nagyobb pontosság jellemzi. Az amperometrikus titrálási módszer azonban munkaigényesebb. A gyakorlatban a legelterjedtebbek az amperometrikus titrálási technikák két polarizált elektródával.

Biamperometrikus titrálás. Ez a fajta amperometrikus titrálás két polarizálható elektróda - általában platina - használatán alapul, amelyre kis 10-500 mV potenciálkülönbséget alkalmaznak. Ebben az esetben az áram áthaladása csak akkor lehetséges, ha mindkét elektródán reverzibilis elektrokémiai reakció lép fel. Ha a reakciók közül legalább az egyik kinetikailag nehéz, akkor az elektróda polarizációja következik be, és az áram jelentéktelenné válik.

Ábra mutatja a két polarizálható elektródával rendelkező cella áram-feszültség függőségét. 3.2. Ebben az esetben csak a két elektróda közötti potenciális különbség játszik szerepet. Az egyes elektródák potenciáljának értéke külön -külön meghatározhatatlan marad, mivel nincs referenciaelektróda.

3.2. Ábra Volt-amper függőségek két azonos polarizálható elektródával rendelkező cella esetén, túlfeszültség nélküli reverzibilis reakció esetén ( a) és visszafordíthatatlan reakció túlfeszültséggel ( b).

Az elektródreakciók reverzibilitásának mértékétől függően különböző alakú titrálási görbéket lehet kapni.

a) A reverzibilis redoxpár komponensének titrálása irreverzibilis pár komponensével, például jód -tioszulfáttal (3.3. ábra, a):

I2 + 2S2O32- 2I- + S4O62-.

Az egyenértékűségig áram folyik a cellán a folyamat miatt:

Az áram a titrálási fok 0,5 értékéig nő, amelynél az I2 / I-pár mindkét összetevője azonos koncentrációban van. Ezután az áram csökkenni kezd az egyenértékűségig. Az egyenértékűségi pont után, mivel az S4O62- / S2O32- pár visszafordíthatatlan, az elektródák polarizációja következik be, és az áram leáll.

b) Egy irreverzibilis pár komponensének titrálása egy reverzibilis pár komponensével, például As (III) ionokkal brómmal (3.3. ábra, b):

Az egyenértékűségig az elektródák polarizáltak, mivel az As (V) / As (III) redoxrendszer visszafordíthatatlan. A cellán nem folyik áram. Az egyenértékűségi pont után az áram növekszik, mivel a Br2 / Br- reverzibilis redoxrendszer megjelenik az oldatban.

c) Az analit és a titráló reverzibilis redoxpárokat képez: Fe (II) ionok titrálása Ce (IV) ionokkal (3.3. ábra, v):

Itt az elektródák polarizációja nem figyelhető meg a titrálás egyik szakaszában sem. Az egyenértékűségi pontig a görbe menete megegyezik az ábrával. 3.3, a, az egyenértékűségi pont után - mint az ábrán. 3.3, b.

Rizs. 3.3 A jód bioszimmetrikus titrálási görbéi tioszulfáttal ( a), As (III) brómmal ( b) és Fe (II) ionok Ce (IV) ionokkal v)

3.2 Feladat: v egy elektrokémiai cellát platina mikroelektródával és referenciaelektródával 10,00 cm3 NaCl -oldattal helyeztünk, és 0,0500 mol / dmi -vel titráltuk AgNO -oldattal. 3 térfogata 2,30 cm3. Számolja ki a NaCl -tartalmatmegoldásban (%)

A reakció az oldatban folytatódik:

Ag + + Cl- = AgClv.

V (AgNO3) = 0,0023 (dm3);

n (AgNO3) = n (NaCl);

n (AgNO3) = c (AgNO3) * V (AgNO3) = 0,0500 * 0,0023 = 0,000115,

vagy 1,15 * 104 (mol).

n (NaCl) = 1,15 * 10-4 (mol);

m (NaCl) = M (NaCl) * n (NaCl) = 58,5 * 1,15 * 10-4 = 6,73 * 10-3 g.

A NaCl oldat sűrűségét 1 g / cm3 -nek tekintjük, akkor az oldat tömege 10 g lesz, tehát:

u (NaCl) = 6,73 * 10-3 / 10 * 100% = 0,0673%.

Válasz: 0,0673 %.

4. Kromatográfiás elemzési módszerek

4.1 A kromatográfiás elemzési módszerek fázisai, jellemzőik. A folyadékkromatográfia alapjai

A folyadék -partíciós kromatográfia módszerét Martin és Singe javasolta, akik azt mutatták, hogy egy megfelelően töltött oszlop elméleti lemezének megfelelő magasság elérheti a 0,002 cm -t, így egy 10 cm hosszú oszlop körülbelül 5000 lemezt tartalmazhat; viszonylag rövid oszlopoktól is nagy elválasztási hatékonyság várható.

Stacionárius fázis. A partíciós kromatográfiában a leggyakoribb szilárd hordozó a kovasav vagy a szilikagél. Ez az anyag erősen elnyeli a vizet; így az állófázis víz. Bizonyos elválasztásoknál hasznos valamilyen puffert vagy erős sav(vagy bázis). A poláris oldószerek, például az alifás alkoholok, a glikolok vagy a nitrometán is használhatók fázisként a szilikagélben. További hordozók a kovaföld, keményítő, cellulóz és zúzott üveg; vizet és különféle szerves folyadékokat használnak ezeknek a szilárd hordozóknak a nedvesítésére.

Mobil fázis. A mozgófázis lehet tiszta oldószer vagy oldószerek keveréke, amelyek nem elegyednek jelentősen az állófázissal. Az elválasztás hatékonysága néha javítható, ha az eluálószer előrehaladtával folyamatosan változtatjuk a kevert oldószer összetételét. (gradiens elúció). Bizonyos esetekben az elválasztás javul, ha az eluálást számos különböző oldószerrel végezzük. A mobil fázist elsősorban empirikusan választják ki.

A modern műszerek gyakran szivattyúval vannak felszerelve, hogy felgyorsítsák a folyadék áramlását az oszlopon.

A fő LC paraméterek, amelyek az anyag viselkedését jellemzik az oszlopban, a keverék komponens retenciós ideje és a retenciós térfogat. Az elemzett minta befecskendezésének pillanatától a maximális csúcs regisztrálásáig eltelt időt nevezzük retenciós (elúciós) idő tR... A retenciós idő két összetevőből áll - az anyag tartózkodási idejéből a mobilban t0 és mozdulatlanul ts fázisok:

tR.= t0 + ts. (4.1)

Jelentése t0 valójában megegyezik az adszorbeált komponens oszlopon való áthaladásának idejével. Jelentése tR nem a minta mennyiségétől függ, hanem az anyag és a szorbens jellegétől, valamint a szorbens csomagolásától, és oszloponként változhat. Ezért a valódi tartóképesség jellemzéséhez be kell írni korrigált retenciós idő t?R:

t?R= tR -t0 . (4.2)

A megtartás jellemzésére a fogalmat gyakran használják retenciós térfogat V.R - a mozgó fázis térfogata, amelyet meghatározott sebességgel kell átvezetni az oszlopon az anyag eluálása érdekében:

VR= tRF, (4.3)

ahol F- a mobil fázis térfogatáramlása, cm3s-1.

A nem felszívódó komponens kimosására szolgáló térfogat (holt térfogat) kifejezve t0 : V.0 = t0 F, és tartalmazza az oszlop térfogatát, amelyet a szorbens nem foglal el, a mintabefecskendező készülék és az oszlop, valamint az oszlop és a detektor közötti kommunikáció hangerejét.

Javított V térfogat?R egyenlő:

V?R= VR -V0 . . (4.4)

Állandó kromatográfiás körülmények között (áramlási sebesség, nyomás, hőmérséklet, fázisösszetétel) az értékeket tR és VR szigorúan reprodukálhatók, és felhasználhatók az anyagok azonosítására.

Az anyag két fázis közötti eloszlásának bármely folyamatát az jellemzi D eloszlási együttható... A mennyiség D hozzáállás cs/ c0 , ahol val velT és val vel0 - az anyag koncentrációja a mozgó és az állófázisokban. Az eloszlási együttható összefügg a kromatográfiás paraméterekkel.

A visszatartási karakterisztika a kapacitástényező is k ", amelyet az álló fázisban lévő anyag tömegének és a mozgó fázisban lévő anyag tömegének arányaként határoznak meg: k " = mn/ mNS... A kapacitási együttható azt mutatja meg, hogy az anyag hányszor van hosszabb állófázisban, mint a mobil. Az érték k " a kísérleti adatokból a következő képlettel számítjuk ki:

A kromatográfiás elválasztás legfontosabb paramétere a kromatográfiás oszlop hatékonysága, amelynek mennyiségi mértéke a magasság H, egyenlő az elméleti táblával, és az elméleti táblák száma N.

Az elméleti lemez egy hipotetikus zóna, amelynek magassága megfelel a két fázis közötti egyensúly elérésének. Az elméletibb táblák vannak az oszlopban, azaz hogyan több minél több egyensúly jön létre, annál hatékonyabb az oszlop. Az elméleti lemezek számát könnyen ki lehet számítani közvetlenül a kromatogramból a csúcs szélességének összehasonlításával wés a tartózkodás ideje tR összetevő az oszlopban:

Miután meghatározta Nés ismerve az oszlop hosszát L, könnyen kiszámítható H:

A kromatográfiás oszlop hatékonyságát a megfelelő csúcs szimmetriája is jellemzi: minél szimmetrikusabb a csúcs, annál hatékonyabb az oszlop. A szimmetriát számszerűen fejezzük ki a szimmetria együtthatóján keresztül KS, amely a következő képlettel határozható meg:

ahol b0.05 - a csúcs szélessége a csúcs magasságának huszadik részén; A a csúcsmaximumról leesett merőleges és a csúcs elülső széle közötti távolság a csúcsmagasság huszadik részén.

A kromatográfiás analízis reprodukálhatóságának felméréséhez a relatív szórást ( RSD), az eredmények szórásának jellemzése a mintában:

ahol n- a párhuzamos kromatogramok száma; NS- a minta összetevőjének tartalmát a kromatogram megfelelő csúcsának területének vagy magasságának kiszámításával határozzák meg; - a komponens tartalmának átlagos értéke, párhuzamos kromatogramok adatai alapján számítva; s2 - a kapott eredmények szórása.

A kromatográfiás elemzés eredményei akkor tekinthetők valószínűnek, ha a kromatográfiai rendszer alkalmasságának feltételei teljesülnek:

A megfelelő csúcsból számított elméleti lemezek számának legalább a szükséges értéknek kell lennie;

A megfelelő csúcsok elválasztási tényezőjének legalább az előírt értéknek kell lennie;

A megfelelő csúcs magasságára vagy területére számított relatív szórás nem haladhatja meg az előírt értéket;

A megfelelő csúcs szimmetriatényezőjének az előírt határokon belül kell lennie.

4.2dacha: R Számítsa ki az analit tartalmát a mintában (g -ban és%-ban) a belső standard módszerrel, ha a következő adatokat kapja a kromatográfia során: kalibráláskor: qB = 0,00735,SB = 6,38 cm²,qST = 0,00869 g,SST = 8,47 cm², -elemzésekor:SB = 9,38 cm²,VВ = 47 mmі,qST = 0,00465 g,SST = 4,51 cm²

SST / SВ = k * (qST / qВ);

k = (SST / SВ) / (qST / qВ) = (8,47 / 6,38) / (0,00869 / 0,00735) = 1,123;

qB = k * qST * (SB / SST) = 1,123 * 0,00465 * (9,38 / 4,51) = 0,01086 g.

x,% = k * r * (SB / SST) * 100;

r = qST / qB = 0,00465 / 0,01086 = 0,4282;

x,% = 1,123 * 0,4282 * (9,38 / 4,51) = 100%.

5. Fotometrikus titrálás

5.1 Fotometrikus titrálás. A titrálás lényege és feltételei. Titrálási görbék. A fotometrikus titrálás előnyei összehasonlítás a közvetlen fotometriával

A titrálás végpontjának rögzítésére fotometriai és spektrofotometriai mérések használhatók. A közvetlen fotometrikus titrálás végpontja a reagens és a reakciótermék, vagy mindkettő koncentrációjának megváltozása következtében jelenik meg; nyilvánvalóan ezen anyagok közül legalább egynek el kell nyelnie a fényt a kiválasztott hullámhosszon. Az indirekt módszer azon alapul, hogy az indikátor optikai sűrűsége függ a titrálószer térfogatától.

Rizs. 5.1 A fotometrikus titrálás tipikus görbéi. Az analit, a reakciótermék és a titrálószer moláris abszorpciós együtthatóit az еs, еp, еt szimbólumok jelölik.

Titrálási görbék. A fotometrikus titrálási görbe a korrigált abszorbancia és a titráló térfogat grafikonja. Ha a feltételeket helyesen választják meg, a görbe két egyenes szakaszból áll, különböző lejtéssel: az egyik megfelel a titrálás kezdetének, a másik - az egyenértékűségi ponton túli folytatásnak. Az egyenértékűségi pont közelében gyakran észrevehető hajlítást figyelnek meg; a végpont az egyenes szakaszok metszéspontja az extrapoláció után.

Ábrán. Az 5.1. Ábra néhány tipikus titrálási görbét mutat. Ha a nem nedvszívó anyagokat színes titrálószerrel titráljuk színtelen termékek képződésével, a titrálás elején vízszintes vonalat kapunk; az ekvivalenciaponton túl az optikai sűrűség gyorsan növekszik (5.1. ábra, görbe) a). Ha színes termékeket állítanak elő színtelen reagensekből, akkor ellenkezőleg, először az optikai sűrűség lineáris növekedése figyelhető meg, majd megjelenik egy olyan régió, amelyben az abszorpció nem függ a titrálószer térfogatától (5.1. Ábra, görbe) b). A reagensek és reakciótermékek spektrális jellemzőitől függően más alakú görbék is lehetségesek (5.1. Ábra).

Ahhoz, hogy a fotometriai titrálás végpontja kellően elkülönüljön, az elnyelő rendszernek vagy rendszereknek be kell tartaniuk Beer törvényét; ellenkező esetben megsértik a titrálási görbe szakaszainak linearitását, amely az extrapolációhoz szükséges. Továbbá korrekciót kell bevezetni a térfogatváltozáshoz az optikai sűrűség szorzásával (V + v) / V, ahol V az oldat kezdeti térfogata, a v- hozzáadott titrálószer térfogata.

A fotometrikus titrálás gyakran pontosabb eredményeket ad, mint a közvetlen fotometriai elemzés, mivel a több mérésből származó adatokat kombinálják a végpont meghatározásához. Ezenkívül a fotometrikus titrálás során figyelmen kívül kell hagyni más abszorbens anyagok jelenlétét, mivel csak az abszorbancia változását mérik.

5.2 Feladat: n 0,0284 g tömegű kálium -dikromát avescu -t 100,00 ml -es mérőlombikban oldunk. A kapott oldat optikai sűrűsége l -nél max= 430 nm = 0,728, ha az elnyelt réteg vastagsága 1 cm. Számítsa ki az oldat moláris és százalékos koncentrációját, moláris és fajlagos abszorpciós együtthatóit

hol van az oldat optikai sűrűsége; e-az anyag moláris abszorpciós együtthatója, dm3 * mol-1 * cm-1; val vel - abszorbeáló anyag koncentrációja, mol / dm3; l az elnyelő réteg vastagsága, lásd

ahol k-az anyag fajlagos abszorpciós együtthatója, dm3 * g-1 * cm-1.

n (K2Cr2O7) = m (K2Cr2O7) / M (K2Cr2O7) = 0,0284 / 294 = 9,67 * 10-5 (mol);

c (K2Cr2O7) = 9,67 * 10-5 / 0,1 = 9,67 * 10-4 (mol / l);

A K2Cr2O7 oldat sűrűségét 1 g / cm3 -nek tekintjük, akkor az oldat tömege 100 g lesz, tehát:

u (NaCl) = 0,0284 / 100 * 100% = 0,0284%.

e = D / cl = 0,728 / 9,67 * 10-4 * 1 = 753 (dm3 * mol-1 * cm-1).

k = D / cl = 0,728 / 0,284 * 1 = 2,56 (dm3 * g-1 * cm-1).

6. Ismertesse és magyarázza el a műszeres elemzési módszerek (optikai, elektrokémiai, kromatográfiás) alkalmazásának lehetőségét a cink -klorid minőségi és mennyiségi meghatározásához

ZnCl2 -klorid; M = 136,29; bts. trig., diffúz; c = 2,9125; tm = 318; tboil = 732; C ° p = 71,33; S ° = 111,5; DN ° = -415,05; DG ° = -369,4; DNpl = 10,25; DNisp = 119,2; y = 53,8320; 53,6400; 52,2700; p = 1428; 10506; s = 2080; 27210; 36720; 40825; 43830; 45340; 47150; 49560; 54980; 614100; c.r.ef.; újra. 10012,5, ac. 43,518; ünnep. 2,620; n.r.zh. NH3.

Cink -klorid A ZnCl2 a leginkább tanulmányozott halogenid, amelyet cinkkeverék, cink -oxid vagy fémcink sósavban való feloldásával nyernek. A vízmentes cink-klorid fehér szemcsés por, amely hatszögletű-rombusz alakú kristályokból áll, könnyen megolvad, és gyors lehűlés után a porcelánhoz hasonlóan átlátszó massza formájában szilárdul meg. Az olvadt cink -klorid elég jól vezeti az áramot. Lángoláskor a cink -klorid elpárolog, gőzei fehér tűk formájában kondenzálódnak. Nagyon higroszkópos, de ugyanakkor könnyű vízmentesíteni. A cink -klorid víz nélkül kristályosodik 28 ° C feletti hőmérsékleten, és koncentrált oldatok 10 ° C -on is víz nélkül elkülöníthető. Vízben a cink -klorid nagy mennyiségű hő (15,6 kcal / mol) felszabadulásával oldódik. Híg oldatokban a cink -klorid jól ionokká disszociál. A cink-kloridban lévő kötés kovalens jellege abban mutatkozik meg, hogy jól oldódik metil- és etil-alkoholokban, acetonban, dietil-éterben, glicerinben, etil-acetátban és más oxigéntartalmú oldószerekben, valamint dimetil-formamidban, piridinben, anilinben és más nitrogéntartalmú oldószerekben. bázikus vegyületek.

A cink -klorid hajlamos komplex sókat képezni, amelyek a Me -tól Me4 -ig terjedő általános képleteknek felelnek meg, azonban a leggyakoribb és legstabilabb sók azok, amelyekben négy klór -anion koordinálódik a cink -atom körül, és a legtöbb só összetétele megfelel az Me2 képletnek. Amint azt a Raman-spektrumok vizsgálata is mutatja, magának a cink-kloridnak az oldatában, annak koncentrációjától függően, 2+, ZnCl + (ad), 2- ionok lehetnek jelen, és az ionok- vagy 2- nem észlelhetők. Ismertek vegyes komplexek több sav anionjával is. Így potenciometriás módszerekkel bizonyították a szulfát-klorid-cink-komplexek oldatokban való képződését. Vegyes komplexeket találtunk: 3-, 4-, 5-.

Mennyiségileg és minőségileg a ZnCl2 a Zn2 +segítségével határozható meg. Mennyiségileg és minőségileg fotometriásan meghatározható az abszorpciós spektrumból. Például olyan reagensekkel, mint a ditizon, murexid, arzazén stb.

A cink spektrális meghatározása... A spektrális elemzési módszerek nagyon kényelmesek a cink kimutatására. Az elemzést három sorból álló csoporton végezzük: 3345, 02 I; 3345.57 I 3345.93 I A, amelyek közül az első a legintenzívebb, vagy pár vonallal: 3302.59 I és 3302.94 I A.

Küldje el jó munkáját a tudásbázis egyszerű. Használja az alábbi űrlapot

Azok a hallgatók, végzős hallgatók, fiatal tudósok, akik a tudásbázist használják tanulmányaikban és munkájukban, nagyon hálásak lesznek Önnek.

SZÖVETSÉGI OKTATÁSI ÜGYNÖKSÉG

ÁLLAMI OKTATÁSI INTÉZMÉNY

FELSŐ SZAKMAI OKTATÁS

OBNINSK ÁLLAMI MŰSZAKI

NUKLEÁRIS ENERGIA EGYETEM (IATE)

Természettudományi Kar

S. V. KRUGLOV, T. V. MELNIKOVA

Laboratóriumi műhelyütemben

"Instrumentális elemzési módszerek"

Obninsk 2007

UDC 502/504 (076.5)

Kruglov S.V., Melnikova T.V. Laboratóriumi műhely az "Instrumental Methods of Analysis" tanfolyamon. - Obninsk: IATE, 2007 .-- 84 p.

Az oktatóanyag tartalmazza a laboratóriumi munka leírását és összefoglaló az elektrokémiai, spektrális és kromatográfiai elemzési módszerek elméleti alapjai, amelyeket széles körben használnak a monitorozásban környezetés a környezeti tanulmányokban. Minden fejezet végén ellenőrzőlista kérdések találhatók az anyag konszolidációjának ellenőrzésére.

A függelék a hagyományos módszereket tárgyalja matematikai statisztikaés alkalmazásuk a mérési eredmények feldolgozására.

A kézikönyv a 020801 - ökológia és 020803 - bioökológia szakokon tanuló diákok számára készült.

© Obninsk állam Technikai Egyetem atomenergia, 2007.

BEVEZETÉS

Az ökológiai helyzet felmérése magában foglalja a természetben és összetételben rendkívül változatos természeti objektumok elemző ellenőrzését (megfigyelését). Ide tartoznak a légtömegek, a víz, a talaj, a növények, a mezőgazdasági termékek, az állati és növényi eredetű élelmiszerek és mások. A természetes mátrixok az egyik legnehezebb elemzési objektumok, beleértve az ellenőrzött komponensek számát is, és az elemzési feladatok gyakran a természeti objektumokban jelen lévő rendkívül alacsony mennyiségű, milliomodrész vagy milliomodrész mennyiségű anyagok meghatározásával járnak. ppm, ppb) ...

A "műszeres elemzési módszerek" kifejezés a múlt század 60 -as éveiben jelent meg, és olyan analitikai módszereket jelöl, amelyek speciális mérőeszközök használatán alapulnak bizonyos típusú mérések elvégzéséhez, ipari méretekben gyártva, és lehetővé teszik a minta előkészítését, a mérési folyamat automatizálását. és folyamatelemzési eredmények a matematikai statisztika módszereinek felhasználásából. Jelenleg az analitikus kémia és fizika egyik modern és intenzíven fejlődő területe, amely egyesíti a tudomány és a technológia különböző ágainak legújabb vívmányait, és széles körben használja a mikroprocesszoros technológia lehetőségeit.

Az elemzői képesítéssel szemben támasztott követelmények is növekednek. Rendelkezniük kell nemcsak az analitikai kémia, hanem a matematikai statisztika tudásával és módszereivel is, amelyek nélkül lehetetlen biztosítani az elemzés minőségét, minimalizálni és megelőzni a hibákat, azonosítani a hibás eredményeket okozó okokat (1. melléklet).

A laboratóriumi műhely célja? általános képet adni a jelenlegi állapotról, elméleti alapokról, műszeres berendezésekről és a környezeti kutatásban legszélesebb körben használt műszeres elemzési módszerek lehetőségeiről, valamint a berendezésekkel való munkavégzés készségeinek meghonosítására.

A MŰSZERI ELEMZÉS MÓDSZEREK FŐ JELLEMZŐI

Multivarianciájuk miatt a műszeres elemzési módszerek biztosítják a meghatározások szükséges szelektivitását, magas metrológiai mutatóik vannak a meghatározott komponensek különböző koncentrációinak széles tartományában. A modern elemzési módszerek egyike sem univerzális, ezért egy adott probléma megoldására alkalmas módszer kiválasztásánál óvatosnak kell lenni. Bármely analitikai módszer másokkal való összehasonlításakor figyelembe kell venni számos olyan mutatót, amelyek együttesen jellemzik a módszert:

alkalmazási terület? elemzési tárgyak és az anyagok (szervetlen és szerves) nómenklatúrája, amelyek meghatározása e módszerrel lehetséges;

meghatározott koncentrációk működési tartománya? az intervallum, amelyben a komponens meghatározható további hígítási vagy koncentrációs lépések alkalmazása nélkül;

lineáris tartomány? a módszer azon képessége, hogy a mintában lévő analitok koncentrációjával közvetlenül arányos analitikai jelet adjon (közvetlenül vagy az adatok ismert matematikai függvényekkel történő újraszámítása után);

szelektivitás? képesség meghatározni az érdekelt anyagot zavaró komponensek jelenlétében vagy zavaró tényezők hatására (például mátrixhatások);

metrológiai jellemzők? észlelési érzékenység, észlelési határ, reprodukálhatóság, mérési eredmények pontossága és helyessége;

berendezés teljesítménye? egyetlen mérésre fordított idő, a teljes elemzési időtartam, figyelembe véve a minta előkészítését, a mérést és az eredmények szállítását, a minta -előkészítési folyamatok automatizálása, a mérés és az eredmények szállítása;

hardver? a hardver összetettsége és költsége, felhasználásának lehetősége gyártási és terepi körülmények között;

a személyzet képzésére és képesítésére vonatkozó követelmények (laboratóriumi asszisztens, mérnök, speciális képzés szükségessége).

Még nem dolgoztak ki olyan módszereket, amelyek a fenti követelmények mindegyikét kielégítenék, de az alapvető feltételek teljesülhetnek a modern fizikai -kémiai elemzési módszerek és ezek kombinációinak alkalmazásakor.

A megfelelő módszer kiválasztásakor figyelembe kell vennie:

a csoportok jellemzői és a meghatározandó anyagok fizikai -kémiai tulajdonságainak jellemzői;

a vizsgált tárgyak mátrixának fizikai tulajdonságai és kémiai összetétele;

az analit koncentrációjának lehetséges változási tartománya a kontroll objektumokban;

az anyagminta mérés előtti elkészítésének módszerére vonatkozó követelmények.

A műszeres módszerek magukban foglalják mind a modern, nagy teljesítményű, több elemből álló elemzési módszereket, amelyek összetett és drága berendezéseket, magasan képzett szervizszemélyzetet igényelnek, mind a jól ismert, meglehetősen egyszerű és olcsó, de folyamatosan korszerűsítendő módszereket. Ha az előbbiek magas egyszeri költségeket igényelnek (az eszközök magas ára), akkor az utóbbiakat? viszonylag nagy működési költségek (magas munkaintenzitás). A tömegelemzéseknél a modern nagyteljesítményű berendezések beszerzésének egyszeri költségei tanácsosak, de kis számú elemzést legjobban olyan módszerekkel lehet elvégezni, amelyek viszonylag olcsó műszereket igényelnek.

ELEKTROKÉMIAI MÓDSZEREK

Az elektrokémiai elemzési módszerek fontos szerepet játszanak a modern analitikai kémiában, mivel nagy érzékenységgel, alacsony detektálási határokkal, a meghatározott tartalom széles skálájával, az egyszerűséggel és a berendezések alacsony költségével jellemezhetők. Az elektrokémiai detektálást gyakran használják a hibrid elemzési módszerekben is (kromatográfia, elektroforézis, áramlási injekció elemzés).

A módszerek az elektróda felületén vagy az elektróda közeli térben előforduló elektronátviteli vagy ioncserélési folyamatokon alapulnak. Analitikai jel bármilyen elektromos paraméter (potenciál, I áram, elektromotoros erő E, R ellenállás stb.), Amelyet kellő pontossággal mérnek, és funkcionálisan összefügg az oldat összetételével és koncentrációjával.

Minden elektrokémiai módszer az elektrokémiai rendszerekben lejátszódó reakciókon alapul, amelyek a következő fő részekből állnak:

1) az első típusú karmesterek? Elektrolitokkal érintkező, elektromosan vezető anyagok? elektródák;

2) a második típusú vezetők? ionvezető képességű anyagok? elektrolitok;

3) vezetők, amelyek biztosítják az áram áthaladását az elektródák között? külső áramkör.

Az elektróda - elektrolit interfészen elektromos töltés kerül át, azaz elektrokémiai reakció lép fel. Az elektromos és kémiai energiaformák kölcsönös átalakításának irányában kétféle elektrokémiai rendszert különböztetünk meg: egy elektrolitikus cellát és egy galvanikus cellát (1. a, b ábra). Az elektrolitikus cella olyan rendszer, amelyben az elektródokon lévő anyagok kémiai átalakulása külső elektromos áram hatására történik. A galvanikus cella olyan rendszer, amelyben az elektródákon lévő anyagok kémiai átalakulása miatt elektromos áram keletkezik egy külső áramkörben.

Amikor egyenes elektromos áram halad át a cellán, redukciós reakció lép fel az egyik elektródán (elektronok kapcsolódása a redukálandó ionokhoz vagy molekulákhoz):

KOx + mZ KRed,

a másik elektróda - oxidációs reakció (elektronok elvesztése oxidáló ionok vagy molekulák által):

ARed - nз AOx.

Rizs. 1. Elektrokémiai rendszerek sematikus ábrázolása: a - elektrolitikus cella (elektrolizátor); b? galvanikus cella

A kapott mz és adott nz elektronok számának egyenlőnek kell lennie, ezért a redox folyamat egyenlete a következő formában írható fel:

aKOx + bARed = cKRed + dAOx,.

ahol az „Ox” és a „Red” indexek az anyagok oxidált és redukált formáit jelölik.

A redukciós reakciókat katódosnak, oxidációnak nevezik? anód. Az elektródákon lejátszódó reakciók jellegének megfelelően katódnak és anódnak nevezik őket. A galvanikus cella az elektrolitikus cella fordított rendszere: a katód pozitív töltésjele, és az anód? negatív.

Ha a Me1 elektródaként használt fém kémiai potenciálja nagyobb, mint az oldatban lévő potenciálja, a fém feloldódik, és a Me1 + ionok oldatba kerülnek. A fémek oldatból történő elválasztásának fordított folyamata alacsonyabb ütemben megy végbe. Az elektronok felhalmozódnak az elektróda felületén, és negatív töltésű, így az ionok nem diffundálnak az elektrolit mélységébe, hanem az elektródánál maradnak. Idővel dinamikus egyensúly jön létre: hány ion kerül az oldatba, ugyanannyi tér vissza az oldatból a fémbe. Az elektróda felülete negatív töltést kap, a szomszédos elektrolitréteg egyenlő vele pozitív, és az oldat-fém határfelületen kettős elektromos réteg keletkezik, amely egy potenciális ugrásnak felel meg, amelyet a rendszer 1 egyensúlyi elektródpotenciáljának neveznek (Me10 / Me1 +).

Ha az oldatban lévő elem potenciálja nagyobb, mint a fémformája, Me2 + -ionok szorbálódnak az elektróda felületén, és pozitív töltésű, és a szomszédos elektrolitréteg? negatív, mivel az oldatból ellenkező előjelű ionok vonzódnak. Kettős elektromos réteg keletkezik, amely megfelel a fizikai kondenzátor lemezeinek, és a fázishatáron megjelenik egy potenciálugrás, amely a rendszer 2. egyensúlyi elektródpotenciálja (Me20 / Me2 +). Amikor a K érintkező zárva van, az ampermérő mutatja az áram jelenlétét az áramkörben, mert elektromos áramkört kaptunk, amelyben két elektróda különböző potenciállal rendelkezik, ami egy EMF kialakulásához vezet. Az 1 -es és 2 -es potenciál nagyságrendben és előjelben különbözhet.

Az elektrokémiai elemzési módszerek a következőkre oszlanak:

hiányában bekövetkező elektródreakciókon alapuló módszerek külső forrásáram (potenciometria, ionometria ionszelektív elektródákkal);

az áram alatt zajló elektródareakciókat alkalmazó módszerek (voltammetria, kulometria);

olyan módszerek, amelyeknél az elektródareakciók menetét nem veszik figyelembe, vagy hiányoznak (konduktometria).

Elektrokémiai elemzési módszereket használnak a közvetlen mérésekhez az „analitikus jel? az oldat összetétele ", vagy térfogati elemzési módszerekkel kombinálva a titrálás végpontjának megállapításához.

Elektrokémiai módszerekben használt elektródák típusai

Megkülönböztetni a reverzibilis és irreverzibilis elektródákat. A reverzibilis elektródákon, amikor az elektromos áram iránya megváltozik, ellentétes irányú reakciók fordulnak elő (például Cu -fém Cu2 + -ionokat tartalmazó oldatban):

Cu Cu2 + + 2h és Cu2 + + 2h Cuv.

Az irreverzibilis elektródákon, amikor az áram iránya megváltozik, egymással ellentétes reakciók fordulnak elő (Cu savas oldatban):

Cu Cu2 + + 2h és 2H + + 2h H2 ^.

A megfordítható elektródák reverzibilis elektrokémiai áramkörökből (párok, galváncellák) állhatnak.

A reverzibilis elektródák osztályozása

I. típusú elektródák? sóoldatába merített fém. Egy redox rendszert képez, amelyben az elektróda potenciálját az oldatban lévő ionok relatív aktivitása (koncentrációja) határozza meg. Az első típusú elektródák közé tartozik a higany, ezüst, platina, réz, kadmium és mások. Mivel tevékenység szilárd anyag adott hőmérsékleten állandó és egyenlő az egységgel, az elektróda potenciálját a következő kifejezés határozza meg:

, (1)

ahol? egyensúlyi potenciál; 0 - standard potenciál; R-moláris gázállandó (8,314 J mol-1 K-1); T a hőmérséklet (K); n a reakcióban részt vevő elektronok száma; F - Faraday -állandó (96496 C mol -1); a az ionok aktivitása oldatban.

Standard elektróda potenciál 0? ez az elektróda potenciálja T = 25C ​​-on, P = 1 atm. és a potenciált meghatározó ionok aktivitása egyenlő 1. Minden fém 0 esetén az érték állandó; ez megtalálható a standard elektródapotenciálok táblázatában.

A gáz hidrogén -elektróda (Pt) H2, H + az első típusú elektródákhoz tartozik, amelyek reverzibilisek a kationhoz képest. a platinaelektródon hidrogénnel telítve egyensúly jön létre:

2H + + 2h H2 (adszorbeált) H2 (gáz).

A hidrogén -elektróda potenciálját hagyományosan nullával egyenlőnek vesszük, és bármely más elektródához viszonyítva az emf -hez hasonló potenciált rendelünk hozzá. a kapott galvanikus cella. A fémelektród töltése, amely a hidrogén utáni tevékenységek sorában szerepel, negatív lesz, hidrogén előtt pozitív.

II típusú elektródák? a rosszul oldódó vegyület (só, oxid, hidroxid) rétegével borított fém egyensúlyban van egy olyan oldattal, amely ugyanabban az anionban nagy mennyiségben oldódó sót tartalmaz. Az elektróda potenciálját az anion koncentrációja határozza meg

Ebbe a típusba tartozik az Ag | AgCl | Cl-ezüst-klorid elektróda, amelyet gyakran referenciaelektródaként használnak.

Inert elektródák? inert anyag, elektronikus vezetőképességgel (leggyakrabban Pt vagy Ag huzal üvegtartályban), különböző oxidációs állapotú anyagokat tartalmazó oldatba merítve. Az elektróda az elektron redukáló funkcióját látja el az anyag redukált és oxidált formájából, és átveszi az oldatban redoxrendszerben rejlő lehetőségeket:

ahol aOx és aRed az ionok aktivitása oxidált és redukált formában. Ha az oldatban lévő ion aktivitása és a = c koncentrációja közötti összefüggést használjuk, a Nernst -egyenlet megállapítja az egyensúlyi potenciál értékének az ionok koncentrációjától való függését:

ahol COx és CRed az anyag oxidált és redukált formájának koncentrációja az oldatban.

Az ioncserélő (ionszelektív, membrán) elektródák aktív funkciójú anyagból (ioncserélő) és ioncserére alkalmas oldatból állnak:

A + u + M + p A + p + M + u,

ahol az "és" és "p" indexek ionokat jelölnek az ioncserélő összetételében és oldatban.

A reakciót egyensúlyi (csere) állandó jellemzi, amely meghatározza az egyik típusú ionok ioncserélőben való helyettesítésének mértékét az oldatból származó más típusú ionokkal:

Cobmena = Ar Mi / Ai Mr.

Amikor a cserefolyamat egyensúlya létrejön, az ioncserélő és a szomszédos oldat felülete ellenkező előjelű elektromos töltéseket kap, az ioncserélő határán? megoldásnál egy elektromos kettős réteg jelenik meg, ami egy potenciális ugrásnak felel meg. Az elektródpotenciált a kifejezés határozza meg

E = E0 + / zAlg (A + KA / B (B) zB / zA), (5)

hol van az E0? állandó a belső és külső referenciaelektródák szabványos potenciáljának értékeitől és az ISE membrán jellegétől függően; A, zA és B, zB a fő (potenciált meghatározó) és idegen (zavaró) ionok tevékenysége és töltése; KA / B? az elektróda szelektivitási együtthatója a meghatározott A + ionhoz képest a zavaró B + ionok hátterében.

Ebbe a csoportba tartozik a kationok és anionok meghatározására szolgáló üvegelektróda és ionszelektív elektródák (ISE).

Potenciometriai módszerek

A potenciometriai elemzési módszerek egy két elektródából álló, reverzibilis galvanikus cella elektromotoros erejének (E) mérésén alapulnak? indikátor és referenciaelektróda, egy oldatba merítve (lánc átadás nélkül), vagy két összetételben eltérő oldatba (lánc transzferrel), folyadékkal érintkezve (elektrolit híd). E a potenciál különbség a rendszer két elektródája között:

E = B - A. (6)

Referencia elektróda? az elektróda, amelynek potenciálja nem függ az elemzett oldatok összetételétől és koncentrációjától, állandó a mérési folyamat során, és kizárólag az indikátor elektróda potenciáljának meghatározására szolgál (ebben az esetben a galvanikus cella E változása) az indikátor elektróda egyensúlyi potenciáljának változása határozza meg). II. Típusú elektródákat (ezüst -klorid, E0 = +0,1988 V 25 ° C -on) általában referenciaelektródaként használnak.

Az indikátor elektróda potenciálját azonnal be kell állítani az analizált ionok koncentrációjának megfelelően az oldatban, és nem függhet más ionok koncentrációjától. A potenciometriában két indikátor elektródát használnak.

1. Elektródák, amelyek fázisközi határain elektroncsere folyamatok zajlanak. Működésük azon alapul, hogy az egyensúlyi potenciál függ a vizsgálati oldat koncentrációjától, ezt a Nernst -egyenlet írja le:

, (7)

hol van E? egyensúlyi potenciál; E0? standard potenciál (egyenlő az egyensúlyi potenciállal, ha az elektrokémiai reakcióban részt vevő összes anyag aktivitása 1); n? a reakcióban részt vevő elektronok száma; aOx és aRed? ionok aktivitása oxidált és redukált formában.

A logaritmus előjele előtti tényezőt az elektródafüggvény (S) meredekségének nevezzük, és számértéke 59,2 mV (n = 1) vagy 29,4 mV (n = 2) 25 ° C -on.

Leggyakrabban ezek az I. típusú aktív fém elektródák (Ag, Cu, Cd, stb.) Vagy inert fémek (Pt, Pd). Az Al, Fe, Ni, Ti, Cr és más fémek, amelyeket reprodukálhatatlan potenciál jellemez, nem használhatók indikátor elektródként, ami azzal magyarázható, hogy a fémfelületen oxidrétegek képződnek, annak feszültségei és deformációi.

2. Elektródák, amelyek fázisközi határain ioncserélő folyamatok (ISE) zajlanak. A vizsgálati oldatba merített referenciaelektródából és ISE-ből álló rendszer potenciálját a módosított Nernst-egyenlet írja le (a Nikolsky-Eisenman-egyenlet):

, (8)

hol van E? állandó a belső és külső referenciaelektródák szabványos potenciáljának értékeitől és az ISE membrán jellegétől függően; ai és zi, ak és zk? illetve a fő (potenciált meghatározó) és idegen ionok aktivitása és töltései; Ki / k? az ISE szelektivitási együtthatója a potenciált meghatározó ion (i) vonatkozásában idegen ion (k) jelenlétében. A jó ISE-k szelektivitási tényezője 10-3-10-5.

Jelenleg több tucat típusú ISE -t állítanak elő iparilag, amelyeket különféle ionok meghatározására szánnak komplex összetételű oldatokban. Ebbe a csoportba tartozik a H + ionok tekintetében reverzibilis üveg elektróda is.

A mérési módszer szerint megkülönböztetik őket:

közvetlen potenciometriai elemzés - az oldatban lévő ionok aktivitásának (koncentrációjának) meghatározása a megfelelő indikátor elektróda egyensúlyi potenciáljának mért értéke alapján (pH -metria, ionometria ISE -vel);

potenciometrikus titrálás? az indikátor -elektróda potenciáljában bekövetkező változások regisztrálása az észlelt ion megfelelő reagenssel történő kémiai reakciója során, és a titrálás végpontjának (egyenértékűségi pontjának) jelzése.

Közvetlen potenciometria (ionometria)

A galvanikus cellák ISF -rel történő EMF méréséhez leggyakrabban különböző márkájú, magas bemeneti ellenállással rendelkező elektronmérőket (ionomereket, pH -értékeket és pX -mérőket) használnak.

Ha ISE-vel dolgozik, szükséges-e előkalibrálni? az elektródpotenciál és a meghatározandó ionok aktivitása (koncentrációja) közötti kapcsolat megállapítása. Az E? Pai (E? Pci) koordinátákba tartozó kalibrációs gráf elkészítéséhez az ismert koncentrációjú kiindulási oldat egymást követő hígításával előállított analit standardoldat -sorozatát kell használni. A pai (pci) értéket az ion aktivitásának (koncentrációjának) negatív logaritmusaként kell kiszámítani: pai = -lgai. Feltételezzük, hogy a vizsgált ion aktivitási együtthatója ismert, vagy könnyen kiszámítható. Az elektromágneses függvény formáját egyszeresen töltött kation esetében az 1. ábra mutatja. 2.

A kalibrálás eredményei alapján az ionszelektív elektróda alábbi elektrokémiai jellemzőit határozzák meg:

lineáris) az elektróda funkció régiója? a potenciál lineáris függésének időtartama a potenciált meghatározó ionok aktivitásától (koncentrációjától);

az S elektródafüggvény meredeksége? az Eppai (Epci) kalibrációs gráf meredekségének szög együtthatója az abszcissza tengelyéhez;

a potenciálmeghatározó ion (cmin) kimutatási határa, amelyre az Epci függőség lineáris részét extrapoláljuk, az abszcisszatengely metszéspontja megfelel a cmin értéknek.

válaszidő? az álló potenciál elérésének ideje;

az elektróda szelektivitása az észlelt ionhoz képest más ionok jelenlétében.

Potenciometrikus titrálás

A titrálást bármely ismert módszerrel (sav -bázis és redox reakciók, kicsapódási vagy komplexképzési folyamatok) végezzük, és a reakció végét az indikátor elektróda potenciáljának éles változása határozza meg - potenciális ugrás az egyenértékűségi ponton (TE ). Az indikátor elektródát a folyamatban lévő kémiai reakció típusától és a potenciált meghatározó ionok jellegétől függően választják ki.

Titrálási görbék. A potenciometriás titrálás során a reagensek vagy ionok koncentrációja folyamatosan változik, ami az elektróda egyensúlyi potenciáljának megváltozását vonja maga után. Ha a Nernst-egyenlet segítségével kiszámítjuk az Ei értékét a titrálás különböző mozzanataihoz, és grafikont készítünk Ei-V koordinátákban, ahol V? mennyiségű hozzáadott titrálószert (ml), majd titrálási görbét kapunk az elektródpotenciál éles ugrásával (3. ábra). A titrálás végpontjának megtalálására számos grafikus módszer létezik.

1. módszer. Építsünk integrált görbét az E (pH)? V (titráló térfogat) koordinátákba, és húzzunk két érintőt a görbe sekély alsó és felső ágához (3a. Ábra). A harmadik érintőt a görbe csökkenő (vagy növekvő) része húzza, amíg az az első kettővel metszi. A kapott egyenes szegmens felére csökken, és megkapjuk az m (TE) titrálási végpontot. Ettől a ponttól az abszcisszára merőleges leengedésével megkapjuk a TE titráló térfogatát.

3. ábra. Potenciometrikus titrálási görbék: integrál (a), differenciál (b) és második derivált (c)

2. módszer. A titrálás végpontjának pontosabb meghatározási módja a Veq, ha differenciálgörbét rajzolunk a koordinátákba (E / V) - V (ml), ahol E és V a második és az első közötti különbség. harmadik és második stb. E és V értékei. A görbe csúcsszerű alakú (3b. Ábra), és a titrálás végpontja a csúcs maximumának felel meg. A görbe két emelkedő ágának metszéspontjából az abszcisszatengelyre esett merőleges mutatja a reakció befejezéséhez felhasznált Ve titrálótérfogatot.

3. módszer. Ha a titrálás végpontját kell a legpontosabban rögzíteni (különösen aszimmetrikus titrálási görbék esetén vagy kis potenciálugrás esetén), akkor használja a 2E / 2V második deriváltot. Grafikusan ábrázolja a 2E / 2V függőségét V -től (ml), és kösse össze a görbe mindkét ágának végét, amelyek az abszcissza tengelyének ellentétes oldalán helyezkednek el (3c. Ábra). A kapott görbe metszéspontja az abszcisszával adja a TE -nek megfelelő titráló térfogatot.

Voltammetrikus módszerek

A voltammetria magában foglalja a módszerek egy csoportját és azok módosításait, amelyek az elektrolitikus cella áramának az elemzett oldatba merített működő (indikátor) mikroelektródra alkalmazott potenciál értékétől való függésének vizsgálatán alapulnak. A kvantitatív elemzésben az analitikai jel az áramerősség, amely az elektrolit oldat koncentrációjától függ.

Amikor egy egyenáram áthalad egy elektromos cellán, az áram átadása a következő jelenségek miatt történik:

az elektronok irányított mozgása fémvezetőkben (fémes vezetés);

töltött részecskék mozgása elektrolit oldatban (ionos vezetőképesség);

elektróda redox reakciók az elektróda-elektrolit határfelületen.

Annak érdekében, hogy egyenáram áramoljon át az elektrolitikus cellán, minden iontípusnál el kell érni azok kibocsátásának vagy kisülésének lehetőségét a megfelelő elektródánál. Ehhez az U feszültséget kell alkalmazni a cella termináljaira:

U = EA? EK + IR, (9)

hol van az EA és az EK? az anód és a katód elektródpotenciálja, V; IR? feszültségcsökkenés az elektrolitban az elektródák között, V.

A gyakorlatban a (9) szerint számítottnál nagyobb feszültséget kell alkalmazni, mivel Az elektródák polarizációja következik be:

U = EA? EK + IR + V, (10)

hol van V? további feszültség a cella termináljain a katód és az anód polarizációs jelenségei miatt.

hol van A és K? az anód és a katód polarizációja (túlfeszültsége).

Az elektróda polarizáció az a jelenség, amikor a rendszer külső áramforrás hatására egyensúlyi állapotból egyensúlyi állapotba megy át, egyensúlyi állapotba, az elektródpotenciál megváltozásával párhuzamosan, valamint az elektróda E potenciálja közötti különbség áram és áram alatt. egyensúlyi potenciálja Ep ugyanabban az elektrolitban:

E - Ep. (12)

Az anódos eljárásnál az elektródpotenciál értéke áram alatt pozitívabb, mint az egyensúlyi potenciál, és A -nak (+) előjele van. A katódos eljárásnál az áram alatti elektródpotenciál negatívabb, mint az egyensúlyi, és K előjele (?).

Az elektróda polarizációja az áramsűrűség függvénye (minél nagyobb az áramsűrűség, annál nagyobb az értéke), és az elektróda folyamat gátlásának jelenségeihez kapcsolódik, amely több szakaszt foglal magában. Ha a korlátozó szakasz jellege ismert, akkor a „polarizáció” kifejezés helyett a „túlfeszültség” kifejezést kell használni. Általában az elektróda polarizációja egyenlő minden típusú túlfeszültség összegével:

D + e + r + ,. (13)

hol D? diffúzió; e? elektrokémiai (elektronikus csomópont túlfeszültség); r? reakciós (kémiai) és f? fázis túlfeszültség, ill.

Ha a korlátozó fokozat sebessége az elektródafolyamat körülményeinek változásával nő, az elektródpotenciál csökken. Ezt a potenciálcsökkenést depolarizációnak hívják, és a hatást okozó anyag? depolarizátor.

A Voltammetria polarizálható, kis felülettel és polarizálatlan referencia elektródával rendelkezik. Ha a meghatározandó anyag képes visszanyerni, amikor az áram áthalad az oldatán a cellában, a munkaelektródot katódnak kell tekinteni; ha az anyag oxidált? anód.

A referencia elektróda nagy belső ellenállással rendelkezik, ezért erősen polarizált. A referenciaelektróda polarizációjának csökkentése érdekében párhuzamosan egy kiegészítő elektróda van csatlakoztatva. Ha a felülete sokkal nagyobb, mint a működő mikroelektróda felülete, akkor a segédelektróda nem polarizálódik, amikor a cella áramlása megváltozik, és potenciálja állandó marad. Az átfolyó áram csökkentésével a referenciaelektróda polarizációs jelenségei is minimálisra csökkennek.

A meghatározást a háttér elektrolitjában végzik? erős elektrolit oldata, amelynek koncentrációja 100-1000-szer magasabb, mint az analit koncentrációja. A háttér elektrolitionok elektrokémiailag közömbösek, és nem vesznek részt az elektróda reakciókban, de növelik az oldat vezetőképességét. Ezért figyelmen kívül hagyhatjuk az IR -t a (9) egyenletben, és átalakíthatjuk:

U = Erab + zrab. (tizennégy)

A munkaelektródára áttérve a háttérelektrolit kationjai (vagy anionjai, a működő elektróda töltésének előjelétől függően) nem merülnek fel rá adott potenciálon. Az elektróda felszínén maradva kettős elektromos réteget képeznek, és megvizsgálják annak elektromos mezőjét. Ennek eredményeként az analit ionjait nem vonzza ez a mező, és csak a diffúzió miatt mozognak az oldatban. Az iondiffúzió sebessége szabályozza az elektrokémiai folyamat egészének sebességét, ezért a korlátozó diffúziós áram értéke arányos lesz az analizált ionok koncentrációjával az oldatban.

A klasszikus voltammogram jellemzői. A volt-amper görbe információforrásként szolgál a munkaelektródon lejátszódó elektródafolyamatról. Egy adott esetben, amikor egy lehulló higanyelektród mutatóként szolgál, az áramerősség külső feszültségtől való függésének görbéjét polarogramnak nevezzük. Az áram-feszültség görbe tipikus nézetét az 1. ábra mutatja. 4a.

Alacsony potenciálértékeknél az analit ionjai nem ürülnek ki a mikroelektródánál, mert kisülési potenciáljuk még nem érte el, és az áram nem halad át az interfészen. Egy kis áram az elektropozitívabb szennyeződések kibocsátásának köszönhető, és maradéknak nevezik (I. szakasz).

Közzétéve: http://www.allbest.ru/

Rizs. 4. Volt-amper görbék az I? E koordinátákban: a? klasszikus voltammogram; b? váltakozó áram.

A feszültség további növekedésével elérjük a vizsgált Ei ionok kisülési potenciálját, elektrokémiai reakció megy végbe az elektródán, és az áram meredeken növekszik (II. Szakasz). Ez a Faraday -áram, amely egy bizonyos határértékre nő, utána gyakorlatilag állandó marad a potenciál további növekedésével. Van egy korlátozó diffúziós áram Ipr (III. Szakasz).

A klasszikus volt-amper görbe jellemzői a félhullám-potenciál, a diffúziós áram és a meredekség.

1. A félhullám potenciál, E1 / 2 (B) jellemzi a kisülő ion természetét, és közvetlenül kapcsolódik a redox rendszer E0 értékéhez. Az E1 / 2 meghatározása után a referencia táblázatok alapján megállapítható, hogy milyen anyagú ionok vesznek részt a munkaelektród elektrokémiai reakciójában (kvalitatív elemzés).

2. Diffúziós áram, I (μA). Ha az áram-feszültség görbe rögzítése során nagy mennyiségű (0,1 × 1 M) közömbös elektrolit van a cellában, akkor a cellán átfolyó áram értékét az iondiffúzió sebessége határozza meg. A korlátozó diffúziós áram (Ipr, μA) vagy a vele arányos hullámmagasság (H, mm) lineárisan függ az oldatok ionkoncentrációjától. A kvantitatív elemzés alapja az Ipr funkcionális függősége a meghatározott ion koncentrációjától (15). Miután meghatároztuk az Ipd -t a voltammogramból, kiszámítjuk a kérdéses anyag koncentrációját.

Ipr = Kc. (15)

3. Az áram-feszültség görbe meredeksége, ctg b (mV). Az ionok reverzibilis visszanyeréséhez a diffúziós áram és a potenciál közötti kapcsolatot a növekvő hullám szakasz bármely pontján az alábbi egyenlet írja le:

hol vagyok? áram, μA (vagy hullámmagasság, mm) a növekvő hullámszakasz bármely pontján; Ipr? áram, μA (hullámmagasság, mm) 25 ° C -on a korlátozó diffúziós áram potenciáltartományában.

A koordináta naplóban (I / (Ipr-I))? E, a reverzibilis polarográfiai hullám egyenesként van kifejezve, a lejtés kotangens ctg a = 59 / n mV (25 ° C-on). A kísérleti és elméleti értékek összehasonlítása lehetővé teszi az elektróda -folyamat reverzibilitásának becslését. Ha a folyamat visszafordíthatóságát független módszerrel bizonyítják, akkor a függőség lehetővé teszi az elektród folyamatban részt vevő elektronok számának meghatározását.

A váltakozó áramú voltammogram jellemzői a csúcspotenciál, a csúcsáram és a csúcsszélesség (4b. Ábra).

1. A csúcs, En (B) potenciálja jellemzi a kisülő ion természetét. Reverzibilis elektródafolyamat esetén Ep = E1 / 2.

2. A csúcsáram, Ip (μA) vagy a vele arányos csúcsmagasság (H, mm) lineárisan függ a meghatározandó ion koncentrációjától.

3. A csúcs szélessége a magasságának felénél, y (mV), az elektróda -folyamat visszafordíthatóságától függ. Reverzibilis elektródafolyamat esetén y = 90 / n, irreverzibilis y> 90 / n esetén.

Konduktometria

A konduktometriai elemzés a G elektromos vezetőképesség mérésén alapul (ennek reciprok értéke elektromos ellenállás R) két egyforma elektrokémiai cella inert elektródák meglehetősen nagy területtel. Ebben az esetben az elektróda reakciók vagy segédeszközök, és nem veszik figyelembe, vagy egyáltalán nem fordulnak elő. Az analitikai jel lehet az elektrolit ellenállásának változása, az elektróda határának teljes érintkezési ellenállása? elektrolit vagy az elektrolitcella teljes ellenállása.

A cella ellenállása az oldat elektromos vezetőképességétől és a cella geometriájától függ, amelyet az elektródák területe és alakja, a köztük lévő távolság és relatív helyzetük határoz meg. A geometriai tényező kizárása a konduktometriai mérésekből, a fajlagos vagy azzal egyenértékű (moláris) vezetőképesség értékeit a kísérleti adatokból számítják ki.

Elektromos vezetőképesség. A megoldások elektromos áramvezető képességének mértéke a G elektromos vezetőképesség? az elektromos ellenállás reciproka R. Mivel

, (17)

akkor (18)

ahol? ellenállás (Ohm cm); s? keresztmetszet, (cm2); l? a vezeték hossza (az elektródák közötti távolság) (cm); ? fajlagos elektromos vezetőképesség.

Az elektrolit fajlagos elektromos vezetőképessége (cm -1 - Siemens per centiméter)? ez az oldat térfogatának elektromos vezetőképessége két párhuzamos, egyenként 1 cm2 területű elektródák közé zárva, és egymástól 1 cm távolságra.

A fajlagos elektromos vezetőképesség függ az áramot szállító töltött részecskék mennyiségétől és mozgásuk sebességétől. Az oldatban a hidratált ionok szabálytalan termikus mozgásban vannak. Ha egymásra helyezik elektromos mező az ionok szabályos mozgása van a töltés ellenkező előjelű elektródákhoz, a gyorsulást okozó erő hatására, de a mozgás sebességének növekedésével egyidejűleg a közeg ellenállása is növekszik. Egy idő után a mozgás sebessége állandóvá válik, és az i-edik típusú ionokat a következő képlet határozza meg:

, (19)

hol van e? elemi elektromos töltés (elektron töltés); zi? az egy ion által hordozott elemi elektromos töltések száma (ion töltés); U? az elektródák közötti potenciális különbség; l? az elektródák közötti távolság; R? a közeg ellenállása az ionok irányított mozgásával szemben.

Az U / l = 1 V / m elektromos tér potenciáljának gradiensével rendelkező mozgási sebességet ui ionok mobilitásának nevezzük (m2 V-1 s-1 méret)

, (20)

azután:

. (21)

Az u mobilitás függ az ionok töltésétől, méretétől és hidratáltsági fokától, az oldat viszkozitásától, a hőmérséklettől és egyéb tényezőktől. A nagy hidratációs héjú ionok elektromos mobilitása kisebb, mint a gyengén hidratált ionoké. A kationok közül a H + a legnagyobb mobilitású, és az anionok között? Ó-.

A töltéstől, a koncentrációtól és a mozgási sebességtől függően egy elektromos mezőben minden iontípus bizonyos mennyiségű villamos energiát hordoz, amelyet az átviteli szám alapján becsülnek meg.

A ti átviteli szám az i-edik típusú ionok által átvitt qi villamosenergia-mennyiség és az oldatban lévő összes ion által átadott q teljes villamosenergia-mennyiség aránya:

ti = qi / q; ti = 1.

A fajlagos elektromos vezetőképesség és a töltéshordozók oldatban lévő koncentrációja közötti kapcsolatot a következő kifejezés határozza meg:

= Fzicivi., (22)

vagy bináris elektrolit esetén:

= cF (z + u ++ z-u-), (23)

ahol? disszociáció foka, s? egyenértékű elektrolitkoncentráció, z és u? illetve a kationok és az anionok töltése és mozgási sebessége (m / s) 1 V / m elektromos térerősség mellett.

Az egyenértékű (moláris) elektromos vezetőképesség az elektrolit 1 mol-ekvivalens (1 mol) disszociációja során keletkező ionok elektromos vezetőképességének mértéke egy adott oldatkoncentrációnál. Ezt úgy határozzák meg, mint a fajlagos vezetőképességet, amely egy anyag egyenértékének (móljának) számát jelenti 1 cm3 oldatban, két, egyenként 1 cm2 területű elektróda közé zárt és 1 cm távolságra elhelyezkedő oldatban.

= 103 / s, (24)

hol van c? elektrolitkoncentráció, ekv / l (mol / l).

A konduktometria nem szelektív elemzési módszer, mert az oldatban lévő összes ion hozzájárul az elektromos vezetőképességhez. Ezért általában közvetlen konduktometriás elemzést alkalmaznak a bináris elektrolitoldatok koncentrációjának mérésére vagy az oldat teljes ionerősségének meghatározására (természetes vizek mineralizációja, szennyvízszennyezés, a víz minőségének ellenőrzése a kezelés után).

A konduktometriai titrálásnál az egyenértékűségi pontot a titrálási görbe görbéje határozza meg, amely két lineáris szakaszból áll. Az elektromos vezetőképesség éles változása figyelhető meg, ha a titrálás során az oldat összetétele és az elektroaktív ionok mobilitása megváltozik a rosszul disszociált vagy rosszul oldódó vegyületek képződése következtében. Az egyenértékűségi pont megfelel a titrálási görbe minimumának.

Laboratóriumi munkák

1. munka. Fluorid - ion meghatározása természetes vizekben ionszelektív ele Nak nek troda

A LaF3 egykristályos lemezen alapuló ionszelektív elektróda Nernst elektród funkciója a pF tartományban van 1 és 6 között. A vizsgálati oldat pH-tartománya 4,5? 8.0. Az elektróda egyedülálló szelektivitással rendelkezik, és a meghatározást gyakorlatilag nem zavarja jelentős mennyiségű Cl-, Br-, NO3-, SO32-, SO42- ion. A szilikát -ion erősebben érintett.

Eszközök, edények, reagensek

Ionomer, pX -mérő.

Kijelző elektróda, fluorid szelektív.

Mágneses keverő.

Üvegpohár, 50 ml.

Mérőlombikok, 50 ml, 5 db.

5 ml -es pipetta.

Nátrium -fluorid, 0,1000 M standard oldat.

Kálium -nitrát, 1 M oldat.

Nátrium -szilikát (bromid, klorid, kálium -jodid, nátrium).

0,1 M oldat.

A definíció végrehajtása. Miután elolvasta az utasításokat, kapcsolja be a készüléket és melegítse fel 15 -ig? 20 perc.

50,0 ml-es mérőlombikokban, 0,1000 M standard NaF-oldat egymást követő hígításával készítsen egy sor oldatot (1,0 × 10-2, 1,0 × 10-3, 1,0 × 10-4, 1,0 × 10-5 és 1,0 × 10- 6 M), állandó koncentrációt képezve minden lombikban (0,1 µ) erős elektrolit KNO3 (1. táblázat).

1. táblázat: NaF referenciaoldatok elkészítése

Megszűnik az indikátorelektród potenciáljának az F-ion koncentrációjától való függése. Ehhez az elkészített oldatok 15 ml -ét 50 ml űrtartalmú pohárba öntik, az elektródákat leengedik, a keverést bekapcsolják és az E -t mérik, egymás után haladva az alacsonyabb koncentrációról a magasabbra. Az oldat cseréjekor az elektródákkal ellátott tartót felemelik, az elektróda végét szűrőpapírral szárítják, és az elektródákat új oldattal üvegbe merítik.

Az E értékét az egyensúlyi potenciál megállapítása után rögzítik. Híg oldatokban a fluorid-szelektív elektróda válaszideje megnő, és 1 × 10-6 M koncentráció esetén 2-3 perc. A mérések befejezése után az ISE membránt alaposan mossuk desztillált vízzel. Minden oldatot háromszor mérünk, és megtaláljuk az átlagértéket E. A mérési eredményeket a táblázatban rögzítjük. 2.

2. táblázat: Az indikátor elektróda potenciáljának mérésének eredményei

Megoldás

Az E? PF koordinátákba kalibrációs gráfot építenek, és megtalálják a lineáris függőség területét. Határozza meg az elektródafüggvény meredekségét (a kalibrációs grafikon meredekségét), és hasonlítsa össze az elméleti értékkel (59 mV 25 ° C-on egyszeresen töltött ion esetén, 10-szeres aktivitásváltozással). A grafikon a fluoridionok észlelési határértékének (cmin) meghatározására szolgál.

Adjunk 4,5 ml 1M KNO3 -at a kontrolloldathoz mérőlombikban, hígítsuk fel vízzel a jelig, és keverjük össze. Mérje meg a kontrolloldat E -jét, és határozza meg a fluoridtartalmat a kalibrációs grafikon szerint. A kapott értéket összehasonlítják a valódi értékkel, és megtalálják a meghatározási hibát.

Az elektróda szelektivitási együtthatóinak meghatározása a fluoridionhoz képest idegen anionok (SiO32-, Cl-, Br-, I-) jelenlétében vegyes oldatok módszerével.

Készítsen egy sor NaF referenciaoldatot, amelyek koncentrációja 1,0Ch10-2, 5,0Ch10-3, 1,0Ch10-3, 1,0Ch10-4, 1,0Ch10-5 M, 0,1 M Na2SiO3, NaCl, NaBr vagy NaI oldatok felhasználásával háttér elektrolit. A méréseket elvégezzük, a kalibrációs grafikont az E? PF koordinátákban ábrázoljuk, és megállapítjuk a fluoridion koncentrációját, amely megfelel az elektródafüggvény lineáris függőségtől való eltérésének. A szelektivitási együtthatót a következő képlet segítségével kell kiszámítani:

, (1)

ahol cF és cX; zF és zX? illetve a fő és zavaró ionok koncentrációi és töltései, amelyek megfelelnek az E?

A munka befejezése után kapcsolja ki a készüléket, öblítse le az elektródákat desztillált vízzel, és hagyja vízben elmerülni.

2. munka. A nitrátionok koncentrációjának meghatározása vizes oldatban a d módszerrel O bavoc

A nitráttartalom meghatározása fontos elemzési probléma a környezeti objektumok elemzésében, mert A túlzott nitráttartalom a talajban és a természetes vizekben káros hatással van az élő szervezetekre.

Az NOE meghatározására szolgáló ISE-t amin-nitrátokból és kvaterner ammónium-bázisokból származó anioncserélő alapján hozzák létre. A membrán tartalmaz polimer kötőanyagot (polivinil -klorid), lágyítót (ftál-, foszforsav-, szebacinsav- és egyéb savak észterei), ioncserélőt (ammónium- vagy arzónium -bázis sója). Az elektróda belső üregében ezüst-klorid referenciaelektród van, amely 1,0 × 10-1 M KNO3 1,0 × 10-3 M KCl-ot tartalmazó oldatába merül.

A meghatározást nem zavarja 100-szoros Cl-, 500-szoros mennyiség? НСО3- és СН3СОО-, 1000-szeres? F- és SO42-.

Eszközök, edények, reagensek

Ionomer, pX -mérő.

Indikátor elektróda, NO3 - szelektív.

Referencia elektróda, ezüst -klorid.

Mágneses keverő.

Üvegpohár, 50 ml.

Mérőlombikok, 50 ml, 5 db.

2 és 5 ml -es mérőpipetták, 20 ml -es Mohr -pipetta.

Kálium -nitrát, 1.0000 M standard oldat.

A definíció végrehajtása. Csatlakoztassa a mérőeszközt a hálózathoz, és várjon 20 percet? 25 perc

A nitráttartalmat az összetett tárgyak elemzésénél alkalmazott additív módszer határozza meg, amelynek pontos kémiai összetétele ismeretlen. Először be kell állítani az elektróda funkció meredekségét.

50,0 ml űrtartalmú lombikokban sorozatos (10-1-10-5 M) KNO3 oldatokat készítünk soros hígítási módszerrel. Ehhez 1,00 KN -os aliquotot (5,00 ml) adagolunk az 1 -es lombikba, vízzel a jelig hígítjuk és alaposan összekeverjük. A 2. lombikba pipettázzon 5,00 ml -t az 1. lombikból, és vízzel hígítsa fel a jelig, stb.

Az oldat alikvot részét (15-20 ml) hozzáadjuk egy 50 ml -es üveghez, leengedjük az elektródákat, bekapcsoljuk a keverést, és megmérjük az E -t, és az alacsonyabb koncentrációról a magasabbra lépünk. Az oldat cseréjekor az állvány tartóját az elektródákkal felemelik, a felesleges nedvességet óvatosan eltávolítják az elektródák oldalfelületéről és a membránról szűrőpapírral, és az elektródákat új oldatba merítik. A mérési eredményeket táblázat formájában mutatjuk be. 1

Asztal 1

Az elektróda potenciáljának mérése nitrát -ion oldatban

Megoldás

Az ionerősség értékét minden egyes oldathoz kiszámítjuk, a megfelelő ionerősség aktivitási együtthatóinak értékeit a lekérdezési táblázatokban találjuk. A pNO3 értéket a nitrátion -aktivitás negatív logaritmusaként kell kiszámítani:

pNO3 = -lg aNO3-,

Készítse el az E? PNO3 függőségi grafikont, és határozza meg az elektródafüggvény S meredekségét (mV -ban). A kapott S értéket az (1) számítási képletben használjuk (miben különbözik az elméleti értéktől?).

A nitrátion koncentrációjának meghatározásához a kontroll mintában meg kell mérni az E -t a KNO3 standard oldat hozzáadása előtt és után. Ehhez a 20,00 ml -es elemzett oldat alikvot részét pipettával egy száraz főzőpohárba pipettázzuk, az elektródákat leengedjük és E. Ezután 1-2 ml -es pipetta segítségével adjunk hozzá 2-3 csepp standard KNO3 -oldatot. Minden egyes adagolás után az oldatot keverjük, ügyelve arra, hogy a mágneses keverő rúdja ne érintse az elektróda membrán felületét, nehogy megsérüljön. Mérje meg az E -t, és jegyezze fel a változást az elemzett oldat vonatkozásában. Érje el az E változásait legalább 30 mV -mal, 2-3 adalékanyag hozzáadásával a minta egy részéhez.

Számítsa ki a meghatározás eredményét több adalékanyag esetében, ismerve a hozzáadott oldat Vst térfogatát a cst koncentrációval, a vizsgált oldat Vx térfogatát (20,00 ml) és figyelmen kívül hagyva a hígítást az (1) képlet szerint:

(1)

hol van DE? megfigyelt potenciálváltozás mV -ban hozzáadás után; S? az elektróda függvény meredeksége mV -ban, a grafikon szerint beállítva. Ha figyelembe kell venni a hígítást, használja a (2) képletet:

. (2)

Számítsa ki a nitrátion-tartalmat mg-ban az elemzett oldatban (MNO3- = 62,01). Keresse meg a meghatározási hibát a kontrolloldatban mért és valódi nitrátion -tartalom összehasonlításával.

3. számú munka. A nátrium (kálium) ionok aktivitásának meghatározása

Az alkálifém -ionok (Na, K) és az ammónium meghatározásához különféle márkájú üveg elektródákat, valamint semleges hordozókon alapuló lágyított PVC membránnal ellátott elektródákat, különösen természetes antibiotikumokat (valinomicin, lazalocid, nonactin és mások) vagy szintetikus makrociklusokat használnak. vegyületek.

A Na-szelektív üvegelektródák nagy szelektivitással rendelkeznek más, egyenként töltött ionokkal szemben, kivéve a H + -t és az Ag + -ot. Ezen ionok vizes oldatok aktivitásának méréséhez az üveget és a lágyított ISE -ket legalább 1 napig tartják. az elemek kloridjainak 0,1 M oldatában.

Eszközök, edények, reagensek

Ionomer, pX -mérő.

Indikátor elektróda, Na - szelektív.

Referencia elektróda, ezüst -klorid.

Mágneses keverő.

Üvegpohár, 50 ml.

Mérőlombikok, 50 ml, 5 db.

5 ml -es pipetta.

Nátrium -klorid, 1.0000 M standard oldat.

Kálium -klorid, 0,1 M oldat.

Pufferoldat, amely trisz (hidroximetil) -

aminometán (TRIS), 1Ch10-3M oldat, pH 8,5 - 9,0.

A definíció végrehajtása. A készülék csatlakoztatva van és 15-20 percig melegszik.

50,0 ml űrtartalmú lombikokban az oldatokat 1,0 × 10-1-1,0 × 10-5 M NaCl koncentrációban készítik, a kiindulási oldat tpuc-pufferoldattal történő egymást követő hígításával úgy, hogy a vizsgálati oldatok pH-értéke megmaradjon. állandó.

Az oldat alikvot részét pipettával egy tiszta üvegbe töltjük, az elektródákat leengedjük és középre állítjuk, és a mágneses keverő rudat helyezzük el. A keverést bekapcsoljuk, és E -t úgy mérjük, hogy az alacsonyabb koncentrációjú oldatból a magasabb koncentrációjú oldatba megyünk. Az oldatok cseréjekor az elektródákat vízzel mossák, az ISE membránt szűrőpapírral óvatosan megszárítják és a következő oldatba merítik. A mérési eredményeket táblázat formájában mutatjuk be. 1.

Minden egyes megoldásnál számítsa ki az m ionerősség értékét, a megfelelő ionerősség aktivitási együtthatóinak értékeit a lekérdezési táblázatokban találja. A pNa érték az ionaktivitás negatív logaritmusaként kerül kiszámításra: pNa = -lg aNa.,

Asztal 1

Az indikátor elektróda potenciáljának mérésének eredményei

Megoldás

A kalibrációs gráfot az E? PNa koordinátákban és az S meredekségben (mV -ban) ábrázoljuk, és ebből határozzuk meg az észlelési határértéket. A kontrolloldatot megmérjük, és a grafikonon határozzuk meg a nátriumtartalmat.

Az ISE és a nátriumion szelektivitási együtthatóit idegen kationokhoz viszonyítva külön oldatok módszerével határozzuk meg. Ehhez az ISE potenciált 0,1000 M NaCl oldatban (Ei) mérik, majd az elektróda membrán desztillált vízzel történő mosása után 0,1 M KC1 oldatba (NH4C1, HC1) és a potenciálba (Eq) merítik. újra mérik. Ki / k kiszámítása az (1) képlet segítségével:

, (1)

hol van S? az elektróda funkció kísérletileg megállapított meredekségét.

A munka végén az elektródákat desztillált vízzel mossuk, és az ISE-t 10-3 M nátrium-klorid pufferoldat (TRIS, pH 9) oldatában hagyjuk.

4. munka. NaOH és Na2CO3 meghatározása ( ha együtt vannak jelen oldatban ) potenciometriás titrálás és eszik

A potenciometriás titrálás az indikátorelektród potenciálváltozásának rögzítésén alapul az analit és a titrálószer közötti kémiai reakció során. A titrálás végpontját (ekvivalenciapont, TE) a reakció végének megfelelő potenciális ugrásból találjuk.

Eszközök, edények, reagensek

Ionmérő, pH -mérő.

Jelző elektróda, üveg.

Referencia elektróda, ezüst -klorid.

Mágneses keverő.

Üvegpohár, 50 ml.

Mérőlombikok, 50 és 100 ml, kúpos lombik, 100 ml.

Büretta 25 ml, tölcsér, mérőpalack.

Pipetták 2 ml, 20 ml.

Koncentrált sósav.

Kristályos nátrium -tetraborát Na2B4O7CH10 H2O.

A definíció végrehajtása. A készülék a leírás szerint üzemképes állapotba kerül.

1. A 0,1 N HCl -oldat titerének finomítása. Számítsa ki a 100 ml 0,1 N sósavoldat elkészítéséhez szükséges sósavmennyiséget (ml). A szükséges savmennyiséget pipettával 100 ml -es mérőlombikba töltjük, desztillált vizet (CO2 nélkül) adunk a jelhez, és az oldatot alaposan összekeverjük.

Számítsa ki az 50 ml 0,05 N nátrium -tetraborát -oldat elkészítéséhez szükséges kimért mennyiséget. Mérje meg a sót (negyedik tizedesjegy pontossággal) egy mérőpalackba, tegye át mérőlombikba, és oldja fel kisméretű, lombikban előmelegített desztillált vízben (CO2 nélkül). Hozzuk a jelig ugyanazzal a vízzel szobahőmérsékleten, és alaposan keverjük össze. Számítsa ki az elkészített oldat normalitását.

Potenciometrikus titrálási technika

1. Pipettázzon egy 20 ml -es nátrium -tetraborát -oldat alikvot részét egy tiszta, 50 ml -es üvegbe.

2. A jelzőelektródát és a referenciaelektródát leengedik a főzőpohárba, és középre helyezik. Helyezze fel a mágneses keverő rudat.

3. A büretta titrálószerrel van megtöltve, és egy állványba rögzítve úgy, hogy orra leereszkedjen a főzőpohárba, de ne érintkezzen az elektródákkal, a főzőpohár falaival és a titrálandó oldat felületével.

4. Folytassa a keverést, és végezzen hozzávetőleges titrálást, 1 ml titráló oldat hozzáadásával a bürettekből és mérje meg a pH -t minden adag után.

Hasonló dokumentumok

A kromatográfiai elemzés egy módszer a kémiai elemek és vegyületeik azonosítására. Fizikai -kémiai módszerek. A kromatográfiás módszerek osztályozása. Rövid információ a kromatográfiás elemzési módszerekről. A kromatográfiai elemzés típusai.

kivonat, hozzáadva 2008.01.01


Az anyagok fizikai tulajdonságainak kémiai összetételétől való függőségének elemzése fizikai -kémiai módszerekben. Műszeres elemzési módszerek (fizikai) műszerek segítségével. Kémiai (klasszikus) elemzés (titrimetria és gravimetria).

absztrakt, hozzáadva 2009.01.24


Analitikai jel kontra analit tartalom. Példák instrumentális elemzési módszerekre. Tipikus kalibrációs görbék műszeres konduktometriai elemzéshez. Elektrolit oldatok elektromos vezetőképessége.

kézikönyv, hozzáadva 2012.03.19


Az elektrokémiai elemzési módszerek osztályozása. Az oldatban lévő anyag koncentrációjának potenciometriai meghatározása. A konduktometria elve. A reakciótípusok a konduktometrikus titrálásban. Kvantitatív polarográfiai elemzés. Közvetlen kulometria.

kurzus hozzáadva 2013.04.04


Egy anyag azonosításának és tartalmának mennyiségi értékelésének szükségessége. Minőségi elemzés az atomok, molekulák kémiai azonosítására, egyszerű vagy összetett anyagokés egy heterogén rendszer fázisai. A kvantitatív elemzési módszerek osztályozása.

előadás hozzáadva: 2011.01.16


Az elektrokémiai elemzési módszerek általános fogalmai, feltételei és osztályozása. Potenciometriai elemzés (potenciometria). Amperometrikus titrálás (potenciometrikus polarizációs titrálás). Kvantitatív polarográfiai elemzés.

absztrakt, hozzáadva 2012.01.10


Az elektrokémiai módszerek a vizsgálati oldatban előforduló elektrokémiai jelenségek elektromos paramétereinek mérésén alapulnak. Az elektrokémiai elemzési módszerek osztályozása. Potenciometrikus, konduktometrikus, kulometrikus titrálás.

absztrakt, hozzáadva 2011.07.01


A műszeres elemzési módszerek osztályozása a meghatározandó paraméter és a mérési módszer szerint. A potenciometriai, amperometrikus, kromatográfiás és fotometrikus titrálás lényege. A cink -klorid minőségi és mennyiségi meghatározása.

teszt, hozzáadva 2011.01.29


A kromatográfiai módszer, mint egyfajta fizikai -kémiai elemzési módszer, amely lehetővé teszi a keverékek egyes összetevőinek tartalmának meghatározását, koncentrálását, azonosítását. Rövid információk, osztályozás, típusok. A gyakorlati alkalmazás területei.

kivonat, hozzáadva 2008.05.06


Kromatográfiás és optikai elemzési módszerek. A szerves alkoholok keverékének összetételének, az oldatban lévő fémionok tartalmának, a laktóz (szacharóz) tartalmának meghatározása. A keverék karbonát- és bikarbonát -tartalmának meghatározása közvetlen titrálással.

OROSZ FÖDERÁCIÓ

"JÓVÁHAGYOTT":

És róla. rektorhelyettes

tudományos osztály

_______________________

2011 r.

teljes munkaidőben és extramurális formák tanulás

"______" ___________ 2011

A Szerves és Környezeti Kémiai Tanszék ülésén vették figyelembe

Megfelel a tartalomra, szerkezetre és kialakításra vonatkozó követelményeknek.

Kötet 12 oldal

Fej osztály ______________________________ / /

"______" ___________ 2011

A CMK IMENIT ülésén vették figyelembe

"______" _____________ 2011, protokoll No.

Az FGT -nek megfelel a posztgraduális fő szakmai oktatási program felépítésének szakképzés(elvégezni az iskolát)

"EGYETÉRT":

A CMB elnöke ________________________ / /

"______" _____________ 2011

"EGYETÉRT":

Kezdet Graduate Studies Tanszék

és doktori tanulmányok ______________________

"______" _____________ 2011

OROSZ FÖDERÁCIÓ

OKTATÁSI ÉS TUDOMÁNY MINISZTÉRIUM

Állami oktatási intézmény

felsőfokú szakmai végzettség

TYUMEN ÁLLAMI EGYETEM

Matematikai, Természettudományi és Informatikai Intézet

Szerves és Környezeti Kémiai Tanszék

ÚJ MŰSZERI MÓDSZEREK AZ ANALITIKAI KÉMIABAN

Képzési és módszertani komplexum. Működő program

a szak végzős hallgatóinak 02.00.02 Elemző kémia

nappali és részidős tanulmányi formák

Tyumen Állami Egyetem

2011

Új műszeres módszerek az analitikus kémiában. Képzési és módszertani komplexum. Munkaprogram a szak végzős hallgatói számára 02.00.02 Elemző kémia. Tyumen, 2011, 12 p.

A munkaprogramot az FGT -vel összhangban állítják össze a posztgraduális szakmai oktatás (posztgraduális tanulmány) fő szakmai oktatási programjának szerkezetéhez.

FELELŐS SZERKESZTŐ: Szerves és Környezeti Kémiai Tanszék vezetője, tudománydoktor, professzor

© Tyumen Állami Egyetem, 2011.

Magyarázó megjegyzések A tudományág céljai és céljai

A tudományág célja: a kémiában használt modern műszeres kutatási módszerek kifejlesztése, amelyek szükségesek a szakirányú posztgraduális szakoktatás (posztgraduális képzés) fő szakmai oktatási programjának hatékony fejlesztéséhez 02.00.02 Elemző kémia és kandidátusi értekezés elkészítése .

Fegyelmi célok: a következő kérdések elsajátítása a végzős hallgatók számára:

A műszeres módszerek elméleti alapjai (molekulák és szilárd anyagok szerkezeti modelljei, az anyag kölcsönhatása a sugárzással); gyakorlati használat műszeres módszerek a modern analitikus kémiában.
A fegyelem helye az OPPPO struktúrájában

Az "Új instrumentális módszerek az analitikus kémiában" tudományág a tudományág és a tudományos szakterület speciális tudományágainak ciklusára utal.

E tudományág sikeres fejlesztéséhez a hallgatóknak elméleti ismeretekkel kell rendelkezniük a vegyi anyagok szerkezetéről, a spektrális, diffrakciós, kromatográfiai és elektrokémiai módszerek alapjairól.

A disszertáció kutatásának megvalósításához szükség van az "Új analitikai kémiai műszeres módszerek" tudományág elsajátítására.

A fegyelem elsajátításának eredményeivel kapcsolatos követelmények

A tudományág tanulmányozásának folyamata a következő kompetenciák kialakítását célozza:

Általános kompetenciák

a természettudományos diszciplínák alaptörvényeinek alkalmazása a szakmai tevékenységekben, matematikai elemzési és modellezési módszerek, elméleti és kísérleti kutatások alkalmazása; az információ megszerzésének, tárolásának, feldolgozásának alapvető módszereinek, módszereinek és eszközeinek birtoklása, a számítógéppel, mint információkezelési eszközökkel való munka készségei.

Szakmai hozzáértés

a szakma lényegének és társadalmi jelentőségének megértése, a fő kilátások és problémák, amelyek meghatározzák egy adott tevékenységi területet - analitikus kémia; a műszeres kutatási módszerek elméleti alapjainak ismerete; az analitikus kémiai kísérletek és a kísérleti adatfeldolgozás ismereteinek birtoklása.

A fegyelem elsajátítása eredményeként a hallgatónak:

Tudni: a spektrális, diffrakciós, kromatográfiai és elektrokémiai kutatási módszerek elméleti alapjai; molekulák szerkezeti modelljei.

Legyen képes: tudományos, technológiai és statisztikai információk gyűjtésére és elemzésére; kísérleti tudományos kutatásokat tervez az analitikus kémia területén, feldolgozza a kísérleti adatokat, cikkeket és kivonatokat készít publikálásra.

Saját: modern módszerek kísérleti kutatás az analitikus kémia területén a matematikai statisztika és a matematikai modellezés módszerei, az információtechnológia, beleértve a számítógépekkel és elektronikus adatbázisokkal való munka módszereit.

A fegyelem összetettsége

A fegyelmet az 5. félévben oktatják. A nyomtatvány köztes minősítés- eltolás. A tanfolyam teljes terhelése 3 kreditpont, 108 óra.

Tematikus terv

Asztal 1

Tematikus terv

		Összes óra	nézetek oktató munkaés önálló munka, óránként.	Az ellenőrzés formái
	szemináriumok	laboratóriumi gyakorlatok	önálló munkavégzés
	A hangszeres módszerek elméleti alapjai
	Spektrális és diffrakciós módszerek						A laboratóriumok védelme. művek
	Elválasztási és elektrokémiai elemzési módszerek						A laboratóriumok védelme. művek

2. táblázat

Végzős hallgatók önálló munkájának tervezése

A tudományág szakaszai és interdiszciplináris kapcsolatok a biztosított (későbbi) tudományágakkal

Fegyelmezett tartalom

Téma 1. A hangszeres módszerek elméleti alapjai

A molekulák szerkezetének elmélete. Stacionárius állapotok: elektronikus, vibrációs, forgó, nukleáris spin. Kvantumátmenetek stacionárius állapotok, valószínűségek és kiválasztási szabályok között. A molekuláris spektrumok típusai: elektronikus, vibrációs-rotációs, NMR, fotoelektronikus. A spektrumok regisztrálásának és feldolgozásának módszerei. Minőségi, mennyiségi és strukturális spektrális elemzés.

Az elektromágneses hullámok és az elektronnyalábok diffrakciója a tárgyakon és a kristályokon.

Szerves molekulák adszorpciós jellemzői. A kromatogram és jellemzői, regisztrálási és feldolgozási módjai. A retenciós idő és retenciós indexek, összefüggésük a szorbát és a szorbens molekulák szerkezetével. A kromatográfiai elemzés alapvető módszerei. Minőségi, mennyiségi és szerkezeti kromatográfiai elemzés.

Az elektrolit oldatok szerkezete. Elektrokémiai folyamatok és mechanizmusaik.

2. téma. Spektrális és diffrakciós módszerek

Azonosítás kémiai vegyületek spektrális módszerek: UV-, IR- és NMR -spektroszkópia és tömegspektrometria alkalmazása. Röntgenspektroszkópia: XPS módszer, röntgenabszorpciós kiterjesztett finomszerkezetes módszer (PTSRP, EXAFS). A spektrum és a vizsgált anyag természete közötti kapcsolat. Lehetőségek és korlátok.

A kémiai elemek és vegyületek mennyiségi meghatározása spektrális módszerekkel. Az elemzés érzékenysége, szelektivitása és pontossága. Az elemzési módszertan sajátosságai a környezeti monitoringban. Szerkezeti spektrális elemzés. Egy molekula szerkezeti fragmentumainak meghatározása (gyökök, funkcionális csoportok, csontváz típus, többszörös kötések stb.).

Modern diffraktometriai technikák: röntgendiffraktometria, alacsony energiájú (lassú) elektrondiffrakció (LEED), alacsony energiájú ionnyaláb-szórás (LEIS), alacsony szögű röntgensugárzás (XANES), átviteli / pásztázó elektronmikroszkópia.

Pásztázó alagút mikroszkópia.

Spektrális módszerek alkalmazása molekulák és szilárd anyagok szerkezetének, katalizátorainak, kémiai reakciók mechanizmusainak tanulmányozására.

Szerves vegyületek azonosítása kromatográfiás módszerekkel: GLC és HPLC módszerek alkalmazása. Módszerek a kromatogramok minőségének javítására, detektorok, oszlopok, állófázisok, eluensek, hőmérsékleti feltételek kiválasztása. Kapilláris elektroforézis. Az elválasztási módszerek lehetőségei és korlátai.

Az ionok és szerves vegyületek mennyiségi meghatározása elválasztási módszerekkel. Az elemzés érzékenysége, szelektivitása és pontossága. Az elemzési módszertan sajátosságai a környezeti monitoringban.

Szerkezeti kromatográfiás elemzés. Retenciós indexek, kapcsolatuk a molekulák szerkezetével. Egy molekula szerkezeti fragmentumainak meghatározása (gyökök, funkcionális csoportok, csontváz típus, többszörös kötések stb.).

Újdonságok az elektrokémiai elemzési módszerekben: potenciometria, voltammetria, kulometria, elektrogravimetria.

A szemináriumok tervei.

A szemináriumok nem szerepelnek a tantervben

A laboratóriumi munka témái. (Laboratóriumi műhely)

2. téma. Az elemzés spektrális és diffrakciós módszerei

1. számú laboratóriumi munka (6 óra). K + F: A telített és aromás vegyületek az olajmintában. Kutatási objektum: minta olajból vagy olajtermékből (benzin, dízel üzemanyag, olaj). Alkalmazott módszerek: UV- és IR -spektrumok felvétele, feldolgozása és értelmezése.

2. számú laboratóriumi munka (6 óra). K + F: A molekula szerkezetének meghatározása. Kutatási objektum: kőolaj aromás szénhidrogén minta. Alkalmazott módszerek: UV- és IR -spektrumok felvétele, feldolgozása és értelmezése, a szubsztituensek számának és típusának meghatározása a molekula aromás magjában.

3. téma. Elválasztás és elektrokémiai elemzési módszerek

3. számú laboratóriumi munka (6 óra). K + F: Kőolajtermék minta (benzin, dízel üzemanyag) minőségi elemzése. Kutatási tárgy: kereskedelmi benzin vagy dízel üzemanyag. Alkalmazott módszerek: Kromatogram beszerzése gázkromatográf segítségével. A keverék összetevőinek azonosítása adatbázis segítségével. A keverék összetevőinek relatív tartalmának kiszámítása.

4. számú laboratóriumi munka (6 óra). K + F: Az alkilezési reakció kinetikájának tanulmányozása. Kutatási objektum: butándiol-1,4, allil-klorid, piridin-oxid. Alkalmazott módszerek: mintavétel a reakcióközegből, a reakciótermékek kémiai elemzése (butándiol mono- és dialil -éterei), a termékhozam meghatározása, a katalizátor aktivitásának és szelektivitásának kiszámítása.

A szakdolgozatok hozzávetőleges tárgya.

Tanfolyam a tananyag nincs megadva

Végzős hallgatók önálló munkájának oktatási és módszertani támogatása.

Értékelési eszközök a haladás jelenlegi nyomon követésére a fegyelem (modul) elsajátításának eredményein alapuló köztes tanúsítás.

Az önálló munka megszervezésének alapelve egy integrált megközelítés, amelynek célja a következő típusú tevékenységek ösztönzése a végzős hallgatók kompetenciáinak megszerzésére:

reproduktív - feladatok elvégzése a modell szerint az elméleti ismeretek, formai készségek és képességek megszilárdítása érdekében (olvasás, megtekintés, jegyzetelés, hallgatás, memorizálás; kérdések megválaszolása önvizsgálathoz; oktatási anyag ismétlése, tipikus problémák megoldása);

rekonstrukciós - feladatok elvégzése az információk kötelező átalakításával (előkészítés osztálytermi tanulmányokra, tematikus megbeszélésekre; üzenetek, jelentések és beszédek előkészítése szemináriumokon; irodalom kiválasztása; megvalósítás az ellenőrzés működik; gyakorlati problémák megoldása);

kreatív - az információk kiválasztása és kritikus elemzése (kivonatok, jelentések írása; kutatásban való részvétel, különleges kreatív feladatok ellátása; projektek és diabemutatók előkészítése).

Ellenőrző lista a hitelhez

Az atomok és molekulák álló állapotai: elektronikus, vibrációs, forgó, nukleáris spin. Kvantumátmenetek a stacionárius állapotok, valószínűségek és kiválasztási szabályok között. Az atomi és molekuláris spektrumok típusai: elektronikus, vibrációs-rotációs, NMR, fotoelektronikus. A spektrumok regisztrálásának és feldolgozásának módszerei. Minőségi, mennyiségi és strukturális spektrális elemzés. Az elektromágneses hullámok és az elektronnyalábok diffrakciója a tárgyakon és a kristályokon. Szerves molekulák adszorpciós jellemzői. A kromatogram és jellemzői, regisztrálási és feldolgozási módjai. A retenciós idő és retenciós indexek, összefüggésük a szorbát és a szorbens molekulák szerkezetével. A kromatográfiai elemzés alapvető módszerei. Minőségi, mennyiségi és szerkezeti kromatográfiai elemzés. Az elektrolit oldatok szerkezete. Elektrokémiai folyamatok és mechanizmusaik. Kémiai vegyületek azonosítása spektrális módszerekkel: UV, IR és NMR spektroszkópia és tömegspektrometria alkalmazása. Röntgenspektroszkópia: XPS módszer, röntgenabszorpciós kiterjesztett finomszerkezetes módszer (PTSRP, EXAFS). A spektrum és a vizsgált anyag természete közötti kapcsolat. Lehetőségek és korlátok. A kémiai elemek és vegyületek mennyiségi meghatározása spektrális módszerekkel. Az elemzés érzékenysége, szelektivitása és pontossága. Szerkezeti spektrális elemzés. Egy molekula szerkezeti fragmentumainak meghatározása (gyökök, funkcionális csoportok, csontváz típus, többszörös kötések stb.). Modern diffraktometriai technikák: röntgendiffraktometria, alacsony energiájú (lassú) elektrondiffrakció (LEED), alacsony energiájú ionnyaláb-szórás (LEIS), alacsony szögű röntgensugárzás (XANES), átviteli / pásztázó elektronmikroszkópia. Pásztázó alagút mikroszkópia. Spektrális módszerek alkalmazása molekulák és szilárd anyagok szerkezetének, katalizátorainak, kémiai reakciók mechanizmusainak tanulmányozására. Szerves vegyületek azonosítása kromatográfiás módszerekkel: GLC és HPLC módszerek alkalmazása. Módszerek a kromatogramok minőségének javítására, detektorok, oszlopok, állófázisok, eluensek, hőmérsékleti feltételek kiválasztása. Kapilláris elektroforézis. Az elválasztási módszerek lehetőségei és korlátai. Az ionok és szerves vegyületek mennyiségi meghatározása elválasztási módszerekkel. Az elemzés érzékenysége, szelektivitása és pontossága. Szerkezeti kromatográfiás elemzés. Retenciós indexek, kapcsolatuk a molekulák szerkezetével. A molekula szerkezeti fragmentumainak meghatározása (gyökök, funkcionális csoportok, csontváz típus, többszörös kötések stb.) stb.). Újdonságok az elektrokémiai elemzési módszerekben: potenciometria, voltammetria, kulometria, elektrogravimetria.

A tesztek és felmérések hozzávetőleges témái

1. Elektronikus átmenetek a szerves molekulákban

2. Rezgés-forgás átmenetek a szerves molekulákban

3. Spin magátmeneteket szerves molekulákban

4. Szerves molekulák adszorpciós tulajdonságai

5. Módszerek a molekuláris spektrumok matematikai feldolgozására

6. A kromatogramok matematikai feldolgozásának módszerei

7. Diffrakciós kutatási módszerek

8. Módszerek a reakciómechanizmusok tanulmányozására

9. Modern spektrális és kromatográfiai eszközök

Minta tesztek és önértékelési kérdések

Spektrális módszerek:

1. Milyen jeleket használnak az elektromágneses hullámok skálájának tartományokra való felosztásához és mik az optikai tartomány jellemzői?

2. Hogyan függ össze a hullámszám a hullámhosszal?

1) ν = λ; 2) Δν = –Δλ / λ2; 3) ν = s / λ; 4) ν = 1 / λ ..

3. A legnagyobb szükséges energia:

1) elektronok gerjesztésére;

2) az atomok rezgéseinek gerjesztése egy molekulában;

3) gerjeszteni a molekula forgását;

4) nukleáris pörgetések átirányításához.

4. Mekkora az arány a molekula elektronikus Ee, vibrációs Eυ és forgó Er állapotai között?

1) Ee> Eυ> Er; 2) Еυ> Еr> Еe; 3) Еr> Еe> Еυ; 4) Er> Еυ> Еe.

5. Milyen típusú spektrumok mérlegelésekor figyelembe kell venni a Franck-Condon elvet?

1) IR-. 2) forgó. 3) KR-. 4) elektronikus.

6. A spektrum mely területein figyelhetők meg az elektronikus-vibrációs-forgási, vibrációs-forgási és forgási spektrumok?

7. Milyen spektrális régiókban mutatkoznak meg a molekulák elektronikus, vibrációs és forgási állapotai közötti átmenetek?

1) Rezgés - az IR régióban, forgó - az UV tartományban, elektronikus - a mikrohullámú sütőben.

2) Rezgés - a mikrohullámú sütőben, elektronikus - az UV -tartományban, rotációs - az IR -régióban.

3) Rezgéses - az IR tartományban, forgó - a mikrohullámú, elektronikus - az UV tartományban.

4) Rezgés - az UV tartományban, elektronikus - az IR tartományban, forgó - a mikrohullámú sütőben.

8. A minta által elnyelt fény mérésén alapuló elemzési módszereket nevezzük:

1) radiometria; 2) abszorptiometria; 3) fluorimetria;

4) turbidimetria.

Kromatográfiás módszerek:

Mi a célja a kromatográfiás oszlopok kondicionálásának? Miért történik ez az eljárás anélkül, hogy az oszlopot az érzékelőhöz csatlakoztatnák? Mi az optimális aránya az oszlopátmérőnek a szorbens szemcsemérethez a csomagolt oszlopoknál? Ha az oszlop térfogata 45 ml, mennyi csomagolásra van szükségem az oszlop feltöltéséhez? Mi a mechanizmus az ásványi hordozók dimetil -diklór -szilánnal, trimetil -klór -szilánnal és hexametil -diszilazánnal történő kezelése mögött? Mikor keletkeznek veszélyes gáznemű termékek? Ha a dodekán és a tetradekán retenciós ideje a kromatogramon 12,4, illetve 14,7 perc, akkor hány elméleti lemez lesz ennél az oszlopnál nagyobb: 1) a dodekán és a tetradekán esetében, 2) a dodekán esetében, 3) a tetradekán esetében? Ha a HETT a Porapak N polimer szorbenssel (80-100 mesh) töltött fémoszlopra (2 m × 3 mm) töltött propán minta héliumban történő elemzésekor (C = 0,3 térfogat%) 8,3; 6,6; 2,1; 2,7; 4,5 és 5,4 mm 10 hélium térfogatsebesség mellett; 13; 15; húsz; 30 és 40 ml / perc, mi az optimális hordozógáz sebesség a propán, az izobután és az n-bután hatékony elválasztásához? Lehetséges -e meghatározni a holt időt a levegőben TCD detektorral, ha CaX molekuláris szitával töltött kromatográfiás oszlopot használunk (2 × 3 mm -es oszlop, szorbens frakció 0,25–0,30 mm, héliumsebesség - 15 ml / perc, termosztát hőmérséklete) : 45 ° VEL)? Ha az elemzett mintát (1 μl térfogatban) 1 és 10 μL mikrofecskendővel ötször fecskendezik be a kromatográf elpárologtatóba, akkor ebben az esetben nagyobb lesz a kromatográfiai csúcsok magasságának és területének négyzetes középső szórása? Melyik tényező a meghatározó az elemzett vegyület állandó retenciós ideje szempontjából (a hordozógáz sebessége, az oszlopos kemence hőmérsékletének fenntartásának pontossága, ugyanez az eljárás a minta mikrotűvel történő elpárologtatóba történő beviteléhez)? Ha a normál szénhidrogének -dodekán (C12) - tetrakozán (C24) korrigált retenciós ideinek függőségének görbéje a C21 elúciója után eltörött, mit lehet mondani az oszlopos termosztát (HP -5 kapilláris oszlop) hőmérsékleti rendszeréről? 30 m × 0,32 mm, hélium lineáris sebessége - 30 cm / s)? Milyen vegyületek használhatók standardként a retenciós indexek meghatározásához a minták biokémiai vizsgálatai során a módszerrel gáz kromatográfia? Milyen szekvenciális érzékelők kombinációja teszi lehetővé a metil-tercier butil-éter (MTBEA) koncentrációjának meghatározását az A-92 benzinben? Melyik detektor előnyösebb az olajban és kőolajtermékekben található kénvegyületek kimutatására? Mekkora a keresőablak a Kovács -indexekhez a komplex keverékben lévő szénhidrogénekhez? Milyen állófázisokkal lehet megállapítani a benzin egyedi összetételét kapilláris gázkromatográfiával?

CPC értékelési kritériumok:

az oktatási anyagok elsajátításának minősége (a tanuló felhasználási képessége elméleti tudás gyakorlati feladatok elvégzésekor); a megbízás minden aspektusának kidolgozása, az anyag megtervezése a követelményeknek megfelelően, a munka ellenőrzésre történő benyújtására megállapított határidők betartása; az önállóság mértéke, a kreatív tevékenység, a végzős hallgatók kezdeményezése, az újdonság elemeinek jelenléte a feladatok teljesítésének folyamatában.

A CDS eredményeit az ellenőrző hetek során összesítik, amelyek feltételeit az oktatási folyamat ütemterve határozza meg.

Oktatási technológiák.

Az oktatási munka típusai	Oktatási technológiák
Tanterem	a) Előadások olvasása (multimédiás és videó bemutatók, írásbeli tesztelés az átadott anyagon (4 teszt, egyenként 10 kérdés). b) Laboratóriumi gyakorlatok lefolytatása (kísérleti terv kidolgozása, csoportos megbeszélés és problémák elemzése, multimédiás bemutatók, szóbeli beszámolók, üzenetek, beszédek meghallgatása és megvitatása, találkozások más tudományágak tanáraival). c) Interaktív technológiák (csoportos megbeszélések, esettanulmányok).
Önálló munkavégzés	a) Oktatási és módszertani szakirodalom tanulmányozása, beleértve az információkeresést elektronikus hálózatokban és adatbázisokban, prezentációk készítése. b) Felkészülés a tesztekre c) Laboratóriumi munka előkészítése a védekezéshez (multimédiás prezentációk segítségével)

A tudományág (modul) oktatási-módszertani és információs támogatása.

11.1. Főbb irodalom:

1., Analitikai kémia. M .: IC "Akadémia". 2011.

2. Időszakos folyóiratok: "Analytical chemistry", "Uspekhi khimii", "Russian Chemical Journal" 2001-2011.

11.2. További irodalom:

1. Kémiai kísérlet eredményeinek tervezése és matematikai feldolgozása. Omszk: Az OmSU Kiadója. 2005.

2. Gyakorlati tanfolyam az atomabszorpció elemzésében. Előadás tanfolyam. Jekatyerinburg. 2003.

3. A katalizátorok vizsgálatának módszerei / szerk. J. Thomas és R. Lembert. M., Mir, 1983.

11.3. Szoftver és internetes források:

www. e-könyvtár. ru

chem. / rus / learning / analyt /

www. ftkémia. dsmu. /ana_him/lek_13.html

A tudományág (modul) technikai eszközei és anyagi és technikai támogatása.

Előadásokat tartanak multimédiás bemutatókés videók. Az előadásokhoz multimédiás berendezésekkel (számítógép, projektor, stb.) Felszerelt tantermek szükségesek.

A laboratóriumi munkákhoz felszerelt laboratóriumok vannak spektroszkópiához (117, 5. épület) és kromatográfiához (116, 5. épület).

Végzős hallgatók önálló munkájához hozzáférés Informatika óra internet -hozzáféréssel.

Ma az orvosi diagnosztika területén dolgozó szakemberek óriási képességekkel rendelkeznek a belső szervrendszerek anatómiai szerkezetének és működésének jellemzőinek pontos meghatározásához. A jelenleg létező instrumentális kutatási módszerek alkalmazása segít a normál mutatóktól való legkisebb eltérések azonosításában. Annak ellenére, hogy a laboratóriumi diagnosztikai vizsgálatok és szűrővizsgálatok lehetővé teszik, hogy többet megtudjon a kialakuló rendellenességekről sejtszint, eredményeik alapján meg lehet ítélni bizonyos szervek és rendszerek munkájának kudarcait.

A legtöbb eljárást bizonyos patológiák azonosítására használják. Ugyanakkor a laboratóriumi és műszeres kutatási módszerek túlnyomó részét egyetemesnek ismerik el. A különböző profilú szakemberek ilyen diagnosztikai eljárásokhoz folyamodnak.

A beteg átfogó vizsgálatához laboratóriumi és műszeres kutatási módszereket használnak. Ennek megfelelően hagyományosan két csoportra osztják őket. Talán a laboratóriumi eljárásokkal kell kezdenie, amelyek közül a leggyakoribbak:

• általános vérvizsgálat;
• vérkémia;
• a vizelet és a széklet elemzése;
• köpetkutatás;
• kenetek.

Az ilyen típusú vizsgálatok szűrővizsgálatoknak minősülnek. Előnyüket alacsony költségnek, pontosságnak és biztonságnak tekintik a beteg egészségére nézve.

Klinikai (általános) vérvizsgálat

Ez az első dolog, amit ajánlott átadni a vizsgázónak, ha bármilyen fertőző vagy krónikus betegség gyanúja merül fel. A laboratóriumi és műszeres kutatási módszerek közül ez a fő módja az egységes és mennyiségi jellemzők vér elemei. Az eljáráshoz a bioanyag mintavételét az ujj kapillárisaiból kell elvégezni. Az eritrociták, leukociták és vérlemezkék tartalma és formája alapján lehetséges a beteg vérbetegségének gyanúja, a szervezetben tünetmentes gyulladásos folyamatok azonosítása. A vérsejtekre vonatkozó adatokon kívül az elemzés információt nyújt a hemoglobin szintjéről és a retikulociták számáról.

Biokémiai vérvizsgálat

Az elemzés segít megtudni a vérben lévő elektrolitok és enzimek pontos tartalmát, jelezve egy adott szerv állapotát. A szűrés során meghatározzák a fehérje és a glükóz mennyiségét is, a mérgező anyagcsere -termékek jelenlétét, amelyeket általában a veséknek kell kiválasztaniuk a szervezetből. Ha az általános elemzéshez vért vesznek a páciens ujjából, akkor biokémiai kutatásokhoz vénából.

Mit tanulhat a vizeletvizsgálat eredményeiből?

Általában ez a bioanyag teljesen steril. Kutatások folynak a fehérje-, glükóz- és ketontestek azonosítására. Az elemzést mikroszkóp alatt végzik, amelynek köszönhetően egy kóros folyamat kialakulásával hámsejtek, eritrociták és leukociták, patogén pálcikák és baktériumok mutathatók ki a vizeletben. Először is, a vizsgálatot olyan betegeknél végzik, akik veseelégtelenségben szenvednek vagy húgyúti fertőzés gyanújában. A második esetben az elsődleges kutatási módszer a bakteriológiai vizeletkultúra lesz, amelynek eredményei nemcsak a mikrobiális kórokozó típusának meghatározásában, hanem a megfelelő gyógyszerek kiválasztásában is segítenek, mert a kórokozók bizonyos antibiotikum -csoportokkal szemben rezisztensek lehetnek.

Székletvizsgálat

Leggyakrabban ennek az elemzésnek a szakaszát az okozza, hogy diagnosztizálni és értékelni kell a gasztrointesztinális traktus, a máj és a hasnyálmirigy betegségeinek terápiájának eredményeit. Annak ellenére, hogy a vizsgálatra nem kell külön felkészülni, fontos, hogy a beteg tartózkodjon a szedéstől drogok, képes megváltoztatni a széklet jellegét (hashajtók és enzimek, bizmut- és vas -kiegészítők stb.).

A klinikai laboratórium első lépése a széklet színének és állagának vizsgálata. Tehát a könnyű, zsírtartalmú széklet obstruktív sárgaságra utalhat. A vizes jellegű ürítések az emésztetlen ételek maradványaival általában a vékonybél gyulladásos folyamatáról beszélnek. Ha a vizsgálat előestéjén a beteg erjedést okozó ételeket fogyasztott, ürüléke savanyú szagú és habos állagú lesz. A széklet fekete színét gyakran az emésztőrendszer felső részeiben fellépő vérzés okozza, de a bioanyag színének oka teljesen természetes tényezők lehetnek (például áfonya, fekete ribizli, cékla használata az alany által) az eljárás előestéjén). A vérzés megerősítése a gyomor -bél traktusban a széklet pépes állaga.

A kenet fajtái

Az eljárás egy nyálkahártya -szerv felszínéről vett biológiai anyag mikroszkópos vizsgálata. A kenet -elemzést széles körben használják a nőgyógyászatban: nőknél kenetet vesznek a méhnyakról vagy a hüvely faláról. A férfi urológiai diagnózishoz a biológiai anyagot a húgycsőből veszik. Ezenkívül kenetet vesznek a torok, az orr, a végbél falának nyálkahártyájáról.

Köpet szűrővizsgálat

Ez az egyik rendelkezésre álló műszeres módszer a légzőrendszer tanulmányozására, amely segít megállapítani a kóros folyamat jellegét, és néha még annak etiológiáját is. Gyakran elemzést írnak elő a tüdő és a légúti betegségek gyanúja miatt:

• tuberkulózis;
• tályog és gangréna;
• hörgőgörcs szindróma;
• tüdőgyulladás;
• szilikózis;
• obstruktív atelektázis;
• Krónikus bronchitis;
• bronchiectasis.

A légzőszervek vizsgálatára szolgáló műszeres módszereknek köszönhetően a szakemberek képesek diagnosztizálni és konkretizálni a betegség árnyalatait (súlyosság, stádium, szövődmények stb.). Ugyanakkor a köpet laboratóriumi elemzésének eredményei alapvető fontosságúak a helyes irány meghatározásához a további diagnosztika során. Tehát, ha rosszindulatú szerkezetű sejteket találnak benne, következtetéseket vonnak le a daganat endobronchiális elhelyezkedéséről vagy bomlásáról, amelyet az informatívabb instrumentális kutatási módszerek után tisztáznak. Melyiket - olvassa el részletesen az alábbiakban.

A fenti eljárások egyike sem nevezhető teljesen pontosnak és megbízhatónak. A laboratóriumi elemzések mutatóinak konkretizálásához instrumentális kutatási módszerekhez folyamodnak. Az orvostudományban viszonylag nemrégiben alkalmazzák. Például a modern diagnosztikai módszerek „legfiatalabbjait” a gyakorlatban legfeljebb harminc éve alkalmazzák (CT, MRI). A jelenleg használt műszeres kutatási módszerek közül néhány univerzális, mivel felhasználhatók különböző szervek és rendszerek tanulmányozására.

Fluorográfia

Ez egyfajta szűrővizsgálat, amelyet a tüdő és a mellkas állapotának meghatározására végeznek. A kutatási elv a felső törzs fényképezése. Felvétel után a kapott röntgenkép megjelenik a képernyőn, és onnantól kezdve - különböző képméretű filmeken (akár 110x110 mm). A felnőttek számára évente legalább egyszer ajánlott fluorográfiát végezni. A tanulmány fő célja az onkológiai (rosszindulatú daganat) vagy fertőző betegség (tüdő tuberkulózis) látens formájának azonosítása.

Elektroencefalográfia

Ha az idegsebészet legegyszerűbb műszeres és laboratóriumi kutatási módszereiről beszélünk, akkor először is ezt érdemes kiemelni. Az eljárás során rögzítik az agy elektromos aktivitását. A szkennelés fájdalommentes, ezért nem okoz kényelmetlenséget és kellemetlenséget a betegnek. A vizsgálat lényege, hogy több mint két tucat elektródát rögzítenek az ember fejéhez, amelyek segítségével rögzítik az agy nyugalmi állapotában végzett tevékenységét. Ezt követően az eljárást újra elvégezzük, de más módon, a beteget külső ingereknek, erős fénynek téve ki, felajánlva, hogy mélyen és gyorsan lélegezzen, fejét oldalra fordítsa, stb. Kezek szöveges következtetést adnak ki. Az elektroencefalográfia segít felismerni az epilepszia típusait, az agy kóros jellemzőit, az anyagcsere -betegségeket.

A kardiovaszkuláris rendszer kutatásának instrumentális módszerei

Ezek közé tartozik mindenekelőtt az elektrokardiográfia - gyors, megfizethető és nem okoz kellemetlenséget diagnosztikai módszer. A szív elektromos impulzusokkal kifejezett aktivitását mozgó szalagra rögzítik. A lenyomott vonalak helyzete alapján a kardiológusok meghatározzák a szívrészek aktivitásának mértékét, ami lehetővé teszi a következtetés levonását a ritmuszavarokkal járó szívbetegségekről, a vérellátás minőségéről és a szívinfarktus következményeiről.

Az orvos által jelzett EKG egész nap elvégezhető. A szív vizsgálatának ilyen instrumentális módszere lehetővé teszi, hogy több információt szerezzen munkájáról a hatékony gyógyszerek szedése vagy a fokozott fizikai aktivitás időszakában.

Az érrendszer diagnózisáról beszélve leggyakrabban az angiográfia áthaladását jelentik. A szív munkájának zavarai által okozott betegség meghatározásához a koszorúér -angiográfia módszerét alkalmazzák. A szív koszorúérének vizsgálatához katétert helyeznek a betegbe a comb artériáján keresztül. Ha az inguinalis katéterezés lehetetlen, a készüléket a csukló radiális artériájába kell behelyezni. A koszorúér -angiográfia az egyik legösszetettebb kutatási eljárás, amely így néz ki:

1. A katéter előrehalad az aortába. Maga a manipulációs folyamat valós időben jelenik meg a monitoron.
2. Amint a készülék eléri a vizsgált ereket, kontrasztanyagot injektálnak a jobb és bal koszorúerekbe.
3. Abban a pillanatban, amikor a gadolinium kitölti a szív ereinek lumenét, az orvosok képsorozatot készítenek különböző vetületekben.

Az echokardiográfia (más szóval a szív ultrahangja) nem invazív műszeres módszer a szív- és érrendszeri patológiában szenvedő betegek vizsgálatára. Ma ez egy biztonságos és rendkívül informatív módszer, amelyet még a fiatalabb korosztály betegeinek is előírnak. Az echokardiográfia különösen hatékony az újszülöttek malformációinak diagnosztizálásában.

Ultrahang szűrés

Ez egy fájdalommentes és biztonságos módszer a műszeres kutatásra, amelynek előkészítése általában nem szükséges. Az eljárás elve abban rejlik, hogy a belső szervek képesek visszaverni az ultrahangos hullámokat. Ebben az esetben a kép megjelenik a képernyőn. A csont- és porcstruktúrák fehérek, a folyadékok sötétek. Az ultrahangnak köszönhetően meghatározhatja a belső szerv pontos méretét és alakját, észreveheti a legkisebb szerkezeti változást is. Az ultrahang a nőgyógyászatban és a szülészetben nyerte el a legnagyobb népszerűséget. A magzat lehetséges fejlődési rendellenességeit a terhesség elején észlelik. Ez az instrumentális kutatási módszer lehetővé teszi az anya testének állapotának, a méh, a méhlepény elhelyezkedésének és vérellátásának nyomon követését.

Endoszkópia

Annak ellenére, hogy az ultrahangot az orvostudomány műszeres kutatásának informatív módszerének tekintik, nem minden iparágban használják. Például egyáltalán nem alkalmas üreges és üreges szervek tanulmányozására, ezért más eljárásokat alkalmaznak a belek vagy a gyomor diagnosztizálására. Az emésztést tanulmányozó műszeres módszerek közül érdemes megjegyezni az endoszkópiát. A diagnosztikai manipulációt rugalmas szálberendezéssel hajtják végre optikai műszer- endoszkóp. Csőjének hossza elérheti a másfél métert, átmérője pedig több mint 1,3 cm.

Az endoszkópos módszer széles körű alkalmazását az is magyarázza, hogy a szakemberek képesek szövetmintákat venni szövettani vizsgálatra az eljárás során. Az endoszkópok egyes modelljei elektromos szondákkal vannak felszerelve, amelyek lehetővé teszik az egyszerű sebészeti beavatkozások gyors és fájdalommentes elvégzését (polipok eltávolítása, belső aranyér stb.).

Röntgen vizsgálat

A gasztrointesztinális traktus, a csontszövet, a tüdő műszeres vizsgálatának egyik legelső módszere. Az eljárás a röntgensugarak áthaladásának elvén alapul belső szerkezetek... A röntgenfelvétellel összehasonlítva a fluoroszkópia informatívabb módszer, amelynek hátránya a viszonylag nagy dózisú sugárzás. Ha a feltételezett diagnózis lehetővé teszi, a fluoroszkópiát megpróbálják felváltani egy alternatív és biztonságosabb kutatási eljárással.

Számítógépes és mágneses rezonancia képalkotás

A CT a radiográfia fejlett formája, amelyet nagy felbontás és kép pontosság jellemez. A vizsgálat során a készülék több képet készít a szakember által meghatározott paramétereknek megfelelően. Miután a számítógép elemezte a kapott adatokat, kétdimenziós kép jelenik meg a képernyőn. A vetületek sok tekintetben hasonlítanak az anatómiai szakaszokhoz, ami különösen kényelmes az agy, a vesék, a máj, a hasnyálmirigy és a tüdő tanulmányozásakor.

Az MRI (mágneses rezonancia képalkotás) egy olyan szerv komplex vizsgálata, amely erős mágneses teret használ. Ez a módszer a legdrágább és bonyolultabb. A fej diagnosztizálására szolgáló módszer kiválasztásakor vagy gerincvelő(különösen a közelgő sebészeti beavatkozás előestéjén) az orvosoknak nincsenek kétségeik: nincs informatívabb kutatási módszer, mint az MRI. A számítógépes tomográfiához képest azonban a mágneses rezonancia képalkotásnak vannak hátrányai:

• minden kép elkészítése több időt vesz igénybe;
• nem használják a szív vizsgálatára;
• nem alkalmas klausztrofóbiás személyekre, mivel az eljárás megköveteli, hogy a beteget óriási tomográfiai kamerába merítsék.

Felkészülés laboratóriumi és műszeres kutatási módszerekre

A legtöbb modern diagnosztikai eljárás nem igényel speciális előképzést. Ennek ellenére figyelnie kell bizonyos típusú felmérésekre vonatkozó ajánlásokra:

• Az általános és biokémiai vérvizsgálatokat mindig éhgyomorra kell elvégezni. Vizet szabad inni.
• Fontos, hogy megfelelő higiéniai eljárásokat végezzen a vizeletminták gyűjtése előtt. A bioanyagok edényeinek sterilnek kell lenniük.
• 2-3 nappal a széklet elemzése előtt tanácsos megtagadni a vassal telített és erjedést okozó ételeket.
• Ha a kenet bakteriológiai vizsgálatát urológus vagy nőgyógyász írja elő, a beteg nem végezhet húgyúti vécét közvetlenül az eljárás előtt. Kerülje a szexuális érintkezést naponta.
• A gasztrointesztinális traktus minden instrumentális invazív vizsgálatát gondosan el kell készíteni. A diagnózist megelőző három nap során a betegnek olyan étrendet kell követnie, amely csökkenti a gázképződést a bélben, csak könnyű ételeket kell ennie. A kolonoszkópia során a betegnek hashajtó gyógyszert (Fortrans vagy Duphalac) írnak fel egyéni dózisban.
• A szív ultrahangját, EKG -t, érrendszeri vizsgálatokat végeznek a terápiás gyakorlatok és a gyógyszerek szedése előtt.

Általában a kezelőorvos elmagyarázza a betegnek a diagnosztikai eljárások előkészítésének szabályait. Csak betartásuk garantálhatja a megbízható kutatási eredményt.