מחקר פיסיקלי-כימי כענף של כימיה אנליטית נמצא בשימוש נרחב בכל תחום בחיי האדם. הם מאפשרים לך ללמוד את המאפיינים של חומר בעל עניין על ידי קביעת הרכיב הכמותי של הרכיבים בהרכב המדגם.
מחקר חומרים
מחקר מדעי הוא הכרת אובייקט או תופעה על מנת להשיג מערכת מושגים וידע. על פי עקרון הפעולה, השיטות בהן נעשה שימוש מסווגות ל:
- empirical;
- organizational;
- פרשנות;
- שיטות של ניתוח איכותי וכמותי.
שיטות מחקר אמפיריות משקפות את האובייקט הנחקר מהצד של ביטויים חיצוניים וכוללות תצפית, מדידה, ניסוי, השוואה. מחקר אמפירי מבוסס על עובדות מהימנות ואינו כולל יצירת מצבים מלאכותיים לניתוח.
שיטות ארגוניות - השוואתיות, אורכיות, מורכבות. הראשון מרמז על השוואה של מצבי אובייקט שהושגו בזמנים שונים ובתנאים שונים. אורכי - תצפית על העצםמחקר על פני תקופה ארוכה. קומפלקס הוא שילוב של שיטות אורך ושיטות השוואתיות.
שיטות פרשנות - גנטיות ומבניות. הווריאציה הגנטית כוללת חקר התפתחותו של עצם מרגע התרחשותו. השיטה המבנית חוקרת ומתארת מבנה של אובייקט.
כימיה אנליטית עוסקת בשיטות של ניתוח איכותי וכמותי. מחקרים כימיים מכוונים לקביעת הרכב מושא המחקר.
שיטות ניתוח כמותי
בעזרת ניתוח כמותי בכימיה אנליטית נקבע הרכב התרכובות הכימיות. כמעט כל השיטות בהן נעשה שימוש מבוססות על חקר התלות של התכונות הכימיות והפיזיקליות של חומר בהרכבו.
ניתוח כמותי הוא כללי, מלא וחלקי. כללי קובע את הכמות של כל החומרים הידועים באובייקט הנחקר, ללא קשר אם הם נמצאים בהרכב או לא. ניתוח מלא מובחן על ידי מציאת ההרכב הכמותי של החומרים הכלולים בדגימה. האפשרות החלקית מגדירה את התוכן של הרכיבים המעניינים במחקר הכימי הזה בלבד.
בהתאם לשיטת הניתוח, קיימות שלוש קבוצות של שיטות: כימית, פיזיקלית ופיזיקאית-כימית. כולם מבוססים על שינוי בתכונות הפיזיקליות או הכימיות של חומר.
מחקר כימי
שיטה זו מכוונת לקביעת חומרים בכימיקלים שונים המופיעים כמותיתתגובות. לאחרונים יש ביטויים חיצוניים (שינוי צבע, שחרור גז, חום, משקעים). שיטה זו נמצאת בשימוש נרחב בענפי חיים רבים של החברה המודרנית. מעבדת המחקר הכימי היא חובה בתעשיות התרופות, הפטרוכימיה, הבנייה ועוד רבות אחרות.
ישנם שלושה סוגים של מחקר כימי. גרבימטריה, או ניתוח משקל, מבוססת על השינוי במאפיינים הכמותיים של החומר הנבדק בדגימה. אפשרות זו פשוטה ונותנת תוצאות מדויקות, אך היא גוזלת זמן. עם סוג זה של שיטות מחקר כימיות, החומר הנדרש מופרד מההרכב הכולל בצורה של משקעים או גז. לאחר מכן הוא מובא לשלב בלתי מסיס מוצק, מסונן, שוטף, מיובש. לאחר הליכים אלה, הרכיב נשקל.
Titrimetry הוא ניתוח נפחי. חקר הכימיקלים מתרחש על ידי מדידת נפחו של מגיב המגיב עם החומר הנחקר. הריכוז שלו ידוע מראש. נפח המגיב נמדד כאשר מגיעים לנקודת השקילות. בניתוח גז, נקבע נפח הגז המשוחרר או הנספג.
בנוסף, נעשה שימוש לעתים קרובות במחקר מודלים כימיים. כלומר, נוצר אנלוגי של האובייקט הנחקר, שנוח יותר ללימוד.
מחקר פיזי
בניגוד למחקר כימי המבוסס על ביצוע תגובות מתאימות, שיטות ניתוח פיזיקליות מבוססות על אותן תכונות של חומרים. עבורםהביצוע דורש מכשירים מיוחדים. מהות השיטה היא מדידת שינויים במאפיינים של חומר הנגרמים מפעולת הקרינה. השיטות העיקריות לבדיקה גופנית הן רפרקטומטריה, פולרימטריה, פלואורמטריה.
רפרקטומטריה מתבצעת באמצעות רפרקטומטר. מהות השיטה מצטמצמת לחקר השבירה של אור העובר ממדיום אחד למשנהו. שינוי הזווית במקרה זה תלוי במאפיינים של הרכיבים הבינוניים. לכן, ניתן לזהות את הרכב המדיום והמבנה שלו.
פולארימטריה היא שיטת מחקר אופטית המשתמשת ביכולתם של חומרים מסוימים לסובב את מישור התנודה של אור מקוטב ליניארי.
לפלואורמטריה משתמשים בלייזרים ובמנורות כספית, היוצרות קרינה מונוכרומטית. חלק מהחומרים מסוגלים להקרין (לספוג ולפלוט את הקרינה הנספגת). בהתבסס על עוצמת הקרינה, מסקנה לגבי הקביעה הכמותית של החומר.
מחקר פיזי וכימי
שיטות מחקר פיסיקליות-כימיות רושמות שינויים בתכונות הפיזיקליות של חומר בהשפעת תגובות כימיות שונות. הם מבוססים על התלות הישירה של המאפיינים הפיזיקליים של האובייקט הנחקר בהרכב הכימי שלו. שיטות אלו דורשות שימוש במכשירי מדידה מסוימים. ככלל, התצפית מתבצעת עבור מוליכות תרמית, מוליכות חשמלית, בליעת אור, נקודת רתיחה ונקודת התכה.
מחקרים פיסיקליים-כימיים של חומרנמצאים בשימוש נרחב בשל הדיוק הגבוה ומהירות השגת התוצאות שלהם. בעולם המודרני, עקב התפתחות טכנולוגיות ה-IT, שיטות כימיות הפכו לקשות ליישום. שיטות פיזיו-כימיות משמשות בתעשיית המזון, בחקלאות, בזיהוי פלילי.
אחד ההבדלים העיקריים בין שיטות פיזיקליות וכימיות לכמיות הוא שסוף התגובה (נקודת השקילות) נמצא באמצעות מכשירי מדידה, ולא חזותית.
השיטות העיקריות של מחקר פיסיקלי וכימי נחשבות לשיטות ספקטרליות, אלקטרוכימיות, תרמיות וכרומטוגרפיות.
שיטות ספקטרליות לניתוח חומרים
הבסיס של שיטות ניתוח ספקטרליות הוא האינטראקציה של עצם עם קרינה אלקטרומגנטית. הקליטה, ההשתקפות והפיזור של האחרונים נלמדים. שם נוסף לשיטה הוא אופטי. זהו שילוב של מחקר איכותי וכמותי. ניתוח ספקטרלי מאפשר לך להעריך את ההרכב הכימי, מבנה הרכיבים, השדה המגנטי ומאפיינים אחרים של חומר.
מהות השיטה היא לקבוע את תדרי התהודה שבהם החומר מגיב לאור. הם אינדיבידואליים בהחלט עבור כל רכיב. עם ספקטרוסקופ, ניתן לראות את הקווים על הספקטרום ולקבוע את מרכיביו של חומר. עוצמת הקווים הספקטרליים נותנת מושג על המאפיין הכמותי. סיווג השיטות הספקטרליות מבוסס על סוג הספקטרום ומטרת המחקר.
שיטת פליטהמאפשר לך ללמוד את ספקטרום הפליטה ונותן מידע על הרכב החומר. כדי לקבל נתונים, הוא נתון לפריקת קשת חשמלית. וריאציה של שיטה זו היא פוטומטריית להבה. ספקטרום הקליטה נלמד בשיטת הקליטה. האפשרויות לעיל מתייחסות לניתוח האיכותי של החומר.
ניתוח ספקטרלי כמותי משווה את עוצמת הקו הספקטרלי של האובייקט הנחקר לבין חומר בעל ריכוז ידוע. שיטות אלו כוללות ספיגה אטומית, ניתוחי פלואורסצנטי אטומי וזוהר, עכירות, נפלומטריה.
יסודות הניתוח האלקטרוכימי של חומרים
ניתוח אלקטרוכימי משתמש באלקטרוליזה כדי לחקור חומר. התגובות מתבצעות בתמיסה מימית על אלקטרודות. אחד המאפיינים הזמינים הוא למדוד. המחקר מתבצע בתא אלקטרוכימי. זהו כלי שבו ממוקמים אלקטרוליטים (חומרים בעלי מוליכות יונית), אלקטרודות (חומרים בעלי מוליכות אלקטרונית). אלקטרודות ואלקטרוליטים מתקשרים זה עם זה. במקרה זה, הזרם מסופק מבחוץ.
סיווג של שיטות אלקטרוכימיות
סווג שיטות אלקטרוכימיות על סמך התופעות שעליהן מבוססים מחקרים פיזיקליים וכימיים. אלו הן שיטות עם ובלי פוטנציאל חיצוני.
קונדוקטומטריה היא שיטה אנליטית ומודד מוליכות חשמלית G. ניתוח מוליכות משתמש בדרך כלל בזרם חילופין. טיטרציה מוליכים - עודשיטת מחקר נפוצה. שיטה זו היא הבסיס לייצור מוליך-מומטרים ניידים המשמשים למחקרים כימיים של מים.
בעת ביצוע פוטנציומטריה, ה-EMF של תא גלווני הפיך נמדד. שיטת הקולומטריה קובעת את כמות החשמל הנצרכת במהלך האלקטרוליזה. וולטמטריה חוקרת את התלות של גודל הזרם בפוטנציאל המיושם.
שיטות תרמיות לניתוח חומרים
ניתוח תרמי מכוון לקביעת השינוי בתכונות הפיזיקליות של חומר בהשפעת הטמפרטורה. שיטות בדיקה אלו מבוצעות תוך פרק זמן קצר ועם כמות קטנה מהדגימה הנחקרת.
Thermogravimetry היא אחת השיטות של ניתוח תרמי, אשר אחראית לרישום של שינויים במסה של עצם בהשפעת הטמפרטורה. שיטה זו נחשבת לאחת המדויקות ביותר.
בנוסף, שיטות מחקר תרמיות כוללות קלורימטריה, הקובעת את קיבולת החום של חומר, אנטלפימטריה, על סמך חקר קיבולת החום. גם ביניהם יש לייחס דילטומטריה, הלוכדת את השינוי בנפח הדגימה בהשפעת הטמפרטורה.
שיטות כרומטוגרפיות לניתוח חומרים
שיטת הכרומטוגרפיה היא דרך להפריד בין חומרים. ישנם סוגים רבים של כרומטוגרפיה, העיקריים שבהם הם: גז, הפצה, חיזור, משקעים, החלפת יונים.
הרכיבים בדגימת הבדיקה מופרדים בין נעים לנייחיםשלבים. במקרה הראשון, אנחנו מדברים על נוזלים או גזים. השלב הנייח הוא סורבנט - מוצק. רכיבי המדגם נעים בשלב הנייד לאורך השלב הנייח. לפי המהירות וזמן המעבר של הרכיבים בשלב האחרון, התכונות הפיזיקליות שלהם נשפטות.
יישום של שיטות מחקר פיזיקליות וכימיות
התחום החשוב ביותר של שיטות פיזיקליות וכימיות הוא מחקר סניטרי-כימי ומשפטי-כימי. יש ביניהם כמה הבדלים. במקרה הראשון, נעשה שימוש בסטנדרטים היגייניים מקובלים להערכת הניתוח שבוצע. הם נקבעים על ידי המשרדים. מחקר סניטרי-כימי מתבצע בהתאם לנוהל שנקבע על ידי השירות האפידמיולוגי. התהליך משתמש במודלים סביבתיים המחקים את התכונות של מוצרי מזון. הם גם משחזרים את תנאי ההפעלה של המדגם.
מחקר כימי משפטי מכוון לזיהוי כמותי של חומרים נרקוטיים, חזקים ורעלים בגוף האדם, מוצרי מזון, תרופות. הבדיקה מתבצעת על פי צו בית משפט.
