Основы общей и аналитической химии. Аналитическая химия

• Название: Аналитическая химия
• Дата: 23.12.2021
• Размер: 195.38 Kb.
• Имя файла: Основы общей и аналитической химии.docx
• Тип: Закон; #315110
• страница: 16 из 17

Физические и физико-химические (инструментальные) методы анализа

В качественном и количественном анализе эти методы нашли применение к середине XIX в, однако их интенсивное развитие и широкое применение приходится на XX столетие. Они обладают многими достоинствами: быстрота анализа, высокая чувствительность, возможность одновременного определения нескольких компонентов, использование для обработки результатов анализа.

Инструментальные(физическиеифизико-химические) методыанализа– методы, основанные на использовании зависимостей между измеряемыми физическими свойствами веществ и их качественным и количественным составом.

Наиболее широкое распространение получили три группы таких методов – оптические, хроматографические и электрохимические. Реже применяются, например, радиометрические, термические, масс-спектрометрические, кинетические, ультразвуковые и др.

Оптические методы анализа

Оптические методы анализа основаны на измерении характеристик оптических свойств вещества (испускание, поглощение, рассеивание, отражение, преломление, дифракция, интерференция, поляризация света), проявляющихся при его взаимодействии с электромагнитным излучением. По характеру взаимодействия электромагнитного излучения с веществом оптические методы анализа обычно подразделяют на эмиссионный спектральный, атомно-абсорбционный, молекулярный абсорбционный спектральный (спектрофотометрия, фотоэлектроколориметрия), люминесцентный, нефелометрический, турбодиметрический, рефрактометрический, интерферометрический, поляриметрический анализ.
Весь спектр электромагнитного излучения охватывает широкий диапазон частот от длинных радиоволн до жесткого -излучения. Оптические методы анализа используют лишь небольшую его часть – от микроволновой до дальней УФ-области. В табл. охарактеризованы эти участки спектра. В зависимости от того, в какой области изучается спектр, его называют ультрафиолетовым, видимым, инфракрасным, микроволновым. Первые три области объединяют общим термином оптические спектры.

УФ и видимую область иногда обозначают сокращенно «УВИ-область». Для получения микроволновых спектров используют методы радиоспектроскопии, которые не относятся к оптическим методам.

Области электромагнитного спектра

Область спектра	Длина волны , см	Волновое число, см-1
Радиоволны
Микроволновая	10-10-1 10-1-510-3 510-3-210-4 210-4-0,7610-4 0,7610-4-0,410-4 0,410-4-0,210-4 0,210-4-10-6	10-1-10
ИК дальняя		10-200
ИК средняя		200-5000
ИК ближняя		5000-13000
Видимая		1,3104-2,5104
УФ ближняя УФ дальняя		2,5104-5104 5104-106
Рентгеновское и -излучение

Основные понятия, используемые в оптических методах анализа
Спектр – это распределение энергии электромагнитного излучения (или интенсивности) по длинам волн или частотам.

Атомнаяимолекулярнаяспектроскопияизучают спектральный состав излучения при поглощении (абсорбции), испускании (эмиссии) или рассеянии света.

Абсорбционнаяспектроскопияоснована на использовании способности вещества к селективному (избирательному) поглощению световой энергии.

Эмиссионнаяспектроскопияоснована на использовании способности вещества, находящегося в энергетически возбужденном состоянии, отдавать энергию возбуждения в виде электромагнитного излучения.
Некоторые единицы измерения, применяемые в оптических методах анализа. Согласно квантовой теории изменение энергии ∆Е системы (молекулы, атома, иона) при поглощении или испускании определяется формулой

∆Е = Е′ - Е″ = hv,

где h – постоянная Планка; v – частота в с^-1; Е′ и Е″ - энергии системы в верхнем и нижнем квантовых состояниях соответственно.

Монохроматическое излучение (длина волны λ = const постоянна) характеризуется энергией Е кванта hv, частотой v,длиной волны λ, волновым числом w.

Е=hv=hc|λ=hcv¹; v¹=1|λ=v|c

Где с – скорость распространения электромагнитного излучения в вакууме (скорость света). Для полихроматического излучения (λ≠const) указывают диапазон изменения вышеприведенных величин.

Длина волны λ измеряется, в зависимости от используемой области спектра, в единицах, являющихся десятичными (кратными десяти) от основной единицы длины системы интернациональной (СИ) – метра. В ультрафиолетовой (УФ) и видимой областях – это нанометр (1 нм=10^-9 м), в ближней и средней инфракрасной (ИК) областях – микрометр (микрон; 1 мкм=10^-6м), в дальней ИК и микроволновой областях - мм см.

Частота электромагнитных колебаний измеряют в «обратных секундах» (с^-1), или герцах (Гц). Волновое число v¹ измеряют в обратных сантиметрах (см^-1) или в «обратных метрах» (м^-1).

Волновое число характеризует число длин волн, укладывающихся на отрезке единичной длины (1 см или 1 м).

В эмиссионном спектральном анализе длину волны раньше измеряли в ангстремах Ǻ (1 Ǻ=10^-10м=10^-8 см=10^-4мкм=10^-1нм).