Hiện nay có rất nhiều chuyên gia đã cống hiến hết mình cho khoa học vật lý hoặc hóa học, và đôi khi cả hai. Thật vậy, hầu hết các hiện tượng có thể được giải thích một cách logic chính xác thông qua các thí nghiệm như vậy. Chúng tôi sẽ xem xét các phương pháp nghiên cứu vật lý chi tiết hơn.
Phương pháp phân tích trong hóa học phân tích
Hóa học phân tích là khoa học phát hiện, phân tách và xác định các chất hóa học. Để thực hiện một số hoạt động nhất định với các hợp chất, các phương pháp phân tích hóa học, vật lý và hóa lý được sử dụng. Phương pháp thứ hai còn được gọi là công cụ, vì ứng dụng của nó đòi hỏi thiết bị thí nghiệm hiện đại. Nó được chia thành các nhóm quang phổ, vật lý hạt nhân và hóa học phóng xạ.
Bên cạnh đó, trong hóa học có thể có những vấn đề thuộc các dạng khác nhau đòi hỏi các giải pháp riêng lẻ. Tùy thuộc vào điều này, có các phương pháp phân tích định tính (xác định tên và dạng của một chất) và định lượng (xác định lượng chất nhất định chứa trong một lượng nhỏ hoặc mẫu) phân tích.
Phương pháp phân tích định lượng
Chúng cho phép bạn xác định hàm lượng của chất ban đầu trong mẫu. Tổng cộng, có các phương pháp phân tích định lượng hóa học, hóa lý và vật lý.
Phương pháp phân tích định lượng hóa học
Chúng được chia thành:
- Phân tích trọng lượng cho phép bạn xác định hàm lượng của một chất bằng cách cân trên cân phân tích và thực hiện các thao tác tiếp theo.
- Phân tích thể tích, bao gồm việc đo thể tích của các chất ở các trạng thái hoặc dung dịch tổng hợp khác nhau.
Lần lượt, nó được chia thành các phần phụ sau:
- phân tích chuẩn độ thể tích được sử dụng ở nồng độ đã biết của thuốc thử, phản ứng mà chất cần thiết được tiêu thụ, và sau đó thể tích tiêu thụ sẽ được đo;
- phương pháp thể tích khí là phân tích hỗn hợp khí trong đó chất ban đầu bị hấp thụ bởi chất khác.
- trầm tích thể tích (từ tiếng La tinh là trầm tích - "sự định cư") dựa trên sự phân tầng của một hệ thống phân tán do tác động của trọng lực. Điều này đi kèm với kết tủa, thể tích của nó được đo bằng ống ly tâm.
Phương pháp hóa học không phải lúc nào cũng thuận tiện để sử dụng, vì thường phải tách hỗn hợp để tách thành phần mong muốn. Để thực hiện một hoạt động như vậy mà không sử dụng các phản ứng hóa học, các phương pháp phân tích vật lý được sử dụng. Và kết quả là quan sát sự thay đổi tính chất vật lý của hợp chấtthực hiện các phản ứng - vật lý và hóa học.
Phương pháp vật lý phân tích định lượng
Chúng được sử dụng trong nhiều nghiên cứu trong phòng thí nghiệm. Các phương pháp phân tích vật lý bao gồm:
- Quang phổ - dựa trên sự tương tác của các nguyên tử, phân tử, ion của hợp chất được nghiên cứu với bức xạ điện từ, do đó các photon bị hấp thụ hoặc giải phóng.
- Phương pháp hạt nhân-vật lý bao gồm việc cho một mẫu của chất đang nghiên cứu tiếp xúc với một thông lượng neutron, bằng cách nghiên cứu mà sau thí nghiệm, có thể xác định hàm lượng định lượng của các nguyên tố có trong mẫu bằng cách đo bức xạ phóng xạ. Điều này có hiệu quả vì lượng hoạt động của hạt tỷ lệ thuận với nồng độ của nguyên tố đang nghiên cứu.
- Phương pháp hóa phóng xạ là xác định hàm lượng trong chất của đồng vị phóng xạ được hình thành do quá trình biến đổi.
Phương pháp phân tích định lượng hóa lý
Vì các phương pháp này chỉ là một phần của các phương pháp vật lý để phân tích một chất, chúng cũng được chia thành các phương pháp nghiên cứu quang phổ, hạt nhân-vật lý và hóa học phóng xạ.
Phương pháp phân tích định tính
Trong hóa học phân tích, để nghiên cứu các tính chất của một chất, xác định trạng thái vật lý, màu sắc, mùi vị, người ta sử dụng các phương pháp phân tích định tính, từ đó được chia thành các chất hóa học, vật lý giống nhau. và hóa lý (công cụ). Hơn nữa, các phương pháp phân tích vật lý được ưu tiên trong hóa học phân tích.
Phương pháp hóa học được thực hiện theo hai cách: phản ứng trong dung dịch và phản ứng trong khô.
Phản ứng ướt át
Phản ứng trong các dung dịch có một số điều kiện nhất định, một hoặc nhiều điều kiện trong số đó phải được đáp ứng:
- Hình thành kết tủa không tan.
- Thay đổi màu của dung dịch.
- Sự tiến hóa của chất khí.
Sự hình thành kết tủa có thể xảy ra, ví dụ, do sự tương tác của bari clorua (BaCl2) và axit sunfuric (H2SO4). Sản phẩm của phản ứng là axit clohydric (HCl) và kết tủa trắng không tan trong nước - bari sunfat (BaSO4). Khi đó điều kiện cần thiết để xảy ra phản ứng hóa học sẽ được thực hiện. Đôi khi các sản phẩm của phản ứng có thể là một vài chất, các chất này phải được tách ra bằng cách lọc.
Thay đổi màu sắc của dung dịch do tương tác hóa học là một đặc điểm rất quan trọng của phép phân tích. Điều này thường được quan sát thấy khi làm việc với các quá trình oxy hóa khử hoặc khi sử dụng các chất chỉ thị trong quá trình chuẩn độ axit-bazơ. Các chất có thể tạo màu cho dung dịch với màu thích hợp bao gồm: kali thiocyanat KSCN (tương tác của nó với muối sắt III làm dung dịch có màu đỏ như máu), clorua sắt (khi tương tác với nước clo, màu xanh yếu của dung dịch dung dịch chuyển sang màu vàng), kali đicromat (khi bị khử và dưới tác dụng của axit sunfuric, nó chuyển từ màu da cam sangxanh đậm) và những màu khác.
Phản ứng giải phóng khí không phải là phản ứng cơ bản và được sử dụng trong một số trường hợp hiếm hoi. Khí cacbonic được tạo ra phổ biến nhất trong các phòng thí nghiệm là CO2.
Phản ứng khô
Những tương tác như vậy được thực hiện để xác định hàm lượng tạp chất trong chất được phân tích, trong nghiên cứu khoáng chất, và nó bao gồm một số giai đoạn:
- Kiểm tra độ dẻo.
- Thử nghiệm màu ngọn lửa.
- Kiểm tra độ biến động.
- Khả năng phản ứng oxy hóa khử.
Thông thường, các chất khoáng được kiểm tra khả năng nóng chảy bằng cách làm nóng trước một mẫu nhỏ của chúng qua lò đốt khí và quan sát sự làm tròn các cạnh của nó dưới kính lúp.
Để kiểm tra xem mẫu có khả năng tạo màu ngọn lửa như thế nào, trước tiên người ta dùng dây bạch kim đặt vào gốc ngọn lửa, sau đó đến nơi được đốt nóng nhiều nhất.
Độ bay hơi của mẫu được kiểm tra trong ống đong thử nghiệm, được làm nóng sau khi đưa phần tử thử nghiệm vào.
Các phản ứng của quá trình oxy hóa khử thường được thực hiện trong các quả cầu khô bằng hàn the nung chảy, trong đó mẫu được đặt và sau đó được nung nóng. Có những cách khác để thực hiện phản ứng này: đun nóng trong ống thủy tinh với các kim loại kiềm - Na, K, đun nóng đơn giản hoặc đun trên than củi, v.v.
Sử dụng chất chỉ thị hóa học
Đôi khi các phương pháp phân tích hóa học sử dụng cácchỉ thị giúp xác định pH của môi trường của một chất. Thường được sử dụng nhất là:
- Giấy quỳ. Trong môi trường axit, giấy quỳ chuyển sang màu đỏ và trong môi trường kiềm chuyển sang màu xanh lam.
- Methylorange. Khi tiếp xúc với một ion axit, nó chuyển sang màu hồng, có tính kiềm - chuyển sang màu vàng.
- Phenolphtalein. Trong môi trường kiềm, nó có màu đỏ đặc trưng, còn trong môi trường axit nó không có màu.
- Curcumin. Nó được sử dụng ít thường xuyên hơn các chỉ số khác. Chuyển sang màu nâu với kiềm và màu vàng với axit.
Phương pháp vật lý phân tích định tính
Hiện nay, chúng thường được sử dụng trong nghiên cứu công nghiệp và phòng thí nghiệm. Ví dụ về các phương pháp phân tích vật lý là:
- Quang phổ, đã được thảo luận ở trên. Đến lượt nó, nó được chia thành các phương pháp phát xạ và hấp thụ. Tùy thuộc vào tín hiệu phân tích của các hạt mà người ta phân biệt phổ nguyên tử và phân tử. Trong quá trình phát xạ, mẫu phát ra lượng tử, và trong quá trình hấp thụ, các photon do mẫu phát ra sẽ bị hấp thụ có chọn lọc bởi các hạt nhỏ - nguyên tử và phân tử. Phương pháp hóa học này sử dụng các loại bức xạ như tia cực tím (UV) với bước sóng 200-400 nm, nhìn thấy với bước sóng 400-800 nm và tia hồng ngoại (IR) với bước sóng 800-40000 nm. Những khu vực bức xạ như vậy được gọi là "phạm vi quang học".
- Phương pháp phát quang (huỳnh quang) bao gồm việc quan sát sự phát ra ánh sáng của chất được nghiên cứu dotiếp xúc với tia cực tím. Mẫu thử nghiệm có thể là một hợp chất hữu cơ hoặc khoáng chất, cũng như một số loại thuốc. Khi tiếp xúc với bức xạ UV, các nguyên tử của chất này chuyển sang trạng thái kích thích, được đặc trưng bởi một mức dự trữ năng lượng ấn tượng. Trong quá trình chuyển sang trạng thái bình thường, chất phát quang do năng lượng dư.
- Phân tích nhiễu xạ tia X được thực hiện, như một quy luật, sử dụng tia X. Chúng được sử dụng để xác định kích thước của các nguyên tử và vị trí của chúng so với các phân tử mẫu khác. Do đó, mạng tinh thể, thành phần của mẫu và sự hiện diện của các tạp chất trong một số trường hợp được tìm thấy. Phương pháp này sử dụng một lượng nhỏ chất phân tích mà không sử dụng phản ứng hóa học.
- Phương pháp khối phổ. Đôi khi xảy ra trường hợp điện từ trường không cho phép một số hạt bị ion hóa đi qua nó do sự khác biệt quá lớn về tỷ lệ giữa khối lượng và điện tích. Để xác định chúng, cần phải có phương pháp phân tích vật lý này.
Vì vậy, những phương pháp này có nhu cầu cao, so với những phương pháp hóa học thông thường, bởi vì chúng có một số ưu điểm. Tuy nhiên, sự kết hợp của các phương pháp phân tích hóa học và vật lý trong hóa học phân tích cho kết quả nghiên cứu tốt hơn và chính xác hơn nhiều.
Phương pháp phân tích định tính (công cụ) hóa lý
Các danh mục này bao gồm:
- Phương pháp điện hóa bao gồm đo lườngsức điện động của tế bào điện (đo điện thế) và độ dẫn điện của dung dịch (đo độ dẫn điện), cũng như trong nghiên cứu chuyển động và nghỉ ngơi của các quá trình hóa học (phép đo phân cực).
- Phân tích quang phổ phát xạ, bản chất của nó là xác định cường độ của bức xạ điện từ trên thang tần số.
- Phương pháp trắc quang.
- Phân tích quang phổ tia X, kiểm tra phổ của tia X đi qua mẫu.
- Phương pháp đo độ phóng xạ.
- Phương pháp sắc ký dựa trên sự tương tác lặp đi lặp lại của quá trình hấp phụ và giải hấp của một chất khi nó di chuyển dọc theo một chất hấp thụ bất động.
Bạn nên biết rằng về cơ bản các phương pháp phân tích vật lý - hóa học và vật lý trong hóa học được kết hợp thành một nhóm, vì vậy khi chúng được xem xét riêng biệt, chúng có rất nhiều điểm chung.
Phương pháp hóa lý để tách các chất
Rất thường trong các phòng thí nghiệm có những trường hợp không thể chiết xuất chất cần thiết mà không tách chất này ra khỏi chất khác. Trong những trường hợp như vậy, các phương pháp tách các chất được sử dụng, bao gồm:
- Chiết xuất - một phương pháp mà chất cần thiết được chiết xuất từ dung dịch hoặc hỗn hợp bằng chất chiết xuất (dung môi tương ứng).
- Sắc ký. Phương pháp này không chỉ được sử dụng để phân tích mà còn để tách các thành phần trong pha động và pha tĩnh.
- Táchbằng trao đổi ion. Kết quả làchất mong muốn có thể kết tủa, không hòa tan trong nước, và sau đó có thể được tách ra bằng cách ly tâm hoặc lọc.
- Tách đông lạnh được sử dụng để tách các chất ở dạng khí ra khỏi không khí.
- Điện di là sự phân tách các chất có sự tham gia của điện trường, dưới tác dụng của các hạt không trộn lẫn với nhau sẽ di chuyển trong môi trường lỏng hoặc khí.
Như vậy, trợ lý phòng thí nghiệm sẽ luôn có thể lấy được chất cần thiết.
