Мир науки

Рефераты и конспекты лекций по географии, физике, химии, истории, биологии. Универсальная подготовка к ЕГЭ, ГИА, ЗНО и ДПА!

Физико-химическими методами анализа исследуют содержание веществ в растворах или твердых материалах, основываясь на функциональной зависимости между концентрацией исследуемого компонента и количеством (количественной

характеристикой) величины, измеренной. Такими величинами могут быть интенсивность излучения, выделяет вещество, сила тока, плотность, вязкость и т.п.. Используются линейная, логарифмическая и другие виды зависимости.

 

Спектр применения физико-химических методов для изучения окружающей среды достаточно широк. При исследовании свойств отдельных систем организма человека и животных эти методы дают возможность получить полезную информацию. В последние годы в связи с опасностью чрезмерного загрязнения окружающей среды наблюдается интенсивное использование физико-ко-химических методов для изучения воды, атмосферы, почвы, донных отложений и даже биологических объектов.

 

К аналитической практики одновременно с традиционными лабораторными исследованиями все шире внедряются комбинированные методы, автоматизированные системы, что позволяет сократить время проведения анализа, увеличить его точность и селективность, а также снизить трудозатраты и сэкономить материалы.

 

Основные требования к методам физико-химического анализа во многом зависят от их назначения, но есть несколько общих: высокая чувствительность, точность определения, скорость и простота операций. Некоторые методы предполагают проведение анализа компонентов в исходном состоянии материала, исследуется, но таких методов очень мало. Как правило, нужно преобразовать материал в жидкое или газообразное состояние. Большинство химических и спектральных методов применяется только для жидкостей. Поэтому твердые вещества при подготовке к анализу предварительно растворяют или раскладывают в газовом потоке.

 

Среди физико-химических методов анализа в биологии и медицине чаще применяют такие: электрохимические (потенциометрия, полярография, кондуктометрия, электрофорез и др.)., Спектральные (фотометрический, спектрофотометрический, эмиссионный спектральный анализ, люминесцентный и др.)., Хроматографический, масс-спектрометрический т.д. .

 

Электрохимические методы анализа основаны на электрохимических свойствах исследуемых компонентов. Особое значение имеет применение этих методов при изучении малых образцов. Правильность измерений здесь обычно зависит не от абсолютного количества компонента, изучается, а от его концентрации.

 

Потенциометрический метод основан на определении зависимости между равновесными электродными потенциалами и термодинамической активностью компонентов. Для любой окислительно-восстановительной системы можно подобрать электрод, потенциал которого является функцией концентрации того или иного компонента (индикаторный электрод). В паре с электродом сравнения он создает электродвижущую силу (ЭДС) гальванического элемента, которая может быть измерена с достаточной точностью. Поскольку потенциал электрода зависит от окислительно-восстановительных потенциалов системы, все компоненты которых в растворе, то как электроды используют инертные металлы (платина, золото). Они являются переносчиками электронов от одного компонента системы к другому, но участия в реакции не участвуют. Потенциал таких электродов зависит от соотношения концентраций окисленной и восстановленной форм в соответствии с уравнением Нернста. Во многих случаях одним из компонентов системы, который определяет потенциал, является материал электрода.

 

В лабораторной практике используют и стеклянные мембранные электроды. Они сделаны из стеклянных мембран, могут обменивать ионы, которые входят в их состав, на ионы раствора. При обмене ионов на границе мембрана-раствор образуется потенциал, который зависит от концентрации ионов в растворе.

 

Для потенциометрических измерений пользуются гальваническим элементом, состоящим из двух электродов и схемы для измерения ЭДС. Один электрод является индикатором (его потенциал зависит от концентрации компонента определяется), второй - электродом сравнения (потенциал при измерении должен оставаться неизменным). ЭДС определяется разностью потенциалов индикаторного электрода и электрода сравнения. По величине ЭДС находят активность одного из компонентов раствора изучаемого или отношение активностей компонентов согласно (4.1).

 

Сегодня потенциометрический метод используется для определения пестицидов, фторид-ионов, поверхностно-активных веществ.

 

Наибольшее распространение, особенно при изучении биологических материалов, приобрело потенциометрическое определения рН. Его проводят, измеряя ЭДС гальванического элемента, состоящего из водородного, хингидронный или стеклянного электрода, погруженного в раствор электролита, содержащий ионы водорода, и с каломельного или хлорсеребряного электрода сравнения.

 

Среди электродов, чувствительных к ионам водорода, стеклянный мембранный электрод, или просто стеклянный электрод, является уникальным. Механизм его отклика на наличие иона водорода основывается на ионообменных процессах и не зависит от окислительно-восстановительных реакций.

 

Потенциал стеклянного электрода обусловлено обменом ионов щелочных металлов, которые являются в стекле, с ионами водорода из раствора. Энергетическое состояние ионов в стекле и в растворе разный. Это приводит к тому, что ионы так распределяются между стеклом и раствором, что поверхности этих фаз приобретают противоположные зарядов. Электрод не подвержена воздействию окислителей и восстановителей в растворе пробы.

 

В зависимости от цели пользуются стеклянными электродами различных размеров и форм (рис. 4.1). Их применяют для определения рН крови и других биологических жидкостей. Чаще применяют стеклянный мембранный электрод в виде тонкостенной сферы, изготовленной из специального стекла, высокочувствительного к активности ионов водорода в растворе, припаяна к концу обычной трубки. Внутри стеклянной сферы содержится разведенный 0,1 М водный раствор хлорвод-Нево кислоты. В этот раствор погружена часть серебряной проволоки, покрытой хлоридом серебра, остальные провода находится в трубке, которая наполнена смолой, и создает электрический контакт с внешним кругом. Стеклянный электрод, таким образом, содержит внутренний хлорсеребряный электрод сравнения, погруженный в разбавленный раствор хлорводневои кислоты, который находится внутри чувствительной к рН сферы.

 

Потенциал электрода сравнения задан и не зависит от состава раствора, изучается. Иногда применяют другой электрод сравнения (каломельный).



Загрузка...
Яндекс.Метрика