Южно-Российский государственный технический университет
Скачать 0.82 Mb.
|
Вопросы для самоконтроля
Тема 5. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗОсобенности применения физико-химических методов. Физико-химические методы позволяют обнаружить малое содержание примесей в объекте от 10-5 % до 10-10 %, что невозможно сделать классическими гравиметрическим и титриметрическим методами. Кроме того, важной особенностью физико-химических методов является высокий темп получения результатов – их экспрессность. Особенно это важно при осмотре места происшествия, быстрое получение оперативной информации позволяет выбрать соответствующую методику расследования. Также физико-химические методы позволяют проводить дистанционный анализ, то есть на расстоянии. Эта особенность имеет значение при исследовании латентных следов или когда анализируются препараты высокой радиоактивности или токсичности. Многие приборы, используемые в физико-химических методах, позволяют автоматизировать сам процесс анализа или его стадии, что значительно облегчает выполнение анализа и повышает его точность. Большое значение для расследования преступлений имеет выполнение исследования недеструктивным анализом, то есть без разрушения объекта, что сохраняет вещественные доказательства. Это, например, рентгенофлуоресцентный, радиактивационный и другие методы. Преимуществом данных видов анализа является возможность определить элемент в конкретной точке, а не его общее содержание, провести так называемый локальный анализ. Для проведения локального анализа применяется рентгено-спектральный метод или техника лазерной микроскопии. Значительно расширяет возможности аналитических приборов использование встроенных в них компьютеров. С их помощью можно повысить точность расчета результатов анализа, а также провести статистическую обработку результатов и решать другие аналитические задачи. Существенными недостатками большинства физико-химических методов является то, что для их практического применения требуются эталоны, стандартные растворы и градуировочные графики. Кроме того, погрешность их составляет 2-5 %, что превышает погрешность классических методов. Однако, учитывая, что они позволяют определять микропримеси, пределы обнаружения которых недоступны классическим химическим анализам, они находят очень широкое применение в криминалистике и других областях науки и практики. Основные приемы, используемые в физико-химических методах анализа. Различают метод прямых измерений и метод титрования (косвенные измерения). Прямые методы. В этих методах используется зависимость аналитического сигнала от природы анализируемого вещества и его концентрации. От природы вещества зависят такие свойства, как длина волны спектральной линии в эмиссионной спектроскопии, потенциал полуволны в полярографии. Количественной характеристикой служит в первом случае интенсивность сигнала, а во втором – сила диффузионного тока. В некоторых методах связь аналитического сигнала с природой вещества установлена строго теоретически, существуют определенные константы. Зависимость аналитического сигнала или его преобразованной величины от содержания определяемого компонента называют градуировочной характеристикой. Она выражается в виде графика, таблицы или формулы. Значение первой производной градуировочной функции при данном содержании называют коэффициентом чувствительности. Область значений определяемых содержаний определяет их диапазон. Наименьшее содержание, при котором по данной методике можно обнаружить присутствие определяемого компонента, называют пределом обнаружения. Связь интенсивности аналитического сигнала (J) с концентрацией вещества имеет различный характер. Часто она выражается простым линейным соотношением: J =A · C , где А – константа, С – концентрация. К методам прямого количественного определения с помощью физико-химических измерений относятся: метод градуировочного графика, метод молярного свойства и метод добавок. Все они основаны на использовании стандартных образцов или стандартных растворов. Например, в методе градуировочного графика измеряется интенсивность сигнала (J) нескольких стандартных растворов и строится градуировочный график в координатах: интенсивность сигнала – концентрация раствора. Затем в этих же условиях измеряется интенсивность анализируемой пробы и по графику определяется концентрация анализируемого раствора. Состав стандартных образцов должен быть близок к составу анализируемого. В методах косвенных измерений в ходе титрования измеряется интенсивность аналитического сигнала и строится кривая титрования в координатах интенсивность – объем добавленного титранта в миллилитрах. Точка эквивалентности находится на кривой титрования. Основные физико-химические методы анализа. Общее число методов анализа довольно велико – оно составляет несколько десятков. Наибольшее практическое значение имеют: спектроскопические; электрохимические и хроматографические методы, а также радиометрические, масс-спектральный и другие. Спектроскопические методы. К спектроскопическим методам относятся: эмиссионный спектральный анализ; абсорбционная спектроскопия, атомно-абсорбционная спектроскопия, люминесцентный, рентгеноспектральный и ряд других методов. Они основаны на использовании различных явлений и эффектов, возникающих при взаимодействии вещества и электромагнитного излучения. Методы абсорбционной спектроскопии основаны на основном законе светопоглощения Бугера-Ламберта-Бера, который связывает уменьшение интенсивности света, прошедшего через слой светопоглощающего вещества с концентрацией вещества и толщиной слоя. Основными узлами приборов абсорбционной спектроскопии являются: источники света, монохроматизатор, позволяющий получить свет с заданной длиной волны; кюветы с исследуемым веществом и приемник света (рецептор). Свет от источника освещения проходит через монохроматизатор и падает на кювету с исследуемым веществом. Интенсивность света, прошедшего через кювету, уменьшается при поглощении его молекулой анализируемого вещества и измеряется приемником света. С помощью этого метода можно проводить качественный и количественный анализ и определить более 50 элементов. Методы имеют высокую чувствительность, избирательны и точны и позволяют проводить анализ больших и малых содержаний вещества. Особой ценностью их является возможность определять примеси. В криминалистической практике большое значение имеет люминесцентный анализ, который основан на холодном свечении вещества, возникающего в результате электронного перехода при возвращении частиц из возбужденного состояния в нормальное. В возбужденное состояние частицы люминесцирующего вещества могут переходить под действием света (флуоресценция), рентгеновского излучения (рентгенолюменесценция) или в результате химических реакций (хемилюменесценция). Данный метод может быть использован практически для определения почти любого элемента, многих органических и биологических активных веществ. Существенные достоинства и преимущества перед другими методами анализа имеют рентгеновские методы анализа. Они позволяют определять анализируемый элемент без разрушения изделия (рентгеновский фазовый анализ), а также при сложном химическом составе анализируемого объекта (рентгеноспектральный анализ). В физико-химических методах анализа практическое значение имеют электрохимические методы: кондуктометрия, потенциометрия, вольтамперометрия, кулонометрия, которые позволяют определить состав объекта при измерении проводимости, потенциалов и других физико-химических свойств растворов. Так, кондуктометрический метод характеризуется высокой скоростью, простотой и доступностью измерительных приборов, а также возможностью проведения автоматического и дистанционного анализа. При определенных условиях погрешность измерения снижается до 0,2%. При потенциометрических методах анализа можно проводить исследование в неводных растворителях, что позволяет найти содержание компонентов, которые в водном растворе раздельно не титруются, а также провести анализ нерастворимых или разлагающихся в воде веществ. Этот метод позволяет проводить исследование мутных растворов, взвесей, эмульсий, окрашенных растворов. Кулонометрический метод позволяет определять очень небольшое содержание вещества с высокой точностью (0,1 – 0,05%). Он не требует предварительной градуировки измерительных приборов по концентрации или построения градуировочных графиков, а также может быть легко автоматизирован. Перспективными методами для определения элементов при их содержании 10-8 – 10-6 микрограмм являются кинетические методы. Аналитическим сигналом в данных методах является скорость химической реакции. Особое значение в криминалистике имеют хроматографические методы. Хроматография – это процесс, основанный на многократном повторении актов сорбции и десорбции вещества при перемещении его в потоке подвижной фазы вдоль неподвижного сорбента. Сорбция – это процесс поглощения твердым телом или жидкостью (сорбентом) газообразного или растворенного вещества (сорбата), обратный процесс называется десорбцией. Сорбцию подразделяют на адсорбцию – поглощение вещества (адсорбата) поверхностью твердого или жидкого адсорбента и абсорбцию – поглощение вещества (абсорбата) поверхностью абсорбента. Поглощение вещества сорбентом с образованием химического соединения называют хемосорбцией. Различные методы хроматографии можно классифицировать по агрегатному состоянию фаз, способу их относительного перемещения, аппаратурному оформлению процесса. При классификации по агрегатному состоянию фаз различают: газовую адсорбционную хроматографию (неподвижная фаза – твердая, подвижная, газообразная); жидкостная адсорбционная, ионообменная, ионная, тонкослойная, осадочная (неподвижная фаза – твердая, подвижная – жидкая); газожидкостная распределительная хроматография, капиллярная (неподвижная фаза – жидкая, подвижная – газообразная) и жидкостная распределительная, гельхроматография (подвижная и неподвижная фаза – жидкие). По способу относительного перемещения фаз различают фронтальную, проявительную (элюэнтную) и вытеснительную хроматографию. В настоящее время отечественная промышленность и зарубежные фирмы выпускают хроматографы различных типов. Независимо от сложности устройства основными узлами хроматографической установки являются дозатор (система ввода анализируемой пробы), хроматографическая колонка (где происходит разделение компонентов) и детектор, определяющий изменения в составе анализируемой фазы. Хроматография является эффективным методом разделения и анализа сложных по составу газообразных и жидких смесей и широко применяется в различных отраслях, в том числе и в криминалистической практике. Средства и методы оперативного аналитического контроля. Для простого и быстрого анализа или для решения диагностических задач применяют тест-методы и сенсоры. Это группа аналитических устройств для прямого, селективного, максимально автоматизированного в случае сенсоров анализа. Эти методы не заменяют обычные методы, а позволяют получать оперативные данные. Использование тест-методов и сенсоров позволяет проводить предварительны анализ не только химику-аналитику, но и другим специалистам (в частности, криминалистам). В тест-методах используются упрощенные приемы и приспособления для быстрого обнаружения и полуколичественной оценки содержания химических веществ в различных объектах без отбора пробы, например, при проведении следственных действий. Тест-методы могут быть химические, биохимические и биологические. Конструктивно они выполняются в виде индикаторных лент, полосок, трубок или специальных наборов, растворов реагентов с вспомогательными приспособлениями для проведения реакций. Химические и биохимические обычно снабжаются стандартными цветовыми шкалами, по которым оценивают приближенное содержание определяемого компонента в объекте. Химически тест-методы используют реакции с окрашенными реагентами, которые при контакте с определяемым компонентом меняют цвет. Окрашенный реагент наносят на твердую матрицу (бумага, полимерные материалы, неорганические сорбенты). Закрепляют реагенты на матрице адсорбционно (пропиткой) или ковалентно (многостадийный синтез с материалом матрицы). Примером адсорбционных тест-методов являются индикаторные бумажки для определения рН – растворов или наркотических веществ. Они предназначены для однократного использования. Ковалентное закрепление реагентов приводит к тому, что тесты могут долго храниться и многократно применяться после их промывания. Устройства в тест-методах могут обладать многофункциональным действием. Они применяются для качественного и количественного экспресс-анализа. Сенсорами называют чувствительные элементы небольших размеров, генерирующих аналитический сигнал, интенсивность которого зависит от концентрации определяемого в объекте вещества. Сенсоры позволяют в отличие от тест-методов не визуально, а инструментально проводить количественное измерение. Это основной элемент нового поколения аналитических приборов, включающих устройство для ввода пробы, чувствительный элемент, обработку аналитического сигнала и выдачу результата о концентрации определяемого компонента. Они обладают малой массой (не более 200 г) и габаритами, примерно 100х50х20 мм, автономным автоматизированным режимом питания и малым расходом энергии. Отличительным признаком сенсоров – наличие рецептора-слоя молекул или частиц вещества, участвующих в химических процессах, протекающих при контакте с определяемым компонентом. Энергия химических процессов преобразовывается трансдьюсером в электрический и световой сигнал. Далее этот сигнал обрабатывается в электронном блоке и подается на дисплей. Сенсоры предназначены для прямого определения концентрации. Они также могут входить в состав более сложных аналитических приборов. Так применяются сенсорные анализаторы, представляющих собой батарею отдельных сенсоров, каждый из которых позволяет получить информацию о конкретном компоненте. Такая батарея позволяет анализировать сложные многокомпонентные смеси. Большое значение в криминалистике имеет применение сенсоров для своевременного обнаружения взрывчатых, горючих, вредных веществ. |
Похожие:
 | Технический регламент о безопасности питьевой воды Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт) |  | П р о г р а м м а по курсу Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт) |
| Биосфера и её структура Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт) | | Леонардо да Винчи Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт) |
| I. Общие сведения Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт) | | 1. Что называют телом? Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт) |
| Олимпиада по окружающему миру Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт) | | Слайд – фото школы Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт) |
| Исследование эвтрофирования водоемов Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт) | | Программа учебной дисциплины Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт) |
| Урок 1 Прямая и отрезок Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт) | | Урок ознакомления с новым материалом Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт) |
| Рабочая программа по курсу «Грунтоведение» Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт) | | Секция: Биология и науки о Земле Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт) |
| Мбоу луговская сош научный Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт) | | Рабочая программа по дисциплине «Мерзлотоведение» Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт) |
