Инструментальные методы химического анализа


Классические методы качественного и количественного химического анализа веществ требуют больших затрат труда и времени на проведение многочисленных операций по отделению мешающих веществ, особенно при анализе сложных биологических объектов. Кроме того, при низком содержании веществ (например, микроэлементов) в почве и растениях химические методы (весовой, титриметрический и др.) не позволяют определить их с достаточной точностью. При очень же низком содержании вещества (следовых количеств - менее 10в-4 г) определение их химическими методами не представляется возможным.
Низкая производительность химических методов не позволяет удовлетворить всевозрастающие потребности в качественном и количественном анализе различных веществ и материалов. Поэтому в последние годы с развитием оптической и электронной промышленности химические методы анализа веществ активно вытесняются более чувствительными и производительными физическими, физико-химическими и другими инструментальными методами.
Инструментальными методами анализа условно называют большое число физико-химических и физических методов анализа простых и сложных веществ, требующих для их осуществления оптической, электрометрической, газохроматографической, масспектрометрической, радиохимической сложной аппаратуры и др.
Вследствие высокой разрешающей способности, чувствительности и экспрессивности инструментальных методов они нашли широкое применение в агрохимических исследованиях.
Из инструментальных методов анализа в агрохимических исследованиях наиболее широкое распространение получили физико-химические методы. Сущность их заключается в установлении корреляционной зависимости между составом или состоянием определяемых компонентов системы и их физическими свойствами. Например, зависимость оптической плотности или электропроводности раствора от концентрации отдельных элементов в растворе.
Физико-химические методы количественного анализа относительны, так как основаны они на сравнении физических параметров исследуемых систем (растворов) с эталонными растворами.
Полученные результаты анализа стандартных растворов выражают, как правило, формулой или графически в виде диаграмм состав - свойство, что позволяет в дальнейшем проводить измерения исследуемого раствора в широком диапазоне концентраций вещества.
В зависимости от физических принципов, положенных в основу контроля за свойствами анализируемой системы, физико-химические методы анализа классифицируют на оптические, электрометрические, хроматографические и радиометрические.
Наиболее распространенные физико-химические методы анализа основаны на определении оптических и электрических свойств растворов, зависящих от концентрации искомого вещества. На определении оптических свойств растворов основаны фотометрические методы анализа, в которых используют связь между оптическими свойствами раствора (светопоглощением, светопропусканием, рассеиванием света, вращением плоскости поляризации поляризованного света, остаточным свечением вещества) и его составом. В зависимости от характера взаимодействия световой энергии с определяемым веществом и типа измерительной аппаратуры различают следующие разновидности фотометрии:
1) фотоколориметрию - определение содержания вещества по поглощению им полихроматического спектра в определенном интервале видимой области света;
2) спектрофотометрию - определение содержания вещества по поглощению монохроматического света;
3) нефелометрию и турбидиметрию - по интенсивности рассеивания или поглощения светового потока взвешенными частицами определяемого вещества;
4) поляриметрию - метод количественного анализа по изменению вращения плоскости поляризации света раствором вещества;
5) рефрактометрию - определение концентрации вещества по коэффициенту преломления света его раствором;
6) люминесцентный анализ (флуорометрия) - определение количества вещества по интенсивности флуоресценции (вторичному электромагнитному излучению), возникающей при облучении вещества ультрафиолетовыми лучами.
Среди электрохимических методов анализа различают кондуктометрический, потенциометрический, полярографический, кулонометрический и другие методы анализа, которые основаны на электропроводности растворов и зависимости от концентрации вещества или на регистрации количества электричества протекающих окислительно-восстановительных реакций. Наряду с оптическими и электрохимическими методами к числу важнейших физико-химических методов анализа относится адсорбционная и распределительная хроматография - газовая и жидкостная.
К физическим методам анализа относятся методы, в которых определение содержания отдельных веществ или элементов основано на изменении свойств его молекул, атомов или ядер атомов под влиянием теплового, светового, электромагнитного и радиационного излучения. Применяются следующие физические методы:
1) эмиссионный спектральный анализ - метод качественного и количественного анализа элементов по спектрам излучения возбужденных атомов;
2) радиометрические методы анализа, основанные на измерении радиоактивности исследуемого вещества;
3) активационный анализ, основанный на возникновении искусственной радиоактивности при облучении исследуемого вещества потоком нейтронов или заряженных частиц;
4) масс-спектрометрический анализ - метод качественного и количественного анализа вещества по массе их атомов и молекул.