ФІЗИКО-ХІМІЧНІ МЕТОДИ АНАЛІЗУ

ФІЗИКО-ХІМІЧНІ МЕТОДИ АНАЛІЗУ об’єднують групу методів, що ґрунтуються на залежності фізичних властивостей речовини від її природи. Величина фізичної властивості, яка функціонально пов’язана з концентрацією або масою компонента, що визначається, становить аналітичний сигнал. У Ф.-х.м.а. як аналітичний сигнал використовують інтенсивність випромінювання, силу струму, електропровідність, різницю потенціалів.

Ф.-х.м.а. можуть включати хімічні перетворення сполуки, що визначається, розчинення зразка, концентрацію компонента, який аналізують, маскування речовин, що заважають, та ін.

До важливих Ф.-х.м.а. належать: спектроскопія (напр. люмінесцентний аналіз, спектральний аналіз, нефелометрія та турбодиметрія тощо), яка базується на дослідженні випускання та поглинання випромінювання в різних зонах спектра; електрохімічні методи, що ґрунтуються на вимірюванні електричних властивостей речовин (вольтамперометрія, кондуктометрія, кулонометрія, потенціометрія та ін.); хроматографія (напр. газова хроматографія, рідинна хроматографія, ТШХ, іонообмінна хроматографія). Широко використовують методи, що базуються на вимірюванні швидкостей хімічних реакцій (кінетичні методи аналізу), теплових ефектів реакцій (термометричне титрування, див. Калориметрія), а також на розділенні іонів у магнітному полі (мас-спектрометрія).

При виконанні Ф.-х.м.а. використовують спеціальну, достатньо складну вимірювальну апаратуру, тому ці методи називають інструментальними. Багато сучасних приладів обладнані комп’ютером, що дозволяє знаходити оптимальні умови аналізу (напр. визначити спектральну зону одержання точних результатів при аналізі сумішей забарвлених речовин, виконати розрахунки та ін.). Майже у всіх Ф.-х.м.а. використовують методи прямих вимірювань і титрування. У прямих методах використовують залежність аналітичного сигналу від природи речовини, яку аналізують, та її концентрації. Залежність сигналу від природи речовини — основа якісного аналізу (зокрема, потенціал напівхвилі у полярографії). У деяких методах зв’язок аналітичного сигналу з природою речовини встановлено суто теоретично. У кількісному аналізі використовують залежність інтенсивності сигналу від концентрації речовини. Найчастіше вона має такий вигляд: I = a + bc (рівняння зв’язку), де I — інтенсивність сигналу (сила дифузійного струму в полярографії, оптична густина у спектрофотометрії та ін.); с — концентрація; а і b — константи, причому в багатьох випадках а = 0 (спектрофотометрія, полярографія та ін.). У деяких випадках Ф.-х.м.а. рівняння зв’язку встановлено теоретично, напр., закон Бугера — Ламберта — Бера (фотометричний аналіз), рівняння Ільковича (вольтамперометрія). Числові значення констант у рівнянні зв’язку визначають експериментально за допомогою стандартних зразків, стандартних розчинів і т.п. Лише в кулонометрії, яка базується на законі Фарадея, не потрібно визначати константи.

Найбільш поширені у практиці такі методи визначення констант рівняння зв’язку:

1) метод градуювального графіка. Вимірюють інтенсивність аналітичного сигналу кількох стандартних зразків або стандартних розчинів і будують градуювальний графік у координатах: I = f(с) або I = f(lgc), де с — концентрація компонента в стандартному розчині або стандартному зразку. У тих же умовах вимірюють інтенсивність сигналу в пробі, яку аналізують, і за градуювальним графіком знаходять концентрацію;

2) метод молярної властивості використовують у тих випадках, коли рівняння зв’язку I = bc виконується достатньо точно. Вимірюють аналітичний сигнал кількох стандартних зразків або розчинів та розраховують b = Iст /Cст; якщо Сст вимірюють у моль/л, то b — молярна властивість. У тих же умовах вимірюють інтенсивність сигналу в пробі, яку аналізують, Ix і за співвідношенням Cx = Ix/b або Cx = CстIx/Iст розраховують концентрацію;

3) Метод додатків. Вимірюють інтенсивність аналітичного сигналу проби Ix, а потім інтенсивність сигналу проби з відомою добавкою стандартного розчину Ix+ст. Концентрацію речовини в пробі розраховують за співвідношенням Cx = CстIx/(Ix+ст – Iх).

Методи титрування. Вимірюють інтенсивність аналітичного сигналу I залежно від об’єму V доданого титранту. За кривою титрування I = f(V) знаходять точку еквівалентності та розхраховують результат за звичайними формулами титриметричного аналізу (див. Титриметричний аналіз).

Ф.-х.м.а. часто використовують для визначення речовин при їх низькому вмісті (~10–3% та менше), де класичні хімічні методи не застосовуються. У зоні середніх та високих концентрацій хімічні та Ф.-х.м.а. успішно конкурують між собою, взаємодоповнюючи один одного. Ф.-х.м.а. розвиваються в напрямку пошуку нових хіміко-аналітичних властивостей речовин, підвищення точності аналізу, конструювання нових прецизійних аналітичних приладів, удосконалення існуючих методик і автоматизації аналізу. Останнім часом інтенсивно розвивається проточно-інжекційний метод аналізу — один із найбільш універсальних варіантів автоматизованого аналізу, що ґрунтується на дискретному введенні мікрооб’ємів розчину, який аналізують, у потік рідкого носія з реагентом і подальшому детектуванні суміші тим чи іншим фізико-хімічним методом.

Васильев В.П., Аналитическая химия. — Ч. 2. Физико-химические методы анализа. — М., 1989; Дорохова Е.Н., Прохорова Г.В. Аналитическая химия. Физико-химические методы анализа. — М., 1991; Золотов Ю.А. Аналитическая химия: проблемы и достижения. — М., 1992; Пилипенко А.Т., Пятницкий И.В. Аналитическая химия. — М., 1990; Физико-химические методы анализа / Под ред. В.Б. Алесковского. — Л., 1988.