Из истории инструментальных методов анализа

Исторически развитие аналитических методов было тесно связано с внедрением новых измерительных приборов. Первые количественные определения были выполнены с помощью гравиметрии и стали возможны, благодаря созданию точных весов.

Долгие годы единственными методами количественного анализа оставались гравиметрия и титриметрия. В последние десятилетия XIX в. был изобретен спектроскоп, а затем разработаны турбидиметрический и нефелометрический методы анализа. Позже появились первые работы по электрохимическим методам анализа. Настоящая революция в инструментальном анализе началась в тридцатые годы текущего столетия в связи с быстрым развитием электроники. Сейчас известно множество инструментальных методов. Однако в литературе постоянно появляются сведения о новых методах анализа, новых разновидностях уже известных методов; обнаруживаются новые свойства, которые могут стать основой новых методов анализа. Это открывает совершенно новые возможности для применения аналитической химии в науке и производстве.

Важным свидетельством, подтверждающим огромную роль инструментальных методов анализа в развитии многих отраслей науки и техники, является значительное количество Нобелевских премий, присужденных в ХХ в. за разработку и внедрение некоторых из них. Так, в 1922 г. этими высокими наградами были отмечены разработки методов: масс-спектрометрии, электрофореза, комбинационного рассеяния света, распределительной хроматографии, ЯМР-спектроскопии, полярографии. Также знаменателен в истории инструментальных методов анализа 1959 г. Тогда Нобелевскими премиями были удостоены ученые, разработавшие спектральный анализ для исследования свободных радикалов, радиоиммунологический анализ, метод электронной спектроскопии для химического анализа, а также радиометрический метод на основе ¹⁴С. В 1986 г. Нобелевская премия была присуждена ученым-разработчикам сканирующего электронного микроскопа.

Классификация инструментальных методов анализа

В настоящее время в научной и учебной литературе нет единой и законченной классификации методов инструментального анализа. Различные авторы классифицируют их по различным признакам (основаниям классификации). В учебнике Е.Н. Дороховой, Т.В. Прохоровой все существующие методы аналитической химии разделены на методы:

1) пробоотбора;

2) разложения проб;

3) разделения компонентов;

4) обнаружения (идентификации) компонентов;

5) определения анализируемых компонентов.

При этом методы, сочетающие разделение и определение, названы гибридными.

Наиболее часто встречаются следующие классификации инструментальных методов:

1) Классификация методов инструментального анализа по характеру возникновения аналитического сигнала. В соответствии с ней различают физические, физико-химические и биологические методы анализа.

Физические методы анализа основаны на измерении физических свойств анализируемых веществ. Наиболее широко из них используют оптические, магнитные, электрические, тепловые свойства. В соответствии с этим выделяют три главные группы методов анализа:

· методы, основанные на взаимодействии излучения с веществом или на измерении излучения вещества;

· методы, основанные на измерении параметров электрических и магнитных свойств веществ;

· методы, основанные на измерении плотности или других параметров механических или молекулярных свойств веществ.

Физико-химические методы анализа основаны на измерении какого-либо физического свойства (параметра) анализируемой системы, которое изменяется под влиянием протекающей в ней химической реакции.

Биологические методы основаны на использовании явлений, протекающих с участием живых организмов (микроорганизмов, беспозвоночных, позвоночных и растений).

2) Классификация инструментальных методов анализа по свойствам, используемым для измерений, следующая:

· спектроскопические (основаны на взаимодействии электромагнитного излучения с веществом);

· электрометрические (электрохимические) (основаны на измерении электрических параметров растворов веществ);

· резонансные (основаны на использовании явления резонансного поглощения веществом электрического или магнитного поля);

· радиометрические (основаны на измерении радиоактивности веществ или на использовании радиоактивных индикаторов);

· термические (основаны на измерении тепловых эффектов, сопровождающих различные превращения веществ);

· масс-спектрометрические (основаны на ионизации атомов и молекул определяемых веществ и последующем разделении образующихся ионов в магнитном и электрическом полях).

· По этой классификации также выделяют хроматографические, ультразвуковые и др. группы методов.

Заметим, что каждая из перечисленных групп методов может быть дополнительно классифицирована по различным основаниям (признакам). Например, электрохимические (электрометрические, электроаналитические) методы анализа. К ним относятся методы исследования и анализа, основанные на использовании явлений, которые происходят на электродах, находящихся в контакте с исследуемыми растворами, а также в межэлектродном пространстве (т.е. в растворе, подвергнутом электролизу). Одна из развернутых классификаций электрохимических методов предложена авторами «Практического руководства по физико-химическим методам анализа». По этой классификации все методы подразделяются на три группы:

· Методы, основанные на протекании электродной реакции (потенциометрия, кулонометрия, вольтамперометрия и др.).

· Методы, не связанные с протеканием электродной реакции (кондуктометрия, диэлектрометрия и др.).

· Методы, связанные с изменением структуры двойного электрического слоя (тензамметрия и др.).

Наиболее традиционной является классификация электрохимических методов по измеряемому электрическому или электрохимическому параметру. Она приведена в таблице.

3) Классификация методов анализа в зависимости от природы обнаруживаемых или определяемых частиц (по виду объекта анализа). В соответствии с ней различают следующие виды анализа:

· изотопный - установление наличия и содержания отдельных изотопов в данном веществе (например, определение дейтерированной воды в обычной воде);

· элементный (атомно-ионный) - установление наличия и содержания отдельных элементов в данном веществе (например, определение содержания токсичных элементов в продовольственном сырье и пищевых продуктах);

· структурно-групповой (функциональный) - установление наличия и содержания функциональных групп в молекулах органических соединений (например, нитрат-ионов или нитрит-ионов и др. в пищевых продуктах);

· молекулярный - установление наличия и содержания молекул различных веществ (соединений) в анализируемом образце (например, определение хлорида натрия в тех продуктах, в которые соль добавляют в соответствии с рецептурой);

· вещественный - установление того, в какой форме присутствует интересующий нас компонент в анализируемом объекте и каково содержание этих форм (например, в какой степени окисления присутствует мышьяк в воде);

· фазовый - установление наличия и содержания отдельных фаз (включений) в неоднородном материале.

4) Классификация инструментальных методов по способу проведения количественного анализа. Различают:

· прямые;

Прямой инструментальный анализ основан на том, что концентрация веществ в растворе (с) в известных пределах связана с некоторыми физическими свойствами (F) прямолинейной зависимостью (например, по какому-либо закону или правилу). Следовательно, измерив F, легко определить концентрацию (с). Понятно, что в большинстве случаев зависимость F от состава очень сложна, и для прямых измерений можно использовать только те участки полной диаграммы «состав-свойство», на которых состав однозначно определяет свойство. К прямому инструментальному анализу относятся все определения, выполненные с помощью физических методов.

· косвенные;

Косвенный инструментальный анализ включает все виды инструментального титрования. Часто при выполнении такого титрования в результате протекания химической реакции между определяемым и рабочим веществами происходит уменьшение концентрации о.в. и соответствующее изменение измеряемой на приборе величины F, зависящей от этой концентрации. Изменение F прекра-тится только в точке эквивалентности. На кривой титрования, выражающей зависимость F от объема титранта, в точке эквивалентности будет наблюдаться излом (перегиб).

· инверсионные.

В инверсионных методах аналитическое определение происходит при изменении последовательности (инверсии) операций анализа; например, в инверсионной вольтамперометрии при инверсии направления поляризации индикаторного электрода.

Дата добавления: 2014-01-06