يستخدم البحث الفيزيائي الكيميائي كفرع من الكيمياء التحليلية على نطاق واسع في كل مجال من مجالات حياة الإنسان. إنها تسمح لك بدراسة خصائص مادة مهمة من خلال تحديد المكون الكمي للمكونات في تكوين العينة.
أبحاث المواد
البحث العلمي هو معرفة موضوع أو ظاهرة من أجل الحصول على نظام من المفاهيم والمعرفة. وفقًا لمبدأ العمل ، يتم تصنيف الأساليب المستخدمة إلى:
- تجريبي
- تنظيمية ؛
- تفسيري ؛
- طرق التحليل النوعي والكمي
تعكس طرق البحث التجريبية الكائن قيد الدراسة من جانب المظاهر الخارجية وتشمل الملاحظة والقياس والتجربة والمقارنة. تستند الدراسة التجريبية على حقائق موثوقة ولا تتضمن إنشاء مواقف مصطنعة للتحليل.
الأساليب التنظيمية - مقارنة ، طولية ، معقدة. الأول يعني مقارنة حالات الجسم التي تم الحصول عليها في أوقات مختلفة وتحت ظروف مختلفة. طولية - مراقبة الكائنالبحث على مدى فترة طويلة من الزمن. المركب عبارة عن مزيج من الطرق الطولية والمقارنة.
طرق التفسير - الجينية والبنيوية. يتضمن المتغير الجيني دراسة تطور كائن من لحظة حدوثه. الطريقة الهيكلية تدرس وتصف هيكل الكائن.
الكيمياء التحليلية تتعامل مع طرق التحليل النوعي والكمي. تهدف الدراسات الكيميائية إلى تحديد تركيبة موضوع الدراسة.
طرق التحليل الكمي
بمساعدة التحليل الكمي في الكيمياء التحليلية ، يتم تحديد تكوين المركبات الكيميائية. تعتمد جميع الطرق المستخدمة تقريبًا على دراسة اعتماد الخواص الكيميائية والفيزيائية للمادة على تركيبتها.
التحليل الكمي عام وكامل وجزئي. يحدد عام كمية جميع المواد المعروفة في الكائن قيد الدراسة ، بغض النظر عما إذا كانت موجودة في التكوين أم لا. يتميز التحليل الكامل بإيجاد التركيب الكمي للمواد الموجودة في العينة. يحدد الخيار الجزئي محتوى المكونات ذات الأهمية فقط في هذه الدراسة الكيميائية.
اعتمادًا على طريقة التحليل ، هناك ثلاث مجموعات من الطرق: الكيميائية والفيزيائية والفيزيائية الكيميائية. كل منهم يعتمد على تغيير في الخصائص الفيزيائية أو الكيميائية لمادة.
بحوث كيميائية
تهدف هذه الطريقة إلى تحديد المواد في المواد الكيميائية المختلفة التي تحدث من الناحية الكميةتفاعلات. هذا الأخير له مظاهر خارجية (تغير اللون ، إطلاق الغاز ، الحرارة ، الرواسب). تستخدم هذه الطريقة على نطاق واسع في العديد من فروع الحياة في المجتمع الحديث. يعتبر معمل البحث الكيميائي أمرًا ضروريًا في الصناعات الدوائية والبتروكيماوية والبناء والعديد من الصناعات الأخرى.
هناك ثلاثة أنواع من الأبحاث الكيميائية. يعتمد قياس الجاذبية ، أو تحليل الوزن ، على التغيير في الخصائص الكمية لمادة الاختبار في العينة. هذا الخيار بسيط ويعطي نتائج دقيقة ، ولكنه يستغرق وقتًا طويلاً. باستخدام هذا النوع من طرق البحث الكيميائي ، يتم فصل المادة المطلوبة عن التركيب الكلي في شكل راسب أو غاز. ثم يتم إحضارها إلى مرحلة صلبة غير قابلة للذوبان ، وتصفيتها وغسلها وتجفيفها. بعد هذه الإجراءات ، يتم وزن المكون.
القياس بالمعايرة هو تحليل حجمي. تحدث دراسة المواد الكيميائية عن طريق قياس حجم الكاشف الذي يتفاعل مع المادة قيد الدراسة. تركيزه معروف مسبقا. يتم قياس حجم الكاشف عند الوصول إلى نقطة التكافؤ. في تحليل الغاز ، يتم تحديد حجم الغاز المنطلق أو الممتص.
بالإضافة إلى ذلك ، غالبًا ما يتم استخدام أبحاث النماذج الكيميائية. أي ، يتم إنشاء نظير للكائن قيد الدراسة ، وهو أكثر ملاءمة للدراسة.
البحث الفيزيائي
على عكس الأبحاث الكيميائية التي تعتمد على إجراء التفاعلات المناسبة ، تعتمد طرق التحليل الفيزيائية على نفس خصائص المواد. من أجلهميتطلب تنفيذ أجهزة خاصة. يكمن جوهر الطريقة في قياس التغيرات في خصائص المادة الناتجة عن تأثير الإشعاع. الطرق الرئيسية للفحص البدني هي قياس الانكسار ، قياس الاستقطاب ، قياس التألق.
يتم إجراء قياس الانكسار باستخدام مقياس الانكسار. يتم اختزال جوهر الطريقة في دراسة انكسار الضوء الذي يمر من وسط إلى آخر. يعتمد تغيير الزاوية في هذه الحالة على خصائص المكونات المتوسطة. لذلك يصبح من الممكن التعرف على تركيبة الوسط وهيكله.
Polarimetry طريقة بحث بصرية تستخدم قدرة بعض المواد على تدوير مستوى تذبذب الضوء المستقطب خطيًا.
بالنسبة للقياس الفلوري ، يتم استخدام الليزر ومصابيح الزئبق ، والتي تخلق إشعاعًا أحادي اللون. بعض المواد قادرة على التألق (تمتص وتعطي الإشعاع الممتص). بناءً على شدة التألق ، يتم التوصل إلى استنتاج حول التحديد الكمي للمادة.
البحوث الفيزيائية والكيميائية
طرق البحث الفيزيائية والكيميائية تسجل التغيرات في الخصائص الفيزيائية لمادة ما تحت تأثير التفاعلات الكيميائية المختلفة. وهي تستند إلى الاعتماد المباشر للخصائص الفيزيائية للكائن قيد الدراسة على تركيبته الكيميائية. تتطلب هذه الطرق استخدام بعض أدوات القياس. كقاعدة عامة ، يتم إجراء المراقبة للتوصيل الحراري والتوصيل الكهربائي وامتصاص الضوء ونقطة الغليان ونقطة الانصهار.
الدراسات الفيزيائية والكيميائية للمادةتستخدم على نطاق واسع بسبب دقتها العالية وسرعة الحصول على النتائج. في العالم الحديث ، نظرًا لتطور تقنيات تكنولوجيا المعلومات ، أصبح من الصعب تطبيق الأساليب الكيميائية. تستخدم الأساليب الفيزيائية والكيميائية في صناعة الأغذية والزراعة والطب الشرعي.
أحد الاختلافات الرئيسية بين الطرق الفيزيائية والكيميائية والطرق الكيميائية هو أن نهاية التفاعل (نقطة التكافؤ) تم العثور عليها باستخدام أدوات القياس ، وليس بصريًا.
تعتبر الطرق الرئيسية للبحث الفيزيائي والكيميائي هي الطرق الطيفية والكهروكيميائية والحرارية والكروماتوغرافية.
الطرق الطيفية لتحليل المواد
أساس طرق التحليل الطيفية هو تفاعل الجسم مع الإشعاع الكهرومغناطيسي. تمت دراسة امتصاص وانعكاس وتشتت هذا الأخير. اسم آخر لهذه الطريقة هو البصري. إنه مزيج من البحث النوعي والكمي. يسمح لك التحليل الطيفي بتقييم التركيب الكيميائي ، وهيكل المكونات ، والمجال المغناطيسي ، والخصائص الأخرى للمادة.
جوهر الطريقة هو تحديد ترددات الرنين التي تتفاعل فيها المادة مع الضوء. هم أفراد بشكل صارم لكل مكون. باستخدام مطياف ، يمكنك رؤية الخطوط الموجودة على الطيف وتحديد مكونات المادة. تعطي شدة الخطوط الطيفية فكرة عن الخاصية الكمية. يعتمد تصنيف الطرق الطيفية على نوع الطيف والغرض من الدراسة.
طريقة الانبعاثيسمح لك بدراسة أطياف الانبعاث ويعطي معلومات حول تركيبة المادة. للحصول على البيانات ، يخضع لتفريغ القوس الكهربائي. أحد أشكال هذه الطريقة هو قياس الضوء باللهب. تمت دراسة أطياف الامتصاص بطريقة الامتصاص. تشير الخيارات المذكورة أعلاه إلى التحليل النوعي للمادة.
يقارن التحليل الطيفي الكمي شدة الخط الطيفي للكائن قيد الدراسة ومادة ذات تركيز معروف. تشمل هذه الطرق الامتصاص الذري ، وتحليل التألق الذري والتلألؤ ، وقياس العكر ، وقياس الكلى.
أساسيات التحليل الكهروكيميائي للمواد
يستخدم التحليل الكهروكيميائي التحليل الكهربائي لدراسة مادة ما. يتم إجراء التفاعلات في محلول مائي على أقطاب كهربائية. يجب قياس إحدى الخصائص المتاحة. أجريت الدراسة في خلية كهروكيميائية. هذا وعاء يتم فيه وضع الإلكتروليتات (المواد ذات الموصلية الأيونية) والأقطاب الكهربائية (المواد ذات الموصلية الإلكترونية). تتفاعل الأقطاب الكهربائية والإلكتروليتات مع بعضها البعض. في هذه الحالة يتم توفير التيار من الخارج.
تصنيف الطرق الكهروكيميائية
تصنيف الطرق الكهروكيميائية على أساس الظواهر التي تستند إليها الدراسات الفيزيائية والكيميائية. هذه طرق مع وبدون إمكانات غريبة.
قياس التوصيل هو طريقة تحليلية وتقيس الموصلية الكهربائية. يستخدم تحليل قياس الموصلية بشكل عام التيار المتردد. معايرة قياس الموصلية - المزيدطريقة البحث الشائعة. هذه الطريقة هي الأساس لتصنيع أجهزة قياس الموصلية المحمولة المستخدمة في الدراسات الكيميائية للمياه.
عند إجراء قياس الجهد ، يتم قياس EMF لخلية كلفانية عكسية. تحدد طريقة قياس الكولسترول كمية الكهرباء المستهلكة أثناء التحليل الكهربائي. يتحقق Voltammetry من اعتماد مقدار التيار على الإمكانات المطبقة.
الطرق الحرارية لتحليل المواد
يهدف التحليل الحراري إلى تحديد التغيير في الخصائص الفيزيائية لمادة ما تحت تأثير درجة الحرارة. يتم تنفيذ طرق الاختبار هذه خلال فترة زمنية قصيرة وبكمية صغيرة من العينة المدروسة.
قياس الثقل الحراري هو إحدى طرق التحليل الحراري ، والذي يفسر تسجيل التغيرات في كتلة الجسم تحت تأثير درجة الحرارة. تعتبر هذه الطريقة من أكثر الطرق دقة.
بالإضافة إلى ذلك ، تشمل طرق البحث الحراري قياس المسعر ، الذي يحدد السعة الحرارية لمادة ، قياس المحتوى الحراري ، بناءً على دراسة السعة الحرارية. من بينها أيضًا يجب أن يُعزى قياس الاستطالة ، والذي يلتقط التغير في حجم العينة تحت تأثير درجة الحرارة.
طرق الكروماتوغرافيا لتحليل المواد
طريقة اللوني هي طريقة لفصل المواد. هناك عدة أنواع من اللوني أهمها: الغاز ، التوزيع ، الأكسدة والاختزال ، الترسيب ، التبادل الأيوني.
يتم فصل المكونات في عينة الاختبار بين متحركة وثابتةالمراحل. في الحالة الأولى نتحدث عن السوائل أو الغازات. المرحلة الثابتة هي مادة ماصة - صلبة. تتحرك مكونات العينة في الطور المتحرك على طول المرحلة الثابتة. من خلال سرعة ووقت مرور المكونات خلال المرحلة الأخيرة ، يتم الحكم على خصائصها الفيزيائية.
تطبيق طرق البحث الفيزيائية والكيميائية
أهم مجال من مجالات الطرق الفيزيائية والكيميائية هو البحوث الكيميائية الصحية والطب الشرعي الكيميائي. لديهم بعض الاختلافات. في الحالة الأولى ، يتم استخدام المعايير الصحية المقبولة لتقييم التحليل الذي تم إجراؤه. يتم تعيينها من قبل الوزارات. يتم إجراء البحوث الصحية والكيميائية وفقًا للإجراء الذي تحدده خدمة علم الأوبئة. تستخدم العملية نماذج بيئية تحاكي خصائص المنتجات الغذائية. كما أنها تنسخ ظروف التشغيل للعينة.
يهدف البحث الكيميائي الجنائي إلى الكشف الكمي عن المواد المخدرة والمواد الفعالة والسموم في جسم الإنسان والمنتجات الغذائية والأدوية. يتم الفحص بأمر من المحكمة.
