Измерение концентрации. Измерения в химическом анализе. Концентрация. Правильность результатов химического анализа

Страницы работы

45 страниц (Word-файл)

Содержание работы

Глава 6

ИЗМЕРЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ

6.1. ИЗМЕРЕНИЯ В ХИМИЧЕСКОМ АНАЛИЗЕ

Концентрация, наряду с температурой и давлением, являет­ся основным параметром, определяющим термодинамическое состояние системы. С другой стороны, концентрация компо­нентов является одним из свойств вещества. Примером может служить влажность, которую рассматривают даже как само­стоятельную физическую величину. В действительности влаж­ность определяется концентрацией воды в газообразных, жидких или твердых смесях. В качестве другого примера можно привести железо. В зависимости от концентрации в нем углерода получается целый набор материалов от чистого железа до чугунов различных марок. Присутствие в железе дополнительно ряда других металлов в качестве примесей, прежде всего хрома, никеля, марганца и т. п. позволяет полу­чить набор различных марок стали.

Концентрация — величина, характеризующая относитель­ное содержание данного компонента в многокомпонентной термодинамической системе. В химическом анализе такой термодинамической  системой  является  анализируемый объект. Химический анализ в общем случае состоит из ка­чественного и количественного анализов. Задачей качествен­ного анализа является определение химической природы ком­понентов, из которых состоит анализируемый объект. Зада­чей количественного анализа является определение концентра­ции этих компонентов. При этом под компонентами вещест­венной системы понимают атомы, ионы, молекулы, радика­лы и макромолекулы, а в общем виде — химические элемен­ты и соединения. Употребляя термин „химический анализ", подчеркивают его основную цель — определение химичес­кого состава *, включая определение концентрации компонен­тов, составляющих данную вещественную систему. В то же время методы, используемые для достижения этой цели, мо­гут быть как химическими, так и физико-химическими или физическими.

·  Часто встречается термин "измерение состава". Использование это­го термина не рекомендуется, так как состав не относится к физичес­ким величинам. То же самое относится к термину "содержание компо­нента", употребляемому вместо термина "концентрация компонента".

·   

Получение достоверных результатов о концентрации ком­понентов в анализируемом объекте требует решения проблем воспроизведения единицы концентрации, обеспечения единст­ва измерения концентрации и контроля правильности полу­ченных результатов. Решение всех перечисленных выше проб­лем возможно только в тесной взаимосвязи метрологичес­ких  правил,  изложенных в предыдущих разделах, с тео­ретическими основами химического анализа. Принципиаль­ным при этом является положение о том, что теоретические основы аналитической химии едины и нет отдельно теориикачественного и теории количественного анализа. Отсюда сле­дует, что для выявления специфики концентрации как изме­ряемой физической величины необходимо рассмотреть с по­зиций метрологии обе составляющее" химического анализа.

Для осуществления измерения как физического экспери­мента необходимы объект и средство измерений. Однако этих двух составляющих недостаточно для проведения из­мерения. Связующим звеном, превращающим измерение в физический процесс, является метод измерения. Для наг­лядности поясним это рис. 133.

В дальнейшем будем исходить из следующих определе­ний принципа, метода и методики измерения.

Принцип измерения — научная основа метода измерения.

Метод измерения — комплекс теоретических положений и практических операций в общем виде, используемых при проведении измерений в соответствии с принятым принципом.

Методика измерений — детальное описание практических операций и теоретических положений, используемых при про­ведении измерений в соответствии с принятым методом.

Перед обсуждением особенностей измерений при прове­дении химического анализа введем временно следующие до­пущения:

1. Анализу подвергается весь образец, а не отобранная специальным образом проба.

2. Образец гомогенен и все анализируемые компоненты находятся в аналитически активной форме.

Введение таких допущений преследует цель свести хи­мический анализ к измерению, благодаря временному и, естественно, чисто условному исключению из рассмотрения таких этапов химического анализа, как пробоотбор и пробоподготовка. Эти допущения необходимы, чтобы в центре обсуждения вначале оставались бы только вопросы, связанные с видом физических—величин, измеряемых при проведении как количественного, так и качественного анализов.

Принцип измерения, характеризуется физическим явле­нием, возникающим в результате взаимодействия какого-либо внешнего возмущающего фактора на анализируемое вещество. В результате воздействия происходят взаимодейст­вия внешних возмущающих факторов с компонентами ве­щества, классифицируемые как упругие и неупругие взаимо­действия*.

Упругие взаимодействия. В качестве возмущающих фак­торов при упругих взаимодействиях выступают электромаг­нитное излучение или потоки элементарных частиц. Условием упругих взаимодействии является выполнение требования

S DE  = 0,

где E   — кинетическая энергия.

Следовательно, энергия излучения в ходе взаимодействия не изменяется. Внутренняя энергия компонентов анализируе­мого вещества также не изменяется. В то же время происхо­дит изменение пространственной структуры излучения, обус­ловленное структурой вещества. В результате упругого взаи­модействия происходит лишь изменение направления излу­чения. Измеряемая при этом величина w является преиму­щественно тригонометрической функцией распределения энер­гии:

w = f (sin I),

где i — интенсивность.

В качестве примера в табл. 26 приведены методы анализа, основанные на упругих взаимодействиях (волновых явле­ниях) . Принципы измерения в этих методах анализа осно­вываются на таких физических явлениях, как преломление (Пр), дифракция — интерференция (Д/И), отражение (Отр), поляризация (Пол) и рассеяние (Рс).

* В основу изложения данного вопроса положены обобщения, по­лученные К. Данцером с соавторами.

Неупругие взаимодействия. Неупругие взаимодействия составляют основу значительно большей группы методов анализа. При этом виде взаимодействия анализируемого ве­щества с внешним источником энергии происходит как из­менение энергии, поступающей от внешней системы, так и

изменение внутренней энергии вещества. Однако соблюдает­ся условие

S DE = -S D U,

т. е. каждому изменению кинетической энергии (E) одно­значно соответствует изменение потенциальной энергии (U). В табл. 27 приведены методы анализа, основанные на неупру­гих взаимодействиях.

Важно отметить, что конкретные значения DU и соот­ветственно DE  характеризуют химическую природу компо­нентов анализируемого вещества. В то же время сумма всех одинаковых квантов DЕ, определяющая интенсивность, за­кономерно связана с количеством каждого компонента.


Таблица 27

Похожие материалы

Информация о работе