Мәселелік дәріс. Қоршаған орта компоненттерінің физико-химиялық анализ әдістері

№ 4 ДӘРІС. Мәселелік дәріс. Қоршаған орта компоненттерінің физико-химиялық анализ әдістері.

Мақсаты: магистранттарды қоршаған орта компоненттерінің физико-химиялық анализ әдістерімен таныстыру, олардың артықшылықтары мен кемшліктерін, әдістердің классификациясын көрсету. Кіріспе дәріс барысында сапалы және санды анализдің ауқымды әдістері туралы сұрақтар қозғалған.

Дәріс жоспары:

1. Кіріспе
2. Физико-химиялық анализ әдістерінің артықшылықтары мен кемшіліктері
3. Физико-химиялық анализ әдістерінің классификациясы

Тірек сөздер: физико-химиялық анализ әдістері, тікелей және жанама әдіс, электрохимиялық әдіс, спектарльді әдіс, хроматографиялық әдіс, радиометриялық әдіс, масс-спектрометрлі әдіс.

Мәселелік сұрақ: Неліктен физико-химиялық анализ әдістері экологиялық зерттеулерде кеңінен қолданылады?

Кіріспе.

Қоршаған орта объектілерінің әрі қарай ластануы біртіндеп  глобальді қасиетке ие боп отыр, яғни барлық дүние жүзіндегі ластаушы зат концентрацияларының ұлғаюы экологиялық жағдайдың нашарлауына  әкелуде. Қоршаған ортаны қорғау үшін әртүрлі объектілерге аналитикалық бақылау жасалу керек. Оған су, жерүсті, теңіз, көл, өзен, ауа (аэрозоль, шаң, тұман,түтін), топырақ және өсімдіктер, ауыл шаруашылық өнімдері, тағам өнімі, жем, жануар ұлпасы және адам. Аналитикалық бақылаудың негізгі міндеті тіршілік ортасындағы зиянды компоненттердің құрамы туралы объективті ақпарат алу. Физико-химиялық анализ арқылы қоршаған ортаны ластаушы объектілерін, ластаушы зат және ластану дәрежесін, суға, топырақ және ауаға түсетін ластаушылардың көздері және жолдары туралы ақпарат алуға болады. Тек аналитикалық бақылау нәтижелерімен қоршаған орта азалығын басқару мүмкіндігіне және оны қорғау үшін шараларды мезгілінде жасауға септігін тигізеді.

Қазіргі таңда физико-химиялық анализ әдістері кең ауқымда қолданылуда. Онсыз ғылыми зерттеу жұмысын  және өндірістік үдерістерді басқару  және бақылау мүмкін емес. Айта кететіні, физико-химиялық анализ әдістері химиялық бақылау және анализ тапсырмаларын шешкендіктен олар экологиялық мониторингтің бір бөлімін құрайды. Физико-химиялық анализ әдістері зерттеліп отырған жүйенің құрамы мен қасиетінің қарым қатынасын анықтауға негізделеді. Анализ нәтижелерін приборлар көрсеткіштерімен қаралады. Солай зат анализі үшін химиялық рекакциялар қолданылады. Олар анализденетін жүйенің физикалық қасиетінің өзгергіштігі ескеріледі, мысалы оның түсі, флуоресценция болғыштығының интенсивтілігі және т.б. Лай және боялған анализ ерітінділерін енгізуге және анализделетін зат концентрациясының өзгеруіне байланысты болып табылады. Мұндай жағдайларда анализ арнайы приборлармен бақыланады, ал эквивалентті нүкте қисық титрлеу арқылы анықталады.  

 

Физико-химиялық анализ әдістерінің артықшылықтары мен кемшіліктері

Физико-химиялық анализ әдістері тікелей және жанама деп бөлінеді. Тікелей әдістерде бұл қасиет анықталатын зат құрамының критериийімен  анықталады. Тікелей әдіс "құрам  және қасиет" диаграммасымен анықтауға  негізделген. Жанама әдістермен анықталатын заттың қасиеті қолданылады. Яғни үрдіс санын тіркеу үшін, мысалы титрленгендегі нейтралдану үрдісі. Физико-химиялық анализ әдістерінің кең дамуы жені ауқымды қолданылуы химиялық әдістермен салыстырумен байланысты.

- жоғары сезімталдылық  10-8 - 10-10 моль /л, ал химиялық әдістермен зат концентрацияларын тек 10-5 моль/л дейін ғана анықтауғ болады.

- үлкен селективтілік

- экспресстілік

- технологиялық және зерттеу  үрдістерін үзбей бақылауды жеңіл  жүргізу

- зат санының аз және  ультра аз анализ мүмкіншілігі.

Физико-химиялық анализ әдістерімен  қатар физикалық анализ әдістерінің  де маңызы зор. Ол өз кезегінде зерттелетін  заттың физикалық қасиетін анықтауға  мүмкіншілік береді. Мысалы, жұтудың  эмиссиялық спектрі, диэлектрлік өткізгіштік, ядорлы магнитті резонанс, электронды парамагнитты резонанс және т.б.

 

Физико-химиялық анализ әдістерінің классификациясы

 

   Барлық физикалық және физико-химиялық анализ әдістерін келесідей топтарға бөледі:

- электрохимиялық

- спектарльді

- хроматографиялық

- радиометриялық

- масс- спектрометриялық.

Электрохимиялық әдістері. Электрохимиялық әдіс анализдер тобына:

1. Кондуктометрия- химиялық  реакция және электролит қасиетіне  мұқтаждығын , ерітілген заттың  температурасы және концентрациясың  нәтижесінде анализделетін ерітінділердің  электр өткізгіштігін өлшеу. 

2. Потенциометрия- анализделетін  ерітіндіге салынған электрод  потенциалнының химиялық реакция  нәтижесінде өзгергіштігін өлшеу.  Электрод потенциалының ауқымдылығы  тұрақты жағдайларындағы өзгергіштіктің  ертініндідегі ион концентрациясына  байланысты болады.

3. Вольтамперометрия- электролиз  үдерісі нәтижесінде тоқ күшін  өлшеу. Полярографикалық өлшеуде  сынап тамшысы және капилярлы  түтіктің өте жұқа бөлігінен  тамшылайтын платина, графит, күміс  т.б. электрод болып табылады.

4. Клунометрия- анықталған  зат санына электролиз жұмсалған  электрдің санын өлшеу. 

Спектральді (оптикалық) әдіс. Спектральді анализ әдісі шағылысу спектрі, жұту және таралуды зерттеуге негізделген. Бұл топқа жататындар:

1. Эмиссиялық спектральді  анализ- анализделетін зат элементінің  эмиссиялық спектрін анықтау.  Бұл әдіс заттың элементарлы  құрамын анықтауға мүмкіндік  береді.

2. Абсорбционды спектральды  анализ- зерттелетін заттың жұту  спектрін анықтау. Зерттеулер  көрінетін және инфрақызыл спектр  облысында ультрафиолетті бөліп  қарастырады. 

Абсорбционды спектральды  анализ әдісі келесі әдістерді қарастырады:

- спектрофотометрикалық

- колориметрикалық.

Спектрофотометрия- жұту немесе жарықты жұту спектрін анықтау.

Колориметрия- қатаң анықталған концентрациядағы стандартты боялған  ерітіндінің және зерттеліп отырған  боялған ерітіндінің боялған  интенсивтілігін салыстыру.

Оптикалық анализ әдістеріне сонымен қатар келесілер жатады:

1. Турбидиметрия- боялмаған  суспензиямен жұтылатын жарық  санын өлшеу.

2. Нефелометрия- өлшенген ерітіндідегі боялған немесе боялмаған бөлшектердің бейнелену немесе жоғалу қасиетін қолдану.

3. Люминесцентті немесе  флуоресцентті анализ- флуоресцентті  заттың ультракүлгін сәулесімен  шағылысқан және көрінетін сәуленің  шағылыстыру интенсивтілігін өлшеу.

4. Жалынның фотометриясы- анализделетін ерітіндіні жалында  шашырату, бұл элементке тиесілі  жарық толқынын шығару және  шағылысу интенсивтілігін өлшеу. 

Хромотографиялық  әдіс- анализделіп отырған қоспаның әртүрлі адсорбенттерге жеке компоненттерге жауабы.

Радиометриялық  әдіс- радиоактивті элементтердің жіберетін сәулелерін өлшеуге негізделеді. Радиометриялық әдіс өте жоғары сезімталдылықпен ерекшеленеді. Келесідей радиометриялық әдістер белгілі:

- изотопты араластыру  әдісі

радиоактивационды анализ.

Масс-спектометриялық  әдіс- электрлік және магнитті аймақта жекелей иондалған атомның, молекула және радикалдардың иондар ағымыарқылы анықтауға негізделген. Масс- спектометриялық әдіс тұрақты изотоптарды қолданып изотопты араластыру әдісі арқылы әртүрлі элементтерге сандық анықтама береді.

Соңғы  кездері қарастырылған  физикалық және физико-химиялық әдіс анализінен басқа әдістер қолданады:

- электронды парамгнитті  резонанс әдісі- тұрақты магнитті  аймақтағы электромагнитті толқындарды  резонансты магнитті бөлшектрді  қолдану. Химиялық кенетика және  химиялық реакция механизмін  зерттеу, парамагнитті заттардың  концентрациясын өлшеуге кең  қолданысқа ие.

- ядорлы магнитті резонанс  әдісі- ядорлы магниттелген тұрақты  магнитті аймақта зерттелетін  заттың электромагнитті толқынды  резонансты жұтылуын қолдану.  Ядорлы магнитті резонанс әдісі  химиялық кенетиканы, ертітіндідегі  ионның жағдайын, кешенді байланысты  зерттеуге қолданылады. Қоршаған  орта объектілерінің сапасына  баға беруге қолданылмайды. 

Модифициялық рентген  әдісі, электрондық микроскопия, ультрадыбысты  әдістер кең қолданылады.

Аталған әдістер тек қана табиғи және теоретикалық объектілерге анализ және зерттеу жүргізуге емес, сонымен қатар әртүрлі реакциялар мен үрдістерді зерттеуге қолданылады. Бұл әдістердің дамуына биохимия, биология, осмонавтика, атомдық энергетика, секілді химиялық технология өндірісі облысындағы  прогресс оң септігін тигізді.

Қорытынды: Қазіргі кезде физико-химилық анализ әдісі кең қолданысқа ие. Онсыз ғылыми зерттеу жұмыстарын жүргізу және өндірістік үрдістерді бағалау және басқару мүмкін емес. Айта кететіні, физико-химиялық анализ әдістері химиялық бақылау және анализ тапсырмаларын шешкендіктен олар экологиялық мониторингтің бір бөлімін құрайды. Физико-химиялық анализ әдістері зерттеліп отырған жүйенің құрамы мен қасиетінің қарым қатынасын анықтауға негізделеді. Аталған әдістер тек қана табиғи және теоретикалық объектілерге анализ және зерттеу жүргізуге емес, сонымен қатар әртүрлі реакциялар мен үрдістерді зерттеуге қолданылады. Бұл әдістердің дамуына биохимия, биология, осмонавтика, атомдық энергетика, секілді химиялық технология өндірісі облысындағы  прогресс оң септігін тигізді.

Бақылау сұрақтары:

1. Қоршаған орта компоненттеріне  анализ жасағанда неліктен физико-химиялық  анализ доминатты орынға ие  деп ойлайсыз?

2. Физико-химиялық анализ  әдістерінің классификациясын атаңыз.

3. Қоршаған орта компоненттеріне  анализ жсауда неліктен физико-химиялық  анализ әдістірінің көп түрі  неге қолданылады деп ойлайсыз?

Әдебиеттер:

1. Васильев В.П. Теоритетические основы физико-химических методов анализа. М.,1979.

2. Алесковский В.Р., Бардин  В.В. Физико-химические методы  анализа. Практическое руководство.  Л.,Химия.1988.

3. Петрухин О.М. Практикум  по физико-химическим методам  анализа. М.,Химия.1987.

4. Барковский В.Ф., Горелик  С.М., Городенцева Т.Б. Физико-химические  методы анализа. М.,1972.

5.Гусева Т.В., Тарасов В.В.  Физико-химические методы анализа  и мониторинг состояния окружающей  среды. Учебное пособие-Моска:  СоЭС,1989.-48с.