Рабочая программа учебной дисциплины Инструментальные методы анализа (стр. 7 )

12.2. Формы организации самостоятельной работы обучающихся (темы, выносимые для самостоятельного изучения; вопросы для самоконтроля; типовые задания для самопроверки)

Темы для самостоятельного изучения

Абсорбционный спектральный анализ в ИК области. Валентные и деформационные колебания, характеристические частоты. Оптическая схема приборов, техника измерений. Идентификация структуры химических соединений по характеристическим частотам в ИК спектре (качественный анализ). Количественный анализ.

Спектрометрия комбинационного рассеяния (КР-спектрометрия). Теоретические основы метода. Упругое и неупругое рассеяние света. Техника измерений. Достоинства и недостатки метода, область применения. Использование лазеров в качестве спектральных источников.

Атомно-флуоресцентная спектрометрия. Основы метода. Резонансная и нерезонансная флуоресценция. Гашение флуоресценции. Область применения.

Рентгеноспектральный анализ. Основы метода. Техника измерений. Область применения, достоинства и недостатки.

Радиоспектроскопические методы анализа. Явления резонансного поглощения энергии. Электронный парамагнитный резонанс (ЭПР) и его применения для анализа природных объектов. Ядерный магнитный резонанс (ЯМР) высокого разрешения. Характеристики спектра: химический сдвиг, спин-спиновое расщепление. Двойной резонанс. Область применения метода.

Форма контроля: вопросы в вариантах заданий КТ№1 и КТ№2, дополнительные вопросы при защите лабораторных работ, вопросы в экзаменационных билетах.

12.3. Краткий терминологический словарь

Удельное электрическое сопротивление ρ

Удельная электропроводность (удельная электролитическая проводимость) χ = 1/ ρ

Постоянная кондуктометрической ячейки - отношение расстояния между электродами в кондуктометрической ячейке к их площади l/s. Определяется экспериментально в опыте над раствором с известной удельной электропроводностью.

Электрод.

Равновесный потенциал электрода φOx/Red - потенциал, который имеет электрод при отсутствии тока в цепи

Стандартный равновесный электродный потенциал φoOx/Red.-потенциал, который имеет электрод при отношении концентраций Ox/Red, равном единице.

Поляризация электрода при протекании через него тока – отклонение потенциала электрода от равновесного.

Электрод стеклянный (мембранный).

Электрод каломельный.

Электрод водородный.

Электрод хлоридсеребряный.

Электроды ионселективные.

Электрод сравнения-.

Электрод рабочий-.

Электрод окислительно-восстановительный (редоксэлектрод).

Кондуктометрическая ячейка.

Титрование кондуктометрическое.

Катод-электрод, на котором протекает полуреакция восстановления.

Анод – электрод, на котором протекает полуреакция окисления.

Полуреакция электродная - реакция, протекающая на электроде.

Реакция токообразующая – суммарная реакция, протекающая на катоде и аноде.

Спектральный анализ - физические методы качественного и количественного изучения вещества, основанные на получении и исследовании его спектров.

Атомный спектральный анализ определяет элементный состав образца по атомным спектрам испускания и поглощения.

Молекулярный спектральный анализ определяет молекулярный состав вещества по молекулярным спектрам поглощения, по спектрам люминесценции и комбинационного рассеяния света.

Эмиссионный спектральный анализ производят по спектрам испускания атомов, молекул и ионов, возбужденных различными источниками электромагнитного излучения в диапазоне от γ - излучения до радиочастотного.

Абсорбционный спектральный анализ осуществляют по спектрам поглощения анализируемых объектов (атомов, молекул, ионов вещества).

Спектр - совокупность спектральных линий испускания или поглощения на спектро-грамме.

Спектры атомные - возникают при испускании или поглощении электромагнитного излучения свободными или слабо связанными атомами (например, в газах или парах). Атомные спектры линейчатые.

Атомно-абсорбционная спектроскопия- метод элементного анализа и исследования вещества по атомным спектрам поглощения.

Спектры молекулярные - спектры испускания, поглощения и комбинационного рассеяния света (КРС), принадлежащие свободным или слабо связанным между собой молекулам. Молекулярные спектры – полосатые. Они наблюдаются в виде тесной совокупности более узких полос в УФ, видимой и ИК-областях спектра.

Фотоколориметрический анализ основан на измерении поглощения веществом полихроматического света, выделяемого из сплошного спектра излучения внешнего источника с помощью светофильтра (окрашенное стекло). Ширина вырезаемого с помощью свето-фильтра спектрального диапазона Δλ составляет 20 -100 нм., т. е. достаточно большая.

Спектрофотометрический анализ основан на регистрации и измерении поглощения монохроматического излучения, выделяемого из сплошного спектра излучения с помощью призмы или дифракционной решетки и щели. С помощью щели интервал Δλ уменьшается до 1 - 2 нм.

Оптическая плотность D и оптическое пропускание T.

Спектрофотометр - прибор для измерения коэффициента пропускания жидких и твердых тел.

Люминесценция - свечение вещества, возникающее после поглощения им энергии воз-буждения. Люминесценция представляет собой избыточное излучение по сравнению с тепловым излучением тела при данной температуре.

Люминесцентный анализ- совокупность методов анализа, основанных на явлении люминесценции. Широко применяется анализ, основанный на фотолюминесценции исследуемого вещества, возбуждаемой УФ излучением, источником которого служат, например, ртутно - кварцевые или ксеноновые лампы и лазеры.

Фотометрия пламени. Один из видов эмиссионного спектрального анализа. Применяется для количественного определения в растворах щелочных, щелочноземельных и редкоземельных элементов по их спектральным линиям или полосам. Источником возбуждения спектров является высокая температура пламени водорода или ацетилена. Анализируемый раствор распыляется в пламя в виде аэрозоля в токе кислорода или воздуха.

Характеристические частоты - эти частоты соответствуют определенным химическим связям в различных молекулах, например, ≡С - Н, ≡С - С≡, =С = С=, ≡С - Cl, =С=О и др.

Монохроматор ЭМИ - устройство, выделяющее узкую полосу длин волн из широкой час-ти спектра.

Закон Бугера-Ламберта-Бэра -закон поглощения электромагнитного излучения:

Оптический диапазон ЭМИ включает УФ, видимую, ИК - области спектра.

Методы спектрального анализа: рентгеновская спектрометрия, оптическая, радиочастотная. К радиочастотной относятся методы электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) и ядерного магнитного резонанса (ЯМР).

Связь частоты или длины волны электромагнитного излучения (спектральная линия) с изменением энергии электрона в электронной оболочке атома или молекулы, с изменением энергии ядра атома

Изотерма абсорбции - связь между равновесными концентрациями вещества в газовой фазе и в растворе, граничащем с газом при данной температуре.

Изотерма адсорбции – связь между равновесными концентрациями вещества в газовой фазе и на поверхности твердого вещества, граничащей с газом при данной температуре.

Хроматография – динамический сорбционный метод разделения и анализа смесей веществ. Основан на распределении веществ между двумя фазами — неподвижной (твердая фаза или жидкость, связанная на инертном носителе) и подвижной (газовая или жидкая фаза, элюент). Название метода связано с первыми экспериментами по хроматографии, в ходе которых разработчик метода Михаил Цвет разделял ярко окрашенные растительные пигменты.

Хроматография — метод разделения смесей веществ или частиц, основанный на различиях в скоростях их перемещения в системе несмешивающихся и движущихся относительно друг друга фаз.

Стационарная фаза — твердая фаза или жидкость, связанная на инертном носителе, в адсорбционной хроматографии — сорбент.

Подвижная фаза (растворитель, элюент) —  газ, жидкость.

Хроматограмма — результат регистрирования зависимости концентрации компонентов на выходе из колонки от времени.

Хроматограф — прибор для проведения хроматографии.

Колонка хроматографическая – трубка, заполненная неподвижной фазой (твердым адсорбентом или жидким абсорбентом на твердом носителе), вдоль которой во время выполнения анализа движется подвижная фаза с исследуемой пробой. В колонке происходит разделение компонентов исследуемой смеси. То есть - на выходе из колонки компоненты смеси выходят отдельно друг от друга.

Эффективность хроматографической колонки определяется расширением пика компонента пробы при его движении вдоль колонки (чем меньше расширение, тем больше эффективность) и тесно связана с числом эффективных теоретических тарелок-воображае-мых участков по длине колонки, на каждом из которых как бы достигается равновесное распределение конкретного компонента пробы между подвижной и неподвижной фазами (длина участка равна расстоянию, на которое продвигается смесь за это самое время достижения равновесия).

Селективность хроматографической колонки. Обычно ее выражают отношением приведенных времен удерживания пары критически важных компонентов пробы. Если это отношение не равно 1, то пики могут быть разделены.

Детектор хроматографа – устройство, способное реагировать на изменение концентрации определяемого вещества в элюэнте.

Ядерный магнитный резонанс (ЯМР). Метод ЯМР основан на явлении магнитного резонанса (избирательном поглощении анализируемым веществом электромагнитного излучения в радиочастотном диапазоне) и обусловлен магнитными свойствами атомных ядер этого вещества. Используется в основном для анализа структуры органических соединений, содержащих водород (ядра водорода). Иначе говоря, этот метод позволяет выяснить, какие функциональные группы с атомами водорода содержатся в молекуле изучаемого соединения.

Электронный парамагнитный резонанс (ЭПР). Методом ЭПР исследуют молекулы, атомы и радикалы в газовой среде, в растворах и в различных типах матриц. ЭПР - один из наиболее чувствительных методов обнаружения и идентификации свободных радикалов, установления их электронной конфигурации и геометрии. Метод применяется для исследования комплексных соединений, в частности соединений переходных и редкоземельных металлов

Свободные радикалы в химии — частицы (как правило, неустойчивые), содержащие один или несколько неспаренных электронов на внешней электронной оболочке. Неспаренный электрон занимает атомную или молекулярную орбиталь в одиночку. Как правило, радикалы обладают парамагнитными свойствами, так как неспаренные электроны взаимодействуют с магнитным полем.

Масс - спектрометр - прибор для разделения ионизированных молекул и атомов по их массам, основанный на воздействии магнитного или электрического поля на пучки ионов, летящих в вакууме.

Масс-спектр - распределения ионов по массовым числам - зависимость интенсивности ионного тока от отношения массы к заряду - напоминает спектр и получил название масс- спектр, а сам метод – масс - спектрометрия.

Хромато-масс-спектрометрия - сочетание ВЭЖХ и МС. Метод предназначен для анализа смесей труднолетучих, полярных веществ, не поддающихся анализу методом газожидкостной хроматографии. В этом случае часть жидкого потока пропускают через капилляр диаметром в несколько микрон, в результате чего образуются капли, которые далее попадают в обогреваемую зону, где большая часть растворителя испаряется, а оставшаяся вместе с веществом попадает в ионный источник и ионизируется.