La investigación fisicoquímica como rama de la química analítica se utiliza ampliamente en todas las esferas de la vida humana. Le permiten estudiar las propiedades de una sustancia de interés al determinar el componente cuantitativo de los componentes en la composición de la muestra.
Investigación de sustancias
La investigación científica es el conocimiento de un objeto o fenómeno para obtener un sistema de conceptos y conocimientos. Según el principio de acción, los métodos utilizados se clasifican en:
- empírico;
- organizacional;
- interpretativo;
- métodos de análisis cualitativo y cuantitativo.
Los métodos de investigación empírica reflejan el objeto en estudio desde el lado de las manifestaciones externas e incluyen observación, medición, experimentación y comparación. El estudio empírico se basa en hechos fiables y no implica la creación de situaciones artificiales para el análisis.
Métodos organizacionales - comparativos, longitudinales, complejos. El primero implica una comparación de los estados de un objeto obtenidos en diferentes momentos y bajo diferentes condiciones. Longitudinal - observación del objetoinvestigación durante un largo período de tiempo. Complex es una combinación de métodos longitudinales y comparativos.
Métodos de interpretación - genéticos y estructurales. La variante genética implica el estudio del desarrollo de un objeto desde el momento de su aparición. El método estructural estudia y describe la estructura de un objeto.
La química analítica se ocupa de los métodos de análisis cualitativo y cuantitativo. Los estudios químicos tienen como objetivo determinar la composición del objeto de estudio.
Métodos de análisis cuantitativo
Con la ayuda del análisis cuantitativo en química analítica, se determina la composición de los compuestos químicos. Casi todos los métodos utilizados se basan en el estudio de la dependencia de las propiedades químicas y físicas de una sustancia con respecto a su composición.
El análisis cuantitativo es general, completo y parcial. General determina la cantidad de todas las sustancias conocidas en el objeto de estudio, independientemente de si están presentes en la composición o no. Un análisis completo se distingue por encontrar la composición cuantitativa de las sustancias contenidas en la muestra. La opción parcial define el contenido de solo los componentes de interés en este estudio químico.
Según el método de análisis, existen tres grupos de métodos: químicos, físicos y fisicoquímicos. Todos ellos se basan en un cambio en las propiedades físicas o químicas de una sustancia.
Investigación química
Este método tiene como objetivo la determinación de sustancias en varios compuestos químicos cuantitativamentereacciones Estos últimos tienen manifestaciones externas (decoloración, liberación de gas, calor, sedimento). Este método es ampliamente utilizado en muchas ramas de la vida de la sociedad moderna. El laboratorio de investigación química es imprescindible en las industrias farmacéutica, petroquímica, de la construcción y muchas otras.
Hay tres tipos de investigación química. La gravimetría, o análisis de peso, se basa en el cambio en las características cuantitativas de la sustancia de prueba en la muestra. Esta opción es simple y brinda resultados precisos, pero requiere mucho tiempo. Con este tipo de métodos de investigación química, la sustancia requerida se separa de la composición total en forma de precipitado o gas. Luego se lleva a una fase sólida insoluble, se filtra, se lava, se seca. Después de estos procedimientos, se pesa el componente.
La titulación es un análisis volumétrico. El estudio de las sustancias químicas se produce midiendo el volumen de un reactivo que reacciona con la sustancia en estudio. Su concentración se conoce de antemano. El volumen de reactivo se mide cuando se alcanza el punto de equivalencia. En el análisis de gases, se determina el volumen de gas liberado o absorbido.
Además, a menudo se utiliza la investigación de modelos químicos. Es decir, se crea un análogo del objeto bajo estudio, que es más conveniente para estudiar.
Investigación Física
A diferencia de la investigación química basada en la realización de reacciones apropiadas, los métodos físicos de análisis se basan en las mismas propiedades de las sustancias. Para ellossu realización requiere dispositivos especiales. La esencia del método es medir los cambios en las características de una sustancia causados por la acción de la radiación. Los principales métodos de exploración física son la refractometría, la polarimetría y la fluorimetría.
La refractometría se realiza con un refractómetro. La esencia del método se reduce al estudio de la refracción de la luz al pasar de un medio a otro. Cambiar el ángulo en este caso depende de las propiedades de los componentes del medio. Por lo tanto, se hace posible identificar la composición del medio y su estructura.
La polarimetría es un método de investigación óptica que utiliza la capacidad de ciertas sustancias para rotar el plano de oscilación de la luz polarizada linealmente.
Para la fluorimetría se utilizan láseres y lámparas de mercurio, que crean una radiación monocromática. Algunas sustancias son capaces de fluorescencia (absorben y emiten la radiación absorbida). En función de la intensidad de la fluorescencia, se llega a una conclusión sobre la determinación cuantitativa de la sustancia.
Investigación física y química
Los métodos de investigación fisicoquímicos registran cambios en las propiedades físicas de una sustancia bajo la influencia de diversas reacciones químicas. Se basan en la dependencia directa de las características físicas del objeto de estudio de su composición química. Estos métodos requieren el uso de algunos instrumentos de medición. Como regla general, la observación se lleva a cabo para determinar la conductividad térmica, la conductividad eléctrica, la absorción de luz, el punto de ebullición y el punto de fusión.
Estudios físico-químicos de la materiason ampliamente utilizados debido a su alta precisión y rapidez en la obtención de resultados. En el mundo moderno, debido al desarrollo de las tecnologías de la información, los métodos químicos se han vuelto difíciles de aplicar. Los métodos fisicoquímicos se utilizan en la industria alimentaria, la agricultura y la medicina forense.
Una de las principales diferencias entre los métodos físicos y químicos y los químicos es que el final de la reacción (el punto de equivalencia) se encuentra usando instrumentos de medición, y no visualmente.
Los principales métodos de investigación física y química se consideran métodos espectrales, electroquímicos, térmicos y cromatográficos.
Métodos espectrales de análisis de sustancias
La base de los métodos espectrales de análisis es la interacción de un objeto con la radiación electromagnética. Se estudian la absorción, la reflexión y la dispersión de estos últimos. Otro nombre para el método es óptico. Es una combinación de investigación cualitativa y cuantitativa. El análisis espectral le permite evaluar la composición química, la estructura de los componentes, el campo magnético y otras características de una sustancia.
La esencia del método es determinar las frecuencias de resonancia a las que la sustancia reacciona a la luz. Son estrictamente individuales para cada componente. Con un espectroscopio, puede ver las líneas en el espectro y determinar los constituyentes de una sustancia. La intensidad de las líneas espectrales da una idea de la característica cuantitativa. La clasificación de los métodos espectrales se basa en el tipo de espectro y el propósito del estudio.
Método de emisiónpermite estudiar los espectros de emisión y da información sobre la composición de la sustancia. Para obtener datos, se somete a una descarga de arco eléctrico. Una variación de este método es la fotometría de llama. Los espectros de absorción se estudian por el método de absorción. Las opciones anteriores se refieren al análisis cualitativo de la sustancia.
El análisis espectral cuantitativo compara la intensidad de la línea espectral del objeto en estudio y una sustancia de concentración conocida. Estos métodos incluyen análisis de absorción atómica, fluorescencia atómica y luminiscencia, turbidimetría, nefelometría.
Fundamentos del análisis electroquímico de sustancias
El análisis electroquímico utiliza la electrólisis para estudiar una sustancia. Las reacciones se llevan a cabo en una solución acuosa sobre electrodos. Una de las características disponibles es la de medir. El estudio se lleva a cabo en una celda electroquímica. Este es un recipiente en el que se colocan electrolitos (sustancias con conductividad iónica), electrodos (sustancias con conductividad electrónica). Los electrodos y los electrolitos interactúan entre sí. En este caso, la corriente se suministra desde el exterior.
Clasificación de métodos electroquímicos
Clasificar los métodos electroquímicos en función de los fenómenos en los que se basan los estudios físicos y químicos. Estos son métodos con y sin potencial extraño.
La conductividad es un método analítico y mide la conductividad eléctrica G. El análisis conductimétrico generalmente usa corriente alterna. Valoración conductimétrica – másmétodo común de investigación. Este método es la base para la fabricación de conductómetros portátiles utilizados para estudios químicos del agua.
Al realizar la potenciometría se mide la FEM de una celda galvánica reversible. El método de coulometría determina la cantidad de electricidad consumida durante la electrólisis. La voltamperometría investiga la dependencia de la magnitud de la corriente con el potencial aplicado.
Métodos térmicos de análisis de sustancias
El análisis térmico tiene como objetivo determinar el cambio en las propiedades físicas de una sustancia bajo la influencia de la temperatura. Estos métodos de prueba se realizan en un corto período de tiempo y con una pequeña cantidad de la muestra estudiada.
La termogravimetría es uno de los métodos de análisis térmico, que representa el registro de cambios en la masa de un objeto bajo la influencia de la temperatura. Este método se considera uno de los más precisos.
Además, los métodos de investigación térmica incluyen la calorimetría, que determina la capacidad calorífica de una sustancia, y la entalpimetría, basada en el estudio de la capacidad calorífica. También entre ellos se debe atribuir la dilatometría, que captura el cambio en el volumen de la muestra bajo la influencia de la temperatura.
Métodos cromatográficos para el análisis de sustancias
El método de cromatografía es una forma de separar sustancias. Hay muchos tipos de cromatografía, los principales son: gas, distribución, redox, precipitación, intercambio iónico.
Los componentes de la muestra de prueba están separados entre móviles y estacionariosetapas. En el primer caso, estamos hablando de líquidos o gases. La fase estacionaria es un sorbente, un sólido. Los componentes de la muestra se mueven en la fase móvil a lo largo de la fase estacionaria. Por la velocidad y el tiempo de paso de los componentes por la última fase, se juzgan sus propiedades físicas.
Aplicación de métodos de investigación física y química
El área más importante de los métodos físicos y químicos es la investigación química-sanitaria y química-forense. Tienen algunas diferencias. En el primer caso, se utilizan normas higiénicas aceptadas para evaluar el análisis realizado. Son fijados por los ministerios. La investigación químico-sanitaria se realiza de acuerdo con el procedimiento establecido por el servicio de epidemiología. El proceso utiliza modelos ambientales que imitan las propiedades de los productos alimenticios. También reproducen las condiciones de funcionamiento de la muestra.
La investigación química forense tiene como objetivo la detección cuantitativa de narcóticos, sustancias potentes y venenos en el cuerpo humano, productos alimenticios, medicamentos. El examen se lleva a cabo de acuerdo con una orden judicial.
