Класифікація інструментальних методів

Інструментальні методи класифікують відповідно до власти­востей речовин, які використовують для вимірювань. Розрізняють такі групи інструментальних методів аналізу:

1) електрометричні (вимірюють електричні параметри роз­чинів речовин);

2) оптичні (вимірюють оптичні властивості речовин та їхніх розчинів);

3) радіометричні (визначають кількість речовин за радіоактив­ністю або за допомогою радіоактивних індикаторів);

4) хроматографічні (використовують хроматографію в комбі­нації з детекторами розділених речовин);

5) мас-спектральні (вимірюють маси йонізованих осколків мо­лекул речовин;

6) ультразвукові (використовують залежність швидкості уль­тразвуку в розчинах від концентрації речовин);

7) термічні методи (вимірюють теплові ефекти, що супровод­жують нагрівання, висушування, титрування речовин).

Крім цих, розроблено багато інших інструментальних методів аналізу.

Чутливість і селективність інструментальних методів аналізу

Чутливість методу залежить від таких факторів:

• інтенсивності фізичної властивості, яку вимірюють;

• чутливості детекторів сигналу в приладі для інструменталь­ного аналізу.

Властивостями малої інтенсивності є, наприклад, заломлення світлового променя, обертання площини поляризації світла тощо.

Високу інтенсивність можуть мати (залежно від типу речовин) поглинання світла розчинами речовин, лінії в емісійному спектрі елементів, флюоресценція, радіоактивність і ряд інших властивостей. У таблиці 2 наведено дані щодо чутливості деяких інструмен тальних методів аналізу.

Таблиця 2. Чутливість деяких інструментальних методів аналізу

Метод	Межа виявлення, г	Метод	Межа виявлення, г
Фотометрія	1-10^-6	Газова хроматографія	1-10^-11
Флюорометрія	1-10^-10	Радіоізотопний аналіз	1-10^-15
Полярографія	1-10^-8	Мас-спектрометрія	1-10^-12
Емісійний спект­ральний аналіз	1-10^-10	Кулонометрію	1-10^-10
Атомно-абсорб­ційний спект­ральний аналіз	1-10^-10	Кінетичний аналіз	1-10^-11

Важливою перевагою багатьох інструментальних методів є їхня висока вибірність - селективність. Високий ступінь селектив­ності властивий методам, що ґрунтуються на характерних власти­востях молекул, функціональних груп, атомів. Такими характер­ними властивостями, наприклад, можуть бути:

• спектри випромінювання (емісійні спектри);

• спектри поглинання випромінювання (абсорбційні спектри);

• радіоактивність;

• здатність до електрохімічного відновлення або окиснення.

Наприклад, за лініями емісійного спектра виявляють і визна­чають практично всі хімічні елементи, якщо вони всі наявні в да­ному спектрі.

Правильність і відтворюваність інструментальних методів аналізу

Правильність інструментальних методів аналізу залежить від точності калібрування приладів, а також від того, наскільки та чи інша фізична властивість адекватно відображає кількісний вміст відповідного компонента в суміші. Тому перш ніж здійснити інстру­ментальний аналіз, калібрують аналітичні прилади і виявляють залежність фізичної властивості речовини від її хімічного складу.

На відтворюваність інструментальних методів, крім загальних причин (точність вимірювання, зважування тощо), впливає ста­більність роботи аналітичного приладу.

Різні інструментальні методи істотно відрізняються за точні­стю. Найвищу точність (до 0,001%) має кулонометрія. Точність у межах 2-5% властива для більшості прямих інструментальних методів. Інструментальне титрування за своєю точністю набли­жається до хімічного титрування (0,1%).

Аналітичні прилади

Аналітичні прилади за функціональним призначенням поділя­ють на дві групи:

• підготовчі прилади;

• вимірювальні прилади.

Для підготовки зразка до проведення аналізу (відбору проб, зва­жування, приготування розчинів, фільтрування, відмірювання певних об'ємів розчинів) використовують прилади підготовчого типу. Це дозатори, терези, пристрої для екстракції, перегонки, фільтрування тощо. Прилади підготовчого типу в інструменталь­них методах аналізу принципово не відрізняються від тих приладів, які застосовують у хімічних методах аналізу.

Аналітичні прилади вимірювального типу призначені для ви­мірювань відповідних фізичних властивостей, які залежать від кількості речовини, її концентрації або іншого параметра. У хі­мічному кількісному аналізі такими вимірювальними приладами є бюретки (у титрометричному аналізі) та аналітичні терези (у гра­віметричному аналізі). Аналітичні прилади інструментальних ме­тодів призначені для вимірювання певних фізичних властивостей речовин або їхніх розчинів. Результати вимірювань спостерігають візуально (за шкалою приладу) або прилад автоматично реєструє їх. Тому за способом реєстрації аналітичні прилади поділяють на дві групи:

• реєструвальні прилади (ІЧ-спектрофотометри, деякі марки полярографів, ЯМР-спектрометри, ЕПР-спектрометри, які вида­ють результати вимірювань у вигляді спектрограм або полярограм на стрічці самописного потенціометра);

• нереєструвальні прилади. До них належать рефрактометри, поляриметри, фотоколориметри, відлік показань яких роблять візуально за шкалою вимірювального барабана.

Електрохімічні методи

Електрохімічні методи аналізу ґрунтуються на використанні залежності електричних параметрів (сили струму, напруги, рівно­важних електродних потенціалів, електропровідності, кількості електрики) від концентрації аналізованої речовини в розчині. Відповідно до рекомендацій ІЮПАК (Міжнародного союзу чистої й прикладної хімії) електрохімічні методи аналізу поділяють на двавиди:

• методи без протікання електрохімічних реакцій на електро­дах електрохімічної комірки (кондуктометрія за низьких і висо­ких частот);

• методи з протіканням електрохімічних реакцій на електро­дах електрохімічної комірки у відсутності зовнішнього струму (по­тенціометричні методи аналізу) і під дією електричного струму (ку­лонометрія, вольтамперометрія).

Усі названі електрохімічні методи застосовують у ході аналізу й дослідження лікарських речовин. Важлива їх особливість — мож­ливість використання в широкому інтервалі концентрації (від 1 • 10^-1 до 1• 10^-4 моль/л), простота автоматизації процесу аналізу.

Зупинимось на загальних відомостях про найважливіші елект­рохімічні методи.

• Кондуктометрія ґрунтується на вимірюванні електропровід­ності аналізованих розчинів, яка змінюється внаслідок хімічних реакцій.

• Потенціометрія побудована на вимірюванні потенціалу елек­трода, зануреного в аналізований розчин. Потенціал електрода за­лежить від концентрації відповідних йонів у розчині за інших по­стійних умов вимірювання. Потенціали вимірюють за допомогою спеціальних приладів - потенціометрів.

• Електрогравіметричний аналіз ґрунтується на виділенні з розчинів електролітів певних речовин, які осаджуються на елект­родах при проходженні через розчин постійного електричного стру­му. Речовину, що виділилася в процесі електролізу (наприклад, метал - мідь), зважують і за масою осаду розраховують вміст ре­човини в розчині. Різновидом електрогравіметричного аналізу є метод внутрішнього електролізу, що ґрунтується на використанні електричного струму гальванічної пари, наприклад Zn і Рl, яку занурюють в аналізований розчин. Речовину, що виділилася на електродах, зважують, а потім обчислюють вміст речовини в роз­чині.

• Полярографія полягає у вимірюванні сили струму, який змінюється залежно від напруги в процесі електролізу, в умовах, коли один з електродів має дуже малу поверхню. При полярографічних вимірюваннях таким електродом із дуже малою поверхнею є краплі ртуті, що витікають з дуже тонкого отвору капілярної трубки, а також платиновий (обертовий), графітовий, срібний та інші електроди.

• Кулонометрія ґрунтується на вимірюванні кількості елект­рики, витраченої на електроліз аналізованої кількості речовини. В основі цього методу лежить закон Фарадея.

• 3 наведеними електрохімічними методами аналізу тісно по­в'язані методи амперометричного та високочастотного титру­вання.

Оптичні методи аналізу.