ปัจจุบันมีผู้เชี่ยวชาญหลายคนที่อุทิศตนให้กับวิทยาศาสตร์กายภาพหรือวิทยาศาสตร์เคมี และบางครั้งก็มีทั้งสองอย่าง อันที่จริงปรากฏการณ์ส่วนใหญ่สามารถอธิบายได้อย่างมีเหตุมีผลอย่างแม่นยำผ่านการทดลองดังกล่าว เราจะพิจารณาวิธีการวิจัยทางกายภาพในรายละเอียดเพิ่มเติม
วิธีการวิเคราะห์ทางเคมีวิเคราะห์
เคมีวิเคราะห์คือศาสตร์แห่งการตรวจจับ การแยก และการระบุสารเคมี ในการดำเนินการบางอย่างกับสารประกอบจะใช้วิธีการวิเคราะห์ทางเคมีกายภาพและเคมีฟิสิกส์ วิธีหลังเรียกอีกอย่างว่าเครื่องมือเนื่องจากแอปพลิเคชันต้องใช้อุปกรณ์ห้องปฏิบัติการที่ทันสมัย แบ่งออกเป็นกลุ่มสเปกโตรสโกปี ฟิสิกส์นิวเคลียร์ และเคมีกัมมันตภาพรังสี
นอกจากนี้ ในวิชาเคมี อาจมีปัญหาประเภทต่างๆ ที่ต้องการวิธีแก้ปัญหาเฉพาะบุคคล ขึ้นอยู่กับสิ่งนี้ มีวิธีการวิเคราะห์เชิงคุณภาพ (การกำหนดชื่อและรูปแบบของสาร) และเชิงปริมาณ (การกำหนดปริมาณของสารที่กำหนดที่มีอยู่ในส่วนย่อยหรือตัวอย่าง) การวิเคราะห์
วิธีวิเคราะห์เชิงปริมาณ
ช่วยให้คุณกำหนดเนื้อหาของสารดั้งเดิมในตัวอย่างได้ การวิเคราะห์เชิงปริมาณมีทั้งวิธีทางเคมี ฟิสิกส์-เคมี และกายภาพ
วิธีทางเคมีของการวิเคราะห์เชิงปริมาณ
แบ่งออกเป็น:
- การวิเคราะห์น้ำหนักที่ให้คุณกำหนดเนื้อหาของสารได้โดยการชั่งน้ำหนักบนเครื่องชั่งเชิงวิเคราะห์และดำเนินการต่อไป
- การวิเคราะห์ปริมาตร ซึ่งเกี่ยวข้องกับการวัดปริมาตรของสารในสถานะรวมหรือสารละลายต่างๆ
ในทางกลับกัน มันถูกแบ่งออกเป็นส่วนย่อยต่อไปนี้:
- การวิเคราะห์ไททริเมทริกเชิงปริมาตรใช้ที่ความเข้มข้นที่ทราบของรีเอเจนต์ ปฏิกิริยากับการใช้สารที่ต้องการ จากนั้นจึงวัดปริมาตรที่ใช้ไป
- วิธีปริมาตรแก๊สคือการวิเคราะห์ส่วนผสมของแก๊สที่สารเดิมถูกดูดซับโดยอีกสารตัวหนึ่ง
- การตกตะกอนเชิงปริมาตร (จากภาษาละติน sedimentum - "settlement") ขึ้นอยู่กับการแบ่งชั้นโดยระบบที่กระจัดกระจายอันเป็นผลมาจากแรงโน้มถ่วง สิ่งนี้มาพร้อมกับปริมาณน้ำฝนซึ่งวัดปริมาตรโดยใช้หลอดหมุนเหวี่ยง
วิธีทางเคมีไม่สะดวกในการใช้งานเสมอไป เนื่องจากมักจะจำเป็นต้องแยกส่วนผสมเพื่อแยกส่วนประกอบที่ต้องการ ในการดำเนินการดังกล่าวโดยไม่ต้องใช้ปฏิกิริยาเคมีจะใช้วิธีการวิเคราะห์ทางกายภาพ และสังเกตการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางกายภาพของสารประกอบเป็นผลทำให้เกิดปฏิกิริยา - ทางกายภาพและเคมี
วิธีทางกายภาพของการวิเคราะห์เชิงปริมาณ
ใช้ในระหว่างการศึกษาในห้องปฏิบัติการหลายครั้ง วิธีการวิเคราะห์ทางกายภาพ ได้แก่
- Spectroscopic - ขึ้นอยู่กับการทำงานร่วมกันของอะตอม โมเลกุล ไอออนของสารประกอบที่ศึกษาด้วยรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งเป็นผลมาจากโฟตอนถูกดูดซับหรือปล่อย
- วิธีนิวเคลียร์ฟิสิกส์ประกอบด้วยการแสดงตัวอย่างของสารภายใต้การศึกษาไปยังฟลักซ์ของนิวตรอน โดยการศึกษาซึ่งหลังจากการทดลอง เป็นไปได้ที่จะกำหนดเนื้อหาเชิงปริมาณขององค์ประกอบที่มีอยู่ในตัวอย่างโดยการวัด รังสีกัมมันตภาพรังสี วิธีนี้ได้ผลเพราะปริมาณของกิจกรรมอนุภาคเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความเข้มข้นขององค์ประกอบที่กำลังศึกษา
- วิธีกัมมันตภาพรังสีคือการกำหนดเนื้อหาในสารของไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีที่เกิดขึ้นจากการเปลี่ยนแปลง
วิธีเคมีเชิงฟิสิกส์ของการวิเคราะห์เชิงปริมาณ
เนื่องจากวิธีการเหล่านี้เป็นเพียงส่วนหนึ่งของวิธีการทางกายภาพสำหรับการวิเคราะห์สาร พวกมันจึงถูกแบ่งออกเป็นวิธีการวิจัยทางสเปกโทรสโกปี นิวเคลียร์ฟิสิกส์ และเคมีกัมมันตภาพรังสี
วิธีวิเคราะห์เชิงคุณภาพ
ในเคมีวิเคราะห์ เพื่อศึกษาคุณสมบัติของสาร ให้กำหนดสถานะทางกายภาพ สี รส กลิ่น วิธีการวิเคราะห์เชิงคุณภาพ ซึ่งในทางกลับกัน จะแบ่งออกเป็นเคมี กายภาพ แบบเดียวกัน และกายภาพเคมี (instrumental)นอกจากนี้ วิธีการวิเคราะห์ทางกายภาพเป็นที่นิยมในเคมีวิเคราะห์
วิธีทางเคมีดำเนินการได้สองวิธี: ปฏิกิริยาในสารละลายและปฏิกิริยาแบบแห้ง
ปฏิกิริยาทางเปียก
ปฏิกิริยาในการแก้ปัญหามีเงื่อนไขบางประการ ซึ่งต้องเป็นไปตามนั้น:
- การก่อตัวของตะกอนที่ไม่ละลายน้ำ
- เปลี่ยนสีของสารละลาย
- วิวัฒนาการของสารก๊าซ
การตกตะกอนอาจเกิดขึ้นได้ ตัวอย่างเช่น เป็นผลมาจากการทำงานร่วมกันของแบเรียมคลอไรด์ (BaCl2) และกรดซัลฟิวริก (H2SO4) ผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยาคือกรดไฮโดรคลอริก (HCl) และตะกอนสีขาวที่ไม่ละลายน้ำ - แบเรียมซัลเฟต (BaSO4) จากนั้นเงื่อนไขที่จำเป็นสำหรับการเกิดปฏิกิริยาเคมีจะสำเร็จ บางครั้งผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยาอาจเป็นสารสองสามตัวซึ่งต้องแยกจากการกรอง
การเปลี่ยนสีของสารละลายอันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาเคมีเป็นคุณลักษณะที่สำคัญมากของการวิเคราะห์ สิ่งนี้มักพบเห็นได้บ่อยเมื่อทำงานกับกระบวนการรีดอกซ์หรือเมื่อใช้ตัวบ่งชี้ในกระบวนการไทเทรตกรด-เบส สารที่สามารถแต่งสีสารละลายด้วยสีที่เหมาะสม ได้แก่ โพแทสเซียมไธโอไซยาเนต KSCN (ปฏิกิริยากับเกลือของธาตุเหล็ก III จะมาพร้อมกับสารละลายสีแดงเลือด) เฟอร์ริกคลอไรด์ (เมื่อทำปฏิกิริยากับน้ำคลอรีน สีเขียวอ่อนของ สารละลายเปลี่ยนเป็นสีเหลือง), โพแทสเซียม ไดโครเมต (เมื่อลดลงและอยู่ภายใต้การกระทำของกรดซัลฟิวริกจะเปลี่ยนจากสีส้มเป็นสีเขียวเข้ม) และอื่นๆ
ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นกับการปล่อยก๊าซนั้นไม่ใช่สิ่งพื้นฐานและถูกนำมาใช้ในบางกรณีซึ่งเกิดขึ้นไม่บ่อยนัก คาร์บอนไดออกไซด์ที่ผลิตได้บ่อยที่สุดในห้องปฏิบัติการคือ CO2
ปฏิกิริยาแห้ง
ปฏิกิริยาดังกล่าวดำเนินการเพื่อกำหนดเนื้อหาของสิ่งเจือปนในสารที่วิเคราะห์ ในการศึกษาแร่ธาตุ และประกอบด้วยหลายขั้นตอน:
- ทดสอบความหลอมเหลว
- ทดสอบสีเปลวไฟ
- ทดสอบความผันผวน
- ความสามารถในการทำปฏิกิริยารีดอกซ์
ปกติแล้ว สารแร่จะได้รับการทดสอบความสามารถในการหลอมละลายโดยอุ่นตัวอย่างตัวอย่างเล็กๆ เหนือเตาแก๊สและสังเกตความโค้งมนของขอบภายใต้แว่นขยาย
เพื่อตรวจสอบว่าตัวอย่างสามารถระบายสีเปลวไฟได้อย่างไร ให้ใช้ลวดแพลตตินั่มที่ฐานของเปลวไฟก่อน จากนั้นจึงนำไปวางในที่ร้อนที่สุด
ความแปรปรวนของตัวอย่างจะถูกตรวจสอบในกระบอกทดสอบ ซึ่งจะถูกทำให้ร้อนหลังจากการแนะนำองค์ประกอบทดสอบ
ปฏิกิริยาของกระบวนการรีดอกซ์มักเกิดขึ้นในลูกบอลแห้งของบอแรกซ์ผสม ซึ่งวางตัวอย่างแล้วนำไปให้ความร้อน มีวิธีอื่นในการดำเนินการปฏิกิริยานี้: การให้ความร้อนในหลอดแก้วที่มีโลหะอัลคาไล - Na, K, การให้ความร้อนอย่างง่ายหรือการให้ความร้อนด้วยถ่าน เป็นต้น
การใช้ตัวชี้วัดทางเคมี
บางครั้งวิธีวิเคราะห์ทางเคมีก็ใช้ต่างกันตัวชี้วัดที่ช่วยกำหนด pH ของตัวกลางของสาร ที่ใช้บ่อยที่สุดคือ:
- สารสีน้ำเงิน. ในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรด กระดาษลิตมัสบ่งชี้จะเปลี่ยนเป็นสีแดง และในสภาพแวดล้อมที่เป็นด่างจะเปลี่ยนเป็นสีน้ำเงิน
- เมทิลออเรนจ์. เมื่อสัมผัสกับกรดที่เป็นกรด จะกลายเป็นสีชมพู ด่าง - เปลี่ยนเป็นสีเหลือง
- ฟีนอฟทาลีน. ในสภาพแวดล้อมที่เป็นด่าง จะเป็นลักษณะของสีแดง และในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรด จะไม่มีสี
- เคอร์คูมิน. มีการใช้งานน้อยกว่าตัวชี้วัดอื่นๆ เปลี่ยนเป็นสีน้ำตาลด้วยด่างและเหลืองด้วยกรด
วิธีการวิเคราะห์เชิงคุณภาพทางกายภาพ
ปัจจุบันมักใช้ในการวิจัยทางอุตสาหกรรมและห้องปฏิบัติการ ตัวอย่างวิธีการวิเคราะห์ทางกายภาพ ได้แก่
- Spectral ซึ่งได้กล่าวไปแล้วข้างต้น ในทางกลับกันจะแบ่งออกเป็นวิธีการปล่อยและการดูดซึม อะตอมและโมเลกุลสเปกโทรสโกปีขึ้นอยู่กับสัญญาณการวิเคราะห์ของอนุภาค ในระหว่างการปลดปล่อย ตัวอย่างจะปล่อยควอนตัม และในระหว่างการดูดกลืน โฟตอนที่ปล่อยออกมาจากตัวอย่างจะถูกดูดกลืนโดยอนุภาคขนาดเล็ก - อะตอมและโมเลกุล วิธีการทางเคมีนี้ใช้รังสีชนิดต่างๆ เช่น อัลตราไวโอเลต (UV) ที่มีความยาวคลื่น 200-400 นาโนเมตร มองเห็นได้ด้วยความยาวคลื่น 400-800 นาโนเมตร และอินฟราเรด (IR) ที่มีความยาวคลื่น 800-40000 นาโนเมตร พื้นที่รังสีดังกล่าวเรียกว่า "ช่วงแสง"
- วิธีเรืองแสง (ฟลูออเรสเซนต์) ประกอบด้วยการสังเกตการเปล่งแสงของสารภายใต้การศึกษาเนื่องจากการสัมผัสกับรังสีอัลตราไวโอเลต ตัวอย่างทดสอบอาจเป็นสารประกอบอินทรีย์หรือแร่ธาตุ รวมทั้งยาบางชนิด เมื่อสัมผัสกับรังสียูวี อะตอมของสารนี้จะเข้าสู่สภาวะตื่นเต้น โดยมีการสำรองพลังงานที่น่าประทับใจ ในระหว่างการเปลี่ยนไปสู่สภาวะปกติ สารจะเรืองแสงขึ้นเนื่องจากปริมาณพลังงานที่เหลือ
- การวิเคราะห์การเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์จะดำเนินการโดยใช้รังสีเอกซ์ ใช้เพื่อกำหนดขนาดของอะตอมและตำแหน่งที่สัมพันธ์กับโมเลกุลตัวอย่างอื่นๆ ดังนั้นจะพบผลึกขัดแตะ องค์ประกอบของตัวอย่าง และการมีอยู่ของสิ่งเจือปนในบางกรณี วิธีนี้ใช้สารวิเคราะห์เพียงเล็กน้อยโดยไม่เกิดปฏิกิริยาเคมี
- วิธีแมสสเปกโตรเมทริก บางครั้งมันเกิดขึ้นที่สนามแม่เหล็กไฟฟ้าไม่อนุญาตให้อนุภาคไอออไนซ์บางชนิดผ่านไปได้เนื่องจากความแตกต่างของอัตราส่วนมวลและประจุต่างกันมากเกินไป ต้องใช้วิธีการวิเคราะห์ทางกายภาพเพื่อระบุค่าเหล่านี้
ดังนั้น วิธีการเหล่านี้จึงมีความต้องการสูง เมื่อเทียบกับวิธีการทางเคมีทั่วไป เพราะมีข้อดีหลายประการ อย่างไรก็ตาม การผสมผสานวิธีการวิเคราะห์ทางเคมีและกายภาพในเคมีวิเคราะห์ช่วยให้ได้ผลการศึกษาที่ดีและแม่นยำยิ่งขึ้น
วิธีการวิเคราะห์เชิงคุณภาพทางเคมีและฟิสิกส์
หมวดหมู่เหล่านี้รวมถึง:
- วิธีเคมีไฟฟ้าที่ประกอบในการวัดแรงเคลื่อนไฟฟ้าของเซลล์กัลวานิก (โพเทนชิโอเมทรี) และค่าการนำไฟฟ้าของสารละลาย (การนำไฟฟ้า) ตลอดจนในการศึกษาการเคลื่อนที่และส่วนที่เหลือของกระบวนการทางเคมี (โพลาโรกราฟี)
- การวิเคราะห์สเปกตรัมการปล่อยซึ่งมีสาระสำคัญคือการกำหนดความเข้มของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าในระดับความถี่
- วิธีโฟโตเมตริก
- การวิเคราะห์สเปกตรัมด้วยรังสีเอกซ์ ซึ่งจะตรวจสอบสเปกตรัมของรังสีเอกซ์ที่ผ่านตัวอย่างมา
- วิธีการวัดกัมมันตภาพรังสี
- วิธีโครมาโตกราฟีขึ้นอยู่กับปฏิกิริยาซ้ำๆ ของการดูดซับและการแยกตัวของสารเมื่อมันเคลื่อนที่ไปตามตัวดูดซับที่ไม่สามารถเคลื่อนที่ได้
คุณควรรู้ว่าโดยพื้นฐานแล้ววิธีการวิเคราะห์ทางเคมีและกายภาพในวิชาเคมีนั้นถูกรวมเข้าเป็นหนึ่งกลุ่ม ดังนั้นเมื่อพิจารณาแยกกัน พวกเขาจึงมีสิ่งที่เหมือนกันมากมาย
วิธีแยกสารทางฟิสิกส์เคมี
บ่อยครั้งมากในห้องปฏิบัติการ อาจมีสถานการณ์ที่ไม่สามารถแยกสารที่ต้องการออกโดยไม่แยกสารออกจากที่อื่น ในกรณีเช่นนี้ จะใช้วิธีการแยกสาร ซึ่งรวมถึง
- การสกัด - วิธีการสกัดสารที่จำเป็นจากสารละลายหรือของผสมโดยใช้สารสกัด (ตัวทำละลายที่สอดคล้องกัน)
- โครมาโตกราฟี. วิธีนี้ไม่เพียงใช้สำหรับการวิเคราะห์เท่านั้น แต่ยังใช้สำหรับการแยกส่วนประกอบที่อยู่ในเฟสเคลื่อนที่และอยู่กับที่
- การแยกตัวด้วยการแลกเปลี่ยนไอออน ผลที่ตามมาสารที่ต้องการอาจตกตะกอน ไม่ละลายในน้ำ และจากนั้นสามารถแยกออกได้โดยการหมุนเหวี่ยงหรือการกรอง
- การแยกสารด้วยความเย็นใช้เพื่อแยกก๊าซออกจากอากาศ
- อิเล็กโทรโฟเรซิสคือการแยกสารโดยมีส่วนร่วมของสนามไฟฟ้าภายใต้อิทธิพลของอนุภาคที่ไม่ผสมกันเคลื่อนที่ในสื่อของเหลวหรือก๊าซ
ดังนั้น ผู้ช่วยห้องปฏิบัติการจึงสามารถได้รับสารที่ต้องการได้เสมอ
