Методы химических исследований в экологии

       Оглавление

1. Введение
2. Классификация методов химического анализа
3. Качественный анализ
4. Количественный анализ
5. Заключение
6. Список литературы

       ВВЕДЕНИЕ

       Изучение и контроль состояния окружающей среды включают исследование таких природных ресурсов, как разнообразные воды, атмосферный воздух, почвы, совокупность этих систем с точки зрения определения в них загрязняющих химических веществ, нарушающих сложившееся экологическое равновесие в природе. Здесь четко просматривается химическая сущность обсуждаемой проблемы: с этой точки зрения можно говорить и о химическом мониторинге. Без химического анализа здесь не обойтись. Поэтому в экологическом мониторинге активно используют различные химические, физико-химические, физические и биологические методы анализа. Речь идет о неком глобальном химико-аналитическом исследовании с помощью различных методов аналитической химии - науки о методах анализа. Экологическая химия изучает процессы, определяющие химический состав и свойства объектов окружающей среды. Химическую экологию интересует химическое взаимодействие между живой и неживой природой. Таким образом, основой экологического мониторинга является совокупность различных химических наук, каждая из которых нуждается в результатах химического анализа, поскольку химическое загрязнение - основной фактор неблагоприятного антропогенного воздействия на природу. Целью аналитической химии становится определение концентрации загрязняющих веществ в различных природных объектах. Ими являются природные и сточные воды различного состава, донные отложения, атмосферные осадки, воздух, почвы, биологические объекты. 
 
 
 

       КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ ХИМИЧЕСКОГО  АНАЛИЗА

       Качественный анализ указывает на наличие в веществе определенных элементов, функциональных групп, а также индивидуальных химических соединений.

       Количественный анализ - определяет количество отдельных частей в веществе или отдельных веществ в каком-либо материале.

       Структурой называют порядок расположения атомов и их химические связи в молекуле вещества.Химическая система учитывает наличие химической связи между молекулами или ионами вещества.

       Для проведения химического анализа необходимо, чтобы вещество или его составные части обладали названными аналитическими свойствами, позволяющими обнаружить, измерить количество и установить структуру и системные взаимоотношения веществ.  
Аналитические свойства: цвет, запах, способность образовывать цветные соединения, осадки, газы при взаимодействии с определенными химическими реагентами.

       Химический анализ в зависимости от решаемых задач делят на: 
-качественный 
-количественный 
-структурный 
- системный

       Качественный анализ предназначен для качественного обнаружения веществ, элементов, ионов, функциональных групп; также включает в себя задачи идентификации веществ с определенным эталоном. 
Количественным анализом устанавливается количество названных элементов. 
Структурный анализ предназначен для исследования структуры веществ. 
Системный анализ используется при изучении сложных химических систем и включает исследование взаимодействий молекул и атомов различных веществ. Например, структура льда была установлена специальными физическими методами - инфракрасной и ядерномагнитнорезонансной спектроскопией.

       Вещества анализируют с помощью различных методов - химических, инструментальных, биологических.

       Химические методы основаны на использовании химических реакций. Эффект анализа наблюдается визуально. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       КАЧЕСТВЕННЫЙ  АНАЛИЗ

       Качественный анализ — совокупность химических, физико-химических и физических методов, применяемых для обнаружения элементов, радикалов и соединений, входящих в состав анализируемого вещества или смеси веществ. В качественном анализе используют легко выполнимые, характерные химические реакции, при которых наблюдается появление или исчезновение окрашивания, выделение или растворение осадка, образование газа и др. Реакции должны быть как можно более селективны и высокочувствительны. Качественный анализ в водных растворах основан на ионных реакциях и позволяет обнаружить катионы или анионы. Основоположником качественного анализа считается Р.Бойль, который ввёл представление о химических элементах как о неразлагаемых основных частях сложных веществ и систематизировал все известные в его время качественные реакции.

       Качественные реакции

       Для определения присутствия веществ, анионов, катионов используются качественные реакции. Проведя их можно подтвердить однозначно их наличие. Эти реакции широко используются при проведении качественного анализа, целью которого является определение наличия веществ или ионов в растворах или смесях. 
 
 
 
 
 

       КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ  АНАЛИЗ

       Принципы аналитических определений

       Все количественные аналитические определения основаны на функциональной зависимости аналитических свойств определяемых веществ от их структуры и концентрации, а также на эквивалентности взаимодействия веществ химических реакций.

       Можно выделить 3 основных принципа количественных определений:

• измерение физических свойств веществ или продуктов химических реакций (плотность, цвет, эл.проводимость, интенсивность физических свойств)
• измерение количества продукта химической реакции вещества с каким-либо реагентом (по массе осадка, по объему газа). Используя законы эквивалентов, по количеству продуктов реакции можно рассчитывать количество (концентрацию или массу) определяемого вещества
• измерение объема реагента-газа или раствора реактива, израсходованного на химическое взаимодействие с определенным веществом. При этом, например, реагент-раствор реактива добавляют небольшими порциями и устанавливают точку эквивалентности химической реакции. Зная концентрацию и объем реагента, по закону эквивалентов рассчитывают количество (концентрацию или массу) определяемого вещества.

       Различают химические и инструментальные методы количественного анализа. В количественном анализе проводят химическую реакцию и измеряют либо массу полученного продукта (это гравиметрический метод), либо объем реагента, израсходованного на взаимодействие с веществом (волюмометрический). 
 

       Гравиметрические методы по способу получения продукта реакции делят на:

• химико-гравиметрический - измерение массы продукта химической реакции
• электрогравиметрический - измерение массы продуктов электрохимической реакции
• термогравиметрический - измерение массы образца при термическом воздействии

       Основная операция гравиметрического анализа - взвешивание на аналитических весах.

       Волюмометрические методы в зависимости от характера вещества делят на:

• газоволюмометрические - измерение объема газа
• лепидоволюмометрические - титриметрические - измерение объема жидкого реагента, израсходованного на взаимодействие с веществом

       Растворы реактивов с точной концентрацией, которые используются в титриметрическом методе, называют титрантами, вторичными стандартами или рабочими растворами. 
Определение точки эквивалентности в титриметрическом анализе проводят титрованием, то есть постепенным добавлением титранта к раствору определяемого вещества; при этом точка эквивалентности фиксируется с помощью индикаторов химического или инструментального типа.

       Химические индикаторы изменяют свой цвет в зависимости от pH, окислительно-восстановительного потенциала, при появлении в растворе избытка реагента или исчезновении определенного вещества. Это служит сигналом о наступлении точки эквивалентности реакции и об окончании титрования.

       В качестве инструментальных индикаторов используются приборы, фиксирующие pH, оксилительно-восстановительный потенциал, электропрводимость раствора и другие свойства.