10.6. Методы качественного и количественного анализа

Определение характеристик атомных и молекулярных частиц (их структуры и состава) в аналитической химии называют качественным анализом, а измерение их относительного содержания – количественным анализом. Новые методы качественного и количественного анализа основываются на последних достижениях различных областей естествознания и в первую очередь физики. Методы аналитической химии широко применяются во многих отраслях: в химии, медицине, сельском хозяйстве, геологии, экологии и т. п.

Для анализа и идентификации структуры сложных молекул, объединяющих большое количество атомов с различными взаимными связями, широко применяются основанные на физических принципах экспериментальные методы ядерного, магнитного резонанса, оптической спектроскопии, масс-спектроскопии, рентгеноструктурного анализа, нейтронографии и др.

Метод ядерного магнитного резонанса основан на анализе резонансного поглощения электромагнитных волн. Данный метод – один из важнейших в различных областях естествознания и особенно в химии.

Оптическая спектроскопия позволяет анализировать спектр излучения вещества, находящегося в различных агрегатных состояниях: твердом, жидком и газообразном. Спектральный анализ – физический метод качественного и количественного определения состава вещества по его оптическому спектру излучения.

В масс-спектроскопии исследуемое вещество вначале превращается в газовую фазу, затем газ ионизируется и ионы ускоряются электрическим полем до заданной кинетической энергии. Масса частиц может быть определена двумя способами: измерением радиуса кривизны траектории иона и измерением времени пролета им заданного расстояния. Масс-спектроскопия широко применяется для анализа химических элементов, определения изотопного состава и строения молекул в таких областях, как производство интегральных схем, металлургия, ядерная, нефтяная и фармацевтическая промышленность. Сочетание хроматографа с масс-спектрометром – лучший аналитический прибор для работы со сложными смесями, позволяющий решать разнообразные задачи химии, экологии, криминалистики и других наук.

Современные электрохимические методы в сочетании с высокочувствительной аппаратурой открывают новые возможности для исследования структуры и функций живой клетки: с помощью электродов, площадь которых составляет всего лишь несколько микрометров, можно регистрировать процессы, происходящие внутри клетки.

Один из наиболее распространенных методов исследования молекулярных структур – рентгеноструктурный анализ, основанный на явлении дифракции. Рентгеноструктурный анализ дополняет нейтронография; для неё необходимы потоки нейтронов, которые формируются с применением радиоактивных изотопов, что несколько ограничивает применение данного метода. Отличительная особенность нейтронографии – высокая точность определения относительного расстояния между атомами. Она успешно применяется при определении структур сверхполупроводников, рибосом и других сложных молекулярных образований.