Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

1.3: Інструменти для аналізу

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    26987

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Раннім прикладом колориметричного аналізу є метод Несслера на аміак, який був введений в 1856 році. Несслер встановив, що при додаванні лужного розчину HGi 2 і KI до розведеного розчину аміаку утворюється жовто-червонувато-коричневий колоїд, в якому колір колоїду залежав від концентрації аміаку. Крім зразка, Несслер приготував серію стандартних розчинів, кожен з яких містить відому кількість аміаку, і помістив кожен в скляну трубку з плоским дном. Дозволяючи сонячному світлу проходити крізь трубки знизу вгору, Несслер спостерігав за ними зверху, як показано на малюнку\(\PageIndex{1}\). Візуально зіставивши колір зразка з квітами стандартів, Несслер зміг оцінити концентрацію аміаку в зразку.

    Метод Несслера для аналізу аміаку.
    Малюнок\(\PageIndex{1}\). Оригінальний метод Несслера для порівняння кольору двох рішень. Природне сонячне світло проходить вгору через зразки та стандарти, і аналітик розглядає рішення, дивлячись вниз до джерела світла. Вид зверху, показаний праворуч, - це те, що бачить аналітик. Щоб оцінити концентрацію аналітика, аналітик обмінюється стандартами до тих пір, поки колір зразка не впаде між кольором двох стандартів.

    Метод Несслера перетворює хімічні та/або фізичні властивості зразка - колір, який утворюється, коли NH 3 реагує з HGi 2 та Ki - у сигнал, який ми можемо виявити, обробити та повідомити як відносну міру кількості NH 3 у зразку. Хоча ми можемо не думати про трубку Несслера як про інструмент, процес зондування зразка таким чином, що перетворює його хімічні або фізичні властивості у форму інформації, про яку ми можемо повідомити, є сутністю будь-якого інструменту.

    Основні компоненти приладу включають зонд, який взаємодіє зі зразком, вхідний перетворювач, який перетворює хімічні та/або фізичні властивості зразка в електричний сигнал, сигнальний процесор, який перетворює електричний сигнал у форму, яку вихідний перетворювач може перетворити в числовий або візуальний вихід, який ми можемо зрозуміти. Ми можемо уявити це як послідовність дій, які відбуваються всередині інструменту.

    \[\text{probe} \rightarrow \text{sample} \rightarrow \text{input transducer} \rightarrow \text{raw data} \rightarrow \text{signal processor} \rightarrow \text{output transducer} \nonumber \]

    і як загальний потік інформації

    \[\text{chemical and/or physical information} \rightarrow \text{electrical information} \rightarrow \text{numerical or visual response} \nonumber \]

    У методі Несслера зонд - сонячне світло, око аналітика - вхідний перетворювач, сирі дані - це реакція зорового нерва ока на ослаблення світла, процесор сигналу - мозок, а вихід - візуальний звіт кольору зразка щодо стандартів.

    \[\text{sunlight} \rightarrow \text{sample} \rightarrow \text{eye} \rightarrow \text{response of optic never} \rightarrow \text{brain} \rightarrow \text{visual report of color} \nonumber \]

    Способи кодування інформації

    Як було запропоновано вище, інформація кодується двома широкими способами: як електрична інформація (наприклад, струми та потенціали) та як інформація в інших, неелектричних формах (таких як хімічні та фізичні властивості).

    Неелектрична інформація

    Метод Несслера починається і закінчується неелектричними формами інформації: зразок має колір, і ми використовуємо цей колір, щоб повідомити, що концентрація NH 3 в нашому зразку перевищує 0,50 мг/л і менше 1,00 мг/л Інші неелектричні способи кодування інформації - це спостереження, що a осад утворюється, коли ми додаємо Ag + до розчину NaCl, шкали балансу променя, яку мій лікар використовує для вимірювання моєї ваги, відсоток світла, який проходить через зразок, і об'єм і молі Cu (NO 3) 2 в градуйованому циліндрі.

    Електрична інформація

    Хоча шкала балансу мого лікаря кодує мою масу положенням двох рухомих ваг уздовж сигнальної руки - рішуче неелектричного засобу кодування інформації - електронний аналітичний баланс, який зустрічається майже у всіх хімічних лабораторіях, кодує масу у вигляді електричної інформації (рис. \(\PageIndex{1}\)). Електромагніт левітує піддон зразка над постійним циліндричним магнітом. Коли ми поміщаємо предмет на піддон для зразків, він зміщує піддон зразка вниз на силу, рівну добутку маси зразка і його прискорення за рахунок сили тяжіння. Баланс виявляє це рух вниз і генерує силу врівноваження шляхом збільшення струму до електромагніту. Струм, необхідний для повернення балансу в початкове положення, пропорційний масі об'єкта.

    Приклад електричного балансу.
    Малюнок\(\PageIndex{1}\): На фото зображені типові електронні ваги, здатні визначати масу з точністю до ± 0,1 мг. Наклейка всередині вітрового щита балансу - це його щорічна сертифікація калібрування. Огляд інших видів електронних ваг див. Schoonover, R.M. Anal. Хім. 1982, 54, 973А-980А.

    Хоча ми схильні використовувати взаємозамінні терміни «вага» і «маса», між ними існує важлива відмінність. Маса - абсолютна кількість речовини в об'єкті, вимірюється в грамах. Вага, W, - це міра сили тяжіння, г, що діє на цю масу, м:

    \[W = m \times g \nonumber \]

    Об'єкт має фіксовану масу, але його вага залежить від прискорення за рахунок сили тяжіння, яке тонко змінюється від місця до місця.

    Баланс вимірює вагу об'єкта, а не його масу. Оскільки вага і маса пропорційні один одному, ми можемо відкалібрувати баланс, використовуючи стандартну вагу, маса якої простежується до стандартного прототипу для кілограма. Правильно відкалібрований баланс дає точне значення маси об'єкта.

    Електрична інформація надходить у трьох областях: аналогова, часова та цифрова. У аналоговій області сигнал показує амплітуду електричного сигналу - скажімо, струм або потенціал - як функцію незалежної змінної, яка може бути довжиною хвилі під час запису спектра, прикладений потенціал в експерименті циклічної вольтамметрії або час при розділенні суміші газовою хроматографією. Сигнал часової області показує частоту, з якою електричний сигнал піднімається вище або нижче порогового значення, як при підрахунку швидкості, з якою іонізуюче випромінювання, таке як альфа- або бета-частинки, виявляються лічильником Гейгера. Нарешті, у цифровій області сигнал - це підрахунок дискретних подій, таких як підрахунок кількості крапель, що видаються автотитратором, дозволяючи краплям порушити промінь світла.

    Вхідні перетворювачі, детектори та датчики

    Як визначено вище, перетворювач - це пристрій, який перетворює інформацію з неелектричної форми в електричну форму (вхідний перетворювач) або з електричної форми в неелектричну форму (вихідний перетворювач). Детектор - це набагато ширший термін, який включає всі аспекти приладу від вхідного перетворювача до вихідного перетворювача; таким чином, видимий спектрометр - це детектор, який використовує вхідний перетворювач для перетворення загасання випромінювання джерела в повідомлене поглинання. Датчик - це детектор, призначений для спостереження за певним аналітом, таким як pH-електрод.

    Вихідні перетворювачі та пристрої зчитування

    Вихідний перетворювач приладу перетворює інформацію, перенесену в електричній формі, в неелектричну форму, яку ми можемо зрозуміти. Поширеними прикладами вихідних перетворювачів або пристроїв зчитування є простий вимірювач, цифровий дисплей, фізичний слід сигналу як функція залежної змінної, такої як спектр або хроматограма, або фотографічна табличка.

    Комп'ютери та інструменти

    Багато приладів включають комп'ютер, який надає нам можливість керувати приладом і, можливо, більшого значення, обробляти дані як шляхом зміни електричного сигналу при переході від вхідного перетворювача до вихідного перетворювача, так і шляхом надання інструментів для обробки даних після нього. залишає вихідний перетворювач.