13.1: Кінетичні методи проти методів рівноваги

Last updated
Save as PDF

Page ID: 24838

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

У методі рівноваги аналітичний сигнал визначається реакцією рівноваги, яка включає аналіт, або стаціонованим процесом, який підтримує концентрацію аналіта. Коли ми визначаємо концентрацію заліза у воді шляхом вимірювання поглинання оранжево-червоного\(\text{Fe(phen)}_3^{2+}\) комплексу, сигнал залежить від концентрації\(\text{Fe(phen)}_3^{2+}\), яка, в свою чергу, визначається константою формування комплексу. При визначенні атомного поглинання полум'я Cu і Zn у зразках тканин концентрація кожного металу в полум'ї залишається постійною, оскільки кожен етап процесу розпилення зразка знаходиться в сталому стані. У кінетичному методі аналітичний сигнал визначається швидкістю реакції, яка включає аналіт, або нестаціонованим процесом. В результаті концентрація аналіта змінюється протягом часу, в якому ми контролюємо сигнал.

У багатьох випадках ми можемо вибрати для завершення аналізу, використовуючи або метод рівноваги, або кінетичний метод, змінюючи при вимірюванні аналітичного сигналу. Наприклад, один із методів визначення концентрації нітритів у підземних водах використовує двоступеневу реакцію діазотизації\(\text{NO}_2^-\), показану на малюнку Template:index [Метод 4500-NO ₂ ^— B у стандартних методах аналізу вод та стічних вод, Американська асоціація громадського здоров'я: Вашингтон, округ Колумбія, 20-е видання, 1998]. Кінцевий продукт, який представляє собою червонувато-фіолетовий азобарвник, поглинає видиме світло на довжині хвилі 543 нм. Оскільки жодна реакція на малюнку Template:index не є швидкою, поглинання, яке прямо пропорційно концентрації нітриту, вимірюється через 10 хв після додавання останнього реагенту, проміжок часу, який гарантує, що концентрація азобарвників досягає стабільного значення, необхідного для метод рівноваги.

Рисунок Template:index. Аналітична схема аналізу NO-2 в підземних водах. Червоні стрілки виділяють азот\(\text{NO}_2^-\), який стає частиною азо-барвника.

Ми можемо використовувати той самий набір реакцій як основу для кінетичного методу, якщо виміряти поглинання розчину протягом цього 10-хвилинного періоду розвитку, отримуючи інформацію про швидкість реакції. Якщо виміряна швидкість є функцією концентрації\(\text{NO}_2^-\), то можна використовувати швидкість для визначення її концентрації в пробі [Karayannis, M.I.; Piperaki, E.A.; Maniadaki, M.M. Летт. 1986, 19, 13—23].

Існує багато потенційних переваг кінетичного методу аналізу, мабуть, найважливішим з яких є здатність використовувати хімічні реакції та системи, які повільно досягають рівноваги. У цьому розділі ми розглядаємо три методи, які спираються на вимірювання, зроблені в той час як аналітична система знаходиться під кінетичним контролем: хімічні кінетичні методи, в яких ми вимірюємо швидкість хімічної реакції; радіохімічні методи, в яких ми вимірюємо розпад радіоактивного елемента; і ін'єкція потоку аналіз, при якому ми впорскуємо аналіт в безперервно протікає потік носія, де його змішується з реагентами в потоці і реагує з реагентами в потоці в умовах, керованих кінетичними процесами конвекції і дифузії.