Классификация инструментальных методов анализа

В настоящее время в научной и учебной литературе нет единой и законченной классификации методов инструментального анализа. Различные авторы классифицируют их по различным признакам (основаниям классификации). В учебнике Е. Н. Дороховой, Т. В. Прохоровой [26] все существующие методы аналитической химии разделены на методы:

• 1) пробоотбора;
• 2) разложения проб;
• 3) разделения компонентов;
• 4) обнаружения (идентификации) компонентов;
• 5) определения анализируемых компонентов.

При этом методы, сочетающие разделение и определение, названы гибридными.

Наиболее часто встречаются следующие классификации инструментальных методов:

• 1) по характеру возникновения аналитического сигнала;
• 2) по свойствам веществ, используемым для измерений;
• 3) в зависимости от природы обнаруживаемых или определяемых частиц (по виду объекта анализа);
• 4) по способу проведения количественного анализа.

Классификация методов инструментального анализа по характеру возникновения аналитического сигнала. В соответствии с ней различают физические, физико-химические и биологические методы анализа.

Физические методы анализа основаны на измерении физических свойств анализируемых веществ. Наиболее широко из них используют оптические, магнитные, электрические, тепловые свойства. В соответствии с этим выделяют три главные группы методов анализа:

• 1) методы, основанные на взаимодействии излучения с веществом или на измерении излучения вещества;
• 2) методы, основанные на измерении параметров электрических и магнитных свойств веществ;
• 3) методы, основанные на измерении плотности или других параметров механических или молекулярных свойств веществ.

Физико-химические методы анализа основаны на измерении какого-либо физического свойства (параметра) анализируемой системы, которое изменяется под влиянием протекающей в ней химической реакции.

Биологические методы основаны на использовании явлений, протекающих с участием живых организмов (микроорганизмов, беспозвоночных, позвоночных и растений).

Классификация инструментальных методов анализа по свойствам, используемым для измерений, следующая:

• 1) спектроскопические (основаны на взаимодействии электромагнитного излучения с веществом);
• 2) электрометрические (электрохимические) (основаны на измерении электрических параметров растворов веществ);
• 3) резонансные (основаны на использовании явления резонансного поглощения веществом электрического или магнитного поля);
• 4) радиометрические (основаны на измерении радиоактивности веществ или на использовании радиоактивных индикаторов);
• 5) термические (основаны на измерении тепловых эффектов, сопровождающих различные превращения веществ);
• 6) масс-спектрометрические (основаны на ионизации атомов и молекул определяемых веществ и последующем разделении образующихся ионов в магнитном и электрическом полях).

По этой классификации также выделяют хроматографические, ультразвуковые и др. группы методов.

Заметим, что каждая из перечисленных групп методов может быть дополнительно классифицирована по различным основаниям (признакам). Например, электрохимические (электрометрические, электроаналитические) методы анализа. К ним относятся методы исследования и анализа, основанные на использовании явлений, которые происходят на электродах, находящихся в контакте с исследуемыми растворами, а также в межэлектродном пространстве (т.е. в растворе, подвергнутом электролизу). Одна из развернутых классификаций электрохимических методов предложена авторами «Практического руководства по физико-химическим методам анализа» [40].

По этой классификации все методы подразделяются на три группы:

• 1. Методы, основанные на протекании электродной реакции (потенциометрия, кулонометрия, вольтамперометрия и др.).
• 2. Методы, не связанные с протеканием электродной реакции (кондуктометрия, диэлектрометрия и др.).
• 3. Методы, связанные с изменением структуры двойного электрического слоя (тензамметрия и др.).

Наиболее традиционной является классификация электрохимических методов по измеряемому электрическому или электрохимическому параметру. Она приведена в табл. 12 (стр. 137).

Классификация методов анализа в зависимости от природы обнаруживаемых или определяемых частиц (по виду объекта анализа). В соответствии с ней различают следующие виды анализа:

• 1) изотопный — установление наличия и содержания отдельных изотопов в данном веществе (например, определение дейтерированной воды в обычной воде);
• 2) элементный (атомно-ионный) — установление наличия и содержания отдельных элементов в данном веществе (например, определение содержания токсичных элементов в продовольственном сырье и пищевых продуктах);
• 3) структурно-групповой (функциональный) — установление наличия и содержания функциональных групп в молекулах органических соединений (например, нитрат-ионов или нитрит-ионов и др. в пищевых продуктах);
• 4) молекулярный — установление наличия и содержания молекул различных веществ (соединений) в анализируемом образце (например, определение хлорида натрия в тех продуктах, в которые соль добавляют в соответствии с рецептурой);
• 5) вещественный — установление того, в какой форме присутствует интересующий нас компонент в анализируемом объекте и каково содержание этих форм (например, в какой степени окисления присутствует мышьяк в воде);
• 6) фазовый — установление наличия и содержания отдельных фаз (включений) в неоднородном материале.

Классификация инструментальных методов по способу проведения количественного анализа. По способу проведения количественного анализа различают следующие методы:

• а) прямые;
• б) косвенные;
• в) инверсионные.

Прямой инструментальный анализ основан на том, что концентрация веществ в растворе © в известных пределах связана с некоторыми физическими свойствами (F) прямолинейной зависимостью (например, по какому-либо закону или правилу). Следовательно, измерив F, легко определить концентрацию ©. Понятно, что в большинстве случаев зависимость F от состава очень сложна, и для прямых измерений можно использовать только те участки полной диаграммы «состав-свойство», на которых состав однозначно определяет свойство.

К прямому инструментальному анализу относятся все определения, выполненные с помощью физических методов.

Косвенный инструментальный анализ включает все виды инструментального титрования.

Часто при выполнении такого титрования в результате протекания химической реакции между определяемым и рабочим веществами происходит уменьшение концентрации о.в. и соответствующее изменение измеряемой на приборе величины F, зависящей от этой концентрации. Изменение F прекра-тится только в точке эквивалентности. На кривой титрования, выражающей зависимость F от объема титранта, в точке эквивалентности будет наблюдаться излом (перегиб).

В инверсионных методах аналитическое определение происходит при изменении последовательности (инверсии) операций анализа; например, в инверсионной вольтамперометрии при инверсии направления поляризации индикаторного электрода.

Известны классификации методов анализа и по другим классификационным признакам; в частности, различают виды анализа:

• — валовый — локальный;
• — деструктивный — недеструктивный (неразрушающий);
• — контактный — дистанционный;
• — дискретный — непрерывный.