भौतिक-रासायनिक अनुसंधान विश्लेषणात्मक रसायन विज्ञान की एक शाखा के रूप में मानव जीवन के हर क्षेत्र में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। वे आपको नमूने की संरचना में घटकों के मात्रात्मक घटक का निर्धारण करके रुचि के पदार्थ के गुणों का अध्ययन करने की अनुमति देते हैं।
पदार्थ अनुसंधान
वैज्ञानिक अनुसंधान किसी वस्तु या घटना का ज्ञान है ताकि अवधारणाओं और ज्ञान की एक प्रणाली प्राप्त की जा सके। क्रिया के सिद्धांत के अनुसार, उपयोग की जाने वाली विधियों में वर्गीकृत किया गया है:
- अनुभवजन्य;
- संगठनात्मक;
- व्याख्यात्मक;
- गुणात्मक और मात्रात्मक विश्लेषण के तरीके।
अनुभवजन्य अनुसंधान विधियां बाहरी अभिव्यक्तियों की ओर से अध्ययन के तहत वस्तु को दर्शाती हैं और इसमें अवलोकन, माप, प्रयोग, तुलना शामिल हैं। अनुभवजन्य अध्ययन विश्वसनीय तथ्यों पर आधारित है और इसमें विश्लेषण के लिए कृत्रिम परिस्थितियों का निर्माण शामिल नहीं है।
संगठनात्मक तरीके - तुलनात्मक, अनुदैर्ध्य, जटिल। पहले का तात्पर्य अलग-अलग समय पर और अलग-अलग परिस्थितियों में प्राप्त वस्तु की अवस्थाओं की तुलना से है। अनुदैर्ध्य - वस्तु का अवलोकनलंबे समय तक अनुसंधान। परिसर अनुदैर्ध्य और तुलनात्मक विधियों का एक संयोजन है।
व्याख्या के तरीके - आनुवंशिक और संरचनात्मक। आनुवंशिक रूप में किसी वस्तु के घटित होने के क्षण से उसके विकास का अध्ययन शामिल है। संरचनात्मक विधि किसी वस्तु की संरचना का अध्ययन और वर्णन करती है।
विश्लेषणात्मक रसायन विज्ञान गुणात्मक और मात्रात्मक विश्लेषण के तरीकों से संबंधित है। रासायनिक अध्ययन का उद्देश्य अध्ययन की वस्तु की संरचना का निर्धारण करना है।
मात्रात्मक विश्लेषण के तरीके
विश्लेषणात्मक रसायन विज्ञान में मात्रात्मक विश्लेषण की सहायता से रासायनिक यौगिकों की संरचना निर्धारित की जाती है। उपयोग की जाने वाली लगभग सभी विधियाँ किसी पदार्थ के रासायनिक और भौतिक गुणों की उसकी संरचना पर निर्भरता के अध्ययन पर आधारित हैं।
मात्रात्मक विश्लेषण सामान्य, पूर्ण और आंशिक है। सामान्य अध्ययन के तहत वस्तु में सभी ज्ञात पदार्थों की मात्रा निर्धारित करता है, भले ही वे संरचना में मौजूद हों या नहीं। नमूने में निहित पदार्थों की मात्रात्मक संरचना का पता लगाकर एक पूर्ण विश्लेषण की पहचान की जाती है। आंशिक विकल्प इस रासायनिक अध्ययन में रुचि के केवल घटकों की सामग्री को परिभाषित करता है।
विश्लेषण की विधि के आधार पर, विधियों के तीन समूह हैं: रासायनिक, भौतिक और भौतिक-रासायनिक। ये सभी पदार्थ के भौतिक या रासायनिक गुणों में परिवर्तन पर आधारित हैं।
रासायनिक अनुसंधान
इस विधि का उद्देश्य विभिन्न मात्रात्मक रूप से होने वाले रसायनों में पदार्थों का निर्धारण करना हैप्रतिक्रियाएं। उत्तरार्द्ध में बाहरी अभिव्यक्तियाँ हैं (मलिनकिरण, गैस की रिहाई, गर्मी, तलछट)। आधुनिक समाज के जीवन की कई शाखाओं में इस पद्धति का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। रासायनिक अनुसंधान प्रयोगशाला फार्मास्यूटिकल, पेट्रोकेमिकल, निर्माण और कई अन्य उद्योगों में जरूरी है।
रासायनिक शोध तीन प्रकार के होते हैं। ग्रेविमेट्री, या वजन विश्लेषण, नमूने में परीक्षण पदार्थ की मात्रात्मक विशेषताओं में परिवर्तन पर आधारित है। यह विकल्प सरल है और सटीक परिणाम देता है, लेकिन इसमें समय लगता है। इस प्रकार की रासायनिक अनुसंधान विधियों से आवश्यक पदार्थ को अवक्षेप या गैस के रूप में कुल संघटन से अलग किया जाता है। फिर इसे एक ठोस अघुलनशील चरण में लाया जाता है, फ़िल्टर किया जाता है, धोया जाता है, सुखाया जाता है। इन प्रक्रियाओं के बाद, घटक का वजन किया जाता है।
टिट्रीमेट्री एक वॉल्यूमेट्रिक विश्लेषण है। रसायनों का अध्ययन एक अभिकर्मक की मात्रा को मापने के द्वारा होता है जो अध्ययन के तहत पदार्थ के साथ प्रतिक्रिया करता है। इसकी सघनता पहले से ही जानी जाती है। तुल्यता बिंदु पर पहुंचने पर अभिकर्मक की मात्रा को मापा जाता है। गैस विश्लेषण में, जारी या अवशोषित गैस की मात्रा निर्धारित की जाती है।
इसके अलावा, अक्सर रासायनिक मॉडल अनुसंधान का उपयोग किया जाता है। यानी अध्ययन के तहत वस्तु का एक एनालॉग बनाया जाता है, जो अध्ययन के लिए अधिक सुविधाजनक होता है।
शारीरिक अनुसंधान
उचित प्रतिक्रियाओं पर आधारित रासायनिक अनुसंधान के विपरीत, विश्लेषण की भौतिक विधियाँ पदार्थों के समान गुणों पर आधारित होती हैं। उनके लिएबाहर ले जाने के लिए विशेष उपकरणों की आवश्यकता होती है। विधि का सार विकिरण की क्रिया के कारण किसी पदार्थ की विशेषताओं में परिवर्तन को मापना है। शारीरिक परीक्षण की मुख्य विधियाँ रेफ्रेक्टोमेट्री, पोलारिमेट्री, फ्लोरीमेट्री हैं।
रेफ्रेक्टोमेट्री एक रेफ्रेक्टोमीटर का उपयोग करके की जाती है। एक माध्यम से दूसरे माध्यम में जाने वाले प्रकाश के अपवर्तन के अध्ययन के लिए विधि का सार कम हो गया है। इस मामले में कोण बदलना मध्यम घटकों के गुणों पर निर्भर करता है। इसलिए, माध्यम की संरचना और उसकी संरचना की पहचान करना संभव हो जाता है।
पोलरिमेट्री एक ऑप्टिकल शोध पद्धति है जो रैखिक रूप से ध्रुवीकृत प्रकाश के दोलन के तल को घुमाने के लिए कुछ पदार्थों की क्षमता का उपयोग करती है।
फ्लोरिमेट्री के लिए लेजर और मरकरी लैंप का उपयोग किया जाता है, जो मोनोक्रोमैटिक रेडिएशन बनाते हैं। कुछ पदार्थ प्रतिदीप्ति में सक्षम होते हैं (अवशोषित विकिरण को अवशोषित और छोड़ देते हैं)। प्रतिदीप्ति की तीव्रता के आधार पर पदार्थ के मात्रात्मक निर्धारण के बारे में निष्कर्ष निकाला जाता है।
भौतिक और रासायनिक अनुसंधान
भौतिक-रासायनिक अनुसंधान विधियां विभिन्न रासायनिक प्रतिक्रियाओं के प्रभाव में किसी पदार्थ के भौतिक गुणों में परिवर्तन दर्ज करती हैं। वे इसकी रासायनिक संरचना पर अध्ययन के तहत वस्तु की भौतिक विशेषताओं की प्रत्यक्ष निर्भरता पर आधारित हैं। इन विधियों में कुछ माप उपकरणों के उपयोग की आवश्यकता होती है। एक नियम के रूप में, तापीय चालकता, विद्युत चालकता, प्रकाश अवशोषण, क्वथनांक और गलनांक के लिए अवलोकन किया जाता है।
पदार्थ का भौतिक-रासायनिक अध्ययनउनकी उच्च सटीकता और परिणाम प्राप्त करने की गति के कारण व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। आधुनिक दुनिया में, आईटी प्रौद्योगिकियों के विकास के कारण, रासायनिक विधियों को लागू करना मुश्किल हो गया है। खाद्य उद्योग, कृषि, फोरेंसिक में भौतिक-रासायनिक विधियों का उपयोग किया जाता है।
भौतिक और रासायनिक विधियों और रासायनिक विधियों के बीच मुख्य अंतर यह है कि प्रतिक्रिया का अंत (समतुल्यता बिंदु) मापने वाले उपकरणों का उपयोग करके पाया जाता है, न कि दृष्टि से।
भौतिक और रासायनिक अनुसंधान के मुख्य तरीकों को वर्णक्रमीय, विद्युत रासायनिक, थर्मल और क्रोमैटोग्राफिक तरीके माना जाता है।
पदार्थ विश्लेषण के वर्णक्रमीय तरीके
विश्लेषण के वर्णक्रमीय तरीकों का आधार विद्युत चुम्बकीय विकिरण के साथ किसी वस्तु की बातचीत है। उत्तरार्द्ध के अवशोषण, प्रतिबिंब और प्रकीर्णन का अध्ययन किया जाता है। विधि का दूसरा नाम ऑप्टिकल है। यह गुणात्मक और मात्रात्मक अनुसंधान का एक संयोजन है। वर्णक्रमीय विश्लेषण आपको किसी पदार्थ की रासायनिक संरचना, घटकों की संरचना, चुंबकीय क्षेत्र और अन्य विशेषताओं का मूल्यांकन करने की अनुमति देता है।
विधि का सार गुंजयमान आवृत्तियों को निर्धारित करना है जिस पर पदार्थ प्रकाश पर प्रतिक्रिया करता है। वे प्रत्येक घटक के लिए कड़ाई से व्यक्तिगत हैं। एक स्पेक्ट्रोस्कोप के साथ, आप स्पेक्ट्रम पर रेखाएं देख सकते हैं और किसी पदार्थ के घटकों को निर्धारित कर सकते हैं। वर्णक्रमीय रेखाओं की तीव्रता मात्रात्मक विशेषता का अंदाजा देती है। वर्णक्रमीय विधियों का वर्गीकरण स्पेक्ट्रम के प्रकार और अध्ययन के उद्देश्य पर आधारित है।
उत्सर्जन विधिआपको उत्सर्जन स्पेक्ट्रा का अध्ययन करने की अनुमति देता है और पदार्थ की संरचना के बारे में जानकारी देता है। डेटा प्राप्त करने के लिए, इसे इलेक्ट्रिक आर्क डिस्चार्ज के अधीन किया जाता है। इस विधि का एक रूपांतर ज्वाला प्रकाशमिति है। अवशोषण स्पेक्ट्रा का अध्ययन अवशोषण विधि द्वारा किया जाता है। उपरोक्त विकल्प पदार्थ के गुणात्मक विश्लेषण को संदर्भित करते हैं।
मात्रात्मक वर्णक्रमीय विश्लेषण अध्ययन के तहत वस्तु की वर्णक्रमीय रेखा की तीव्रता और ज्ञात एकाग्रता के पदार्थ की तुलना करता है। इन विधियों में परमाणु अवशोषण, परमाणु प्रतिदीप्ति और ल्यूमिनेसेंस विश्लेषण, टर्बिडीमेट्री, नेफेलोमेट्री शामिल हैं।
पदार्थों के विद्युत रासायनिक विश्लेषण के मूल सिद्धांत
इलेक्ट्रोकेमिकल विश्लेषण किसी पदार्थ का अध्ययन करने के लिए इलेक्ट्रोलिसिस का उपयोग करता है। इलेक्ट्रोड पर एक जलीय घोल में प्रतिक्रियाएं की जाती हैं। उपलब्ध विशेषताओं में से एक को मापा जाना है। अध्ययन एक इलेक्ट्रोकेमिकल सेल में किया जाता है। यह एक बर्तन है जिसमें इलेक्ट्रोलाइट्स (आयनिक चालकता वाले पदार्थ), इलेक्ट्रोड (इलेक्ट्रॉनिक चालकता वाले पदार्थ) रखे जाते हैं। इलेक्ट्रोड और इलेक्ट्रोलाइट एक दूसरे के साथ बातचीत करते हैं। ऐसे में करंट की आपूर्ति बाहर से की जाती है।
विद्युत रासायनिक विधियों का वर्गीकरण
भौतिक और रासायनिक अध्ययन आधारित परिघटनाओं के आधार पर विद्युत-रासायनिक विधियों का वर्गीकरण कीजिए। ये बाहरी क्षमता के साथ और बिना विधियां हैं।
Conductometry एक विश्लेषणात्मक विधि है और विद्युत चालकता को मापता है G. कंडक्टोमेट्रिक विश्लेषण आमतौर पर प्रत्यावर्ती धारा का उपयोग करता है। कंडक्टोमेट्रिक अनुमापन - अधिकसामान्य अनुसंधान विधि। यह विधि पानी के रासायनिक अध्ययन के लिए उपयोग किए जाने वाले पोर्टेबल कंडक्टोमीटर के निर्माण का आधार है।
पोटेंशियोमेट्री करते समय, एक प्रतिवर्ती गैल्वेनिक सेल का EMF मापा जाता है। कूलोमेट्री विधि इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान खपत बिजली की मात्रा निर्धारित करती है। वोल्टामेट्री, लागू विभव पर धारा के परिमाण की निर्भरता की जाँच करती है।
पदार्थ विश्लेषण के थर्मल तरीके
थर्मल विश्लेषण का उद्देश्य तापमान के प्रभाव में किसी पदार्थ के भौतिक गुणों में परिवर्तन का निर्धारण करना है। इन परीक्षण विधियों को थोड़े समय के भीतर और अध्ययन किए गए नमूने की एक छोटी राशि के साथ किया जाता है।
थर्मोग्रैविमेट्री थर्मल विश्लेषण के तरीकों में से एक है, जो तापमान के प्रभाव में किसी वस्तु के द्रव्यमान में परिवर्तन के पंजीकरण के लिए जिम्मेदार है। इस विधि को सबसे सटीक में से एक माना जाता है।
इसके अलावा, तापीय अनुसंधान विधियों में कैलोरीमेट्री शामिल है, जो ऊष्मा क्षमता के अध्ययन के आधार पर किसी पदार्थ की ऊष्मा क्षमता, एन्थैल्पीमेट्री को निर्धारित करती है। इसके अलावा उनमें से डिलेटोमेट्री को जिम्मेदार ठहराया जाना चाहिए, जो तापमान के प्रभाव में नमूने की मात्रा में परिवर्तन को पकड़ लेता है।
पदार्थों के विश्लेषण के लिए क्रोमैटोग्राफिक तरीके
क्रोमैटोग्राफी विधि पदार्थों को अलग करने का एक तरीका है। क्रोमैटोग्राफी कई प्रकार की होती है, जिनमें मुख्य हैं: गैस, वितरण, रेडॉक्स, वर्षा, आयन एक्सचेंज।
परीक्षण के नमूने में घटकों को गतिमान और स्थिर के बीच अलग किया जाता हैचरण पहले मामले में, हम तरल पदार्थ या गैसों के बारे में बात कर रहे हैं। स्थिर चरण एक शर्बत है - एक ठोस। नमूना घटक स्थिर चरण के साथ मोबाइल चरण में चलते हैं। अंतिम चरण के माध्यम से घटकों के पारित होने की गति और समय से, उनके भौतिक गुणों का न्याय किया जाता है।
भौतिक और रासायनिक अनुसंधान विधियों का अनुप्रयोग
भौतिक और रासायनिक विधियों का सबसे महत्वपूर्ण क्षेत्र स्वच्छता-रासायनिक और फोरेंसिक-रासायनिक अनुसंधान है। उनके कुछ मतभेद हैं। पहले मामले में, किए गए विश्लेषण का मूल्यांकन करने के लिए स्वीकृत स्वच्छ मानकों का उपयोग किया जाता है। वे मंत्रालयों द्वारा निर्धारित किए जाते हैं। महामारी विज्ञान सेवा द्वारा स्थापित प्रक्रिया के अनुसार स्वच्छता-रासायनिक अनुसंधान किया जाता है। प्रक्रिया पर्यावरणीय मॉडल का उपयोग करती है जो खाद्य उत्पादों के गुणों की नकल करते हैं। वे नमूने की परिचालन स्थितियों को भी पुन: पेश करते हैं।
फोरेंसिक रासायनिक अनुसंधान का उद्देश्य मानव शरीर, खाद्य उत्पादों, दवाओं में मादक, शक्तिशाली पदार्थों और जहरों का मात्रात्मक पता लगाना है। परीक्षा अदालत के आदेश के अनुसार की जाती है।
