वर्तमान में ऐसे कई विशेषज्ञ हैं जिन्होंने खुद को भौतिक या रासायनिक विज्ञान के लिए समर्पित किया है, और कभी-कभी दोनों। वास्तव में, अधिकांश घटनाओं को ऐसे प्रयोगों के माध्यम से तार्किक रूप से ठीक-ठीक समझाया जा सकता है। हम भौतिक अनुसंधान विधियों पर अधिक विस्तार से विचार करेंगे।
विश्लेषणात्मक रसायन विज्ञान में विश्लेषण के तरीके
विश्लेषणात्मक रसायन विज्ञान रसायनों का पता लगाने, अलग करने और पहचानने का विज्ञान है। यौगिकों के साथ कुछ संचालन करने के लिए, विश्लेषण के रासायनिक, भौतिक और भौतिक-रासायनिक तरीकों का उपयोग किया जाता है। बाद की विधि को वाद्य भी कहा जाता है, क्योंकि इसके उपयोग के लिए आधुनिक प्रयोगशाला उपकरणों की आवश्यकता होती है। इसे स्पेक्ट्रोस्कोपिक, परमाणु भौतिकी और रेडियोकेमिकल समूहों में विभाजित किया गया है।
इसके अलावा, रसायन शास्त्र में विभिन्न प्रकार की समस्याएं हो सकती हैं जिनके लिए व्यक्तिगत समाधान की आवश्यकता होती है। इस पर निर्भर करते हुए, गुणात्मक (किसी पदार्थ के नाम और रूप का निर्धारण) और मात्रात्मक (यह निर्धारित करना कि किसी दिए गए पदार्थ का कितना हिस्सा एक विभाज्य या नमूने में निहित है) विश्लेषण के तरीके हैं।
मात्रात्मक विश्लेषण के तरीके
वे आपको नमूने में मूल पदार्थ की सामग्री निर्धारित करने की अनुमति देते हैं। कुल मिलाकर, मात्रात्मक विश्लेषण के रासायनिक, भौतिक-रासायनिक और भौतिक तरीके हैं।
मात्रात्मक विश्लेषण के रासायनिक तरीके
वे विभाजित हैं:
- वजन विश्लेषण जो आपको एक विश्लेषणात्मक संतुलन पर वजन करके और आगे के संचालन को अंजाम देकर किसी पदार्थ की सामग्री को निर्धारित करने की अनुमति देता है।
- मात्रा विश्लेषण, जिसमें विभिन्न समग्र अवस्थाओं या समाधानों में पदार्थों की मात्रा को मापना शामिल है।
बदले में, इसे निम्नलिखित उपखंडों में विभाजित किया गया है:
- वॉल्यूमेट्रिक अनुमापांक विश्लेषण का उपयोग अभिकर्मक की ज्ञात सांद्रता पर किया जाता है, जिस प्रतिक्रिया के साथ आवश्यक पदार्थ का सेवन किया जाता है, और फिर खपत की गई मात्रा को मापा जाता है;
- वॉल्यूमेट्रिक गैस विधि गैस मिश्रण का विश्लेषण करने के लिए है जहां मूल पदार्थ दूसरे द्वारा अवशोषित किया जाता है।
- वॉल्यूमेट्रिक अवसादन (लैटिन सेडिमेंटम से - "निपटान") गुरुत्वाकर्षण के परिणामस्वरूप एक छितरी हुई प्रणाली द्वारा स्तरीकरण पर आधारित है। यह वर्षा के साथ होता है, जिसका आयतन एक अपकेंद्रित्र ट्यूब का उपयोग करके मापा जाता है।
रासायनिक तरीके हमेशा उपयोग करने के लिए सुविधाजनक नहीं होते हैं, क्योंकि वांछित घटक को अलग करने के लिए मिश्रण को अलग करना अक्सर आवश्यक होता है। रासायनिक प्रतिक्रियाओं के उपयोग के बिना इस तरह के एक ऑपरेशन को करने के लिए, विश्लेषण के भौतिक तरीकों का उपयोग किया जाता है। और परिणामस्वरूप यौगिक के भौतिक गुणों में परिवर्तन का निरीक्षण करनाप्रतिक्रियाओं को अंजाम देना - भौतिक और रासायनिक।
मात्रात्मक विश्लेषण के भौतिक तरीके
इनका उपयोग कई प्रयोगशाला अध्ययनों के दौरान किया जाता है। विश्लेषण के भौतिक तरीकों में शामिल हैं:
- स्पेक्ट्रोस्कोपिक - विद्युत चुम्बकीय विकिरण के साथ अध्ययन किए गए यौगिक के परमाणुओं, अणुओं, आयनों की बातचीत पर आधारित है, जिसके परिणामस्वरूप फोटॉन अवशोषित या जारी होते हैं।
- परमाणु-भौतिक विधि में अध्ययन के तहत पदार्थ के एक नमूने को न्यूट्रॉन फ्लक्स में उजागर करना शामिल है, जिसका अध्ययन करके, प्रयोग के बाद, नमूने में निहित तत्वों की मात्रात्मक सामग्री को मापकर निर्धारित करना संभव है रेडियोधर्मी विकिरण। यह काम करता है क्योंकि कण गतिविधि की मात्रा अध्ययन के तहत तत्व की एकाग्रता के सीधे आनुपातिक है।
- रेडियोकेमिकल विधि परिवर्तनों के परिणामस्वरूप बनने वाले रेडियोधर्मी समस्थानिकों के पदार्थ में सामग्री को निर्धारित करने के लिए है।
मात्रात्मक विश्लेषण के भौतिक-रासायनिक तरीके
चूंकि ये विधियां किसी पदार्थ के विश्लेषण के लिए भौतिक विधियों का केवल एक हिस्सा हैं, इसलिए इन्हें शोध के स्पेक्ट्रोस्कोपिक, परमाणु-भौतिक और रेडियो-रासायनिक विधियों में भी विभाजित किया गया है।
गुणात्मक विश्लेषण के तरीके
विश्लेषणात्मक रसायन विज्ञान में, किसी पदार्थ के गुणों का अध्ययन करने के लिए, उसकी भौतिक अवस्था का निर्धारण, रंग, स्वाद, गंध, गुणात्मक विश्लेषण के तरीकों का उपयोग किया जाता है, जो बदले में, उसी रासायनिक, भौतिक में विभाजित होते हैं और भौतिक-रासायनिक (वाद्य)।इसके अलावा, विश्लेषणात्मक रसायन विज्ञान में विश्लेषण के भौतिक तरीकों को प्राथमिकता दी जाती है।
रासायनिक विधियों को दो तरह से किया जाता है: समाधान में प्रतिक्रिया और शुष्क तरीके से प्रतिक्रियाएं।
गीली प्रतिक्रिया
समाधान में प्रतिक्रियाओं की कुछ शर्तें होती हैं, जिनमें से एक या अधिक को पूरा किया जाना चाहिए:
- अघुलनशील अवक्षेप का निर्माण।
- समाधान का रंग बदलना।
- एक गैसीय पदार्थ का विकास।
उदाहरण के लिए, बेरियम क्लोराइड (BaCl2) और सल्फ्यूरिक एसिड (H2SO4) की परस्पर क्रिया के परिणामस्वरूप,
अवक्षेपण हो सकता है। प्रतिक्रिया के उत्पाद हाइड्रोक्लोरिक एसिड (HCl) और एक पानी में अघुलनशील सफेद अवक्षेप - बेरियम सल्फेट (BaSO4) हैं। तब रासायनिक प्रतिक्रिया की घटना के लिए आवश्यक शर्त पूरी हो जाएगी। कभी-कभी प्रतिक्रिया के उत्पाद कुछ पदार्थ हो सकते हैं, जिन्हें निस्पंदन द्वारा अलग किया जाना चाहिए।
रासायनिक संपर्क के परिणामस्वरूप विलयन का रंग बदलना विश्लेषण की एक बहुत ही महत्वपूर्ण विशेषता है। रेडॉक्स प्रक्रियाओं के साथ काम करते समय या एसिड-बेस अनुमापन प्रक्रिया में संकेतकों का उपयोग करते समय यह सबसे अधिक बार देखा जाता है। उपयुक्त रंग के साथ घोल को रंगने वाले पदार्थों में शामिल हैं: पोटेशियम थायोसाइनेट केएससीएन (लौह III लवण के साथ इसकी बातचीत घोल के रक्त-लाल रंग के साथ होती है), फेरिक क्लोराइड (क्लोरीन पानी के साथ बातचीत करते समय, कमजोर हरा रंग) घोल पीला हो जाता है), पोटेशियम डाइक्रोमेट (जब कम हो जाता है और सल्फ्यूरिक एसिड की क्रिया के तहत, यह नारंगी से बदल जाता है)गहरा हरा) और अन्य।
गैस की रिहाई के साथ आगे बढ़ने वाली प्रतिक्रियाएं बुनियादी नहीं हैं और दुर्लभ मामलों में उपयोग की जाती हैं। प्रयोगशालाओं में सबसे अधिक उत्पादित कार्बन डाइऑक्साइड CO2 है।
सूखी प्रतिक्रिया
खनिजों के अध्ययन में, विश्लेषण किए गए पदार्थ में अशुद्धियों की सामग्री को निर्धारित करने के लिए इस तरह की बातचीत की जाती है, और इसमें कई चरण होते हैं:
- व्यवहार्यता परीक्षण।
- लौ रंग परीक्षण।
- अस्थिरता परीक्षण।
- प्रतिक्रियाओं को फिर से करने की क्षमता।
आमतौर पर, खनिज पदार्थों के पिघलने की क्षमता का परीक्षण गैस बर्नर पर उनके एक छोटे से नमूने को पहले से गरम करके और एक आवर्धक कांच के नीचे इसके किनारों को गोल करके देखा जाता है।
यह जांचने के लिए कि नमूना लौ को रंगने में कैसे सक्षम है, इसे प्लेटिनम के तार पर पहले लौ के आधार पर लगाया जाता है, और फिर उस स्थान पर लगाया जाता है जो सबसे अधिक गर्म होता है।
परख सिलेंडर में नमूने की अस्थिरता की जांच की जाती है, जिसे परीक्षण तत्व की शुरूआत के बाद गर्म किया जाता है।
रेडॉक्स प्रक्रियाओं की प्रतिक्रियाएं अक्सर फ्यूज्ड बोरेक्स की सूखी गेंदों में की जाती हैं, जिसमें नमूना रखा जाता है और फिर गर्म किया जाता है। इस प्रतिक्रिया को अंजाम देने के अन्य तरीके भी हैं: क्षार धातुओं के साथ एक कांच की नली में गर्म करना - Na, K, लकड़ी का कोयला पर साधारण हीटिंग या हीटिंग, और इसी तरह।
रासायनिक संकेतकों का उपयोग
कभी-कभी रासायनिक विश्लेषण के तरीके अलग-अलग उपयोग करते हैंसंकेतक जो किसी पदार्थ के माध्यम के पीएच को निर्धारित करने में मदद करते हैं। सबसे अधिक इस्तेमाल किया जाता है:
- लिटमस। अम्लीय वातावरण में संकेतक लिटमस पेपर लाल हो जाता है और क्षारीय वातावरण में नीला हो जाता है।
- मिथाइलोरेंज। एक अम्लीय आयन के संपर्क में आने पर, यह गुलाबी, क्षारीय - पीला हो जाता है।
- फिनोलफ्थेलिन। क्षारीय वातावरण में, यह लाल रंग की विशेषता होती है, और अम्लीय वातावरण में इसका कोई रंग नहीं होता है।
- करक्यूमिन। इसका उपयोग अन्य संकेतकों की तुलना में कम बार किया जाता है। क्षार से भूरा और अम्ल से पीला हो जाता है।
गुणात्मक विश्लेषण के भौतिक तरीके
वर्तमान में, इनका उपयोग अक्सर औद्योगिक और प्रयोगशाला अनुसंधान दोनों में किया जाता है। विश्लेषण के भौतिक तरीकों के उदाहरण हैं:
- स्पेक्ट्रल, जिसकी चर्चा पहले ही ऊपर की जा चुकी है। यह, बदले में, उत्सर्जन और अवशोषण विधियों में विभाजित है। कणों के विश्लेषणात्मक संकेत के आधार पर, परमाणु और आणविक स्पेक्ट्रोस्कोपी को प्रतिष्ठित किया जाता है। उत्सर्जन के दौरान, नमूना क्वांटा का उत्सर्जन करता है, और अवशोषण के दौरान, नमूने द्वारा उत्सर्जित फोटॉन को छोटे कणों - परमाणुओं और अणुओं द्वारा चुनिंदा रूप से अवशोषित किया जाता है। यह रासायनिक विधि 200-400 एनएम की तरंग दैर्ध्य के साथ पराबैंगनी (यूवी) जैसे विकिरण का उपयोग करती है, 400-800 एनएम की तरंग दैर्ध्य और 800-40000 एनएम की तरंग दैर्ध्य के साथ अवरक्त (आईआर) दिखाई देती है। विकिरण के ऐसे क्षेत्रों को अन्यथा "ऑप्टिकल रेंज" कहा जाता है।
- ल्यूमिनेसेंट (फ्लोरोसेंट) विधि में अध्ययन के तहत पदार्थ द्वारा प्रकाश के उत्सर्जन का अवलोकन करना शामिल हैपराबैंगनी किरणों के संपर्क में। परीक्षण नमूना एक कार्बनिक या खनिज यौगिक, साथ ही कुछ दवाएं भी हो सकता है। यूवी विकिरण के संपर्क में आने पर, इस पदार्थ के परमाणु एक उत्तेजित अवस्था में चले जाते हैं, जिसमें एक प्रभावशाली ऊर्जा आरक्षित होती है। सामान्य अवस्था में संक्रमण के दौरान, ऊर्जा की अवशिष्ट मात्रा के कारण पदार्थ चमकने लगता है।
- एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण, एक नियम के रूप में, एक्स-रे का उपयोग करके किया जाता है। उनका उपयोग परमाणुओं के आकार को निर्धारित करने के लिए किया जाता है और वे अन्य नमूना अणुओं के सापेक्ष कैसे स्थित होते हैं। इस प्रकार, क्रिस्टल जाली, नमूने की संरचना और कुछ मामलों में अशुद्धियों की उपस्थिति पाई जाती है। यह विधि रासायनिक प्रतिक्रियाओं के उपयोग के बिना थोड़ी मात्रा में विश्लेषण का उपयोग करती है।
- मास-स्पेक्ट्रोमेट्रिक विधि। कभी-कभी ऐसा होता है कि द्रव्यमान और आवेश के अनुपात में बहुत अधिक अंतर के कारण विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र कुछ आयनित कणों को इसके माध्यम से गुजरने की अनुमति नहीं देता है। उन्हें निर्धारित करने के लिए, विश्लेषण की इस भौतिक पद्धति की आवश्यकता है।
इस प्रकार, पारंपरिक रासायनिक विधियों की तुलना में इन विधियों की अत्यधिक मांग है, क्योंकि इनके कई फायदे हैं। हालांकि, विश्लेषणात्मक रसायन विज्ञान में विश्लेषण के रासायनिक और भौतिक तरीकों का संयोजन अध्ययन का एक बेहतर और अधिक सटीक परिणाम देता है।
भौतिक-रासायनिक (वाद्य) गुणात्मक विश्लेषण के तरीके
इन श्रेणियों में शामिल हैं:
- विद्युत रासायनिक विधियाँ जो मापने में शामिल हैंगैल्वेनिक कोशिकाओं (पोटेंशियोमेट्री) के इलेक्ट्रोमोटिव बल और समाधानों की विद्युत चालकता (कंडक्टोमेट्री), साथ ही गति और बाकी रासायनिक प्रक्रियाओं (पोलरोग्राफी) के अध्ययन में।
- उत्सर्जन वर्णक्रमीय विश्लेषण, जिसका सार आवृत्ति पैमाने पर विद्युत चुम्बकीय विकिरण की तीव्रता का निर्धारण करना है।
- फोटोमेट्रिक विधि।
- एक्स-रे वर्णक्रमीय विश्लेषण, जो नमूने से गुजरने वाले एक्स-रे के स्पेक्ट्रा की जांच करता है।
- रेडियोधर्मिता मापने की विधि।
- क्रोमैटोग्राफिक विधि एक स्थिर सॉर्बेंट के साथ चलने पर किसी पदार्थ के सोरशन और डिसोर्शन की बार-बार बातचीत पर आधारित होती है।
आपको पता होना चाहिए कि रसायन विज्ञान में विश्लेषण के मूल रूप से भौतिक-रासायनिक और भौतिक तरीकों को एक समूह में जोड़ा जाता है, इसलिए जब उन्हें अलग-अलग माना जाता है, तो उनमें बहुत कुछ समान होता है।
पदार्थों को अलग करने की भौतिक-रासायनिक विधियाँ
अक्सर प्रयोगशालाओं में ऐसे हालात होते हैं जब आवश्यक पदार्थ को दूसरे से अलग किए बिना निकालना असंभव होता है। ऐसे मामलों में, पदार्थों को अलग करने के तरीकों का इस्तेमाल किया जाता है, जिनमें शामिल हैं:
- निष्कर्षण - एक विधि जिसके द्वारा किसी घोल या मिश्रण से आवश्यक पदार्थ को निकालने वाले (संबंधित विलायक) के माध्यम से निकाला जाता है।
- क्रोमैटोग्राफी। इस पद्धति का उपयोग न केवल विश्लेषण के लिए किया जाता है, बल्कि उन घटकों के पृथक्करण के लिए भी किया जाता है जो मोबाइल और स्थिर चरणों में होते हैं।
- आयन एक्सचेंज द्वारा पृथक्करण। नतीजतनवांछित पदार्थ अवक्षेपित हो सकता है, पानी में अघुलनशील, और फिर सेंट्रीफ्यूजेशन या निस्पंदन द्वारा अलग किया जा सकता है।
- हवा से गैसीय पदार्थों को निकालने के लिए क्रायोजेनिक पृथक्करण का उपयोग किया जाता है।
- वैद्युतकणसंचलन एक विद्युत क्षेत्र की भागीदारी के साथ पदार्थों का पृथक्करण है, जिसके प्रभाव में कण जो एक दूसरे के साथ मिश्रित नहीं होते हैं वे तरल या गैसीय मीडिया में चले जाते हैं।
इस प्रकार, प्रयोगशाला सहायक हमेशा आवश्यक पदार्थ प्राप्त करने में सक्षम होगा।
