Химия как раздел естествознания Основные задачи современной химии (стр. 60 из 68)

Самым распространенным прибором для ионометрии является рН-метр

(см. Рис. 14.1).

К группе спектральных (оптических) методов относятся следующие методы:

Эмиссионный спектральный анализ – физический метод, основанный на изучении спектров излучения паров анализируемого вещества. Анализируемое вещество помещают в дуговой или искровой разряд, где оно испаряется и излучает свет с характерными длинами волн. Аналитическим сигналом здесь является интенсивность (яркость) определенной спектральной линии.

Атомно-абсорбционная спектроскопия основана на способности свободных атомов металла, которые образуются в восстановительном пламени, поглощать световую энергию при характерных для каждого элемента длинах волн. Этот метод используется в последнее время очень широко. Аналитическим сигналом является снижение интенсивности света той длины волны, которая поглощается анализируемым веществом.

Метод молекулярной абсорбционной спектроскопии основан на поглощении окрашенным раствором света определенной длины волны.

Фотометрические методы основаны на поглощении видимого света. Так, например, раствор, окрашенный в красный цвет, поглощает зеленый свет тем больше, чем интенсивнее окраска раствора (чем выше концентрация определяемого вещества). Поглощение света раствором (оптическая плотность D) связана с концентрацией раствора законом Бугера-Ламберта-Бэра:

DCl (16.6)

где ε – постоянный для данного соединения молярный коэффициент поглощения, l – толщина поглощающего слоя, С – молярная концентрация определяемого вещества.

Хроматографические методы анализа применяются для разделения сложных смесей газов и жидкостей. Эти методы основаны на различном поглощении отдельных компонентов анализируемой смеси различными поглотителями. Здесь аналитическим сигналом является время выхода данного компонента из хроматографической колонки и величина «пика» определяемого вещества. Например, при анализе смеси газов, содержащей кислород, азот, диоксид азота и оксид углерода, смесь пропускают при низкой температуре через силикагель, служащий поглотителем (адсорбентом). Поскольку силикагель адсорбирует разные газы с разной интенсивностью, при нагревании поглотителя происходит десорбция сначала кислорода (через 3 мин), затем (через 4 мин) азота, диоксида азота (через 10 мин) а затем оксида углерода (через 13 мин). Самописец фиксирует выход газов и их количественное содержание в виде пиков на хроматограмме на основе измерения теплопроводности, плотности, теплоты сгорания или диэлектрической проницаемости газов при помощи соответствующего детектора. Подбирая соответствующие поглотители и элюенты («вымыватели» поглощенных веществ), а также соответствующее аппаратное оформление, можно разделять и анализировать сложные смеси неорганических и органических веществ. Наиболее перспективным современным хроматографическим методом является высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ).

Масс-спектрометрические методы анализа основаны на определении массы отдельных атомов и молекул в результате комбинированного воздействия на них электрического и магнитного полей. В последнее время получило широкое распространение объединение хроматографических и масс-спектрометрических методов анализа. Хромато-масс-спектрометры позволяют производить количественный и качественный анализ сложных соединений и смесей различных веществ. Существуют также методы анализа, основанные на измерении ядерных характеристик атомов, например, метод ядерно-магнитного резонанса ЯМР и метод ядернопарамагнитного резонанса ЯПР.

16.4. Вопросы и задания:

1. Что такое аналитический сигнал?

2. Опишите специфические реакции наиболее распространенных катионов и анионов.

3. Какова масса осадка, образующегося при смешении 0,1М раствора хлорного железа FeCl₃ и 150 мл 0,2 М раствора гидроксида натрия NaOH?

4. Какой объѐм 0,1N раствора гидроксида калия КОН потребуется для нейтрализации 20 мл 0,15 мл раствора серной кислоты H₂SO₄?

5. Определите концентрацию раствора едкого кали КОН, если на нейтрализацию 0,035л фосфорной кислоты Н₃РО₄ с концентрацией 0,3N израсходовано 0,02 л раствора КОН.

6. Перечислите методы физико-химического анализа с указанием аналитического сигнала, зависящего от содержания определяемого элемента.

7. Какой метод анализа был использован для определения хрома? Что является в данном случае аналитическим сигналом?

А) Перенесите 50 мл отфильтрованной пробы в колбу емкостью 125 мл.

Б) Добавьте к пробе 2,0 мл раствора дифенилкарбазида и перемешайте раствор.

В) Немедленно добавьте к каждому раствору 5,0 мл раствора фосфорной кислоты (1:1) и перемешайте растворы.

Г) Выдержите растворы 15 минут для развития окраски. Измерьте их светопоглощение в течение 30 минут после добавления раствора дифенилкарбазида на длине волны 540 нм в кювете длиной не менее 10 мм.

Д) Определите концентрацию хрома в пробе (Сr ⁺⁶) в мг/л по градуировочному графику (см. 12.3)

9. Какой метод анализа используется для определения меди? Что является в данном случае аналитическим сигналом?

А) Отмерьте 100, 0 мл хорошо перемешанной подкисленной пробы в стакан или колбу на 125 мл.

Б) Добавьте к каждой пробе по 5 мл HCl (пл. 1,19 г/см³).

В) Распылите каждую обработанную пробу в пламя и определите ее абсорбцию и концентрацию на длине волны 324,7 нм. Между определениями распыляйте в пламя азотную кислоту HNO₃ (1:499).

10. Каким методом можно разделить пигменты, из которых состоит хлорофилл зеленых листьев, и определить их количественный состав?

а) потенциометрическим; б) эмиссионным спектральным; б) методом атомноабсорбционной спектроскопии; г) хроматографическим методом; д) фотометрическим методом.

Лекция 17. Основы биохимических процессов и их применение в технологической отрасли

Биохимия изучает химические процессы, происходящие в живых организмах. Все живые организмы, от простейших бактерий до высших животных, являются самыми высокоорганизованными системами химических соединений. Можно назвать эти системы биологическим уровнем организации вещества.

17.1. Клетка – основа жизни

Все живые организмы состоят из клеток. Клеткой называется простейшая биологическая система, способная жить. Основным отличием живых систем от неживых является способность живых организмов воспроизводиться на основе генетического кода и матричного синтеза. Ещѐ одной важнейшей функцией живых систем является постоянный обмен веществ с окружающей средой.

Существует множество одноклеточных живых организмов. Более сложные организмы, в том числе растения и животные, многоклеточные, их тела состоят из множества клеток различных видов, которые не могут существовать отдельно от организма. Все, что происходит в организме, происходит на клеточном уровне. Будучи открытыми системами, клетки постоянно обмениваются энергией и веществом с окружающей средой.

Любой современный организм состоит из одного из двух типов клеток: прокариотов и эукариотов. Прокариоты - это клетки без ядра. Из них состоят бактерии и так называемые сине-зеленые водоросли. Все клетки растений и животных являются эукариотами. Внутри клетки имеются различные образования, которые называются органеллами (маленькими органами). Самой важной органеллой у эукариотов является ядро. Ядро содержит генетический материал, молекулу ДНК, состоящую из определенного количества хромосом для каждого вида клеток-эукариотов. Ядро имеет оболочку, представляющую собой двойную мембрану. Все пространство клетки ограничивает плазменная мембрана. Между оболочками ядра и клетки находится цитоплазма. Большинство реакций метаболизма протекает в цитоплазме. В цитоплазме, в среде полужидкого цитозола, располагаются различные органеллы. Цитоплазму заполняет эндоплазматическая сетка (ЭС), целый лабиринт из мембран, образующий мешочки и трубочки, которые отделяют содержимое сетки от цитоплазмы. Разнообразные белки производятся рибосомами, прикрепленными к мембранам ЭС, которые играют также основную роль в сборке других клеточных мембран. Органеллой, которая превращает энергию в такие формы, которые могут быть использованы клеткой, является митохондрия. Ещѐ одна разновидность мембранной органеллы в цитоплазме, механизм, или аппарат Гольджи, состоит из нагромождения плоских мешочков, которые также играют важную роль в синтезе, очистке, накоплении, сортировке клеткой химических продуктов. Другими органеллами клетки являются лизосомы, содержащие смеси энзимов, которые ускоряют гидролиз макромолекул; микротела, т.е. разнообразные группы определенных энзимов, осуществляющих процессы метаболизма, и др.

В отличие от клеток животных, клетки растений содержат органеллы, которые называются пластидами. Одним из важнейших пластидов является хлоропласт, содержащий хлорофилл, который осуществляет фотосинтез, превращая солнечный свет в химическую энергию, запасаемую в сахарах и других органических молекулах. Другой важной органеллой в клетках растений является большая центральная вакуоля, в которой запасаются химические вещества. Она также функционирует как лизосома и, увеличиваясь в размерах, играет важную роль в процессе роста растений. С наружной стороны плазменной мембраны у растений имеется толстая клеточная стенка, которая определяет форму клетки и защищает ее от повреждений. Но