Streszczenie: Fizykochemiczne metody badania materiałów budowlanych. Fizykochemiczne metody oceny składu i struktury

Wstęp

Sekcja nr 1. „Materiały budowlane i ich zachowanie w warunkach pożaru”.

Temat 1. Podstawowe właściwości materiałów budowlanych, metody badawcze i ocena zachowania materiały budowlane w warunkach pożarowych.

Temat 2. Materiały kamienne i ich zachowanie w warunkach pożaru.

Temat 3. Metale, ich zachowanie w warunkach pożaru i sposoby zwiększania odporności na jego działanie.

Temat 4. Drewno, jego zagrożenie pożarowe, metody ochrony przeciwpożarowej i ocena ich skuteczności.

Temat 5. Tworzywa sztuczne, ich zagrożenie pożarowe, metody ich badań i oceny.

Temat 6. Standaryzacja stosowania materiałów ognioodpornych w budownictwie.

Sekcja nr 2. " Budownictwo, budynki, konstrukcje i ich zachowanie w warunkach pożaru.”

Temat 7. Podstawowe informacje o planowaniu przestrzennym i rozwiązaniach konstrukcyjnych budynków i budowli.

Temat 8. Podstawowe informacje o zagrożeniu pożarowym budynków i konstrukcji budowlanych.

Temat 9. Podstawy teoretyczne rozwój metod obliczania odporności ogniowej konstrukcji budowlanych.

Temat 10. Odporność ogniowa konstrukcji metalowych.

Temat 11. Odporność ogniowa konstrukcji drewnianych.

Temat 12. Odporność ogniowa konstrukcji żelbetowych.

Temat 13. Zachowanie budynków i budowli w warunkach pożaru.

Temat 14. Perspektywy udoskonalenia podejścia do ustalania i regulowania wymagań w zakresie odporności ogniowej konstrukcji budowlanych.

Wstęp

Struktura dyscypliny, jej znaczenie w procesie doskonalenia zawodowego absolwentów instytutów. Nowoczesne kierunki w projektowaniu, budowie, eksploatacji, budynkach i konstrukcjach.

Krajowe znaczenie gospodarcze działalności pracowników straży pożarnej w monitorowaniu ognioodpornego stosowania materiałów budowlanych oraz stosowania ognioodpornych konstrukcji budowlanych w projektowaniu, budowie i przebudowie budynków i budowli.

Rozdział 1. Materiały budowlane i ich zachowanie w warunkach pożaru.

Temat 1. Podstawowe właściwości materiałów budowlanych, metody badań i ocena zachowania materiałów budowlanych w warunkach pożaru.

Rodzaje, właściwości, cechy wytwarzania i zastosowania podstawowych materiałów budowlanych oraz ich klasyfikacja. Czynniki wpływające na zachowanie materiałów budowlanych w warunkach pożaru. Klasyfikacja głównych właściwości materiałów budowlanych.

Właściwości fizyczne i wskaźniki je charakteryzujące: porowatość, higroskopijność, nasiąkliwość, przepuszczalność wody, gazów i pary materiałów budowlanych.

Podstawowe formy komunikacji wilgoci z materiałem.

Właściwości termofizyczne i wskaźniki je charakteryzujące.

Główne negatywne procesy determinujące zachowanie nieorganicznych materiałów budowlanych w warunkach pożaru. Metody doświadczalnej oceny zmian właściwości mechanicznych materiałów budowlanych w zależności od warunków pożarowych.

Procesy zachodzące w materiałach organicznych w warunkach pożaru. Charakterystyki ogniowo-techniczne materiałów budowlanych, metody ich badań i oceny.

Lekcja praktyczna 1. Wyznaczanie podstawowych właściwości niektórych materiałów budowlanych i przewidywanie zachowania się tych materiałów w warunkach pożaru.

Metody analizy substancji

Analiza dyfrakcji promieni rentgenowskich

Analiza dyfrakcji promieni rentgenowskich to metoda badania budowy ciał wykorzystująca zjawisko dyfrakcji promieni rentgenowskich, metoda badania struktury materii poprzez przestrzenny rozkład i natężenie promieniowania rentgenowskiego rozproszonego na analizowanym obiekcie. Wzór dyfrakcyjny zależy od długości fali użytego promieniowania rentgenowskiego i struktury obiektu. Do badania struktury atomu wykorzystuje się promieniowanie o długości fali rzędu wielkości atomu.

Stosując metody analizy dyfrakcji rentgenowskiej, metale, stopy, minerały, związki nieorganiczne i organiczne, polimery, materiały amorficzne, ciecze i gazy, cząsteczki białek, kwasy nukleinowe itp. Główną metodą określania struktury kryształów jest analiza dyfrakcji promieni rentgenowskich.

Przy badaniu kryształów daje najwięcej informacji. Wynika to z faktu, że kryształy mają ściśle okresową strukturę i stanowią siatkę dyfrakcyjną dla promieni rentgenowskich wytwarzanych przez samą naturę. Dostarcza jednak również cennych informacji przy badaniu ciał o mniej uporządkowanej strukturze, takich jak ciecze, ciała amorficzne, ciekłe kryształy, polimery i inne. Na podstawie wielu już rozszyfrowanych struktury atomowe problem odwrotny można również rozwiązać: stosując dyfrakcję promieni rentgenowskich substancji polikrystalicznej, na przykład stali stopowej, stopu, rudy, gleba księżycowa można ustalić skład krystaliczny tej substancji, czyli przeprowadzić analizę fazową.

Rentgenowska analiza strukturalna pozwala obiektywnie określić strukturę substancje krystaliczne, w tym tak złożone jak witaminy, antybiotyki, związki koordynacyjne itp. Pełne badanie strukturalne kryształu często pozwala na rozwiązanie problemów czysto chemicznych, na przykład ustalenie lub wyjaśnienie wzoru chemicznego, rodzaju wiązania, masy cząsteczkowej przy znanej gęstości lub gęstości przy znanej masie cząsteczkowej, symetrii i konfiguracji cząsteczek oraz jony molekularne.

Do badania stanu krystalicznego polimerów z powodzeniem wykorzystuje się analizę dyfrakcji promieni rentgenowskich. Analiza dyfrakcji promieni rentgenowskich dostarcza również cennych informacji w badaniu substancji amorficznych i ciała płynne. Wzory rentgenowskie takich ciał zawierają kilka rozmytych pierścieni dyfrakcyjnych, których intensywność gwałtownie maleje wraz ze wzrostem intensywności. Na podstawie szerokości, kształtu i intensywności tych pierścieni można wyciągnąć wnioski na temat cech porządku krótkiego zasięgu w konkretnej strukturze płynnej lub amorficznej.

Dyfraktometry rentgenowskie „DRON”

Analiza fluorescencji rentgenowskiej (XRF)

Jedna z nowoczesnych metod spektroskopowych badania substancji w celu ustalenia jej składu pierwiastkowego, tj. jego analizę elementarną. Metoda XRF polega na pobraniu i późniejszej analizie widma uzyskanego w wyniku naświetlenia badanego materiału promieniowaniem rentgenowskim. Po napromieniowaniu atom przechodzi w stan wzbudzony, któremu towarzyszy przejście elektronów na wyższe poziomy kwantowe. Atom pozostaje w stanie wzbudzonym przez niezwykle krótki czas, rzędu jednej mikrosekundy, po czym powraca do położenia spokojnego (stanu podstawowego). W tym przypadku elektrony z powłok zewnętrznych albo wypełniają uformowane wolne miejsca, a nadmiar energii jest emitowany w postaci fotonu lub energia jest przekazywana innemu elektronowi z powłok zewnętrznych (elektronowi Augera). W tym przypadku każdy atom emituje fotoelektron o energii o ściśle określonej wartości, np. żelazo pod wpływem promieni rentgenowskich emituje fotony K? = 6,4 keV. Następnie na podstawie energii i liczby kwantów ocenia się strukturę substancji.

W spektrometrii fluorescencji rentgenowskiej możliwe jest szczegółowe porównanie próbek nie tylko pod kątem charakterystycznych widm pierwiastków, ale także pod kątem natężenia promieniowania tła (bremsstrahlung) i kształtu pasm rozpraszania Comptona. nabiera to szczególnego znaczenia w przypadku, gdy skład chemiczny dwóch próbek jest taki sam według wyników analizy ilościowej, ale próbki różnią się innymi właściwościami, takimi jak wielkość ziarna, wielkość krystalitów, chropowatość powierzchni, porowatość, wilgotność, obecność wody krystalizacyjnej, jakość polerowania, grubość natrysku itp. Identyfikacja odbywa się na podstawie szczegółowego porównania widm. Nie ma potrzeby znajomości składu chemicznego próbki. Jakakolwiek różnica w porównywanych widmach niezbicie wskazuje, że badana próbka odbiega od wzorca.

Ten rodzaj analizy przeprowadza się, gdy konieczne jest określenie składu i niektórych właściwości fizyczne dwie próbki, z których jedna jest wzorcowa. Tego typu analiza jest istotna przy poszukiwaniu różnic w składzie dwóch próbek. Zakres zastosowania: oznaczanie metali ciężkich w glebach, osadach, wodzie, aerozolach, analiza jakościowa i ilościowa gleb, minerałów, skał, kontrola jakości surowców, procesu produkcyjnego i produkt końcowy, analiza farby ołowiowej, pomiar stężenia cenne metale, oznaczanie zanieczyszczeń olejami i paliwami, oznaczanie metali toksycznych w składnikach żywności, analiza pierwiastków śladowych w glebach i produktach rolnych, analiza elementarna, datowanie znalezisk archeologicznych, badanie malarstwa, rzeźby, do analiz i badań.

Zazwyczaj przygotowanie próbek do wszystkich typów analiz fluorescencji rentgenowskiej nie jest trudne. Aby przeprowadzić wysoce wiarygodną analizę ilościową, próbka musi być jednorodna i reprezentatywna, mieć masę i rozmiary nie mniejsze niż wymagane przez technikę analizy. Metale są mielone, proszki rozdrabniane na cząstki o określonej wielkości i prasowane w tabletki. Skały są skondensowane do stanu szklistego (to niezawodnie eliminuje błędy związane z niejednorodnością próbki). Płyny i substancje sypkie umieszcza się po prostu w specjalnych kubkach.

Analiza spektralna

Analiza spektralna- fizyczna metoda jakościowego i ilościowego określania składu atomowego i molekularnego substancji na podstawie badania jej widm. Podstawa fizyczna S. a. - spektroskopia atomów i cząsteczek, klasyfikuje się ją ze względu na cele analizy i rodzaje widm (patrz Widma optyczne). Atomic S.a. (ACA) określa skład pierwiastkowy próbki na podstawie widm emisji atomowej (jonu) i molekularnej S. a. (MSA) - skład molekularny substancji oparty na widmach molekularnych absorpcji, luminescencji i rozpraszania światła Ramana. Emisja S.a. wytwarzane przez widma emisyjne atomów, jonów i cząsteczek, wzbudzone różne źródła promieniowanie elektromagnetyczne w zakresie od promieniowania Δ do mikrofal. Absorpcja S.a. przeprowadza się wykorzystując widma absorpcji promieniowania elektromagnetycznego przez analizowane obiekty (atomy, cząsteczki, jony substancji znajdujące się w różnych stany skupienia). Analiza widma atomowego (ASA) Emisja ASA składa się z następujących głównych procesów:

1. dobór reprezentatywnej próbki odzwierciedlającej średni skład analizowanego materiału lub lokalny rozkład oznaczanych pierwiastków w materiale;
2. wprowadzenie próbki do źródła promieniowania, w którym następuje odparowanie próbek stałych i ciekłych, dysocjacja związków oraz wzbudzenie atomów i jonów;
3. przekształcanie ich blasku w widmo i rejestrowanie go (lub obserwacja wizualna) za pomocą urządzenia spektralnego;
4. interpretacja otrzymanych widm z wykorzystaniem tablic i atlasów linii widmowych pierwiastków.

Ten etap się kończy jakościowy JAK. Najbardziej efektywne jest zastosowanie czułych (tzw. „ostatnich”) linii, które pozostają w widmie przy minimalnym stężeniu oznaczanego pierwiastka. Spektrogramy ogląda się na mikroskopach pomiarowych, komparatorach i spektroprojektorach. Do analizy jakościowej wystarczy ustalić obecność lub brak linii analitycznych oznaczanych pierwiastków. Na podstawie jasności linii podczas oględzin można w przybliżeniu oszacować zawartość poszczególnych pierwiastków w próbce.

Ilościowe ASA przeprowadza się poprzez porównanie natężeń dwóch linii widmowych w widmie próbki, z których jedna należy do oznaczanego pierwiastka, a druga (linia porównania) do głównego pierwiastka próbki, którego stężenie jest znane, lub pierwiastek specjalnie wprowadzony w znanym stężeniu („wzorzec wewnętrzny”).

Absorpcja atomowa S. a.(AAA) i fluorescencyjna atomowa S.a. (AFA). W tych metodach próbkę przekształca się w parę w atomizerze (płomień, rurka grafitowa, stabilizowana plazma wyładowcza RF lub mikrofalowa). W AAA światło pochodzące ze źródła dyskretnego promieniowania przechodzące przez tę parę jest tłumione, a na podstawie stopnia osłabienia intensywności linii wyznaczanego pierwiastka ocenia się jego stężenie w próbce. AAA przeprowadza się za pomocą specjalnych spektrofotometrów. Technika AAA jest znacznie prostsza w porównaniu do innych metod i charakteryzuje się wysoka celność oznaczanie nie tylko małych, ale i dużych stężeń pierwiastków w próbkach. AAA z powodzeniem zastępuje pracochłonne i czasochłonne chemiczne metody analizy, nie ustępując im pod względem dokładności.

W AFA pary atomów próbki naświetla się światłem ze źródła promieniowania rezonansowego i rejestruje się fluorescencję oznaczanego pierwiastka. Dla niektórych pierwiastków (Zn, Cd, Hg itp.) względne granice ich wykrywalności tą metodą są bardzo małe (10-5-10-6%).

ASA umożliwia pomiary składu izotopowego. Niektóre pierwiastki mają linie widmowe o dobrze rozdzielonej strukturze (na przykład H, He, U). Skład izotopowy tych pierwiastków można zmierzyć za pomocą konwencjonalnych przyrządów spektralnych wykorzystujących źródła światła wytwarzające cienkie linie widmowe (katoda wnękowa, bezelektrodowe lampy HF i lampy mikrofalowe). Do przeprowadzenia izotopowej analizy widmowej większości pierwiastków wymagane są instrumenty o wysokiej rozdzielczości (na przykład standard Fabry-Perot). Izotopową analizę widmową można również przeprowadzić wykorzystując elektroniczne widma drgań cząsteczek, mierząc przesunięcia izotopowe pasm, które w niektórych przypadkach osiągają znaczące wartości.

ASA odgrywa znaczącą rolę w technologii nuklearnej, produkcji czystej materiały półprzewodnikowe, nadprzewodniki itp. Ponad 3/4 wszystkich analiz w metalurgii wykonywana jest metodami ACA. Kwantometry służą do przeprowadzania kontroli operacyjnej (w ciągu 2-3 minut) podczas topienia w produkcji martenowskiej i konwertorowej. W geologii i eksploracji geologicznej rocznie wykonuje się około 8 milionów analiz w celu oceny złóż. ASA służy do ochrony środowisko i analiza gleby, kryminalistyka i medycyna, geologia dna morskiego i badania składu górne warstwy atmosfery, przy rozdzielaniu izotopów oraz określaniu wieku i składu obiektów geologicznych i archeologicznych itp.

Spektroskopia w podczerwieni

Metoda IR obejmuje uzyskiwanie, badanie i zastosowanie widm emisyjnych, absorpcyjnych i odbiciowych w zakresie podczerwieni widma (0,76-1000 mikronów). ICS zajmuje się głównie badaniem widm molekularnych, ponieważ Większość widm wibracyjnych i rotacyjnych cząsteczek zlokalizowana jest w obszarze IR. Najbardziej rozpowszechnionym badaniem jest badanie widm absorpcji IR, które powstają, gdy promieniowanie IR przechodzi przez substancję. W tym przypadku energia jest selektywnie absorbowana przy częstotliwościach, które pokrywają się z częstotliwościami rotacji cząsteczki jako całości, a w przypadku związku krystalicznego z częstotliwościami drgań sieci krystalicznej.

Widmo absorpcji podczerwieni jest prawdopodobnie unikalną tego rodzaju właściwością fizyczną. Nie ma dwóch związków, z wyjątkiem izomerów optycznych, o różnych strukturach, ale takich samych widmach IR. W niektórych przypadkach, np. w przypadku polimerów o podobnych masach cząsteczkowych, różnice mogą być prawie niezauważalne, ale zawsze są. W większości przypadków widmo IR to „odcisk palca” cząsteczki, który można łatwo odróżnić od widm innych cząsteczek.

Oprócz tego, że absorpcja jest charakterystyczna dla poszczególnych grup atomów, jej intensywność jest wprost proporcjonalna do ich stężenia. To. pomiar intensywności absorpcji daje po prostych obliczeniach ilość danego składnika w próbce.

Spektroskopia IR wykorzystywana jest do bezpośredniego badania struktury materiałów półprzewodnikowych, polimerów, obiektów biologicznych i żywych komórek. W przemyśle mleczarskim spektroskopię w podczerwieni wykorzystuje się do określenia udziału masowego tłuszczu, białka, laktozy, substancji stałych, temperatury zamarzania itp.

Substancję płynną najczęściej usuwa się w postaci cienkiej warstwy pomiędzy nakrętkami soli NaCl lub KBr. Substancję stałą najczęściej usuwa się w postaci pasty w wazelinie. Roztwory pobiera się w składanych kuwetach.

zakres spektralny od 185 do 900 nm, podwójna wiązka, rejestracja, dokładność długości fali 0,03 nm przy 54000 cm-1, 0,25 przy 11000 cm-1, powtarzalność długości fali odpowiednio 0,02 nm i 0,1 nm	Urządzenie przeznaczone jest do rejestracji widm IR próbek stałych i ciekłych. Zakres widmowy – 4000…200 cm-1; dokładność fotometryczna ± 0,2%.

Analiza absorpcji obszaru widzialnego i bliskiego ultrafioletu

Zasada działania najpopularniejszych urządzeń fotometrycznych do zastosowań medycznych opiera się na absorpcyjnej metodzie analizy lub właściwości roztworów pochłaniających światło widzialne i promieniowanie elektromagnetyczne w bliskim zakresie ultrafioletu. badania laboratoryjne- spektrofotometry i fotokolorymetry (światło widzialne).

Każda substancja pochłania tylko takie promieniowanie, którego energia jest w stanie wywołać określone zmiany w cząsteczce tej substancji. Innymi słowy, substancja pochłania promieniowanie tylko o określonej długości fali, podczas gdy światło o innej długości fali przechodzi przez roztwór. Dlatego w widzialnym obszarze światła o barwie roztworu postrzeganej przez ludzkie oko decyduje długość fali promieniowania niezaabsorbowanego przez ten roztwór. Oznacza to, że barwa obserwowana przez badacza jest komplementarna z barwą zaabsorbowanych promieni.

Metoda analizy absorpcji opiera się na uogólnionym prawie Bouguera-Lamberta-Beera, które często nazywane jest po prostu prawem Beera. Opiera się na dwóch prawach:

1. Względna ilość energii Strumień świetlny pochłaniana przez ośrodek nie zależy od natężenia promieniowania. Każda warstwa absorbująca o tej samej grubości pochłania równą część monochromatycznego strumienia światła przechodzącego przez te warstwy.
2. Absorpcja monochromatycznego strumienia energii świetlnej jest wprost proporcjonalna do liczby cząsteczek substancji pochłaniającej.

Analiza termiczna

Metoda badawcza fizyczno-chemiczna. i chemia. procesy polegające na rejestracji efektów cieplnych towarzyszących przemianie substancji w warunkach programowania temperaturowego. Ponieważ zmiana entalpii?H następuje w wyniku większości procesów fizyczno-chemicznych. procesy i chemia reakcji, teoretycznie metoda ma zastosowanie w bardzo dużej liczbie układów.

w T.a. istnieje możliwość nagrania tzw krzywe ogrzewania (lub chłodzenia) badanej próbki, tj. zmiana temperatury tego ostatniego w czasie. W przypadku k.-l. przemiany fazowej w substancji (lub mieszaninie substancji), na krzywej pojawia się plateau lub załamania. Bardziej czuła jest metoda różnicowej analizy termicznej (DTA), w której rejestruje się zmianę różnicy temperatur DT w czasie pomiędzy badaną próbką. badanie i próbkę porównawczą (najczęściej Al2O3), która nie ulega tym przemianom w zakresie temperatur.

w T.a. istnieje możliwość nagrania tzw krzywe ogrzewania (lub chłodzenia) badanej próbki, tj. zmiana temperatury tego ostatniego w czasie. W przypadku k.-l. na krzywej pojawiają się przemiany fazowe substancji (lub mieszaniny substancji), plateau lub załamania.

Różnicowa analiza termiczna(DTA) ma większą czułość. Rejestruje zmianę w czasie różnicy temperatur DT pomiędzy badaną próbką a próbką porównawczą (najczęściej Al2O3), która w danym zakresie temperatur nie ulega żadnym przemianom. Minima na krzywej DTA (patrz np. Ryc.) odpowiadają procesom endotermicznym, a maksima procesom egzotermicznym. Efekty zapisane w DTA, m.b. spowodowane topnieniem, zmianami w strukturze kryształu, zniszczeniem sieci krystalicznej, parowaniem, wrzeniem, sublimacją, a także chemicznie. procesy (dysocjacja, rozkład, odwodnienie, utlenianie-redukcja itp.). Większości przemianom towarzyszą efekty endotermiczne; Tylko niektóre procesy utleniania-redukcji i przemian strukturalnych są egzotermiczne.

w T.a. istnieje możliwość nagrania tzw krzywe ogrzewania (lub chłodzenia) badanej próbki, tj. zmiana temperatury tego ostatniego w czasie. W przypadku k.-l. na krzywej pojawiają się przemiany fazowe substancji (lub mieszaniny substancji), plateau lub załamania.

Mata. Zależności pomiędzy powierzchnią piku na krzywej DTA a parametrami urządzenia i próbki umożliwiają wyznaczenie ciepła przemiany, energii aktywacji przejścia fazowego, niektórych stałych kinetycznych oraz przeprowadzenie półilościowej analizy mieszanin (jeśli znany jest DH odpowiednich reakcji). Za pomocą DTA bada się rozkład karboksylanów metali, różnych związków metaloorganicznych i tlenkowych nadprzewodników wysokotemperaturowych. Metodą tą wyznaczono zakres temperatur przemiany CO w CO2 (podczas dopalania spalin samochodowych, emisji z rur elektrowni cieplnej itp.). DTA służy do konstruowania diagramów fazowych stanu systemów inny numer komponentów (analiza fizyko-chemiczna), pod kątem jakości. ocena próbek, m.in. przy porównywaniu różnych partii surowców.

Derywatografia - metoda złożona badania chemiczne i fizykochemiczne procesy zachodzące w substancji w warunkach zaprogramowanych zmian temperatury.

W oparciu o połączenie różnicowej analizy termicznej (DTA) z jedną lub większą liczbą metod fizycznych. lub fizykochemiczne metody takie jak termograwimetria, analiza termomechaniczna (dylatometria), spektrometria mas i analiza termiczna emanacji. We wszystkich przypadkach wraz z przemianami substancji zachodzącymi pod wpływem ciepła rejestrowana jest zmiana masy próbki (cieczy lub ciała stałego). Dzięki temu można od razu jednoznacznie określić charakter procesów zachodzących w substancji, czego nie da się zrobić wykorzystując same dane z DTA lub inne metody termiczne. W szczególności wskaźnikiem przemiany fazowej jest efekt cieplny, któremu nie towarzyszy zmiana masy próbki. Urządzenie, które jednocześnie rejestruje zmiany termiczne i termograwimetryczne, nazywa się derywatografem. W derywatografie, którego działanie opiera się na połączeniu DTA z termograwimetrią, uchwyt z badaną substancją umieszcza się na termoparze swobodnie zawieszonej na równoważni. Konstrukcja ta pozwala na jednoczesne zarejestrowanie 4 zależności (patrz np. rys.): różnica temperatur pomiędzy badaną próbką a niepodlegającym przekształceniom wzorcem, w czasie t (krzywa DTA), zmiany masy Dm od temperatury (krzywa termograwimetryczna), szybkości zmian masy, tj. pochodna dm/dt od temperatury (różnicowa krzywa termograwimetryczna) i temperatura od czasu. Można w tym przypadku ustalić kolejność przemian substancji oraz określić liczbę i skład produktów pośrednich.

Chemiczne metody analizy

Analiza grawimetryczna na podstawie określenia masy substancji.
Podczas analizy grawimetrycznej oznaczana substancja jest albo oddestylowywana w postaci lotnego związku (metoda destylacyjna), albo wytrącana z roztworu w postaci słabo rozpuszczalnego związku (metoda strącana). Metodą destylacyjną określa się np. zawartość wody krystalizacyjnej w krystalicznych hydratach.
Analiza grawimetryczna jest jedną z najbardziej znanych metody uniwersalne. Służy do definiowania niemal każdego elementu. Większość technik grawimetrycznych wykorzystuje bezpośrednia definicja, gdy dany składnik jest izolowany z analizowanej mieszaniny i ważony jako pojedynczy związek. Niektóre elementy układu okresowego (na przykład związki metali alkalicznych i niektóre inne) są często analizowane metodami pośrednimi. W tym przypadku najpierw oddziela się dwa określone składniki, przekształca je do postaci grawimetrycznej i waży. Następnie jeden lub oba związki przenosi się do innej postaci grawimetrycznej i ponownie waży. Zawartość każdego składnika określa się za pomocą prostych obliczeń.

Najważniejszą zaletą metody grawimetrycznej jest wysoka dokładność analizy. Typowy błąd oznaczania grawimetrycznego wynosi 0,1–0,2%. Przy analizie próbki o złożonym składzie błąd wzrasta do kilku procent ze względu na niedoskonałe metody separacji i izolacji analizowanego składnika. Zaletami metody grawimetrycznej jest także brak jakiejkolwiek standaryzacji czy kalibracji przy użyciu próbek wzorcowych, które są niezbędne w niemal każdej innej metodzie analitycznej. Do obliczenia wyników analizy grawimetrycznej wymagana jest jedynie znajomość mas molowych i stosunków stechiometrycznych.

Miareczkowa lub wolumetryczna metoda analizy jest jedną z metod analizy ilościowej. Miareczkowanie polega na stopniowym dodawaniu miareczkowanego roztworu odczynnika (titranta) do analizowanego roztworu w celu określenia punktu równoważności. Miareczkowa metoda analizy polega na pomiarze objętości odczynnika o dokładnie znanym stężeniu, wydanego na reakcję oddziaływania z oznaczaną substancją. Metoda ta opiera się na dokładnym pomiarze objętości roztworów dwóch substancji, które ze sobą reagują. Oznaczanie ilościowe metodą miareczkową analizy przeprowadza się dość szybko, co pozwala na wykonanie kilku równoległych oznaczeń i uzyskanie dokładniejszej średniej arytmetycznej. Wszystkie obliczenia miareczkowej metody analizy opierają się na prawie równoważników. Natura Reakcja chemiczna, na podstawie którego oznacza się substancję, metody analizy miareczkowej dzielą się na następujące grupy: metoda neutralizacji lub miareczkowanie kwasowo-zasadowe; metoda utleniająco-redukcyjna; metoda strącania i metoda kompleksowania.

Metody akustyczne opierają się na rejestracji parametrów drgań sprężystych wzbudzonych w kontrolowanej konstrukcji. Oscylacje wzbudzane są najczęściej w zakresie ultradźwiękowym (co zmniejsza zakłócenia) za pomocą przetwornika piezometrycznego lub elektromagnetycznego, poprzez oddziaływanie na konstrukcję, a także wtedy, gdy zmienia się sama konstrukcja konstrukcji pod wpływem przyłożonego obciążenia.

Metody akustyczne służą do monitorowania ciągłości (wykrywanie wtrąceń, ubytków, pęknięć itp.), grubości, struktury, właściwości fizycznych i mechanicznych (wytrzymałość, gęstość, moduł sprężystości, moduł ścinania, współczynnik Poissona) oraz badania kinetyki pękania.

Ze względu na zakres częstotliwości metody akustyczne dzielą się na ultradźwiękowe i dźwiękowe, a według metody wzbudzania drgań sprężystych - na piezoelektryczne, mechaniczne, elektromagnetyczne, samowzbudne podczas odkształceń. Podczas badań nieniszczących metodami akustycznymi rejestruje się częstotliwość, amplitudę, czas, impedancję mechaniczną (tłumienie) i skład widmowy drgań. Wykorzystuje się fale akustyczne podłużne, poprzeczne, powierzchniowe i normalne. Tryb emisji oscylacji może mieć charakter ciągły lub impulsowy.

Do grupy metody akustyczne obejmuje cień, rezonans, echo impulsowe, emisję akustyczną (emisję), velosymetryczną, impedancję, swobodne oscylacje.

Do wykrywania wad wykorzystuje się metodę cienia, która polega na ustaleniu cienia akustycznego powstającego za defektem w wyniku odbicia i rozproszenia wiązki akustycznej. Do wykrywania wad i pomiaru grubości stosuje się metodę rezonansową. Metodą tą określa się częstotliwości wywołujące rezonans drgań na całej grubości badanej konstrukcji.

Do wykrywania wad i pomiaru grubości stosowana jest metoda impulsowa (echo). Wykrywany jest impuls akustyczny odbity od defektów lub powierzchni. Metoda emisji (metoda emisji akustycznej) opiera się na emisji fal drgań sprężystych przez defekty, a także przekroje konstrukcji pod obciążeniem. Określana jest obecność i lokalizacja uszkodzeń oraz poziom naprężeń. materiał akustyczny promieniowanie wykrywające wady

Metoda welosymetryczna opiera się na wyznaczaniu prędkości drgań, wpływu defektów na prędkość propagacji fali i długość drogi fali w materiale. Metoda impedancyjna opiera się na analizie zmian tłumienia fali w strefie defektu. W metodzie drgań swobodnych analizowane jest widmo częstotliwości drgań własnych konstrukcji po zastosowaniu uderzenia.

Podczas stosowania metody ultradźwiękowej emitery i odbiorniki (lub szukacze) służą do wzbudzania i odbierania drgań ultradźwiękowych. Wykonane są tego samego typu i stanowią płytkę piezoelektryczną 1 umieszczoną w tłumiku 2, który służy do tłumienia drgań swobodnych i ochrony płytki piezoelektrycznej (rys. 1).

Ryż. 1. Projekty szukaczy i schematy ich montażu:

a - schemat normalnego szukacza (nadajnika lub odbiornika oscylacji); b - obwód szukacza do wprowadzania fal ultradźwiękowych pod kątem do powierzchni; c – schemat szukacza dwuelementowego; d - współosiowe położenie nadajników i odbiorników podczas dźwięku od końca do końca; d - ten sam, przekątny; e - powierzchowne sondowanie; g – sondowanie kombinowane; 1 - element piezoelektryczny; 2 - amortyzator; 3 – obrońca; 4 - smar na styku; 5 - badana próbka; 6 – ciało; 7. Wnioski; 8 - pryzmat do wprowadzania fal pod kątem; 9 - ekran dzielący; 10 -- nadajniki i odbiorniki;

Fale ultradźwiękowe są odbijane, załamywane i poddawane dyfrakcji zgodnie z prawami optyki. Właściwości te są wykorzystywane do wychwytywania drgań wieloma metodami. badania nieniszczące. W tym przypadku do badania materiału w zadanym kierunku wykorzystuje się wąsko skierowaną wiązkę fal. Położenie emitera i odbiornika drgań, w zależności od celu badań, może być odmienne w zależności od badanej konstrukcji (rys. 1, d-g).

Opracowano wiele urządzeń wykorzystujących powyższe metody drgań ultradźwiękowych. W praktyce badań budowlanych stosuje się urządzenia GSP UK14P, Beton-12, UV-10 P, UZD-MVTU, GSP UK-YUP itp. Urządzenia „Beton” i UK są wykonane z tranzystorów i wyróżniają się ich niska waga i wymiary. Przyrządy brytyjskie rejestrują prędkość lub czas propagacji fal.

Drgania ultradźwiękowe w ciałach stałych dzielą się na podłużne, poprzeczne i powierzchniowe (ryc. 2, a).

Ryż. 2.

a - ultradźwiękowe fale podłużne, poprzeczne i powierzchniowe; b, c – metoda cienia (wada poza strefą i w strefie sondowania); 1 - kierunek drgań; 2 - fale; 3 - generator; 4 - emiter; 5 - odbiornik; 6 - wzmacniacz; 7 - wskaźnik; 8 próbka testowa) 9 - wada

Pomiędzy parametrami oscylacji występują zależności

Zatem właściwości fizyczne i mechaniczne materiału są powiązane z parametrami drgań. Metody badań nieniszczących wykorzystują tę zależność. Rozważmy proste i powszechnie stosowane metody badań ultradźwiękowych: metody cienia i echa.

Określenie wady metodą cienia przebiega w następujący sposób (patrz ryc. 2, b): generator 3 poprzez emiter 4 w sposób ciągły emituje drgania do badanego materiału 8, a przez niego do odbiornika drgań 5. W przy braku wady 9 wibracje są odbierane przez odbiornik 5 prawie bez tłumienia i rejestrowane przez wzmacniacz 6 za pomocą wskaźnika 7 (oscyloskop, woltomierz). Wada 9 odbija część energii oscylacji, zacieniając w ten sposób odbiornik 5. Odbierany sygnał maleje, co wskazuje na obecność wady. Metoda cienia nie pozwala na określenie głębokości wady i wymaga dostępu obustronnego, co ogranicza jej możliwości.

Wykrywanie wad i badanie grubości metodą impuls-echo przeprowadza się w następujący sposób (rys. 3): generator 1 wysyła krótkie impulsy do próbki 4 poprzez emiter 2, a oczekiwanie na skan na ekranie oscyloskopu pozwala zobaczyć wysłany impuls 5 Po wysłaniu impulsu emiter przełącza się na odbiór fal odbitych. Na ekranie obserwuje się dolny sygnał 6 odbity od przeciwnej strony konstrukcji. Jeśli na ścieżce fal występuje defekt, wówczas odbity od niej sygnał dociera do odbiornika wcześniej niż sygnał dolny. Następnie na ekranie oscyloskopu widoczny jest kolejny sygnał 8, wskazujący na wadę konstrukcyjną. Głębokość wady ocenia się na podstawie odległości między sygnałami i szybkości propagacji ultradźwięków.

Ryż. 3.

a - metoda echa bez defektu; 6 - to samo, z wadą; przy określaniu głębokości pęknięcia; g - określenie grubości; 1 - generator; 2 - emiter; 3 – sygnały odbite; 4 - próbka; 5 - wysłany impuls; 6 - dolny impuls; 7 wada; 8 - średni impuls; 9 - pęknięcie; 10 - półfale

Przy określaniu głębokości pęknięcia w betonie nadajnik i odbiornik znajdują się w punktach A i B symetrycznie względem pęknięcia (ryc. 3, c). Oscylacje z punktu A do punktu B przebiegają najkrótszą drogą ACB = V 4No + a2;

gdzie V to prędkość; 1H - czas określony doświadczalnie.

W przypadku wykrywania wad betonu metodą impulsów ultradźwiękowych stosuje się sondowanie i profilowanie wzdłużne. Obie metody umożliwiają wykrycie wady poprzez zmianę prędkości fali podłużnej ultradźwięków przechodzącej przez uszkodzony obszar.

Metodę sondowania przelotowego można również zastosować w obecności zbrojenia w betonie, jeśli można uniknąć bezpośredniego przecięcia trasy sondowania z samym prętem. Sonduje się sekwencyjnie odcinki konstrukcji i zaznacza punkty na siatce współrzędnych, a następnie linie o jednakowych prędkościach - izospidy lub linie o jednakowym czasie - izochory, badając, który z nich umożliwia identyfikację odcinka konstrukcji, na którym znajduje się wadliwy beton (strefa niskich prędkości).

Metoda profilowania wzdłużnego umożliwia wykrywanie wad w przypadku, gdy nadajnik i odbiornik znajdują się na tej samej powierzchni (wykrywanie wad powłok drogowych i lotniskowych, płyt fundamentowych, płyty monolityczne podłogi itp.). Metodą tą można również określić głębokość (od powierzchni) uszkodzeń korozyjnych betonu.

Grubość konstrukcji z dostępem jednostronnym można określić metodą rezonansową przy użyciu dostępnych na rynku grubościomierzy ultradźwiękowych. Podłużne wibracje ultradźwiękowe są w sposób ciągły emitowane do konstrukcji z jednej strony (ryc. 2.4, d). Fala 10 odbita od przeciwnej ściany płynie w przeciwnym kierunku. Gdy grubość H i długość półfali są równe (lub gdy te wartości zostaną pomnożone), fale bezpośrednie i odbite pokrywają się, co prowadzi do rezonansu. Grubość określa się według wzoru

gdzie V jest prędkością propagacji fali; / -- częstotliwość rezonansowa.

Wytrzymałość betonu można określić za pomocą miernika tłumienia amplitudy IAZ (ryc. 2.5, a), działającego metodą rezonansową. Wibracje konstrukcji wzbudzane są przez mocny głośnik umieszczony w odległości 10-15 mm od konstrukcji. Odbiornik przetwarza drgania konstrukcji na drgania elektryczne, które są pokazywane na ekranie oscyloskopu. Częstotliwość wymuszone oscylacje płynnie się zmienia, aż zbiega się z częstotliwością drgań naturalnych i osiąga rezonans. Częstotliwość rezonansową rejestruje się na skali generatora. Najpierw dla betonu badanej konstrukcji konstruuje się krzywą kalibracyjną, na podstawie której określa się wytrzymałość betonu.

Ryc.4.

A -- forma ogólna miernik tłumienia amplitudy; b - wykres wyznaczania częstotliwości drgań podłużnych własnych belki; c - wykres wyznaczania częstotliwości własnych drgań zginających belki; d - obwód do badania udarności; 1 - próbka; 2, 3 - emiter (wzbudnica) i odbiornik drgań; 4 - generator; 5 -wzmacniacz; 6 - blok do rejestracji częstotliwości drgań własnych; 7 - układ rozruchowy z generatorem impulsów zliczających i zegarem mikrosekundowym; 8 -- fala uderzeniowa

Przy określaniu częstotliwości drgań zginających, podłużnych i skrętnych próbkę 1, wzbudnicę 2 i odbiornik drgań 3 instaluje się zgodnie ze schematami na ryc. 4, b, f. W tym przypadku próbkę należy zamontować na podporach stanowisko, którego częstotliwość drgań własnych jest 12 - 15 razy większa od częstotliwości drgań własnych badanego elementu.

Wytrzymałość betonu można określić metodą udarową (ryc. 4, d). Metodę stosuje się, gdy jest wystarczająco dużo długa długość projekty, od niska częstotliwość drgań nie pozwala na większą dokładność pomiaru. Na konstrukcji zamontowane są dwa odbiorniki drgań w odpowiednio dużej odległości pomiędzy nimi (podstawa). Odbiorniki połączone są poprzez wzmacniacze z układem rozruchowym, licznikiem i mikrostoperem. Po uderzeniu w koniec konstrukcji fala uderzeniowa dociera do pierwszego odbiornika 2, który za pośrednictwem wzmacniacza 5 włącza licznik czasu 7. Kiedy fala dociera do drugiego odbiornika 3, odliczanie czasu zostaje zatrzymane. Prędkość V oblicza się ze wzoru

V = -- gdzie a jest podstawą; Ja... czas mijając bazę.

Strona 1

Wstęp.

W całym swoim rozwoju cywilizacja ludzka, przynajmniej w sferze materialnej, nieustannie wykorzystuje prawa chemiczne, biologiczne i fizyczne działające na naszej planecie w celu zaspokojenia tej czy innej ze swoich potrzeb. http://voronezh.pinskdrev.ru/ stoły jadalne w Woroneżu.

W starożytności działo się to na dwa sposoby: świadomie lub spontanicznie. Nas oczywiście interesuje ten pierwszy sposób. Przykładem świadomego wykorzystania zjawisk chemicznych może być:

Zakwaszanie mleka, wykorzystywanego do produkcji serów, śmietany i innych produktów mlecznych;

Fermentacja niektórych nasion, np. chmielu, w obecności drożdży, w celu produkcji piwa;

Sublimacja pyłków niektórych kwiatów (maku, konopi) i otrzymywanie leków;

Fermentacja soku z niektórych owoców (głównie winogron), zawierającego dużo cukru, w wyniku której powstaje wino i ocet.

Ogień przyniósł rewolucyjne zmiany w życiu człowieka. Człowiek zaczął wykorzystywać ogień do gotowania, produkcji ceramiki, obróbki i wytapiania metali, przetwarzania drewna na węgiel, odparowywania i suszenia żywności na zimę.

Z biegiem czasu ludzie zaczęli potrzebować coraz więcej nowych materiałów. Chemia okazała się nieocenioną pomocą w ich tworzeniu. Rola chemii jest szczególnie duża w tworzeniu materiałów czystych i ultraczystych (zwanych dalej w skrócie SHM). Jeśli moim zdaniem wiodącą pozycję w tworzeniu nowych materiałów nadal zajmują procesy i technologie fizyczne, to produkcja materiałów syntetycznych jest często bardziej wydajna i produktywna za pomocą reakcji chemicznych. Istniała także potrzeba ochrony materiałów przed korozją; w rzeczywistości jest to główna rola metod fizycznych i chemicznych w materiałach budowlanych. Za pomocą metod fizykochemicznych bada się zjawiska fizyczne zachodzące podczas reakcji chemicznych. Na przykład w metodzie kolorymetrycznej mierzy się intensywność koloru w zależności od stężenia substancji, w analizie konduktometrycznej mierzy się zmianę przewodności elektrycznej roztworów itp.

W artykule omówiono niektóre rodzaje procesów korozyjnych, a także sposoby ich zwalczania, co jest głównym praktycznym zadaniem metod fizykochemicznych w materiałach budowlanych.

Metody fizykochemiczne analiza i ich klasyfikacja.

Fizykochemiczne metody analizy (PCMA) opierają się na wykorzystaniu zależności właściwości fizycznych substancji (na przykład absorpcji światła, przewodności elektrycznej itp.) od ich składu chemicznego. Czasami w literaturze oddziela się fizyczne metody analizy od FCMA, podkreślając w ten sposób, że FCMA wykorzystuje reakcję chemiczną, podczas gdy metody fizyczne nie. Metody fizyczne analiza i analiza fizyko-chemiczna, głównie w literaturze zachodniej, nazywane są instrumentalnymi, ponieważ zwykle wymagają użycia instrumentów, urządzenia pomiarowe. Instrumentalne metody analizy mają na ogół własną teorię, różniącą się od teorii metod analizy chemicznej (klasycznej) (miareczkowanie i grawimetria). Podstawą tej teorii jest oddziaływanie materii z przepływem energii.

Podczas korzystania z FHMA w celu uzyskania informacji o skład chemiczny substancji, badana próbka jest poddawana działaniu pewnego rodzaju energii. W zależności od rodzaju energii w substancji następuje zmiana stanu energetycznego jej cząstek składowych (cząsteczek, jonów, atomów), co wyraża się zmianą tej lub innej właściwości (na przykład koloru, właściwości magnetyczne i tak dalej.). Rejestrując zmianę tej właściwości jako sygnał analityczny, uzyskuje się informację o składzie jakościowym i ilościowym badanego obiektu lub o jego strukturze.

Ze względu na rodzaj energii zakłócenia i mierzoną właściwość (sygnał analityczny) FCMA można sklasyfikować w następujący sposób (tabela 2.1.1).

Oprócz tych wymienionych w tabeli istnieje wiele innych prywatnych FHMA, które nie podlegają tej klasyfikacji.

Największy praktyczne użycie posiadają metody analizy optycznej, chromatograficznej i potencjometrycznej.

Tabela 2.1.1.

Ministerstwo Edukacji Republiki Kirgiskiej

Ministerstwo Edukacji Federacji Rosyjskiej

Kirgisko-Rosyjski Uniwersytet Słowiański

Wydział Architektury Projektowania i Budownictwa

Praca pisemna

Na temat :

„Rola metod badań fizyko-chemicznych materiałów budowlanych”

Ukończył: Michaił Podyaczow gr. PGS 2-07

Sprawdził: Dzhekisheva S.D.

Plan

1. Wprowadzenie………………………………………………………………….……str. 3

4. Charakterystyka procesów korozyjnych materiałów budowlanych…. s. 9-13

5. Fizykochemiczne metody badania korozji materiałów budowlanych……………str. 13-15

6. Metody ochrony materiałów budowlanych przed korozją………………………str. 15

7. Wyniki badań korozji metodami fizykochemicznymi………str. 16-18

8. Innowacyjne metody badań korozji………………………str. 18-20

9. Zakończenie…………………………………………………………………str. 20

10. Literatura…………………………………………………………… strona 21

Wstęp.

W całym swoim rozwoju cywilizacja ludzka, przynajmniej w sferze materialnej, nieustannie wykorzystuje prawa chemiczne, biologiczne i fizyczne działające na naszej planecie w celu zaspokojenia tej czy innej ze swoich potrzeb.

W starożytności działo się to na dwa sposoby: świadomie lub spontanicznie. Nas oczywiście interesuje ten pierwszy sposób. Przykładem świadomego wykorzystania zjawisk chemicznych może być:

-

zakwaszanie mleka, wykorzystywanego do produkcji serów, śmietany i innych produktów mlecznych;

-

fermentacja niektórych nasion, np. chmielu, w obecności drożdży, w celu wytworzenia piwa;

-

sublimacja pyłków niektórych kwiatów (maku, konopi) i otrzymywanie leków;

-

fermentacja soku z niektórych owoców (głównie winogron), zawierającego dużo cukru, w wyniku czego powstaje wino i ocet.

Ogień przyniósł rewolucyjne zmiany w życiu człowieka. Człowiek zaczął wykorzystywać ogień do gotowania, produkcji ceramiki, obróbki i wytapiania metali, przetwarzania drewna na węgiel, odparowywania i suszenia żywności na zimę.

Z biegiem czasu ludzie zaczęli potrzebować coraz więcej nowych materiałów. Chemia okazała się nieocenioną pomocą w ich tworzeniu. Rola chemii jest szczególnie duża w tworzeniu materiałów czystych i ultraczystych (zwanych dalej w skrócie SHM). Jeśli moim zdaniem wiodącą pozycję w tworzeniu nowych materiałów nadal zajmują procesy i technologie fizyczne, to produkcja materiałów syntetycznych jest często bardziej wydajna i produktywna za pomocą reakcji chemicznych. Istniała także potrzeba ochrony materiałów przed korozją; taka jest w rzeczywistości główna rola metod fizykochemicznych w materiałach budowlanych. Za pomocą metod fizykochemicznych bada się zjawiska fizyczne zachodzące podczas reakcji chemicznych. Na przykład w metodzie kolorymetrycznej mierzy się intensywność koloru w zależności od stężenia substancji, w analizie konduktometrycznej mierzy się zmianę przewodności elektrycznej roztworów itp.

W artykule omówiono niektóre rodzaje procesów korozyjnych, a także sposoby ich zwalczania, co jest głównym praktycznym zadaniem metod fizykochemicznych w materiałach budowlanych.

Fizykochemiczne metody analizy i ich klasyfikacja.

Fizykochemiczne metody analizy (PCMA) opierają się na wykorzystaniu zależności właściwości fizycznych substancji (na przykład absorpcji światła, przewodności elektrycznej itp.) od ich składu chemicznego. Czasami w literaturze oddziela się fizyczne metody analizy od FCMA, podkreślając w ten sposób, że FCMA wykorzystuje reakcję chemiczną, podczas gdy metody fizyczne nie. Fizyczne metody analizy i PCMA, głównie w literaturze zachodniej, nazywane są instrumentalnymi, ponieważ zwykle wymagają użycia przyrządów i przyrządów pomiarowych. Instrumentalne metody analizy mają na ogół własną teorię, różniącą się od teorii metod analizy chemicznej (klasycznej) (miareczkowanie i grawimetria). Podstawą tej teorii jest oddziaływanie materii z przepływem energii.

Podczas korzystania z PCMA w celu uzyskania informacji o składzie chemicznym substancji badana próbka jest poddawana działaniu pewnego rodzaju energii. W zależności od rodzaju energii w substancji następuje zmiana stanu energetycznego jej cząstek składowych (cząsteczek, jonów, atomów), co wyraża się zmianą tej lub innej właściwości (na przykład koloru, właściwości magnetycznych itp. .). Rejestrując zmianę tej właściwości jako sygnał analityczny, uzyskuje się informację o składzie jakościowym i ilościowym badanego obiektu lub o jego strukturze.

Ze względu na rodzaj energii zakłócenia i mierzoną właściwość (sygnał analityczny) FCMA można sklasyfikować w następujący sposób (tabela 2.1.1).

Oprócz tych wymienionych w tabeli istnieje wiele innych prywatnych FHMA, które nie podlegają tej klasyfikacji.

Największe praktyczne zastosowanie mają metody analizy optycznej, chromatograficznej i potencjometrycznej.

Tabela 2.1.1.

Rodzaj energii zakłócenia

Nieruchomość mierzona

Nazwa metody

Nazwa grupy metod

Przepływ elektronów (reakcje elektrochemiczne w roztworach i na elektrodach)

Napięcie, potencjał

Potencjometria

Elektrochemiczny

Prąd polaryzacji elektrody

Woltamperometria, polarografia

Aktualna siła

Amperometria

Opór, przewodność

Konduktometria

Impedancja (rezystancja AC, pojemność)

Oscylometria, konduktometria wysokich częstotliwości

Ilość prądu

Kulometria

Masa produktu reakcji elektrochemicznej

Elektrograwimetria

Stała dielektryczna

Dielkometria

Promieniowanie elektromagnetyczne

Długość fali i natężenie linii widmowej w podczerwonej, widzialnej i ultrafioletowej części widma =10-3...10-8 m

Metody optyczne (spektroskopia IR, analiza emisji atomowej, analiza absorpcji atomowej, fotometria, analiza luminescencyjna, turbidymetria, nefelometria)

Widmowy

To samo w zakresie rentgenowskim widma =10-8...10-11 m

Fotoelektron rentgenowski, spektroskopia Augera

Czasy relaksacji i przesunięcie chemiczne

Spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego (NMR) i elektronowego rezonansu paramagnetycznego (EPR).

Temperatura

Analiza termiczna

Termiczny

Termograwimetria

Ilość ciepła

Kalorymetria

Entalpia

Analiza termometryczna (entalpimetria)

Właściwości mechaniczne

Dylatometria

Energia oddziaływań chemicznych i fizycznych (siły van der Waalsa).

Przewodność elektryczna Przewodność cieplna Prąd jonizacyjny

Gaz, ciecz, osad, wymiana jonowa, chromatografia żelowo-permeacyjna

Chromatograficzne

W porównaniu do klasycznych metod chemicznych, FCMA charakteryzują się niższą granicą wykrywalności, czasem i pracochłonnością. FCMA umożliwiają przeprowadzenie analizy na odległość, automatyzację procesu analizy i wykonanie jej bez niszczenia próbki (analiza nieniszcząca).

Ze względu na metody oznaczania wyróżnia się bezpośrednie i pośrednie FCMA. W metodach bezpośrednich ilość substancji wyznacza się poprzez bezpośrednie przeliczenie zmierzonego sygnału analitycznego na ilość substancji (masę, stężenie) za pomocą równania sprzężenia. W metody pośrednie sygnał analityczny służy do określenia końca reakcji chemicznej (jako swego rodzaju wskaźnik), a ilość analitu, która weszła do reakcji, określa się korzystając z prawa równoważników, tj. zgodnie z równaniem niezwiązanym bezpośrednio z nazwą metody.

W oparciu o metodę oznaczania ilościowego rozróżnia się niereferencyjną i referencyjną instrumentalną metodę analizy.

Bez metod referencyjnych opierają się na ścisłych prawach, których formułowe wyrażenie umożliwia przeliczenie natężenia mierzonego sygnału analitycznego bezpośrednio na ilość oznaczanej substancji przy wykorzystaniu wyłącznie wartości tabelarycznych. Takim wzorcem może być np. prawo Faradaya, które pozwala obliczyć ilość analitu w roztworze podczas miareczkowania kulometrycznego na podstawie prądu i czasu elektrolizy. Metod niestandardowych jest bardzo niewiele, gdyż każde oznaczenie analityczne to układ skomplikowanych procesów, w których teoretycznie nie da się uwzględnić wpływu każdego z licznych czynników eksploatacyjnych na wynik analizy. W związku z tym w analizach stosuje się pewne techniki, które pozwalają na eksperymentalne uwzględnienie tych wpływów. Najpopularniejszą techniką jest wykorzystanie standardów, tj. próbki substancji lub materiałów o dokładnie znanej zawartości oznaczanego pierwiastka (lub kilku pierwiastków). W trakcie analizy dokonuje się pomiaru analitu badanej próbki i wzorca, porównuje uzyskane dane i ze znanej zawartości pierwiastka w analizowanej próbce oblicza się zawartość tego pierwiastka w wzorcu. Wzorce mogą być produkowane przemysłowo (próbki wzorcowe, stale zwykłe) lub przygotowywane w laboratorium bezpośrednio przed analizą (próbki porównawcze). Jeżeli jako próbki wzorcowe stosuje się substancje chemicznie czyste (zanieczyszczenia mniejsze niż 0,05%), wówczas nazywa się je substancjami wzorcowymi.

W praktyce oznaczenia ilościowe metodami instrumentalnymi przeprowadza się za pomocą jednej z trzech metod: funkcji kalibracyjnej (seria wzorcowa), wzorców (porównanie) lub dodatków wzorcowych.

Pracując metodą funkcji kalibracyjnej, stosując substancje wzorcowe lub próbki wzorcowe, otrzymuje się pewną liczbę próbek (lub roztworów) zawierających różne, ale dokładnie znane ilości oznaczanego składnika. Seria ta jest czasami nazywana serią standardową. Następnie analizuje się ten szereg wzorcowy i na podstawie uzyskanych danych oblicza się wartość czułości K (w przypadku liniowej funkcji kalibracyjnej). Następnie mierzone jest natężenie sygnału analitycznego A w badanym obiekcie i obliczana jest ilość (masa, stężenie) żądanego składnika za pomocą równania sprzężenia /> lub znajdowana za pomocą wykresu kalibracyjnego (patrz rys. 2.1.1 ).

Metoda porównawcza (wzorce) ma zastosowanie wyłącznie do liniowej funkcji kalibracyjnej. Oznaczanie tego składnika przeprowadza się w standardowa próbka(substancja standardowa) i uzyskaj

Następnie wyznacza się je w analizowanym obiekcie

Dzielenie pierwszego równania przez drugie eliminuje czułość

i obliczyć wynik analizy

Metodę dodawania wzorców można zastosować także tylko w przypadku liniowej funkcji kalibracyjnej. W tej metodzie najpierw poddaje się analizie i //pozyskuje się próbkę obiektu badawczego, następnie do próbki dodaje się znaną ilość (masę, objętość roztworu) oznaczanego składnika i po analizie,

Dzieląc pierwsze równanie przez drugie, eliminuje się K i uzyskuje się wzór do obliczenia wyników analizy:

Widmo substancji uzyskuje się poprzez oddziaływanie na nią temperaturą, przepływem elektronów, przepływem światła (energia elektromagnetyczna) o określonej długości fali (częstotliwość promieniowania) i innymi metodami. Przy określonej energii uderzenia substancja może przejść w stan wzbudzony. W tym przypadku zachodzą procesy, które prowadzą do pojawienia się w widmie promieniowania o określonej długości fali (tabela 2.2.1).

Emisję, absorpcję, rozproszenie lub załamanie promieniowania elektromagnetycznego można uznać za sygnał analityczny niosący informację o składzie jakościowym i ilościowym substancji lub jej strukturze. Częstotliwość (długość fali) promieniowania zależy od składu badanej substancji, a natężenie promieniowania jest proporcjonalne do liczby cząstek, które spowodowały jego pojawienie się, tj. ilość substancji lub składnika mieszaniny.

Każda z metod analitycznych zazwyczaj nie wykorzystuje pełnego widma substancji, obejmującego zakres długości fal od promieni rentgenowskich do fal radiowych, a jedynie jego pewną część. Metody spektralne zwykle rozróżnia się na podstawie zakresu długości fal widmowych, dla których działają Ta metoda: ultrafiolet (UV), promieniowanie rentgenowskie, podczerwień (IR), mikrofale itp.

Metody działające w zakresie UV, widzialnym i IR nazywane są optycznymi. Są one najczęściej stosowane w metodach spektralnych ze względu na względną prostotę sprzętu do uzyskiwania i rejestracji widma.

Analiza emisji atomowej (AEA) opiera się na oznaczeniach jakościowych i ilościowych skład atomowy substancji poprzez uzyskanie i badanie widm emisyjnych atomów tworzących substancję.

Pi AEA, analizowaną próbkę substancji wprowadza się do źródła wzbudzenia urządzenia spektralnego. W źródle wzbudzenia próbka ta ulega złożonym procesom polegającym na topnieniu, odparowaniu, dysocjacji cząsteczek, jonizacji atomów, wzbudzeniu atomów i jonów.

Wzbudzone atomy i jony po bardzo krótkim czasie (~10-7-108 s) samoistnie powracają z niestabilnego stanu wzbudzonego do stanu normalnego lub pośredniego. Prowadzi to do emisji światła o częstotliwości  i pojawienia się linii widmowej.

Ogólny schemat emisji atomowej można przedstawić w następujący sposób:

A + E  A*  A + h

Stopień i intensywność tych procesów zależy od energii źródła wzbudzenia (ES).

Najczęstsze IW to: płomień gazowy, wyładowania łukowe i iskrowe, plazma indukcyjnie sprzężona (ICP). Ich charakterystykę energetyczną można uznać za temperaturę.

Ilościowa AEA opiera się na zależności pomiędzy stężeniem pierwiastka a intensywnością jego linii widmowych, którą określa wzór Lomakina:

gdzie I jest intensywnością linii widmowej wyznaczanego pierwiastka; c - stężenie; aib są stałymi.

Wartości aib zależą od właściwości linii analitycznej IV i stosunku stężeń pierwiastków w próbce, dlatego zależność /> ustala się zwykle empirycznie dla każdego pierwiastka i każdej próbki. W praktyce najczęściej stosuje się metodę porównania ze standardem.

Do oznaczeń ilościowych wykorzystuje się głównie fotograficzną metodę rejestracji widma. Intensywność linii widmowej uzyskanej na kliszy fotograficznej charakteryzuje się jej zaczernieniem:

gdzie S jest stopniem zaczernienia kliszy fotograficznej; I0 to natężenie światła przechodzącego przez niezaczernioną część płytki, a I - przez część zaczernioną, tj. linia widmowa. Pomiar zaczernienia linii widmowej przeprowadza się w porównaniu z zaczernieniem tła lub w odniesieniu do intensywności linii odniesienia. Powstała różnica czernienia (S) jest wprost proporcjonalna do logarytmu stężenia (c):

W metodzie trzech wzorców widma trzech wzorców o znanej zawartości pierwiastków oraz widmo analizowanej próbki fotografuje się na jednej kliszy fotograficznej. Mierzone jest zaczernienie wybranych linii. Konstruuje się wykres kalibracyjny, na podstawie którego określa się zawartość badanych pierwiastków.

W przypadku analizy obiektów tego samego typu stosuje się metodę wykresów stałych, która jest zbudowana przy użyciu dużej liczby standardów. Następnie w ściśle identycznych warunkach pobiera się widmo próbki i jednego ze standardów. Wykorzystując widmo wzorca sprawdzają, czy wykres się nie przesunął. Jeśli nie ma przesunięcia, nieznane stężenie wyznacza się za pomocą wykresu stałego, a jeśli tak, to wielkość przesunięcia uwzględnia się za pomocą widma wzorca.

W przypadku ilościowego AEA błąd w określeniu zawartości zasady wynosi 1-5%, a zawartość zanieczyszczeń do 20%. Wizualna metoda rejestracji widma jest szybsza, ale mniej dokładna niż fotograficzna.

Na podstawie konstrukcji sprzętu można wyróżnić AEA z rejestracją wizualną, fotograficzną i fotoelektryczną oraz pomiarem natężenia linii widmowych.

Metody wizualne (rejestracja okiem) można stosować wyłącznie do badania widm o długości fali w zakresie 400 - 700 nm. Średnia czułość widmowa oka jest maksymalna dla światła żółto-zielonego o długości fali  550 nm. Wizualnie można z wystarczającą dokładnością ustalić równość intensywności linii z najbliższymi długościami fal lub określić najjaśniejszą linię. Metody wizualne dzielą się na styloskopowe i stylometryczne.

Analiza styloskopowa polega na wizualnym porównaniu natężeń linii widmowych analizowanego pierwiastka (domieszki) z pobliskimi liniami widmowymi głównego elementu próbki. Na przykład podczas analizy stali zwykle porównuje się intensywności linii widmowych zanieczyszczeń i żelaza. W tym przypadku wykorzystuje się znane wcześniej cechy styloskopowe, w których równość intensywności linii określonej pary analitycznej odpowiada określonemu stężeniu analizowanego pierwiastka.

Steeloskopy służą do ekspresowej analizy, która nie wymaga dużej dokładności, oznacza się 6-7 elementów w 2-3 minuty. Czułość analizy wynosi 0,01-0,1%. Do analiz wykorzystuje się zarówno steeloskopy stacjonarne SL-3...SL-12 jak i przenośne SLP-1...SLP-4.

Analiza stylometryczna różni się od analizy styloskopowej tym, że jaśniejszą linię pary analitycznej osłabia się za pomocą specjalnego urządzenia (fotometru) do czasu ustalenia równości intensywności obu linii. Dodatkowo stylometry pozwalają na zbliżenie linii analitycznej i porównawczej w polu widzenia, co znacznie zwiększa dokładność pomiarów. Do analiz wykorzystywane są stylometry ST-1...ST-7.

Błąd względny pomiarów wizualnych wynosi 1 – 3%. Ich wadą jest ograniczone widmo widzialne, żmudność i brak obiektywnej dokumentacji analizy.

Metody fotograficzne opierają się na fotograficznej rejestracji widma za pomocą specjalnych przyrządów spektrograficznych. Obszar roboczy spektrografy są ograniczone do długości fali 1000 nm, tj. Można je stosować w zakresie widzialnym i UV. Intensywność linii widmowych mierzy się stopniem zaczernienia ich obrazu na kliszy lub kliszy fotograficznej.