П.В. Миронов, Е.В. Алаудинова

И.С. Почекутов, С.Р. Лоскутов

 

 

Инструментальные методы исследования в химической технологии и биотехнологи

 

Утверждено редакционно-издательским советом СибГТУ в качестве учебного пособия по самостоятельной работе для студентов

Направления 240100.62 (18.03.01) «Химическая технология»,

профиля подготовки «Химическая технология переработки древесины»; направления 240700.62 (19.03.01) «Биотехнология»

Очной и заочной форм обучения

 

 

Красноярск, 2014

Миронов, П. В. Инструментальные методы исследования в химической технологии и биотехнологии: учебное пособие по самостоятельной работе для студентов направления 240100.62 (18.03.01) «Химическая технология» профиля подготовки «Химическая технология переработки древесины»; направления 240700.62 (19.03.01) «Биотехнология» очной и заочной форм обучения / П. В. Миронов, Е. В. Алаудинова,  И. С. Почекутов, С. Р. Лоскутов. – Красноярск: СибГТУ, 2014. – 135 с.

 

 

В учебном пособии рассмотрены основные современные методы физико-химического анализа, широко применяемые в различных областях науки, техники и технологии. Важнейшей задачей пособия является ознакомление студентов с теоретическими основами физико-химических методов исследования; устройством и принципами работы современной аналитиче­ской аппаратуры; приобретение необходимых знаний и навыков, необходимых для дальнейшей исследовательской работы.

Кроме того, пособие, несомненно, будет полезно магистрам, аспирантам и специалистам, занимающимся исследованиями в многообразных сферах науки и производства с применением инструментальных методов.

 

 

Рецензенты: канд. техн. наук Киселёв Е.Г. (CФУ);

канд. техн. наук, доцент Решетова Н.C. (научно-методический совет СибГТУ)

 

 

Одобрено и рекомендовано к печати редакционно-издательским советом

СибГТУ

 

© П.В. Миронов, Е.В. Алаудинова, И.С. Почекутов, С.Р. Лоскутов

© ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет», 2014

ОГЛАВЛЕНИЕ

	С.
Введение.………………………………………………………………........	4
ГЛАВА 1 О бщие вопросы теории физико-химического анализа.......	6
1.1 Характеристика физико-химических методов…………......................	6
1.2 Оформление результатов эксперимента................................................	14
ГЛАВА 2 О птические методы анализа……………..………………….	31
2.1 Теоретические основы оптических методов анализа.................……..	31
2.2 Инфракрасная спектроскопия, спектроскопия комбинационного
рассеяния.........................................................................................................	40
2.3 Инфракрасная спектроскопия: качественный и количественный анализ...............................................................................................…………	52
2.4 Спектроскопия в УФ- и видимой областях: качественный и
количественный анализ.................................................................................	62
2.5 Фотометрия мутных сред………………………………………............	77
2.6 Люминесцентный анализ……………………………………….............	82
ГЛАВА 3 Рентгеновская спектроскопия	92
3.1 Рентгеновская  спектроскопия: возбуждение внутренних электронов....	92
3.2 Рентгенофлуоресцентный анализ...................................................................	94
3.3 Рентгенодифракционные методы...........................................................	104
ГЛАВА 4 Хроматографические методы анализа...................................	106
4.1 Газовая хроматография............................................................................	106
4.2 Жидкостная хроматография....................................................................	122
Библиографический список...........................................................................	131
Приложение А (справочное) Перечень ключевых слов.............................	133

 

ВВЕДЕНИЕ

Для проведения исследований в различных областях науки необходима специальная, часто сложная и дорогостоящая аппаратура. Для работы с ней требуются высококвалифированные работники, которые обязаны чётко знать принципы и теоретические основы применяемого инструментального метода, его возможности и ограничения, а также устройство конкретного прибора, порядок работы на нём, источники возможных ошибок.

Инструментальные методы объединяют большое число коли­чест-венных методов, основанных на измерении различных физи­ко-химичес-ких свойств соединений или простых веществ, таких как: плотность, поверхностное натяжение, вязкость, поглощение электромагнитной энергии, преломление света, вращение плоскости поляризации, флуоресценция и фосфоресценция, дифракция электронов и рентгеновских лучей, ядерный магнитный резонанс, электрохимические, термодинамические и др. 

Широкое распространение инструментальных методов, в первую очередь, связано с их значительно большей чув­ствительностью по сравнению с химическими. Если при помощи обычных химических методов можно установить концентрацию вещества порядка 10^-5 моль/л, то для некоторых физико-хими­ческих методов определяемый минимум – 10^-9-10^-10 моль/л, что, примерно, на пять порядков меньше. Это преимущество осо­бенно важно в тех случаях, когда должна решаться задача определения токсичных микропримесей (например, при оценке содержания или эмиссии вредных веществ из различных материалов). Другое преимущество инструментальных методов – се­лективность. Спектральные, хроматографические, масс-спектромет-рические и др. методы позволяют одновременно определять десятки компонентов, что делает их незаменимыми не только в практике научных исследований, но и в про­изводственных условиях для технологического контроля. Ещё одно несомненное преимущество физико-химических методов анализа и контроля перед обыч­ными химическими методами заключается в возможности максимально автоматизировать аналитические процессы, а в ряде случаев выполнять анализы, не разрушая исследуемые объекты.

Сегодня наиболее широко применяются разнообразные хроматографические методы; методы спектрального анализа в видимой, УФ- и ИК-областях электромагнитного спектра; методы ЯМР и масс-спектроскопии; термического анализа и др. Эти методы неравнозначны как по аналитическим возможностям, так и по сложности решаемых с их помощью задач.

Основная задача настоящего учебного пособия – помочь студентам, изучающим дисциплины «Инструментальные методы исследования в биотехнологии», «Инструментальные методы исследования в химической технологии», а также «Основы научных исследований» самостоятельно ознакомиться с теоретическими основами инструментальных методов; устройством и принципами работы современной аналитиче­ской аппаратуры; статистической обработкой и оформлением экспериментальных результатов, формируя, таким образом, следующие профессиональные компетенции - для направления 240100.62 (18.03.01) «Химическая технология»: способность и готовность использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ПК-1); планировать и проводить физические и химические эксперименты, проводить обработку их результатов и оценивать погрешности, математически моделировать физические и химические процессы и явления, выдвигать гипотезы и устанавливать границы их применения (ПК-21);

- для направления 240700.62 (19.03.01) «Биотехнология»: владение основными методами и приемами проведения экспериментальных исследований в своей профессиональной области; способость проводить стандартные и сертификационные испытания сырья, готовой продукции и технологических процессов (ПК-7); владение планированием эксперимента, обработкой и представлением полученных результатов (ПК-8).

ГЛАВА 1 ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ТЕОРИИ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА