Методы исследования строительных материалов

Саратовский Государственный  Технический Университет 

Строительно - Архитектурно - Дорожный Институт

Кафедра: «Производство строительных изделий и конструкций» 
 
 
 
 
 
 

Контрольная работа по дисциплине:

«Методы исследования строительных материалов» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Саратов 2012

 

Содержание. 
 

1. Прямые  и косвенные методы проведения изменений. Метод градуировочного графика, молярного свойства и добавок. Ограничения  применимости методов.                                                                              3
2. Потенциометрия: теоретические основы, узлы прибора для потенциометрического титрования (водородный электрод, хлорсеребряный электрод – принцип действия).                                      10

Список  литературы.                                                                                         16

 

1. Прямые  и косвенные методы проведения измерений. Метод градуировочного  графика, молярного  свойства и добавок. Ограничения применимости методов.

 

    Физико-химические методы анализа - это методы, в которых анализируемые вещества подвергают химическим превращениям, а анализируемый сигнал является физической величиной, зависящей от концентрации определённого компонента. Химические превращения способствуют выделению, связыванию анализируемого компонента или переводу его в форму, легко поддающуюся идентификации. Таким образом, детектируемая среда образуется в ходе самого анализа.

    Почти во всех физико-химических методах  анализа применяются два основных методических приёма: метод прямых измерений и метод титрования (метод косвенных измерений).

    Прямые  методы

    При прямых измерениях используется зависимость  аналитического сигнала от природы анализируемого вещества и его концентрации. В спектроскопии, например, длина волны спектральной линии, определяет свойство природы вещества, а количественной характеристикой является интенсивность спектральной линии.

    Поэтому, при проведении качественного анализа  фиксируют сигнал, а при проведении количественного анализа - измеряют интенсивность сигнала.

    Между интенсивностью сигнала и концентрацией  вещества всегда существует зависимость, которая может быть представлена выражением:

    I =K · С,

    где: I — интенсивность аналитического сигнала;

    K — константа;

    С — концентрация вещества.

    В аналитической практике наибольшее распространение получили следующие  методы прямого количественного  определения:

    1) метод градуировочного графика; 

    2) метод молярного свойства;

    3) метод добавок. 

    Все они основаны на использовании стандартных  образцов или стандартных растворов. 

    Метод градуировочного  графика. 

    В соответствии с законом Бугера - Ламберта - Бера график зависимости  оптической плотности от концентрации должен быть линейным и проходить  через начало координат.

    Готовят серию стандартных растворов  различной концентрации и измеряют оптическую плотность в одинаковых условиях. Для повышения точности определения число точек на графике  должно быть не меньше трех - четырех. Затем  определяют оптическую плотность исследуемого раствора А_х и по графику находят соответствующее ей значение концентрации С_х (рис.1.).

    Интервал  концентраций стандартных растворов  подбирают таким образом, чтобы  концентрация исследуемого раствора соответствовала  примерно середине этого интервала.

    Метод является наиболее распространенным в  фотометрии. Основные ограничения метода связаны с трудоемким процессом  приготовления эталонных растворов  и необходимостью учитывать влияние  посторонних компонентов в исследуемом  растворе. Чаще всего метод применяется  для проведения серийных анализов.

      
Рис.1. Градуировочный график зависимости  оптической плотности  от концентрации.

    В этом методе измеряется интенсивность  аналитического сигнала I у нескольких стандартных образцов и строится градуировочный график обычно в координатах I = f(с), где с – концентрация определяемого компонента в стандартном образце. Затем в этих же условиях измеряется интенсивность сигнала у анализируемой пробы и по градуировочному графику находится концентрация анализируемого вещества.

    Если  градуировочный график описывается  уравнением y = b•C, то он может быть построен по одному эталону, а прямая будет выходить из начала координат. В этом случае измеряются аналитические сигналы для одного стандартного образца и пробы. Далее рассчитываются погрешности, и строится корректирующий график.

    Если  градуировочный график строится по уравнению  y = a + b•C, то необходимо использовать как минимум два эталона. Реально для уменьшения погрешности используются от двух до пяти эталонов.

    Интервал  концентраций на градуировочном графике  должен охватывать предполагаемую область  анализируемых концентраций, а состав стандартного образца или раствора должен быть близок к составу анализируемого. На практике это условие редко  достигается, поэтому желательно иметь  широкий набор стандартных образцов разнообразного состава.

    В уравнении прямой y = a + b•C величина b характеризует наклон прямой и называется коэффициентом инструментальной чувствительности. Чем больше b , тем больше наклон графика и тем меньше погрешность определения концентрации.

    Может применяться и более сложная  зависимость, кроме того, перевод  функций в логарифмические координаты позволяет ослабить влияние побочных процессов и предотвращает появление  ошибки.

    Градуировочный  график должен строиться непосредственно  перед измерениями, однако в аналитических  лабораториях при выполнении серийных анализов используют постоянный, заранее  полученный график. В этом случае необходимо проводить периодические проверки правильности результатов анализов во времени. Частота контроля зависит  от величины серии проб. Так, для  серии из 100 проб выполняют один контрольный  анализ на каждые 15 проб. 

     Метод молярного свойства.

    Здесь также измеряется интенсивность  аналитического сигнала (I = Ac) у нескольких стандартных образцов и рассчитывается молярное свойство А, т.е. интенсивность аналитического сигнала, пропорциональная 1 моль вещества: А = I/c_ст..

    Или рассчитывается среднее молярное свойство по выражению:

    Ā=1/n_i∑I/С , (1.7.4)

где: Ā – среднее молярное свойство;

n_i – количество измерений i-х стандартных образцов;

 I – интенсивность сигнала;

 С – концентрация

    Затем в тех же условиях измеряется интенсивность  сигнала у анализируемой пробы  и по соотношению с_х = I/A рассчитывается концентрация анализируемого компонента.

    Метод предполагает соблюдение соотношения  I = Ac.

    Метод добавок.

    Когда состав пробы неизвестен или о  нём имеется недостаточно данных, а также когда отсутствуют  адекватные стандартные образцы, применяется  метод добавок. Он позволяет в значительной степени устранить систематические погрешности, когда существует несоответствие между составом эталонов и проб.

    Метод добавок основан на введении в  серию одинаковых по массе и объёму проб анализируемого раствора (А_х) точно известного количества определяемого компонента (а) с известной концентрацией (С_а). При этом измеряется интенсивность аналитического сигнала пробы до введения ( I_x ) и после введения дополнительного компонента (I_х+а).

    Этот  метод применяют для анализа  сложных растворов, т. к. он позволяет  автоматически учитывать влияние  посторонних компонентов анализируемого образца. Сначала измеряют оптическую плотность исследуемого раствора с  неизвестной концентрацией

    А _х =     С _х ,

    Затем в анализируемый раствор добавляют известное количество стандартного раствора определяемого компонента (С_ст) и измеряют оптическую плотность А _х+ст:

    А _х+ст =     ( С _х + С _ст),

    откуда

    С _х = С _ст ·   .

    Для повышения точности добавку стандартного раствора определяемого компонента делают дважды и полученный результат  усредняют.

    Концентрацию  анализируемого вещества в методе добавок  можно найти графическим путем (рис.2.).

       
Рис.2. Градуировочный график для определения   концентрации вещества по методу добавок.

    Последнее уравнение показывает, что если строить график А_х+ст как функции С_ст, то получится прямая, экстраполяция которой до пересечения с осью абсцисс дает отрезок, равный - С_х. Действительно, при А_х+ст= 0 из этого же уравнения следует, что - С_ст = С_х.

     Следовательно, в этом методе сначала измеряют интенсивность аналитического сигнала пробы I_x, затем в пробу вводится известный объем стандартного раствора до концентрации с_ст. и снова измеряется интенсивность сигнала I_x+ст., следовательно

     I_x = Ac_x,     I_x+ст. = A(c_x + c_ст.)

     с_х = с_ст.

     Метод также предполагает соблюдение соотношения  I = Ac.

     Число проб с добавками переменных количеств  определяемого компонента может  варьироваться в широких пределах. 

     Метод косвенных измерений

    Косвенные измерения применяются при титровании анализируемой пробы кондуктометрическим, потенциометрическим и некоторыми другими методами.

    В этих методах в процессе титрования измеряется интенсивность аналитического сигнала - I и строится кривая титрования в координатах I - V, где V - объем добавляемого титранта в мл.

    По  кривой титрования находится точка  эквивалентности и проводится расчет, по соответствующим аналитическим выражениям:

     Q в-ва = Т г/мл · Vмл(экв)

     Виды  кривых титрования весьма многообразны, они зависят от метода титрования (кондуктометрическое, потенциометрическое, фотометрическое и т.д.), а также  от интенсивности аналитического сигнала, зависящего от отдельных влияющих факторов.

 

2. Потенциометрия: теоретические основы, узлы прибора для  потенциометрического титрования (водородный электрод, хлорсеребряный электрод – принцип  действия).

 

    Электрохимические методы анализа - это совокупность методов  качественного и количественного  анализа, основанных на электрохимических  явлениях, происходящих в исследуемой  среде или на границе раздела  фаз и связанных с изменением структуры, химического состава  или концентрации анализируемого вещества. Включают следующие основные группы: кондуктометрию, потенциометрию, вольтамперометрию, кулонометрию. 

    Потенциометрия

    Потенциометрический метод анализа основан на измерении  электродных потенциалов и электродвижущих  сил в растворах электролитов.

    Различают прямую потенциометрию и потенциометрическое  титрование.

    Прямая  потенциометрия используется для непосредственного определения активности (a) ионов в растворе при условии обратимости электродного процесса (т.е. протекающего на поверхности электрода). Если известны индивидуальные коэффициенты активности компонентов (f), то можно определить непосредственно концентрацию (с) компонента: . Метод прямой потенциометрии надёжен благодаря отсутствию диффузионного потенциала в растворе, искажающего результаты анализа (диффузионный потенциал связан с разностью концентраций определяемого компонента на поверхности электрода и в объёме раствора).