Фізико-хімічні методи дослідження якості скла

В картотеці ASTM є також покажчик, в якому всі  включені в картотеку речовини розміщені  в порядку зменшення міжплощинних відстаней d для трьох найбільш інтенсивних дифракційних максимумів. Цей покажчик дає можливість провести якісний аналіз і тоді, коли про досліджуваний зразок заздалегідь нічого не відомо або коли частина дифракційних піків на дифрактограмі залишилася нерозшифрованою. В цьому випадку за покажчиком слід підібрати три міжплощинні відстані, послідовність значень яких співпадала б із послідовністю значень d для трьох найбільш інтенсивних піків. Потім на дифрактограмі знаходять решту піків передбачуваної фази. Ідентифікація не може бути здійснена описаними методами, якщо фази –  тверді розчини змінного складу. Мінімальна кількість фази в суміші, яка дає достатнє число дифракційних піків для її надійного визначення, залежить від природи фази, складу сумішей, умов зйомки та інших чинників і коливається в широких межах – від 0,1 до 10%. Якісний рентенофазовий аналіз може бути виконаний автоматично при зйомці зразків у рентгенівській дифрактометрії, який керується комп’ютером, в пам'ять якого введено дані картотеки ASTM.

 

5.2 Метод ядерного магнітного резонансу

 

Явище магнітного резонансу було відкрито в 1945—1946  рр. двома незалежними групами  вчених. Натхненниками цього були Ф. Блох і Є. Персел.

Ядерний магнітний  резонанс (ЯМР) – явище резонансного поглинання радіочастотної електромагнітної енергії речовиною з ненульовими магнітними моментами ядер, що знаходиться в зовнішньому постійному магнітному полі. Ненульовим ядерним магнітним моментом володіють ядра 1Н, 2Н, 13С, 14N, 15N, 19F, 29Si, 31P і ін. ЯМР звичайно спостерігається в однорідному постійному магнітному полі В0, на яке накладається слабке радіочастотне поле В1, перпендикулярне полю В0. Для речовин, у яких ядерний спін I= 1/2 (1H, 13C, 15N, 19F, 29Si, 31P і ін.), в полі В0 можливі дві орієнтації магнітного дипольного моменту ядра μ: "за полем" і "проти поля". Два рівні енергії Е, що виникають за рахунок взаємодії магнітного моменту ядра з полем В0, розділені інтервалом ΔЕ=2μВ0.

За умови, що hν0= ΔЕ або ω0=γВ0, де h – стала Планка, v0 - частота радіочастотного поля В1, ω0 - кругова частота, γ - так зване гіромагнітне відношення ядра, спостерігається резонансне поглинання енергії поля B1, назване ЯМР. Для нуклідів 1H, 13C, 31Р частоти ЯМР в полі В0= 11,7 Тл рівні відповідно (в МГц): 500, 160,42 і 202,4; значення γ (в МГц/Тл): 42,58, 10,68 і 17,24. Згідно квантової моделі в полі В0 виникає 2I+1 рівнів енергії, переходи між якими дозволені при |Δm|=1, де m - магнітне квантове число.

Одні і ті ж ядра атомів в різних оточеннях  в молекулі показують різні сигнали  ЯМР. Відмінність такого сигналу ЯМР від сигналу стандартної речовини дозволяє визначити так званий хімічний зсув, який обумовлений хімічною будовою речовини, що вивчається. В методиках ЯМР є багато можливостей визначати хімічну будову речовин, конформації молекул, ефекти взаємного впливу, внутрішньомолекулярні перетворення.

Вироджені квантові рівні, які відрізняються магнітним  квантовим числом або спіном, розщеплюються  в магнітному полі завдяки ефекту Зеемана. Величина розщеплення пропорційна  магнітній індукції поля. Між розщепленими рівнями можливі переходи, які призводять до резонансного поглинання електромагнітних хвиль. Оскільки розщеплення невелике, то резонансні частоти належать діапазону радіохвиль.

Резонансне  поглинання радіохвиль можна вивчати, змінюючи їхню частоту. Проте практичніше змінювати величину магнітного поля. В експерименті магнітне поле складається з двох компонент - постійної і змінної, а поглиння хвиль реєструють на певній зафіксованій частоті. При певних значеннях сумарного магнітного поля, величина розщеплення рівнів дорівнює частоті радіохвилі, помноженій на сталу Планка, саме тоді фіксується резонанс.

 

5.3 Гравіметричні методи аналізу заліза у склі

 

Осадження у  формі гідроксиду заліза (III).

На сьогоднішній день розроблено безліч методів визначення заліза шляхом осадження гідроксиду заліза (III). Всіх їх можна розділити на дві основні групи: осадження з розбавлених розчинів, що містять Fe3+, і осадження з концентрованих розчинів (метод Н.А.Тананаєва).

Осадження з  розбавлених розчинів. Даний метод грунтується на осадженні заліза аміаком з розбавлених підкислених розчинів при нагріванні у вигляді гідроксиду заліза (III) за рахунок зміщення протолітичної рівноваги вправо:

NH3 + Н3О = NH4 + Н2О

[Fe(H2O)6]3+ 2Н2О = [Fe(H2O)5OH]2+ Н3О

[Fe(H2O)5OH]2+ 2Н2О = [Fe(H2O)4(OH)2]+Н3О

[Fe(H2O)4(OH)2]+ 2Н2О = [Fe(H2O)3(OH)3] + Н3О

Утвореному  колоїдному розчину Fe(OH)3-nH2O дають скоагулюватись (цьому сприяють висока концентрація солей амонію, що утворилися в результаті нейтралізації кислоти), фільтрують, промивають розчином нітрату амонія, сушать і прожарюють при 800°С. Ваговою формою є Fe2O3. Перевищення рекомендованої температури або неправильні умови обвуглювання фільтру можуть викликати відновлення частини заліза до двовалентного стану (6Fe2O3 = 4Fe3O4 + O2), що приводить до зменшення ваги осаду і, як наслідок, до заниження результатів.

Осадження з  концентрованих розчинів (метод Тананаєва). Н.А.Танаєвим встановлено, що чим більш  розбавлений досліджуваний розчин і осаджувач, і чим повільніше проходить осадження, тим сильніше проявляється схильність одержуваних осадів давати колоїдні розчини. Ним було запропоновано проводити осадження гідроксиду заліза (III) з невеликого об'єму концентрованого розчину, швидко додаючи осаджувач. Одержаний колоїдний розчин швидко розбавляється великою кількістю гарячої води для зменшення адсорбційного забруднення осаду. Даний метод дозволяє добитися меншої адсорбції води колоїдними частинками, що покращує точність аналізу, оскільки іноді вода при прожаренні видаляється важко.

Іноді в досліджуваному розчині залізо присутнє як в двовалентній формі, так і в тривалентній. В  цьому випадку до осадження необхідно  перевести все залізо в Fe3+. Це досягається  шляхом кип'ятіння з концентрованою азотною кислотою. Іноді для усунення заважаючої дії тривалентного хрому його окиснюють персульфатом амонію в присутності іонів срібла. В цих умовах все залізо також переходить в тривалентне.

Осадження у  вигляді купферонату заліза (III).

Купферон з  іонами тривалентного заліза утворює  купферонат заліза (III). Осадження проводять з охолодженого розчину заліза за допомогою 4%-го розчину купферону, який додають в надлишку (до появи на поверхні розчину білої, розчинної при помішуванні, муті).

Осад фільтрують, промивають холодною водою і розбавленим  розчином аміаку, висушують, прожарюють в муфельній печі при температурі 900°С і зважують оксид тривалентного заліза, що утворився.

Метод досить селективний, що дозволяє визначати залізо у присутності  алюмінію, нікелю і хрому.

Осадження у  вигляді 5,7-дибром-8-оксихінолінату.

Осадження заліза 8-оксихіноліном і його похідними  проводять з розчинів, що містять  ацетат амонію. Осад, висушений при 120-125°С, відповідає формулі Ре(Ох)з. Осадження самим 8-оксихіноліном  не є селективною реакцією, оскільки 8-оксихінолін дає осад з багатьма важкими металами, але його похідне - 5,7-дибром-8-оксихінолін є вибірковим реагентом для осадження заліза.

 

5.4 Мікроскопічні  методи дослідження                                               

 

Мікроскопічні методи дослідження - способи вивчення дуже дрібних, нерозрізнених неозброєним оком об'єктів за допомогою мікроскопів. Широко застосовуються в бактеріологічних, гістологічних, цитологічних,гематологічних і інших дослідженнях (бактеріологічне дослідження,гістологічні методи дослідження, цитологічна діагностика).

Звичайна світлова мікроскопія призначена для вивчення пофарбованих препаратів на предметному склі. За допомогою світлової мікроскопії можна досліджувати рухливість мікроорганізмів. Для цього застосовують метод висячої краплі. Невелику краплю мікробної суспензії наносять на середину покривного скла. Предметне скло з поглибленням ("лункою"), краї якого змазані вазеліном, обережно накладають на покривне скло так, щоб крапля досліджуваної рідини виявилася в центрі поглиблення, щільно притискають до скла і швидко перевертають догори. Для дослідження препарату використовують іммерсійний об'єктив, який занурюють у імерсійну олію на покривному склі.

Крім світлової  існують фазово-контрастна, темнопольна (ультрамікроскопія), люмінесцентна, поляризаційна, ультрафіолетова й електронна мікроскопія.

Фазово-контрастна мікроскопія заснована на інтерференції світла: прозорі об'єкти, що відрізняються по показнику переломлення від навколишнього середовища, виглядають або як темні на світлому тлі (позитивний контраст), або як світлі на темному тлі (негативний контраст).

Фазово-контрастна мікроскопія застосовується для вивчення живих мікроорганізмів і кліток у культурі тканини.

Темнопольна мікроскопія (ультрамікроскопія) заснована на розсіюванні світла мікроскопічними об'єктами (у тому числі тими, розміри яких менше межі дозволу світлового мікроскопа). При темнопольній мікроскопії в об'єктив попадають тільки промені світла, розсіяного об'єктами при бічному висвітленні (аналогічно ефекту Тиндаля, прикладом якого є виявлення порошин у повітрі при висвітленні вузьким променем сонячного світла). Прямі промені від освітлювача в об'єктив не попадають. Об'єкти при темнопольній мікроскопії виглядають яскраво світними на темному тлі. Застосовується темнопольна мікроскопія переважно для вивчення спірохет і виявлення (але не вивчення морфології) великих вірусів.

В основі люмінесцентної мікроскопії лежить явище люмінесценції, тобто здатності деяких речовин світитися при опроміненні їх короткохвильової (синьо-фіолетової) частиною видимого світла або ультрафіолетових променів з довжиною хвилі, близької до видимого світла. Люмінесцентна мікроскопія використовується в діагностичних цілях для спостереження живих чи фіксованих мікроорганізмів, пофарбованих люмінесцентними барвниками (флюорохромами) у дуже великих розведеннях, а також при виявленні різних антигенів і антитіл за допомогою іммунофлюоресцентного методу.

Поляризаційна мікроскопія заснована на явищі поляризації світла і призначена для виявлення об'єктів, що обертають площину поляризації. Застосовується в основному для вивчення мітозу.

В основі ультрафіолетової мікроскопії лежить здатність деяких речовин ДНК, РНК) поглинати ультрафіолетові промені. Вона дає можливість спостерігати і кількісно встановлювати розподіл цих речовин у клітці без спеціальних методів фарбування. В ультрафіолетових мікроскопах використовується кварцова оптика, що пропускає ультрафіолетові промені.

Електронна  мікроскопія принципово відрізняється від світловий як пристроєм електронного мікроскопа, так і його можливостями. В електронному мікроскопі замість світлових променів для побудови зображення використовується потік електронів у глибокому вакуумі. Як лінзи, фокусуючих електрони, служить магнітне поле, створюване електромагнітними котушками. Зображення в електронному мікроскопі спостерігають на флюоресцуючому екрані і фотографують. Як об'єкти використовують ультратонкі зрізи чи мікроорганізмів тканин товщиною 20-50 нм, що значно менше товщини вірусних часток. Висока здатність сучасних електронних, що дозволяє, мікроскопів дозволяє одержати корисне збільшення в мільйони разів. За допомогою електронного мікроскопа вивчають ультратонка будівля мікроорганізмів і тканин, а також проводять імунну електронну мікроскопію.

 

 

ВИСНОВКИ ТА ПРОПОЗИЦІЇ

 

Скло - один із найдавніших і, завдяки різноманітності своїх властивостей - універсальний в практиці людини матеріал. Фізико-хімічно - неорганічна речовина, тверде тіло, структурно-аморфне, ізотропне; агрегатно всі види скла - надзвичайно в'язка переохолоджена рідина, що досягає склоподібного стану в процесі охолодження із швидкістю, достатньою для запобігання кристалізації розплавів, які одержуються в заданих температурних межах (від 300 до 2500 ºС), які обумовлені оксидним, фторидним або фосфатним походженням їх складів.

Скло не має  визначеної температури плавлення  чи затвердіння. Ці процеси проходять  у деякому температурному інтервалі.

Загальноприйнята  класифікація скла за призначенням (основні  види):

- будівельне  скло;

- тарне скло;

- технічне (кварцове, світлотехнічне, скляні волокна);

- сортове. 

Основними методами дослідження скла є рентгенофазовий аналіз, ядерний магнітний резонанс, гравіметричні методи аналізу заліза у склі та мікроскопічні методи дослідження.

Здатність до утворення  скла характерна для багатьох мінеральних і органічних речовин. Найбільш яскраво ця здатність виражена у діоксиду кремнію (SiO 2) і з'єднань на його основі - силікатів, до яких належить більшість природних мінералів. У склообразном стані можуть перебувати і багато інших матеріалів, наприклад, полімери (всім відомий термін «плексиглас» - органічне скло). В останні роки навіть метали вдалося отримати в склоподібного стані.

Скло в порівнянні з кристалічними речовинами мають  підвищену внутрішньою енергією (прихованою енергією кристалізації), тому речовина в склоподібного стані метастабільно (термодинамічно не стійке). Через це звичайне скло при деяких умовах, а іноді і мимоволі починає кристалізуватися Цей же процес, але проводиться направлено з метою часткової або повної кристалізації розплаву, використовується для отримання склокристалічних матеріалів - ситалів і кам'яного лиття.

У будівництві, за малим винятком, застосовують силікатне  скло, що отримується в промислових  масштабах з найпростішого мінеральної  сировини: кварцового піску, крейди, соди та інших компонентів (далі замість терміна «силікатне скло» буде використовуватися термін «скло»).

Прозорість  і можливість фарбування скла в будь-які  кольори, висока хімічна стійкість, досить висока міцність і твердість, електроізоляційні і багато інших цінних властивості роблять скло незамінним будівельним матеріалом. Його використовують не тільки для спорудження світлопрозорих конструкцій (вікон, вітражів, ліхтарів), але і як конструкційний і обробний матеріал. У сучасному будівництві висотні будівлі часто мають фасади, повністю виконані зі скла з поліпшеними декоративними, світловідбиваючими і теплозахисними властивостями. Крім того, зі скла отримують різні скловироби (блоки, труби), ефективні теплоізоляційні матеріали (піноскло і скляну вату), а також скловолокно і склотканини.