Аналітична хімія

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук

Аналіти́чна хі́мія — розділ хімії, що розглядає принципи і методи розділення та визначення хімічного складу речовини. Виникла поряд із неорганічною хімією раніше від інших хімічних наук. Якісний аналіз визначає хімічний склад даної речовини або суміші; кількісний аналіз визначає скільки там є даної речовини.

Аналітичні методи можна умовно поділити на класичні та інструментальні. Класичні методи використовують для розділення преципітацію, екстракцію і дистиляцію та для кількісного аналізу за кольором, запахом або температурою плавлення. Кількісний аналіз проводиться зважуванням або вимірюванням об'єму. Інструментальні методи використовують певне обладнання для вимірювання певних фізичних величин, наприклад, адсорбції світла, флуоресценції або електропровідності. Розділення проводиться з допомогою хроматографії або електрофорезу.

Історія[ред.ред. код]

Густав Кірхгоф (ліворуч) та Роберт Бунзен (праворуч)

Аналітична хімія зародилася разом із наукою хімією і завжди відігравала в ній дуже важливу роль, забезпечуючи методику визначення хімічних елементів та сполук у речовинах. Систематичну методику елементного аналізу розробив Юстус фон Лібіх. У 19 ст. виникла також методика аналізу органічних речовин, основою якої були специфічні реакції функціональних груп.

Першу методику інструментального аналізу розробили Роберт Бунзен та Густав Кірхгоф, які, вивчаючи спектри випромінювання полум'я, відкрили 1860 року Рубідій та Цезій[1].

Більшість найважливіших методів аналітичної хімії було розроблено після 1900 року. У 20 ст. дедалі більшу роль в галузі стали відігравати інструментальні методи, набувши статус основних. Особливо швидко основні спектроскопічні й спектрометричні методи розвивалися на початку століття, а до його кінця інструментарій аналітиків був суттєво вдосконалений[2].

Аналогічний шлях у своєму розвитку пройшли методи сепарації, і тут теж стали домінувати високопродуктивні інструменти[3]. У 70-их методи аналізу й сепарації дедалі частіше використовуються у комплексі, що дозволяє досягти повної характеризації зразків.

Якщо раніше аналітична хімія зосереджувалася в основному на малих молекулах, приблизно з 70-их аналітична хімія дедалі більше розширяє область своїх досліджень у галузь біології. Вдосконалення лазерів сприяло тому, що вони стали використовуватися в хімії спочатку для аналізу, а потім і для впливу на перебіг реакцій. У кінці 20 ст. область практичного застосування аналітичної хімії розширилася, охопивши такі поля діяльності як хімічну промисловість, клінічну хімію, аналіз стану довкілля, криміналістику[4].

Сучасні методи хімічного аналізу здебільшого інструментальні. Більшість хіміків спеціалізується на певному типі інструменту. Академічні дослідження зосереджені або на пошуку нових застосувань або на розробці нових методів аналізу. Наприклад, хімік-аналітик може проводити дослідження, пов'язані з відкриттям у крові хімічних сполук, які збільшують ризик захворіти на рак. Розробка нової технології може зводитися до використання лазера на барвниках, за допомогою якого зростає чутливість та специфічність спектроскопічного методу. Ті методи та інструменти, які вже розроблені, часто стандартизують, щоб можна було проводити порівняння з іншими дослідженнями впродовж значного періоду. Особливо це важливо для промислового контролю якості, для криміналістики та для досліджень в області контролю довкілля. Аналітична хімія відіграє дедалі більшу роль у фармацевтиці, де крім аналізу якості, її методи використовуються для розробки нових ліків, особливо там де розуміння дії ліків на пацієнта особливо критичне.

Розділи[ред.ред. код]

Аналітична хімія складається з двох великих розділів:

  • Якісний аналіз — встановлює з яких хімічних елементів (або іонів) складається досліджувана речовина.
  • Кількісний аналіз — встановлює кількісний вміст елементів, йонів чи хімічних сполук, які входять до складу досліджуваних речовин, сумішей, матеріалів.

Класифікація різних видів аналізу може базуватись також на природі часток, які визначаються. У таких випадках говорять про ізотопний, елементний (атомно-іонний), функціональний (структурно-груповий), молекулярний або фазовий аналіз.

Якісний аналіз катіонів[ред.ред. код]

У якісному аналізі використовуються декілька методів класифікації катіонів, залежно від методів аналізу: сірководневий метод, кислотно-основний метод та аміачно-фосфатний метод.

  • Сірководневий метод полягає в класифікації відповідно до розчинності сульфідів металів. Всього виділяють 5 груп.
  • У кислотно-основному методі катіони діляться на різні групи залежно від взаємодії катіонів з кислотами і основами. При даній класифікації виділяють 6 груп катіонів.
  • Аміачно-фосфатний метод класифікує катіони на основі розчинності їх фосфатів у воді та аміаку. Виділяють 5 груп.

Інструментальні методи[ред.ред. код]

Спектроскопія[ред.ред. код]

Докладніше у статті Спектроскопія

Спектроскопічні методи вимірюють взаємодію молекул з електромагнітним полем. Спектроскопія взагалі охоплює такі поняття, як атомно-абсорбційна спектроскопія, атомно-емісійна спектроскопія, ультрафіолетова спектроскопія, рентгенофлуоресцентний аналіз, інфрачервона спектроскопія, Раман-спектроскопія, подвійно-поляризаційна інтерферометрія, ЯМР-спектроскопія, фотоелектронна спектроскопія, Мессбауерівська спектроскопія та ін.

Мас-спектрометрія[ред.ред. код]

Докладніше у статті Мас-спектрометрія

Мас-спектрометрія вимірює відношення маси до заряду молекули використовуючи електричне та магнітне поля. Існує декілька методів іонізації зразка для проведення досліджень: хімічна іонізація, бомбардування пучком електронів та ін.

ЯМР-спектроскопія[ред.ред. код]

Докладніше у статті ЯМР-спектроскопія

ЯМР-спектроскопі́я базується на ядерному магнітному резонансі (ЯМР). За допомогою ЯМР вивчають інформацію про молекулярному будову хімічних речовин. Метод забезпечує більш повну інформацію, ніж інфрачервона спектроскопія та дозволяє вивчати динамічні процеси у зразку — визначати константи швидкості хімічних реакцій, величину енергетичних бар'єрів внутрішньомолекулярного обертання. Ці особливості роблять ЯМР-спектроскопію зручним інструментом як в теоретичній органічній хімії, так і для аналізу біологічних об'єктів. Найчастіше застосовується для органічних сполук. На сьогодні ЯМР-спектроскопія дозволяє ідентифікувати сполуку маючи менше 1 мг речовини.

Хроматографія[ред.ред. код]

Докладніше у статті Хроматографія

Хроматографія використовується для розділення і аналізу речовини. При цьому аналізована речовина розчиняється чи випаровується та при хроматографічному процесі внаслідок різної сорбційної здатності до твердої фази по-різному розподіляється у потоці.

Електроаналітичнічні методи[ред.ред. код]

Електроаналітичнічні методи базуються на використанні електрохімічних параметрів, таких як окисно-відновний потенціал, провідність, електричний струм та ін. для проведення якісного та кількісного аналізів. Класичними електроаналітичнічними методами є кулонометрія, амперометрія, полярографія, кондуктометрія, електрогравіметрія та ін.

Хімічні сенсори[ред.ред. код]

При дії хімічних сенсорів використовується властивість нанесеного шару чутливої речовини змінювати свої фізико-хімічні властивості (електричеий опір, п'єзоефект), які вимірюються за допомогою електричних пристроїв. Широко розповсюджені сенсори (давачі) загазованості.

Основні напрямки досліджень[ред.ред. код]

Загальні питання аналітичної хімії:

Основними практичними завданнями аналітичної хімії є аналіз металів і сплавів, неорганічних матеріалів, речовин високої чистоти, органічних речовин, гірських порід та мінеральної сировини, об'єктів природного середовища, біологічних об'єктів, лікарських препаратів, харчових продуктів тощо.

Основні типи хімічних реакцій, які використовуються в аналітичній хімії:

Аналітичними ознаками реакцій є утворення характерного осаду, зміна забарвлення кольору, виділення газу та виділення або поглинання тепла.

Література[ред.ред. код]

Примітки[ред.ред. код]

  1. ANALYTICAL SCIENCES 2001, VOL.17 SUPPLEMENT [1], Basic Education in Analytical Chemistry
  2. Talanta Volume 51, Issue 5, p921-933 [2], Review of analytical next term measurements facilitated by drop formation technology
  3. TrAC Trends in Analytical Chemistry Volume 21, Issues 9-10, Pages 547–557 [3], History of gas chromatography
  4. Talanta, Volume 36, Issues 1-2, January-February 1989, Pages 1-9 [4] History of analytical chemistry in the U.S.A.