Аналитична химия

от Уикипедия, свободната енциклопедия
Направо към: навигация, търсене

Аналитичната химия е дял от химията, който изучава сепарирането, идентифицирането и количествената оценка на химичните компоненти на естествени или изкуствени материали.[1] Качественият анализ дава информация за вида на химичните компоненти на дадена проба, а количественият определя количеството на един или повече от тези компоненти. Често преди самия анализ се извършва сепариране на компонентите.

Методите за анализ могат да се разделят на класически и инструментални.[2] Класическите методи, наричани също методи на мократа химия, включват разделяне на компонентите чрез процеси като утаяване, екстракция и дестилация и качествен анализ по цвят, миризма или температура на топене. Количественият анализ се извършва чрез измерване на маса или обем. Инструменталните методи използват специализирано оборудване за измерване на различни физични свойства на анализирания материал, като абсорбция, флуоресценция или електропроводимост. Сепарирането на компонентите се извършва с методите на хроматографията или електрофорезата.

Аналитичната химия се занимава също с подобрения в планирането на експериментите, хемометрика и създаване на нови инструменти за измерване. Аналитичната химия има приложение в криминалистиката, биоанализа, клиничната химия, анализа на материали и на околната среда.

История[редактиране | edit source]

Густав Кирхоф (1824-1877) и Роберт Бунзен (1811-1899), основоположници на инструменталните методи в аналитичната химия

Аналитичната химия играе важна роля в химията още от нейното възникване, давайки методологията за установяване на наличните елементи и химични вещества в даден обект. През ранния период на развитие на химията значими аналитични нововъведения са разработването на систематичен елементен анализ от германския химик Юстус фон Либих, както и на систематичен органичен анализ, базиран на характерни реакции на функционалните групи. За пръв път инструментален анализ е приложен от германските учени Роберт Бунзен и Густав Кирхоф, които през 1860 година откриват елементите рубидий (Rb) и цезий (Cs), използвайки емисионна спектрометрия.[3]

Повечето значими постижения в аналитичната химия са направени след 1900 година. През този период инструменталният анализ става преобладаващ, като голяма част от основните спектроскопски и спекрометрични техники са открити в началото на 20 век и са усъвършенствани до края на века.[4] По същото време протича сходно развитие и при процесите на сепариране, които също се превръщат в методи с голяма ефективност.[5] От 70-те години на 20 век много от тези техники се използват съвместно за получаване на пълна характеристика на пробите.

От 70-те години на 20 век насам аналитичната химия все повече се ориентира към въпроси, свързани с биологията, докато преди това тя е концентрирана върху неорганичните вещества и малките органични молекули. В химията все по-често се използва лазерна техника за анализиране на проби и дори за започване или контрол на широк кръг реакции. В края на 20 век се наблюдава и разширение на приложението на аналитичната химия от предимно академичната проблематика към практически области, като криминология или екологични, промишлени и медицински анализи, например в хистологията.[6]

Съвременната аналитична химия е доминирана от инструменталния анализ, като много аналитични химици се концентрират върху определен тип измервателен уред. Изследванията са насочени към нови приложения и открития или към създаването на нови методи за анализ. Много от методите на аналитичната химия, след своето създаване се поддържат умишлено непроменени, за да могат резултатите от тях да бъдат сравними в рамките на продължителни периоди от време. Особено често такъв е случаят с контрола на качеството в промишлеността, както и в криминалистичните и екологични приложения. Аналитичната химия има нарастваща роля във фармацевтичната промишленост, където освен в контрола на качеството, тя се използва и при разработването на нови лекарства и в клинични приложения, при които от ключово значение е разбирането на взаимодействието между лекарството и пациента.

Класически методи[редактиране | edit source]

Въпреки че съвременната аналитична химия е доминирана от сложна апаратура, корените на аналитичната химия и някои от принципите, използвани в съвременни инструменти са от класическите техники, много от които все още се използват днес. Тези техники образуват гръбнака на образователни аналитични лаборатории по химия.

Качествен анализ[редактиране | edit source]

Качественият анализ определя наличието или отсъствието на даден компонент, но не и масата или концентрацията му.

Химични изпитвания[редактиране | edit source]

Има множество качествени химически тестове, например, киселинния тест за злато и Касъл-Майер, тест за наличие на кръв и много други

Тест на пламъка[редактиране | edit source]

Тестът на пламъка се определя от способността на някои елементи при наличие да придават определено оцветяване на пламъка. Неорганичният качествен анализ обикновено се прилага по определен алгоритъм, за да потвърди наличието на някои обикновено под формата на утайки, йони или елементи чрез извършване на поредица от реакции, които елиминират определени възможности и тогава потвърждава предполагаемите йони с тест за потвърждение. Понякога малките въглероден съдържащ йони са включени в такива схеми. С модерната апаратура тези тестове се използват рядко, но може да бъде полезна за образователни цели, както и в областта на работа или при други ситуации, където достъп до състоянието на най-съвременни инструменти не са налични или не са целесъобразни.

Гравиметричен анализ[редактиране | edit source]

Гравиметричен анализ включва определяне на размера на наличния материал, чрез претегляне на проба преди и/или след някои трансформация. Типичен пример, използвани в програмите за университетско образование е определянето на количеството на водата в хидрат чрез нагряване на пробата за премахване на вода. Разликата в теглото се дължи на загубата на вода.

Титруване[редактиране | edit source]

Титруване включва добавянето на реагент към разтвор, които се анализира, докато се достигне точката на еквивалентност, която обикновено се манифистира с промяна на цвета на разтвора. Често може да се определи размера на материал в разтвора, който се анализира. Най-разпространеният е киселинно-алкалното титруване, включващ индикатор за промяна на цвета. Има много други видове титрувания, например потенциометрично титруване. Тези титрувания могат да използват различни видове индикатори, за да стигне точката на еквивалентност.

Инструментални методи[редактиране | edit source]

Спектроскопия[редактиране | edit source]

Спектроскопията измерва взаимодействието на молекулите с електромагнитно излъчване. Спектроскопията включва много различни приложения като атомна абсорбционна спектроскопия, атомно-емисионна спектроскопия, оптична спектроскопия, ренгено-флуоресцентна спектроскопия, инфрачервена спектроскопия, Раман спектроскопия, двустраннополяризирана интерферометрия, ядрено магнитно-резонансната спектроскопия, фотоемисионна спектроскопия и други.

Масспектрометрия[редактиране | edit source]

Масспектрометрия измерва съотношението между масата и заряда на молекулите с помощта на електрически и магнитни полета. Има няколко метода на йонизация на молекулите: Йонизация с електронен удар (EI), Химическа йонизация (CI), Йонизация в електрическо поле, Бомбардиране с бързи атоми, Лазерна десорбция/йонизация (MALDI), Електроспрейна йонизация (ESI) и други.

Електрохимичен аланиз[редактиране | edit source]

Електроанализът измерва потенциала и/или тока в електрохимичната клетка, съдържаща анализирания обект. [7] [8] Тези методи могат да бъдат категоризирани според характеристиките на клетката, които се контролират и които се измерват. Трите основни категории са потенциометрия (измерва се разликата в електродни потенциали), калориметрия (измерва се тока в клетката в течение на времето) и волрометрия (измерва се тока на клетката, докато се променят потенциала ѝ).

Сепариране[редактиране | edit source]

Методите за сепариране се използват за разделяне на многокомпонентни смеси да по-прости, с цел улесняване на изследването им.

Стандарти[редактиране | edit source]

Сигнал и шум[редактиране | edit source]

Приложение[редактиране | edit source]

Бележки[редактиране | edit source]

  1. ((en)) Holler, F. James и др. Fundamentals of analytical chemistry. Philadelphia, Saunders College Pub, 1996. ISBN 0-03-005938-0.
  2. ((en)) Nieman, Timothy A. и др. Principles of instrumental analysis. Pacific Grove, CA, Brooks/Cole, 1998. ISBN 0-03-002078-6.
  3. ((en)) Arikawa, Yoshiko. Basic Education in Analytical Chemistry (PDF). // wwwsoc.nii.ac.jp. The Japan Society for Analytical Chemistry, 2001. Посетен на 2012-02-15.
  4. ((en)) Miller, Keith E и др. Review of analytical measurements facilitated by drop formation technology. // Talanta 51 (5). 2000. с. 921-933.
  5. ((en)) Bartle, Keith D. и др. History of gas chromatography. // TrAC Trends in Analytical Chemistry 21 (9-10). 2002. с. 547-557.
  6. ((en)) Laitinen, H.A. History of analytical chemistry in the U.S.A.. // Talanta 36 (1-2). 1989. с. 1-9.

Вижте още[редактиране | edit source]