Аналитическая химия

Аналитическая химия - раздел химии, рассматривающий принципы и методы разделения и определения химического состава вещества. Возникла наряду с неорганической химией раньше других химических наук. Качественный анализ определяет химический состав данного вещества или смеси; количественный анализ определяет сколько там данного вещества.

Аналитические методы можно условно разделить на классические и инструментальные. Классические методы используют для разделения преципитацию, экстракцию и дистилляцию и для количественного анализа по цвету, запаху или температурой плавления. Количественный анализ проводится взвешиванием или измерением объема. Инструментальные методы используют определенное оборудование для измерения определенных физических величин, например, адсорбции света, флуоресценции или электропроводности. Разделение производится с помощью хроматографии или электрофореза.

1. История

Густав Кирхгоф (слева) и Роберт Бунзен (справа)

Аналитическая химия зародилась вместе с наукой химией и всегда играла в ней очень важную роль, обеспечивая методику определения химических элементов и соединений в веществах. Систематическую методику элементного анализа разработал Юстус фон Либих. В 19 в. возникла также методика анализа органических веществ, основой которой были специфические реакции функциональных групп.

Первую методику инструментального анализа разработали Роберт Бунзен и Густав Кирхгоф, которые, изучая спектры излучения пламени, открыли 1860 Рубидий и Цезий ^[1].

Большинство важнейших методов аналитической химии были разработаны после 1900 года. В 20 в. все большую роль в отрасли стали играть инструментальные методы, приобретя статус основных. Особенно быстро основные спектроскопические и спектрометрические методы развивались в начале века, а к его концу инструментарий аналитиков был существенно усовершенствован ^[2].

Аналогичный путь в своем развитии прошли методы сепарации, и здесь тоже стали доминировать высокопроизводительные инструменты ^[3]. В 70-ых методы анализа и сепарации все чаще используются в комплексе, что позволяет достичь полной характеризации образцов.

Если раньше аналитическая химия сосредотачивалась в основном на малых молекулах, примерно с семидесятых аналитическая химия все больше расширяет область своих исследований в области биологии. Совершенствование лазеров способствовало тому, что они стали использоваться в химии сначала для анализа, а затем и для влияния на ход реакций. В конце 20 в. область практического применения аналитической химии расширилась, охватив такие поля деятельности как химическую промышленность, клиническую химию, анализ состояния окружающей среды, криминалистику ^[4].

Современные методы химического анализа основном инструментальные. Большинство химиков специализируется на определенном типе инструмента. Академические исследования сосредоточены или на поиске новых приложений или разработке новых методов анализа. Например, химик-аналитик может проводить исследования, связанные с открытием в крови химических соединений, которые увеличивают риск заболеть раком. Разработка новой технологии может сводиться к использованию лазера на красителях, с помощью которого возрастает чувствительность и специфичность спектроскопического метода. Те методы и инструменты, которые уже разработаны, часто стандартизируют, чтобы можно было проводить сравнение с другими исследованиями в течение долгого периода. Особенно это важно для промышленного контроля качества, для криминалистики и для исследований в области контроля окружающей среды. Аналитическая химия играет все большую роль в фармацевтике, где помимо анализа качества, ее методы используются для разработки новых лекарств, особенно там где понимание действия лекарств на пациента особенно критическое.

2. Разделы

Аналитическая химия состоит из двух больших разделов:

• Качественный анализ - устанавливает из которых химических элементов (или ионов) состоит исследуемое вещество.
• Количественный анализ - устанавливает количественное содержание элементов, ионов или химических соединений, входящих в состав исследуемых веществ, смесей, материалов.

Классификация различных видов анализа может базироваться также на природе частиц, которые определяются. В таких случаях говорят о изотопный, элементный (атомно-ионный), функциональный (структурно-групповой), молекулярный или фазовый анализ.

• Изотопный анализ - это исследование образца на предмет его изотопного состава. Например, определение содержания тяжелой воды ( дейтерованои) в обычной.

• Функциональный анализ - это определение функциональных групп в органическом образца.

• Фазовый анализ - исследование фазового состава образца. Например, сульфид и оксид меди не распределены в минерале гомогенно, а образуют отдельные фазы.

3. Качественный анализ катионов

В качественном анализе используются несколько методов классификации катионов в зависимости от методов анализа: сероводородный метод, кислотно-основной метод и аммиачно-фосфатный метод.

• Сероводородный метод заключается в классификации согласно растворимости сульфидов металлов. Всего выделяют 5 групп.
• В кислотно-основном методе катионы делятся на разные группы в зависимости от взаимодействия катионов с кислотами и основами. При данной классификации выделяют 6 групп катионов.
• Аммиачно-фосфатный метод классифицирует катионы на основе растворимости их фосфатов в воде и аммиака. Выделяют 5 групп.

4. Инструментальные методы

4.1. Спектроскопия

Основная статья Спектроскопия

Спектроскопические методы измеряют взаимодействие молекул с электромагнитным полем. Спектроскопия вообще охватывает такие понятия, как атомно-абсорбционная спектроскопия, атомно-эмиссионная спектроскопия, ультрафиолетовая спектроскопия, рентгенофлуоресцентного анализа, инфракрасная спектроскопия, Раман-спектроскопия, двояко-поляризационная интерферометрия, ЯМР-спектроскопия, фотоэлектронная спектроскопия, Мессбауеривська спектроскопия и др..

4.2. Масс-спектрометрия

Основная статья Масс-спектрометрия

Масс-спектрометрия измеряет отношение массы к заряду молекулы используя электрическое и магнитное поля. Существует несколько методов ионизации образца для проведения исследований: химическая ионизация, бомбардировки пучком электронов и др..

5. Основные направления исследований

Общие вопросы аналитической химии:

• аналитическая химия элементов и соединений;
• пробоподготовка;
• научные принципы создания новых аналитических систем, в частности сенсоров;
• специальные виды анализа (локальный, дистанционный, неразрушающий, непрерывный в потоке, многокомпонентный т.п.).

Основными практическими задачами аналитической химии является анализ металлов и сплавов, неорганических материалов, веществ высокой чистоты, органических веществ, горных пород и минерального сырья, объектов природной среды, биологических объектов, лекарственных препаратов, пищевых продуктов и т.п..

Основные типы химических реакций, используемых в аналитической химии:

• кислотно-основные реакции;
• реакции комплексообразования - комплексометрия;
• окислительно-восстановительные реакции;
• реакции с образованием осадка ( преципитация).

Аналитическими признаками реакций образования характерного осадка, изменение окраски цвета, выделение газа и выделение или поглощение тепла.

Литература

• ВАК Украины. Паспорт специальности. № 17-09/1 от 29 января 1998 года.
• Пятницкий И.В. Аналитическая химия / / Украинская советская энциклопедия. - 2-е издание. - Т. 1. - Киев, 1977. - С. 173.
• Антонович В. П. Аналитическая химия / / Энциклопедия современной Украины. - Т. 1. - К., 2001. - С. 454-455.

Примечания

п ? в ? р Разделы химии Общая химия Материаловедение ? Супрамолекулярная химия ? Теоретическая химия ? Квантовая химия ? Фармацевтика ? Химия окружающей среды ? Экологическая химия ? Геохимия ? Химия почв ? Химия атмосферы Неорганическая химия Агрохимия ? Минералогия Органическая химия Биохимия ? Нейрохимия ? Химия полимеров ? Металлоорганических химия ? Стереохимия ? Физическая химия Коллоидная химия ? Кристаллохимия ? Биофизическая химия ? Радиохимия ? Термохимия ? Учение о строении атома ? Учения о коррозии металлов ? Учение о растворах ? Химическая кинетика ? Фотохимия ? Химическая термодинамика ? Физико-химический анализ ? Химия высоких энергий ? Лазерная химия ? Радиационная химия ? Ядерная химия ? Электрохимия Аналитическая химия Вычислительная химия ? Качественный анализ ? Количественный анализ Периодическая система элементов