Analytická chémia

Čo je analytická chémia?

Ten analytická chémia Je to odvetvie chémie, ktorá sa venuje štúdiu alebo analýze (odtiaľ jej názov) zloženie subjektu. To znamená, že je zodpovedný za určenie, aké látky sa vyrábajú, ako aj v akom pomere jeho komponenty.

Je to čisto experimentálna disciplína, ktorá kombinuje znalosti a zručnosti z rôznych oblastí, ktoré siahajú od štatistík po modernú a optickú fyziku, aby vyvíjali analytické metódy, ktoré umožňujú určiť, s primeranou úrovňou dôvery, čo vzorka obsahuje.

Okrem jej dôležitosti v základnom vedeckom výskume sa táto odvetvie chémie uplatňuje v prakticky všetkých odvetviach. Je to preto, že umožňuje monitorovanie z kvality chemikálie alebo potravín, až po úroveň znečisťujúcich látok prítomných v odpade, ktorý sa sťahuje do životného prostredia.

Stručná história analytickej chémie

Pôvod analytickej chémie sa dá vysledovať až po diela Antoine Lavoisiera na konci 18. storočia, ktorý vykonal dôležité štúdie týkajúce sa zloženia minerálov a vzduchu, ako aj procesu spaľovania a dýchania zvierat.

Lesklý

Avšak až do devätnásteho storočia, keď nemecký učeň farmaceutive Carl Fresenius Mohr Vyvinuté, čo by boli prvé analytické pochody, ktoré určujú kvalitatívne zloženie vzorky. Kniha publikovaná Mohr je považovaná za prvý text analytickej chémie a mnohé z jej princípov sa dnes v triede stále vyučujú.

Mohr urobil viac, než len zverejnil svoje objavy. Vymyslel tiež objemové techniky a navrhol a postavil niektoré z najdôležitejších nástrojov volumetrickej analýzy v analytickej chémii, ako sú objemové pipety a byreta.

Okrem toho vo svojom laboratóriu vo Frankfurte trénoval mnoho ďalších učňov v technikách, ktoré vyvinul. Okrem kvantitatívnych techník, ako je volumetria a gravimetria, vyučoval aj kvalitatívne techniky chemickej analýzy. Za to a oveľa viac je považovaný za otca analytickej chémie.

Odvetvia analytickej chémie

Analytickú chémiu je možné rozdeliť v širokých úderoch v dvoch triedach v závislosti od cieľa chemickej analýzy:

Kvalitatívna analytická chémia

Prvým problémom, ktorý sa snaží vyriešiť analytickú chémiu, je určiť, čo obsahuje neznámu vzorku. To znamená nájsť alebo zistiť, aké sú ich komponenty. Tento typ analýzy sa nazýva kvalitatívna analýza, takže táto vetva analytickej chémie sa nazýva aj kvalitatívna analytická chémia.

Môže vám slúžiť: železo (prvok): Charakteristiky, chemická štruktúra, použitie

Kvantitatívna analytická chémia

Táto vetva analytickej chémie je zodpovedná za určenie, koľko je každá zložka vo vzorke. To znamená, že sa snaží merať v akom množstve, proporcii alebo koncentrácii rôzne zložky, ktoré sa nazývajú analyty.

Vo väčšine prípadov k kvantitatívnej analýze vždy predchádza kvalitatívna analýza, pretože nemožno určiť, do akej miery je vo vzorke prítomný, ak nie je známe, aké analýzy sú v tom istom.

Preto, s výnimkou niekoľkých príležitostí, keď je vopred známe, čo sa analyzuje, kvalitatívna a kvantitatívna analytická chémia sa vždy spája.

Analytické metódy

Analytická chémia využíva kvalitatívne aj kvantitatívne metódy na pochopenie zloženia hmoty:

1.  Kvalitatívne metódy

Kvalitatívne metódy sú založené na chemických reakciách, ako je zrážanie a tvorba komplexu, ako aj na použitie separačných techník na identifikáciu komponentov vzorky. Toto sú klasické metódy a obsahujú nasledujúce príklady:

• Katiónové analytické pochody: systematický súbor chemických testov, ktoré identifikujú prítomnosť určitých kovových katiónov.
• Aniónové analytické pochody: Systematický súbor chemických testov, ktoré potvrdzujú prítomnosť určitých spoločných aniónov.
• Testy plameňa: Jednoduchá analýza, ktorá vám umožní identifikovať niektoré kovy podľa farby plameňa pri spálení vzorky.

2.  Kvantitatívne metódy

Pozostávajú z určovania koncentrácie druhu vo vzorke. Analytické metódy sa všeobecne rozdeľujú na klasické mokré techniky, ako je volumetria a gravimetria, a moderné inštrumentálne techniky, ako sú spektrometrické techniky a chromatografia, ktoré budú vysvetlené nižšie:

• Metódy objemovej analýzy

Chemický analytik vykonávaním titulu

Volumetria sa vzťahuje na súbor techník na nepriame stanovenie koncentrácie analytu vo vzorke alebo v jeho alikvotnom látke na základe merania objemu známeho koncentračného činidla, ktoré je potrebné na stechiometricky konzumovať analyt. Tieto techniky sa tiež nazývajú stupne alebo ocenenia.

Môže vám slúžiť: Oxácido

Všetky objemové metódy sú založené na nájdení bodu rovnocennosti, v ktorom sa splní, že:

Pretože ekvivalenty sa rovnajú normálnej koncentrácii objemom a je známa koncentrácia titulárneho, potom meranie jeho objemu znamená, že počet ekvivalentov titlera bude známy, a preto analyt alebo s názvom, ako je to znázornené na pokračovanie:

Existuje mnoho analytických metód založených na objemovej úrovni, ktoré sa líšia podľa typu chemickej reakcie, ktorú používajú. V závislosti od toho je možné rozlíšiť nasledujúce typy objemových metód:

• • Objemová objemová báza: V týchto prípadoch je analyt kyselina a základňa alebo naopak. Reakcia je neutralizácia kyseliny a koncový bod stupňa je určený zmenou farby chemického indikátora.
  • Objem zrážok: V tejto technike je reakciou tvorba nerozpustnej zrazeniny.
  • Hodnotenie alebo volumetria komplexnej tvorby: V tomto prípade je reakciou tvorba kovového komplexu, niekedy zafarbeného, ​​niekedy nie.
  • Redox Volumetria: Vzťahuje sa na volumetriu, ktorá znamená oxidačnú a redukčnú reakciu medzi titulárnym a analytom. Jeden hrá úlohu oxidačného činidla a druhého reduktora.

• Metódy gravimetrickej analýzy

Analytické stupnice použité v gravimetrickej analýze

Na rozdiel od predchádzajúceho prípadu sú tieto metódy založené na meraní hmotnosti alebo na zmene hmotnosti vzorky po vystavení rôznym typom chemických a tepelných ošetrení.

Niektoré príklady spoločných gravimetrických metód v laboratóriu analytickej chémie sú:

• • Metódy zrážok: V týchto prípadoch je analyt zvyčajne ión, ktorý je kvantitatívne vyzrážaný vo forme nerozpustnej soli. Povedané soľné filtre a vyschy a potom určujú jej hmotu. S touto hmotnosťou sa potom stanoví množstvo analytu v pôvodnej vzorke.
  • Metódy volatilizácie: Na rozdiel od predchádzajúceho je analyt v tomto prípade oddelený od matrice vzorky vo forme plynu. V niektorých metódach sa tento plyn zhromažďuje reakciou s primeraným činidlom a potom zvážením produktu uvedenej reakcie. V iných sa hmotnosť plynu určuje pomocou rozdielu hmotnosti pred a po prchavej a po.
  • Elektrodepozícia: Je to podobné ako pri metódach zrážania, s výnimkou skutočnosti, že analyt sa ukladá na elektródu kvôli redoxnej reakcii generovanej elektrickým prúdom. Zvýšenie hmotnosti elektród umožňuje určiť množstvo analytu vo vzorke.

• Inštrumentálne metódy

Automatizovaný analytický nástroj

Moderné analytické metódy sa väčšinou zakladajú na používaní pokročilých vedeckých nástrojov, ktoré sú schopné efektívne, presne a v niektorých prípadoch automatizované analyzovať zložité vzorky. Tieto metódy sú založené na meraní niektorých fyzických vlastností, ktoré môžu korelovať s koncentráciou analytu vo vzorke.

Môže vám slúžiť: alkalické kovy: fyzikálne a chemické vlastnosti, použitie, získanie

Niektoré techniky merajú rozdiely v intenzite elektrického potenciálu alebo prúdu, zatiaľ čo iné merajú množstvo svetla emitovaného alebo absorbovaného atómami alebo molekulami pri špecifických vlnových dĺžkach.  Niektoré príklady inštrumentálnych analytických metód sú:

• • Spektrometrické metódy: Tieto metódy sú založené na fenoméne absorpcie svetla atómami a molekulami alebo na emisii svetla, keď sa atómy zahrievajú pri vysokých teplotách. V prvom prípade sa techniky nazývajú absorpčná spektrometria (atómový alebo molekulárny prípad) a v druhom, ktoré sa nazývajú atómová emisná spektrometria.
  • Elektroanalytické metódy: Na rozdiel od predchádzajúcich, tieto miery zmeny elektriny alebo elektrických vlastností vzorky v prítomnosti analytu. Zahŕňa to merania intenzity prúdu (ako v prípade polagrafie), napätie (ako v prípade pH-metód), elektrická vodivosť atď.

• Chromatografické metódy

Chromatografia možno považovať za triedu okrem samostatnej analytickej metódy, pretože zahŕňa separáciu, kvalitatívnu identifikáciu a kvantifikáciu v jednom. Tieto metódy možno kombinovať s objemovými alebo inštrumentálnymi technikami na analýzu samostatných analytov.

V tejto technike sa komplexná vzorka rozpustí v primeranom rozpúšťadle a tečie cez pórovitý materiál, ako je gél, filtračný papier alebo jemný piesok, tlačený rovnakým rozpúšťadlom.

Rôzne rozpustené látky prítomné vo vzorke budú mať v dôsledku pórovitého materiálu rôzne afinity. Nakoniec sa zbierajú frakcie, ktoré odchádzajú na analýzu, alebo sa analyzujú online pomocou absorpčného spektrometri.