Аналітична хімія – це що таке? Визначення, завдання та методи дослідження

Аналітична хімія – це розділ, який дозволяє здійснювати контроль виробництва та якості продуктів в різних галузях господарства. На результатах цих досліджень базується розвідка природних копалин. Методи аналітичної хімії застосовують для контролю ступеню забруднення навколишнього середовища.

Практична значимість

Аналіз є основним варіантом з’ясування хімічного складу кормів, добрив, ґрунтів, сільськогосподарських продуктів, що важливо для нормального функціонування агропромислової галузі.

Якісні і кількісні аналізи аналітичної хімії незамінні в біотехнології, медичної діагностики. Від ступеня оснащення дослідних лабораторій залежить ефективність і результативність багатьох наукових галузей.

Теоретичні основи

Аналітична хімія — це наука, що дозволяє визначати склад і хімічну будову речовини. Її методи допомагають відповідати на питання, пов’язані не тільки з складовими частинами речовини, але і їх кількісним співвідношенням. З їх допомогою можна зрозуміти, в якій формі конкретний компонент знаходиться в досліджуваній речовині. В деяких випадках з їх допомогою можна визначати просторове розташування складових компонентів.

При продумуванні методів часто запозичується інформація з суміжних областей наук, вона адаптується під конкретну сферу дослідження. Які питання вирішує аналітична хімія? Методи аналізу дозволяють розробляти теоретичні основи, встановлювати межі їх використання, оцінювати метрологічні та інші характеристики, створювати методики аналізу різноманітних об’єктів. Вони постійно оновлюються, модернізуються, стають все більш універсальними та ефективними.

Коли ведуть мову про методі аналізу, припускають принцип, який покладений в вираз кількісної зв’язку між визначеними властивостями і складом. Відібрані прийоми проведення, в тому числі виявлення і усунення перешкод, пристрої для практичної діяльності і варіанти обробки проведених вимірювань.

Функції аналітичної хімії

Виділяють три основні галузі знання:

  • рішення загальних питань аналізу;
  • створення аналітичних методів;
  • опрацювання конкретних завдань.

Сучасна аналітична хімія — це сукупність якісного та кількісного аналізу. Перший розділ вирішує питання про компоненти, включені в аналізований об’єкт. Другий дає інформацію про кількісний вміст одного або декількох частин речовини.

Класифікація методів

Їх ділять на наступні групи: відбору проб, розкладання проб, поділу компонентів, ідентифікації і визначення їх. Є і гібридні методи, в яких поєднується поділ та визначення.

Максимальне значення мають методи визначення. Їх ділять по характеру аналізованого властивості і варіанту реєстрації певного сигналу. У задачі з аналітичної хімії часто входить розрахунок певних компонентів на основі хімічних реакцій. Для проведення таких розрахунків необхідна міцна математична база.

Серед основних вимог, які пред’являються до методів аналітичної хімії, виділимо:

  • правильність і відмінну відтворюваність отримуваних результатів;
  • низький межа визначення конкретних компонентів;
  • експресність;
  • вибірковість;
  • простота;
  • автоматизація експерименту.

При виборі методу аналізу важливо чітко знати мету і завдання дослідження, оцінити основні переваги та недоліки доступних методик.

Хімічний метод аналітичної хімії ґрунтується на якісних реакціях, характерних для певних сполук.

Аналітичний сигнал

Після того, як будуть завершені відбір і підготовка проби, здійснюється стадія хімічного аналізу. Вона пов’язана з виявленням компонентів в суміші, визначенням його кількісного вмісту.

Аналітична хімія — це наука, в якій є безліч методів, одним із них є сигнал. Аналітичним сигналом вважають середнє з декількох вимірювань фізичної величини на останній стадії аналізу, яка функціонально пов’язана зі змістом потрібного компонента. Якщо необхідно виявити певний елемент, користуються аналітичним сигналом: осадом, забарвленням, лінією в спектрі. Визначення кількості компонента пов’язано з масою осаду, інтенсивністю спектральних ліній, величиною сили струму.

Методи маскування, концентрування, розділення

Маскуванням є гальмування або повне придушення хімічної реакції в присутності тих речовин, які можуть її змінювати швидкість або напрямок. Виділяють два варіанти маскування: рівноважний (термодинамічний) і нерівноважний (кінетична). Для першого випадку створюють умови, при яких знижується настільки константа реакції, що процес йде незначно. Концентрація маскируемого компонента буде недостатня для надійної фіксації аналітичного сигналу. Кінетичне маскування базується на зростанні різниці між швидкостями визначається і маскируемого речовини з постійним реагентом.

Проведення концентрування і розділення зумовлено певними чинниками:

  • у пробі є компоненти, які заважають визначенню;
  • концентрація визначуваної речовини не перевищує нижню межу виявлення;
  • виявлені компоненти нерівномірно розподіляються в пробі;
  • проба радіоактивна або токсична.

Поділ є процесом, завдяки якому компоненти, наявні у вихідній суміші, можна відокремити один від одного.

Концентрування – операція, завдяки якій збільшується відношення кількості невеликих елементів до числа макрокомпонента.

Осадження підходить для розділення декількох неорганічних речовин. Використовують його в комбінації з методами визначення, розрахованими на одержання аналітичного сигналу від твердих зразків. Ґрунтується поділ на різній розчинності речовин, що використовуються у водних розчинах.

Екстракція

Кафедра аналітичної хімії передбачає проведення лабораторних досліджень, пов’язаних з екстракцією. Під ним розуміють фізико-хімічний процес розподілу речовини між не змішуваними рідинами. Екстракцією називають і процес переносу маси в ході хімічних реакцій. Такі методи дослідження підходять для вилучення, концентрування макро – і мікрокомпонентів, а також для групового та індивідуального виділення при аналізі різних природних і промислових об’єктів. Подібні методики прості і швидкі у виконанні, гарантують відмінну ефективність концентрування і розділення, вони повністю сумісні з різноманітними методами визначення. Завдяки екстракції можна розглядати стан компонента в розчині при різних умовах, а також виявляти його фізико-хімічні характеристики.

Сорбція

Її використовують для концентрування і розділення речовин. Сорбційні технології дають непогану селективність розділення суміші. Це процес поглинання парів, рідин, газів сорбентами (поглиначами на твердій основі).

Цементація та електролітичне виділення

Чим ще займається аналітична хімія? Підручник містить інформацію про методику электровыведения, при якій концентроване або виділення речовина осаджують на твердих електродах у вигляді простої речовини або у складі з’єднання.

Електроліз грунтується на осадженні конкретної речовини з допомогою електричного струму. Найпоширенішим варіантом є катодне осадження малоактивних металів. Матеріалом для електрода може служити платина, вуглець, мідь, срібло, вольфрам.

Електрофорез

Він базується на відмінності в швидкостях руху частинок різного заряду в електричному полі при зміні напруженості, розміру частинок. В даний час в аналітичній хімії виділяють дві форми електрофорезу: простий (фронтальний) і на носії (зонний). Перший варіант підходить для невеликого об’єму розчину, в якому містяться загальні компоненти. Його поміщають в трубку, де є розчини. Аналітична хімія пояснює всі процеси, що відбуваються на катоді і аноді. При зонном електрофорезі пересування частинок здійснюється в стабілізуючої середовищі, що утримує їх на місцях після відключення струму.

Метод цементації полягає у відновленні складових частин на металах, що мають суттєвий негативний потенціал. У подібному випадку відбувається відразу два процеси: катодний (з виділенням компонента) і анодний (цементуючий метал розчиняється).

Випаровування

Дистиляція грунтується на різної летючості хімічних речовин. Відбувається перехід з рідкої форми в газоподібний стан, потім конденсується, знову переходячи в рідку фазу.

При простій отгонке протікає одноступінчатий процес поділу, потім концентрування речовини. У разі випарювання видаляють ті речовини, які присутні в летючої формі. Наприклад, серед них можуть бути макро – і мікрокомпоненти. Сублімація (сублімація) передбачає перехід речовини з твердої фази в газ, минаючи рідку форму. Подібну методику застосовують у тих випадках, коли розділяються речовини мало розчинні у воді, або погано плавляться.

Висновок

В аналітичній хімії існує безліч способів виділення одного речовини з суміші, виявлення його наявності в досліджуваному зразку. Серед найбільш вживаних аналітичних методів можна зазначити хроматографію. Вона дозволяє виявляти рідкі, газоподібні, тверді речовини, що мають молекулярну масу від 1 до 106 а. е. м. Завдяки хроматографії можна отримувати повноцінну інформацію про властивості і будову органічних речовин різних класів. Грунтується метод на розподілі компонентів між рухомою і нерухомою фазою. Стаціонарної є тверда речовина (сорбент) або плівка рідини, яка нанесена на тверду речовину.

Рухомий фазою виступає газ або рідину, які протікають крізь нерухому частину. Завдяки такій технології можна ідентифікувати окремі компоненти, проводити кількісний склад суміші, розділяти її на частини.

Крім хроматографії, в якісному і кількісному аналізі використовують гравіметричні, титриметричні, кінетичні методи. Всі вони ґрунтуються на фізичних і хімічних властивостях речовин, дозволяють досліднику виявити в пробі певні сполуки, проводити розрахунки їх кількісного вмісту. Аналітичну хімію по праву можна вважати одним з найважливіших розділів науки.