Vzdělávání v každém z pěti oborů chemie poskytuje jedinečný pohled na studium chemie. Vysokoškolské kurzy a učebnice chemie jsou více než jen sbírkou faktů; jsou jakýmsi druhem učňovského vzdělání. V souladu s tímto duchem představuje tato kapitola obor analytické chemie a zdůrazňuje jedinečné perspektivy, které analytičtí chemici do studia chemie přinášejí.

Začněme klamně jednoduchou otázkou. Co je analytická chemie? Stejně jako všechny obory chemie je i analytická chemie příliš široká a příliš aktivní disciplína na to, abychom ji mohli zcela definovat. V této kapitole se proto pokusíme říci něco málo o tom, co analytická chemie je, a také něco málo o tom, co analytická chemie není.

Analytická chemie je často popisována jako oblast chemie odpovědná za charakterizaci složení látek, a to jak kvalitativně (Je v tomto vzorku nějaké olovo?), tak kvantitativně (Kolik je v tomto vzorku olova?). Jak uvidíme, tento popis je zavádějící.

Většina chemiků běžně provádí kvalitativní i kvantitativní měření. Z tohoto důvodu někteří vědci navrhují, aby analytická chemie nebyla samostatným odvětvím chemie, ale prostě aplikací chemických znalostí.1 Ve skutečnosti jste pravděpodobně prováděli kvantitativní a kvalitativní analýzy v jiných kurzech chemie.

Definice analytické chemie jako aplikace chemických znalostí ignoruje jedinečný pohled, který analytičtí chemici přinášejí do studia chemie. Řemeslo analytické chemie nespočívá v provádění rutinní analýzy běžného vzorku, která se vhodněji nazývá chemická analýza, ale ve zdokonalování zavedených analytických metod, v rozšiřování stávajících analytických metod na nové typy vzorků a ve vývoji nových analytických metod měření chemických jevů.2

Zde je uveden jeden příklad tohoto rozdílu mezi analytickou chemií a chemickou analýzou. Těžební inženýři hodnotí hodnotu rudy porovnáním nákladů na její vytěžení s hodnotou jejího obsahu. Aby odhadli její hodnotu, analyzují vzorek rudy. Úkolem analytického chemika je vyvinout a ověřit vhodnou kvantitativní analytickou metodu. Po jejím vývoji je rutinní, každodenní používání analytické metody úkolem chemického analytika.

Další rozdíl mezi analytickou chemií a chemickou analýzou spočívá v tom, že analytičtí chemici pracují na zlepšování a rozšiřování zavedených analytických metod. Například kvantitativní analýzu niklu v rudách komplikuje několik faktorů, včetně nerovnoměrného rozložení niklu v rudě, složité matrice silikátů a oxidů v rudě a přítomnosti dalších kovů, které mohou rušit analýzu. Obrázek \(\PageIndex{1}\) ukazuje schematický náčrt jedné standardní analytické metody používané na konci devatenáctého století.3 Potřeba mnoha reakcí, rozkladů a filtrací činí tuto analytickou metodu časově náročnou a obtížně přesně proveditelnou.

Obrázek \(\PageIndex{1}\): Freseniovo analytické schéma pro gravimetrickou analýzu Ni v rudách. Všimněte si, že hmotnost niklu se nestanovuje přímo. Místo toho se izoluje a zváží Co a Ni (hmotnost A) a poté se izoluje a zváží Co (hmotnost B). Časová osa ukazuje, že po rozkladu vzorku trvá provedení analýzy přibližně 44 hodin. Toto schéma je příkladem gravimetrické analýzy, při níž je důležitým měřením hmotnost. Další informace o gravimetrických postupech najdete v kapitole 8.

Obrázek \(\PageIndex{2}\): Dimethylglyoxim

Vývoj dimethylglyoximu (dmg), činidla, které selektivně sráží \(\ce{Ni^{2+}}}) a \(\ce{Pd^{2+}}}), vedl v roce 1905 ke zdokonalení analytické metody pro kvantitativní analýzu niklu4. Výsledná analýza, jak ukazuje obrázek \(\PageIndex{3}\), vyžaduje méně manipulací a méně času po ukončení rozpouštění vzorku. V 70. letech 20. století nahradila plamenová atomová absorpční spektrometrie gravimetrii jako standardní metodu analýzy niklu v rudách5 , což vedlo k ještě rychlejší analýze. Dnes se jako standardní analytická metoda používá optický emisní spektrometr s indukčně vázaným plazmatem.

Obrázek \(\PageIndex{3}\): Gravimetrická analýza Ni v rudách srážením Ni(dmg)2. Z časové osy vyplývá, že dokončení analýzy po rozkladu vzorku trvá přibližně čtyři hodiny, což je 10x kratší doba než u metody na obrázku \(\PageIndex{1}\). Faktor 0,2301 v rovnici pro %Ni zohledňuje rozdíl ve vzorcových hmotnostech Ni a Ni(dmg)2; další podrobnosti viz kapitola 8.

Vhodnějším popisem analytické chemie je „věda o vynalézání a uplatňování koncepcí, principů a… strategií pro měření vlastností chemických systémů.“6 Analytičtí chemici obvykle pracují na krajních okrajích analýzy, rozšiřují a zdokonalují schopnost všech chemiků provádět smysluplná měření na menších vzorcích, na složitějších vzorcích, na kratších časových škálách a na druzích přítomných v nižších koncentracích. V průběhu své historie analytická chemie poskytla mnoho nástrojů a metod nezbytných pro výzkum v ostatních tradičních oblastech chemie, stejně jako podpořila multidisciplinární výzkum například v lékařské chemii, klinické chemii, toxikologii, forenzní chemii, materiálové vědě, geochemii a chemii životního prostředí.

V této učebnici se setkáte s mnoha příklady analytických metod, z nichž většina jsou rutinní příklady chemické analýzy. Je však důležité si uvědomit, že analytické chemiky k vývoji těchto metod přiměly nerutinní problémy.

Příště, až budete v knihovně, prohlédněte si nejnovější číslo analyticky zaměřeného časopisu, například Analytical Chemistry. Zaměřte se na názvy a abstrakty výzkumných článků. I když možná nepoznáte všechny termíny a analytické metody, začnete si sami odpovídat na otázku „Co je to analytická chemie?“

.