A kémia mind az öt területének képzése egyedi perspektívát nyújt a kémia tanulmányozásához. Az egyetemi kémia kurzusok és tankönyvek többet jelentenek, mint tények gyűjteménye; egyfajta tanoncképzést jelentenek. Ennek szellemében ez a fejezet bemutatja az analitikai kémia területét, és rávilágít az analitikai kémikusok által a kémia tanulmányozásához nyújtott egyedülálló perspektívákra.

Kezdjük egy megtévesztően egyszerű kérdéssel. Mi az analitikai kémia? Mint a kémia minden területe, az analitikai kémia is túl tág és túl aktív tudományág ahhoz, hogy teljesen definiálni tudjuk. Ezért ebben a fejezetben megpróbálunk egy keveset mondani arról, hogy mi az analitikai kémia, és egy keveset arról is, hogy mi nem az analitikai kémia.

Az analitikai kémiát gyakran úgy írják le, mint a kémia azon területét, amely az anyag összetételének minőségi (Van-e ólom ebben a mintában?) és mennyiségi (Mennyi ólom van ebben a mintában?) jellemzéséért felelős. Mint látni fogjuk, ez a leírás félrevezető.

A legtöbb vegyész rutinszerűen végez minőségi és mennyiségi méréseket. Ezért egyes tudósok szerint az analitikai kémia nem a kémia különálló ága, hanem egyszerűen a kémiai ismeretek alkalmazása.1 Valószínűleg Ön is végzett már kvantitatív és kvalitatív elemzéseket más kémiaórákon.

Az analitikai kémia kémiai ismeretek alkalmazásaként való definiálása figyelmen kívül hagyja azt az egyedi nézőpontot, amelyet az analitikus kémikusok a kémia tanulmányozásához nyújtanak. Az analitikai kémia mestersége nem abban áll, hogy rutinszerű analízist végez rutinszerű mintákon, amit helyesebb lenne kémiai analízisnek nevezni, hanem abban, hogy javítja a bevált analitikai módszereket, kiterjeszti a meglévő analitikai módszereket új típusú mintákra, és új analitikai módszereket fejleszt ki a kémiai jelenségek mérésére.2

Itt egy példa az analitikai kémia és a kémiai analízis közötti különbségtételre. A bányamérnökök egy érc értékét úgy értékelik, hogy összehasonlítják az érc kitermelésének költségét az érctartalom értékével. Az érték becsléséhez elemzik az érc egy mintáját. A megfelelő kvantitatív analitikai módszer kifejlesztése és validálása az analitikai kémikus feladata. A kifejlesztése után az analitikai módszer rutinszerű, napi alkalmazása a kémiai analitikus feladata.

Az analitikai kémia és a kémiai analízis közötti másik különbségtétel az, hogy az analitikai kémikusok a bevált analitikai módszerek javításán és kiterjesztésén dolgoznak. Például az ércekben lévő nikkel mennyiségi elemzését számos tényező nehezíti, többek között a nikkel egyenlőtlen eloszlása az ércben, az érc összetett szilikát- és oxidmátrixa, valamint más fémek jelenléte, amelyek zavarhatják az elemzést. A \(\PageIndex{1}\) ábra a tizenkilencedik század végén használt egyik standard analitikai módszer vázlatos vázlatát mutatja.3 A sok reakció, emésztés és szűrés szükségessége miatt ez az analitikai módszer időigényes és nehezen kivitelezhető.

Az \(\PageIndex{1}\) ábra: Fresenius analitikai sémája a Ni gravimetriás elemzésére ércekben. Megjegyzendő, hogy a nikkel tömegét nem közvetlenül határozzuk meg. Ehelyett a Co-t és a Ni-t elkülönítjük és megmérjük (A tömeg), majd a Co-t elkülönítjük és megmérjük (B tömeg). Az idővonal azt mutatja, hogy a minta feltárása után az elemzés elvégzése körülbelül 44 órát vesz igénybe. Ez a séma egy példa a gravimetrikus analízisre, amelyben a tömeg a fontos mérés. A gravimetriai eljárásokkal kapcsolatos további információkért lásd a 8. fejezetet.

Ábra \(\PageIndex{2}\): Dimetilglikoxim

A dimetilglikoxim (dmg), egy olyan reagens 1905-ös kifejlesztése, amely szelektíven kiválik \(\ce{Ni^{2+}}\) és \(\ce{Pd^{2+}}\), a nikkel mennyiségi analízisének továbbfejlesztett analitikai módszeréhez vezetett.4 Az \(\PageIndex{3}\) ábrán látható eredményül kapott analízis kevesebb manipulációt és kevesebb időt igényel a minta feloldásának befejezése után. Az 1970-es évekre a láng atomabszorpciós spektrometria felváltotta a gravimetriát, mint az ércekben lévő nikkel analízisének standard módszerét,5 ami még gyorsabb analízist eredményezett. Ma a standard analitikai módszer induktív csatolású plazma optikai emissziós spektrométert használ.

Ábra \(\PageIndex{3}\): Az ércekben lévő Ni gravimetriás elemzése Ni(dmg)2 kicsapásával. Az idővonal azt mutatja, hogy a minta feltárása után körülbelül négy órát vesz igénybe az elemzés elvégzése, ami tízszer rövidebb, mint a \(\(\PageIndex{1}\) ábra) módszer esetében. A 0,2301-es tényező a %Ni egyenletben figyelembe veszi a Ni és a Ni(dmg)2 képlettömegének különbségét; további részletekért lásd a 8. fejezetet.

Az analitikai kémia megfelelőbb leírása “a kémiai rendszerek jellemzőinek mérésére szolgáló fogalmak, elvek és… stratégiák feltalálásának és alkalmazásának tudománya”.”6 Az analitikai kémikusok jellemzően az analízis szélsőséges határterületein dolgoznak, kiterjesztve és javítva minden kémikus képességét, hogy kisebb mintákon, összetettebb mintákon, rövidebb időskálákon és kisebb koncentrációban jelen lévő fajokon végezzenek értelmes méréseket. Története során az analitikai kémia számos olyan eszközt és módszert biztosított, amelyek a kémia más hagyományos területeinek kutatásához szükségesek, valamint elősegítette a multidiszciplináris kutatást, hogy csak néhányat említsünk, a gyógyszerkémia, a klinikai kémia, a toxikológia, a törvényszéki kémia, az anyagtudomány, a geokémia és a környezetkémia területén.”

A tankönyvben az analitikai módszerek számos példájával fog találkozni, amelyek többsége a kémiai elemzés rutinszerű példája. Fontos azonban emlékezni arra, hogy nem rutinszerű problémák késztették az analitikai kémikusokat e módszerek kifejlesztésére.

Amikor legközelebb a könyvtárban jár, nézze át egy analitikai irányultságú folyóirat, például az Analytical Chemistry legújabb számát. Koncentráljon a kutatási cikkek címeire és összefoglalóira. Bár lehet, hogy nem ismeri fel az összes kifejezést és analitikai módszert, elkezdheti megválaszolni magának a kérdést: “Mi az analitikai kémia?”