La formazione in ognuno dei cinque campi della chimica fornisce una prospettiva unica allo studio della chimica. I corsi di chimica universitari e i libri di testo sono più di una raccolta di fatti; sono una sorta di apprendistato. In linea con questo spirito, questo capitolo introduce il campo della chimica analitica ed evidenzia le prospettive uniche che i chimici analitici portano allo studio della chimica.

Cominciamo con una domanda ingannevolmente semplice. Cos’è la chimica analitica? Come tutti i campi della chimica, la chimica analitica è una disciplina troppo ampia e attiva per poterla definire completamente. In questo capitolo, quindi, cercheremo di dire qualcosa su ciò che la chimica analitica è, così come qualcosa su ciò che la chimica analitica non è.

La chimica analitica è spesso descritta come l’area della chimica responsabile della caratterizzazione della composizione della materia, sia qualitativamente (C’è piombo in questo campione?) che quantitativamente (Quanto piombo c’è in questo campione?). Come vedremo, questa descrizione è fuorviante.

La maggior parte dei chimici fa abitualmente misure qualitative e quantitative. Per questo motivo, alcuni scienziati suggeriscono che la chimica analitica non è una branca separata della chimica, ma semplicemente l’applicazione delle conoscenze chimiche.1 In effetti, probabilmente hai eseguito analisi quantitative e qualitative in altri corsi di chimica.

Definire la chimica analitica come applicazione di conoscenze chimiche ignora la prospettiva unica che i chimici analitici portano allo studio della chimica. L’arte della chimica analitica non consiste nell’eseguire un’analisi di routine su un campione di routine, che più propriamente si chiama analisi chimica, ma nel migliorare i metodi analitici stabiliti, nell’estendere i metodi analitici esistenti a nuovi tipi di campioni e nello sviluppare nuovi metodi analitici per misurare i fenomeni chimici.2

Ecco un esempio di questa distinzione tra chimica analitica e analisi chimica. Gli ingegneri minerari valutano il valore di un minerale confrontando il costo di rimozione del minerale con il valore del suo contenuto. Per stimarne il valore, analizzano un campione del minerale. La sfida di sviluppare e convalidare un metodo analitico quantitativo appropriato è responsabilità del chimico analitico. Dopo il suo sviluppo, l’applicazione di routine e quotidiana del metodo analitico è il lavoro dell’analista chimico.

Un’altra distinzione tra la chimica analitica e l’analisi chimica è che i chimici analitici lavorano per migliorare ed estendere i metodi analitici stabiliti. Per esempio, diversi fattori complicano l’analisi quantitativa del nichel nei minerali, compresa la distribuzione ineguale del nichel all’interno del minerale, la complessa matrice di silicati e ossidi del minerale e la presenza di altri metalli che possono interferire con l’analisi. La figura (\PageIndex{1}) mostra uno schema schematico di un metodo analitico standard in uso alla fine del diciannovesimo secolo.3 La necessità di molte reazioni, digestioni e filtrazioni rende questo metodo analitico lungo e difficile da eseguire con precisione.

Figura (\PageIndex{1}): Schema analitico di Fresenius per l’analisi gravimetrica del Ni nei minerali. Si noti che la massa di nichel non è determinata direttamente. Invece, Co e Ni vengono isolati e pesati (massa A), e poi Co viene isolato e pesato (massa B). La linea temporale mostra che dopo aver digerito un campione, ci vogliono circa 44 ore per completare un’analisi. Questo schema è un esempio di analisi gravimetrica in cui la massa è la misura importante. Vedi il capitolo 8 per maggiori informazioni sulle procedure gravimetriche.

Figura \(\PageIndex{2}): Dimetilgliossima

Lo sviluppo, nel 1905, della dimetilgliossima (dmg), un reagente che precipita selettivamente \(\ce{Ni^{2+}}) e \(\ce{Pd^{2+}}), ha portato ad un metodo analitico migliorato per l’analisi quantitativa del nichel.4 L’analisi risultante, come mostrato nella figura \PageIndex{3}\, richiede meno manipolazioni e meno tempo dopo aver completato la dissoluzione del campione. Negli anni ’70, la spettrometria di assorbimento atomico a fiamma ha sostituito la gravimetria come metodo standard per l’analisi del nichel nei minerali,5 ottenendo un’analisi ancora più rapida. Oggi, il metodo analitico standard utilizza uno spettrometro a emissione ottica al plasma accoppiato induttivamente.

Figura \(\PageIndex{3}): Analisi gravimetrica per il Ni nei minerali mediante precipitazione di Ni(dmg)2. La linea temporale mostra che ci vogliono circa quattro ore per completare un’analisi dopo la digestione del campione, che è 10 volte più breve che per il metodo in Figura \(\PageIndex{1}). Il fattore di 0,2301 nell’equazione per %Ni tiene conto della differenza nei pesi di formula per Ni e Ni(dmg)2; vedi il capitolo 8 per ulteriori dettagli.

Una descrizione più appropriata della chimica analitica è “la scienza che inventa e applica i concetti, i principi e… le strategie per misurare le caratteristiche dei sistemi chimici.”6 I chimici analitici operano tipicamente ai margini estremi dell’analisi, estendendo e migliorando la capacità di tutti i chimici di effettuare misure significative su campioni più piccoli, su campioni più complessi, su scale temporali più brevi e su specie presenti a concentrazioni inferiori. Nel corso della sua storia, la chimica analitica ha fornito molti degli strumenti e dei metodi necessari per la ricerca nelle altre aree tradizionali della chimica, oltre a favorire la ricerca multidisciplinare, per citarne alcune, nella chimica medicinale, nella chimica clinica, nella tossicologia, nella chimica forense, nella scienza dei materiali, nella geochimica e nella chimica ambientale.

In questo libro di testo incontrerete numerosi esempi di metodi analitici, la maggior parte dei quali sono esempi di routine di analisi chimica. È importante ricordare, tuttavia, che i problemi non di routine hanno spinto i chimici analitici a sviluppare questi metodi.

La prossima volta che sei in biblioteca, guarda un numero recente di una rivista analitica, come la Chimica Analitica. Concentrati sui titoli e sugli abstract degli articoli di ricerca. Anche se potresti non riconoscere tutti i termini e i metodi analitici, comincerai a rispondere da solo alla domanda “Cos’è la chimica analitica?”