化学の5つの分野のそれぞれを学ぶことで、化学の研究にユニークな視点が得られます。 学部の化学コースや教科書は単なる事実の収集ではなく、一種の徒弟制度のようなものである。 この精神に則って、この章では分析化学の分野を紹介し、分析化学者が化学の研究にもたらすユニークな視点を強調します。
まずは、偽りのない疑問から始めましょう。 分析化学とは何だろうか？ 化学のすべての分野と同様に、分析化学はあまりにも広範で活発な学問であり、私たちが完全に定義することはできない。 そこでこの章では、分析化学とは何かについて少し述べるとともに、分析化学とは何かについても少し述べようと思う。
「分析化学とは分析化学者が行うことである」
この言葉は、1965年に分析化学のフィッシャー賞を受けたC・N・レイリー（1925～1981）が述べたものとされている。 ノースカロライナ大学チャペルヒル校の化学教授であったライリーは、20 世紀後半に最も影響力のある分析化学者の 1 人でした。
分析化学はしばしば、物質の組成を定性的に（このサンプルに鉛はあるか）、定量的に（このサンプルにはどのくらいの鉛が入っているか）特徴付ける化学分野であると説明されます。 後述するように、この説明は誤解を招きやすい。
ほとんどの化学者は日常的に定性的および定量的な測定を行っている。 このため、分析化学は化学の別分野ではなく、単に化学の知識を応用したものであると指摘する科学者もいる1。 実際、おそらく他の化学コースで定量的および定性的な分析を行ったことがあるでしょう。
たとえば、酸塩基滴定を用いて酢酸の量を決定したり、水性サンプルに含まれる複数の金属イオンのうちどれかを定性的に特定したりしたことがあるかもしれません。 分析化学の技術は、より適切に化学分析と呼ばれる、日常的な試料に対する日常的な分析の実行にあるのではなく、確立した分析方法の改良、既存の分析方法の新しい種類の試料への拡張、および化学現象を測定するための新しい分析方法の開発にある2。
分析法の7つの段階
- 分析法の考案（誕生）
- 分析法が機能することの実証に成功
- 分析法の能力の確立
- 分析法が広く受け入れられる
- 分析法の継続的開発により著しい改善がもたらされたこと。
- ステップ3～5の新しいサイクル。
- 分析法はもはや新しい分析法に対抗できない（死）。
ステップ1～3と5は分析化学の領域で、ステップ4は化学分析の領域。
ここにあげた分析法の7段階は、Fassel, V. A. Fresenius’Z. Anal. Chem. 1986, 324, 511-518 および Hieftje, G. M. J. Chem. 2000, 77, 577-583.
この分析化学と化学分析の区別の一例を挙げよう。 鉱業技術者は、鉱石を取り除くコストとその内容物の価値を比較することによって、鉱石の価値を評価する。 その価値を推定するために、鉱石のサンプルを分析する。 適切な定量分析法を開発し、その妥当性を確認することは、分析化学者の責任である。 分析化学と化学分析のもう一つの違いは、分析化学者は確立された分析方法を改善し、拡張するために働くことである。 たとえば、鉱石中のニッケルの定量分析は、ニッケルの鉱石内での不均等な分布、鉱石の珪酸塩と酸化物の複雑なマトリックス、分析を妨害する他の金属の存在など、いくつかの要因で複雑になる。 多くの反応、分解、濾過を必要とするため、時間がかかり、正確な分析が困難である。 鉱石中のNiの重量分析に関するFreseniusの分析スキーム。 ニッケルの質量は直接決定されないことに注意。 CoとNiを分離して秤量し（質量A）、次にCoを分離して秤量する（質量B）。 時系列で見ると、試料を消化した後、約44時間で分析が完了することがわかります。 この方式は、質量が重要な測定項目である重量分析の一例です。 重量法の詳細については、8章を参照してください。
Figure \(\PageIndex{2}): ジメチルグリオキシム
1905年に開発されたジメチルグリオキシム(dmg)は♪ce{Ni^{2+}}と♪ce{Pd^{2+}}を選択的に沈殿させ、ニッケルの定量分析法を改善させた4。 その結果、図㊦に示すように、試料溶解後の操作が少なく、短時間で分析ができるようになりました。 1970年代になると、鉱石中のニッケルの標準分析法は重量法 に代わってフレーム原子吸光分析法となり5 、さらに迅速な分 析が可能となった。 現在では、誘導結合プラズマ発光分光分析装置が標準的な分析法となっている。 Ni(dmg)2を沈殿させた鉱石中のNiの重量分析。 時系列で見ると、試料を消化してから約4時間で分析が完了し、図㊦の方法の10倍の時間がかかっていることが分かります。 また、%Niの式中の0.2301は、NiとNi(dmg)2の式重量の違いを考慮したもので、詳細は第8章を参照。
分析化学をより適切に表現すると、「化学系の特性を測定するための概念、原理、…戦略を考案し、応用する科学」となる。「分析化学者は通常、分析の最先端で活動し、より小さなサンプル、より複雑なサンプル、短い時間スケール、低濃度で存在する種について、すべての化学者が意味のある測定を行う能力を拡張し向上させている。 その歴史を通じて、分析化学は、他の伝統的な化学分野の研究に必要な多くのツールや手法を提供するとともに、例を挙げれば、医薬品化学、臨床化学、毒物学、法医学化学、材料科学、地球化学、環境化学などの学際的研究を促進してきた。
この教科書では、分析手法の例を数多く目にするが、そのほとんどは化学分析の日常例である。 しかし、非定常的な問題が分析化学者にこれらの方法の開発を促したことを覚えておくことが重要です。
次に図書館に行ったとき、分析化学のような分析指向の雑誌の最新号に目を通すとよいでしょう。 研究論文のタイトルとアブストラクトに注目しましょう。 すべての用語や分析方法を知っているわけではないかもしれませんが、「分析化学とは何か」という質問に自分で答え始めることができるでしょう。
Analytical Chemistry の「Some Words about Categories of Manuscripts」という最近の論説は、研究努力を現代の分析化学に関連させるものをうまく浮き彫りにしています。 完全な引用は、Murray, R. W. Anal. Chem. 2008, 80, 4775.
Contributors
David Harvey (DePauw University)
である。