Utbildning inom vart och ett av de fem kemiområdena ger ett unikt perspektiv på kemistudierna. Kemiutbildningar och läroböcker på grundnivå är mer än en samling fakta; de är ett slags lärlingsutbildning. I enlighet med denna anda introducerar detta kapitel området analytisk kemi och lyfter fram de unika perspektiv som analytiska kemister tillför kemistudierna.

Låt oss börja med en bedrägligt enkel fråga. Vad är analytisk kemi? Liksom alla kemiområden är analytisk kemi en alltför bred och alltför aktiv disciplin för att vi ska kunna definiera den helt och hållet. I det här kapitlet ska vi därför försöka säga lite om vad analytisk kemi är, liksom lite om vad analytisk kemi inte är.

Analytisk kemi beskrivs ofta som det område inom kemin som ansvarar för att karakterisera materiens sammansättning, både kvalitativt (Finns det något bly i det här provet?) och kvantitativt (Hur mycket bly finns det i det här provet?). Som vi ska se är denna beskrivning missvisande.

De flesta kemister gör rutinmässigt kvalitativa och kvantitativa mätningar. Av denna anledning menar vissa forskare att analytisk kemi inte är en separat gren av kemin, utan helt enkelt en tillämpning av kemisk kunskap.1 Faktum är att du förmodligen har utfört kvantitativa och kvalitativa analyser i andra kemikurser.

Definitionen av analytisk kemi som tillämpningen av kemisk kunskap ignorerar det unika perspektiv som analytiska kemister bidrar med till studiet av kemi. Den analytiska kemins hantverk består inte i att utföra en rutinanalys på ett rutinprov, vilket lämpligare kallas kemisk analys, utan i att förbättra etablerade analysmetoder, utvidga befintliga analysmetoder till nya typer av prover och utveckla nya analysmetoder för att mäta kemiska fenomen2 .

Här är ett exempel på denna skillnad mellan analytisk kemi och kemisk analys. Gruvingenjörer utvärderar värdet av en malm genom att jämföra kostnaden för att ta bort malmen med värdet av dess innehåll. För att uppskatta värdet analyserar de ett prov av malmen. Utmaningen att utveckla och validera en lämplig kvantitativ analysmetod är den analytiska kemistens ansvar. Efter utvecklingen är den rutinmässiga, dagliga tillämpningen av analysmetoden den kemiska analytikerns uppgift.

En annan skillnad mellan analytisk kemi och kemisk analys är att analytiska kemister arbetar för att förbättra och utvidga etablerade analysmetoder. Flera faktorer försvårar till exempel den kvantitativa analysen av nickel i malm, bland annat nickelns ojämna fördelning i malmen, malmens komplexa matris av silikater och oxider samt förekomsten av andra metaller som kan störa analysen. Figur \(\PageIndex{1}\) visar en schematisk skiss över en standardanalysmetod som användes i slutet av 1800-talet.3 Behovet av många reaktioner, uppslutningar och filtreringar gör denna analysmetod både tidskrävande och svår att utföra noggrant.

Figur \(\PageIndex{1}\): Fresenius analytiska schema för gravimetrisk analys av Ni i malm. Observera att massan av nickel inte bestäms direkt. I stället isoleras och vägs Co och Ni (massa A) och därefter isoleras och vägs Co (massa B). Tidslinjen visar att det tar ungefär 44 timmar att genomföra en analys efter det att provet har smältats. Detta schema är ett exempel på en gravimetrisk analys där massan är det viktiga måttet. Se kapitel 8 för mer information om gravimetriska förfaranden.

Figur \(\PageIndex{2}\): Dimetylglyoxim

Utvecklingen 1905 av dimetylglyoxim (dmg), ett reagens som selektivt fäller ut \(\ce{Ni^{2+}}\) och \(\ce{Pd^{2+}}}\), ledde till en förbättrad analysmetod för kvantitativ analys av nickel.4 Den resulterande analysen, som visas i figur \(\PageIndex{3}\), kräver färre manipulationer och mindre tid efter avslutad upplösning av provet. På 1970-talet ersatte flamatomabsorptionsspektrometri gravimetri som standardmetod för analys av nickel i malm,5 vilket resulterade i en ännu snabbare analys. Idag används som standardanalysmetod en induktivt kopplad plasmaoptisk emissionsspektrometer.

Figur \(\PageIndex{3}\): Gravimetrisk analys för Ni i malm genom utfällning av Ni(dmg)2. Tidslinjen visar att det tar ungefär fyra timmar att genomföra en analys efter att ha smält provet, vilket är 10 gånger kortare tid än för metoden i figur \(\PageIndex{1}\). Faktorn 0,2301 i ekvationen för %Ni tar hänsyn till skillnaden i formelvikter för Ni och Ni(dmg)2; se kapitel 8 för ytterligare detaljer.

En mer passande beskrivning av analytisk kemi är ”vetenskapen om att uppfinna och tillämpa begrepp, principer och… strategier för att mäta egenskaperna hos kemiska system”.”6 Analytiska kemister arbetar vanligtvis i analysens yttersta utkanter och utökar och förbättrar alla kemisters förmåga att göra meningsfulla mätningar på mindre prover, på mer komplexa prover, på kortare tidsskalor och på arter som förekommer i lägre koncentrationer. Under hela sin historia har den analytiska kemin tillhandahållit många av de verktyg och metoder som är nödvändiga för forskning inom de andra traditionella kemiområdena, samt främjat tvärvetenskaplig forskning inom, för att nämna några, läkemedelskemi, klinisk kemi, toxikologi, rättskemi, materialvetenskap, geokemi och miljökemi.

Du kommer att stöta på ett stort antal exempel på analytiska metoder i den här läroboken, varav de flesta är rutineexempel på kemisk analys. Det är dock viktigt att komma ihåg att icke-rutinmässiga problem föranledde analytiska kemister att utveckla dessa metoder.

När du är på biblioteket nästa gång, bläddra igenom ett aktuellt nummer av en analytiskt inriktad tidskrift, till exempel Analytical Chemistry. Fokusera på titlarna och sammanfattningarna av forskningsartiklarna. Även om du kanske inte känner igen alla termer och analysmetoder kommer du att börja besvara frågan ”Vad är analytisk kemi?”