Vi forklarer, hvad analytisk kemi er, og hvad denne gren af kemi fokuserer på. Også de analytiske metoder du bruger.
Hvad er analytisk kemi?
Analytisk kemi kaldes en gren af kemi der fokuserer på at forstå stof, det vil sige af analyse af de materialer, der udgør en prøve, ved hjælp af eksperimentelle eller laboratoriemetoder.
Analytisk kemi kan klassificeres i kvantitativ og kvalitativ analytisk kemi. Kvantitativ analytisk kemi bruges til at bestemme mængden, koncentrationen eller del af en eller flere komponenter i en prøve, det vil sige, at den beskæftiger sig med kvantificering af stof.
Kvalitativ analytisk kemi bruges til at vide, hvad komponenterne i en prøve er, det vil sige, den handler om at identificere hver komponent i prøven. På den anden side bruges analytisk kemi også til adskillelse af komponenterne i en prøve. Generelt kaldes det pågældende stof (det der skal identificeres eller kvantificeres) en analyt.
Den viden, der gav anledning til analytisk kemi, opstod fra den moderne idé om den kemiske sammensætning af stof, som opstod i det 18. århundrede.
En vigtig milepæl i udviklingen af dette disciplin Det var forståelsen af sammenhængen mellem stoffets fysiske egenskaber og dets kemiske sammensætning. I dette var studiet af spektroskopi, elektrokemi og polarografi grundlæggende.
Imidlertid ville opfindelsen af metoder til kemisk analyse, der ville tillade en større forståelse af stof, udvikle sig sammen med den videnskabelige og teknologiske udvikling, således at de generelle karakteristika for området analytisk kemi først ville blive defineret i det tyvende århundrede.
Analytisk kemi bruger følgende analytiske metoder til at forstå stof:
Kvantitative metoder
- Volumetriske metoder. Kendt som titrering eller titrering er de kvantitative metoder, hvor et reagens, hvis koncentration er kendt (titrantstof), bruges til at bestemme koncentrationen af et andet reagens, hvis koncentration er ukendt (analyt eller stof, der skal analyseres i prøven), ved hjælp af en kemisk reaktion Ved titreringer bruges generelt indikatorer, der markerer slutpunktet for reaktionen. Der er forskellige typer af grader:
- Syre-base titreringer. Det er dem, hvor en syre med en base ved hjælp af en syre-base-indikator. Generelt placeres basen i en burette (kemikaliebeholder, der bruges til at måle volumener), og en kolbe anbringes i en erlenmeyerkolbe. bind kendt syre tilsat et par dråber phenolphtalein (indikator). Phenolphtalein bliver lyserødt i et basisk medium og er farveløst i et surt medium. Derefter består metoden i at tilsætte basen til syren, indtil den endelige opløsning bliver lyserød, hvilket betyder, at reaktionen mellem syren og basen har nået sit slutpunkt. Et øjeblik før den når slutpunktet, når reaktionen sit ækvivalenspunkt, som er hvor mængden af stof i titranten er lig med mængden af stof i analytten. Hvis støkiometrien i reaktionen er 1:1, det vil sige, at den samme mængde analytstof reagerer som titranten, kan følgende ligning bruges til at bestemme mængden af analyt:
- Syre-base titreringer. Det er dem, hvor en syre med en base ved hjælp af en syre-base-indikator. Generelt placeres basen i en burette (kemikaliebeholder, der bruges til at måle volumener), og en kolbe anbringes i en erlenmeyerkolbe. bind kendt syre tilsat et par dråber phenolphtalein (indikator). Phenolphtalein bliver lyserødt i et basisk medium og er farveløst i et surt medium. Derefter består metoden i at tilsætte basen til syren, indtil den endelige opløsning bliver lyserød, hvilket betyder, at reaktionen mellem syren og basen har nået sit slutpunkt. Et øjeblik før den når slutpunktet, når reaktionen sit ækvivalenspunkt, som er hvor mængden af stof i titranten er lig med mængden af stof i analytten. Hvis støkiometrien i reaktionen er 1:1, det vil sige, at den samme mængde analytstof reagerer som titranten, kan følgende ligning bruges til at bestemme mængden af analyt:
Hvor:
-
- [x] er den kendte koncentration af stoffet X, udtrykt mol/L eller tilsvarende enheder.
- V (X) er stoffets volumen x dispenseret fra buretten, udtrykt i L eller tilsvarende enheder.
- [Y] er den ukendte koncentration af analytten Y, udtrykt i mol/L eller tilsvarende enheder.
- V (Y) er stoffets volumen Y indeholdt i Erlenmeyer-kolben, udtrykt i L eller tilsvarende enheder.
Det er vigtigt at præcisere, at selvom denne ligning er meget brugt, varierer den ofte afhængigt af den anvendte gradstype.
-
- Redox titreringer. Grundlaget er det samme som ved syre-base titreringer, men i dette tilfælde er der en redoxreaktion mellem analytten og en opløsning oxiderende eller reducerende, alt efter tilfældet. Den anvendte indikator kan være et potentiometer (udstyr til måling af potentialforskel) eller en redoxindikator (forbindelser, der har en defineret farve i hver af deres oxidationstilstande).
- Komplekse dannelseskvalifikationer. De består af kompleksdannelsesreaktionen mellem analytten og titranten.
- Udfældningstitreringer. De består af dannelsen af et bundfald. De er meget specifikke, og de anvendte indikatorer er meget specifikke for hver reaktion.
- Gravimetriske metoder. Kvantitativ metode som består i at måle vægten af et materiale eller stof før og efter ændringer. Instrumentet til at udføre måling det er generelt en analytisk balance. Der er flere gravimetriske metoder:
- Nedbør. Det består af dannelsen af et bundfald, så når det vejes, kan dets mængde i den oprindelige prøve beregnes ved hjælp af støkiometriske forhold. Bundfaldet kan opsamles fra opløsningen, hvori det findes af filtrering. For at anvende denne metode skal analytten være dårligt opløselig og kemisk veldefineret.
- Volatilisering. Det består i at fordampe analytten for at adskille den fra prøven. Derefter genvindes analytten ved dens absorption i noget materiale, dette materiale vejes, og gevinsten af vægt Det vil være på grund af inkorporeringen af analytten, hvis vægt vil blive beregnet ved forskellen i vægten af det absorberende materiale før og efter at have absorberet analytten. Denne metode kan kun anvendes, når analytten er det eneste flygtige stof i prøven.
- Elektrodeposition. Den består af en redoxreaktion hvor analytten afsættes på en elektrode som en del af en forbindelse. Elektroden vejes derefter før og efter redoxreaktionen, på denne måde kan mængden af aflejret analyt beregnes.
Mere avancerede instrumentelle metoder:
- Spektrometriske metoder. Apparater bruges til at måle opførsel af elektromagnetisk stråling (lys) i kontakt med stoffet eller forbindelsen under analyse.
- Elektroanalytiske metoder. Svarende til den spektrometriske, men den elektricitet i stedet for lys til at måle elektrisk potentiale eller elektrisk strøm overføres af det stof, der skal analyseres.
- Kromatografiske metoder. Det kromatografi er en metode til adskillelse, karakterisering og kvantificering af komplekse blandinger. Det bruges til at adskille en eller flere komponenter i en blanding og samtidig identificere dem og beregne deres koncentration eller mængde i prøven, det vil sige kvantificere dem. Den kromatografiske metode består grundlæggende af en stationær fase og en mobil fase, der er en del af et udstyr eller en struktur, der bruges til at analysere prøven. Den stationære fase er immobil og består af et stof, der klæber til et eller andet system, der generelt er designet i form af en søjle, og den mobile fase er et stof (flydende eller gasformigt), der strømmer gennem den stationære fase. Adskillelsen af komponenterne (analytter) sker i henhold til affiniteten af hver af dem til den stationære fase eller for den mobile fase, hvilket vil afhænge af forskellige kemiske og fysiske egenskaber (af hver af eller af begge faser). Der findes forskellige typer kromatografi afhængigt af de stoffer, der anvendes som den mobile og stationære fase, betingelserne for metoden og udformningen af det kromatografiske udstyr. For eksempel kan du på det følgende billede se adskillelsen af de forskellige komponenter i en blanding, der blev injiceret på en kromatografisk søjle. Du kan se de forskellige farver af hver komponent, når de går ned gennem den stationære fase, der fylder kolonnen:
