Аналітична хімія

АНАЛІТИ́ЧНА ХІ́МІЯ — наука про принципи та методи ви­значе­н­ня хімічного складу речовин. Структура А. х.: заг. теоретичні основи; роз­робка методів аналізу; А. х. окремих обʼєктів. Теор. основи повʼязані з хемометрикою, перед­усім метрологією хім. аналізу, теорією від­бору та під­готовки проб, вибором схем і методів аналізу, планува­н­ням аналіт. екс­перименту, забезпече­н­ням якості результатів аналізу. Особливість А. х. — пошук та ви­вче­н­ня насамперед не заг., а специф., індивід. властивостей обʼєктів, що має забезпечити вибірковість її методів. Завдяки широкому викори­стан­ню досягнень хімії, фізики, математики, біо­логії, електроніки та обчислюв. техніки (особливо в сучас. приладах для аналізу речовин) А. х. вважають між­дисциплінар. наукою. В А. х. роз­різняють якісний і кількіс. аналіз. Мета першого — виявле­н­ня компонентів зразка, який аналізують, та ідентифікація його сполук; мета другого — ви­значе­н­ня концентрації або маси компонента. Залежно від того, які компоненти необхідно виявити або ви­значити, за­стосовують ізотоп., елемент., функціон., молекуляр., фазовий аналіз. У А. х. можна аналізувати мікрообʼєкти, здійснювати локал. аналізи: без роз­кладу зразків, ди­станційний, автоматичний (під час технол. процесу). За характером матеріалу роз­різняють аналіз неорган. або орган. речовин. У А. х. виділяють 3 гол. групи методів: роз­діле­н­ня та концентрува­н­ня; ви­значе­н­ня або виявле­н­ня; гібридні методи. До роз­діле­н­ня вдаються тоді, коли прямі методи ви­значе­н­ня або виявле­н­ня не дають змоги отримати правильний результат через пере­шкоди, зумовлені ін. компонентами зразка, який аналізують. Концентрува­н­ня за­стосовують при ви­значен­ні низьких та ультрамалих кількостей компонента за недо­стат. чутливості прямих методів його ви­значе­н­ня. Для роз­діле­н­ня й концентрува­н­ня використовують осадже­н­ня, дис­тиляцію, екс­тракцію, сорбцію, спрямовану кри­сталізацію, хромато­графію тощо. Гібридні методи аналізу по­єд­нують методи роз­діле­н­ня та ви­значе­н­ня (найчастіше в одному приладі, напр., газ. або рідин. хромато­графі, хромато-мас-спектрометрі). Для ви­значе­н­ня чи виявле­н­ня компонента за­стосовують хім., фіз.-хім., фіз. та біол. методи аналізу. Хім. методи (гравіметрія та титриметрія), що ґрунтуються на хім. та електрохім. реакціях, дають за деяких умов без­посередню оцінку маси або концентрації компонента проби. Тому їх називають абсолют. або без­еталон. методами. Фіз.-хім. та фіз. методи аналізу повʼязані з вимірюва­н­ням аналіт. сигналу, тобто параметра, функціонально залежного від вмісту компонента, який ви­значають у пробі. За­стосува­н­ня цих емпірич. методів можливе за умови градуюва­н­ня від­повід. приладів за допомогою еталонів, стандарт. зразків складу. Фіз.-хім. методи (електрохім., спектрофотометричні, люмінесцентні тощо) прості у виконан­ні, чутливі, екон., мають позитивні метрол. характеристики, дають змогу одночасно ви­значити вміст одного-двох компонентів, але найчастіше повʼязані з необхідністю поперед. роз­кладу проб. Фіз. методи аналізу (атомно-емісійні та атомно-абсорбційні, рентґено­спектрал., мас-спектрал., радіо­активац. тощо) екс­пресні, високочутливі, дають змогу одночасно ви­значати вміст багатьох компонентів, завдяки чому набули найбільш широкого за­стосува­н­ня в елемент. аналізі. У біо­медицині, у досліджен­ні обʼєктів довкі­л­ля дедалі ширше використовують високочутливі та селективні біол. методи аналізу, що ґрунтуються на реакції організмів на зміни в їх оточен­ні (біо­сенсори, імунофермент. аналіз). Для оцінки й зі­ставле­н­ня методів, їх вибору для виріше­н­ня конкрет. зав­дань необхідно враховувати багато чин­ників: метрол. параметри (межу виявле­н­ня або діапазон концентрацій, де метод дає надійні результати, точність, тобто правильність та від­творюваність результатів), екс­пресність, багатокомпонентність, умови під­готовки проби до аналізу, наявність апаратури, кваліфікацію аналітика, економічність тощо. Напр., прості й високочутливі кінетичні методи не завжди забезпечують добру від­творюваність, а потужні, багато­елементні мас-спектральні і нейтроно-активац. методи потребують викори­ста­н­ня склад. та дорогої апаратури. До найточніших (прецизійних) методів належать: кулонометрія (вимірюва­н­ня кількості електрики, витраченої на електрохім. пере­творе­н­ня іона або компонента, який ви­значають), гравіметрія та титриметрія. Їх використовують при ви­значен­ні осн. компонентів проби, в атестації стандарт. зразків складу, фармацевтич. аналізі. Окреме місце в А. х. належить методам локал. аналізу (рентґено­спектрал. мікро­аналіз — електрон. зонд, мас-спектрометрія вторин. іонів, Оже-спектро­скопія), які за­стосовують при дослідж. тонкошарових покрит­тів, напів­провід­ників, матеріалів опто­електроніки, включень до гір. порід. Особливість цих методів — труднощі градуюва­н­ня та створе­н­ня стандарт. зразків.

Першими хіміками-аналітиками можна вважати алхіміків 14– 16 ст., які встановили багато хім. і фіз. властивостей речовин, за­стосували зважува­н­ня для хім. аналізу. У 18 ст. виявлено числен­ні реакції в роз­чинах для ви­значе­н­ня речовин, зокрема реакцію утворе­н­ня AgCl. Поня­т­тя «А. х.» (роз­клад речовин на складові елементи) вперше за­пропонував Р. Бойль. У 19 ст. завдяки успіхам А. х. від­крито багато хім. елементів, сформульовано закони сталості складу та кратних спів­від­ношень, збереже­н­ня маси в хім. реакціях. Швед. хімік Т. Берґман уперше за­пропонував схему систематич. якісного аналізу за допомогою сірководню і лугів, удосконалену згодом у працях Т. Тенара, Л. Воклена, Г. Розе, К. Фрезеніуса, М. Меншуткіна. У 19 ст. починає роз­виватися кількіс. аналіз: гравіметрія, методи газового аналізу, титриметрія (Ж.-Л. Ґей-Люс­сак), елемент. аналіз орган. речовин (Ю. Лібіґ). Вче­н­ня про хім. рівноваги у роз­чинах (В. Оствальд) стає складовою частиною теорії А. х. У 1-й пол. 20 ст. найважливішим для становле­н­ня й роз­витку А. х. стало від­кри­т­тя хромато­графії (М. Цвєт), створе­н­ня краплин­ного аналізу (Ф. Файґль, М. Тананаєв), за­провадже­н­ня у практику А. х. орган. аналіт. ре­агентів (М. Ільїнський, Л. Чугаєв), створе­н­ня теор. основ та апаратури для електрохім. і спектро­скоп. методів аналізу. За праці, які мали фундам. значе­н­ня для А. х., Нобелів. премії присуджено С. Ар­реніусу (1903, теорія електролітич. дисоціації), Ф. Преґлю (1923, мікро­аналіз орган. речовин), А. Тизеліусу (1948, електрофорез та адсорбц. аналіз), А. Мартіну та Р. Сінґу (1952, метод роз­ділюв. хромато­графії), Я. Гейровському (1959, поляро­граф. метод аналізу).

Знач. внесок у роз­виток А. х. зробили вчені України. Це піонер. дослідж. із тонкошарової хромато­графії (М. Ізмайлов, М. Шрайбер), краплин. аналізу (М. Тананаєв), за­стосува­н­ня комплекс. сполук в А. х. (А. Бабко), фотометрії полумʼя та атом. абсорбції (М. Полуектов), кінетич. методів аналізу (К. Яцимирський), хім. метрології (М. Комар), орган. аналіт. ре­агентів (А. Пилипенко, В. Назаренко, І. Пʼятницький). У Києві (Київ. університет, ін­ститути НАНУ: фіз. хімії, заг. та неорган. хімії, колоїд. хімії та хімії води), Харкові (Харків. університет, Ін­ститут монокри­сталів НАНУ, Держ. наук. центр лікар. засобів), Одесі (Фіз.-хім. ін­ститут НАНУ), Дні­пропетровську (Дні­проп. університет, хім.-технол. університет, металург. академія), Донецьку (Донец. університет, Ін­ститут кольор. металів), Ужгороді (Ужгород. університет) склалися і працюють ві­домі наук. школи укр. хіміків-аналітиків. Проводяться дослідж. у різних галузях А. х.: за­стосува­н­ня орган. ре­агентів та комплекс. сполук в А. х., хемілюмінесценція, екс­тракція в А. х., аналіз води, хромато-мас-спектрометричне ви­значе­н­ня орган. речовин — Київ. шк. (А. Бабко, А. Пилипенко, І. Пʼятницький, М. Тананайко, Б. Набиванець, В. Сухан, В. Лукачина, М. Штокало, О. Рябушко); кінет. методи аналізу — Київ. шк. (К. Яцимирський, Л. Бударін, Л. Тихонова); хім. метрологія, аналіз функціон. матеріалів та лікар. засобів, високоефект. рідин­на хромато­графія, кри­сталізац. концентрува­н­ня, багатокомпонент. аналіз — Харків. шк. (М. Комар, Л. Адамович, І. Перьков, А. Бланк, О. Бугаєвський, М. Левін); А. х. рідкісних елементів, люмінесцент. аналіз, метод «холодної пари», атомно-еміс. аналіз — Одес. шк. (М. Полуектов, В. Назаренко, М. Захарія, М. Тищенко, Л. Кононенко, Н. Єфрюшина, С. Бельтюкова, В. Антонович); електрохім. методи аналізу, спів­осадже­н­ня, гетерополікомплекси в аналізі, за­стосува­н­ня ультра­звуку в аналізі — А. х. рідкісних елементів, люмінесцент. аналіз, метод «холодної пари», атомно-емісійний аналіз — Дні­проп. шк. (Ю. Усатенко, В. Чуйко, Ф. Тулюпа, Л. Циганок, О. Аришкевич, В. Супрунович та ін.); екс­тракція в А. х., спектрал. методи аналізу, стандартні зразки сплавів — Донец. шк. (Ф. Горбенко, І. Шевчук, М. Кочмола); іонні асоціати у фотометрич. аналізі, аналіз напів­провід­ник. матеріалів — Ужгород. шк. (П. Кіш, Й. Балог, С. Чундак, Я. Базель). Досягне­н­ня цих шкіл від­ображено у багатьох моно­графіях. На хім. ф-тах практично всіх держ. університетів України готують фахівців з А. х., зокрема аналітиків-екологів (Київ), фахівців з хім. метрології та аналізу функціон. матеріалів (Харків), з аналізу лікар. засобів (Одеса, Дні­пропетровськ). Сучас. стан роз­витку А. х. ви­значають: інструменталізація, компʼютеризація та автоматизація методів, мініатюризація приладів (сенсори), за­стосува­н­ня хемометрії, теорії інформації, штуч. інтелекту для оптимізації роз­вʼяза­н­ня нових аналіт. задач, що виникають у геології, екології, біо­логії, медицині, с. госп-ві, промисловості, матеріало­знавстві, при сертифікації різноманіт. матеріалів.

Завантажити статтю