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 об’єктів. Теор. основи пов’язані 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 об’єктів, 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 мікрооб’єкти, 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 пов’язані 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 пов’язані 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 об’єктів 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 полум’я та атом. абсорбції (М. Полуектов), кінетич. методів аналізу (К. Яцимирський), хім. метрології (М. Комар), орган. аналіт. реагентів (А. Пилипенко, В. Назаренко, І. П’ятницький). 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. П’ятницький, 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, комп’ютеризація та автоматизація методів, мініатюризація приладів (сенсори), застосування хемометрії, теорії інформації, штуч. інтелекту для оптимізації розв’язання нових аналіт. задач, що виникають у геології, екології, біології, медицині, с. госп-ві, промисловості, матеріалознавстві, при сертифікації різноманіт. матеріалів.

Завантажити статтю