Chimica analitica

Cos'è la chimica analitica?

IL chimica analitica È il ramo della chimica che si dedica allo studio o all'analisi (da cui il suo nome) la composizione del soggetto. Ciò significa che è responsabile di determinare quali sostanze vengono fatte, così come in quale proporzione sono i suoi componenti.

È una disciplina puramente sperimentale che combina conoscenze e abilità di diverse aree che vanno dalle statistiche alla fisica moderna e ottica per sviluppare metodi analitici che consentono di determinare, con un adeguato livello di fiducia, ciò che un campione contiene.

Oltre alla sua importanza nella ricerca scientifica di base, questo ramo di chimica viene applicato praticamente in tutti i settori. Questo perché consente il monitoraggio dalla qualità di una sostanza chimica o di cibo, ai livelli di inquinanti presenti nei rifiuti che vengono scaricati nell'ambiente.

Breve storia di chimica analitica

Le origini della chimica analitica possono essere ricondotte alle opere di Antoine Lavoisier alla fine del 18 ° secolo, che hanno condotto importanti studi relativi alla composizione di minerali e aria, nonché il processo di combustione e respirazione degli animali.

Lavoisier

Tuttavia, non è stato fino al diciannovesimo secolo quando l'apprendista farmacevo tedesco Carl Fresenius Mohr sviluppato quelle che sarebbero le prime marce analitiche a determinare la composizione qualitativa di un campione. Il libro pubblicato da Mohr è considerato il primo testo di chimica analitica e molti dei suoi principi sono ancora insegnati oggi in classe.

Mohr ha fatto molto più che pubblicare le sue scoperte. Ha anche inventato tecniche volumetriche e progettato e costruito alcuni dei più importanti strumenti di analisi volumetrica nella chimica analitica, come pipette volumetriche e burette.

Inoltre, nel suo laboratorio a Francoforte, ha addestrato molti altri apprendisti nelle tecniche che ha sviluppato. Oltre alle tecniche quantitative come la volumetria e la gravimetria, ha anche insegnato tecniche di analisi chimica qualitativa. Per questo e molto altro, è considerato il padre della chimica analitica.

Filiali della chimica analitica

La chimica analitica può essere divisa, in ampi colpi, in due classi, a seconda dell'obiettivo dell'analisi chimica:

Chimica analitica qualitativa

Il primo problema che cerca di risolvere la chimica analitica è determinare ciò che contiene un campione sconosciuto. Cioè, trova o identifica quali sono i loro componenti. Questo tipo di analisi è chiamato analisi qualitativa, quindi questa filiale di chimica analitica è anche chiamata chimica analitica qualitativa.

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Chimica analitica quantitativa

Questo ramo di chimica analitica è responsabile di determinare quanto esiste ogni componente in un campione. Cioè, cerca di misurare in quale quantità, proporzione o concentrazione sono i diversi componenti, che sono chiamati analiti.

Nella maggior parte dei casi, l'analisi quantitativa è sempre preceduta dall'analisi qualitativa, poiché non si può determinare quanto di un analita è presente in un campione se non è noto quali analisi ci siano nello stesso.

Questo è il motivo per cui, tranne in poche occasioni in cui è noto in anticipo ciò che viene analizzato, la chimica analitica qualitativa e quantitativa va sempre insieme.

metodi analitici

La chimica analitica utilizza metodi sia qualitativi che quantitativi per comprendere la composizione della materia:

1.  Metodi qualitativi

I metodi qualitativi si basano su reazioni chimiche come le precipitazioni e la formazione complessa, nonché l'uso di tecniche di separazione per identificare i componenti di un campione. Questi sono metodi classici e includono i seguenti esempi:

• Marche analitiche cationiche: Set sistematico di test chimici che identificano la presenza di alcune cationi metalliche.
• Marche analitiche anioniche: Set sistematico di test chimici che confermano la presenza di alcuni anioni comuni.
• Test di fiamma: Una semplice analisi che consente di identificare alcuni metalli in base al colore della fiamma quando il campione viene bruciato.

2.  Metodi quantitativi

Questi consistono nel determinare la concentrazione di una specie in un campione. I metodi analitici sono generalmente divisi in classiche tecniche bagnate come la volumetria e la gravimetria e le moderne tecniche strumentali come tecniche spettrometriche e cromatografia, che saranno spiegate di seguito:

• Metodi di analisi volumetrica

Analista chimico eseguendo una laurea

La volumetria si riferisce a una serie di tecniche per la determinazione indiretta della concentrazione di un analita in un campione o in un'aliquota dello stesso, basata sulla misurazione del volume di un reagente di concentrazione noto che è necessario per consumare stechiometricamente l'analita. Queste tecniche sono anche chiamate gradi o valutazioni.

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Tutti i metodi volumetrici si basano sulla ricerca del punto di equivalenza, in cui è soddisfatto:

Poiché gli equivalenti sono uguali alla concentrazione normale per il volume e la concentrazione del titolare è nota, quindi la misurazione del suo volume implica che il numero di equivalenti del titler sarà noto, e quindi dell'analita o intitolato, come mostrato alla continuazione:

Esistono molti metodi analitici basati sulla volumetria, che differiscono in base al tipo di reazione chimica che usano. A seconda di ciò, si possono distinguere i seguenti tipi di metodi volumetrici:

• • Volumetria acida-base: In questi casi, l'analita è un acido e il titolo di base o il contrario. La reazione è una neutralizzazione a base di acido e il punto finale del grado è determinato dal cambiamento di colore di un indicatore chimico.
  • Volumetria delle precipitazioni: In questa tecnica la reazione coinvolta è la formazione di un precipitato insolubile.
  • Valutazione o volumetria della formazione complessa: In questo caso, la reazione è la formazione di un complesso metallico, a volte colorato, a volte no.
  • Volumetria redox: Si riferisce alla volumetria che implica una reazione di ossidazione e riduzione tra il titolare e l'analita. Uno gioca il ruolo dell'agente ossidante e l'altro del riduttore.

• Metodi di analisi gravimetrica

Scale analitiche utilizzate nell'analisi gravimetrica

A differenza del caso precedente, questi metodi si basano sulla misurazione della massa o sulla variazione della massa di un campione dopo essere stati sottoposti a diversi tipi di trattamenti chimici e termici.

Alcuni esempi di metodi gravimetrici comuni nel laboratorio di chimica analitica sono:

• • Metodi di precipitazione: In questi casi, l'analita è generalmente uno ione precipitato quantitativamente sotto forma di sale insolubile. Detto sale filtri e asciugarsi e quindi determinare la sua massa. Con questa massa viene quindi determinata la quantità dell'analita nel campione originale.
  • Metodi di volatilizzazione: A differenza di quello precedente, l'analita in questo caso è separato dalla matrice del campione sotto forma di gas. In alcuni metodi, questo gas viene raccolto reagendo con un reagente adeguato e quindi valutando il prodotto di detta reazione. In altri, la massa del gas è determinata mediante la differenza di peso prima e dopo la volatilizzazione.
  • Elettrodeposizione: È simile ai metodi di precipitazione, ad eccezione del fatto che l'analita viene depositato su un elettrodo a causa di una reazione redox generata da una corrente elettrica. L'aumento della massa dell'elettrodo consente di determinare la quantità di analita nel campione.

• Metodi strumentali

Strumento analitico automatizzato

I moderni metodi analitici si basano principalmente sull'uso di strumenti scientifici avanzati che sono in grado di analizzare campioni complessi in modo efficiente, precisamente e, in alcuni casi, automatizzato. Questi metodi si basano sulla misurazione di alcune proprietà fisiche che possono essere correlate alla concentrazione dell'analita nel campione.

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Alcune tecniche misurano le differenze nelle intensità di potenziale elettrico o di corrente, mentre altre misurano la quantità di luce emessa o assorbita da atomi o molecole a lunghezze d'onda specifiche.  Alcuni esempi di metodi analitici strumentali sono:

• • Metodi spettrometrici: Questi metodi si basano sul fenomeno di assorbimento della luce da parte di atomi e molecole o sull'emissione di luce quando gli atomi sono riscaldati ad alte temperature. Nel primo caso, le tecniche sono chiamate spettrometria di assorbimento (atomica o molecolare come può essere il caso) e nel secondo sono chiamate spettrometria di emissione atomica.
  • Metodi elettroanalitici: A differenza di quelli precedenti, questi misurano i cambiamenti nell'elettricità o nelle proprietà elettriche di un campione in presenza dell'analita. Ciò include misurazioni di intensità di corrente (come nel caso della polarografia), tensione (come nel caso dei metodi di pH), conducibilità elettrica, ecc.

• Metodi cromatografici

La cromatografia può essere considerata una classe a parte un metodo analitico separato, poiché include separazione, identificazione qualitativa e quantificazione tutto in uno. Questi metodi possono essere combinati con tecniche volumetriche o strumentali per l'analisi di analiti separati.

In questa tecnica, un campione complesso si dissolve in un solvente adeguato e scorre attraverso un materiale poroso come un gel, una carta da filtro o una sabbia fine, spinto dallo stesso solvente.

I diversi soluti presenti nel campione avranno affinità diverse a causa del materiale poroso, quindi alcuni si muoveranno più velocemente attraverso di esso rispetto ad altri. Alla fine, le frazioni che stanno partendo per l'analisi vengono raccolte o vengono analizzate online mediante uno spettrometro di assorbimento.