1.1 Вступ. Предмет, завдання, методи аналітичної хімії

Роль аналітичної хімії в контролі якості сировини, продуктів, допоміжних матеріалів, контролі технологічних процесів, відходів, стічних вод, охорони навколишнього середовища та сертифікації продукції. Аналітична хімія та періодична система Менделєєва. Напрямки розвитку аналітичної хімії як науки на сучасному етапі.

Аналітична хімія - це наука о методах і засобах хімічного аналізу і встановлення хімічної будови речовин.

Аналітична хімія – наукова дисципліна, яка розвиває і застосовує методи, засоби і загальну методологію отримання інформації о складі і природі речовини.

Предметом аналітичної хімії є розвиток теоретичних основ методів аналізу, відкриття та встановлення нових закономірнос­тей і співвідношень між хімічними елементами; вдосконалення існуючих та розробка нових, більш швидких і точних методів аналізу, вирішення конкретних задач аналізу.

Застосування методів аналітичної хімії для аналізу продуктів конкретного виробництва традиційно зветься технічним аналізом або аналітичним контролем виробництва.

Істотний вклад у становлення аналітичної хімії внесли праці М.В. Ломоносова, Д.І. Менделєєва, М.С. Цвета, В.І. Вернадського, Л.О. Чугаєва, І.П. Алімарина, І.В. Тананаєва та інших.

Завдання аналітичної хімії:

1. Дослідницька функція - розвиток внутрішніх можливостей аналітичної хімії як однієї з природничих наук; одержання досить точних відомостей про склад речовини при проведенні фунда­ментальних і прикладних наукових досліджень.

2. Контроль виробництва на всіх його етапах. На кожній стадії виробництва тієї чи іншої продукції ведеться визначення основної речовини та домішок. На основі результатів аналізу здійснюють керівництво технологічним процесом, визначають якість кінцевого продукту виробництва. Методики аналізів включені в технологічні регламенти та державні стандарти на го­тову продукцію.

Таким чином, хімічний аналіз у промисловості є складовою частиною технологічного процесу. Без аналізу не можна досягти високої якості продукції і економії матеріальних ресурсів, розв'язати питання комплексного використання сировини, утилізації відходів виробництва та захисту навколишнього природного середовища. За допомогою аналізу здійснюється хімічне дослідження природних і стічних вод, повітряного басейну, ґрунтів.

Основним методом аналітичної хімії є аналіз.

Аналіз - це розклад досліджуваних об'єктів на складові части­ни з метою встановлення їх складу, структури.

Метод аналізу - це сукупність принципів, покладених у ос­нову аналізу безвідносно до конкретного об’єкту і визначуваної речовини.

Методика аналізу –це повне описання всіх умов і операцій проведення аналізу конкретного об’єкту.

Методи аналізу класифікують: за способом розв'язування тієї чи іншої аналітичної задачі а) ідентифікації або виявлення (якісний аналіз); б) методи визначення вмісту елементів у аналізованому об'єкті (кількісний аналіз); в) методи визначення молекулярного складу об'єкту, що аналізується, або окремих йо­го фаз (фазовий аналіз)); за вимірюваною властивістю речовини (фізичні, фізико-хімічні, хімічні); залежно від об'єкту аналітично­го контролю (аналіз неорганічних та органічних речовини); мети аналізу (маркування (для об'єктивної оцінки роботи підприємства), швидкісні або експресні (поточний контроль напівпродуктів і продуктів, що дозволяє встановити пра­вильність технологічного режиму), арбітражні або контрольні аналізи); за масою та об'ємом розчину досліджуваної речовини, який беруть для аналізу. Методи аналітичної хімії дозволяють відповісти на питання з чого складається речовина; які компоненти і в якій кількості входять в її склад.

Завданням якісного аналізу є визначення з яких елементів, груп елементів чи іонів складається аналізована проба.

Кількісний аналіз дозволяє вирішити питання у яких кількісних відношеннях визначені компоненти знаходяться у пробі.

В хімічних методах аналізу визначаємо сполука перетворюється у іншу сполуку, яка має ті чи інші властивості, за якими встановлюють, що утворилася дійсно очікувана сполука. Перетворення, що здійснюється, звуть аналітичною реакцією, речовини, що їх визивають – реактивами, чи реагентами, ознаки, які спостерігаються - аналітичним сигналом (зовнішні ознаки реакції, наприклад: забарвлення, осад, запах, газ, який утворився, тощо, або кількісні – маса осаду, об’єм реактиву). В залежності від рівноваги, на якій базується аналітичні реакції, вони підрозділяються на:

- кислотно-основні;

- окиснення-відновлення;

- осадження;

- комплексоутворення.

Хімічні реактиви за ступенем чистоти класифікують наступним чином (таблиця 1.1).

Таблиця 1.1 - Класифікація реактивів за ступенем чистоти

Назва	Вміст домішок, %
Технічний, т Очищений,о Чистий, ч Чистий для аналізу, ч.д.а. Хімічно чистий, х.ч. Особливо чистий, ос.ч. Високо чистий, в.ч. Спектрально чистий, с.ч.	Залежить від природи речовини 5-15 1 0,4 0,05 10-4-10-9 10-9-10-12 1 атом домішок на 10*109 атомів

Фізичні методи засновані на існуванні залежності між вмістом речовини, що аналізують і фізичними властивостями проби(вимірювання інтенсивності випромінювання, електричної провідності та інше).

В фізико-хімічних методах проводять хімічну реакцію, за ходом якої стежать фізичними методами.

Традиційно фізичні і фізико-хімічні методи об’єднують під загальною назвою інструментальні методи аналізу.

Останнім часом у практику аналітичної хімії входять біологічні методи, тобто методи хімічного аналізу, коли про на­явність або кількість хімічного компоненту судять за характером і величиною його дії на індикаторний організм. Аналітичним сигналом тут є зміна різних видів життєдіяльності живого ор­ганізму або його смерть. Так антибіотики аналізують по їх спроможності зупиняти ріст мікроорганізмів; серцеві глікозіди – зупиняти ізольоване серце жаби.

Біохімічні методи - це методи, в основу яких покладено про­ведення біохімічних реакцій з метою виявлення і визначення ком­понентів. Це ферментативні та імунні методи, всі види біозондів тощо.

Методи аналізу залежно від маси та об'єму розчину досліджуваної речовини класифікують наступним чином (таблиця 1.2).

Таблиця 1.2 - Методи аналізу залежно від маси і об’єму речовини

Назва		Маса речовини, г	Об’єм речовини, мл
Нова	Стара
Грам-метод Сантиграм-метод Міліграм-метод Мікрограм-метод Нанограм-метод	Макроаналіз Напівмікроаналіз Мікроаналіз Ультрамікроаналіз Субмікроаналіз	1-10 0,5-0,05 10-3-10-6 10-6-10-9 10-9-10-12	1-10 0,1-1 10-1-10-2 10-2-10-4 10-4-10-6

Аналітична хімія є однією з хімічних наук. Але вона вже не є частиною тільки хімії. Вона пов’язана з технікою, фізикою, математикою і набула рис міждисциплінарної науки. З одного боку вона отримує від різних наук принципи на яких створюються методи аналізу. З іншого боку вона забезпечує інші науки методами і приладами. Однак, в аналітичній хімії використовуються загальні закономірності хімічних реакцій, закони збереження маси, діючих мас, рівновага, положення електрохімії, хімічної кінетики, неорганічної, органічної, колоїдної хімії.

Основоположним законом аналітичної хімії, як і всієї хімічної науки, є періодичний закон, відкритий Д.І.Мендєлєєвим у 1869 р.

Згідно періодичному закону атоми і іони елементів характеризуються рядом властивостей, які визначають їх хімічну поведінку, місце в аналітичних класифікаціях, спроможність якісного і кількісного визначення. Наприклад будова електронної оболонки і тип іону значно впливають на їх властивості. Як загальні закономірності можна відмітити, що катіони s¹- елементів (Li⁺, K⁺, Na⁺) утворюють добре розчинені у воді сполуки.

Більшість сполук катіонів s²-елементів (Ba²⁺, Sr²⁺, Ca²⁺) також розчинені у воді, за винятком сульфатів, карбонатів, фосфатів. Катіони p- і d-елементів з заповненими 18-електронними оболонками, як правило утворюють малорозчинні сполуки, крім того вони хороші комплексно утворювачі (Al³⁺, Ag⁺, Hg²⁺, Cd²⁺, Zn²⁺).

Катіони d-елементів з недобудованими 18-електронними оболонками (Cr³⁺, Mn²⁺, Fe²⁺, Co²⁺) є хорошими комплексно утворювачами, мають змінну ступінь окиснення і легко вступають в реакції окиснення-відновлення.

Також значною мірою на аналітичні властивості елементів і їх іонів впливають заряд ядра, заряд іона, радіус іона і інші параметри, які залежать від положення елементу в періодичній таблиці Д.І.Мендєлєєва.

Сучасні тенденції розвитку методів аналітичної хімії – це інструменталізація, математизація, автоматизація, перехід до багато компонентного аналізу, підвищення точності визначень до 0.01% (з великим вмістом речовин) і до 1% (з 10 ^-12-10^-15 г домішок); збільшення чутливості визначення речовин (10^-12-10^-15 г), особливо при аналізі повітря, ґрунту, води рослинних і інших об’єктів довкілля, розробка стандартних методів аналізу(стандарт – це нормативний документ на метод або методику аналізу),

Стандарти відіграють важливу роль у підвищенні якості ви­робів, тому стандарти постійно переглядаються, обновляється контрольно-вимірювальна апаратура. Подальше вдосконалення системи стандартизації є необхідною умовою для злиття інте­ресів виробництва і споживача, забезпечення високої конкурентоздатності продукції на світовому ринку.

Контрольні питання до теми 1.1

1.1.Наведіть визначення аналітичної хімії як науки.

1.2. Що є предметом аналітичної хімії?

1.3.Які завдання аналітичної хімії?

1.4.Що таке аналіз, метод аналізу, методика аналізу?

1.5.Охарактерізуйте хімічні, фізичні, фізико-хімічні методи аналізу.

1.6.Охарактерізуйте біологічні і біохімічні методи аналізу.

1.7.Як класифікують хімічні реактиви за ступенем чистоти?

1.8.Як класифікують методи аналізу залежно від маси та об'єму розчину досліджуваної речовини?

1.9.Залежність аналітичних властивостей елементів і їх іонів від положення елементу в періодичній таблиці Д.І.Мендєлєєва.

1.10.Які сучасні тенденції розвитку методів аналітичної хімії?