Файл: Аналитическая химия как междисциплинарная наука.docx

Оглавление

Введение

В настоящее время можно анализировать сложнейшие многокомпонентные смеси. Одновременное определение 30-40 и более элементов в образце, причем при низких концентрациях, до 10-5-10-8 %, достигается, многими методами.

Есть возможность определять очень низкие концентрации веществ. Впрочем, в ряде случаев можно определять чрезвычайно низкие концентрации и ничтожно малые количества компонентов.

Даже в случае устоявшихся методов осуществляются скачки, имеющие своим результатом существенное, иногда резкое снижение минимальных и надежно определяемых концентраций.

На протяжении веков провести химический анализ означало определить валовое, общее содержание данного компонента в образце. В настоящее же время проведение таких анализов весьма и весьма незначительно.

Аналитическая химия создала, создает методы и средства такого распределительного или локального анализа. В результате, в полупроводниках определяют примеси слой за слоем с разрешением до 0,1 мкм.

В настоящее время во многих случаях есть возможность не просто определить концентрацию компонента, но и получать сведения о том, в каких формах он присутствует и каково содержание этих отдельных форм. Многие лекарства представляют собой рацемические смеси, а лечебным действием обладает только один изомер, значит, надо уметь определить один изомер на фоне другого.

1. Аналитическая химия как междисциплинарная наука

Аналитическая химия с ее традиционным взглядом на качественный и количественный состав веществ является той дисциплиной, которая столетия назад основала химию и сделала ее наукой. С начала этого века синтетическая химия с ее значительными разработками все больше отодвигала на задний план аналитическую химию. Но благодаря революционному развитию и устойчиво растущим потребностям биологии, медицины, материаловедения, технике и экологии аналитическая химия пережила грандиозный подъем. При

---

этом в прошлом остался кризис восприятия, темой которого является отказ от промышленности и, особенно, от химической промышленности. Аналитическая химия быстро становиться все более значительным фактором, который, однако, недостаточно популяризирован. Многие проблемы, например, борьбы против болезней, охраны окружающей среды и экономного обращения с сырьем и энергией могут решаться только с помощью химии. Если раньше аналитика скорее обслуживала другие научные области, то теперь она развилась в самостоятельную дисциплину с растущими потребностями.

Аналитические приборы во всем мире являются важными вспомогательными средствами исследования, развития и производства. Сегодня данные анализа могут приводить к определенному беспокойству и даже волнениям в обществе, но во многих случаях именно они позволяют принимать важные для общества решения. Под термином «аналитика» в химии обычно понимают предмет, изучающий состав вещества и методы его определения. Она представляет исходный пункт, с которого начинаются все связанные с оборотом веществ законодательные акты, служащие для обеспечения безопасности и повышения качества нашей жизни. Аналитическая химия является, таким образом, прикладной наукой, которая сегодня больше, чем когда-либо, имеет фундаментальное значение не только в химии, биохимии и химии пищевых продуктов, но и в таких науках, как биология, клиническая химия, геология, материаловедение, экология и контроль окружающей среды и даже физика [9,11].

Междисциплинарное значение аналитической химии в нашем современном индустриальном обществе сегодня вряд ли подлежит сомнению. Она необходима как для развития современных технологий, таких как, например, микроэлектроника, сверхпроводимость, так и для обнаружения и минимизации возникающих при этом неизбежных рисков для жизни и окружающей среды. Проникновение аналитики во все более неожиданные области обусловлено кардинальными успехами этой науки, которые она достигла за прошедшие годы, и ведет к дальнейшему распространению и применению высокоспециализированных приборов, которые благодаря использованию микроэлектроники намного проще в употреблении, чем многие методы классической аналитической химии.

---

---

2. Современное состояние и тенденции развития методов химического анализа

Перечислим актуальные направления развития аналитической химии и химического анализа. Некоторые из них уже так или иначе обсуждались, другие будут названы впервые [3].

Общие направления. На рубеже ХХ и XXI в. определились некоторые общие тенденции, которые, по-видимому, получат развитие в первые десятилетия XXI в. [3].

Снижение предела обнаружения и увеличение точности анализа.

Вещественный анализ (speciation analysis). За последние годы и сами аналитики, и особенно их «заказчики» стали хорошо понимать, что во многих случаях, а может быть и в большинстве, недостаточно знать общую концентрацию или общее количество интересующего нас компонента: требуется иметь сведения о том, в каких формах компонент присутствует и каково содержание этик форм. Вещественный анализ проводился и прежде [3].

Автоматизация и компьютеризация анализа. Массовый анализ однотипных проб все в большей степени автоматизируется, и этот процесс, конечно, будет продолжаться. Это в значительной степени относится не только к производственному аналитическому контролю, но и к лабораторному анализу [3].

Анализ «уходит» из лаборатории. Мы наблюдаем все более масштабный переход от анализа в лаборатории к анализу непосредственно в том месте, где находится анализируемый объект. Потребность в анализе «на месте» очень велика и постоянно растет [3].

Приведем примеры внелабораторного анализа:

Цеховой экспресс-контроль непосредственно у агрегата или технологической линии;

Полевые анализы при поиске полезных ископаемых;

Определение метана в угольных шахтах;

Контроль за объектами окружающей среды c помощью постов и автоматизированных станций;

Таможенный, пограничный и милицейский контроль на взрывчатые вещества и наркотики;

Обнаружение алкоголя в воздухе, выдыхаемом водителями;

Определение содержания оксида углерода(II) в автомобильных выхлопах;

Обнаружение боевых отравляющих веществ в полевых условиях, блестяще развитое военными химиками;

Простые агрохимические испытания почв, прежде всего определение рН почвенных вытяжек;

Медицинская диагностика в домашних условиях, главным образом определение глюкозы в крови больных сахарным диабетом [3].

---

Миниатюризация. Заметной тенденцией, связанной c рассмотренной выше, является миниатюризация анализа, аналитических систем. Вообще говоря, уменьшение навесок, аликвот, устройств для анализа - перманентная тенденция развития аналитической химии. Самое интересное и перспективное направление последних лет - это попытки многофункциональные приборы разместить на микроэлектронном чипе; особенно это относится к капиллярному электрофорезу и отчасти к проточно-инжекционному анализу [3].

Дистанционный анализ. Этот вариант анализа находится на стадии становления. Конечно, в каждом отдельном случае возникающие проблемы более или менее успешно решают, но не выработана общая методология анализа и почти нет аналитиков, которые бы занимались дистанционным анализом и только им. Между тем даже непрофессионалу ясна значимость анализа на расстоянии. Это и контроль за ходом процессов в опасном агрегате, и наблюдение за воздухом над городом, и глубоководные исследования океанической воды, и космические исследования. Кстати, последние дали ярчайшие примеры дистанционного химического анализа [3].

3. Обзор современных проблем аналитической химии

Современная аналитическая химия представлена большим числом приборных методов, среди которых немаловажное место занимает вольтамперометрия. Основу вольтамперо-метрии составляют процессы восстановления, окисления и адсорбции. Для проведения анализа пробу твердофазную, жидкую и газообразную переводят в специальный электролит, в котором определяемое вещество проявляет электрохимическую активность. Ячейка включает сосуд из стекла, кварца или пластмассы (в дальнейшем электролизер), куда заливают анализируемый раствор и вводят два или три электрода. Электродная система включает индикаторный электрод (ИЭ), на котором при определенных потенциалах происходят указанные процессы; электрод сравнения (ЭС), относительно которого устанавливают поляризующее напряжение на ИЭ, вызывающее эти процессы; вспомогательный электрод (ВЭ), служащий для создания токовой цепи ячейки. ВЭ может отсутство-ватьдогда его функции выполняет ЭС. Потенциал, требуемый для прохождения соответствующей реакции, зависит от природы определяемого вещества, электролита, в котором ведется анализ, и материалов ИЭ и ЭС. В общем случае он обеспечивается задающим устройством. [3]

---