Что изучает аналитическая химия
Аналитическая химия — раздел химии, разрабатывающий методы определения химического состава веществ и их структуры. Два главных вопроса: «что содержится в этом образце?» (качественный анализ) и «сколько этого вещества?» (количественный анализ). Аналитическая химия — инструмент для всех других наук и технологий.
Без аналитической химии невозможно производство лекарств (контроль чистоты), расследование преступлений (криминалистика), контроль окружающей среды (определение загрязнителей), пищевая промышленность (контроль качества), геология (состав руд). Современные аналитические методы могут определять вещество в концентрации 10⁻¹⁵ г/л — одну молекулу в кубометре воды.
Классические методы: качественный анализ
Качественный анализ выявляет присутствие элементов или групп веществ. Классические методы основаны на характерных химических реакциях.
Реакция на хлорид-ион: добавление нитрата серебра даёт белый творожистый осадок AgCl — нерастворимый в азотной кислоте. Реакция на железо(III): тиоцианат калия даёт кроваво-красный цвет Fe(SCN)₃. Пламенные пробы: соли натрия окрашивают пламя в ярко-жёлтый, калия — в фиолетовый, меди — в зелёный.
Тонкослойная хроматография (ТСХ) — качественный и полуколичественный метод: компоненты смеси разделяются по их сродству к стационарной фазе (силикагель) и растворителю (подвижная фаза). Видна пятнами на пластинке.
Количественный анализ: классические методы
Гравиметрия: определяемое вещество осаждают, фильтруют и взвешивают. Точность до 0,001 г. Медленно, но очень точно. Применяется как эталонный метод.
Титриметрия (объёмный анализ): к анализируемому раствору добавляют реагент известной концентрации (титрант) до точки эквивалентности. По объёму титранта определяют количество анализируемого вещества. Кислотно-основное титрование, комплексонометрия (ЭДТА для металлов), потенциометрическое титрование.
Инструментальные методы
Хроматография разделяет смеси на компоненты по разному взаимодействию с неподвижной и подвижной фазами. Газовая хроматография (ГХ) разделяет летучие вещества, детектирует концентрации до 10⁻¹² г/мл. Высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ) — золотой стандарт в фармацевтическом анализе.
Спектроскопия анализирует взаимодействие вещества с электромагнитным излучением. ИК-спектроскопия определяет функциональные группы в органических молекулах (уникальный «отпечаток» каждого вещества). УФ/Вид-спектрофотометрия — количественное определение концентрации через закон Бугера-Ламберта-Бера. Атомно-абсорбционная спектроскопия (ААС) — определение металлов в концентрациях до 0,001 мкг/мл.
Масс-спектрометрия разделяет ионы по массе/заряду. В сочетании с хроматографией (ГХ-МС, ВЭЖХ-МС) — золотой стандарт криминалистики, допинг-контроля, экологического мониторинга. Определяет структуру молекулы по фрагментам масс-спектра. Масс-спектрометр MALDI-TOF в 3 минуты идентифицирует бактерию из колонии — революция в микробиологии.
Аналитическая химия в жизни
Тест на беременность — иммунохроматография: антитела к ХГЧ (гормон беременности) связываются с цветными частицами золота и образуют полосу при наличии гормона. Антидопинговый контроль: ГХ-МС определяет следовые количества запрещённых веществ в моче спортсменов. Криминалистика: ДНК-анализ (ПЦР + капиллярный электрофорез), идентификация наркотиков, взрывчатых веществ, ядов.