Quimia analitica

Fotografiad'unlaboratòridestinat a l'analisi deproduchs quimics.

Laquimia analiticaes lo domeni de l'analisi e de l'identificacion deiproduchs quimics.Eissida d'un aspècte fondametau de l'alquimia,es venguda una branca independenta de laquimiamodèrna a partir de la segonda mitat dau sắc gle XIX. Uei, es organizada a l'entorn d'un còrpusteoricsus la fisabilitat dei mesuras e d'un nombre fòrça important d'especialitats diferentas segon lei metòdes de separacion, d'identificacion e de caracterizacion utilizats ò segon lei disciplinasscientificasòtecnicasque leis utilizan. D'efiech, la quimia analitica es presenta dins plusors domenis coma l'industria,lamedecina,la la recèrca ò lapolícia scientifica.

Istòria

Dins lei fachs, la quimia analitica es una disciplina fòrça anciana car la necessitat de determinar la natura d'una mescla decompausats quimicsdata probablament de laPreïstòriaò de l'AntiquitatAuta. De tèsts d'identificacion son tanben de còps mencionats dins de tèxtesescrichsper d'alquimistas.Pasmens, son estructuracion coma partida distinta de laquimiaes pus recenta. D'efiech, durant lo sắc gle XIX, la màger part deiquimistasparticipèt a la recèrca de procès permetent d'isolar e d'identificar de substàncias quimicas. Per exemple, en1860,Robert Bunsen(1811-1899) eGustav Kirchhoff(1824-1887) estudièron leis espèctres emés per lacombustiond'elements quimics.

Una evolucion importanta aguèt luòc a partir deisans 1900amb la generalizacion progressiva deis instruments d'analisi. Lo desvolopament deisespectromètrestenguèt un ròtle major dins aquela evolucion.Lo besonh d'analizar de mòstras mai complèxas, especialament enbiologia,foguèt un autre factor de creissença de la quimia analitica. En parallèl, durant la segonda mitat dau sắc gle XX, la disciplina venguèt una branca reconeguda de laquimia.De sosdiciplinas apareguèron pauc a cha pauc amb l'especializacion dequimistasdins de domenis coma lapolícia scientifica,l'analisi environamentala e divèrseis especialitatsmedicalasòindustrialas.

Metòdes d'analisi

Metòdes classics

Lei metòdes classics d'analisiquimicacomprenon un ensemble detecnicasancianas. En despiech de la generalizacion dei instruments automatics, aquelei metòdes demòran utilizats dins leilaboratòrisactuaus en causa de sa simplicitat. De mai, forman sovent la basa de foncionament deis aparelhs de mesura modèrnes.

Leis analisis qualitativas

Leis analisis qualitativas permèton de determinar la preséncia ò l'abséncia d'uncompausat quimic.En revènge, son pas capablas de mesurar una quantitat. N'existís dos tipes principaus:

• lotèst quimices basat sus unareaccion quimicacaracteristica d'unasubstànciaò d'una familha desubstàncias quimicas.Per exemple, en preséncia d'unaldeïd,laliquor de Fehling,una solucionblava,reagís rapidament per formar unprecipitatroge.
• lotèst de flamaconsistís a plaçar una mòstra dins una flama cauda e non luminosa e a estudiar lacolorobtenguda. Simple e rapide, aqueu tèst es sovent utilizat per caracterizar leimetause leisionsmetallics.

• 
  Fotografiade laliquor de Fehling(a senèstra) e dau precipitat roge obtengut en preséncia d'unaldeïd(a drecha).
• 
  Fotografiade la flama producha per un compausat contenent d'ions coire (II).
• 
  Flama caracteristica de la preséncia desòdi.

Leis analisis quantitativas

Leis analisis quantitativas permèton de mesurar la quantitat d'uncompausat quimicdins una mòstra. Dos tipes de mesuras existisson:

• leisanalisis gravimetricaspermèton de mesurar lamassadau produch estudiat. Per aquò, la mòstra es somesa a un tractamentquimic,termic òelectricqu'entraïna una transformacion dau produch. Puei, la mesura de la diferéncia demassacausada per aquela transformacion permet de calcular una quantitat.
• leis analisisvolumetricas(òtitrages) permèton de mesurar una concentracion. Per aquò, s'utiliza generalament unareaccion quimicaqu'entraïna de variacions dei proprietats de la solucion estudiada. Pasmens, es tanben possible de realizar plusors solucions de referéncia e de determinar lei caracteristicas de la mòstra per comparason amb aqueleis solucions.

• 
  Fotografiad'unabalança analitica,instrument fondamentau per realizar una analisi gravimetrica.
• 
  Fotografiad'un montatge detitratgequimic.

Metòdes instrumentaus

L'espectroscopia

Fotografiad'unespectroscopia d'absorpcion atomica.

Article detalhat:Espectroscopia.

L'espectroscopiaes l'estudi experimentala de l'espèctre dau raionamentelectromagneticemés ò absorbit per un objèctefisic.Coma sei caracteristicas son liats a la composicion de l'objècte considerat, es una tecnica fòrça importanta per i determinar la preséncia ò l'abséncia d'uncompausat quimic.Un nombre important de sosdisciplinas e d'aparelhs especializats existisson segon lei raionamentselectromagneticsanalizats (espectroscopia d'absorpcion atomica,espectroscopia infraroja,espectroscopia de fluorescéncia,espectroscopia de Mössbauer...).

L'espectroscopia de massa

Fotografiad'unespectrograf de massa.

Article detalhat:Espectroscopia de massa.

L'espectroscopia de massaes una tecnicafisicad'analisi que permet de detectar e d'identificar demoleculasper mesura de lormassa.Son principi es basat sus la separacion en fasagasosademoleculasò de fragments de moleculasionizadasen foncion de lor rapòrtmassa/carga electrica.A d'avantatges multiples coma la possibilitat de l'utilizar dins de domenis variats (sciéncias,medecina,industria...) e un relambi de respònsa feble.

Leis analisis electroquimicas

Article detalhat:Electroanalisi.

Lei metòdeselectroanaliticasson una classa detecnicasque permèton de caracterizar unelectrolitsomés au passatge d'uncorrent electric.Son fòrça utilizadas per realizar de dosatgesquimics(especialament per determinar lo ponch d'equivaléncia) ò fisicoquimics. N'existís dos tipes principaus que son:

• lei metòdeselectroquimicscaracterizats per un transferiment d'electronsentre leiselectròdes.
• laconductimetriacaracterizada per l'abséncia de transferiment d'electrons.Es basada sus la mesura de laresisténcia electricaliada a la preséncia d'ionsdins loliquidanalizat.

Leis analisi termicas

Leisanalisis termicasestúdian leis interaccions entre uncompausat quimicdonat e lacalor.L'analisi termicaes un ensemble de tecnicas que permèton de mesurar l'evolucion, en foncion de latemperatura,dautempse de l'atmosfèra, d'una grandorfisicaòquimica.Divèrsei metòdes existisson segon lei proprietats que son seguidas (massa,resisténcia electrica,temperatura...).

Lacalorimetriaes un tipe d'analisi termica particular. Es la partida de latermodinamicadestinada a calcular e a mesurar leicalors.En particular, dins de condicions chausidas, lei calors mesuradas son egalas a de variacions defoncions termodinamicassimplas. Per exemple, apressionconstanta, son egalas a la variacion d'entalpiae, avolumconstant, son egalas a la variacion de l'energia intèrna.

• 
  Fotografiad'uncalorimètre.
• 
  Sistèma permetent de mesurar la dilatacion d'una mòstra en foncion de latemperatura.

Lei procès de separacion

Lei procès de separacion son generalament utilizats per analizar de mesclas en redusent lor complexitat. Existís tres tecnicas principalas:

• lacromatografiaes un metòdefisicoquimicque consistís a entraïnar una mòstra dissòuta dins una fasa mobila a travèrs una fasa fixa. La fasa fixa retèn mai ò mens leimoleculascontengudas dins la fasa mobila segon l'intensitat deis interaccions entre lei diferenteisespècias quimicas.Se la longor de la fasa fixa es sufisenta, aqueu fenomèn permet de separar cada compausat d'una mescla en foncion de savelocitatde passatge.
• l'electroforèsies un metòde basat sus lo desplaçament d'espèciasionicassomesas a uncamp electric.D'efiech, la velocitat de desplaçament varia segon la natura de l'ion,çò que permet de realizar una separacion se la distància es sufisenta.
• lofraccionament d'escolament de campes un metòde basat sus l'estudi deis efiechs d'un camp extèrne aplicat perpendicularament a un escolament laminar contenent la mòstra d'analizar. Leimoleculasqu'interagisson amb lo camp extèrne se desplaçan mai vèrs lo paret dau canau de l'escolament. Puei, lei fretaments alentisson la sortida d'aquelei moleculas, çò que permet de separar lei diferentscompausatsde la mòstra.

• 
  Fotografiad'unacromatografiaaguent permés de separar lei compausats d'unatenchanegra.
• 
  Fotografiad'unaelectroforèsid'una mòstra d'ADN.

Lei tecnicas de microscopia

Permetent d'observar d'objèctes fòrça pichons, lamicroscopiaes utilizada per l'identificacion decompausats quimics.Divèrseis especialitats existisson coma lamicroscopia optica,lamicroscopia electronicae lamicroscopia de sonda locala.Lo poder de resolucion varia fòrça segon lo metòde. Es fòrça precís per lamicroscopia electronicae lamicroscopia de sonda localae pòu èsser conjugat amb un sistèmainformaticper accelerar l'identificar dei compausats e deis estructuras observats.

Fisabilitat dei mesuras

Article detalhat:Metrologia.

La fisabilitat dei mesuras es un aspècte fondamentau de la quimia analitica. D'efiech, en causa dei limits tecnics, es impossible d'obtenir un resultat absolut. Per faciar, la quimia analitica desvolopèt divèrsei nocions que li permèton d'analizar e de redurre l'error dei mesuras. En particular, foguèt creada una disciplina especifica, lametrologia,qu'estúdia lei procès de mesura.

La precision dei mesuras

Article detalhat:Error de mesura.

Lo concèpte d'error de mesuraɛpermet d'exprimir la diferéncia entre la valor observadaae la valor veraiab(qu'es sovent desconeguda):

$\epsilon =|a-b|$

Lei causas d'aquela error son variadas: error de manipulacion dau tecnician, limit de la precision dau captor utilizada, variacion aleatòria d'unagrandor fisicoquimica... etc. D'un biais generau, lo tèrme « error aleatòria » gropa l'ensemble dei factors d'error impossibles de mestrejar. En revènge, aqueu « d'error sistematica » designa lei causas d'error corregiblas coma un defaut tecnic ò un montatge experimentau erronèu.

L'error relativaηpermet d'exprimir la precision d'una mesura:

$\eta ={\frac {|a-b|}{|a|}}$

A partir d'aquela grandor, es possible de determinar lo nombre de chifras precisasN:

$N(b,a)=-\log _{10}\eta =\log _{10}\left|{\frac {a}{a-b}}\right|~.$

Realizar plusors mesuras permet d'obtenir un ensemble de resultats que forman unadispersion estatisticaque representa l'incertitud de mesura.

Leis estandards

Per obtenir un resultat fisable, la màger part deis instruments de mesura an besonh de mesurar lagrandorcercada sus un element de referéncia.Una tala referéncia es dicha « estandard ». N'existís tres tipes principaus:

• la mesa en plaça d'una corba de calibracion es un metòde generau. Relativament lòng, necessita de realizar la mesura de plusors elements de referéncia per construrre una corba de referéncia. Aquò permet d'obtenir la valor de la grandor mesurada per comparason amb aquela corba.
• l'estandard intèrne designa l'usatge d'un element de referéncia dirèctament integrat dins l'aparelh de mesura. Es sovent un metòde rapide mai l'integracion d'un element de referéncia dins un instrument es pas totjorn aisada.
• l'apondon d'un element de referéncia addicionau es una tecnica similara a la corba de calibracion. Consistís a apondre una quantitat coneguda dau compausat cercat e a mesurar la grandor obtenguda. La grandor cercada es alora egala a la diferéncia entre la valor obtenguda e la valor liada a la preséncia de l'element addicionau. Es unatecnicarapida mai que necessita de conóisser l'espècia analizada.

Lo sinhau e lo bruch

Article detalhat:Bruch de mesura.

Lobruch de mesuradesigna l'ensemble dei senhaus parasits que se superpausan au senhau util. Es una gèina per la comprenença de l'informacionobtenguda e es una causa majora d'error de mesura.Seis originas son fòrça variadas (agitacion termica,agitacion atmosferica... etc.) e son estudi es un aspècte important de la quimia analitica car la reduccion dei parasits permet de melhorar la precision dei mesuras.

Annèxas

Liames intèrnes

• Analisi gravimetrica.
• Analisi termica.
• Biologia.
• Bruch de mesura.
• Calorimetria.
• Compausat quimic.
• Error de mesura.
• Espectroscopia.
• Espectroscopia de massa.
• Fisica.
• Incertitud de mesura.
• Laboratòri.
• Metrologia.
• Microscopia.
• Quimia.
• Tèst de flama.
• Tèst quimic.
• Titratge.

Bibliografia

• (en)Keith D. Bartle e Peter Myers, « History of gas chromatography »,Analytical Chemistry,vol. 21, n° 9-10, 2002, p. 547.
• (en)Chatwal Anand Gurdeep,Instrumental Methods of Chemical Analysis,Himalaya Publishing House, 2008.
• (en)Ralph L. Shriner, Reynold C. Fuson, David Y. Curtin, Terence C. Morill,The systematic identification of organic compounds - a laboratory manual,Verlag Wiley, 1980.