شیمی تجزیه (Analytical Chemistry)

مقدمه :

شیمی تجزیه ( analytical chemistry) یکی از زیر شاخه های مهم و کاربردی علوم پایه شیمی است که به مطالعه تشخیص و جداسازی و تعیین یک یا چند گونه شیمیایی میپردازد.شیمی تجزیه از همان ابتدای شکل گیری علم شیمی از علوم مهم تلقی میشده و این علم روشهایی برای تعیین مواد و عناصر شیمیایی موجود در نمونه مورد نظر ارائه میدهد .اولین تجزیه و تحلیل ابزاری طیف سنجی انتشار شعله ای بود که توسط رابرت بونزن و گوستاو کیرشهف درسال 1860 شکل گرفت که در نتیجه سزیم(Cs)و روبیدیوم (Rb)را کشف کردند .

بیشترین پیشرفت های شیمی تجزیه پس از سال های 1900 اتفاق افتاد.در این دوره تجزیه و تحلیل ابزاری دراین زمینه حاکم شد به ویژه بسیاری از تکنیک های اساسی طیف سنجی و اسپکتروسکپی .طیف سنجی در اوایل قرن بیستم کشف شد و در اواخر قرن بیستم ویرایش و پیشرفت داده شد.

شیمی تجزیه نقش اساسی را در توسعه علوم مختلف  به عهده دارد  و ابداع فنون جدید تجزیه وبسط و تکامل روشهای شیمی تجزیه موجود بسیار سریع وگسترده است.امروزه کنترل کیفیت محصولات صنعتی وغیر صنعتی جایگاه ویژه ای دارد که اساس این کنترل کیفیت را تجزیه های شیمیایی انجام شده به کمک روش های مختلف تجزیه ای تشکیل میدهد.

 

عوامل مهم در کارایی روش های تجزیه :

نخستین عامل حائز اهمیت گزینش پذیری روش است به عنوان مثال فرض کنید که ما قصد اندازه گیری یون کلسیم را در یک محلول داریم اما روشی اتخاذ کرده‌ایم که یون‌های دیگری مثلاً یون منیزیم یا پتاسیم هم به آن جواب می‌دهد این انتخاب ما را درگیر تلاش و صرف هزینه برای کنار گذاشتن چنین عوامل مزاحمی می‌کند که باعث می‌شوند نتیجه بررسی با آنچه حقیقتاً به دنبال آن هستیم مغایرت داشته باشد. از این جهت بسیار مهم است که تا جایی که امکان دارد از روش‌های گزینش‌پذیر که به تعداد کم تری از آنالیت‌ها پاسخگوست، بهره ببریم. عامل دوم حساسیت روش است در بررسی‌هایی که حتی تغییرات کوچک آنالیت در برآورد نتیجه نقش اساسی دارند بهره‌گیری از دستگاهی که تنها به تغییر در مقیاس بزرگ پاسخ می‌دهد مطلوب نیست. عامل مهم سوم سرعت است برای مثال در حین عمل‌های جراحی گاهی لازم است که آنالیز روی خون شخص انجام شود ونتیجه این آزمایش در ادامه روند جراحی اثرگذار است در چنین مواردی به کار بردن یک روش زمان گیر مطلوب نخواهد بود و در نهایت این که روش ما از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه باشد نیز حائز اهمیت است.

 

 

انواع آنالیز در شیمی تجزیه :

1.تجزیه کمی :

در تجزیه کمی مقدار دقیق یا غلظت مواد تعیین میشود .

2.تجزیه کیفی:

در تجزیه کیفی هدف تعیین نوع ماده و اجزای تشکیل دهنده نمونه است.

 

مفاهیم پایه شیمی تجزیه :

نمونه:

به قسمتی از ماده که مورد تجزیه و تحلیل قرار میگیرد نمونه گفته میشود.

آنالیت:

آن بخشی از نمونه است که بررسی های کمی روی آن انجام میشود.

 

روش های آنالیز در شیمی تجزیه :

1.تجزیه کلاسیک:

مهمترین روش های تجزیه کلاسیک روش های وزن سنجی و روش های تیتراسیون است که در انها از ابزار های چنان پیشرفته ای استفاده نمیشود به عنوان مثال روش وزن سنجی رسوبی که دقیق ترین روش تجزیه کمی ماکرواست که در این روش نمونه مورد ازمایش به صورتی انتخابی به رسوبی کم محلول تبدیل شده و بعد از گذراندن از صافی و شست و شو با حلال مناسب برای خارج کردن ناخالصی ها خشک یا سوزانده شده و به محصولی ثابت وپایدار تبدیل میشود وپس از پایین امدن دمای آن در خشکانه نمونه توزین شده ومقدار ان تعیین میشود مانند اندازه آهن به صورت آهن (|||)اکسید و …..

دسته بندی روش های کلاسیک به شرح زیر است:

 

1.روشهای وزن سنجی:

وزن سنجی نوعی از آنالیز کمی است که در آن مقدار ماده تعیین میشود .

_روش تجزیه الکتریکی

_روش های رسوبی

_روش های استخراج یا تبخیر

_روش های فیزیکی دیگر….

 

2.روش های حجم سنجی:

سنجش های حجمی یا همان تیتراسیون نیز از روش های آنالیز کمی است که هدف آن یافتن نقاط هم ارزی(اکی والان)است که مقدار یک گونه خاص را در محلول تعیین میکند.

_تیتراسیون اسید و باز

_تیتراسیون تیتراسیون اکسایش کاهش

_تیتراسیون رسوبی

_تیتراسیون های کمپلکس سنجی

 

3.آزمون شعله:

آزمون شعله نیز از روش های آنالیز کیفی وکلاسیک میباشد.در این آزمایش در اثر تماس شعله با محلول آنالیت شعله تغییر رنگ میدهد به عنوان مثال در اثر تماس شعله با کات کبود به علت وجود عنصر مس در کات کبود شعله به رنگ سبز تغییر رنگ میدهد.البته صرف تحلیل رنگ شعله با چشم غیرمسلح نتیجه این آزمایش را قابل اعتماد نمیکند بلکه این نور های تغییر رنگ داده را به عنوان ورودی به دستگاه طیف بین استفاده میکنندو با تحلیل و تطبیق آن با طیف های نشری خطی به وجود یا نبود عناصر شناخته شده در نمونه پی میبرند.

 

2.تجزیه دستگاهی :

در روش تجزیه دستگاهی از ابزار های پیشرفته تر وبه روز تر استفاده میشود و از مهمترین این روش ها میتوان کروماتوگرافی و طیف سنجی و الکتروشمی نام برد.

دسته بندی روش های تجزیه دستگاهی به شرح زیر است:

 

1.روش های الکتروشیمیایی :

آنالیز الکتروشیمیایی با اندازه گیری اختلاف پتانسیل یا شدت جریان الکتریکی یک پیل الکتروشیمیایی حاوی آنالیت همراه است.

_اندازه گیری شدت جریان

_اندازه گیری تغییرات ولتاژ

_اندازه گیری رسانایی الکتریکی

_اندازه گیری تغیرات مقاومت

 

2.روش های طیف سنجی :

شامل اندازه گیری برهمکنش مولکول ها و پرتوهای الکترومغناطیسی است.

_طیف سنجی جذب مولکولی

_طیف سنجی جذب اتمی

_طیف سنجری نشری (گسیلی)

_طیف سنجی فلوئورسانس مولکولی

_طیف سنجی پرتو ایکس

_طیف سنجی مغناطیسی هسته(NMR)

_طیف سنجی جرمی :در طیف سنجی جرمی بار به جرم مواد تعیین و اندازه گیری میشود .در این روش آنالییز از راهکار های گوناگون برای یونش مواد استفاده میشود مانند بمبباران الکترونی و تابش پرتوی ایکس و…..

 

3.آنالیز حرارتی :

حرارت سنجی و آنالیز گرماوزنسنجی(thermogra alysis) از جمله روش هایی هستند که به تحلیل برهمکنش میان ماده و حرارت گرما میپردازد.

 

4.جداسازی :

روش های جداسازی برای کاهش پیچیدگی مخلوط مواد مورد استفاده قرار میگیرد که شامل روش های کروماتوگرافی و الکتروفورز اشاره کرد.

 

5.روش های هیبریدی :

به روش های چندگانه ای که از ترکیب روش های بالا شکل میگیرد روش های هیبیریدی گفته میشود .از جمله مهمترین این روش ها میتوان به کروماتوگرافی _وزن سنجی جرمی گاز وکروماتوگرافی _طیف سنجی جرمی مایع و روش های هیبیریدی دیگر که یا به طور گسترده مورد استفاده قرار میگیرند یا در مراکز تحقیقاتی در حال گسترش و پیشرفت هستند.

 

6.ریزنگاری :

تصویر کردن مولکول ها و بافت ها وسلول های زیست شناختی یک گرایش مهم در علم تجزیه میباشد.ترکیب این روش ها با روش های قدیمی باعث پیشرفت شگرفی در علم تجزیه شده است که میتوان این روش آنالیز را در سه دسته مهم طبقه بندی کرد که شامل ریز نگاری نوری و ریزنگاری الکترونی و ریزنگاری پرآب میشود.به علت پیشرفت سریع در صنایع کامپیوتر ودوربین این زمینه از شیمی تجزیه متحول پیشرفت های عظیمی شده است.

 

کاربرد های شیمی تجزیه :

 

1.کنترل کیفیت محصول :

برای اظمینان از کیفیت مواد و محصول نهایی در تولیدات مختلف آزمایش های شیمی تجزیه گوناگونی انجام میشود که کاربرد وسیع شیمی تجزیه را در کنترل کیفیت محصولات نشان میدهد.

 

2.نمایش و کنترل آلوده کننده ها :

بیشتر محصولات شیمیایی نیاز به کنترل و اندازه گیری میزان آلودگی که تولید میکنند دارند مانند حشره کش های کلردار و فلزات سنگین پسماند های صنعتی که به این منظور روش های دقیق و کاربردی نیاز است که شیمی تجزیه آن را ممکن ساخته است.

 

3.مطالعات پزشکی و بالینی :

اندازه گیری کمی و کیفی عناصر و ترکیبات مختلف موجود در خون یا دیگر مایعات بدن که توسط تجزیه های شیمیایی صورت میگیرد که دارای اهمیت بالایی است.

 

4.عیارسنجی  :

در اندازه گیری تغییرات غلظلت ها حتی به مقدار کم آنها  و عیارسنجی در  مورد سنگ های قیمتی درونه سنگ ها و کانی های خام که در تجارت از حساسیت وارزش بالایی برخوردار است شیمی تجزیه روش های دقیق و کاربردی را در اختیار ما قرار میدهد.

 

5.داروسازی :

شیمی تجزیه و روش های مختلف آنالیزو ….آن در داروسازی نقش بسیار مهمی را ایفا میکند.

 

6.اندازه گیری سختی موقت ودائم آب :

در این روش مقدار کلسیم موجود در آب را اندازه گیری میکنند که اساس اندازه گیری کلسیم در حضور منیزیم پایدارتر بودن کمپلکس Ca(EDETA) نسبت بهMg(EDETA) است.EDETAابتدا با Ca⁺² وسپس با Mg⁺² کمپلکستشکیل میدهد.