Kvantitativní analýzy v chemii, jako v každém oboru, v podstatě sestává z určení množství specifické látce. Tyto analýzy odpovídají na otázku „kolik je?“ látky v různých vzorcích; půdy, moří, řek, nealkoholických nápojů, tekutin, rostlinných výtažků, zvířat, pevných látek, krystalů, a mnoho dalších.
Otázka „kolik je?“ Byl formulován od doby, kdy člověk vymyslel zájem například o těžbu nerostů a drahých kamenů, olejů, koření, s pevným úmyslem je komercializovat. Dnes jsou peníze nadále jedním z hlavních důvodů, proč je látka nebo analyt kvantifikován.
Stovky zkumavek: skleněné nádobí používané denně v přípravě vzorků pro kvantitativní analýzu. Zdroj: Pexels.
Jeden minerál může být bohatší na zlato než jiný. Abychom to zjistili, je nutné určit centesimální složení těchto dvou minerálů a ten, který má nejvyšší procento zlata, bude přitažlivějším zdrojem pro extrakci vyhledávaného kovu. Totéž se děje s cizími nebo radioaktivními kovy.
Techniky kvantifikace a na nichž jsou založeny kvantitativní analýzy, jsou velmi rozmanité a rozmanité. Každá z nich zahrnuje samostatnou specializaci a její hluboké teoretické základy. Smyslem, ve kterém se všichni sbíhají, je však vždy odpovědět na již zmíněnou otázku; otázka, která hovoří o kvalitě, čistotě, výkonu, spolehlivosti atd.
Měření
Pro kvantifikaci jakékoli látky nebo materiálu je nezbytné, aby bylo možné měřit některé z jejích fyzikálních nebo chemických vlastností. Vybraná vlastnost bude záviset na použité látce a použité technice. Užitečným vodítkem k poznání, že analytická technika může kvantifikovat, je to, že má příponu -metrii na konci svého názvu.
Například dvě klasické měřící techniky v analytické chemii jsou gravimetrie (měření hmotnosti) a volumetrie (měření objemu).
Jsou považovány za klasické, protože v zásadě nepotřebují příliš sofistikované nástroje ani použití elektromagnetického záření; ale analytické váhy, malty, kelímky a skleněné nádobí.
Gravimetrické
V gravimetrii téměř vždy usiluje o získání sraženiny po řadě metodických kroků, ke kterým se určuje hmotnost.
Například jedna technika kvantifikace chloridových iontů ve vzorku je jejich srážení jako chlorid stříbrný, AgCl; mléčně bílá sraženina, kterou lze zvážit.
Dalším jednoduchým příkladem je stanovení obsahu vlhkosti v těle, materiálu nebo pevné látce.
Aby se toho dosáhlo, hmota pevné látky se nejprve zváží před zavedením do pece při přibližně 100 ° C, dostatečně dlouho, aby se voda odpařila. Poté se znovu zváží a rozdíl mezi konečnou hmotností a počáteční hmotností se rovná hmotnosti vody, která byla odpařena; to znamená, že jeho obsah vlhkosti,% H 2 O.
Pokud by se tato analýza provedena na melouny, že by nemělo být překvapující, jestliže jejich% H 2 O je příliš vysoká (~ 95%); zatímco u tzv. ořechů se očekává, že obsahují málo vody (% H 2 O <10%), což je charakteristika, které je tomuto názvu přiřazeno.
Objemový
Na druhé straně volumetrie pracuje s objemy, ze kterých se po použití titrací extrahuje koncentrace rozpuštěných druhů, které jsou předmětem zájmu. Například analyt, jehož barva je citlivá na konkrétní reakci, může být stanoven kolorimetrickými titracemi.
Podobně číslo kyselosti (AI) olejů (jedlých nebo ne) může být stanoveno titrací acidobazických roztoků za použití roztoku standardizované silné báze (obvykle KOH nebo NaOH). S hodnotami AI lze kromě jiných parametrů charakterizovat a klasifikovat různé typy olejů podle jejich zdrojů a dalších proměnných.
Tato analytická měření vždy poskytují výsledek doprovázený fyzickou jednotkou (a její experimentální chyby). Jaká je koncentrace? Jak čistý je vzorek? Představuje dané množství zdravotní riziko? Jaký byl výtěžek reakce?
Tyto a další otázky jsou zodpovězeny po měření a zpracování dat.
Příprava norem nebo norem
"Se stejným prutem, který měříš své standardy, změříš své vzorky." A tato hypotetická tyč bude mít divize a subdivize, každá s různými velikostmi vlastnosti analytu, která koreluje s jeho koncentrací. Uvedené hodnoty nebo hodnoty jsou nakonec porovnány s hodnotami získanými při měření vlastnosti analytu.
K tomu musí být vždy vytvořena kalibrační křivka z výběru norem nebo standardů, jejichž koncentrace jsou dříve známy.
A jak je poznat předem? Protože se jedná o nezávislé proměnné: analytik se rozhodne, v závislosti na typu vzorku nebo analýzy, kolik vzoru bude vážit.
Sladké houby
Hypotetický příklad by mohl být orámován studiem obsahu cukrů nebo celkových uhlohydrátů četných rodin hub. Norma tvořená z cukrů dříve detekovaných díky kvalitativní analýze hub by měla ideálně dokonale napodobovat organickou matrici vzorků.
Poté připravené vzory reagují a způsobují změnu barvy. Pokud je jeho intenzita měřena UV-vis spektroskopií, lze ji porovnat s intenzitami barev emitovaných cukry ve vzorcích; a tak pomocí matematické vůle určete obsah celkových cukrů.
Jakmile je to provedeno, může být ze vzorků sestrojena kalibrační křivka, takže ostatní houby (ze stejné oblasti nebo země) mohou stanovit své cukry přímo bez přípravy dalších standardů.
Sběr a zpracování
V kvantitativních analýzách existuje mnoho proměnných, které musí být důsledně ošetřeny v závislosti na typu studie. Často nestačí jen obcházet sběr vzorků vlevo a vpravo; Kde se shromažďuje? Je to významné? Jaká množství? Jaké budou předúpravy a další postupy?
V případě hub je nutné vědět, ze kterých rodin budou cukry určeny, ze kterých plantáží nebo přírodního původu budou odebrány, v jakém ročním období, orografických charakteristik atd. Jakmile jsou houby sebrány (oleje, zrna, inkousty, meteority, biologické látky), co s nimi dělat před kvantitativní analýzou?
Téměř vždy kvantitativní analýze předchází kvalitativní analýza; identifikujte, jaké sloučeniny mají vzorky, zejména pokud s nimi pracujete poprvé.
Některá ošetření mohou být čistě fyzikální: například mletí rostlinné hmoty nebo kyselé trávení minerálu. Na druhé straně jsou jiné chemické látky: esterifikační reakce, kyselá nebo bazická hydrolýza, substituce, aminace atd., Čímž se získá druh, který lze snadno kvantifikovat zvolenou technikou.
Příklady
Na závěr budou zmíněny některé příklady kvantitativní analýzy v chemii:
- Stanovení obsahu alkoholu u piv, vín a řemeslných nápojů.
- Z moči pacienta může být známo, zda došlo ke zvýšení nebo snížení koncentrace jedné nebo více složek, což souvisí s detekcí nemoci. Podobně, je-li droga vylučována močí, lze určit, kolik látky bylo tělem „asimilováno“.
- Stanovení centesimálního složení minerálních vzorků, pozemních nebo mimozemských.
- U některých vzorků ropy je poměr H / C určen ke srovnání stupňů aromaticity ropy z různých zdrojů. Těžké surové oleje se vyznačují tím, že mají H / C menší než 1; čím je lehčí, tím více H / C bude mít hodnotu vyšší než 1.
- Stanovení nutričního složení potravin a jedlých výrobků.
- Studie stability léčiv v rámci příslušných analýz kvality pro jejich komercializaci a skladování.
- Sledování stupně kontaminace způsobené látkami ve vzorcích vody z řek, potoků, lagun nebo moří. Rovněž plynné emise z továren jsou určovány svým složením, aby jim zabránily uvolňovat velká množství plynů, které jsou škodlivé pro životní prostředí.
Reference
- Daniel C. Harris. (2007). Kvantitativní chemická analýza. (Sedmé vydání). WH Freeman and Company.
- Editors of Encyclopaedia Britannica. (31. ledna 2018). Kvantitativní chemická analýza. Encyclopædia Britannica. Obnoveno z: britannica.com
- Kapitola 1, Úvod do kvantitativní chemické analýzy. Obnoveno z: 5.csudh.edu
- Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22. června 2018). Pochopení kvantitativní analýzy v chemii. Obnoveno z: thinkco.com
- Hodnocení a inženýrství materiálů. (2019). Kvantitativní chemická analýza. Obnoveno z: mee-inc.com
- Xin Wen. (2008). Kvantitativní analýza (CHEM 201).. Obnoveno z: calstatela.edu