شیمی تجزیه چیست؟
شیمی تجزیه (Analytical Chemistry) شاخه‌ای از شیمی است که به مطالعه روشهای جداسازی، شناسایی و بررسی کمی اجزای طبیعی یا مصنوعی یک ماده می‌پردازد. انواع آنالیزها در این تخصص به دو دسته کمی و کیفی تقسیم می‌شود. در تجزیه کیفی نوع اجزای موجود در نمونه تعیین می‌شود و در تجزیه کمی مقدار یا غلظت هر یک از این اجزا مشخص می‌شود. در حالت کلی آنالیز کیفی بر آنالیز کمی تقدم چون در ابتدا نوع اجزا و سپس مقادیر کمی آن‌ها تعیین می‌گردد.
روشهای تجزیه به دو دسته روشهای کلاسیک و دستگاهی تقسیم می‌شود. در روشهای کلاسیک که به روشهای شیمی تَر هم شهرت دارند از ابزار یا سامانه‌های سنجش چندان پیشرفته‌ای استفاده نمی شود. اصلی‌ترین انواع روشهای کلاسیک روشهای وزن‌سنجی و روشهای تیتراسیون هستند.
بعکس در روشهای دستگاهی سامانه‌ها و دستگاه‌های تجزیه و تحلیل نقش اساسی دارند. از جمله روشهای الکتروشیمیایی، روشهای طیف‌سنجی و روشهای کروماتوگرافی.
آنالیت به آن بخشی از نمونه که قصد بررسی کمی آن را داریم گفته می شود.
بیشتر بخوانید: روش تست جارتست و کاربردهای آن
کاربردهای شیمی تجزیه
تعیین ماندگاری بسیاری از داروها
بررسی غلظت مناسب مواد معدنی و مواد مغذی لازم در خاک برای رشد گیاه
غلظت باقی مانده سموم دفع آفات و آلاینده ها در یک نمونه غذایی
تعیین سطح کلسترول و گلوکز در آزمایش نمونه خون سطح کلسترول و گلوکز
استفاده شیمی تجزیه در علوم پزشکی قانونی ، تجزیه و تحلیل بالینی و حتی تجزیه و تحلیل محیط
عوامل مهم در کارایی روشهای تجزیه
1- گزینش پذیری
فرض کنید ما قصد اندازه‌گیری یون منیزیم در یک را محلول داریم اما روشی انتخابی ما یون‌های دیگری مثلاً یون آلومینیم یا اسکاندیم را هم بررسی می کند. این انتخاب، ما را درگیر تلاش و صرف هزینه برای کنار گذاشتن چنین عوامل اضافی می کند و باعث مغایرت در نتیجه نیز خواهد شد. پس تا جایی که امکان دارد از روشهای گزینش‌پذیر که به تعداد کم تری از آنالیت‌ها پاسخگوست استفاده می کنیم.
2- حساسیت روش
در بررسی‌هایی که حتی تغییرات کوچک آنالیت در برآورد نتیجه نقش مهمی دارند استفاده از دستگاهی که تنها به تغییر در مقیاس بزرگ پاسخ می‌دهد مطلوب نیست.
3- سرعت
به عنوان مثال گاهی در عمل‌های جراحی لازم است روی خون شخص آنالیز انجام شود و نتیجه این آزمایش در ادامه روند جراحی اثرگذار خواهد بود؛ در چنین مواردی به کار بردن یک روش زمان گیر اصلا درست نیست.
4- مقرون به صرفه بودن روش
روشهای کلاسیک:
با این که امروزه علم شیمی تجزیه تحت تاثیر روشهای ابزاری قرار دارد، این روشهای کلاسیک هستند که از بسیاری جهات شالوده علم شیمی تجزیه را تشکیل داده اند، همچنین اساس بسیاری از ابزارها و سامانه‌های اندازه‌گیری بر روشهای کلاسیک است.
روشهای کلاسیک برای بررسی وجود یا عدم وجود یک ترکیب خاص در یک آنالیز داده شده وجود دارد.
نمونه دیگری از یک روش کلاسیک برای تجزیه و تحلیل کیفی ، آزمون Kastle-Meyer است.
روش بعدی آزمایش شعله است.
تجزیه و تحلیل Gravimetric یک روش کلاسیک برای تجزیه و تحلیل کمی می باشد.
تجزیه و تحلیل حجمی یکی دیگر از روشهای کلاسیک تجزیه و تحلیل کمی می باشد.
آنالیز کیفی
آنالیز کیفی وجود یا عدم وجود یک ترکیب در یک نمونه را معین می‌کند اما درباره جرم یا غلظت ترکیب‌ها اطلاعاتی نمی‌دهد. این نوع آنالیز با اندازه‌گیری مقدار سر و کار ندارد
روش تجزیه و تحلیل کیفی را می توان به روش های مختلف مانند آزمایش های شیمیایی ، آزمایش شعله و غیره اندازه گیری کرد.
1-آزمون‌های شیمیایی
آزمون‌های شیمیایی بی شماری کارکرد کیفی دارند. به عنوان نمونه آزمون اسید که در تشخیص طلا کاربرد دارد یا آزمون کسل-مایر که برای تعیین وجود خون استفاده می شود.
2-آزمون شعله
آزمون شعله از روشهای آنالیز کیفی است. در این آزمایش شعله در اثر تماس با محلول آنالیت‌های خاص، تغییر رنگ می‌دهد. تحلیل رنگ شعله با چشم غیر مسلح نتیجه این آزمون را قابل اعتماد نمی‌کند بلکه اغلب این نورهای تغییر رنگ داده، به عنوان ورودی به دستگاه طیف بین استفاده می شود و از روی طیف به دست آمده و تطبیق آن با طیف‌های اتمی، به وجود یا عدم وجود عنصر یا ترکیب خاصی در نمونه اولیه پی می‌برند.
آنالیز کمی
آنالیز کمی روشی برای تعیین مقدار مطلق یا نسبی در مورد غلظت یک یا چند ماده موجود در یک نمونه یا ترکیب است.
از تکنیک های تجزیه و تحلیل کمی می توان تجزیه و تحلیل وزن و تجزیه و تحلیل حجمی را نام برد.
1-روش های وزن سنجی
وزن سنجی از روش های آنالیز کمی هست که مقدار ماده را معین می‌کند. به عنوان مثال تعیین میزان آب موجود در یک ترکیب آب پوشیده، از طریق حرارت دادن به نمونه و اندازه‌گیری اختلاف جرم آن پیش و پس از حرارت دادن است، به این صورت میزان آب تبخیر شده را می توان اندازه گرفت.
روش های دیگر وزن سنجی:
روش تجزیه الکتریکی
روش های رسوبی
روش های استخراج یا تبخیر
2-سنجش‌های حجمی
سنجش‌های حجمی (تیتراسیون) نوع دیگری از روشهای آنالیز کمی است. قصد این نوع سنجش، یافتن یک نقطه هم‌ارزی است که مقدار یک گونه خاص را در یک محلول معین می نماید. یکی از نمونه‌های سنجش حجمی سنجش‌های حجمی اسید-باز می‌باشد که در آن نقطه هم‌ارزی با تغییر رنگ یک شناساگر شناسایی می‌شود.
انواع دیگر سنجش حجمی :
تیتراسیون اسید و باز
تیتراسیون تیتراسیون اکسایش کاهش
تیتراسیون رسوبی
تیتراسیون های کمپلکس سنجی
روشهای دستگاهی(ابزاری)
در روشهای ابزاری از دستگاه های اندازه‌گیری و ابزارها برای تجزیه و تحلیل استفاده می‌شود. در این روش یک محرک اولیه (نور، گرما، جریان الکتریکی، ولتاژ و…)به نمونه داده می‌شود و نمونه در پاسخ به این عمل سیگنال‌هایی را گسیل می‌کند که وارد شناساگر می‌شوند. در شناساگر این سیگنال‌ها به روشهای گوناگون تقویت می‌شوند و نتیجه نهایی روی صفحه نمایشگر یک کامپیوتر نمایش داده می‌شود.
1-طیف‌سنجی
طیف‌سنجی عبارت از اندازه‌گیری برهمکنش مولکول‌ها و پرتوهای الکترومغناطیسی می باشد. از جمله انواع طیف‌سنجی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
طیف جذب اتمی
طیف گسیل اتمی
طیف‌سنجی مرئی-فرابنفش
طیف‌سنجی فروسرخ
طیف‌سنجی پرتوی ایکس و فلوئورسانس
طیف‌سنجی مغناطیسی هسته (ان ام آر)
2-طیف سنجی جرمی
در این روش نسبت جرمی بار به جرم مواد، تعیین و اندازه گیری می شود. به این صورت از راهکار های گوناگون برای یونش مواد استفاده می شود، از جمله بمباران الکترونی و تابش پرتوی ایکس
3-آنالیز الکتروشیمیایی
آنالیز الکتروشیمیایی با اندازه‌گیری اختلاف پتانسیل و/یا شدت جریان الکتریکی یک پیل الکتروشیمیایی حاوی آنالیت انجام می شود. آنالیزهای الکتروشیمیایی را می‌توان برحسب این که چه ویژگی‌هایی از پیل در خلال انجام آنالیز مورد بررسی قرار می‌گیرد یا این که پیل در زمان آزمایش چه تغییراتی خواهد داشت دسته بندی کرد:
1- پتانسیومتری (اندازه‌گیری اختلاف پتانسیل پیل)
2- کولومتری (اندازه‌گیری شدت جریان در طول زمان)
3- ولتامتری (اندازه‌گیری اختلاف پتانسیل پیل در زمان ایجاد تغییر در شدت جریان)
4-آنالیز حرارتی
گرماسنجی و آنالیز گرما وزن سنجی(thermogra alysis)دو روش آنالیز حرارتی برای تحلیل برهمکنش میان ماده و حرارت هستند.
بیشتر بخوانید: شیمی تجزیه و صنایع شوینده
5-جداسازی
روشهای جداسازی به منظور کاهش پیچیدگی مخلوط ماده مورد آزمایش می باشد. از روشهای می‌توان به کروماتوگرافی و الکتروفورز اشاره نمود.
6-روشهای هیبریدی
روشهای چندگانه‌ای که به شکل ترکیبی از روشهای ذکر شده استفاده می شود، روشهای هیبریدی نام دارد. از جمله
کروماتوگرافی-ظیف سنجی جرمی گاز
کروماتوگرافی-طیف‌سنجی فروسرخ گاز
کروماتوگرافی-طیف‌سنجی جرمی مایع
7-ریزنگاری
ریزنگاری به معنی تصویر کردن مولکول‌ها، سلول‌ها و بافت‌های زیست شناختی یک گرایش فعال و مهم در علم تجزیه می‌باشد. ترکیب این روش‌ها با روشهای قدیمی تر آنالیز باعث تغییرات مهم و موثری در علم تجزیه شده‌است. روشهای ریزنگاری
ریزنگاری نوری
ریز نگاری الکترونی
ریز نگاری پرآب پویش
8-آزمایشگاه‌های تراشه‌ای
تراشه‌های کوچکی که با داشتن ابعاد بسیار کوچک در حد چند میلی‌متر تا چند سانتی‌متر مربع برای تحلیل داده ها حجم‌های بسیار کم سیالات (در حد چند پیکو لیتر) مورد استفاده قرار می‌گیرند این تکنیک را ساخته اند.