Ορισμός Αναλυτικής Χημείας Αναλυτική Χημεία ορίζεται ως ο επιστημονικός κλάδος, που αναπτύσσει και εφαρμόζει μεθόδους, όργανα και στρατηγικές, για να δώσει πληροφορίες σχετικά με τη σύσταση και φύση υλικών στο χώρο και τό χρόνο
ΣΧΗΜΑ 1.1 Επιστημονικοί κλάδοι στους οποίους εφαρμόζεται η Αναλυτική Χημ
Ταξινόμηση αναλυτικών μεθόδων (παραδοσιακή) Ποιοτική ανάλυση, που έχει ως στόχο την ταυτοποίηση των συστατικών (στοιχείων ή ενώσεων) Ποσοτική ανάλυση, που έχει ως στόχο τον ακριβή προσδιορισμό ενός ή περισσοτέρων συστατικών του δείγματος
Ταξινόμηση αναλυτικών μεθόδων (σύγχρονη) Ανάλυση περιεκτικότητας Ανάλυση κατανομής Ανάλυση χημικών διεργασιών Ανάλυση δομής
ποιοτική ανάλυση ποσοτική ανάλυση ποιοτική και ποσοτική ανάλυση ΣΧΗΜΑ 1.2 Διαγραμματική απεικόνιση αναλύσεων περιεκτικότητας
ΣΧΗΜΑ 1.3 Σχηματική παρουσίαση αναλύσεων κατανομής Κατανομή μιας ουσίας στο χώρο Επιφανειακή κατανομή υλικών
ΣΧΗΜΑ 1.4 Διαγραμματική απεικόνιση αναλύσεων χημικών διεργασιών δισδιάστατη απεικόνιση τρισδιάστατη απεικόνιση
ΣΧΗΜΑ 1.5 Σχηματική παρουσίαση αναλύσεων δομής
Ταξινόμηση αναλυτικών τεχνικών Α. - Καταστρεπτικές - Μη καταστρεπτικές Β. - Αυτόματες - Μη αυτόματες Γ. - Αναλύσεις πεδίου - Αναλύσεις in vivo - Συνδυαστικές τεχνικές (hyphenated techniques)
Ταξινόμηση αναλυτικών τεχνικών 1. Μακρο- όταν m>100 mg 2. Ημιμικρο- όταν m= 10-100 mg 3. Μικρο- όταν m= 1-10 mg 4. Υπερμικρο- όταν m< 1 mg
ΣΧΗΜΑ 1.6 Ταξινόμηση αναλυτικών τεχνικών με βάση τη μετρούμενη ιδιότητα του δείγματος
Με βάση την εμπορικότητά τους ( πωλήσεις σε δολάρια), την πρώτη θέση στην ενόργανη ανάλυση κατέχει η χρωματογραφία η οποία καλύπτει σχεδόν το 50% των πωλήσεων.
Αναλυτική Τεχνική (technique): η αξιοποίηση ενός φυσικού ή χημικού φαινομένου στη χημική ανάλυση, για την παροχή πληροφοριών σχετικά με τη χημική σύσταση (ποιοτική ή και ποσοτική). Αναλυτική Μέθοδος (method): η εφαρμογή μιας αναλυτικής τεχνικής για την επίλυση ενός αναλυτικού προβλήματος. Διαδικασία ή Πορεία Ανάλυσης (procedure): λεπτομερής περιγραφή εκτέλεσης αναλυτικής μεθόδου. Ορισμένες απ αυτές χαρακτηρίζονται ως επίσημες (official) και χρησιμοποιούνται για τον έλεγχο της ποιότητας φυσικών και βιομηχανικών προϊόντων από κρατικούς φορείς ελέγχου. Πρωτόκολλο (protocol): πλήρως προδιαγεγραμμένη και εγκεκριμένη πειραματική πορεία ανάλυσης. Αναλυτής (analyte): το προσδιοριζόμενο συστατικό σε μια ανάλυση. Μήτρα (matrix): τα συστατικά του δείγματος, πέρα από την προσδιοριζόμενη ουσία.
ΣΧΗΜΑ 1.7 Η σχέση μεταξύ των όρων: αναλυτική τεχνική, μέθοδος ανάλυσης, πορεία ανάλυσης και πρωτόκολλο, με ένα παράδειγμα. APHA: American Public Health Association ASTM: American Society for Testing Materials EPA: Enviromental Protection Agency
ΣΧΗΜΑ 1.8 Διαγραμματική απεικόνιση αναλυτικής μεθόδου, για τον προσδιορισμό Ni σε ορυκτά με την τεχνική της σταθμικής ανάλυσης
Ακρίβεια (accuracy): αποτελεί το μέτρο της εγγύτητας της πειραματικής τιμής προς την αληθινή τιμή. Η διαφορά αυτή, που αντιστοιχεί στην απόλυτη ακρίβεια (ή απόλυτο σφάλμα), μπορεί να οφείλεται σε τυχαίο ή καθορισμένο σφάλμα. Επαναληψιμότητα (precision): χαρακτηρίζει τη συμφωνία των αποτελεσμάτων, δηλαδή δείχνει πόσο κοντά μεταξύ τους είναι τα αποτελέσματα μιας σειράς μετρήσεων. Η επαναληψιμότητα εκφράζεται συνήθως με την τυπική απόκλιση s (standard deviation) ή τη σχετική τυπική απόκλιση RSD (relative standard deviation). Αξιοπιστία (reliability): χαρακτηρίζει την ποιότητα μιας αναλυτικής μεθόδου, με βάση τους δύο προηγούμενους στατιστικούς όρους: την ακρίβεια και την επαναληψιμότητα.
Ευαισθησία (sensitivity): ορίζεται με βάση τη σχέση S = dp / dx όπου, P: η μετρούμενη φυσική ή φυσικοχημική ιδιότητα του δείγματος και Χ: η αναλυτική πληροφορία, συνήθως ή συγκέντρωση ή η μάζα της προσδιοριζόμενης ουσίας. Η ευαισθησία δίνεται συνήθως ως η κλίση της καμπύλης αναφοράς. Όριο ανίχνευσης (detection limit): είναι η μικρότερη συγκέντρωση ή μάζα της ουσίας που μπορεί να προσδιοριστεί με ορισμένη αξιοπιστία (ακρίβεια και επαναληψιμότητα). Εκλεκτικότητα ή επιλεκτικότητα (selectivity): είναι η ικανότητα μιας αναλυτικής μεθόδου να προσδιορίζει μια ουσία (αναλυτής) παρουσία άλλων ουσιών (μήτρα).
Ταχύτητα (throughput): εκφράζεται συνήθως ως ο αριθμός των αναλύσεων ανά μονάδα χρόνου. Θα πρέπει βέβαια να διευκρινιστεί αν στον προσδιορισμό της ταχύτητας της αναλυτικής μεθόδου περιλαμβάνεται και ο χρόνος προετοιμασίας του δείγματος, ή αν αναφερόμαστε μόνο στο Ισχύς (validity): αφορά τη δυνατότητα ή μη εφαρμογής της μεθόδου για ορισμένο αναλυτή π.χ. η φλογοφωτομετρία έχει ισχύ για τον προσδιορισμό του καλίου. Εφαρμοσιμότητα (applicability): αφορά τη δυνατότητα ή μη εφαρμογής της μεθόδου σε ορισμένο τύπο δείγματος, όπως π.χ. ο φωτομετρικός προσδιορισμός σιδήρου με τη μέθοδο της 1,10 φαιναθρολίνης, είναι εφαρμόσιμος σε φυσικά ύδατα και μη εφαρμόσιμος σε βιομηχανικά απόβλητα. Χρήσιμη αναλυτική περιοχή (useful analytical range): η περιοχή συγκεντρώσεων, όπου μπορεί να προσδιοριστεί ο αναλυτής με ορισμένη αξιοπιστία (ακρίβεια και επαναληψιμό-τητα).
Κόστος αναλυτικής μεθόδου: το κόστος μιας μεθόδου διαμορφώνεται από: α) την αγορά των αναλυτικών οργάνων β) τη συντήρηση των αναλυτικών οργάνων γ) τα χρησιμοποιούμενα αντιδραστήρια δ) την ανθρώπινη εργασία. Στην ενόργανη ανάλυση ιδιαίτερη βαρύτητα έχουν τα α) και β). Αξιολόγηση (validation): η διαδικασία που γίνεται με μέτρηση της επαναληψιμότητας, της ακρίβειας κλπ., ώστε να κριθεί αν μια αναλυτική μέθοδος είναι αποδεκτή για την επίλυση ενός προβλήματος ανάλυσης. Βαθμονόμηση (calibration): η διαδικασία που γίνεται, ώστε η ένδειξη που λαμβάνεται από μια αναλυτική συσκευή ή όργανο να είναι ορθή π.χ. βαθμονόμηση ογκομετρικής φιάλης ή βαθμονόμηση θερμοζυγού.
Καθορισμός προβλήματος ανάλυσης α. Τι είδους αναλύσεις απαιτούνται, π.χ. στοιχειακές ή μοριακές ; β. Ακρίβεια και ευαισθησία ; γ. Ποιο είναι το επίπεδο συγκεντρώσεων ; δ. Διαθέσιμος εργαστηριακός εξοπλισμός ; ε. Ποιο είναι το κόστος της ανάλυσης ; στ. Πόσος είναι ο διαθέσιμος χρόνος ανάλυσης ; ζ. Αριθμός αναλύσεων ;
Επιλογή μεθόδου ανάλυσης Οι κλασικές τεχνικές ανάλυσης mg (10-3 g) ορισμένες ενόργανες τεχνικές fg (10-15g) Oι κλασικές (ή υγροχημικές ) απαιτούν μεγάλη ποσότητα δείγματος H ενόργανη ανάλυση επιτρέπει τη χρήση πολύ μικρών δειγμάτων Οι κλασικές αναλυτικές τεχνικές δεν έχουν μεγάλη εκλεκτικότητα Οι κλασικές αναλυτικές τεχνικές είναι «καταστροφικές» για το δείγμα Οι κλασικές τεχνικές δεν έχουν τις δυνατότητες αυτοματοποίησης Το μεγάλο μειονέκτημα της ενόργανης ανάλυσης είναι ότι έχουν
Δειγματοληψία (sampling) δειγματοληψία είναι η διεργασία παραλαβής από τη συνολική ποσότητα του υλικού, ενός μικρού κλάσματος, του οποίου η χημική σύσταση είναι η ίδια με τη μέση σύσταση του συνόλου του υλικού.
ΣΧΗΜΑ 1.9 Συγκέντρωση των Al 3+ στο θαλασσινό νερό σε συνάρτηση με το βάθος του νερού από όπου λαμβάνεται δείγμα.
Σχηματική απεικόνιση δειγματοληψίας από στερεά απόβλητα (απορρίμματα).
ΣΧΗΜΑ 1.11 Μείωση του δείγματος: 1. με τεταρτημόρια, 2. με μηχανικά μέσα.
Διατήρηση (συντήρηση) δείγματος μολύνσεις, απώλειες, διασπάσεις κλπ. η ατμόσφαιρα το φως
Προετοιμασία του δείγματος Κονιοποίηση ή λειοτρίβηση (grinding) Κοσκίνισμα (screening or sieving) Ξήρανση (drying) Διαλυτοποίηση (dissolvation). Σύντηξη (fusion). Ξηρή τεφροποίηση (dry ashing) Υγρή τεφροποίηση (wet ashing)
Απομάκρυνση παρεμποδιστών 1. εκλεκτική καταβύθιση (selective precipitation) 2.εκλεκτική οξείδωση ή αναγωγή (selective oxidation or reduction) 3.διαχωρισμοί με εκχύλιση (solvent extraction) 4. διαχωρισμοί με ιονεναλλαγή (ion exchange) 5. διαχωρισμοί με χρωματογραφία (chromatography)
ιγδίο
Μεθοδολογία μέτρησης Υπολογισμοί, αποτελέσματα και επεξεργασία δεδομένων (Data Handling) Παρουσίαση αποτελεσμάτων και αξιολόγηση ανάλυσης