Química analítica

La química analítica es el estudio de la composición química de natural y artificial materiales. A diferencia de otras disciplinas sub importantes de la química tales como la química inorgánica y química orgánica , química analítica no se limita a ningún tipo particular de compuesto químico o reacción . Propiedades estudiados en química analítica incluyen geométricas características tales como moleculares morfologías y distribución de las especies, así como las características tales como la composición y la identidad de la especie. Las aportaciones realizadas por los químicos analíticos han jugado un papel crítico en las ciencias que van desde el desarrollo de conceptos y teorías ( ciencia pura) a una variedad de aplicaciones prácticas, tales como aplicaciones biomédicas, ambiental , monitoreo control de calidad de la producción industrial y ciencia forense ( ciencia aplicada).

Visión de conjunto

La química analítica es una subdisciplina de la química que tiene la misión amplia de entender la composición química de toda la materia y el desarrollo de las herramientas para dilucidar tales composiciones. Esto difiere de otras disciplinas sub de la química en que no es la intención de comprender la base física para la química observado como con química física y no es la intención de controlar o química directa como es a menudo el caso en química orgánica y no se pretende necesariamente para proporcionar tácticas de ingeniería como se utilizan a menudo en la ciencia de materiales . Química analítica general no intenta utilizar la química o entender su base; Sin embargo, estos son excrecencias comunes de investigación de la química analítica. Química analítica tiene un solapamiento significativo con otras ramas de la química, especialmente aquellos que se centran en una determinada clase amplia de productos químicos, tales como la química orgánica , química inorgánica o bioquímica , en contraposición a una forma particular de entender la química, como la química teórica. Por ejemplo, el campo de la química bioanalítica es un área creciente de la química analítica que aborde todas las preguntas analíticas de bioquímica , (la química de la vida). Química analítica y experimental química física, sin embargo, tienen una relación única en que son muy relacionado en su misión, pero a menudo comparten más en común de las herramientas utilizadas en los experimentos.

Química analítica se refiere particularmente a las preguntas de "qué productos químicos están presentes, ¿cuáles son sus características y en qué cantidades están presentes?" Estas preguntas están a menudo involucrados en las cuestiones que son más dinámico como lo reacción química de un enzima cataliza o la rapidez con que lo hace, o incluso más dinámico como lo es el estado de transición de la reacción. Aunque la química analítica se ocupa de este tipo de preguntas que se detenga después de que sean respondidas. Los próximos pasos lógicos de la comprensión de lo que significa, cómo se integra en un sistema más amplio, ¿cómo puede este resultado ser generalizados en la teoría o la forma en que se puede utilizar no son la química analítica. Desde la química analítica se basa en la evidencia experimental firme y se limita a algunas preguntas bastante sencillas para el público en general está más estrechamente relacionado con los números duros, tales como la cantidad de plomo se encuentra en el agua potable.

Química analítica moderna

Química analítica moderna está dominada por análisis instrumental. Hay tantos tipos diferentes de instrumentos actuales que puede parecer una serie confusa de acrónimos en lugar de un campo unificado de estudio. Muchos analistas químicos se concentran en un solo tipo de instrumento. Los académicos suelen sea centrará en nuevas aplicaciones y descubrimientos o en nuevos métodos de análisis. El descubrimiento de una sustancia química presente en la sangre que aumenta el riesgo de cáncer sería un descubrimiento de que un químico analítico podría estar involucrado en. Un esfuerzo para desarrollar un nuevo método podría implicar el uso de una láser sintonizable para aumentar la especificidad y la sensibilidad de un método de espectrometría. Muchos métodos, una vez desarrollado, se mantienen a propósito estática para que los datos pueden ser comparados durante largos períodos de tiempo. Esto es particularmente cierto en industrial garantía de calidad (QA), forense y aplicaciones medioambientales. Química analítica juega un papel cada vez más importante en la industria farmacéutica, donde, además de control de calidad, se utiliza en el descubrimiento de nuevos fármacos candidatos y en aplicaciones clínicas en la comprensión de las interacciones entre el fármaco y el paciente son fundamentales.

Historia

Gran parte de la química temprana (1661- ~ 1900AD) era química analítica desde las preguntas de qué estaban presentes elementos y sustancias químicas en el mundo que nos rodea y cuáles son sus naturalezas fundamentales está muy en el ámbito de la química analítica. También hubo avances significativos en la síntesis de principios y la teoría que por supuesto no son la química analítica. Durante este período las contribuciones analíticas significativas a la química incluyen el desarrollo de la sistemática análisis elemental por Justus von Liebig y análisis orgánica sistematizado basado en las reacciones específicas de los grupos funcionales. El primer análisis instrumental se llama espectrometría de emisión desarrollado por Robert Bunsen y Gustav Kirchhoff quien descubrió el rubidio (Rb) y el cesio (Cs) en 1860.

La mayoría de las principales novedades en la química analítica toma lugar después de 1900. Durante este periodo el análisis instrumental se convierte progresivamente dominante en el campo. En particular, muchas de las técnicas básicas espectroscópicas y espectrométricas fueron descubiertos en el siglo 20 y refinado en el siglo 20. La ciencias de separación siguen una línea de tiempo de desarrollo similar y también se vuelven cada vez transformados en instrumentos de alto rendimiento. En la década de 1970 muchas de estas técnicas comenzaron a ser utilizados en conjunto para lograr una caracterización completa de las muestras. A partir de aproximadamente el 1970 hasta el presente química analítica día se ha convertido cada vez más inclusiva de cuestiones biológicas (química bioanalítica), mientras que previamente se había centrado principalmente en moléculas orgánicas inorgánicos o pequeños. El final del siglo 20 también vio una expansión de la aplicación de la química analítica de las cuestiones químicas un tanto académicas a forense, ambiental, industrial y preguntas médicas, como en histología.

Tipos

Tradicionalmente, la química analítica se ha dividido en dos tipos principales, cualitativos y cuantitativos:

Cualitativo

• Análisis cualitativo inorgánico busca establecer la presencia de un determinado elemento o compuesto inorgánico en una muestra.
• Análisis orgánico cualitativo busca establecer la presencia de un dado grupo funcional o compuesto orgánico en una muestra.

Cuantitativo

• Análisis cuantitativo busca establecer la cantidad de un elemento o compuesto dado en una muestra.

Enfoques

La mayoría de la química analítica moderna se clasifica por dos enfoques diferentes, tales como objetivos analíticos o métodos analíticos. Química Analítica (revista) revisa dos enfoques diferentes, alternativamente, en la edición del 12 de cada año.

Por Objetivos analíticos

• Química Bioanalítica
• Análisis de material
• Análisis químico
• Análisis ambiental
• Forense

Por métodos analíticos

• Espectroscopia
• Espectrometría De Masas
• Espectrofotometría y Colorimetría
• Cromatografía y La electroforesis
• Cristalografía
• Microscopía
• Electroquímica

Técnicas analíticas tradicionales

Aunque la química analítica moderna está dominada por la instrumentación sofisticada, las raíces de la química analítica y algunos de los principios utilizados en los instrumentos modernos son de las técnicas tradicionales de muchos de los cuales todavía se utilizan hoy en día. Estas técnicas también tienden a formar la columna vertebral de la mayoría de los laboratorios de química analítica de educación de pregrado. Los ejemplos incluyen:

Valoración

Titulación implica la adición de un reactivo a una solución que se analiza hasta que se alcanza un cierto punto de equivalencia. A menudo, la cantidad de material en la solución que se analiza puede ser determinada. Más familiar para aquellos que han tomado la química de la universidad es la valoración ácido-base que implica un indicador de cambio de color. Hay muchos otros tipos de titulaciones, para valoraciones potenciométricas ejemplo. Estas valoraciones pueden utilizar diferentes tipos de indicadores para llegar a algún punto de equivalencia.

Gravimetría

Análisis gravimétrico consiste en determinar la cantidad de material presente pesando la muestra antes y / o después de alguna transformación. Un ejemplo común utilizado en la educación universitaria es la determinación de la cantidad de agua en un hidrato mediante el calentamiento de la muestra para eliminar el agua de tal manera que la diferencia de peso se debe a la pérdida de agua.

Análisis cualitativo inorgánico

Análisis cualitativo inorgánico generalmente se refiere a un esquema sistemático para confirmar la presencia de determinadas, generalmente acuosas, iones o elementos mediante la realización de una serie de reacciones que eliminan gamas de posibilidades y luego confirma sospechosos de iones con una prueba de confirmación. A veces pequeñas de carbono que contiene iones están incluidos en estos regímenes. Con la instrumentación moderna estas pruebas se usan muy poco, pero puede ser útil para los propósitos educativos y en el trabajo de campo u otras situaciones donde el acceso a los instrumentos del estado de la técnica no están disponibles o conveniente.

Análisis Instrumental

Diagrama de bloques de un instrumento analítico que muestra el estímulo y la medición de la respuesta

Espectroscopia

Espectroscopía mide la interacción de las moléculas con radiación electromagnética. Espectroscopía consiste en muchas aplicaciones diferentes, tales como espectroscopia de absorción atómica, espectroscopia de emisión atómica, espectroscopia ultravioleta-visible, espectroscopia infrarroja, Espectroscopia Raman, espectroscopia de resonancia magnética nuclear , espectroscopia de fotoemisión, Espectroscopía Mössbauer y así sucesivamente.

Espectrometría De Masas

La espectrometría de masas mide relación masa-carga de las moléculas utilizando eléctrico y campos magnéticos. Hay varios métodos de ionización: impacto de electrones, ionización química, electrospray asistida por matriz, ionización por desorción láser, y otros. Además, la espectrometría de masas se clasifica por enfoques de analizadores de masas: de sector magnético, cuadrípolos analizador de masas, trampa de iones cuadrupolo, Tiempo de vuelo, Transformada de Fourier de resonancia ciclotrón de iones, y así sucesivamente.

Cristalografía

La cristalografía es una técnica que caracteriza la estructura química de los materiales a nivel atómico mediante el análisis de la Los patrones de difracción de por lo general los rayos X que han sido desviados por átomos en el material. A partir de los datos en bruto de la colocación relativa de los átomos en el espacio se puede determinar.

Análisis electroquímico

Electroquímica mide la interacción del material con un campo eléctrico .

Análisis Térmico

Calorimetría y análisis termogravimétrico medir la interacción de un material y de calor .

Separación

Procesos de separación se utilizan para disminuir la complejidad de las mezclas de materiales. Cromatografía y electroforesis son representativos de este campo.

Técnicas híbridas

Las combinaciones de las técnicas anteriores producen "híbrido" o técnicas de "guión". Varios ejemplos están en uso popular hoy en día y las nuevas técnicas híbridas están en desarrollo. Por ejemplo, Cromatografía de gases acoplada a espectrometría de masas, LC-MS, GC-IR, LC-NMR, CE-MS, y así sucesivamente.

Técnicas de separación con guiones se refiere a una combinación de dos (o más) técnicas para detectar y productos químicos a partir de soluciones separadas. Muy a menudo la otra técnica es algún tipo de cromatografía . Técnicas combinadas son ampliamente utilizados en química y bioquímica . La barra se utiliza a veces en lugar de guión, especialmente si el nombre de uno de los métodos contiene un guión en sí.

Ejemplos de técnicas de guión:

1. LC - MS (o HPLC- MS )
2. HPLC / ESI- MS
3. LC - DAD
4. CE- MS
5. CE- UV
6. GC- MS

Microscopía

La visualización de moléculas individuales, células individuales, tejidos biológicos y materiales micro nano es muy importante y atractivo enfoque en la ciencia analítica. Además, la hibridación con otras herramientas analíticas tradicionales está revolucionando la ciencia analítica. Microscopía se pueden clasificar en tres campos diferentes: la microscopía óptica , microscopía electrónica, y microscopía de sonda de barrido. Recientemente, este campo está progresando rápidamente debido al rápido desarrollo de las industrias de la informática y de la cámara.

Lab-on-a-chip

Miniaturizada instrumentación analítica, que también se llama como microfluídica o micro sistema de análisis totales (μTAS). La belleza de sistema de lab-on-a-chip es que un dispositivo conjunto puede ser visualizado bajo un microscopio.

Métodos y análisis de datos

Curva Estándar

Un método estándar para el análisis de la concentración implica la creación de una curva de calibración. Esto permite la determinación de la cantidad de un producto químico en un material mediante la comparación de los resultados de la muestra desconocida a los de una serie conocida standards.If la concentración de elemento o compuesto en una muestra es demasiado alto para el rango de detección de la técnica, se simplemente se puede diluir en un disolvente puro. Si la cantidad en la muestra es inferior al rango de un instrumento de medición, el método de adición puede ser utilizado. En este método se añade una cantidad conocida del elemento o compuesto en estudio, y la diferencia entre la concentración añadida, y la concentración observada es la cantidad realmente en la muestra.

Reglamento Interno

A veces, un patrón interno se añade a una concentración conocida directamente a una muestra analítica para ayudar en la cuantificación. La cantidad de analito presente se determina a continuación en relación con el patrón interno como calibrador.

Tendencias

La investigación química analítica es impulsado en gran medida por el rendimiento (sensibilidad, selectividad, robustez, rango lineal, exactitud, precisión y velocidad), y el costo (compra, operación, entrenamiento, tiempo y espacio). Entre las principales ramas de la espectrometría atómica analítica contemporánea, la más extendida y universal son espectrometría óptica y la masa (ver Perspectivas en Analytical Espectrometría Atómica). En el análisis elemental directo de muestras sólidas, los nuevos líderes son desglose inducida por láser y la ablación con láser espectrometría de masas, y las técnicas relacionadas con la transferencia de los productos de ablación láser en plasma acoplado inductivamente. Los avances en el diseño de láseres de diodo y osciladores paramétricos ópticos promueven la evolución de la fluorescencia y la espectrometría de ionización y también en técnicas de absorción donde se espera que los usos de cavidades ópticas para incrementar la longitud de trayectoria absorción efectiva de ampliar. El progreso constante y el crecimiento en aplicaciones de métodos de plasma y basados en láser se notan. Un interés hacia el análisis absoluto (sin estándar) ha reavivado, en particular en la espectrometría de emisión.

Se pone mucho esfuerzo en la reducción de las técnicas de análisis para tamaño de la viruta. Aunque hay pocos ejemplos de tales sistemas de la competencia con las técnicas tradicionales de análisis, ventajas potenciales incluyen el tamaño / la portabilidad, la velocidad, y el costo. (Micro Sistema de análisis total (μTAS) o Lab-on-a-chip). Química a microescala reduce las cantidades de productos químicos utilizados.

Mucho esfuerzo también se pone en el análisis de los sistemas biológicos. Ejemplos de campos de rápida expansión en esta área son:

• Genómica - La secuenciación del ADN y su investigación relacionada. La huella genética y Microarrays de ADN son herramientas muy populares y campos de investigación.
• Proteómica - el análisis de las concentraciones de proteína y modificaciones, sobre todo en respuesta a diversos factores de estrés, en diversas etapas de desarrollo, o en diversas partes del cuerpo.
• Metabolómica - similar a la proteómica, pero se ocupan de metabolitos.
• ARNm Transcriptomics- y su campo asociado
• Lipidomics - lípidos y su campo asociado
• Peptidomics - péptidos y su campo asociado
• Metalomics - similar a la proteómica y la metabolómica, pero se ocupan de las concentraciones de metales y especialmente con su unión a proteínas y otras moléculas.

Química analítica ha jugado un papel crítico en la comprensión de la ciencia básica a una variedad de aplicaciones prácticas, como las aplicaciones biomédicas, monitoreo ambiental, el control de calidad de la producción industrial, la ciencia forense y así sucesivamente.

Los recientes desarrollos de las tecnologías de automatización informática y de información han inervado química analítica para iniciar una serie de nuevos campos biológicos. Por ejemplo, las máquinas de secuenciación de ADN automáticos fueron la base para completar proyectos del genoma humano que conducen al nacimiento de genómica. Identificación de proteínas y secuenciación de péptidos por espectrometría de masas abrieron un nuevo campo de proteómica. Además, un número de omics ~ basados en la química analítica se han convertido en áreas importantes en la biología moderna.

Además, la química analítica ha sido un área indispensable en el desarrollo de nanotecnología. Instrumentos de caracterización de superficies, microscopios de electrones, microscopios de sonda de barrido permite a los científicos visualizar estructuras atómicas con caracterizaciones químicas.

Química analítica está llevando a cabo el desarrollo de aplicaciones prácticas e instrumentos comerciales en lugar de esclarecer los fundamentos científicos. Esto puede ser una diferencia discutible superpongan áreas de ciencias como la química física y biofísica, aunque no hay fronteras entre distintas disciplinas de la ciencia y la tecnología contemporánea. Sin embargo, este aspecto puede atraer el interés de muchos ingenieros; por lo tanto, no es difícil ver los papeles de los departamentos de ingeniería en revistas de química analítica.

Entre los campos de investigación de química analítica contemporáneas activos, micro sistema de análisis total se consideró como una gran promesa de la tecnología revolucionaria. En este enfoque, los sistemas analíticos integrados y miniaturizados se están desarrollando para controlar y analizar las células individuales y las moléculas individuales. Esta tecnología de vanguardia tiene un potencial prometedor de liderar una nueva revolución en la ciencia como circuitos integrados hicieron en desarrollos informáticos.