Chimie analytique

Chimie analytique est l'étude de la composition chimique d'origine naturelle et artificielle matériaux. Contrairement à d'autres sous grandes disciplines de la chimie, tels que la chimie minérale et la chimie organique , de la chimie analytique ne est pas limitée à un type particulier de composé chimique ou réaction . Propriétés étudiées en chimie analytique comprennent géométriques fonctionnalités telles que moléculaires morphologies et les distributions d'espèces, ainsi que des fonctionnalités telles que la composition et de l'identité de l'espèce. Les contributions faites par des chimistes analytiques ont joué un rôle critique dans les sciences allant de l'élaboration de concepts et théories ( science pure) pour une variété d'applications pratiques, telles que applications biomédicales, de l'environnement , surveillance contrôle de la qualité de la fabrication industrielle et science médico-légale ( sciences appliquées).

Vue d'ensemble

Chimie analytique est une discipline secondaire de la chimie qui a la mission générale de comprendre la composition chimique de toute matière et développer les outils pour élucider ces compositions. Cela diffère des autres sous disciplines de la chimie en ce qu 'il ne est pas destiné à comprendre la base physique de la chimie comme observé avec chimie physique et il ne est pas prévu pour contrôler la chimie ou directement comme ce est souvent le cas dans la chimie organique et ne est pas nécessairement destiné à fournir en tant que techniques d'ingénierie sont souvent utilisés dans la science des matériaux . Chimie analytique généralement ne cherche pas à utiliser la chimie ou de comprendre son fondement; Cependant, ce sont des excroissances de recherche communs de chimie analytique. Chimie analytique a chevauchement important avec les autres branches de la chimie, en particulier ceux qui sont axés sur un certain large classe de produits chimiques, tels que la chimie organique , chimie inorganique ou la biochimie , par opposition à une manière particulière de comprendre la chimie, comme chimie théorique. Par exemple, le domaine de la chimie bioanalytique est un secteur en croissance de la chimie analytique qui traite des questions analytiques tout en biochimie , (la chimie de la vie). Chimie analytique et expérimentale chimie physique, cependant, ont une relation unique en ce sens qu'ils sont très indépendant dans leur mission, mais partagent souvent le plus en commun dans les outils utilisés dans les expériences.

Chimie analytique est particulièrement préoccupé par les questions de «quels produits chimiques sont présents, quelles sont leurs caractéristiques et en quelles quantités sont-ils présentent?" Ces questions sont souvent impliqués dans les questions qui sont plus dynamique comme ce réaction chimique d'un enzyme catalyse ou à quelle vitesse il le fait, ou même plus dynamique comme ce est le état de transition de la réaction. Bien que la chimie analytique répond à ces types de questions il se arrête après ils sont répondus. Les prochaines étapes logiques de comprendre ce que cela signifie, comment il se intègre dans un système plus vaste, comment peuvent être généralisés ce résultat dans la théorie ou comment il peut être utilisé ne sont pas la chimie analytique. Depuis la chimie analytique est basée sur des preuves et se limite à quelques questions assez simples pour le grand public, il est le plus étroitement associé à des chiffres concrets expérimentale entreprise comme la quantité de plomb dans l'eau potable est.

Chimie analytique moderne

Chimie analytique moderne est dominée par l'analyse instrumentale. Il ya tellement de différents types d'instruments aujourd'hui qu'il peut sembler comme un ensemble confus des acronymes plutôt que d'un champ unifié d'étude. Beaucoup de chimistes analytiques se concentrent sur un seul type d'instrument. Les universitaires ont tendance soit à se concentrer sur de nouvelles applications et de découvertes ou de nouvelles méthodes d'analyse. La découverte d'un produit chimique présent dans le sang qui augmente le risque de cancer serait une découverte qui un chimiste analytique pourrait être impliqué dans. Un effort de développer une nouvelle méthode pourrait impliquer l'utilisation d'un laser accordable pour augmenter la spécificité et la sensibilité d'une méthode spectrométrique. De nombreuses méthodes, une fois développé, sont maintenus volontairement statique afin que les données peuvent être comparées sur de longues périodes de temps. Ce est particulièrement vrai dans l'industrie assurance de la qualité (AQ), médico-légales et les applications environnementales. Chimie analytique joue un rôle plus important dans l'industrie pharmaceutique où, en dehors de QA, il est utilisé dans la découverte de nouveaux médicaments candidats et dans les applications cliniques où la compréhension des interactions entre le médicament et le patient sont essentielles.

Histoire

Une grande partie de la chimie au début (1661- ~ 1900AD) était chimie analytique, puisque les questions de quels éléments et les produits chimiques étaient présents dans le monde autour de nous et quels sont leurs natures fondamentaux est très bien dans le domaine de la chimie analytique. Il y avait aussi des progrès rapides importante dans la synthèse et la théorie qui bien sûr ne sont pas la chimie analytique. Pendant cette période d'importantes contributions à la chimie analytique comprennent le développement de systématique analyse élémentaire par Justus von Liebig et l'analyse biologique systématique basée sur les réactions spécifiques des groupes fonctionnels. La première analyse instrumentale a été spectrométrie de flamme émissive développé par Robert Bunsen et Gustav Kirchhoff qui a découvert le rubidium (Rb) et le césium (Cs) en 1860.

La plupart des grands développements en chimie analytique ont lieu après 1900. Au cours de cette période d'analyse instrumentale devient progressivement dominante dans le domaine. En particulier un grand nombre de techniques de base spectroscopiques et spectrométriques ont été découverts au début du 20e siècle et raffinée à la fin du 20ème siècle. Le sciences de séparation suivent une ligne de développement de temps similaire et aussi devenir de plus en plus transformés en instruments de haute performance. Dans les années 1970, la plupart de ces techniques ont commencé à être utilisés ensemble pour réaliser une caractérisation complète des échantillons. À partir de 1970 environ le dans la chimie analytique de jour présente est devenue progressivement plus inclusive de questions biologiques (chimie bioanalytique), alors qu'il avait déjà été en grande partie axée sur des molécules organiques ou inorganiques petits. La fin du 20e siècle a également vu une expansion de l'application de la chimie analytique des questions chimiques peu académiques à légiste, de l'environnement, industrielle et questions médicales, par exemple dans histologie.

Types

Traditionnellement, la chimie analytique a été divisé en deux types principaux, qualitatifs et quantitatifs:

Qualitatif

• Analyse qualitative inorganique cherche à établir la présence d'une donnée élément ou composé inorganique dans un échantillon.
• L'analyse organique qualitative cherche à établir la présence d'une donnée groupe fonctionnel ou un composé organique dans un échantillon.

Quantitatif

• L'analyse quantitative vise à établir le montant d'un élément ou composé donné dans un échantillon.

Approches

La plupart chimie analytique moderne est catégorisée par deux approches différentes telles que des objectifs analytiques ou les méthodes d'analyse. Chimie analytique (journal) examine deux approches différentes alternativement dans le numéro 12 de chaque année.

Par cibles analytiques

• Chimie bioanalytique
• Analyse des matériaux
• L'analyse chimique
• Analyse environnementale
• Forensics

Par des méthodes analytiques

• Spectroscopie
• Spectrométrie de masse
• Spectrophotométrie et Colorimétrie
• Chromatographie et Électrophorèse
• Cristallographie
• Microscopie
• Électrochimie

Techniques analytiques traditionnelles

Bien que la chimie analytique moderne est dominé par des instruments sophistiqués, les racines de la chimie analytique et certains des principes utilisés dans les instruments modernes sont des techniques traditionnelles dont beaucoup sont encore utilisés aujourd'hui. Ces techniques ont également tendance à former l'épine dorsale de la plupart des laboratoires d'enseignement chimie analytique de premier cycle. Les exemples incluent:

Titrage

Titrage implique l'addition d'un réactif à une solution en cours d'analyse jusqu'à ce qu'un point d'équivalence est atteint. Souvent, la quantité de matière dans la solution à analyser peut être déterminée. Le plus familier à ceux qui ont pris la chimie de collège est le titrage acide-base impliquant un indicateur de changement de couleur. Il existe de nombreux autres types de titrages, pour titrages potentiométriques exemple. Ces titrages peuvent utiliser différents types d'indicateurs pour atteindre un certain point d'équivalence.

Gravimétrie

L'analyse gravimétrique consiste à déterminer la quantité de matière présente en pesant l'échantillon avant et / ou après une transformation. Un exemple courant utilisé dans les études de premier cycle est la détermination de la quantité d'eau en un hydrate en chauffant l'échantillon pour éliminer l'eau de telle sorte que la différence de poids est due à la perte d'eau.

Analyse qualitative inorganique

Analyse qualitative inorganique se réfère généralement à un régime systématique pour confirmer la présence de certains, généralement aqueuses, des ions ou des éléments en effectuant une série de réactions qui éliminent gammes de possibilités puis confirme ions présumés avec un test de confirmation. Parfois petite carbone contenant des ions sont inclus dans ces régimes. Avec l'instrumentation moderne, ces tests sont rarement utilisés, mais peuvent être utiles à des fins éducatives et dans le travail sur le terrain ou d'autres situations où l'accès aux instruments état de l'art ne sont pas disponibles ou opportun.

Analyse instrumentale

Schéma de principe d'un instrument d'analyse montrant la relance et la mesure de la réponse

Spectroscopie

Spectroscopie mesure l'interaction des molécules avec un rayonnement électromagnétique. Spectroscopie se compose de nombreuses applications telles que spectroscopie d'absorption atomique, spectroscopie d'émission atomique, spectroscopie ultraviolet-visible, spectroscopie infrarouge, La spectroscopie Raman, la spectroscopie par résonance magnétique nucléaire , spectroscopie de photoémission, Spectroscopie Mössbauer et ainsi de suite.

Spectrométrie de masse

Spectrométrie de masse mesure rapport masse-charge de molécules à l'aide électrique et des champs magnétiques. Il existe plusieurs méthodes d'ionisation: choc électronique, ionisation chimique, électropulvérisation assistée par matrice, la désorption-ionisation laser, et autres. En outre, la spectrométrie de masse est classé par des approches de analyseurs de masse: magnétique secteur, analyseur de masse quadripolaire, piège à ions quadripolaire, Temps de vol, Transformée de Fourier résonance cyclotron d'ions, et ainsi de suite.

Cristallographie

La cristallographie est une technique qui caractérise la structure chimique des matériaux au niveau atomique en analysant le diagrammes de diffraction des habituellement les rayons X qui ont été déviés par des atomes dans le matériau. A partir des données brutes du placement relatif des atomes dans l'espace peut être déterminée.

Analyse électrochimique

Electrochimie mesure l'interaction de la matière avec un champ électrique .

Analyse Thermique

Calorimétrie et analyse thermogravimétrique de mesurer l'interaction d'une matière et de chaleur .

Séparation

Les procédés de séparation sont utilisés pour diminuer la complexité des mélanges de matériaux. La Chromatographie et électrophorèse sont représentatifs de ce champ.

Techniques hybrides

Des combinaisons des techniques ci-dessus produisent «hybride» ou techniques "trait d'union". Plusieurs exemples sont utilisés populaire aujourd'hui et de nouvelles techniques hybrides sont en cours de développement. Par exemple, Chromatographie en phase gazeuse-spectrométrie de masse, LC-MS, GC-IR, LC-RMN, CE-MS, et ainsi de suite.

Des techniques de séparation trait d'union se réfère à une combinaison des deux (ou plus) pour détecter des techniques et des produits chimiques à partir de solutions distinctes. Le plus souvent, l'autre technique est une forme de chromatographie . Hyphenated techniques sont largement utilisés dans la chimie et la biochimie . Un slash est parfois utilisé à la place de trait d'union, surtout si le nom de l'une des méthodes contient un trait d'union elle-même.

Des exemples de techniques couplées:

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

Microscopie

La visualisation de molécules simples, des cellules individuelles, des tissus biologiques et micro nanomatériaux est très important et une approche intéressante dans la science analytique. En outre, l'hybridation avec d'autres outils d'analyse traditionnels est en train de révolutionner la science analytique. Microscopie peuvent être classés en trois domaines différents: la microscopie optique , la microscopie électronique, et microscopie à balayage de la sonde. Récemment, ce domaine progresse rapidement en raison du développement rapide des industries de l'informatique et de la caméra.

Laboratoire sur puce

Miniaturisé instrumentation analytique, qui est aussi appelé la microfluidique ou micro système d'analyse totale (μTAS). La beauté de système lab-on-a-chip est qu'un dispositif entier peut être visualisé sous un microscope.

Méthodes et analyse des données

Courbe standard

Une méthode standard pour l'analyse de la concentration implique la création d'un courbe d'étalonnage. Ceci permet la détermination de la quantité d'un produit chimique dans un matériau en comparant les résultats de l'échantillon inconnu à celles d'une série connue standards.If la concentration de l'élément ou du composé dans un échantillon est trop élevée pour la plage de détection de la technique, il peut être simplement dilué dans un solvant pur. Si la quantité dans l'échantillon est inférieure à la gamme de mesure d'un instrument, le procédé d'addition peut être utilisé. Dans ce procédé, une quantité connue de l'élément ou du composé à l'étude est ajouté, et la différence entre la concentration ajoutée, et la concentration est observé au montant effectivement dans l'échantillon.

Normes internes

Parfois, un étalon interne est ajouté à une concentration connue directement à un échantillon d'analyse pour aider à la quantification. La quantité d'analyte présente est ensuite déterminée par rapport à l'étalon interne comme un étalon.

Tendances

Recherche en chimie analytique est largement tirée par la performance (sensibilité, la sélectivité, la robustesse, plage linéaire, l'exactitude, la précision et la vitesse), et le coût (achat, l'exploitation, la formation, le temps et l'espace). Parmi les principales branches de spectrométrie atomique analytique contemporaine, la plus répandue et universelle sont spectrométrie optique et de masse (voir Perspectives dans Analytical Atomic Spectrometry). Dans l'analyse élémentaire directe d'échantillons solides, les nouveaux dirigeants sont Laser-Induced Breakdown et l'ablation au laser de la spectrométrie de masse, et les techniques liées avec transfert des produits d'ablation laser dans plasma à couplage inductif. Les progrès de la conception de lasers à diode et oscillateurs paramétriques optiques promouvoir l'évolution de la fluorescence et spectrométrie de et également dans les techniques d'absorption où l'on prévoit des utilisations de cavités optiques pour augmenter la longueur de trajet d'absorption efficace d'élargir. Des progrès constants et la croissance dans les applications de méthodes et de plasma à base de laser sont perceptibles. Un intérêt vers l'absolu (sans standard) analyse a relancé, en particulier dans la spectrométrie d'émission.

Beaucoup d'efforts sont mis en rétrécissant les techniques d'analyse de taille de la puce. Bien qu'il existe quelques exemples de tels systèmes concurrentiels avec les techniques d'analyse traditionnelles, les avantages potentiels comprennent la taille / la portabilité, la vitesse, et le coût. (Micro Système d'analyse totale (μTAS) ou Lab-on-a-chip). La chimie Microscale réduit les quantités de produits chimiques utilisés.

Beaucoup d'efforts sont également mis en analyse des systèmes biologiques. Des exemples de domaines en expansion rapide dans ce domaine sont:

• Génomique - séquençage de l'ADN et de sa recherche connexe. Les empreintes génétiques et Puces à ADN sont des outils très populaires et les champs de recherche.
• Proteomics - l'analyse des concentrations en protéines et des modifications, en particulier en réponse à divers facteurs de stress, à différents stades de développement, ou dans différentes parties du corps.
• Métabolomique - semblables à la protéomique, mais traitant de métabolites.
• Transcriptomics- ARNm et son champ associé
• Lipidomics - lipides et son champ associé
• Peptidomics - peptides et son champ associé
• Metalomics - semblables à la protéomique et métabolomique, mais portant sur les concentrations de métaux et surtout avec leur liaison aux protéines et autres molécules.

Chimie analytique a joué un rôle critique dans la compréhension de la science fondamentale à une variété d'applications pratiques, telles que les applications biomédicales, surveillance de l'environnement, contrôle de la qualité de la fabrication industrielle, de la science médico-légale et ainsi de suite.

Les récents développements de technologies d'automatisation informatique et d'information ont innervé chimie analytique pour lancer un certain nombre de nouveaux champs biologiques. Par exemple, machines automatisées de séquençage d'ADN ont été la base pour réaliser des projets sur le génome humain menant à la naissance de génomique. L'identification des protéines et le séquençage peptidique par spectrométrie de masse a ouvert un nouveau domaine de la protéomique. En outre, un certain nombre de omique ~ basé sur la chimie analytique sont devenus des domaines importants de la biologie moderne.

En outre, la chimie analytique a été un domaine indispensable à l'élaboration de la nanotechnologie. instruments de caractérisation de surface, microscopes électroniques et microscopes à sonde à balayage permet aux scientifiques de visualiser les structures atomiques avec caractérisations chimiques.

Chimie analytique poursuit le développement d'applications pratiques et instruments commerciaux plutôt que élucider fondements scientifiques. Cela peut être une différence de soutenir chevauchement domaines scientifiques comme la chimie physique et biophysique, bien qu'il n'y ait pas de frontières entre les disciplines distinctes de la science et de la technologie contemporaine. Cependant, cet aspect peut attirer l'intérêt de nombreux ingénieurs; Ainsi, il ne est pas difficile de voir les papiers de services d'ingénierie dans des revues de chimie analytique.

Parmi les champs contemporains actifs de recherche de chimie analytique, micro système d'analyse totale est considérée comme une grande promesse de la technologie révolutionnaire. Dans cette approche, les systèmes d'analyse intégrés et miniaturisés sont en cours d'élaboration pour contrôler et analyser les cellules et des molécules simples. Cette technologie de pointe a un potentiel prometteur de mener une nouvelle révolution dans la science que les circuits intégrés ont fait dans les développements informatiques.