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Química analítica

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Informações de fundo

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A química analítica é o estudo do composição química do natural e artificial materiais. Ao contrário de outros principais sub disciplinas da química, tais como a química inorgânica e química orgânica , química analítica não se restringe a nenhum tipo particular de composto químico ou de reacção . Propriedades estudadas em química analítica incluem geométricas recursos como moleculares morfologias e distribuição de espécies, bem como características tais como composição e identidade espécie. As contribuições feitas por químicos analíticos têm desempenhado um papel crítico nas ciências que vão desde o desenvolvimento de conceitos e teorias ( ciência puro) para uma variedade de aplicações práticas, tais como a aplicações biomédicas, ambiental , monitoramento controle de qualidade de fabricação industrial e Ciência forense ( Ciência aplicada).

Visão global

A química analítica é um sub disciplina da química que tem a missão ampla de compreender a composição química de toda a matéria e desenvolver as ferramentas para elucidar tais composições. Isto difere de outras disciplinas sub de química em que não se destina a compreender a base física para a química como observado com físico-química e não se destina a controlar a química directa ou como é muitas vezes o caso em química orgânica e não se pretende, necessariamente, para fornecer tácticas de engenharia, como são frequentemente utilizados em ciência de materiais . Química analítica geralmente não tenta usar a química ou a compreender a sua base; no entanto, estas são conseqüências comuns de investigação química analítica. A química analítica tem sobreposição significativa com outros ramos da química, em especial aqueles que estão voltados para uma determinada classe ampla de produtos químicos, tais como química orgânica , química inorgânica ou bioquímica , em oposição a um modo particular de compreender química, tal como química teórica. Por exemplo, o campo da química bioanalítico é uma área crescente de química analítica que aborda todas as questões em análise em bioquímica , (a química da vida). Química analítica e experimental química física, no entanto, têm uma relação única em que eles são muito alheios em sua missão, mas, geralmente, têm mais em comum nas ferramentas utilizados em experiências.

Química analítica está particularmente preocupado com as questões de "que produtos químicos estão presentes, quais são suas características e em que quantidades são eles apresentam?" Estas perguntas são muitas vezes envolvidos em questões que são mais dinâmicos, como o que reação química de um enzima catalisa ou o quão rápido ele faz isso, ou ainda mais dinâmico, como o que é o estado de transição da reacção. Embora química analítica aborda esses tipos de perguntas que ele pare depois de serem respondidas. Os próximos passos lógicos de compreender o que significa, como ele se encaixa em um sistema maior, como isso pode ser resultado generalizada na teoria ou como ele pode ser usado não são química analítica. Desde química analítica é baseada na evidência experimental firme e limita-se a algumas perguntas bastante simples para o público em geral é mais associado com números concretos, tais como a quantidade de chumbo é na água potável.

Química analítica moderna

Química analítica moderna é dominada pela análise instrumental. Há tantos tipos diferentes de instrumentos, hoje, que pode parecer uma gama confusa de siglas, em vez de um campo unificado de estudo. Muitos químicos analíticos focar um único tipo de instrumento. Academics tendem a se concentrar tanto em novas aplicações e descobertas ou em novos métodos de análise. A descoberta de um produto químico presente no sangue que aumenta o risco de cancro seria uma descoberta que um químico analítico pode estar envolvido na. Um esforço para desenvolver um novo método pode envolver a utilização de um de laser sintonizável para aumentar a especificidade e sensibilidade de um método de espectrometria. Muitos métodos, uma vez desenvolvida, são mantidos propositadamente estática de modo a que os dados podem ser comparados ao longo de grandes períodos de tempo. Isto é particularmente verdadeiro na indústria garantia de qualidade (QA), forense e aplicações ambientais. A química analítica desempenha um papel cada vez mais importante na indústria farmacêutica, onde, além do controle de qualidade, é utilizado na descoberta de novos candidatos a fármacos e em aplicações clínicas, em que compreender as interacções entre a droga e o paciente é crítica.

História

Grande parte da química cedo (1661- ~ 1900AD) foi química analítica desde as questões de quais os elementos e substâncias químicas estavam presentes no mundo em torno de nós e quais são as suas naturezas fundamentais é muito no campo da química analítica. Também houve progresso significativo no início de síntese e teoria que, naturalmente, não são química analítica. Durante este período, contribuições analíticas significativas para a química incluem o desenvolvimento de sistemática por análise elementar Justus von Liebig e análise orgânica sistematizada com base nas reacções específicas de grupos funcionais. A primeira análise instrumental foi espectrometria de chama emissivo desenvolvido por Robert Bunsen e Gustav Kirchhoff que descobriu rubídio (Rb) e de césio (Cs) em 1860.

A maioria dos principais desenvolvimentos em química analítica ter lugar depois de 1900. Durante este período de análise instrumental torna-se progressivamente dominante no campo. Em particular muitas das técnicas espectroscópicas e espectrométricas básicos foram descobertos no início do século 20 e refinado no final do século 20. O ciências da separação seguir uma linha de desenvolvimento tempo semelhante e também tornar-se cada vez mais transformados em instrumentos de alta performance. Na década de 1970 muitas destas técnicas começaram a ser utilizadas em conjunto para atingir uma completa caracterização de amostras. A partir de aproximadamente a década de 1970 até os dias atuais química analítica tem vindo progressivamente a tornar-se mais abrangente de questões biológicas (química bioanalítico), ao passo que anteriormente tinha sido amplamente focada em moléculas orgânicas inorgânicos ou pequenas. O final do século 20 também viu uma expansão da aplicação da química analítica das questões químicas tanto acadêmicas para forense, ambiental, industrial e questões médicas, como em histologia.

Tipos

Tradicionalmente, a química analítica foi dividido em dois tipos principais, qualitativos e quantitativos:

Qualitativo

  • Análise qualitativa inorgânico pretende estabelecer a presença de um dado elemento ou composto inorgânico numa amostra.
  • Análise qualitativa orgânica pretende estabelecer a presença de uma dada grupo funcional ou composto orgânico numa amostra.

Quantitativo

  • A análise quantitativa procura estabelecer a quantidade de um determinado elemento ou composto na amostra.

Abordagens

Química analítica mais moderno é categorizada por duas abordagens diferentes, tais como alvos analíticos ou métodos analíticos. Química Analítica (revista) Comentários de duas abordagens diferentes, alternativamente, na edição de 12 de cada ano.

Por Metas analíticos

  • Química bioanalítico
  • Análise de materiais
  • Análise química
  • Análise ambiental
  • Forensics

Por métodos analíticos

Técnicas analíticas tradicionais

Embora química analítica moderna é dominada por instrumentação sofisticada, as raízes da química analítica e alguns dos princípios utilizados em instrumentos modernos são de técnicas tradicionais muitas das quais ainda são usados hoje. Essas técnicas também tendem a formar a espinha dorsal da maioria dos laboratórios de química analítica de ensino de graduação. Os exemplos incluem:

Titulação

Titulação envolve a adição de um reagente a uma solução a ser analisada até algum ponto de equivalência seja atingido. Muitas vezes, a quantidade de material na solução a ser analisada pode ser determinada. Mais familiar para aqueles que tomaram química da faculdade é o acidimetria envolvendo um indicador de mudança de cor. Existem muitos outros tipos de titulações de, por exemplo, titulação potenciométrica. Estes titulações podem utilizar diferentes tipos de indicadores para chegar a algum ponto de equivalência.

Gravimetria

Análise gravimétrica envolve a determinação da quantidade de material presente por pesagem da amostra antes e / ou depois de uma transformação. Um exemplo comum utilizado na formação de graduação é a determinação da quantidade de água no hidrato, aquecendo a amostra para remover a água de tal modo que a diferença de peso é devida à perda de água.

Análise qualitativa inorgânica

Análise qualitativa inorgânicos refere-se geralmente a um regime sistemático para confirmar a presença de determinados, geralmente aquosas, os iões ou elementos através da realização de uma série de reacções que eliminam gamas de possibilidades e, em seguida, confirma suspeitas de iões com um teste de confirmação. Às vezes pequena de carbono contendo íons estão incluídos nesses regimes. Com a instrumentação moderna estes testes são raramente usados, mas pode ser útil para fins educacionais e em trabalho de campo ou outras situações em que o acesso a instrumentos de state-of-the-art não estão disponíveis ou expediente.

Análise Instrumental

Diagrama de blocos de um instrumento analítico que mostra o estímulo e de medição da resposta

Espectroscopia

Espectroscopia mede a interacção das moléculas com radiação electromagnética. Espectroscopia consiste em diversas aplicações, tais como espectroscopia de absorção atômica, espectroscopia de emissão atômica, espectroscopia de ultravioleta-visível, espectroscopia de infravermelho, Espectroscopia de Raman, espectroscopia de ressonância magnética nuclear , espectroscopia de fotoemissão, Espectroscopia Mössbauer e assim por diante.

Espectrometria de Massa

A espectrometria de massa mede razão de massa-para-carga de moléculas utilizando eléctrico e campos magnéticos. Existem vários métodos de ionização de impacto de electrões:, ionização química, electropulverização, assistida por matriz com dessorção por laser de ionização, e outros. Além disso, a espectrometria de massa é categorizada por abordagens de analisadores de massa: -sector magnético, quadrupolo analisador de massa, ion trap quadrupolo, Time-of-flight, De iões com transformada de Fourier de ressonância de ciclotrão, e assim por diante.

Cristalografia

Cristalografia é uma técnica que caracteriza a estrutura química dos materiais ao nível atómico, analisando o padrões de difracção de geralmente raios-x que foram deflectidas por átomos no material. A partir dos dados brutos do posicionamento relativo dos átomos no espaço pode ser determinada.

Análise Eletroquímica

Electroquímica mede a interacção do material com um campo eléctrico .

Análise térmica

Calorimetria de análise termogravimétrica e medir a interacção de um material e de calor .

Separação

Os processos de separação são usados para diminuir a complexidade das misturas de materiais. A cromatograf ia ea electroforese são representativos deste campo.

Técnicas híbridas

As combinações das técnicas acima produzir "híbrida" ou técnicas de "com hífen". Vários exemplos estão em uso hoje popular e novas técnicas híbridas estão em desenvolvimento. Por exemplo, Cromatografia em espectrometria de massa de gás, LC-MS, GC-IR, LC-RMN, a CE-MS, e assim por diante.

Técnicas de separação Hifenadas refere-se a uma combinação de duas (ou mais) e as técnicas para a detecção de produtos químicos a partir de soluções separadas. Na maioria das vezes a outra técnica é de alguma forma de cromatografia . Técnicas combinadas são amplamente utilizados em química e bioquímica . A barra é por vezes usado em vez de hífen, especialmente se o nome de um dos métodos em si contém um hífen.

Exemplos de técnicas combinadas:

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

Microscopia

A visualização de moléculas individuais, células individuais, tecidos biológicos e materiais nano-micro é muito importante e abordagem atraente na ciência analítica. Além disso, a hibridação com outras ferramentas analíticas tradicionais está a revolucionar a ciência analítica. Microscopia podem ser categorizados em três domínios distintos: microscopia óptica , microscopia eletrônica, e microscopia de varredura por sonda. Recentemente, este campo está evoluindo rapidamente por causa do rápido desenvolvimento do computador e da câmera de indústrias.

Lab-on-a-chip

Miniaturizado instrumentação analítica, que também é chamado como a microfluídica ou micro sistema de análise total (μTAS). A beleza do sistema lab-on-a-chip que é um dispositivo inteiro pode ser visualizada sob um microscópio.

Métodos e análise de dados

Curva Padrão

Um método padrão para a análise da concentração envolve a criação de um curva de calibração. Isto permite a determinação da quantidade de um produto químico num material através da comparação dos resultados da amostra desconhecida para aqueles de uma série conhecida standards.If a concentração do elemento ou composto numa amostra é demasiado elevada para o alcance de detecção da técnica, isto pode ser simplesmente diluído num solvente puro. Se a quantidade na amostra for inferior gama de um instrumento de medição, o método de adição pode ser usado. Neste método, uma quantidade conhecida do elemento ou composto em estudo é adicionado, e a diferença entre a concentração adicionada, e a concentração observada é efectivamente a quantidade na amostra.

Padrões internos

Às vezes, um padrão interno é adicionado a uma concentração conhecida directamente a uma amostra analítica para ajudar na quantificação. A quantidade de analito presente é depois determinado em relação ao padrão interno como um calibrador.

Trends

Química analítica investigação está em grande parte impulsionado por desempenho (sensibilidade, seletividade, robustez, faixa linear, exatidão, precisão e velocidade) e custo (compra, operação, treinamento, tempo e espaço). Entre os principais ramos de espectrometria atômica analítica contemporânea, a mais difundida e universal são espectrometria de óptica e de massa (ver Perspectivas em Atomic Analítica Espectrometria). Na análise elementar directa de amostras sólidas, os líderes são novos ruptura induzida por laser e ablação a laser espectrometria de massa, e as técnicas relacionadas com a transferência dos produtos de ablação a laser em plasma indutivamente acoplado. Avanços no desenho de lasers de diodo e osciladores paramétricos ópticos promover uma evolução em fluorescência e espectrometria de ionização e também em técnicas de absorção onde se espera que os usos de cavidades ópticas para aumentar a absorção eficaz pathlength a se expandir. Progresso constante e crescimento em aplicações de métodos plasma e à base de laser são perceptíveis. Um interesse para a análise absoluta (standardless) reavivou, particularmente na espectrometria de emissão.

Um monte de esforço é colocado em encolher as técnicas de análise de tamanho do chip. Embora existam poucos exemplos de tais sistemas competitivos com as técnicas tradicionais de análise, vantagens potenciais incluem o tamanho / portabilidade, velocidade e custo. (Micro Sistema de Análise Total (μTAS) ou Lab-on-a-chip). Química microescala reduz as quantidades de produtos químicos utilizados.

Muito esforço também é colocado em análise de sistemas biológicos. Exemplos de rápida expansão campos nesta área são:

  • Genomics - Sequenciamento de DNA e sua investigação nesta área. Impressão digital genética e DNA microarrays são ferramentas muito populares e campos de pesquisa.
  • Proteomics - a análise de concentrações de proteína e modificações, especialmente em resposta a vários factores de stress, em vários estádios de desenvolvimento, ou em várias partes do corpo.
  • Metabolômica - semelhantes a proteômica, mas que lidam com metabólitos.
  • Transcriptomics- mRNA e seu campo associado
  • Lipidomics - lipídios e seu campo associado
  • Peptidomics - peptídeos e seu campo associado
  • Metalomics - semelhante ao proteoma e metaboloma, mas que lidam com as concentrações de metais e especialmente com a sua ligação a proteínas e outras moléculas.

Química analítica tem desempenhado um papel crítico na compreensão da ciência básica para uma variedade de aplicações práticas, tais como aplicações biomédicas, monitoramento ambiental, controle da produção industrial, ciência forense e assim por diante qualidade.

Os recentes desenvolvimentos de tecnologias de automação computador e de informação têm inervados química analítica para iniciar uma série de novos campos biológicos. Por exemplo, máquinas automatizadas seqüenciamento de DNA foram a base para concluir os projetos do genoma humano que levam ao nascimento de genómica. Identificação de proteína e peptídeo seqüenciamento por espectrometria de massa abriu um novo campo de proteômica. Além disso, um certo número de ômicas ~ baseado em química analítica tornaram-se áreas importantes na biologia moderna.

Além disso, a química analítica tem sido uma área indispensável no desenvolvimento de nanotecnologia. Instrumentos de caracterização da superfície, microscópios eletrônicos e microscópios de varredura da sonda permite aos cientistas para visualizar estruturas atômicas com caracterizações químicas.

Química analítica está buscando o desenvolvimento de aplicações práticas e instrumentos comerciais, em vez de elucidar fundamentos científicos. Esta pode ser uma diferença discutível a sobreposição de áreas de ciências como a química física e biofísica, embora não haja quaisquer fronteiras distintas entre as disciplinas da ciência e da tecnologia contemporânea. No entanto, este aspecto pode atrair o interesse de muitos engenheiros; assim, não é difícil ver papéis de departamentos de engenharia em periódicos de química analítica.

Entre campos de química de estudos analíticos contemporâneos ativos, micro sistema de análise total é considerado como uma grande promessa da tecnologia revolucionária. Nesta abordagem, os sistemas de análise miniaturizados integrados e estão a ser desenvolvidos para controlar e analisar as células individuais e as moléculas individuais. Esta tecnologia de ponta tem um potencial promissor de liderar uma nova revolução na ciência como circuitos integrados fez em desenvolvimentos informáticos.

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