التحليل الكيميائي

ما هو التحليل الكيميائي؟

التحليل الكيميائي في الكيمياء هو عبارة عن تحديد الخصائص الفيزيائية أو التركيب الكيميائي لعينات المادة. هناك مجموعة كبيرة من الإجراءات المنهجية المخصصة لهذه الأغراض تتطور باستمرار في ارتباط وثيق مع تطور الفروع الأخرى للعلوم الفيزيائية منذ بدايتها.

فئات التحليل الكيميائي

ينقسم التحليل الكيميائي القائم على القياسات إلى فئتين اعتمادًا على الطريقة التي يتم بها إجراء المقايسات، كما يتكون التحليل الكلاسيكي الذي يطلق عليه أيضًا التحليل الكيميائي الرطب، من تلك التقنيات التحليلية التي لا تستخدم أدوات ميكانيكية أو إلكترونية بخلاف الميزان.

تعتمد الطريقة عادةً على التفاعلات الكيميائية بين المادة التي يتم تحليلها (المادة التحليلية) والكاشف الذي يضاف إلى المادة التحليلية. غالبًا ما تعتمد التقنيات الرطبة على تكوين منتج من التفاعل الكيميائي يمكن اكتشافه وقياسه بسهولة. على سبيل المثال: يمكن أن يكون المنتج ملونًا أو يمكن أن يكون مادة صلبة تترسب من المحلول.

تطور التحليل الكيميائي

منذ ظهور الكيمياء، كان الباحثون بحاجة إلى معرفة هوية وكمية المواد التي يعملون بها، وبالتالي، فإنّ تطوير التحليل الكيميائي يوازي تطور الكيمياء. يُعتبر العالم السويدي توربيرن بيرغمان من القرن الثامن عشر عادةً مؤسس التحليل الكيميائي الكمي والنوعي غير العضوي. قبل القرن العشرين، تمّ إجراء جميع الاختبارات تقريبًا بالطرق الكلاسيكية.

على الرغم من توفر أدوات بسيطة (مثل أجهزة قياس الضوء وجهاز التحليل الكهربائي الجاذبية) في نهاية القرن التاسع عشر، إلا أنّ التحليل الآلي لم يزدهر حتى القرن العشرين. أدى تطور الإلكترونيات خلال الحرب العالمية الثانية وما تلاه من توافر أجهزة الكمبيوتر الرقمية على نطاق واسع إلى تسريع التغيير من التحليل الكلاسيكي إلى التحليل الآلي في معظم المختبرات. على الرغم من أنّ معظم الاختبارات يتم إجراؤها حاليًا بطريقة مفيدة، إلا أنّه لا تزال هناك حاجة لبعض التحليلات الكلاسيكية.

ما هي الخطوات الرئيسية التي يتم إجراؤها أثناء التحليل الكيميائي؟

 الخطوات الرئيسية التي يتم إجراؤها أثناء التحليل الكيميائي، وهي التالية:

•  أخذ العينات.

•  المعالجة الميدانية للعينة.

• المعالجة المخبرية.

• المقايسة المخبرية.

•  الحسابات.

• عرض النتائج.

يجب تنفيذ كل منها بشكل صحيح حتى تكون النتيجة التحليلية دقيقة. يميز بعض الكيميائيين التحليليين بين التحليل، الذي يتضمن جميع الخطوات والمقايسة وهي الجزء المختبري من التحليل.

أخذ العينات

خلال هذه الخطوة الأولية من التحليل، تتم إزالة جزء من المادة السائبة ليتم معايرتها. يجب اختيار الجزء بحيث يمثل المادة السائبة. للمساعدة في ذلك، يتم استخدام الإحصائيات كدليل لتحديد حجم العينة وعدد العينات. عند اختيار برنامج أخذ العينات، من المهم أن يكون لدى المحلل وصف تفصيلي للمعلومات المطلوبة من التحليل، وتقدير للدقة المطلوب تحقيقها، وتقدير لمقدار الوقت والمال الذي يمكن إنفاقه على أخذ العينات. من المفيد أن تناقش مع مستخدمي النتائج التحليلية نوع البيانات المطلوبة. قد توفر النتائج معلومات غير ضرورية أو غير كافية إذا كان إجراء أخذ العينات إما مفرطًا أو غير كافٍ.

بشكل عام، يتم زيادة دقة التحليل من خلال الحصول على عينات متعددة في مواقع مختلفة (وأوقات) داخل المادة السائبة. على سبيل المثال: من المحتمل أن يؤدي تحليل بحيرة لملوثات كيميائية إلى نتائج غير دقيقة إذا تم أخذ عينات من البحيرة فقط في المركز وعلى السطح. يفضل أخذ عينات من البحيرة في عدة مواقع حول محيطها وكذلك في عدة أعماق بالقرب من مركزها. يؤثر تجانس المادة السائبة على عدد العينات المطلوبة.

إذا كانت المادة متجانسة، فلن يتطلب الأمر سوى عينة واحدة. هناك حاجة إلى مزيد من العينات للحصول على نتيجة تحليلية دقيقة عندما تكون المادة السائبة غير متجانسة. مساوئ أخذ عدد أكبر من العينات هي الوقت والنفقات المضافة. قلة من المختبرات يمكنها تحمل تكاليف برامج أخذ العينات الضخمة.

إعداد العينة

بعد جمع العينة، قد يكون من الضروري معالجتها كيميائيًا أو فيزيائيًا في موقع أخذ العينات. عادةً ما يتم إجراء هذا العلاج فورًا بعد جمع العينة. تعتمد طبيعة العلاج على العينة والمواد التي يتم تحليلها من أجلها، على سبيل المثال: يتم وضع عينات المياه الطبيعية التي يتم فحصها للأكسجين المذاب بشكل عام في حاويات يتم غلقها وتخزينها ونقلها في حجرة مبردة. يمنع الختم حدوث تغيير في تركيز الأكسجين بسبب التعرض للغلاف الجوي، ويبطئ التبريد التغيرات في مستويات الأكسجين التي تسببها الكائنات المجهرية داخل العينة.

وبالمثل، فإنّ العينات التي سيتم فحصها لمعرفة المستويات النزرة للملوثات المعدنية تتم معالجتها مسبقًا من أجل منع انخفاض تركيز الملوث الناجم عن الامتزاز على جدران وعاء العينة. يمكن تقليل الامتزاز المعدني عن طريق إضافة حمض النيتريك إلى العينة وغسل جدران الوعاء بالحمض.

تقييم النتائج

 بعد الانتهاء من الاختبارات، يتم التلاعب بالنتائج الكمية رياضيًا، ويتم تقديم النتائج النوعية والكمية بطريقة هادفة. في معظم الحالات، يتم الإبلاغ عن قيمتين للتحليلات الكمية؛ القيمة الأولى هي تقدير للقيمة الصحيحة للتحليل، والقيمة الثانية تشير إلى مقدار الخطأ العشوائي في التحليل.

الطريقة الأكثر شيوعًا للإبلاغ عن أفضل قيمة هي إعطاء متوسط ​​(متوسط) نتائج الاختبارات المعملية، ومع ذلك، في حالات محددة من الأفضل الإبلاغ إما عن الوسيط (القيمة المركزية عندما يتم ترتيب النتائج حسب الحجم) أو الوضع (القيمة التي يتم الحصول عليها في أغلب الأحيان).