Quimia analitica

La quimia analitica es lo domeni de l'analisi e de l'identificacion dei produchs quimics. Eissida d'un aspècte fondametau de l'alquimia, es venguda una branca independenta de la quimia modèrna a partir de la segonda mitat dau sègle XIX. Uei, es organizada a l'entorn d'un còrpus teoric sus la fisabilitat dei mesuras e d'un nombre fòrça important d'especialitats diferentas segon lei metòdes de separacion, d'identificacion e de caracterizacion utilizats ò segon lei disciplinas scientificas ò tecnicas que leis utilizan. D'efiech, la quimia analitica es presenta dins plusors domenis coma l'industria, la medecina, la la recèrca ò la polícia scientifica.

Fotografia d'un laboratòri destinat a l'analisi de produchs quimics.

Istòria

Dins lei fachs, la quimia analitica es una disciplina fòrça anciana car la necessitat de determinar la natura d'una mescla de compausats quimics data probablament de la Preïstòria ò de l'Antiquitat Auta. De tèsts d'identificacion son tanben de còps mencionats dins de tèxtes escrichs per d'alquimistas. Pasmens, son estructuracion coma partida distinta de la quimia es pus recenta. D'efiech, durant lo sègle XIX, la màger part dei quimistas participèt a la recèrca de procès permetent d'isolar e d'identificar de substàncias quimicas. Per exemple, en 1860, Robert Bunsen (1811-1899) e Gustav Kirchhoff (1824-1887) estudièron leis espèctres emés per la combustion d'elements quimics.

Una evolucion importanta aguèt luòc a partir deis ans 1900 amb la generalizacion progressiva deis instruments d'analisi. Lo desvolopament deis espectromètres tenguèt un ròtle major dins aquela evolucion. Lo besonh d'analizar de mòstras mai complèxas, especialament en biologia, foguèt un autre factor de creissença de la quimia analitica. En parallèl, durant la segonda mitat dau sègle XX, la disciplina venguèt una branca reconeguda de la quimia. De sosdiciplinas apareguèron pauc a cha pauc amb l'especializacion de quimistas dins de domenis coma la polícia scientifica, l'analisi environamentala e divèrseis especialitats medicalas ò industrialas.

Metòdes d'analisi

Metòdes classics

Lei metòdes classics d'analisi quimica comprenon un ensemble de tecnicas ancianas. En despiech de la generalizacion dei instruments automatics, aquelei metòdes demòran utilizats dins lei laboratòris actuaus en causa de sa simplicitat. De mai, forman sovent la basa de foncionament deis aparelhs de mesura modèrnes.

Leis analisis qualitativas

Leis analisis qualitativas permèton de determinar la preséncia ò l'abséncia d'un compausat quimic. En revènge, son pas capablas de mesurar una quantitat. N'existís dos tipes principaus :

• lo tèst quimic es basat sus una reaccion quimica caracteristica d'una substància ò d'una familha de substàncias quimicas. Per exemple, en preséncia d'un aldeïd, la liquor de Fehling, una solucion blava, reagís rapidament per formar un precipitat roge.
• lo tèst de flama consistís a plaçar una mòstra dins una flama cauda e non luminosa e a estudiar la color obtenguda. Simple e rapide, aqueu tèst es sovent utilizat per caracterizar lei metaus e leis ions metallics.

• 
  Fotografia de la liquor de Fehling (a senèstra) e dau precipitat roge obtengut en preséncia d'un aldeïd (a drecha).
• 
  Fotografia de la flama producha per un compausat contenent d'ions coire (II).
• 
  Flama caracteristica de la preséncia de sòdi.

Leis analisis quantitativas

Leis analisis quantitativas permèton de mesurar la quantitat d'un compausat quimic dins una mòstra. Dos tipes de mesuras existisson :

• leis analisis gravimetricas permèton de mesurar la massa dau produch estudiat. Per aquò, la mòstra es somesa a un tractament quimic, termic ò electric qu'entraïna una transformacion dau produch. Puei, la mesura de la diferéncia de massa causada per aquela transformacion permet de calcular una quantitat.
• leis analisis volumetricas (ò titrages) permèton de mesurar una concentracion. Per aquò, s'utiliza generalament una reaccion quimica qu'entraïna de variacions dei proprietats de la solucion estudiada. Pasmens, es tanben possible de realizar plusors solucions de referéncia e de determinar lei caracteristicas de la mòstra per comparason amb aqueleis solucions.

• 
  Fotografia d'una balança analitica, instrument fondamentau per realizar una analisi gravimetrica.
• 
  Fotografia d'un montatge de titratge quimic.

Metòdes instrumentaus

L'espectroscopia

Fotografia d'un espectroscopia d'absorpcion atomica.

Article detalhat: Espectroscopia.

L'espectroscopia es l'estudi experimentala de l'espèctre dau raionament electromagnetic emés ò absorbit per un objècte fisic. Coma sei caracteristicas son liats a la composicion de l'objècte considerat, es una tecnica fòrça importanta per i determinar la preséncia ò l'abséncia d'un compausat quimic. Un nombre important de sosdisciplinas e d'aparelhs especializats existisson segon lei raionaments electromagnetics analizats (espectroscopia d'absorpcion atomica, espectroscopia infraroja, espectroscopia de fluorescéncia, espectroscopia de Mössbauer...).

L'espectroscopia de massa

Fotografia d'un espectrograf de massa.

Article detalhat: Espectroscopia de massa.

L'espectroscopia de massa es una tecnica fisica d'analisi que permet de detectar e d'identificar de moleculas per mesura de lor massa. Son principi es basat sus la separacion en fasa gasosa de moleculas ò de fragments de moleculas ionizadas en foncion de lor rapòrt massa/carga electrica. A d'avantatges multiples coma la possibilitat de l'utilizar dins de domenis variats (sciéncias, medecina, industria...) e un relambi de respònsa feble.

Leis analisis electroquimicas

Article detalhat: Electroanalisi.

Lei metòdes electroanaliticas son una classa de tecnicas que permèton de caracterizar un electrolit somés au passatge d'un corrent electric. Son fòrça utilizadas per realizar de dosatges quimics (especialament per determinar lo ponch d'equivaléncia) ò fisicoquimics. N'existís dos tipes principaus que son :

• lei metòdes electroquimics caracterizats per un transferiment d'electrons entre leis electròdes.
• la conductimetria caracterizada per l'abséncia de transferiment d'electrons. Es basada sus la mesura de la resisténcia electrica liada a la preséncia d'ions dins lo liquid analizat.

Leis analisi termicas

Leis analisis termicas estúdian leis interaccions entre un compausat quimic donat e la calor. L'analisi termica es un ensemble de tecnicas que permèton de mesurar l'evolucion, en foncion de la temperatura, dau temps e de l'atmosfèra, d'una grandor fisica ò quimica. Divèrsei metòdes existisson segon lei proprietats que son seguidas (massa, resisténcia electrica, temperatura...).

La calorimetria es un tipe d'analisi termica particular. Es la partida de la termodinamica destinada a calcular e a mesurar lei calors. En particular, dins de condicions chausidas, lei calors mesuradas son egalas a de variacions de foncions termodinamicas simplas. Per exemple, a pression constanta, son egalas a la variacion d'entalpia e, a volum constant, son egalas a la variacion de l'energia intèrna.

• 
  Fotografia d'un calorimètre.
• 
  Sistèma permetent de mesurar la dilatacion d'una mòstra en foncion de la temperatura.

Lei procès de separacion

Lei procès de separacion son generalament utilizats per analizar de mesclas en redusent lor complexitat. Existís tres tecnicas principalas :

• la cromatografia es un metòde fisicoquimic que consistís a entraïnar una mòstra dissòuta dins una fasa mobila a travèrs una fasa fixa. La fasa fixa retèn mai ò mens lei moleculas contengudas dins la fasa mobila segon l'intensitat deis interaccions entre lei diferenteis espècias quimicas. Se la longor de la fasa fixa es sufisenta, aqueu fenomèn permet de separar cada compausat d'una mescla en foncion de sa velocitat de passatge.
• l'electroforèsi es un metòde basat sus lo desplaçament d'espècias ionicas somesas a un camp electric. D'efiech, la velocitat de desplaçament varia segon la natura de l'ion, çò que permet de realizar una separacion se la distància es sufisenta.
• lo fraccionament d'escolament de camp es un metòde basat sus l'estudi deis efiechs d'un camp extèrne aplicat perpendicularament a un escolament laminar contenent la mòstra d'analizar. Lei moleculas qu'interagisson amb lo camp extèrne se desplaçan mai vèrs lo paret dau canau de l'escolament. Puei, lei fretaments alentisson la sortida d'aquelei moleculas, çò que permet de separar lei diferents compausats de la mòstra.

• 
  Fotografia d'una cromatografia aguent permés de separar lei compausats d'una tencha negra.
• 
  Fotografia d'una electroforèsi d'una mòstra d'ADN.

Lei tecnicas de microscopia

Permetent d'observar d'objèctes fòrça pichons, la microscopia es utilizada per l'identificacion de compausats quimics. Divèrseis especialitats existisson coma la microscopia optica, la microscopia electronica e la microscopia de sonda locala. Lo poder de resolucion varia fòrça segon lo metòde. Es fòrça precís per la microscopia electronica e la microscopia de sonda locala e pòu èsser conjugat amb un sistèma informatic per accelerar l'identificar dei compausats e deis estructuras observats.

Fisabilitat dei mesuras

Article detalhat: Metrologia.

La fisabilitat dei mesuras es un aspècte fondamentau de la quimia analitica. D'efiech, en causa dei limits tecnics, es impossible d'obtenir un resultat absolut. Per faciar, la quimia analitica desvolopèt divèrsei nocions que li permèton d'analizar e de redurre l'error dei mesuras. En particular, foguèt creada una disciplina especifica, la metrologia, qu'estúdia lei procès de mesura.

La precision dei mesuras

Article detalhat: Error de mesura.

Lo concèpte d'error de mesura ɛ permet d'exprimir la diferéncia entre la valor observada a e la valor veraia b (qu'es sovent desconeguda) :

$\epsilon =|a-b|$

Lei causas d'aquela error son variadas : error de manipulacion dau tecnician, limit de la precision dau captor utilizada, variacion aleatòria d'una grandor fisicoquimica... etc. D'un biais generau, lo tèrme « error aleatòria » gropa l'ensemble dei factors d'error impossibles de mestrejar. En revènge, aqueu « d'error sistematica » designa lei causas d'error corregiblas coma un defaut tecnic ò un montatge experimentau erronèu.

L'error relativa η permet d'exprimir la precision d'una mesura :

$\eta ={\frac {|a-b|}{|a|}}$

A partir d'aquela grandor, es possible de determinar lo nombre de chifras precisas N :

$N(b,a)=-\log _{10}\eta =\log _{10}\left|{\frac {a}{a-b}}\right|~.$

Realizar plusors mesuras permet d'obtenir un ensemble de resultats que forman una dispersion estatistica que representa l'incertitud de mesura.

Leis estandards

Per obtenir un resultat fisable, la màger part deis instruments de mesura an besonh de mesurar la grandor cercada sus un element de referéncia. Una tala referéncia es dicha « estandard ». N'existís tres tipes principaus :

• la mesa en plaça d'una corba de calibracion es un metòde generau. Relativament lòng, necessita de realizar la mesura de plusors elements de referéncia per construrre una corba de referéncia. Aquò permet d'obtenir la valor de la grandor mesurada per comparason amb aquela corba.
• l'estandard intèrne designa l'usatge d'un element de referéncia dirèctament integrat dins l'aparelh de mesura. Es sovent un metòde rapide mai l'integracion d'un element de referéncia dins un instrument es pas totjorn aisada.
• l'apondon d'un element de referéncia addicionau es una tecnica similara a la corba de calibracion. Consistís a apondre una quantitat coneguda dau compausat cercat e a mesurar la grandor obtenguda. La grandor cercada es alora egala a la diferéncia entre la valor obtenguda e la valor liada a la preséncia de l'element addicionau. Es una tecnica rapida mai que necessita de conóisser l'espècia analizada.

Lo sinhau e lo bruch

Article detalhat: Bruch de mesura.

Lo bruch de mesura designa l'ensemble dei senhaus parasits que se superpausan au senhau util. Es una gèina per la comprenença de l'informacion obtenguda e es una causa majora d'error de mesura. Seis originas son fòrça variadas (agitacion termica, agitacion atmosferica... etc.) e son estudi es un aspècte important de la quimia analitica car la reduccion dei parasits permet de melhorar la precision dei mesuras.

Annèxas

Liames intèrnes

• Analisi gravimetrica.
• Analisi termica.
• Biologia.
• Bruch de mesura.
• Calorimetria.
• Compausat quimic.
• Error de mesura.
• Espectroscopia.
• Espectroscopia de massa.
• Fisica.
• Incertitud de mesura.
• Laboratòri.
• Metrologia.
• Microscopia.
• Quimia.
• Tèst de flama.
• Tèst quimic.
• Titratge.

Bibliografia

• (en) Keith D. Bartle e Peter Myers, « History of gas chromatography », Analytical Chemistry, vol. 21, n° 9-10, 2002, p. 547.
• (en) Chatwal Anand Gurdeep, Instrumental Methods of Chemical Analysis, Himalaya Publishing House, 2008.
• (en) Ralph L. Shriner, Reynold C. Fuson, David Y. Curtin, Terence C. Morill, The systematic identification of organic compounds - a laboratory manual, Verlag Wiley, 1980.