כימיה אנליטית

כימיה אנליטית היא ענף של הכימיה שעוסק בבדיקת חומרים. המטרה היא לדעת מה יש בדוגמה (זיהוי) וכמה ממנו יש (כימות).

התחום קיים כבר זמן רב. במאה ה-19 התפתחה אנליזה של יסודות וחקר תגובות של תרכובות אורגניות. המכשיר האנליטי המוקדם החשוב היה ספקטרוסקופ להבה, שפיתחו בונסן וקירכהוף, וגילה יסודות חדשים.

מאז המאה ה-20 וככל שהתפתח המכשור, התחום הפך למרכזי בכימיה. משנות ה-70 התרחב ליו-כימיה ביולוגית (כימיה ביואנליטית), וקיבל יישומים רפואיים, סביבתיים ופורנזיים.

האתגרים נוגעים למדידה של כמויות קטנות מאוד, דוגמאות מורכבות וזמני תגובה קצרים. יש להתגבר על הפרעות כימיות ופיזיקליות ולפתח מכשירים רגישים.

אנליזה איכותית קובעת מה נמצא בדוגמה. אנליזה כמותית מודדת כמה יש ממנו. בדרך כלל מתחילים בזיהוי החומר ואז עוברים לכימות.

בדיקות אפיון בודקות את זהות החומרים ואת תכונותיהם הפיזיקליות והכימיות. הן כוללות קביעת מבנה מולקולרי, יציבות ותכונות נוספות.

אנליזות בסיסיות חוקרות איך השיטות והמכשירים עובדים. הן בודקות מגבלות ושיפורים אפשריים. הן מאפשרות להרחיב טכניקות קיימות ולפתח חדשות.

1. זיהוי הבעיה והגדרתה, בשיתוף צוות מדעי.
2. תכנון ניסוי: בוחרים או מפתחים שיטה לפי דיוק, אמינות, רגישות ועלות. יש לקחת בחשבון איסוף הדוגמה והכנתה.
3. ביצוע הניסוי ואיסוף נתונים; יש להשתמש בסטנדרטים לכיוון מדויק של המכשירים.
4. ניתוח הנתונים בעזרת עיבוד חישובי וסטטיסטי כדי להעריך את האמינות.
5. הצעת פתרון ושיפור השיטה עד לאשרור חיצוני.

כימיה אנליטית מחולקת לכימיה אנליטית קלאסית ושיטות מיכשוריות מודרניות. המודרניות הן ממוחשבות ומבוססות על מכשור רב.

כימיה אנליטית קלאסית כוללת גרווימטריה (מדידת מסה של תוצר שיקוע) וטיטרציה (מדידה כמותית בעזרת תמיסה בריכוז ידוע).

כימיה אנליטית מיכשורית מבוססת על מכשירים מתקדמים. דוגמאות מרכזיות:
- ספקטרוסקופיה (שימוש באור או קרינה כדי לזהות ולכמת חומרים). שיטות נפוצות הן UV-Visible (אולטרה-סגול ואור נראה) ו-IR (אינפרא-אדום).
- ספקטרוסקופיית מסות (Mass Spectrometry), שבודקת מסות של אטומים ומולקולות.
- NMR (תהודה מגנטית גרעינית), שיטה שקובעת מבנים מולקולריים באמצעות תגובה לגלי רדיו בשדה מגנטי.
- אלקטרוכימיה, מדידה של מתח וזרם חשמלי כדי לקבוע ריכוזים של חומרים בתמיסה.
- שיטות הפרדה כמו כרומטוגרפיה (למשל HPLC ו-GC), שמפרידות מרכיבים בתערובת לפני זיהוי וכימות.
- אלקטרופורזה, הפרדה של חלבונים וחומצות גרעין בעזרת שדה חשמלי.

שיטות אלה משולבות לעתים קרובות. לדוגמה, ספקטרומטר מסות משולב בכרומטוגרפיה להפרדה וזיהוי מדויק.

כימיה אנליטית עוזרת לדעת ממה עשויה דוגמה וכמה יש מכל דבר בתוכה. זה כמו חקירה של חומרים.

תחום זה קיים כבר הרבה זמן. במאה ה-19 התחילו לזהות יסודות ולנתח חומרים. מדענים פיתחו מכשירים שעוזרים לראות אילו יסודות קיימים.

האתגר הוא למדוד כמויות קטנות ולעבוד עם דוגמות מסובכות. לפעמים צריך מכשירים רגישים מאוד.

איכותית = למצוא מה יש בדוגמה. כמותית = למדוד כמה יש.

אפיון אומר לבדוק תכונות של חומר. זה כולל בדיקה של הצורה והמבנה של המולקולה.

1. למצוא ולנסח את הבעיה.
2. לתכנן ניסוי ולבחור שיטה מתאימה.
3. לבצע את הניסוי ולמדוד.
4. לנתח את התוצאות.
5. לשפר ולהציע פתרון אם צריך.

- ספקטרוסקופיה: משתמשים באור כדי לזהות חומרים.
- כרומטוגרפיה: מפרידים חלקים מתערובת.
- אלקטרוכימיה: מודדים חשמל בתמיסות כדי למצוא ריכוזים.
- מד masse (ספקטרומטר מסות): בודקים את המשקל של חלקיקים קטנים כדי לזהותם.
- אלקטרופורזה: מפרידים חלבונים וחומצות גרעין עם חשמל.

כימיה אנליטית עוזרת בפיקוח על תרופות, בסביבה ובחקר מחלות.