Вход

Предмет аналитической химии. История и применение

Реферат по химии
Дата добавления: 11 июля 2007
Язык реферата: Русский
Word, rtf, 179 кб (архив zip, 31 кб)
Реферат можно скачать бесплатно
Скачать


478Каримов Олег, группа ТСк-05

Предмет аналитической химии. История аналитической химии. Применение аналитической химии. Современные задачи аналитической химии


Предмет аналитической химии

Аналитической химией называют науку о методах и средствах определения химического состава веществ и их смесей (греч. analysis – разделение на части).

Аналитическая химия является фундаментальной химической наукой, занимающей видное место в ряду других химических дисциплин. Вместе с тем аналитическая химия теснейшим образом связана с повседневной практикой, поскольку без данных анализа о содержании в сырье или ином объекте основных компонентов и примесей невозможно грамотное проведение технологического процесса в любой отрасли промышленности. Данные химического анализа требуются при решении экономических и других важных вопросов.

Предметом аналитической химии является разработка методов анализа и практическое выполнение анализов, а также широкое исследование теоретических основ аналитических методов.


История аналитической химии

Существует мнение, что интерес к истории дисциплины возрастает в пе­риоды, когда данная наука переживает если не застой, то, во всяком случае, развивается спокойно, эволюционно. Во времена же «бури и натиска», когда одно открытие опережает другое, когда спешат проверить и реализовать возможности рождающихся друг за другом методов, — в такие времена, го­ворят, не до истории.

В таком высказывании есть определенный смысл, однако изучать исто­рию науки необходимо и в бурные периоды развития; специалист должен быть знаком с историей. Знание истории науки вооружает ученого методоло­гически. Знание истории своей дисциплины укрепляет любовь к науке, при­общает к ней. Многие ученые, к мнению которых стоит прислушаться, пола­гали, что изучение истории служит даже инструментом развития науки сего­дняшней. В.И. Вернадский, например, писал, что «история науки является ... орудием достижения нового».

Изучение прошлого аналитической химии жизненно необходимо для понимания ее особенностей, механизмов развития, истоков ее методов, для оценки того, что нас ожидает. Знакомство с историей аналитической химии — занятие к тому же весьма интересное. В деятельности ученых прошлого час­то можно увидеть пример, иногда идеал.

Аналитическая химия – в известной степени первооснова всей химии, эту мысль мы встречаем у многих историков химической науки. Например, открытие новых элементов – ведь это аналитическая задача. Во всяком слу­чае, так было до последнего времени, когда новые элементы стали «делать» физики-ядерщики, да и то без химико-аналитической методологии обойтись они часто не могут.

Аналитическая химия прошла большой исторический путь. Можно вы­делить следующие периоды: наука древних; алхимия (IV—XVI вв.), иатрохимия (XVI—XVII вв.), эпоха флогистона (XVII—XVIII вв.), период науч­ной химии (XIX—XX вв.); современный период.

Анализ в древности. Химический анализ проводится с незапа­мятных времен. Первый аналитический прибор – весы – известен с глубо­кой древности. Анализу подвергали руды, сплавы, изделия из драгоценных металлов. У римского историка Плиния описана методика анализа золота, еще раньше об оценке содержания золота писал император Вавилона. Пли­ний пишет об использовании экстракта дубильных орешков в качестве реак­тива. С помощью папируса, пропитанного экстрактом, отличали медь от же­леза (в растворе сульфата железа папирус чернел). В древности умели опре­делять концентрацию по удельному весу; само понятие «удельный вес» из­вестно по крайней мере со времен Архимеда. По-видимому, вторым по вре­мени появления аналитическим прибором был ареометр, он описан в трудах древнегреческих ученых. В произведении Теофраста «О камнях» говорится об определении золота с помощью так называемого пробного, или пробир­ного, камня; способ этот применяется и до сих пор, например в инспекциях пробирного надзора.

Во времена алхимии выполнен огромный объем экспериментальных работ, что обеспечило развитие техники химических операций и накопление обширной конкретной информации о свойствах веществ. Было найдено много способов различать вещества. Был отработан метод определения золота и серебра, основанный на «пробирной плавке» — плавлении в присутствии восстановителя и металла-носителя (обычно свинца), в расплаве которого хорошо растворяются драгоценные металлы. Во Франции в XIV в. этот спо­соб был детально описан в королевском декрете Филиппа VI (1343) — всем было предписано пользоваться именно этим методом.

Получил дальнейшее развитие метод пробного камня; суть его заключа­ется в том, что изделиями из золота на поверхности пробного камня наносят царапины. Их цвет, точнее оттенок, и толщина зависят от содержания золота. В средние века стали использовать шкалу из 24 игл с разным содержанием золота.

Для анализа стали использовать растворы. Были открыты цинк, сурьма и висмут.

В период иатрохимии появились новые способы обнаружения ве­ществ, основанные на переводе их в раствор. Например, была открыта реак­ция серебра с хлорид-ионами. Как пишут Ф. Сабадвари и А. Робинсон, авто­ры книги «История аналитической химии», в этот период было открыто большинство химических реакций, использованных впоследствии при разра­ботке классической схемы качественного анализа. Монах Василий Валентин ввел понятия «осаждение», «осадок».

Существенное место в истории аналитической химии занимает английский ученый Роберт Бойль (XVII в.), который ввел термин «химический анализ» Со времен Р. Бойля и до первой половины XIX в. аналитическая химия была основной частью химии.

Термин «химический анализ» впервые упомянут Р. Бойлем в письме к Ф. Клодию, написанном в 1654 г. в имении Бойля, которое находилось в Ирландии. «Я живу здесь в варварской стране, — пишет Бойль, — где химический дух так не­правильно воспринимается, а химическим оборудованием так трудно себя обеспе­чить, что нечего и думать об алхимии, так как что-либо осуществить здесь невоз­можно... Что касается меня, то я не могу жить бесполезно или быть совершенно чуж­дым изучению природы. Поскольку я не имею колб и печей, чтобы выполнять хими­ческие анализы неживых объектов, я упражняюсь в анатомировании животных».

Р. Бойль систематически использовал экстракты растений (лакмус, фи­алка и др.) и животных тканей для определения кислотности и щелочности растворов; например, он установил, что в щелочном растворе экстракт фиал­ки становится зеленым. Известное с древних времен свойство экстракта ду­бильных орешков окрашиваться в присутствии железа и меди было дополне­но наблюдением, что интенсивность возникающей при этом окраски связана с содержанием металла в растворе. Известно, что Бойль судил о составе осадков по форме образующихся кристаллов; он проводил фракционную кристаллизацию. Бойль отделил химию от медицины, это был конец эпохи иатрохимии.

Время теории флогистона: в XVIII в. многое было сделано в облас­ти изучения газов. Создателями газового анализа были работавшие примерно в одно время Г. Кавендиш (показал, что вода — сложное вещество), Дж. Пристли, К. Шееле, Дж. Блэк. С их именами связано открытие кислоро­да и водорода, а также много других открытий. Например, шведский ученый К. Шееле получил щавелевую кислоту, которую сам и предложил впервые как реагент на кальций. Одним из ведущих аналитиков XVIII столетия был А. Маргтраф, который начал использовать микроскоп в химическом анализе, ввел новые методы, в том числе способ определения серебра с помощью хлорида.

В качестве курьеза отметим, что венгерский ученый Я. Винтерль опубликовал способ определения флогистона.

Крупнейшим аналитиком XVIII в. был шведский химик Т. Бергман (1735—1784). Он впервые провел различие между качественным и количест­венным анализом, обобщил накопленный к тому времени материал о приме­нении паяльной трубки в анализе. В те времена паяльная трубка была мощ­ным инструментом аналитического исследования; например, с ее помощью был установлен качественный состав многих минералов, открыто немало элементов. Особенно крупной заслугой Бергмана было то, что он установил влияние углерода и фосфора на свойства железа. Точное определение содер­жания углерода в разных образцах железа, полученного с использованием каменного угля, открыло дорогу современной металлургии. Сейчас все зна­ют, чем отличаются, скажем, сталь и чугун. Хотя химический анализ и был известен за две тысячи лет до Бергмана, этот шведский ученый придал ему статус отдельного направления науки — аналитической химии, создал пер­вую схему качественного химического анализа.

Период научной химии: конец XVIII — начало XIX вв. характе­ризовались общеизвестными открытиями А. Л. Лавуазье (кислородная тео­рия горения, закон сохранения вещества, различие между элементами и со­единениями), похоронившими теорию флогистона.

В этот период произошло становление законов стехиометрии — фунда­ментальной базы аналитической химии. У истоков этих исследований стоял немецкий ученый И. В. Рихтер. В студенческие годы на него большое впе­чатление произвели слова его учителя философа Э. Канта о том, что в от­дельных направлениях естественных наук истинной науки столько, сколько в ней математики. Рихтер посвятил свою диссертацию использованию матема­тики в химии. Не будучи в сущности химиком, Рихтер ввел первые количе­ственные уравнения химических реакций, стал использовать термин «стехиометрия», начал определять атомные веса.

Идея о том, что химические соединения имеют определенный, четко устанавливаемый состав (развитая далее Ж. Л. Прустом и особенно Дж. Даль­тоном), встретила возражения французского химика К. Л. Бертолле. Он опубликовал теорию, согласно которой состав химического соединения, об­разуемого двумя элементами, может меняться в любых пределах и соотно­шениях. «Будь эта теория правильна, — пишут историки химии, — она раз­рушила бы всю теоретическую базу количественного анализа того времени».

Закон кратных отношений (Дальтон), шкала атомных весов — все это действительно легло в основу количественного химического анализа.

Знаменитый шведский химик Я. Берцелиус (1779—1848) продолжал ли­нию И. Рихтера, на основе анализа оксидов он определил атомные веса почти всех известных тогда элементов, ввел символы элементов, химические фор­мулы, активно проводил аналитические расчеты на основе правил стехио­метрии. Берцелиус стоял у истоков метрологии анализа. Он оценивал ошиб­ки определений, разработал точные методы взвешивания, ему принадлежит методика определения платиновых металлов. Шведский ученый пытался создать новую схему качественного анализа. При анализе силикатов Берце­лиус применил фтористоводородную кислоту — прием, широко используе­мый и по сей день; использовал возгонку хлоридов для разделения металлов.

Первые руководства по химическому анализу появились еще во времена алхимии. В XVII в. их было уже немало. В 1790 г. в Иене была издана книга И. Геттлинга «Полная химическая пробирная палата», в 1799 г. во Франции — труд Л. Н. Воклена «Руководство испытателя», В. А. Лампадиус в 1801 г. опубликовал «Руководство по химическому анализу минеральных веществ», где появляется термин «аналитическая химия», термин приживается, например, в книге К. Праффа «Руководство по аналитической химии для химиков государственных врачей, аптекарей, сельских хозяев и рудознатцев» (1821).

В аналитической химии до самого последнего времени большое значение имел систематический качественный анализ. Если еще раз взглянуть на историю качественного химического анализа, то можно отметить некоторые вехи. Р. Бойль, видимо, первым использовал сероводород как химический реагент для обнаружения олова и свинца. Бергман сделал сероводород одним из главных реактивов, использовав его для получения осадков со многими металлами. В этом направлении много работали также Ж. Л. Гей-Люссак и другие химики XIX в. Отдельные качественные реакции накапливались еще со средних веков, в числе относительно новых можно назвать реакцию йода крахмалом (Ф. Штромайер, 1815), фосфора с молибдатом (Л. Ф. Сванберг, 348). Для получения сероводорода стали использовать аппарат Киппа (1864). Современная» сероводородная схема качественного анализа оформилась в трудах Г. Розе, К. Р. Фрезениуса и др. Позднее, в основном в XX в., были предложены и другие схемы.

В числе методов количественного анализа к середине XIX в. оформились титриметрические, гравиметрические методы, способы элементного органического анализа, методы газового анализа.

Основы титриметрического метода были заложены еще в середине VIII столетия, метод родился как ответ на требования промышленности, то пример метода, который развивался под напором практических задач, первыми и главными собственно химическими продуктами промышленности были серная и соляная кислоты, сода и хлорная вода; их применяли, например, при отбеливании тканей. Производство и применение химических веществ требовалось контролировать. Еще в 1726 г. К. Ж. Жоффруа осуществил нейтрализацию кислот в аналитических целях. Уксусную кислоту нейтрализовали карбонатом калия; индикатором, свидетельствующим о конце такого «титрования», служило прекращение выделения газа.

К 1750 г. в качестве титранта стали использовать раствор с известной концентрацией, а индикатором служил фиалковый экстракт. Важное прикладное значение имело использование титриметрии в процессе отбеливания саней во Франции (Ф. Декруазиль и др.); в 1795 г. был предложен метод определения гипохлорита. Здесь были отработаны устройства для титрования — пипетки, бюретки, мерные колбы. Ж. Л. Гей-Люссак позднее предложил индиго в качестве индикатора для окислительно-восстановительного титрования. Он ввел и термин «титрование».

Гравиметрический (весовой) анализ подробно описан в учебнике Р. Фрезениуса (1846, русский перевод 1848). Метод основывался на количественном выделении нужного вещества в осадок, высушивании, прокаливании и взвешивании. Позднее (1883) были предложены беззольные фильтры, фильтрующие тигли Ф. Гуча (1878), органические осадители. Уже в XX в. появились осаждение «из гомогенного раствора», термогравиметрия.

По существу, гравиметрическим был и элементный анализ органических веществ. Первые анализы такого рода выполнял А. Л. Лавуазье; он нашел, например, что в спирте соотношение С:Н равно 3,6:1 (истинное 4:1). Основ­ную классическую схему анализа на углерод и водород разработал немецкий химик Ю. Либих в первой половине XIX в. Француз Ж. Б. Дюма предложил (1831) метод определения азота, но сейчас большее значение имеет метод И. Кьельдаля (1883). Много позднее австрийский ученый Ф. Прегль разработал способы микроанализа, за которые был удостоен Нобелевской премии (1923).

Из наиболее известных книг XIX в. отметим «Руководство по аналити­ческой химии» Г. Розе (1829), «Руководство по качественному химическому анализу» К. Р. Фрезениуса (1841). В России в конце XIX в. был широко рас­пространен учебник «Аналитическая химия», написанный Н. А. Меншуткиным, издававшийся 16 раз, в том числе и после революции.

Аналитические реагенты традиционно были неорганическими и органи­ческими (экстракты дубильных орешков или фиалок, щавелевая кислота). Во второй половине XIX в. число органических соединений, используемых для анализа, увеличивается. Предложен (1879) реактив Грисса на нитрит-ион (смесь ?-нафтиламина и сульфаниловой кислоты дает с нитритом красное окрашивание). М. А. Ильинский (1885) использовал 1-нитрозо-2-нафтол в качестве реагента на кобальт. Большое значение имели работы Л. А. Чугаева, применившего диметилглиоксим для обнаружения и определения никеля.

Так называемые инструментальные методы анализа известны тоже дав­но — если считать весы аналитическим прибором. Первые попытки исполь­зовать электрогравиметрию относят к началу XIX столетия, количественные оп­ределения (меди, никеля, серебра) этим методом проводятся с 1864 г.

Важной вехой была разработка атомно-эмиссионного спектрального анализа (Германия, 60-е годы XIX в., физик Г. Кирхгоф и химик Р. Бунзен). Колориметрические, фотометрические методы восходят еще к упоминавше­муся наблюдению Бойля о зависимости интенсивности окраски от содержа­ния металла. Существенное значение имело установление закона светопоглощения (П. Бугер, И. Ламберт, А. Бер, XVIII—XIX вв.). Русский минералог В. М. Севергин на рубеже XVIII и XIX столетий проводил анализы, которые мы сегодня назвали бы колориметрическими. В 1846 г. описан способ опре­деления меди по синей окраске ее комплекса с аммиаком, а в 1852 г. — ме­тод определения железа по окраске тиоцианатного комплекса. Первый колориметр Дюбоска появился в 1870 г.

В самом конце XIX в. сложилась теория химических взаимодействий, используемых в аналитической химии. Это заслуга немецкого физико-химика В. Оствальда, опубликовавшего в 1894 г. свою очень известную книгу о теоретических основах аналитической химии. В основу были положены теория электролитической диссоциации и учение о химическом равновесии в растворах с участием ионов. Такой аспект теории был связан с тем, что к этому времени преобладающее место в аналитической химии заняли методы анализа в водных растворах после перевода веществ в ионное состояние. Эта теория в основе своей сохранилась и до сих пор, хотя круг ее действия огра­ничен химическими методами анализа, уже не занимающими такого доми­нирующего положения, как во времена Оствальда.

Новейший период истории аналитической химии, особенно богат ново­введениями. Большое значение имело открытие хроматографии (русский ботаник и биохимик М. С. Цвет, 1903) и последующее создание разных ва­риантов хроматографического метода — процесс, продолжающийся до сих пор. А. Мартин и Р. Синдж за работы по распределительной хроматографии были удостоены Нобелевских премий, А. Тизелиус — за исследования по электрофорезу и «адсорбционному анализу». Был предложен и развит метод полярографии, за который чехословацкий ученый Я. Гейровский тоже был удостоен Нобелевской премии.

Значительным дополнением к титриметрическим методам было разви­тие так называемого комплексонометрического титрования — метода, осно­ванного на использовании (в качестве титранта) полиаминополикарбоновых кислот, названных «комплексонами». Собственно говоря, почти все методы базировались на применении одной кислоты — этилендиаминтетрауксусной. Вклад в это направление внесен прежде всего швейцарским химиком Г. Шварценбахом, а также чехословацким ученым Р. Пршибилом и др. (30—50-е годы).

Появилось много физических и химических методов анализа — масс-спектрометрические, рентгеновские, ядерно-физические, новые варианты электрохимических методов, интенсивно развивались фотометрические ме­тоды (особенно с использованием органических реагентов). Нужно отметить разработку и широкое распространение атомно-абсорбционного метода (А. Уолш, К. Алкемаде, Б. В. Львов, 50-е годы).

О развитии аналитической химии в России упоминалось ранее. Следует добавить, что несколько членов Петербургской академии наук активно зани­мались химическим анализом — М. В. Ломоносов (1711—1765), Т. Е. Ловиц (1757—1804), В. М. Севергин (1765—1826), Г. И. Гесс (1802—1850), Ф. Ф. Бейльштейн (1838—1906).

В конце ХIX столетия в России возник принципиально новый метод анализа, разработанный главным образом Н. С. Курнаковым (1860 – 1941) и его школой. Этот метод, получивший название «физико-химический анализ» заключается в определении химической природы сложных систем (например, сплвов, растворов, стекол) путем построения диаграмм «состав – свойство». Таким образом, можно находить наиболее благоприятные условия для течения химических реакций, устанавливать состав отдельных фаз в гетерогенных системах и т.д. В советское время аналитическая химия успешно помогала решать многие научно-технические проблемы государст­венного значения (освоение атомной энергии, полупроводники и др.). Советские ученые внесли существенный вклад в теорию и разработку новых методов аналитической химии. Н. А. Тананаев разработал капельный метод качественного анализа (по-видимому, одновременно с австрийским, позднее бразильским, аналитиком Ф. Файглем).

В результате исследований Л. А. Чугаева, Н. С. Курнакова, В. В. Лебединского, В. Г. Хлопина, И. И. Черняева и др., выполненных в Институте по изучению платины и других благородных металлов, а также в Институте физико-химического анализа, были разработаны методы определения и разделения элементов платиновой группы.

Крупные работы в области анализа минерального сырья и аналитической химии редких элементов были проведены В. И. Вернадским, В. Г. Хлопиным и К. А. Ненадкевичем.

Кроме того, В. Г. Хлопиным с сотрудниками (в Радиевом институте) разрабатывались физические и химические методы контроля технологии получения урана, радия и ванадия.

Большое значение имели аналитические работы, выполнявшиеся в отраслевых институтах (ИРЕА, НИУИФ и др.).

В 30-е годы создание промышленности редких металлов, новых химических производств, расширение сырьевой базы стимулировали разработку методов массового и экспрессного контроля.

Организаторами первых лабораторий по полярографии стали В. И. Вернадский и А. П. Виноградов. Разработка других электрохими­ческих методов (потенциометрических, амперометрических, кулонометрических) связана с трудами Б. П. Никольского, И. П. Алимарина, П. А. Крюкова, В. А. Заринского. Фундаментальная теория стеклянного электрода, лежащая в основе современной рН-метрии, разработана Б. П. Никольским с сотрудниками.

Под влиянием теоретических исследований И. П. Алимарина, В. И. Кузнецова, С. Б. Саввина и А. А. Немодрука, посвященных комплексообразованию в растворах и химизму цветных реакций, усиленно развивались фотометрические методы анализа.

Благодаря работам Г. С. Ландсберга, С. И. Вавилова, Л. И. Мандель­штама, М. А. Константиновой-Шлезингер и других исследователей важнейшим методом аналитического контроля стал эмиссионный спек­тральный анализ.

Огромное значение для развития аналитической химии в нашей стране имела организация Института геохимии и аналитической хи­мии, где под руководством академика А. П. Виноградова развивались наибо­лее перспективные направления химического анализа.

В 40—60-е годы создавалась атомная энергетика, организовывалось производство редких и редкоземельных металлов, налаживалось полу­чение сверхчистых материалов для электронной промышленности и других отраслей новой техники.

Методы аналитического контроля в производстве атомных материа­лов разрабатывались А. П. Виноградовым, Д. И. Рябчиковым, И. П. Алимариным, Б. П. Никольским, П. Н. Палеем, И. В. Тананаевым и др.

В аналитическую химию редких и редкоземельных металлов весо­мый вклад внесли те же А. П. Виноградов, Д. И. Рябчиков, И. П. Алимарин, а также М. М. Сенявин, Ю. С. Скляренко, А. Н. Ермаков, А. И. Пономарев.

Известны заслуги И. П. Алимарина, Ю. А. Золотова, М. С. Чупахина и Ю. В. Яковлева в разработке физико-химических методов анализа высокочистых металлов, полупроводниковых материалов и химических реактивов.

Наряду с разработкой новых методов количественного определения успешно развивались методом разделения и концентрирования элементов с помощью хроматографии, экстракции, соосаждения. Исследова­ние возможностей хроматографического концентрирования и разделе­ния элементов связано с именами Б. П. Никольского, К. В. Чмутова, Е. Н. Гапона, Т. Б. Гапон, Ф. М. Шемякина, Д. И. Рябчикова, М. М. Сенявина, В. В. Рачинского, К. М. Ольшановой и др.

Существенный вклад в теорию экстракционного концентрирования и разделения элементов внесли И. П. Алимарин, В. И. Кузнецов, Ю. А. Золотов, А. И. Бусев.

В частности, Ю. А. Золотов предложил теорию экстракции внутрикомплексных соединений, обосновал гидратно-сольватный механизм экстракции, разработал ряд методов разделения смесей металлов и концентрирования элементов, ввел понятие о гибридных методах ана­лиза, написал труды «Экстракция внутрикомплексных соединений» и «Экстракционное концентрирование» (совместно с Н. М. Кузьминым), развивает высокоэффективную жидкостную хроматографию.

Успешно развивали метод соосаждения В. И. Кузнецов, А. М. Ва­сильев, Н. А. Руднев и др.

Известные ученые А. П. Терентьев, М. О. Коршун, В. А. Климова, Н. Э. Гельман, В. Г. Березкин содействовали своими трудами разработ­ке новых методов анализа органических соединений.

Для развития советской аналитической химии много сделали уче­ные: А. К. Бабко, Н. С. Полуэктов, К. Б. Яцимирский (АН Украины), Г. Л. Старобинец (АН Беларуси), Ю. С. Ляликов (АН Молдовы) и др.

В настоящее время научный совет по аналитической химии РАН координирует исследовательские работы в масштабах всей стра­ны.

Разносторонние зарубежные связи наших химико-аналитиков осу­ществляются главным образом через Международный союз чистой и прикладной химии (ИЮПАК).

Исследования, посвященные новым методам анализа, проводились не только Институтом геохимии и аналитической химии, но и другими институтами РАН, а также многими вузами.

Новые работы систематически публикуются в «Журнале аналити­ческой химии», в журнале «Заводская лаборатория», в сборниках «Проблемы аналитической химии» и на страницах многих других журналов.

Труды российских ученых по аналитической химии представляют собой крупный вклад в мировую химическую науку.

Сегодняшний день аналитической химии характеризуется многими из­менениями: расширяется арсенал методов анализа, особенно в сторону фи­зических и биологических; автоматизация и математизация анализа; созда­ние приемов и средств локального, неразрушающего, дистанционного, не­прерывного анализа; подход к решению задач о формах существования ком­понентов в анализируемых пробах; появление новых возможностей для по­вышения чувствительности, точности и экспрессности анализа; дальнейшее расширение круга анализируемых объектов. Широко используют теперь компьютеры, многое делают лазеры, появились лабораторные роботы; зна­чительно поднялась роль аналитического контроля, особенно объектов ок­ружающей нас среды.

Возрос интерес к методологическим проблемам аналитической химии. Как четко определить предмет этой науки, какое место занимает она в сис­теме научного знания, фундаментальная это наука или прикладная, что сти­мулирует ее развитие — эти и подобные вопросы были предметом многих дискуссий.

Даже в традиционных областях аналитической химии накоплены важ­ные новые данные, которые подчас изменяют устоявшиеся представления о механизме химических реакций, лежащих в основе тех или иных аналитиче­ских методов.


Аналитическая служба. Значение и области применения аналитической химии

В нашей стране аналитическая служба представляет собой совокупность аналитических служб отдельных ведомств, например в области промышленности, геологии, сельского хозяйства, ведомств охраны природы, здравоохранения и др. В США есть государственные аналитические службы, например в агентствах по защите окружающей среды, по аэронавтике и исследованию космического пространства; далее система распадается на подразделения, обслуживающие корпорации; иногда аналитические обслуживающие центры создаются в высших учебных заведениях.

В промышленности различают контроль технологических процессов и контроль сырья и готовой продукции. Первый, как правило, должен быть оперативным, часто непрерывным, желательно автоматизированным. Второй, иногда будучи непрерывным (анализ сырья на ленте транспортера, например неразрушающими ядерно-физическими методами), обычно все-таки конкретный, выборочный, но во многих случаях требует точности и определения нескольких компонентов и чаще выполняется в лаборатории.

Деятельность аналитических лабораторий предприятий имеет исключительно важное значение для государства в целом.

Главная задача производственных лабораторий — в каждодневном обслуживании производства. Многие лаборатории ведут и методическую работу. Для эффективной работы контрольно-аналитические лаборатории должны постоянно получать новые методы, реактивы, приборы.

Многие прикладные лаборатории, располагающие квалифицированны­ми кадрами и современным оборудованием, участвуют в научной работе. В крупных лабораториях организуются специальные методические группы, основная цель которых — разработка, поиск, усовершенствование и приспо­собление к запросам предприятия или организации методов и приемов ана­лиза. Очень важно укреплять такую научную базу на предприятиях, делать производственные лаборатории центрами исследований в области аналити­ческой химии.

Помощь развитию научных исследований в заводских лабораториях призваны оказать прежде всего соответствующие лаборатории отраслевых научно-исследовательских институтов, а также вузы и академические науч­ные учреждения. Важен и обмен опытом между лабораториями, особенно в данной отрасли. Нельзя забывать также, что организация и проведение ис­следований — лучшее средство повышения квалификации работников лабо­раторий.

Все химические анализы в промышленности можно разделить на кон­статирующие и оперативные, или экспрессные. Результаты констатирую­щих анализов нельзя непосредственно использовать для корректировки технологического процесса, хотя суммирование результатов таких анали­зов позволяет выявлять «хронические» дефекты технологии. Результаты констатирующих анализов, как и анализируемые образцы, можно хранить, обрабатывать, перепроверять. Другое дело — экспресс-анализы. Повто­рить этот анализ обычно невозможно, но, главное, результаты должны быть получены настолько быстро, чтобы их можно было использовать для изменения технологического процесса, если это необходимо. Серьезней­шая задача производственного контроля, особенно экспрессного, — его автоматизация.

Есть еще один существенный аспект производственного аналитического контроля — его экономика. Стоимость аналитического контроля обычно невелика. Так, в металлургии она не превышает 1% стоимости продукции, а чаще всего составляет 0,3—0,7%. Дополнительные затраты на химический контроль окупаются повышением качества продукции, достижением боль­шей стабильности технологических процессов.

Один из недостатков в организации аналитического контроля — неоп­ределенность решений, которые должны приниматься по результатам анали­зов, а в связи с этим и недостаточная ясность в вопросе о том, где и когда анализы обязательны. Аналитический контроль в наибольшем объеме требу­ется при запуске нового производства и его освоения. По мере того как тех­нологические процессы осваиваются и стабилизируются, число точек пробоотбора и частота анализа должны сокращаться. В сущности, контроль дол­жен сохраняться в тех точках, где по тем или иным причинам есть колебания в составе веществ.

Аналитические определения необходимы при выполнении каждой научно-исследовательской работы по химии. Кроме того, к аналитическим методам прибегают в процессе выполнения научно-исследовательских работ в области геохимии, геологии, минералогии, металлургии, медицины, биологии, агрохимии и др.

Методы аналитической химии широко реализуются в самых разнообразных производствах. Например, в нефтехимии, металлургии, при получении кислот, щелочей, соды, удобрений, органических продуктов и красителей, пластических масс, искусственных и синтетических волокон, строительных материалов, взрывчатых веществ, поверхностно-активных веществ, лекарственных препаратов, парфюмерии.

Возрастает роль качественного и количественного анализа для сельского хозяйства, для повышения урожайности сельскохозяйствен­ных культур и продуктивности животноводства. Изучают состав почв, определяют в них макро- и микроэлементы, анализируют удобрения и сельскохозяйственные яды, контролируют качество продукции расте­ниеводства и животноводства. Теоретическую и методическую основу агрохимического анализа составляет аналитическая химия.

Расход извести, гипса, азотных, фосфорных и калийных удобрений на единицу площади рассчитывают по химическому составу почвы. Чтобы правильно использовать удобрения, необходимо знать содержа­ние в них главного питательного вещества (например, N2, Р2О5, К2О), которое может изменяться при хранении.

В последние десятилетия в связи с расширением производства и применения синтетических пестицидов и гербицидов, микроудобрений и комплексных минеральных удобрений перед аналитической химией возникла необходимость определения микрокомпонентов в почвах, растениях, водах. Пестициды загрязняют окружающую среду. Пище­вые продукты, получаемые из обработанных ими растений, могут содержать опасные для здоровья количества токсичных соединений. Успешное решение вопросов гигиены и токсикологии пестицидов и гербицидов возможно только при наличии высокочувствительных и простых аналитических методов определения. Классические химичес­кие методы часто малопригодны для этих целей как недостаточно чувствительные, длительные и громоздкие.

Знание аналитической химии необходимо при изучении специаль­ных дисциплин: почвоведения, общего земледелия, агрономической химии, физиологии животных и растений, микробиологии, химической защиты растений, процессов переработки продукции сельского хозяй­ства. Без аналитической химии немыслима правильная постановка агрохимического эксперимента.

Экспериментальная работа в области многих сельскохозяйственных наук обычно связана с разработкой новых методов анализа. Например, К. А. Тимирязев, изучая физиологические проблемы дыхания расте­ний, одновременно разработал и использовал новые, более точные методы определения оксида углерода (IV). С помощью метода мече­ных атомов изучен процесс фотолиза воды в клетках зеленого расте­ния. Доказано, кроме того, что растения поглощают оксид углерода (IV) не только листьями из воздуха, но и корнями из почвы.

Кроме сельскохозяйственных наук методами аналитической хи­мии пользуются также биологические, медицинские и технические науки.

В настоящее время развивается аналитическая космохимия, кото­рая изучает распространение элементов в космических телах. Напри­мер, в лунном грунте с высокой точностью определено содержание 65 элементов. Успешно изучается состав других планет Солнечной систе­мы.


Современные задачи аналитической химии

Задачи аналитической химии можно кратко сформулировать следующим образом:

  1. Развитие теории химических и физико-химических методов анализа, научное обоснование, разработка и совершенствование приемов и методов исследования, в том числе автоматических.

  2. Разработка методов разделения веществ и методов концентрирования микропримесей.

  3. Совершенствование и разработка методов анализа природных веществ, окружающей среды и технических материалов и т.п.

  4. Обеспечение химико-аналитического контроля в процессе проведения разнообразных научно-исследовательских работ в области химии и смежных областей науки, промышленности, техники.

  5. Поддержание химико-технологических и физико-химических процессов производства на заданном оптимальном уровне на основе систематического химико-аналитического контроля всех звеньев промышленного производства.

Одна из важнейших задач современной аналитической химии сос­тоит в контроле чистоты технически важных веществ. В науке и техни­ке используются вещества различной чистоты.

  1. Создание методов автоматического контроля технологических процессов, сочетающихся с системами управления на основе использования электронных вычислительных, регистрирующих, сигнализирующих, блокирующих и управляющих машин, приборов и аппаратов.


Использованная литература

  1. Аналитическая химия: Учебник для студ. сред. проф. учеб. заведений / Ю. М. Глубоков, В. А. Головачева, Ю. А. Ефимова и др.; Под ред. А. А. Ищенко. – М.: Издательский центр «Академия», 2004.

  2. Крешков А. П. Основы аналитической химии. Теоретические основы. Качественный анализ, книга первая, изд. 4-е, перераб. М., «Химия», 1976.

  3. Цитович И. К. Курс аналитической химии. Учебник. 7-е изд., стер. – Спб.: Издательство «Лань», 2004.

  4. Основы аналитической химии. В 2 кн. Кн. 1. Общие вопросы. Методы разделения: Учебник для вузов / Ю. А. Золотов, Е. Н. Дорохова, В. И Фадеева и др. Под ред. Ю. А. Золотова. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 2004.

  5. Аналитический контроль в основной химической промышленности / Н. Ф. Клещев, Т. Д. Костыркина, Г. С. Бескова, Е. Т. Моргунова. – М.: Химия, 1992 г.

10

© Рефератбанк, 2002 - 2017