История развития аналитической химии

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Современное общество является результатом развития человечества с древнейших времен. Еще Гегель считал, что ключ к пониманию любых явлений можно найти при рассмотрении процесса их возникновения, другими словами, изучая их историю. История развития химии в целом, и аналитической химии в частности, имеет большое значение, как для духовного, так и для материального развития общества. Индустриализация, связанная с развитием химии (аналитическая химия всегда была частью химии, а порой даже основной ее частью), породила достаточно большое количество проблем, решение которых весьма проблематично без химического анализа. Научной основой химического анализа является аналитическая химия. В последнее время значительно выросли возможности аналитической химии, расширилась область методов анализа, повысилась чувствительность, точность и экспрессность анализа, чаще стали применять компьютеры, возросло внимание к аналитическому контролю.

Следует различать аналитическую химию и аналитическую службу. Аналитическая химия - это область научного знания, научная дисциплина, а аналитическая служба - это определенный вид сервиса (конкретный анализ определенных объектов с использованием методов аналитической химии) или система обеспечения потребностей общества в химических анализах.

Значение аналитической химии определяется заинтересованностью общества в результатах аналитического контроля, в установлении качественного и количественного состава вещества, т. е. уровнем развития общества и уровнем развития самой аналитической химии. Так, на современном этапе развития общества все большее значение приобретает осознание общественностью экологической ситуации в мире, что стимулирует бурное развитие методов анализа объектов окружающей среды.

Причиной всеобщей озабоченности состоянием природной среды является факт обнаружения в экологических системах (в основном в биосфере) значительных антропогенных изменений (вызванных деятельностью человека). Для оценки степени негативных изменений вводится понятие экологического мониторинга - системы наблюдений и контроля за изменениями в составе и функциях различных экосистем. Поскольку химическое загрязнение является основным фактором неблагоприятного антропогенного воздействия на природу, наблюдение и контроль за состоянием окружающей среды предполагает исследования атмосферного воздуха, почвы, водоемов на наличие загрязняющих химических веществ, а также изучение радиационного загрязнения, вызывающих нарушение сложившегося экологического равновесия в природе. Следовательно, в основе экологического мониторинга лежит химический анализ. А целью аналитической химии становится определение концентрации загрязняющих веществ в различных природных объектах.

Цель работы: познакомиться с историей развития аналитической химии.

Реализация поставленной цели предполагает решение следующих задач:

· исследовать основные этапы развития и становления науки;

· познакомиться с развитием аналитической химии в России;

· собрать материал и изучить биографию великого русского аналитика - Курнакова Н.С.

Методы исследования:

1. Аналитический.

2. Работа с научной литературой.

Аналитическая химия - это источник инновации и страха. Наиболее сложная ее задача сегодня заключается в том, чтобы донести до общества новые знания из области аналитики. Только так удастся преодолеть страхи и предубеждения. Конечно, учитывая быстрый рост человечества, мы должны беречь наш окружающий мир, нашу землю, полезные ископаемые, воду, воздух. Однако все, кто имеет дело с данными по загрязнению окружающей среды, как аналитики, так и средства массовой информации, выступающие посредниками в работе по связи с общественностью, должны в высокой степени чувствовать свою ответственность.

1. Основные этапы развития аналитической химии

Хронология этапов развития аналитической химии.

Аналитическая химия - в какой-то степени первооснова всей химии. Эту мысль можно встретить у многих историков химической науки, при условии, если открытие новых элементов считать аналитической задачей. Даже получение новых элементов в результате ядерных реакций предполагает использование химико-аналитической методологии, не говоря о чисто эмпирических, найденных случайно простейших приемах качественного распознавания веществ по твердости, вкусу, цвету и запаху, а также несложных приемах их очистки (фильтрование, перегонка), которые применялись древними исследователями.

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 логический 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».

«Наука захватывает нас только тогда, когда, заинтересовавшись жизнью великих исследователей, мы начинаем следить за историей их открытий» (Д.К. Максвелл).

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 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 г.) - 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».

Первые научные труды в разработке теории и практики химического анализа неотделимы от имени первого русского ученого-естествоиспытателя мирового значения М.В. Ломоносова (1711-1765 гг.), исключившего «огненную материю» - флогистон из числа химических агентов и открывшего закон сохранения массы вещества. Он впервые ввел в практику химических исследований количественный учет реагентов химических процессов и по праву считается одним из основоположников количественного анализа. Ряд методов анализа М.В. Ломоносов описал в своей книге «Первые основания металлургии или рудных дел». Начало микрокристаллоскопическому анализу положил в эти же годы русский химик и фармацевт Т.Е. Ловиц (1757-1804 гг.), установив взаимосвязь между формой кристаллов и их химическим составом. Он также предложил, открыв в 1785 г. адсорбцию растворенных веществ углем, использовать этот процесс для очистки веществ, в частности спирта.

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 ХIX в. аналитическая химия была основной частью химии.

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.

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, 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), Знаменитый шведский химик Я. Берцелиус (1779-1848) 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. 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 XVIII столетия, метод родился как ответ на требования промышленности. Это 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. Конец XIX века в истории Российской науки ознаменовался многими крупными научными событиями. Среди них особое значение приобрело создание Н.С. Курнаковым физико-химического анализа.

Критериями выделения этапов развития аналитической химии могут служить принципы накопления знаний и их наивысшего развития. Как известно, постепенное накопление практических и теоретических знаний ведет их к новому качеству. Качественно новые знания в дальнейшем служат основой для поступательного развития науки. Так, до конца XVIII века в аналитической химии шло накопление практических знаний. На это время приходится процесс преобразования фазы наивысшего накопления эмпирических знаний в качественно новые теоретические знания. С конца XVIII века в аналитической химии начинает приобретать все большее значение теория как непременное условие целенаправленной работы исследователя.

В истории аналитической химии, являющейся прикладной дисциплиной, много примеров, демонстрирующих определяющую роль общественного, социального заказа в ее развитии. Возникновение и развитие отдельных методов анализа было связано с необходимостью распознавания материалов, которые использовались в керамике, получении лекарственных препаратов, ядов, изготовлении красок и косметических средств. Прообраз современного химического анализа - так называемое «пробирное искусство» (одна из древнейших форм проведения эксперимента), построенное на эмпирической основе, также было связано с производственной деятельностью человека и товарообращением. Целью химического анализа раннего периода развития аналитической химии была проверка возможности получения нужного для деятельности человека продукта из малого количества сырья при определенных условиях. При этом нельзя забывать, что наука развивалась не во всех странах и частях света. Однако общим для химии древних, периода алхимии, иатрохимии и в эпоху флогистона является то, что развитие химического анализа было обусловлено заказом ремесленной практики, а сам анализ представлял собой по существу мини-производство. В более широком смысле то время можно назвать этапом ремесленной аналитической химии. Так, великая цель алхимиков (превращение неблагородных металлов в золото) была лишь реализацией химиками стремления общества получить золото посредством химического ремесла.

О развитии аналитической химии в России.

М.В. Ломоносов (1711--1765) впервые стал систематически применять весы при изучении химических реакций. В 1756 г. он экспериментально установил один из основных законов природы -- закон сохранения массы вещества, составивший основу количественного анализа и имеющий огромное значение для всей науки. М.В. Ломоносов разработал многие приемы химического анализа и исследования, не потерявшие значения до наших дней (фильтрование под вакуумом, операции гравиметрического анализа и т.д.). К заслугам М.В. Ломоносова в области аналитической химии относится создание основ газового анализа, применение микроскопа для проведения качественного анализа по форме кристаллов, что в дальнейшем привело к развитию микрокристаллоскопического анализа, конструирование рефрактометра и других приборов. Результаты собственных исследований и опыт химика-исследователя, аналитика и технолога М.В. Ломоносов обобщил в книге «Первые основания металлургии или рудных дел» (1763), оказавшей огромное влияние на развитие аналитической химии и смежных областей, а также металлургии и рудного дела.

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 советское время аналитическая химия успешно помогала решать многие научно-технические проблемы государственного значения (освоение атомной энергии, полупроводники и др.). Известны и крупные научные достижения. Н.А. Тананаев разработал капельный метод качественного анализа (по-видимому, одновременно с австрийским, позднее бразильским, аналитиком Ф. Файглем). Большой вклад советские аналитики внесли в изучение комплексообразования и его использование в фотометрическом анализе (И.П. Алимарин, А.К. Бабко, Н.П. Комарь и др.), в создание и изучение органических аналитических реагентов, развитие электрохимических методов анализа. Б.В. Львов предложил электротермический вариант атомно-абсорбционного метода -- достижение, признанное во всем мире. Многое сделано в развитии хроматографии, экстракции и других методов разделения. Серьезные позиции завоеваны в области анализа металлов, геологических объектов, веществ высокой чистоты, в сфере автоматизации анализа.

Огромное влияние на развитие химии и других наук оказало открытие в 1869 г. Д.И. Менделеевым (1834-1907) периодического закона, а «Основы химии» Д.И. Дмитрия Ивановича Менделеева стали основой и при изучении аналитической химии. Большое значение имело также создание А. М. Бутлеровым теории строения органических соединений. Значительное влияние на формирование аналитической химии и ее преподавание оказала вышедшая в 1871 г. «Аналитическая химия» А.А. Меншуткина (1842-1907), выдержавшая 16 изданий в нашей стране и переведенная на немецкий и английский языки.

В 1868 г. по инициативе Менделеева Дмитрия Ивановича и Н.А. Меншуткина при Петербургском университете было учреждено Русское химическое общество, которое с 1869 г. стало издавать свой журнал. Создание научного химического союза и выпуск журнала благотворно сказались на развитии отечественной химии и аналитической химии в частности.

Специальным разделом химии стал разработанный Н.С. Курнаковым (1860-1941) физико-химической анализ, основанный на изучении диаграмм «состав-свойство». Метод физико-химического анализа позволяет устанавливать состав и свойства соединений, образующихся в сложных системах, по зависимости свойства системы от ее состава без выделения индивидуальных соединений в кристаллическом или ином виде.

Крупным вкладом В.М. Севергина в развитие аналитической химии явился выпуск им нескольких руководств по химическому анализу, в особенности фундаментального труда «Пробирное искусство или руководство к химическому испытанию металлических руд и других ископаемых тел» (1801).

Большое принципиальное значение для аналитической химии имело исследование комплексных соединений металлов с органическими веществами. В результате такого исследования Л.А. Чугаев (1873-1922) предложил в 1905 г. диметилглиоксим как реактив на никель. По своим аналитическим характеристикам диметилглиоксим остается одним из важнейших реактивов в современной аналитической химии, известным во всем мире как реактив Чугаева. Хотя с применением органических реактивов неорганическом анализеаналитики были знакомы и ранее - М. А. Ильинский (1856-1941) предложил а-нитрозо-Р-нафтол как реактив на кобальт еще в 1885 г., -систематические исследования в этой области начались с работы Л. А. Чугаева. Применение органических реактивов значительно расширило возможности аналитической химии.

Дальнейшее развитие теории аналитической химии связано с открытием Н.Н. Бекетовым (1827-1911) равновесного характера химических реакций.

Курнаков Николай Семенович (1860-1941).

Николай Семенович Курнаков родился в городе Нолинске Витебской губернии. После окончания Нижегородской военной гимназии поступил в Петербургский горный институт, получил первые научные звания - адъюнкта и профессора. Здесь он выполнил свои первые научные исследования в области химии комплексных соединений, получивших широкую известность. С 1898 г. Курнаков вместе с учениками приступает к систематическому изучению металлических сплавов.

Для многих химиков, воспитанных в духе классической химической науки второй половины XIX века. Казалось удивительным, что Курнаков, уже прославившийся своими исследованиями в области комплексных соединений, стал заниматься металлическими сплавами - это область для науки была неясной, сложной и малоизученной. Опираясь на периодический закон химических элементов и исследования Д.И. Менделеева в области растворов, Курнаков считал, что для изучения общих закономерностей превращения веществ в металлические сплавы представляет огромный интерес. Но до конца XIX века наука не располагала методами их изучения.
Предстояло разработать новую методику и создать необходимые условия для организации исследования в области металлических сплавов.
В 1903 году Курнаков изобрел очень удобный, компактный и простой прибор - самопишущий пирометр, который позволил усовершенствовать методику термического анализа. Пирометр Курнакова нашел широкое применение в металлографических лабораториях мира. Изучая металлические сплавы различного состава, Курнаков применил ряд новых физических методов. Применение совокупности этих методов позволила получить новые экспериментальные данные, на основе которых он разработал учение о бертоллидах (соединения переменного состава) и дальтонидах (соединения определенного состава).

Исключительно важное значение методов физико-химического анализа заключается в том, что, в отличие от препаративной и аналитической химии, они позволяют изучить природу химических систем, не нарушая при этом самого состояния этих систем.

Соединяя в себе качества глубокого теоретика и прекрасного экспериментатора, Курнаков умел подбирать такие объекты исследования, изучение которых позволяло решать те или иные вопросы в самой общей их форме.

Ученый дал обобщенное определение химического индивида, подчиняющегося закону постоянных и кратных отношений.

Если в химии XX века утвердилось мнение, что химические соединения могут иметь не только постоянный, но и переменный состав, то в этом основная заслуга Курнакова. Он в 1913 году был избран членом Петербургской Академии наук.

Создание физико-химического анализа, изучение и освоение соляных богатств нашей страны, организация новых научно-исследовательских институтов, участие в строительстве химических комбинатов, создание крупной научной школы - все это самым непосредственным образом связано с именем Николая Семеновича Курнакова.

Век нынешний, 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. 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.

2. Значение аналитической химии

Междисциплинарное значение аналитической химии.

Аналитическая химия с ее традиционным взглядом на качественный и количественный состав веществ является той дисциплиной, которая столетия назад основала химию и сделала ее наукой. С начала этого века синтетическая химия с ее значительными разработками все больше отодвигала на задний план аналитическую химию. Но благодаря революционному развитию и устойчиво растущим потребностям биологии, медицины, материаловедения, технике и экологии аналитическая химия пережила грандиозный подъем. При этом в прошлом остался кризис восприятия, темой которого является отказ от промышленности и, особенно, от химической промышленности. Аналитическая химия быстро становиться все более значительным фактором, который, однако, недостаточно популяризирован. Многие проблемы, например, борьбы против болезней, охраны окружающей среды и экономного обращения с сырьем и энергией могут решаться только с помощью химии. Если раньше аналитика скорее обслуживала другие научные области, то теперь она развилась в самостоятельную дисциплину с растущими потребностями.

Аналитические приборы во всем мире являются важными вспомогательными средствами исследования, развития и производства. Сегодня данные анализа могут приводить к определенному беспокойству и даже волнениям в обществе, но во многих случаях именно они позволяют принимать важные для общества решения. Под термином «аналитика» в химии обычно понимают предмет, изучающий состав вещества и методы его определения. Она представляет исходный пункт, с которого начинаются все связанные с оборотом веществ законодательные акты, служащие для обеспечения безопасности и повышения качества нашей жизни. Аналитическая химия является, таким образом, прикладной наукой, которая сегодня больше, чем когда-либо, имеет фундаментальное значение не только в химии, биохимии и химии пищевых продуктов, но и в таких науках, как биология, клиническая химия, геология, материаловедение, экология и контроль окружающей среды и даже физика.

Междисциплинарное значение аналитической химии в нашем современном индустриальном обществе сегодня вряд ли подлежит сомнению. Она необходима как для развития современных технологий, таких как, например, микроэлектроника, сверхпроводимость, так и для обнаружения и минимизации возникающих при этом неизбежных рисков для жизни и окружающей среды. Проникновение аналитики во все более неожиданные области обусловлено кардинальными успехами этой науки, которые она достигла за прошедшие годы, и ведет к дальнейшему распространению и применению высокоспециализированных приборов, которые благодаря использованию микроэлектроники намного проще в употреблении, чем многие методы классической аналитической химии.

Значение приборных аналитических методов.

Бурное развитие аналитических методов и измерительных технологий, прежде всего в прошедшие двадцать лет, значительно расширило поле деятельности аналитики. Раньше ее деятельность ограничивалась в основном контролем качества продукта и, в незначительной степени, установлением структуры новых веществ. Сегодня, напротив, аналитика является частью процесса производства в целом. К классическим областям контроля качества и структурного анализа добавились, в частности, защита окружающей среды, анализ безопасности, а также научные исследования и опытно-конструкторская деятельность. Токсикологические и аналитические исследования новых веществ и их метаболитов, контроль технологических процессов, анализ следовых количеств веществ и измерение вредных эмиссий стали сегодня рутинными. С расширением области применения за последние сто лет выросли также и затраты на проведение аналитических определений. В то время как оборот в расчете на одного сотрудника в химической промышленности за этот период утроился, стоимость анализа в расчете на одного сотрудника выросла в десять раз.

Все приборные аналитическое методы базируются на том или ином физико-химическом явлении, из которых два играют в аналитике наиболее важную роль - это использование поглощения и испускание света в спектроскопии, и разделение веществ за счет распределения между двумя различными фазами в хроматографии. Все другие методы представляют интерес или для решения только специфических задач, или исключительно для анализа чистых веществ. Разделение смесей путем распределения между двумя различными фазами, из которых одна является неподвижной, а другая - движется (хроматография), имеет важнейшее значение в инструментальном анализе.

Развитие метода хроматографического разделения и инструментального анализа в сочетании с электронной обработкой данных привело, однако, не только к расширению области применения аналитических методов. Пределы обнаружения веществ также смещаются к величинам, которые даже трудно представить. Чувствительность аналитических измерений органических соединений изменилась за последние годы от микрограмма (10-6) до фемтограмма (10-15), а в исключительных случаях до аттограмма (10-18).

Если, например, хотят определить 1 мкг пробы какого-либо элемента, присутствующий в концентрации 1 нг/г (1 ppb), то предел обнаружения должен быть не ниже 10-15 г (фемтограмм = фг). Если рассмотреть под этим углом зрения пределы обнаружения обычных методов анализа, то эта цель достижима только в немногих из них и то только с очень большой ошибкой.

От достоверности аналитического метода зависит оценка его экономической эффективности. Если учесть, что на основании аналитических данных порой принимаются очень важные решения, то становиться ясно, насколько дорогими могут оказаться на первый взгляд дешевые методы анализа, которые приводят к ошибочным результатам. Систематические ошибки, которые искажают результаты анализов в сторону слишком высокого или слишком низкого содержания вещества в пробе (в противоположность к математически учитываемой статистической погрешности), являются центральной проблемой, например, анализа следовых количеств.

Развитие аналитических методов имеет огромное значение для научных исследований и науки. Все более низкие пределы обнаружения и новые «рекорды» в анализе ультраследовых количеств веществ делают детектируемыми все больше антропогенных веществ в окружающей среде, пищевых продуктах и на рабочем месте. Источники вредных веществ могут быть, таким образом, выявлены и обезврежены. С другой стороны, вследствие все возрастающей эффективности аналитических определений возникает напряженность между химией и общественностью - доказательство того, что какое-то соединение появилось в окружающей среде, общественность часто приравнивает, невзирая на концентрации, к реально существующей угрозе человеку и окружающей среде. Это дает питательную среду спорам о вреде химии, которые становятся все более жаркими и эмоциональными. Они, однако, базируются в основном на абсолютных численных данных, величины которых лежат в области нано- и даже пикограммовых количеств и которые трудно себе представить. Так, например, все 92 природных элемента издавна являются составной частью нашего мира, нашей пищи и наших тел, только теперь мы знаем также порядок величины, в котором они присутствуют. Ужасное сообщение о том, что в щебне было найдено 1000 ppb кадмия, теряет свой пугающий характер для тех, кто знает, что это составляет около миллиграмма на тонну и что земная кора содержит в среднем около 300 мг кадмия на тонну.

В химическом производстве значение аналитики также растет. Причиной этого является требование к повышению защиты окружающей среды и безопасности, а также оптимизация потребления реагентов и энергии при одновременном повышении качества продукта. В прошлом химические предприятия сами разрабатывали аналитические методы для производства, так как готовых решений было мало, пока производители аналитических приборов не обнаружили этот быстро растущий рынок. Наряду с разработкой больших приборов, которые иногда работают на пределе своей экономической эффективности, все большее значение приобретают небольшие портативные приборы для проведения анализа непосредственно на месте отбора пробы. В этом случае учитывается не только точность прибора, но и, в большей мере, скорость, с которой могут быть получены надежные данные.

Под инструментальным анализом понимают применение физических методов в аналитической химии. Характерным для внедрения физических методов является то, что в основном результат анализа первоначально получают в форме электронного сигнала. Тем самым эти методы совместимы с последующей обработкой сигнала - измеренные величины можно быстро и автоматически регистрировать, обрабатывать и оценивать. Поскольку инструментальный метод основан на физическом процессе, например, на взаимодействии аналитов и электромагнитного излучения (спектроскопия) или распределения между двумя фазами (хроматография), процессы измерения и подача пробы, как правило, могут быть также автоматизированы. Быстрое развитие получила автоматизация анализа. С 70-х годов методы обработки данных открыли аналитике новый уровень качества анализа и до сих пор недоступные методические подходы.

Компьютеризированный анализ достиг такого уровня, что лучшего можно и не желать. Компьютер не только регистрирует измеряемый сигнал, он управляет ходом анализа, калибрует прибор (при необходимости) и с вывод результат. Сегодня пользователь систему, которая обеспечит ему максимальный результат на всех этапах, начиная с подготовки пробы, заканчивая удобной обработкой данных, сохранения результатов и управления процессом в целом, включая оптимальный выбор метода.

В последнее время внедрение компьютера в инструментальный анализ продолжилось с еще большей скоростью и последствиями и вызвало скрытую революцию, которая проявляет себя во многих областях. Подавляющее большинство приборов управляется одним или несколькими компьютерами, данные непосредственно принимаются системой обработки и результаты достаточно часто выдаются не виде спектра или хроматограммы, а в виде прямого ответа на поставленный вопрос (что? и сколько?). Это ведет, естественно, к известной отчужденности оператора по отношению к важным процессам внутри прибора, так что внутренний контроль также должен осуществляться компьютером.

Следовало бы действительно однажды задуматься, какие белые пятна были бы сегодня на нашей научной карте мира, если бы не изобрели хроматографию. Особенно наше знание окружающего мира, биологических процессов и скрытых в них органических соединений. Было бы для низкомолекулярных соединений настолько же неполным, как это в настоящее время имеет место для высокомолекулярных. Более ста лет известно, что выделение индивидуальных компонентов из сложных смесей является практически единственной возможностью их определения. И только в элементном анализе, благодаря спектроскопическим методам, удается относительно часто это правило нарушить. Все же молекулярная спектроскопия, самостоятельно или совместно с химическими методами разделения, еще должна быть доведена до совершенства, если ее рассматривать как замену хроматографическим методам.

Решение аналитических проблем с помощью хроматографии, обработка данных и проверка статистической значимости требуют обширных специальных знаний. Потребность в передаче основных методических и технических знаний, также как и в повышении квалификации, очень велика. Такие аналитические методы, как газовая хроматография (ГХ) или жидкостная хроматография (ЖХ), вследствие быстрого развития их инструментальной базы предъявляют высокие требования к их целенаправленному применению. Кроме того, внедрение результатов научного прогресса в повседневную практику иногда не лишено проблем.

Центральной проблемой, которая встречается не только в хроматографии, является вопрос, как представить и объяснить очередное «ноухау» новичку, непрофессионалу или сотруднику, который переквалифицируется. Поэтому профессиональное образование и повышение квалификации приобретают важное значение.

Стремление к защите окружающей среды изменяет, рынки и вводит новые технические производства. Структура традиционных рынков и методов конкуренции меняется, устраняя токсичные производства. Таким образом, появляются даже новые виды деятельности - в 2000 году в Германии, по мнению экспертов, появилось около 1,1 миллиона рабочих мест для экологов. И все-таки, в деле защиты окружающей среды предпринимателям часто предъявляют чрезмерные требования и заставляют их цепляться за вчерашний уровень техники. Это означает, что они ожидают законодательных решений.

Сегодняшние приоритеты, такие как качество и надежность, не препятствуют, как известно, тому, что продолжают выбрасывать горя мусора и металлолома. Возникающая отсюда угроза и биосфере должна быть уменьшена насколько это возможно, для чего аналитика может внести определенный вклад. Так как у производителя, как правило, имеется полная информация о составе исходных и конечных продуктов, то развитие методов анализа отходов может дополнительно внести существенный вклад в дело защиты нашей биосферы от вредных веществ. На основе измеренных рамочных условий будущие процессы производства оптимизируют не только для получения продукции, но и для внедрения малоотходных технологий, минимизирующих образование отходов и стимулирующих развитие их вторичного использования.

Заключение

химический аналитический менделеев хроматография

Итак, аналитическая химия - это наука о методах определения химического состава веществ, из которых состоят объекты природы и деятельности человека. Под химическим составом понимают состав элементный (наиболее важный и самый распространенный вид анализа), молекулярный, фазовый, изотопный. При определении химического состава органических соединений применяют функционально-групповой анализ (выявление наличия определенных функциональных групп в молекуле анализируемого вещества).

Аналитическая химия - важная самостоятельная наука. Аналитическая химия является научной основой химического анализа. Роль химического анализа в жизни общества общеизвестна. Анализ - главное средство контроля за состоянием окружающей среды, производства, качества продукции химической, нефтехимической, фармацевтической, горнодобывающей, нефтеперерабатывающей промышленности, а также в металлургии и геологической службе. Химический анализ необходим для нормального функционирования агропромышленного комплекса (анализ состава почв, удобрений, кормов, сельскохозяйственной продукции), в биотехнологии, медицинской диагностике, криминалистике. Объектами химического анализа является практически все, что нас окружает.

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.

Библиографический список

1. Азимов А. Краткая история химии. Развитие идей и представлений в химии / А.азимов; М.: Высшая школа. 2008. - 328с.

2. Коган М.Г. Применение методов в аналитической химии. / М.Г. Коган Минск: Наука и знания. - 2006.

3. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Аналитическая химия / Л.Д.Ландау, Е.М.Лифшиц - Минск: Свет. 2004. - 336с.

4. Левич В.Г. Курс аналитической химии. в 2т. 1т. / В. Г. Левич М.: Наука, 2006, 912с.

5. Мешков И.Н. Алхимия как феномен средневековой культуры / И.Н. Мешков М. Высшая школа, 2007. - 256с.

6. Пирогов А.А. История химии. Развитие химии с древнейших времён до конца XIX века. / А.А. Пирогов М. Наука 2003. 113с.

7. Рязанов А.И. История химии. Развитие основных направлений современной химии. / А.И. Рязанов М.: Высшая школа, 2005. - 321с.

8. Сидоренков В.В. / В.В. Сидоренко Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки. М:- 2006. № 1.

9. Соколов И.В. Особенности развития аналитической химии в современном мире / И.В. Соколов М.: Наука, 2006. - 134с.

10. Хакен Г. Аналитическая химия / Хакен Г М. Наука - 2003. - 127с.

Размещено на Allbest.ru