يتكون التحليل الكمي في الكيمياء ، كما هو الحال في أي تخصص ، أساسًا من تحديد كميات مادة معينة. تجيب هذه التحليلات على السؤال "ما الكمية الموجودة؟" لمادة في عينات مختلفة ؛ من التربة والبحار والأنهار والمشروبات الغازية والسوائل والمستخلصات النباتية والحيوانات والمواد الصلبة والبلورات وغيرها الكثير.
السؤال "كم هناك؟" تمت صياغته منذ أن تصور الإنسان فائدة ، على سبيل المثال ، في استخراج المعادن والأحجار الكريمة والزيوت والتوابل بقصد تسويقها. لا يزال المال اليوم أحد الأسباب الرئيسية لتحديد كمية المادة أو المادة التحليلية.
مئات من أنابيب الاختبار: آنية زجاجية تستخدم يومياً في تحضير العينات للتحليل الكمي. المصدر: Pexels.
قد يكون أحد المعادن أكثر ثراءً بالذهب من معدن آخر. لمعرفة ذلك ، من الضروري تحديد التركيب المئوي للمعدنين ، وسيكون المعدن الذي يحتوي على أعلى نسبة من الذهب مصدرًا أكثر جاذبية لاستخراج المعدن المطلوب. يحدث الشيء نفسه مع المعادن الأجنبية أو المشعة.
إن تقنيات القياس الكمي والتي تستند إليها التحليلات الكمية متنوعة للغاية ومتنوعة. يتضمن كل منها تخصصًا منفصلاً ، بالإضافة إلى قواعده النظرية العميقة. ومع ذلك ، فإن النقطة التي يتقاربون فيها جميعًا هي دائمًا الإجابة على نفس السؤال الذي سبق ذكره ؛ سؤال يتحدث عن الجودة والنقاء والأداء والموثوقية وما إلى ذلك.
قياسات
لتحديد كمية أي مادة أو مادة ، من الضروري أن تكون قادرًا على قياس أي من خواصها الفيزيائية أو الكيميائية. ستعتمد الخاصية المختارة على المادة والتقنية المستخدمة. من الأدلة المفيدة على إدراك أن تقنية التحليل يمكن أن تحدد كميًا أنها تحتوي على اللاحقة - القياس في نهاية اسمها.
على سبيل المثال ، تقنيتا القياس الكلاسيكيتان في الكيمياء التحليلية هما قياس الجاذبية (قياس الكتلة) والقياس الحجم (قياس الحجم).
تعتبر كلاسيكية لأنها من حيث المبدأ لا تحتاج إلى أدوات معقدة للغاية أو استخدام الإشعاع الكهرومغناطيسي ؛ لكن الموازين التحليلية ومدافع الهاون والبوتقات والأواني الزجاجية.
قياس الوزن
في قياس الجاذبية ، يسعى دائمًا للحصول على راسب بعد سلسلة من الخطوات المنهجية ، والتي يتم تحديد الكتلة لها.
على سبيل المثال ، تتمثل إحدى تقنيات تحديد كمية أيونات الكلوريد في عينة في ترسيبها على هيئة كلوريد الفضة AgCl ؛ راسب أبيض حليبي يمكن وزنه.
مثال بسيط آخر هو تحديد محتوى الرطوبة لجسم أو مادة أو صلب.
للقيام بذلك ، يتم وزن كتلة المادة الصلبة أولاً قبل إدخالها في فرن عند درجة حرارة 100 درجة مئوية تقريبًا ، وهي مدة كافية لتبخير الماء. بعد ذلك ، يتم وزنها مرة أخرى والفرق بين الكتلة النهائية والكتلة الأولية يساوي كتلة الماء التي تبخرت ؛ أي محتواه الرطوبي ،٪ H 2 O.
إذا تم إجراء هذا التحليل على البطيخ ، فلن يكون مفاجئًا إذا كانت٪ H 2 O عالية جدًا (~ 95٪) ؛ بينما بالنسبة لما يسمى بالمكسرات ، من المتوقع أن تحتوي على القليل من الماء (٪ H 2 O <10٪) ، وهي خاصية يُنسب إليها هذا الاسم.
الحجمي
من ناحية أخرى ، يعمل القياس الحجمي بأحجام يتم منها ، بعد تطبيق المعايرة ، استخلاص تركيز الأنواع المذابة محل الاهتمام. على سبيل المثال ، يمكن تحديد مادة التحليل التي يكون لونها حساسًا لتفاعل معين عن طريق المعايرة اللونية.
وبالمثل ، يمكن تحديد الرقم الحمضي (AI) للزيوت (الصالحة للأكل أو غير الصالحة للأكل) عن طريق المعايرة الحمضية القاعدية ، باستخدام محلول ذو قاعدة قوية قياسية (عادةً KOH أو NaOH). باستخدام قيم الذكاء الاصطناعي ، بالإضافة إلى المعلمات الأخرى ، يمكن توصيف أنواع مختلفة من الزيوت وتصنيفها وفقًا لمصادرها ومتغيرات أخرى.
تعطي هذه القياسات التحليلية دائمًا نتيجة مصحوبة بوحدة فيزيائية (وأخطاءها التجريبية). ما هو التركيز؟ ما مدى نقاء العينة؟ هل المبلغ المعطى يمثل خطرا على الصحة؟ ما هو ناتج التفاعل؟
يتم الرد على هذه الأسئلة والمزيد بعد القياسات ومعالجة البيانات.
إعداد المعايير أو المعايير
"باستخدام نفس القضيب الذي تقيس معاييرك ، ستقيس عيناتك." وسيكون لهذا القضيب الافتراضي أقسام وتقسيمات فرعية ، ولكل منها مقادير مختلفة لخاصية الحليلة التي ترتبط بتركيزها. تتم مقارنة القيم أو المقادير المذكورة أخيرًا بتلك التي تم الحصول عليها عند قياس خاصية التحليل.
لهذا ، يجب دائمًا إنشاء منحنى المعايرة من مجموعة مختارة من المعايير أو المعايير التي كانت تركيزاتها معروفة سابقًا.
وكيف نتعرف عليهم مسبقا؟ لأنها متغيرات مستقلة: يقرر المحلل ، اعتمادًا على نوع العينة أو التحليل ، مقدار وزن النموذج.
فطر حلو
يمكن تأطير مثال افتراضي في دراسة محتوى السكريات أو الكربوهيدرات الكلية للعديد من عائلات عيش الغراب. يجب أن يحاكي المعيار ، المكون من السكريات التي تم اكتشافها مسبقًا بفضل التحليل النوعي للفطر ، بشكل مثالي المصفوفة العضوية للعينات.
بعد ذلك ، تستجيب الأنماط مسببة تغير اللون. إذا تم قياس شدته بواسطة التحليل الطيفي للأشعة فوق البنفسجية ، فيمكن مقارنتها بكثافة الألوان المنبعثة من السكريات في العينات ؛ وبالتالي ، من خلال تصفية رياضية ، تحديد محتوى السكريات الكلية.
بمجرد القيام بذلك ، يمكن إنشاء منحنى معايرة من العينات ، بحيث يمكن تحديد السكريات الخاصة بالفطر الآخر (من نفس المنطقة أو البلد) مباشرة دون إعداد معايير أخرى.
الجمع والعلاج
في التحليلات الكمية ، هناك العديد من المتغيرات التي يجب معالجتها بدقة اعتمادًا على نوع الدراسة. في كثير من الأحيان ، لا يكفي مجرد الالتفاف حول جمع العينات من اليسار واليمين ؛ أين يتم جمعها؟ هل هي كبيرة؟ ما هي الكميات؟ ما هي إجراءات ما قبل المعالجة وغيرها؟
في مثال عيش الغراب ، من الضروري معرفة العائلات التي سيتم تحديد السكريات منها ، وفي أي مزارع أو أصل طبيعي سيتم جمعها ، وفي أي وقت من السنة ، والخصائص الأوروغرافية ، إلخ. بمجرد جمع الفطر (زيوت ، حبوب ، أحبار ، نيازك ، مواد بيولوجية) ، ما العمل بها قبل التحليل الكمي؟
دائمًا ما يسبق التحليل الكمي تحليل نوعي ؛ تحديد المركبات التي تحتوي عليها العينات ، خاصة إذا كنت تعمل معهم لأول مرة.
يمكن أن تكون بعض العلاجات فيزيائية بحتة: مثل طحن كتلة نباتية ، أو الهضم الحمضي للمعادن. من ناحية أخرى ، هناك أنواع أخرى كيميائية: تفاعل الأسترة ، أو التحلل المائي الحمضي أو الأساسي ، أو الإحلال ، أو التحلل ، وما إلى ذلك ، مما ينتج عنه نوعًا يمكن قياسه بسهولة أكبر بواسطة التقنية المختارة.
أمثلة
سيتم ذكر بعض الأمثلة اليومية للتحليل الكمي في الكيمياء لإنهاء:
- تحديد الدرجة الكحولية للبيرة والنبيذ والمشروبات الحرفية.
- من بول المريض يمكن معرفة ما إذا كان هناك زيادة أو نقصان في تركيز عنصر أو أكثر ، وهو ما يتعلق باكتشاف المرض. وبالمثل ، إذا تم إفراز دواء في البول ، فيمكن تحديد مقدار الدواء الذي "استوعبه" الجسم.
- تحديد التركيب المئوي للعينات المعدنية الأرضية أو خارج كوكب الأرض.
- بالنظر إلى بعض العينات الخام ، يتم تحديد نسبة H / C لمقارنة درجات عطرية الزيوت الخام من مصادر مختلفة. تتميز الزيوت الخام الثقيلة بأن لها درجة حرارة أقل من 1 ؛ كلما كانت أخف ، كلما زادت قيمة H / C أعلى من 1.
-تحديد التركيب الغذائي للأغذية والمنتجات الغذائية.
- دراسات استقرار الأدوية كجزء من تحليلات الجودة ذات الصلة لتسويقها وتخزينها.
- رصد درجة التلوث الناتج عن المواد الموجودة في عينات المياه من الأنهار والجداول والبحيرات والبحار. وبالمثل ، فإن الانبعاثات الغازية من المصانع تحدد تكوينها لمنعها من طرد كميات كبيرة من الغازات الضارة بالبيئة.
المراجع
- دانيال سي هاريس. (2007). التحليل الكيميائي الكمي. (الطبعة السابعة). دبليو فريمان وشركاه.
- محررو Encyclopaedia Britannica. (31 يناير 2018). التحليل الكيميائي الكمي. Encyclopædia Britannica. تم الاسترجاع من: britannica.com
- الفصل 1 ، مقدمة في التحليل الكيميائي الكمي. تم الاسترجاع من: 5.csudh.edu
- هيلمنستين ، آن ماري ، دكتوراه. (22 يونيو 2018). فهم التحليل الكمي في الكيمياء. تم الاسترجاع من: thinkco.com
- تقييم المواد والهندسة. (2019). التحليل الكيميائي الكمي. تم الاسترجاع من: mee-inc.com
- شين ون. (2008). التحليل الكمي (CHEM 201).. تم الاسترجاع من: calstatela.edu