Analisi chimiche in medicina. Problemi analitici dell'analisi multielemento in medicina. Analisi spettrale di assorbimento molecolare

L’analisi chimica permea letteralmente tutta la nostra vita. I suoi metodi vengono utilizzati per testare accuratamente i farmaci. In agricoltura, viene utilizzato per determinare l'acidità dei suoli e il contenuto di sostanze nutritive in essi contenuti, il che consente di selezionare le condizioni ottimali di coltivazione del suolo; valutano anche il contenuto proteico e di umidità in diverse varietà di grano. Anche i beni di consumo sono soggetti ad analisi chimiche: viene monitorato il contenuto di fluoro nel dentifricio e viene monitorato il contenuto di composti insaturi negli oli. Nelle attività ambientali, i metodi di chimica analitica vengono utilizzati per controllare la qualità dell'acqua potabile, per determinare il contenuto di sostanze nocive nei rifiuti, ecc. Nella pratica giudiziaria vengono utilizzati per rilevare tracce di polvere da sparo sulle mani di un sospettato e analizzare la composizione dei colori utilizzati per dipingere un quadro al fine di distinguere l'originale da un falso. I metodi di analisi variano in complessità. Pertanto, in medicina vengono utilizzati test rapidi di gravidanza e metodi complessi per analizzare il sangue per i livelli di zucchero o di colesterolo, monitorare il livello dei neurotrasmettitori negli studi sul cervello in vivo, ecc.

Dagli esempi sopra riportati è chiaro che tutte le domande risolte dalla chimica analitica possono essere ridotte a quanto segue: cos'è questa sostanza, da quali componenti è composta, quali sono le loro quantità e distribuzione? Per rispondere a queste domande, vengono eseguite un'ampia varietà di reazioni chimiche, viene utilizzata un'ampia gamma di metodi chimici, fisici, fisico-chimici e biologici, vengono sviluppati nuovi metodi di analisi e quelli esistenti vengono migliorati. Il numero di metodi di chimica analitica è estremamente ampio ed è in costante crescita.

La chimica analitica è strettamente correlata ad altre discipline: l'analisi chimica viene introdotta in vari campi della scienza, il chimico analitico utilizza i risultati di altri rami della chimica, così come la matematica, la fisica, la biologia e molte aree della tecnologia.

PUNTI FONDAMENTALI

Fasi di analisi.

La risoluzione dei problemi analitici comprende diverse fasi.

Formulazione del problema.

Questa fase apparentemente insignificante è in realtà molto importante. Supponiamo che tu debba determinare la quantità di mercurio in un serbatoio. Cosa si intende esattamente con la parola “mercurio”? Potrebbe trattarsi di tutto il mercurio, indipendentemente dalla forma chimica specifica, o di tutti i composti organici del mercurio (ad esempio dimetilmercurio), o di tutti i composti inorganici del mercurio, o di tutto il mercurio in un particolare stato di ossidazione, o dell'identificazione e quantificazione di tutti i composti contenenti mercurio. La situazione è simile con il "serbatoio". La definizione dovrebbe essere limitata al mercurio disciolto o considerare le particelle solide sospese nell’acqua, i fanghi sul fondo di un serbatoio e gli animali e le piante che vivono nell’acqua? È anche necessario tenere conto della durata dell'analisi: è sufficiente una singola determinazione, oppure sarà necessario calcolare il valore medio dai risultati di più misurazioni effettuate durante un giorno, e forse un anno intero. Le risposte a queste domande determineranno la natura dell’intera analisi.

Scelta del metodo.

Il metodo di analisi viene scelto in base al compito da svolgere, alle dimensioni dell'oggetto e del campione, al contenuto delle sostanze da determinare, alla presenza di impurità, all'accuratezza richiesta dei risultati e alle attrezzature disponibili; Vengono presi in considerazione anche la possibile durata e il costo dell'analisi. Consideriamo, ad esempio, due casi di determinazione del vantaggio. Nella prima, sulla base dei risultati dell'analisi, viene determinato il costo della lavorazione del minerale, che dipende dal contenuto di piombo. Il campione è ampio, la concentrazione di piombo al suo interno è elevata, è necessaria una risposta accurata. Nel secondo caso è necessario determinare se il metallo di cui è composta l'antica moneta è contaminato da piombo. Il contenuto di piombo è basso, è necessaria solo una stima approssimativa; la moneta stessa non deve essere danneggiata durante l'analisi. È chiaro che questi casi richiedono un approccio diverso. Tecniche come la gravimetria o la titolazione possono essere utilizzate per analizzare un campione di minerale. La moneta richiederà un altro metodo delicato (non distruttivo), come la fluorescenza a raggi X.

Campionamento.

Diversi metodi analitici, ovviamente, richiedono campioni di dimensioni diverse, da nanogrammi (1 ng = 10–9 g) a diversi grammi. Difficilmente è possibile analizzare completamente un oggetto che pesa molto più di quanto richieda il metodo scelto per l'analisi. In questi casi viene prelevato un campione, o campione, della sostanza. Questo campione deve essere rappresentativo, vale a dire adeguato all'intero oggetto o alla parte di esso che riveste maggiore interesse. Nell'esempio precedente con il mercurio in un serbatoio, la formulazione del problema determina anche il metodo di campionamento.

Preparazione del campione per l'analisi.

Se le misurazioni quantitative vengono effettuate in soluzione, il campione viene sciolto in un solvente idoneo; in questo caso la concentrazione del campione viene scelta in modo che rientri nei limiti di applicabilità del metodo. A volte è necessario isolare l'analita da una miscela, poiché molti metodi analitici sono non specifici e perfino non selettivi. Specifico è un metodo mediante il quale viene determinata solo una sostanza specifica, mentre selettivo è un metodo preferito per una determinata sostanza, utilizzando il quale è possibile determinare altre sostanze. Esistono pochissimi metodi specifici e molti più selettivi. Ad esempio, la spettrometria di massa e il dosaggio immunologico sono altamente selettivi.

Misure.

Per determinare la quantità di un analita o la sua composizione, si misura una delle sue quantità fisiche: la quantità di una sostanza consumata o formata a seguito di una reazione chimica; reazione rapida; intensità di assorbimento, emissione o diffusione della luce; corrente che si forma durante i processi redox; la quantità di calore rilasciato o assorbito, ecc. Conoscendo la relazione tra i risultati della misurazione e le quantità che interessano il ricercatore, nonché confrontando questi risultati con gli standard pertinenti, viene stabilita la quantità della sostanza da determinare o la sua composizione.

Interpretazione dei risultati.

Quando i risultati sono già stati ottenuti, possono sorgere una serie di domande: il compito è stato risolto? come condurre ulteriori ricerche? È possibile che per ottenere risultati più accurati sia necessario migliorare la tecnica di analisi.

Curve di lavoro.

La curva di lavoro è una relazione grafica che mette in relazione la concentrazione dell'analita con il parametro misurato durante l'analisi (densità ottica, intensità della fluorescenza, potenziale dell'elettrodo, velocità di reazione, ecc.). La scala degli assi delle coordinate - lineare o logaritmica - viene selezionata in base all'esperimento specifico. Gli assi logaritmici vengono utilizzati, in particolare, quando la concentrazione varia in un ampio intervallo. Se sono necessari risultati più accurati, sono preferibili assi lineari e intervalli di concentrazione ristretti. Per costruire una curva di lavoro, vengono prima preparati campioni standard di concentrazione nota. Quindi, per ciascuno di essi, viene misurato l'uno o l'altro parametro e il suo valore viene tracciato come punto rispetto alla concentrazione corrispondente. Lungo i punti viene disegnata una curva morbida, sulla quale i punti si adattano meglio. Per fare ciò, utilizzare qualsiasi funzione matematica o relazione empirica adatta. Quindi viene misurato lo stesso parametro per il campione di prova e la sua concentrazione viene determinata dalla curva di lavoro (Fig. 1). Ciascun metodo ha il proprio intervallo operativo, sensibilità, sfondo e soglia di rilevamento.

L'intervallo operativo è l'intervallo di concentrazione entro il quale è applicabile una determinata tecnica. La porzione lineare della curva corrisponde all'intervallo di concentrazione in cui i risultati sono più affidabili. A concentrazioni vicine ai livelli estremi alto e basso, le curve operative solitamente diventano non lineari. Ciò è dovuto alle capacità limitate dei metodi analitici e delle apparecchiature utilizzate. Se la concentrazione dell'analita rientra nella regione non lineare di valori elevati, il campione deve essere diluito e l'analisi ripetuta.

La sensibilità del metodo è caratterizzata dall'entità della variazione del parametro misurato per un dato cambiamento di concentrazione. È uguale alla pendenza (tangente dell'angolo di inclinazione) della curva di lavoro. In generale, maggiore è la sensibilità, più affidabili saranno i risultati e più bassa sarà la soglia di rilevamento.

Il risultato della misurazione spesso comprende una componente che non è correlata alla sostanza da determinare: si chiama fondo. La presenza di fondo può essere dovuta alle caratteristiche dell'apparecchiatura o all'influenza della matrice in cui è compreso il campione ( cm.sotto). Per stimare il valore di fondo, viene effettuato un esperimento di controllo. Per fare ciò, preparare un campione di controllo in cui non è presente l'analita, ma solo tutte le impurità estranee presenti nella matrice, nonché i reagenti aggiunti durante l'analisi. Il campione di controllo è sottoposto alla stessa procedura analitica dell'analita. Il valore del parametro misurato per questo campione di controllo è considerato uguale allo sfondo.

La soglia di rilevamento è la concentrazione più bassa dell'analita alla quale il segnale è notevolmente diverso dallo sfondo. La soglia di rilevazione dipende dalla sensibilità e dall'accuratezza del metodo: più sono alte, minori saranno le concentrazioni minime rilevabili. I chimici analitici stanno sviluppando sistematicamente metodi per misurare concentrazioni sempre più basse. Oggi molti metodi analitici hanno una soglia di rilevamento di 10 -6 -10 -9 M, e alcuni metodi recentemente sviluppati possono misurare concentrazioni picomolari (inferiori a 10 -12 M), rilevare sostanze in quantità assolute inferiori a 10 -18 moli (circa diversi centinaia di migliaia di molecole) e osservare persino i singoli atomi. Una delle sfide che la chimica analitica deve costantemente affrontare è il miglioramento dei metodi che permettano di lavorare con campioni sempre più piccoli. I metodi che una volta richiedevano quantità di millilitri ora richiedono microlitri e alcuni addirittura decine di picolitri.

Matrice.

Il termine "matrice" si riferisce all'ambiente dell'analita. Queste sono tutte le sostanze presenti nel campione, incl. e definibile, diverso dal dato. Pertanto, il cloro viene determinato nel plasma sanguigno, nelle carote in scatola, nell'acqua potabile o nell'acqua di mare. Questi campioni differiscono nelle loro proprietà chimiche e fisiche e quindi anche le loro matrici sono diverse. La matrice più semplice è l'acqua potabile: contiene relativamente poche sostanze, la cui concentrazione è anche bassa. Le carote in scatola sono una matrice complessa, principalmente perché contengono diversi composti organici.

Gli standard e gli analiti dovrebbero trovarsi in matrici identiche o comparabili quando possibile, ma raramente sono disponibili matrici calibrate. Per risolvere questo problema vengono utilizzate matrici sintetiche, il metodo degli standard interni, ecc.

Se la matrice di un dato campione ha proprietà fisiche e chimiche relativamente costanti, indipendentemente da quando e dove è stato ottenuto il campione, allora può essere caratterizzata e riprodotta in modo abbastanza completo. Una di queste matrici è l'acqua di mare. Le concentrazioni dei suoi componenti principali (Na, Mg, Cl...) sono ben note. È possibile ottenere acqua di mare artificiale e utilizzarla per preparare soluzioni standard di altre sostanze la cui concentrazione è bassa (ad esempio Al, Au, Ni, Zn). È nota anche la composizione dei fluidi biologici, come il plasma sanguigno o l'urina, che consente di creare matrici artificiali per alcuni test.

Un altro metodo consiste nel creare matrici approssimativamente della stessa composizione per gli standard e la sostanza in esame. Per fare ciò, una grande quantità di una sostanza “inerte” viene aggiunta al campione e agli standard (per ottenere soluzioni con la stessa forza ionica, è possibile aggiungere NaClO 4 1 M al campione e agli standard), in modo che piccole differenze in altri i componenti della matrice diventano insignificanti. In questo caso l'influenza della matrice non è esclusa, al contrario, è rafforzata, ma ora questa influenza nel campione studiato e nello standard è quasi la stessa.

Un modo conveniente per compensare gli effetti matrice, nonché i problemi associati alle perdite di sostanza durante analisi complesse, è utilizzare uno standard interno. Il metodo è il seguente: Prima di determinare la sostanza A, al campione che la contiene viene aggiunta una quantità nota di sostanza B. Le quantità di A e B vengono determinate utilizzando la stessa procedura. Dopo aver stabilito la relazione tra la quantità trovata e quella nota di B, viene corretta la quantità ottenuta durante l'analisi di A. Lo standard interno deve essere assente nel campione originale ed essere un analogo chimico della sostanza da determinare. Ad esempio, per determinare il sodio nel plasma sanguigno mediante spettroscopia a emissione di fiamma, il litio viene spesso utilizzato come standard interno perché è chimicamente simile al sodio e solitamente è assente nel sangue.

Nel metodo con standard aggiunto, il campione stesso viene utilizzato per preparare gli standard di riferimento. Supponiamo di voler determinare il contenuto di sodio nel plasma sanguigno. Il campione originale è diviso in più parti, ad esempio tre. Ad uno di essi non viene aggiunto nulla; agli altri due vengono aggiunte quantità note dell'analita (in questo caso Na), in modo che la sua concentrazione diventi maggiore di 100 e 200 mmol/l rispetto al campione originale. Successivamente, utilizzando lo stesso metodo, si determina il Na in tutte le parti del campione e si traccia un grafico della dipendenza del valore misurato dall'aumento della concentrazione. La concentrazione di sodio nel campione originale viene determinata dal grafico.

Misure di equilibrio e cinetiche.

Nella fig. 2 mostra graficamente l'andamento della reazione chimica

Sostanza determinata + Prodotti reagenti

Inizialmente, la concentrazione cambia linearmente nel tempo, poi il cambiamento diventa sempre più lento e infine la concentrazione raggiunge un livello orizzontale: il sistema raggiunge l'equilibrio.

Sebbene si creda che molte reazioni chimiche procedano “fino al completamento” (fino al completo esaurimento delle sostanze di partenza), in realtà nessuna di esse procede in una sola direzione. La reazione chimica continua finché la concentrazione di tutte le sostanze che vi partecipano cessa di cambiare, ad es. finché il sistema non raggiunge l’equilibrio. In questo stato, la concentrazione di alcune sostanze può essere molto piccola, ma non è comunque zero. La reazione non si ferma, è solo che la velocità della reazione diretta (Reattivi → Prodotti) diventa uguale alla velocità della reazione inversa (Prodotti → Reagenti), e avviene una rapida conversione reciproca dei reagenti e dei prodotti della reazione, in modo che non vi è alcun cambiamento complessivo nelle concentrazioni.

Le determinazioni analitiche possono essere eseguite in sistemi chimici sia in stati di equilibrio che di non equilibrio. Nel primo caso le concentrazioni delle sostanze non cambiano, quindi la durata dell'analisi è insignificante e non influisce sulla scelta della tecnica. Le concentrazioni di equilibrio delle sostanze sono legate tra loro attraverso una costante di equilibrio. Per una reazione chimica UN A+ B B C C+ D D questa costante è uguale a

dove tra parentesi quadre sono indicate le concentrazioni molari delle sostanze corrispondenti e gli esponenti sono pari ai coefficienti stechiometrici dell'equazione della reazione chimica. Le costanti di equilibrio delle reazioni utilizzate nella chimica analitica variano da 1 a 10.100 o più. Molti metodi di analisi si basano sulla determinazione dello stato di equilibrio. Ad esempio, possiamo citare i metodi classici discussi di seguito: gravimetria e titolazione.

Quando si analizzano i sistemi non in equilibrio, viene determinata la variazione della concentrazione delle sostanze reagenti nel tempo, ad es. reazione veloce. È dato dall'espressione

Dove K– costante di velocità, [A], [B], [C] – concentrazioni molari delle sostanze A, B, C, somma X,sì,z– ordine di reazione. Quali sostanze chimiche compaiono nell'equazione della velocità di tale reazione e in che misura sono incluse le loro concentrazioni dipende dal meccanismo della reazione chimica. Nelle determinazioni fuori equilibrio è necessario effettuare le misure in un tempo sufficientemente breve (rispetto alla durata della reazione stessa) affinché le concentrazioni dei reagenti non cambino. Le determinazioni basate sulla misurazione della velocità di una reazione possono essere effettuate in un tempo molto breve dall'inizio della reazione (a volte pochi secondi), poiché non è necessario attendere che il sistema raggiunga l'equilibrio. Se l'analita è un catalizzatore, le misurazioni dovrebbero essere effettuate fino al raggiungimento dell'equilibrio, poiché il catalizzatore modifica solo la velocità di reazione, ma non la posizione di equilibrio. L'uso delle misurazioni cinetiche nella chimica analitica non si limita ai metodi analitici basati sulla misurazione delle velocità di reazione. Molti metodi analitici, come l'analisi della fluorescenza, l'amperometria e la cromatografia, si basano su processi cinetici, sebbene vengano analizzati i sistemi che si trovano in uno stato di equilibrio. Alcuni metodi di analisi comuni sono descritti di seguito.

METODI DI ANALISI BASATI SULLA DETERMINAZIONE DELLA POSIZIONE DI EQUILIBRIO

Nella chimica analitica esistono diversi metodi basati sulla determinazione della posizione dell'equilibrio chimico. Questi includono, in particolare, la gravimetria e la titrimetria classiche, nonché l'analisi immunologica relativamente nuova.

Gravimetria (metodo del peso).

Nella gravimetria, la sostanza da determinare viene convertita in uno stato chimicamente puro o convertita in una forma gravimetrica, un composto con una composizione costante nota con precisione che può essere facilmente isolata e pesata. La quantità dell'analita viene calcolata in base alla massa della forma ponderale e all'equazione di reazione che mette in relazione questa sostanza con la forma ponderale. Non sono richiesti standard chimici. I metodi di analisi del peso sono molto accurati e vengono spesso utilizzati nei casi dubbi come controllo. L'accuratezza dell'analisi è limitata dall'accuratezza della determinazione della massa e dalla completezza della formazione e dell'isolamento della sostanza pura. La gravimetria è una procedura lunga, poiché sia ​​la conversione dell'analita in una forma di peso che il suo isolamento dalla miscela richiedono tempo. Inoltre, è necessario garantire che la forma ponderale sia una sostanza con una composizione costante nota con precisione e non contenga impurità.

La maggior parte delle determinazioni del peso si basano sulla formazione e sulla separazione di precipitati solidi insolubili da una soluzione (solitamente acquosa). L'obiettivo è far precipitare la maggior quantità possibile di analita (almeno il 99,99%), quindi il precipitato (molto spesso un sale) deve avere la minore solubilità possibile. La solubilità di un sale è determinata dal valore della costante di equilibrio della reazione di dissoluzione in cui si formano gli ioni. La precipitazione quantitativa viene solitamente effettuata aggiungendo un eccesso stechiometrico del reagente precipitante ad una soluzione contenente l'analita. La solubilità di un sale in presenza di un eccesso di uno degli ioni compresi nella sua composizione diminuisce. Per ridurre l'influenza di altre reazioni di equilibrio che portano ad un aumento della solubilità del sale, è necessario controllare la composizione della soluzione.

Diversi reagenti precipitanti vengono utilizzati per diversi analiti. Alcuni di essi sono riportati nella tabella. 1.

Uno dei principali vantaggi delle determinazioni gravimetriche è che non è necessario calibrare strumenti o preparare soluzioni standard. Il risultato si ottiene pesando il precipitato e conoscendo la composizione dei composti coinvolti nella reazione. Supponiamo, ad esempio, di voler determinare il contenuto di manganese in un campione. Per fare ciò è necessario convertire il manganese in Mn 3 O 4, separare quest'ultimo e pesarlo. Supponiamo che da 1,52 g di campione si formino 0,126 g di Mn 3 O 4 (ovvero 0,00055 mol, poiché 1 mole di Mn 3 O 4 contiene 228,8 g). 1 mol di Mn 3 O 4 contiene 3 mol di Mn e 0,00055 mol contengono, rispettivamente, 0,00165 mol di Mn o 0,0907 g (1 mol di Mn contiene 54,94 g). Pertanto, il contenuto di Mn nel campione è (0,0907/1,52)H 100% = 5,97%.

Come abbiamo già detto, la gravimetria è un procedimento piuttosto lento; formazione del precipitato, sua separazione mediante filtrazione, essiccazione: tutto ciò richiede tempo. Inoltre, le determinazioni gravimetriche di solito non sono altamente selettive, quindi viene dedicato più tempo alla selezione delle condizioni (ad esempio pH), riprecipitazione, ecc. Quanto più complessa è la composizione del campione, tanto più probabili sono gli errori: una sovrastima del contenuto in peso della sostanza analizzata a causa della coprecipitazione delle impurità, o una sottostima dovuta alla perdita della sostanza nella fase del suo isolamento. A causa della sua selettività e sensibilità limitate, la gravimetria non è utile quando sono disponibili solo quantità micro o tracce dell'analita.

Titrimetria (metodo volumetrico).

Nella titrimetria, la concentrazione viene determinata misurando il volume di un reagente standard o titolato (titolante) consumato in una reazione chimica con l'analita in soluzione (o fase gassosa). La misurazione viene eseguita utilizzando una procedura di titolazione. Questo è un metodo semplice, relativamente veloce, versatile e accurato.

Durante la titolazione, il titolante viene aggiunto in porzioni o in continuo a velocità bassa e costante e il suo volume viene misurato fino al raggiungimento del punto di equivalenza, corrispondente al volume del titolante al quale reagisce tutta la sostanza da determinare. Il punto equivalente si trova monitorando continuamente i cambiamenti in alcune proprietà della soluzione titolata (colore, densità ottica, proprietà elettrochimiche, ecc.) utilizzando strumenti speciali o visivamente.

Affinché una determinata reazione chimica possa essere utilizzata nella titolazione, le sostanze coinvolte in essa devono trovarsi in rapporti quantitativi (stechiometrici) rigorosamente definiti. La reazione deve procedere rapidamente e quasi completamente e il punto di equivalenza deve essere registrato con precisione. Le reazioni più comunemente usate sono la neutralizzazione (acido-base), la complessazione e le reazioni redox. Le reazioni di neutralizzazione sono le più diffuse; Questi sono quelli che prenderemo in considerazione per spiegare i punti chiave di tutte le reazioni di titolazione.

Curve di titolazione.

Una curva di titolazione è un grafico della dipendenza del pH, della densità ottica o di qualsiasi altra caratteristica della soluzione titolata (asse delle ordinate) dal volume del titolante aggiunto (asse delle ascisse). La scala dell'asse x è sempre lineare e l'asse y può essere lineare o logaritmico. La scala lineare è conveniente per quei metodi di controllo della titolazione (spettrofotometria, amperometria), in cui il parametro controllato cambia linearmente con la concentrazione, e la scala logaritmica - nel caso di una variazione logaritmica (ad esempio, con potenziometria con uno ione selettivo elettrodo). La scala logaritmica viene spesso utilizzata quando si determina visivamente il punto finale di una titolazione, poiché è su questa scala che si manifesta più chiaramente un brusco cambiamento nelle proprietà di una soluzione vicino al punto di equivalenza.

Dipendenza delle curve di titolazione dalla concentrazione e dalla costante di equilibrio.

Per determinare con precisione il punto finale della titolazione, è necessario osservare un'inflessione (salto) nella curva di titolazione vicino al punto equivalente. Questo requisito stabilisce i limiti sia per la concentrazione minima rilevabile che per la costante di equilibrio minima accettabile per la reazione di titolazione. Nella fig. La Figura 3 mostra le curve di titolazione di un acido forte con una base forte e di un acido debole con una base forte. Si può vedere che man mano che la concentrazione diminuisce, il salto diventa meno pronunciato. Il limite inferiore di concentrazione dipende dalla reazione specifica e dal metodo per determinare il punto finale della titolazione, ma la titolazione a concentrazioni inferiori a 10 –4 M è già difficile. La Figura 4 illustra l'effetto della costante di equilibrio della reazione di titolazione sulla curva di titolazione. Per le reazioni di neutralizzazione in soluzioni acquose, la costante di equilibrio nel caso di un acido forte e una base forte è 10 14, e per un acido debole e una base forte - 10 14 K un, dove K a è la costante di dissociazione dell'acido. Al diminuire della costante di equilibrio diminuisce anche l’entità del salto. Affinché la determinazione visiva del punto finale della titolazione sia affidabile, la costante di equilibrio non deve essere inferiore a 10 6 . Quando si monitora strumentalmente la titolazione o si calcola la posizione del punto finale della titolazione in base ai dati ottenuti, la costante di equilibrio può essere pari a 10 2 .

Miscele.

Se un campione contiene due analiti che reagiscono con lo stesso titolante, è possibile determinarli in un'unica operazione di titolazione, a condizione che la reazione di ciascuna di queste sostanze con il titolante abbia una costante di equilibrio sufficientemente elevata e che queste costanti differiscano significativamente (di solito non meno più di due ordini di grandezza). Nella fig. La Figura 5 mostra le curve di titolazione per miscele di analiti con p. diverso K UN. Viene titolata per prima la sostanza la cui reazione con il titolante ha una costante di equilibrio maggiore. Il volume dall'inizio della titolazione al primo punto finale determina la concentrazione di quell'analita, mentre il volume tra i punti finali della titolazione determina la concentrazione del secondo analita. Se le costanti di equilibrio sono troppo vicine, localizzare il primo punto finale della titolazione sarà difficile o impossibile. In questo caso le sostanze analizzate non possono essere determinate singolarmente e il volume totale del titolante consentirà di calcolare solo la somma delle loro concentrazioni.

Indicatori colorati.

Un indicatore di colore è una sostanza che cambia colore quando interagisce con uno dei componenti della soluzione titolata. Lasciamo, ad esempio, che l'indicatore In interagisca con l'analita A:

Determinazione strumentale del punto finale della titolazione.

Il monitoraggio continuo del processo di titolazione mediante strumenti consente di ottenere dati sul suo andamento sia prima che dopo il punto di equivalenza. Questi dati possono essere tracciati e il punto finale può essere determinato graficamente o tramite calcolo. Le titolazioni più comunemente utilizzate sono spettrofotometrica (misurazione della densità ottica), amperometrica e potenziometrica (misurazione del potenziale dell'elettrodo).

Titolazione coulometrica.

Le titolazioni coulometriche vengono solitamente eseguite a corrente costante. Il titolante si forma come risultato di processi elettrochimici sull'elettrodo di lavoro nel recipiente di titolazione. Il numero di moli dell'analita è uguale al prodotto della corrente per il tempo richiesto per produrre il titolante in una quantità sufficiente a raggiungere il punto finale della titolazione, tenendo conto della stechiometria. Non sono richiesti standard chimici. I titolanti che si formano durante i processi elettrochimici includono H + , OH – , Br 2 e I 2 .

Titolazione diretta e inversa.

Nella versione più semplice della titolazione, l'analita interagisce direttamente con il titolante. La quantità di analita viene calcolata in base alla concentrazione molare del titolante, al volume richiesto per raggiungere il punto equivalente e alla stechiometria della reazione tra l'analita e il titolante. Supponiamo che per raggiungere il punto finale della titolazione di 5,00 ml di una soluzione contenente ioni Sn 2+, siano necessari 12,51 ml di una soluzione 0,100 M di Ce(IV). La reazione di titolazione ha la forma Sn 2+ + 2Ce 4+ ® Sn 4+ + 2Ce 3+ . La quantità di Ce 4+ utilizzata per la titolazione è (12.51H 10 –3 l)H (0.100 mol/l) = 12.51H 10 –4 mol, la quantità di Sn 2+ reagito è 2 volte inferiore, cioè 6,25 ore 10 –4 mol. In 5,00 ml di soluzione è contenuto tanto Sn 2+, per cui la sua concentrazione è pari a (6,25 P 10 –4 mol) / (5 P 10 –3 l) = 0,125 M.

In una titolazione inversa, l'analita non reagisce con il titolante, ma con un altro reagente presente in eccesso. L'eccesso viene quindi determinato mediante titolazione. Se la quantità iniziale del reagente è nota e viene determinato il suo eccesso, la differenza tra loro è la quantità di reagente che è entrata nella reazione con la sostanza da determinare. Supponiamo che 20,00 mL di soluzione di idrossido di sodio 0,100 M vengano aggiunti a 5,00 mL di un campione contenente fenolo. Come risultato della reazione, si forma fenolato di sodio. L'idrossido di sodio in eccesso viene titolato con 12,53 ml di soluzione di HCl 0,0800 M. Il rapporto tra i reagenti nelle reazioni di idrossido di sodio e fenolo o idrossido di sodio e acido cloridrico è 1:1. In questo caso la quantità iniziale di idrossido di sodio è pari a (20.00H 10 –3 l)H (0.100 mol/l) = 20.00H 10 –4 mol. L'eccesso di idrossido di sodio è pari alla quantità di acido cloridrico utilizzata per la sua titolazione: (12.53H 10 –3 l)H (0.0800 mol/l) = 10.00H 10 –4 mol. (20:00 – 10:00) H 10 –4 mol = 10,00 H 10 –4 mol di idrossido di sodio sono state consumate per l'interazione con l'analita. La stessa quantità di fenolo è contenuta in 5,00 ml di campione. Pertanto, la concentrazione di fenolo è (10.00H 10 –4 mol)/(5.00H 10 –3 l) = 0.200 M.

La titolazione inversa viene utilizzata, ad esempio, quando la costante di equilibrio di una reazione di titolazione diretta è troppo piccola. Pertanto, nell'esempio discusso sopra, il fenolo è un acido piuttosto debole e la costante di equilibrio per la titolazione diretta del fenolo con idrossido di sodio è solo circa 10 4 . Allo stesso tempo, la costante di equilibrio per la reazione di retrotitolazione tra l'eccesso di idrossido di sodio (una base forte) e l'acido cloridrico (un acido forte) è 10 14 . Altri motivi per utilizzare la titolazione a posteriori includono la mancanza di un metodo di indicazione adeguato o l'insufficiente velocità di reazione della titolazione diretta. Pertanto, per la titolazione complessometrica diretta di uno ione metallico con acido etilendiamminotetraacetico (EDTA), vengono solitamente utilizzati metalli indicatori. È chiaro che sono necessari molti indicatori diversi per determinare i punti finali della titolazione per tutti gli ioni metallici. Nella titolazione inversa, una quantità in eccesso di EDTA viene aggiunta a una soluzione contenente uno ione metallico e l'eccesso viene quindi determinato utilizzando una soluzione contenente Mg 2+. Quindi l'unico indicatore necessario è un indicatore per Mg 2+, indipendentemente dallo ione da determinare.

Titolazione acido-base.

Esistono molte applicazioni per la titolazione di acidi e basi. Per garantire che il punto finale della titolazione sia determinato nel modo più chiaro, come titolanti vengono utilizzati acidi e basi forti. Un tipico titolante acido è HCl. È standardizzato allo standard primario carbonato di sodio utilizzando rosso metile, arancio metile o verde bromocresolo come indicatori. Un tipico titolante di base è NaOH ed è standardizzato al biftalato di potassio standard primario utilizzando la fenolftaleina come indicatore. Un esempio di titolazione acido-base è il metodo per determinare il contenuto di azoto in vari composti (metodo Kjeldahl): il campione viene decomposto con acido solforico caldo, convertendo l'azoto in ione ammonio; dopo il raffreddamento, il campione viene trattato con alcali per convertire lo ione ammonio in ammoniaca; l'ammoniaca viene catturata con una soluzione acida, dopodiché l'acido in eccesso viene determinato titrimetricamente mediante una reazione di neutralizzazione.

Titolazione complessometrica.

Molto spesso, la titolazione complessometrica viene utilizzata per la determinazione degli ioni metallici utilizzando EDTA come titolante (ad esempio, quando si determina la durezza dell'acqua). Il campione di acqua viene alcalino con una soluzione tampone di ammoniaca, viene aggiunto l'indicatore nero eriocromo e la soluzione risultante viene titolata con EDTA.

Titolazione redox.

In molte delle più comuni reazioni di titolazione redox, lo iodio partecipa indirettamente. La fase finale della titolazione è la determinazione quantitativa dello iodio mediante titolazione con tiosolfato di sodio. L'amido viene utilizzato come indicatore dello iodio. Il tiosolfato è standardizzato contro lo ione triioduro (I 3 –), che si ottiene dalla reazione tra KI e lo standard primario KIO 3. In questo modo viene determinato, ad esempio, il grado di insaturazione degli acidi grassi, il contenuto di fenoli e di alcoli polivalenti (glicerolo o glicole etilenico).

SPETTROSCOPIA

I metodi spettroscopici si basano sull’interazione della radiazione elettromagnetica con la materia, vale a dire sulla determinazione delle caratteristiche della radiazione assorbita, emessa o diffusa. La spettrometria di massa viene spesso utilizzata in parallelo ai metodi spettroscopici; Sebbene non venga utilizzato per studiare l'interazione della radiazione con la materia, i risultati della misurazione vengono solitamente presentati sotto forma di spettro.

Disposizioni fondamentali.

La radiazione elettromagnetica è caratterizzata da energia E, frequenza N e lunghezza d'onda l, che sono legati tra loro dalla relazione E = hn = h.c/l, Dove H– Costante di Planck (6.63H 10 –34 JH s), C– velocità della luce (3H 10 8 m/s).

La gamma di energia dell’intero spettro elettromagnetico è molto ampia. Nella tabella La tabella 2 mostra i nomi generalmente accettati dei tipi di radiazione, sono indicati gli intervalli delle loro energie e lunghezze d'onda, nonché i tipi di transizioni.

Tabella 2. SPETTRO ELETTROMAGNETICO
Radiazione	Lunghezza d'onda	Energia/Frequenza	Transizione
Raggi gamma		>100keV	Nucleare
Raggi X	0,1–20 Å	0,6–120 keV	Elettroni interni
Radiazioni ultraviolette	1–400 nm	3 eV – 1,2 keV	Elettroni esterni
Luce visibile	400–800 nm	1,5–3 eV	Elettroni esterni
Luce infrarossa	0,8–500 µm	20–12.500 cm–1	Vibrazioni delle molecole
Radiazione a microonde	1–300 mm	1–300GHz	Rotazione delle molecole
Onde radio	0,5–30 m	10–600 MHz	Spin nucleare

I metodi più comunemente utilizzati in chimica analitica sono l'ultravioletto (UV), il visibile, l'infrarosso (IR) e le onde radio.

Nella fig. La Figura 8 mostra gli schemi a blocchi dei dispositivi per ottenere spettri di assorbimento ed emissione.

La scelta dell'apparecchiatura specifica - sorgente di radiazioni, monocromatore, rilevatore - dipende dalle lunghezze d'onda della radiazione utilizzata e dalla natura delle misurazioni. Nella regione UV-visibile, le sorgenti luminose sono tipicamente lampade a incandescenza o laser, il monocromatore è una fessura o prisma e il rilevatore è un tubo fotomoltiplicatore e una serie di fotodiodi.

Assorbimento nelle regioni UV e visibili.

Gli spettri di assorbimento UV-visibile contengono informazioni sia qualitative che quantitative sulla sostanza assorbente. Quest'ultimo ne consente l'utilizzo in chimica analitica. L'assorbimento della luce obbedisce alla legge di Lambert-Beer

Dove D- densità ottica, IO 0 e IO– intensità della luce incidente e trasmessa attraverso il campione, T- trasmissione, e– coefficiente di estinzione molare, l– lunghezza del percorso ottico (spessore dello strato assorbente) in cm, C– concentrazione molare. Misurando la densità ottica D, dalla relazione D = ecl puoi trovare la concentrazione della sostanza assorbente.

I campioni utilizzati nella spettroscopia di assorbimento UV-visibile sono generalmente soluzioni diluite. L'intervallo di concentrazioni che può essere determinato dipende dal coefficiente di estinzione molare della sostanza in esame, il cui valore massimo è ~ 10 5 (si noti che le misurazioni devono essere effettuate alla lunghezza d'onda corrispondente al massimo nello spettro di assorbimento). Per ottenere risultati affidabili, la densità ottica misurata deve essere compresa tra 0,01 e 2. Con uno spessore dello strato assorbente di 1 cm ciò corrisponde ad una concentrazione di 10–8 M, ovvero 1000 volte inferiore rispetto alla titolazione. Tipicamente, nell'area di lavoro (area di linearità) delle misurazioni, la concentrazione può variare di almeno 100 volte. Selezionando selettivamente la lunghezza d'onda corrispondente al massimo assorbimento della sostanza, è possibile eliminare l'influenza della matrice (solvente). Le misurazioni della densità ottica sono di breve durata, il che rende possibile determinare le velocità di reazione utilizzandole. Se viene studiata una miscela di più sostanze assorbenti, la concentrazione di ciascuna di esse viene determinata effettuando misurazioni a lunghezze d'onda corrispondenti ai massimi di assorbimento di queste sostanze.

Luminescenza.

La spettroscopia di luminescenza misura l'intensità della radiazione emessa da atomi o molecole di una sostanza durante la loro transizione da uno stato eccitato a uno stato fondamentale (Fig. 8). Esistono due tipi di luminescenza: fluorescenza e fosforescenza. Durante la fluorescenza, un atomo o una molecola passano allo stato fondamentale da uno stato eccitato di breve durata. Si osserva quasi immediatamente dopo l'assorbimento, diminuisce rapidamente e scompare a causa delle collisioni della molecola emittente con altre molecole nella soluzione (estinzione della fluorescenza). La fosforescenza si verifica quando una molecola passa allo stato fondamentale da uno stato eccitato di durata relativamente lunga, in modo che possa trascorrere un tempo relativamente lungo tra l'assorbimento della luce e l'emissione della luce. La fosforescenza è caratterizzata da una lunghezza d'onda di emissione più lunga, altezze di picco più piccole e una maggiore influenza della matrice. Le misurazioni fluorescenti sono più selettive di quelle spettrofotometriche perché dipendono da due lunghezze d'onda: luce assorbita ed emessa.

L'intensità della fluorescenza è correlata all'intensità della luce assorbita dalla seguente relazione: IO isp = kI assorbire. Questa relazione è lineare rispetto alla concentrazione solo a piccoli valori: IO isp = kўI assorbente C. Qui K E Kў – costanti che caratterizzano le proprietà della molecola associata all'assorbimento e all'emissione di radiazioni, e C– concentrazione della sostanza da determinare. L'analisi fluorescente consente di misurare concentrazioni 1000 volte inferiori rispetto all'analisi spettrofotometrica. Ciò è dovuto alla natura del segnale determinato in entrambi i casi: nelle misurazioni di fluorescenza è necessario registrare una piccola differenza tra due segnali deboli, mentre nelle misurazioni di assorbimento tra segnali forti, il che è molto più difficile.

Quando la luce viene emessa a seguito di una reazione chimica, il processo è chiamato chemiluminescenza. L'intensità della radiazione dipende dalla velocità della reazione chimica e quest'ultima, a sua volta, dipende dalla concentrazione. Pertanto, misurando l'intensità della chemiluminescenza, è possibile determinare la concentrazione del reagente corrispondente. Come esempio di determinazione della luminescenza, diamo una reazione che coinvolge il luminolo. Quando ossidata con perossido di idrogeno in presenza di complessi di metalli di transizione, questa sostanza si illumina, consentendo la determinazione quantitativa di tracce di ioni metallici (o di alcuni complessi), nonché di perossido di idrogeno.

Spettroscopia infrarossa (IR).

Gli spettri di assorbimento nelle regioni visibili e UV discussi sopra nascono come risultato di transizioni elettroniche negli atomi e nelle molecole. L'assorbimento nella regione IR è dovuto alle transizioni tra livelli vibrazionali corrispondenti a diverse energie vibrazionali di gruppi funzionali. Nella spettroscopia IR, viene spesso utilizzata la parte centrale della regione IR, 4000–200 cm–1. Per interpretare gli spettri IR sono stati compilati appositi cataloghi e tabelle che indicano le frequenze di vibrazione caratteristiche dei vari gruppi (Tabella 3).

I valori dei coefficienti di estinzione molare per la regione IR sono inferiori rispetto a quelli per le regioni visibile e UV, pertanto, utilizzando la spettroscopia IR, si possono studiare sia sostanze pure che soluzioni molto concentrate. I liquidi vengono versati tra vetri otticamente trasparenti, dove formano una pellicola sottile, o in una cuvetta, i solidi vengono frantumati e sospesi in un mezzo otticamente trasparente. Le soluzioni sono più difficili da studiare rispetto ai solidi perché il solvente spesso assorbe nella stessa area. Per aumentare la sensibilità e la risoluzione del metodo, le modifiche moderne utilizzano la spettroscopia IR in trasformata di Fourier.

Risonanza magnetica nucleare (NMR).

Il metodo NMR si basa sull'assorbimento risonante dell'energia elettromagnetica causata dal magnetismo dei nuclei. Questo assorbimento si osserva in un forte campo magnetico, sotto l'influenza del quale vengono divisi i livelli energetici dei nuclei con un momento magnetico. L'applicazione di un piccolo campo elettromagnetico che varia in frequenza provoca transizioni tra i livelli, che appaiono come linee di assorbimento negli spettri NMR. Il metodo NMR è uno dei metodi più efficaci di ricerca strutturale. Permette di ottenere informazioni sulla struttura delle molecole, quali nuclei sono presenti nella sostanza da determinare e in quale quantità e qual è il loro ambiente. Una delle varianti della NMR - la risonanza magnetica protonica (1 H-NMR) - è spesso l'unico metodo che consente di determinare la struttura dei composti organici. Questo è talvolta seguito da 13 C-NMR, spettrometria di massa e spettroscopia IR. I metodi NMR più comunemente usati sono i nuclei degli atomi di idrogeno (protoni, 1 H) e 13 C. Si possono studiare anche altri nuclei, come 19 F, 31 P, 17 O, 15 N e 29 Si.

Lo spettro NMR rappresenta la dipendenza dell'intensità di assorbimento dal valore relativo D(chemical shift), definito come

Dove H E N– intensità del campo magnetico e frequenza di risonanza per il campione e lo standard. Valori D sono espressi in parti per milione (ppm; nella letteratura inglese – ppm, parti per milione). Il tetrametilsilano (TMS) viene solitamente utilizzato come standard nel caso di 1 H e 13 C. Le caratteristiche più importanti dello spettro NMR sono la posizione dei segnali di assorbimento (bande), la loro intensità e molteplicità. Poiché gli elettroni schermano parzialmente il nucleo e modificano l'entità del campo magnetico che agisce su di esso, la posizione dei segnali di assorbimento di vari nuclei (ad esempio i protoni) dipende dal loro ambiente elettronico. Nei gruppi H–N–, H–O– e H–C–, i protoni assorbono a frequenze diverse e hanno spostamenti chimici diversi. Vengono tabulati i valori di Chemical Shift misurati per un gran numero di elementi strutturali. L'interazione spin-spin dei protoni degli atomi vicini porta alla suddivisione del segnale NMR e la molteplicità del segnale dipende dal numero di protoni che partecipano all'interazione.

La sovrapposizione e la suddivisione del segnale complicano significativamente gli spettri NMR. Per semplificarli, vengono utilizzati campi magnetici più forti, che consentono di allungare lo spettro e ridurre la sovrapposizione dei picchi.

Nella fig. La Figura 9 mostra lo spettro NMR dell'etere etilico CH 3 CH 2 OCH 2 CH 3, illustrando il concetto di spostamento chimico e scissione. Lo spettro mostra che la molecola contiene due tipi di protoni. Tripletta con D= 1,1 ppm – è un segnale proveniente dai protoni del gruppo metilico CH 3 –, e dal quartetto con D= 3,3 ppm – segnale proveniente dai protoni del gruppo metilenico –CH 2 –.

Per ottenere spettri a risoluzione più elevata e per velocizzare la procedura nella spettroscopia NMR, viene utilizzata la trasformata di Fourier.

Spettrometria di massa (MS).

La spettrometria di massa è uno dei metodi analitici più efficaci e ampiamente utilizzati. Si distingue per elevata selettività, sensibilità e precisione.

Il principio del metodo è che la sostanza da determinare viene trasferita allo stato gassoso, ionizzata, e gli ioni risultanti (frammenti carichi delle molecole originali) vengono separati in un campo magnetico in base al rapporto massa-carica. Qualsiasi spettrometro di massa è costituito da un sistema di iniezione del campione, una camera di ionizzazione e un sistema di separazione degli ioni. Nel dispositivo viene mantenuto un vuoto elevato (~10–6 mmHg). I metodi di registrazione sono così ben sviluppati che facilitano il conteggio dei singoli ioni.

Lo spettro di massa rappresenta la dipendenza dell'intensità del segnale dal rapporto tra la massa delle particelle formate durante la ionizzazione e la loro carica ( M/e). Lo spettro è costituito da uno o più picchi. A bassa energia degli elettroni ionizzanti, un elettrone alla volta viene rimosso dalle molecole della sostanza e si formano ioni molecolari (M+); in questo caso, c'è un singolo picco nello spettro e determina la mol. la massa dell'analita non è difficile. Se l’energia di ionizzazione aumenta, lo ione molecolare si scompone in frammenti ionici più piccoli, che possono poi partecipare a reazioni di riarrangiamento per formare altri ioni. Considerando l'energetica e il meccanismo di queste reazioni, è possibile ricostruire la struttura del composto originale utilizzando gli spettri di massa. Di conseguenza, lo spettro di massa è una sorta di “impronta digitale” di una sostanza. Nella fig. La Figura 10 mostra gli spettri di massa degli idrocarburi saturi 2-metilbutano e 2,2-dimetilpropano (neopentano) con la formula empirica C 5 H 12. La ionizzazione che provoca una frammentazione significativa è chiamata ionizzazione dura. Al contrario, con la ionizzazione morbida, si osserva una frammentazione significativamente inferiore, ma aumenta l'altezza del picco ionico molecolare. Come esempio in Fig. La Figura 11 mostra gli spettri di massa del mefobarbital (uno dei barbiturici) ottenuti come risultato della ionizzazione per impatto elettronico, della ionizzazione chimica e del desorbimento di campo.

Metodi di ionizzazione.

La scelta del metodo di ionizzazione dipende dalle proprietà della sostanza da determinare, dalla matrice in cui è inclusa e dal grado di ionizzazione desiderato. Utilizzando l'attrezzatura standard è possibile ionizzare sostanze con mol. pesano fino a 20.000, ma ci sono dispositivi per i composti ionizzanti, dicono. la cui massa raggiunge 150.000–200.000.

Nella ionizzazione per impatto elettronico, le molecole di una sostanza gassosa vengono bombardate da un flusso di elettroni, con conseguente formazione di numerosi ioni frammento. Gli spettri di massa in questo caso sono molto complessi e per interpretarli vengono utilizzati cataloghi di spettri speciali. Uno dei metodi più comuni per la ionizzazione morbida delle sostanze volatili è la ionizzazione chimica. In questo metodo, nella camera di ionizzazione viene mantenuta un'elevata concentrazione di metano, che viene ionizzato per primo quando viene bombardato dagli elettroni. Quindi gli ioni di metano si scontrano con le molecole della sostanza in studio e, come risultato di reazioni ione-molecolari, si formano ioni (M + 1) + e (M – 1) +. Il bombardamento con atomi veloci viene utilizzato per ionizzare dolcemente i campioni liquidi. Un flusso di atomi veloci di xeno o argon bombarda la soluzione del campione in glicerolo, determinando la formazione di un gran numero di ioni molecolari. Un altro metodo di ionizzazione morbida è il cosiddetto desorbimento di campo; in questo caso gli ioni si formano sotto l'influenza di un forte campo elettrico. Viene più spesso utilizzato per la ionizzazione di sostanze non polari, termicamente instabili, nonché di composti con grandi pesi molecolari. massa (di polimeri), cioè nei casi in cui non è possibile utilizzare il bombardamento con atomi veloci. La ionizzazione spray (elettrospray, termospray, ecc.) è sempre più diffusa. In questo metodo, l'introduzione di un soluto e la sua ionizzazione vengono effettuate in un'unica fase.

Il plasma di argon accoppiato induttivamente viene utilizzato per l'analisi elementare e isotopica. Con il suo aiuto, il campione viene selezionato e ionizzato e gli ioni vengono separati in uno spettrometro di massa. Per l'analisi elementare delle superfici, viene utilizzato il metodo della spettrometria di massa degli ioni secondari. Un flusso di ioni Ar+ o Xe+ bombarda la superficie del campione e gli ioni secondari rilasciati vengono inviati ad un analizzatore di massa.

Spettrometria di massa tandem.

Questo metodo utilizza due spettrometri di massa collegati in serie. Una possibile applicazione del metodo è l'analisi delle miscele. La miscela di sostanze da determinare viene sottoposta a lieve ionizzazione, a seguito della quale da ciascun componente si forma uno ione molecolare. Gli ioni vengono separati nel primo spettrometro di massa, che funge da cromatografo. Uno dei componenti viene introdotto nel secondo spettrometro, dove viene sottoposto a ionizzazione dura e successiva separazione dei frammenti. Utilizzando i cataloghi, viene determinata la struttura della sostanza di partenza. Se oggetto di analisi non è una miscela, ma una singola sostanza, quest'ultima viene sottoposta a ionizzazione dura nel primo spettrometro di massa, gli ioni frammento vengono separati e uno di essi viene inviato alla camera di ionizzazione del secondo apparecchio. Qui il frammento viene nuovamente ionizzato e sottoposto a successiva frammentazione. Lo spettro di massa risultante viene interpretato utilizzando il catalogo e viene determinata la struttura del frammento originale.

METODI ELETTROCHIMICI

I metodi di analisi elettrochimica si basano sullo studio dei processi che avvengono negli elettroliti o sulla superficie degli elettrodi immersi in essi. Questi processi possono essere di equilibrio o di non equilibrio a seconda delle condizioni sperimentali e forniscono informazioni sulla velocità delle reazioni chimiche, sulla natura dei composti in esse coinvolti e sulla termodinamica. I metodi elettrochimici più utilizzati in chimica analitica sono:

Potenziometria.

Nei metodi potenziometrici, la differenza di potenziale tra l'elettrodo indicatore e l'elettrodo di riferimento viene misurata in assenza di corrente nel circuito elettrochimico. In queste condizioni il sistema analizzato è in equilibrio e il potenziale dell’elettrodo è legato alla concentrazione della soluzione mediante l’equazione di Nernst:

Dove E° – potenziale standard della coppia redox ox + N e rosso, R– costante universale dei gas, T– temperatura assoluta, F– Costante di Faraday, UN- attività. Nelle misurazioni potenziometriche sono ampiamente utilizzati elettrodi ionoselettivi sensibili a un singolo ione (idrogeno, sodio, ammonio). L'elettrodo indicatore più semplice è un metallo nobile, come il platino. Durante la titolazione potenziometrica, una soluzione standard di reagente viene aggiunta in porzioni alla soluzione analizzata ( vedi sopra titrimetria) e monitorare la variazione del potenziale. Ricevuto S Le curve a forma di triangolo consentono di trovare il punto equivalente, la costante di equilibrio e il potenziale standard.

Voltammetria.

In tutte le varianti dei metodi voltammetrici viene utilizzato un microelettrodo indicatore, con il quale si ottengono voltammogrammi: curve della dipendenza della corrente in una cella elettrochimica dalla differenza di potenziale. Il secondo elettrodo ausiliario - non polarizzante - ha una grande superficie, quindi il suo potenziale praticamente non cambia quando passa la corrente. Gli elettrodi indicatori sono realizzati sotto forma di capillare, dal quale scorre goccia a goccia il metallo liquido (mercurio, amalgama, gallio). I voltammogrammi consentono di identificare le sostanze disciolte in un elettrolita, determinarne la concentrazione e in alcuni casi trovare parametri termodinamici e cinetici. Il primo metodo voltammetrico - la polarografia - fu proposto da J. Heyrovsky nel 1922. L'elettrodo di lavoro in esso contenuto era un elettrodo di mercurio gocciolante. Questa tecnica viene solitamente utilizzata per la determinazione degli ioni metallici (Pb 2+, Cd 2+, Cu 2+). Altri metodi voltammetrici includono la voltammetria con scansione del potenziale lineare (con una variazione monotona) e la voltammetria ciclica (con scansione del potenziale triangolare veloce). Con il loro aiuto, viene studiato il meccanismo delle reazioni degli elettrodi e vengono determinate le basse concentrazioni di sostanze in soluzione.

Amperometria.

Nell'amperometria, il potenziale dell'elettrodo di lavoro (indicatore) viene mantenuto costante e viene misurata la corrente di diffusione limite nella soluzione. Nella titolazione amperometrica, il punto equivalente si trova attraverso l'interruzione della curva intensità di corrente - volume della soluzione di lavoro aggiunta. I metodi cronoamperometrici si basano sulla misurazione della dipendenza della corrente dal tempo e vengono utilizzati per determinare i coefficienti di diffusione e le costanti di velocità. Le celle elettrochimiche che funzionano secondo il principio dell'amperometria vengono utilizzate come sensori nella cromatografia liquida.

Conduttometria.

Questo metodo si basa sulla misurazione della conduttività elettrica di una soluzione. Le condizioni sperimentali sono scelte in modo tale che il contributo predominante al potenziale di cella misurato sia dato dalla caduta di tensione ohmica IR (R– resistenza della soluzione), piuttosto che un potenziale salto nell’interfaccia elettrodo/soluzione. La conduttività elettrica di una soluzione monocomponente può essere correlata alla sua concentrazione e per i sistemi complessi viene stimato il contenuto totale di ioni nella soluzione. Anche la titolazione conduttometrica è ampiamente utilizzata, quando un reagente noto viene aggiunto in porzioni alla soluzione analizzata e viene monitorata la variazione della conduttività elettrica.

Coulometria.

Nella coulometria, una soluzione viene completamente elettrolizzata a un potenziale controllato e viene misurata la quantità di elettricità richiesta. La quantità di una sostanza viene determinata utilizzando la legge di Faraday P = QM/Fn, Dove P– massa (g) della sostanza convertita elettrochimicamente, Q– quantità di elettricità (C), M– peso molecolare della sostanza, F– Costante di Faraday, N– il numero di elettroni coinvolti nella trasformazione elettrochimica di una molecola. I metodi coulometrici sono assoluti, cioè non richiedono curve di calibrazione. Nella coulogravimetria, la quantità di sostanza che ha subito l'elettrolisi viene determinata pesando l'elettrodo prima e dopo l'esperimento.

METODI CROMATOGRAFICI

Tipicamente il campione da analizzare non è costituito da un'unica sostanza, ma da una miscela di sostanze. Alcuni di essi interessano il ricercatore, altri sono impurità che complicano l'analisi. E sebbene esistano tecniche analitiche che consentono di analizzare miscele complesse, è sempre più facile lavorare con una sostanza pura. Per ottenere sostanze pure si utilizzano vari metodi di separazione: distillazione, sublimazione, estrazione, dialisi, precipitazione, complessazione. Qui ci concentreremo sui metodi cromatografici ampiamente utilizzati sia per la separazione delle sostanze che per la loro identificazione e quantificazione.

La separazione cromatografica si basa sulle differenze nelle proprietà delle sostanze come volatilità, polarità, dimensione molecolare, carica, ecc. Da essi dipende la distribuzione delle sostanze tra fase mobile e stazionaria, presenti in ogni tecnica cromatografica.

Se la fase mobile è gassosa, allora il metodo è chiamato gascromatografia (GC), se il liquido è cromatografia liquida (LC); se la fase stazionaria riempie un tubo o una colonna sottile, allora si tratta di cromatografia su colonna, e se viene applicata a una piastra, allora cromatografia su strato sottile (TLC). I principi di separazione sono gli stessi in tutti i casi, differiscono solo l'implementazione strumentale e la metodologia. Nella cromatografia su strato sottile (Fig. 12), ad esempio, un campione viene applicato vicino al bordo di una piastra con una fase stazionaria e questo bordo viene immerso in un solvente in modo che quest'ultimo non raggiunga il punto in cui viene applicato il campione. La separazione viene effettuata fino a quando il solvente raggiunge l'estremità opposta della piastra. Poiché gli analiti si muovono più lentamente del solvente puro, rimangono tutti sulla piastra, ma si trovano a distanze diverse dal luogo in cui viene applicato il campione. La velocità di movimento della materia è caratterizzata dalla relativa differenza di corsa Rf

Meccanismi di separazione cromatografica.

Consideriamo i meccanismi di base della distribuzione delle sostanze tra le fasi mobile e stazionaria usando l'esempio della cromatografia su colonna.

Cromatografia di adsorbimento.

La fase stazionaria è una sostanza solida sui cui centri attivi vengono adsorbite le molecole delle sostanze da determinare. La separazione può essere basata su differenze nelle loro polarità: più una sostanza è polare, più fortemente viene adsorbita nella fase stazionaria e più a lungo vi rimane.

Cromatografia di partizione.

La fase stazionaria è una sostanza fluida depositata o legata chimicamente ad un supporto solido. I componenti della miscela fatta passare attraverso la colonna vengono separati a causa delle diverse solubilità nella fase stazionaria. Sia nella cromatografia di partizione gassosa che liquida vengono utilizzate fasi stazionarie con polarità diverse e altre proprietà chimiche, dalle quali dipende la solubilità delle sostanze da determinare. Uno dei tipi di cromatografia di partizione è la cromatografia gas-liquido (GLC) con una fase stazionaria liquida e una fase mobile gassosa. Nella fig. La Figura 14 mostra un cromatogramma gas-liquido dell'olio di limone.

Cromatografia di spostamento.

La fase stazionaria è una sostanza solida porosa. Le grandi molecole della miscela in separazione non penetrano nei pori e, senza rimanere nella fase stazionaria, vengono trascinate via dal solvente. Le molecole di medie dimensioni rimangono bloccate in alcuni pori e rimangono in una fase stazionaria per qualche tempo, mentre le molecole piccole penetrano in tutti i pori e si muovono molto lentamente. Ecco come le molecole vengono separate per dimensione, e quindi per peso molecolare. Il metodo della cromatografia a spostamento può separare sostanze con mol. di peso compreso tra 100 e 100.000.000.

Cromatografia a scambio ionico.

La fase stazionaria è uno scambiatore ionico - una sostanza solida, praticamente insolubile in acqua e solventi organici, contenente gruppi funzionali ionici che possono scambiare i loro ioni con ioni presenti nella fase mobile. Per separare gli anioni (acidi organici, amminoacidi o ioni cloruro, nitrato, solfato), vengono utilizzati scambiatori anionici contenenti un gruppo amminico o ammonio quaternario. La composizione degli scambiatori cationici utilizzati per separare i cationi (amminoacidi o ioni metallici) comprende acidi carbonici o solfonici.

Separazione di sostanze otticamente attive.

Molti composti otticamente attivi (chirali) (ad esempio molecole biologiche, farmaci) hanno proprietà molto preziose, ma queste proprietà sono spesso inerenti solo a uno degli isomeri. Non è possibile separare gli enantiomeri (isomeri specchio) utilizzando i metodi cromatografici tradizionali perché hanno proprietà fisiche e chimiche identiche, fatta eccezione per la capacità di ruotare diversamente il piano di polarizzazione della luce e di interagire con altri composti chirali. Quest'ultima proprietà è alla base dei metodi per separare gli enantiomeri. Un approccio consiste nel far reagire una miscela di analiti otticamente attivi e alcuni reagenti chirali. I prodotti risultanti hanno proprietà fisiche diverse e vengono separati mediante metodi cromatografici convenzionali. In un altro caso più comune, una sostanza chirale viene utilizzata come fase stazionaria per una colonna LC. Gli enantiomeri interagiscono con esso in modo diverso e sono separati.

Cromatografia su strato sottile (TLC).

La fase stazionaria è un assorbente finemente disperso (solitamente gel di silice) depositato su una piastra di vetro o metallo. La miscela da analizzare viene applicata allo strato assorbente con una pipetta e la piastra viene immersa nel solvente. Sotto l'azione delle forze capillari, il solvente sale lungo la piastra e la miscela viene separata in componenti. Le sostanze fluorescenti vengono rilevate alla luce UV, tutte le altre vengono rilevate utilizzando reagenti specifici. La TLC è un metodo semplice e non ad alta intensità di manodopera. È possibile separare diverse miscele contemporaneamente su una piastra ed eseguire la cromatografia bidimensionale per aumentare l'efficienza.

DEFINIZIONI SELETTIVE

Uno dei compiti principali della chimica analitica è ottenere un'elevata selettività delle determinazioni. In alcuni casi, la selettività è assicurata dalla separazione preliminare delle sostanze studiate, in altri dall'uso combinato di vari metodi. Molti sistemi moderni utilizzano oggetti biologici (enzimi, anticorpi e recettori) e sensori speciali. I sensori sono costituiti da uno strato di una sostanza chimicamente attiva e da un trasduttore fisico; sono comunemente usati per misurare selettivamente le concentrazioni chimiche. Inoltre, consentono misurazioni remote e continue.

Metodi enzimatici.

Una proprietà degli enzimi di interesse per la chimica analitica è la loro capacità di accelerare in modo mirato determinate reazioni. I metodi enzimatici possono essere utilizzati per analizzare sia sistemi in equilibrio che in non equilibrio e combinarli con diversi metodi di rilevamento: spettrofotometria, fluorescenza, chemiluminescenza, potenziometria, amperometria. Gli enzimi immobilizzati vengono sempre più utilizzati. Ciò spesso aumenta la risoluzione del metodo e, inoltre, rende possibile riutilizzare gli enzimi e utilizzarli in reattori a flusso o biosensori. Gli enzimi sono incorporati in membrane, gel polimerici reticolati o adsorbiti su un supporto solido.

Metodi immunologici.

Gli anticorpi sono sostanze che vengono prodotte nel corpo dei vertebrati in risposta alla comparsa di antigeni in esso contenuti e si legano specificamente a questi antigeni. La specificità del legame è determinata dalla corrispondenza strutturale tra l'antigene e l'anticorpo prodotto. Le determinazioni immunologiche utilizzano antigeni marcati. Pertanto, nel test radioimmunologico (RIA), l'etichetta è un isotopo radioattivo, solitamente 125 I. Recentemente, etichette ed enzimi fluorescenti, chemiluminescenti ed elettroattivi sono diventati ampiamente utilizzati. Utilizzando metodi immunologici, vengono analizzati farmaci e ormoni (come la gonadotropina corionica umana, che viene utilizzata per determinare la gravidanza) e vengono identificati gli agenti patogeni delle malattie infettive.

Sensori elettrochimici.

Il sensore elettrochimico più noto è l'elettrodo ionoselettivo. Gli elettrodi potenziometrici a gas e quelli enzimatici funzionano secondo il principio della selettività ionica. In essi, la membrana dell'elettrodo è ricoperta da uno strato di sostanza chimica, che è separata dalla soluzione analizzata (o gas) da una seconda membrana, permeabile alla sostanza da analizzare.

Un elettrodo a gas potenziometrico registra i cambiamenti nella posizione di equilibrio di una reazione chimica che avviene in uno strato di sostanza sulla membrana dell'elettrodo. Questa reazione comporta la diffusione del gas attraverso la membrana esterna. Quando la sua quantità cambia, la posizione di equilibrio della reazione cambia e questo spostamento viene registrato dall'elettrodo. Il sensore di CO 2 utilizza un elettrodo a idrogeno rivestito con un sottile strato di bicarbonato. La CO 2, penetrando attraverso la membrana esterna, sposta la posizione di equilibrio della reazione CO 2 + H 2 O HCO 3 – + H + e l'elettrodo a idrogeno misura la concentrazione di ioni idrogeno.

Negli elettrodi enzimatici potenziometrici, la membrana dell'elettrodo è rivestita con un enzima (ad esempio, ureasi nel caso della determinazione dell'urea). Sono stati sviluppati sensori potenziometrici per la determinazione di aminoacidi, penicillina e altri antibiotici. Batteri, tessuti vegetali e animali intatti possono essere utilizzati come strato contenente enzimi.

Negli elettrodi enzimatici amperometrici, l'enzima è molto spesso un'ossidasi e viene registrato il consumo di ossigeno o la produzione di perossido di idrogeno. Per monitorare il contenuto di glucosio nei fluidi biologici vengono utilizzati sensori amperometrici basati sulla glucosio ossidasi.

Sensori ottici.

In tali sensori, un reagente specifico viene applicato all'estremità di una fibra ottica - guida luminosa. Un raggio di luce viene diretto lungo la guida luminosa e viene registrata la luce proveniente dall'estremità con il campione depositato. Per la misurazione ottica del pH è stato sviluppato un numero particolarmente elevato di sensori. Contengono tutti un reagente immobilizzato che può esistere in due o più forme acido-base. Se queste forme hanno spettri di assorbimento o fluorescenza diversi, effettuando misurazioni a diverse lunghezze d'onda è possibile determinare la loro concentrazione e calcolare il pH. A differenza di un elettrodo di vetro, che misura il pH nell'intervallo da 1 a 14, i sensori ottici hanno un intervallo dinamico di valori di pH registrati che copre 1-2 unità su entrambi i lati di p K un indicatore. I sensori di ioni metallici (Al 3+, Mg 2+, Zn 2+, Cd 2+) utilizzano ligandi che iniziano a emettere una forte fluorescenza quando si legano a questi ioni. I sensori di ossigeno si basano sull'estinzione dell'ossigeno di un fluoroforo immobilizzato. Si tratta di una rilevazione di equilibrio, meno sensibile alle variazioni di temperatura e portata rispetto ai sensori di ossigeno amperometrici. Sono stati sviluppati biosensori basati sui principi dell'analisi immunologica. All'estremità delle fibre ottiche di tali sensori vengono applicati anticorpi e antigeni marcati in modo fluorescente.

Sensori di massa.

Un adsorbente selettivo viene applicato a un trasduttore sensibile alla massa (ad esempio, un oscillatore piezoelettrico al quarzo). Su di esso viene depositata la sostanza da determinare e il sensore registra la variazione di massa. Tali sensori vengono utilizzati per rilevare sostanze gassose e volatili come CO, CO 2 e SO 2, idrocarburi aromatici e alifatici e pesticidi.

Letteratura:

Kreshkov A.P. Fondamenti di Chimica Analitica, vol. 1–3. M., 1977
Slaybo U., Pergona T. chimica generale. M., 1979
Karapetyants M.Kh., Drakin S.I. chimica generale. M., 1981
Glinka N.L. chimica generale. L., 1988



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Ministero dell'Istruzione Superiore della Repubblica dell'Uzbekistan

Università Nazionale dell'Uzbekistan intitolata a M. Ulugbek

Facoltà di Chimica

materia: chimica analitica

sul tema: I Conferenza tutta russa con partecipazione internazionale sul tema “Analisi chimica e medicina”

Eseguita:

Khojaeva Khidoyathon

MIURA GO-xHT: Sistemi per la preparazione dei campioni prima dell'analisi GCMS (determinazione di diossine e PCB) MIURA GO-2HT / 4HT / 6HT

L'Istituto Miura di Scienze Ambientali, un organismo di ricerca specializzato in studi ambientali, presta grande attenzione al monitoraggio del contenuto di componenti tossici come diossine e policlorobifenili (PCB) negli oggetti ambientali, e lavora anche allo sviluppo e alla commercializzazione di tecnologie per l'analisi ambiente degli oggetti.

Avendo una vasta esperienza nello sviluppo di metodi analitici per l'analisi di oggetti ambientali, prodotti alimentari e materie prime per la loro produzione, oltre ad essere il distributore europeo di MIURA Co. Ltd., Shimadzu Europa GmbH offre una soluzione completa per la determinazione di diossine e policlorobifenili (PCB), compresi i sistemi della serie GO-xHT per la pre-pulizia dei campioni e lo spettrometro gascromatometrico tandem della serie TQ.

Questa soluzione può essere utilizzata con successo per analizzare campioni come prodotti alimentari e materie prime per la loro produzione, mangimi, suolo, rifiuti e acque naturali, ecc.

Possibilità

I sistemi GO-xHT possono aumentare significativamente la produttività dei laboratori di analisi, aumentare l'efficienza della ricerca scientifica e quindi ridurre il tempo necessario per il ritorno sull'investimento (ROI)

Nessuna contaminazione incrociata

Grazie al design senza valvola e al kit di colonne monouso, il rischio di contaminazione incrociata durante l'analisi dei lotti è praticamente nullo.

· Ridotto consumo di solventi

L'assenza di valvole di commutazione, un circuito di alimentazione del solvente ottimizzato e un volume morto minimo del sistema garantiscono un consumo di solvente ridotto rispetto ai metodi tradizionali. Inoltre, la preparazione del campione utilizzando i sistemi GO-xHT non richiede l'uso di solventi contenenti cloro. Tutto ciò contribuisce ad una significativa riduzione dei costi e, di conseguenza, aumenta la redditività del laboratorio di analisi.

Preparazione simultanea di un massimo di 6 campioni

La configurazione dei sistemi GO-xHT può essere facilmente personalizzata per soddisfare le esigenze di uno specifico laboratorio analitico, a seconda del volume di analisi previsto. I sistemi possono essere dotati di 1-3 moduli a due colonne controllati in modo indipendente, in quest'ultimo caso fornendo la preparazione simultanea per l'analisi di 6 campioni. La completa automazione del processo di purificazione rende la preparazione dei campioni più semplice ed efficiente che mai.

Tre possibili configurazioni di sistema.

Il sistema GO-xHT può essere fornito con 2, 4 o 6 altoparlanti installati.

Soluzione completa per la determinazione di diossine e PCB, inclusa estrazione, purificazione e analisi GCMS

Tre produttori leader di apparecchiature per chimica analitica, Shimadzu Corporation, BUCHI Laboratory Equipment e MIURA Co. Ltd., hanno unito le loro capacità e portato sul mercato una soluzione completa per la determinazione di diossine e PCB in un'ampia varietà di campioni, inclusi campioni complessi come cibo e suolo. La soluzione completa, denominata "DIOXINS S3", comprende un sistema di estrazione con solvente pressurizzato (PSE) BUCHI SpeedExtractor E-914/E-916, un sistema di pulizia MIURA GO-xHT e uno spettrometro di massa per gascromatografia tandem serie Shimadzu T.Q. Questa soluzione completa fornisce analisi ad alta produttività, accurate, affidabili e altamente sensibili nel pieno rispetto delle normative europee EU 589/2014.

I Conferenza tutta russa con partecipazione internazionale “Analisi chimica e medicina”

A Mosca nel 2015, dal 9 al 12 novembre, si è tenuta la prima conferenza tutta russa con partecipazione internazionale “Analisi chimica e medicina”. Questa conferenza mirava a garantire una più stretta comunicazione e scambio di conoscenze tra specialisti nel campo della chimica analitica e della medicina per risolvere insieme i principali problemi legati alla salute umana e all'ecologia. La conferenza ha passato in rassegna i più importanti progressi nel campo della chimica analitica e il loro utilizzo in campo medico, in particolare in campo diagnostico clinico, e sono stati presentati più di 150 abstract.

Dispositivo per il sequenziamento del DNA "NANOFOR 05"

Alekseev Ya.I. , Kurochkin V.E., Veretennikov A.V.3.

Grazie al sostegno finanziario del Ministero dell’Istruzione e della Scienza della Federazione Russa e della Piattaforma Tecnologica “Medicina del Futuro”, il primo sequenziatore russo “NANOFOR 05” è stato creato dall’Istituto di Strumentazione Analitica dell’Accademia Russa delle Scienze, JSC Syntol e l'impianto sperimentale di strumentazione scientifica dell'Accademia russa delle scienze Il mercato mondiale dei sequenziatori esiste da 29 anni.

Alla fine del 1986, il primo sequenziatore ABI 370A è stato sviluppato da Applied Biosystems (USA).

Sequenziatore, capace di sequenziare 12.000 bp al giorno.

Attualmente, i sequenziatori più produttivi possono sequenziare 1000 x 109 bp in 1 esecuzione.

Il mercato dei sequenziatori di DNA può essere suddiviso in 2 segmenti a seconda della tecnologia alla base del principio di funzionamento dei dispositivi:

1) sequenziatori “capillari” (o “classici”, “Sanger”), in cui la decodifica della sequenza nucleotidica del DNA avviene dopo la reazione di sequenziamento;

2) sequenziatori di seconda generazione, NGS- (Next Generation Sequencing), o sequenziatori “dell'intero genoma”, in cui il genoma viene decifrato direttamente durante la reazione di sequenziamento.

Il mercato russo dei sequenziatori, secondo gli esperti, non ammonta fisicamente a più di 1000 dispositivi. Inoltre il numero di sequenziatori “capillari” è almeno pari all'85% del totale dei sequenziatori utilizzati. La maggior parte dei sequenziatori NGS acquistati in Russia vengono utilizzati sporadicamente a causa dell’elevato costo dei materiali di consumo.

Di conseguenza, il numero di analisi (sequenziamento e analisi di frammenti) effettuate sui sequenziatori “capillari” è diverse centinaia di volte superiore al numero di genomi “letti” sui sequenziatori NGS, pari a circa 200.000 - 300.000 analisi all’anno in Russia.

Anche il mercato globale dei sequenziatori è dominato da sequenziatori “capillari”. Nonostante l’avvento sul mercato dei sequenziatori di seconda generazione, ci sono una serie di compiti che possono essere risolti in modo rapido ed economico utilizzando i sequenziatori “classici”. Questi compiti includono:

Riso. 1. Elettroferogramma dei prodotti di sequenziamento ottenuti su un dispositivo NANOFOR 05. La freccia indica la mutazione identificata.

Riso. 2. Elettroferogramma della separazione dei prodotti di amplificazione ottenuti dal DNA della madre (in alto), del padre (al centro) e del figlio (in basso) attraverso il canale ROX.

1) sequenziamento di inserti genetici in plasmidi;

2) sequenziamento dei prodotti della PCR.

3) Identificazione del DNA di una persona;

4) determinazione della paternità, determinazione del grado di parentela;

5) determinazione dei polimorfismi a singolo nucleotide (SNP - Single Nucleotide Polymorphism), rilevati mediante PCR. Gli SNP determinano la predisposizione ereditaria alle malattie multifattoriali e la sensibilità individuale dell'organismo ai farmaci.

6) genotipizzazione del DNA umano, vale a dire rilevamento di SNP sconosciuti nelle regioni geniche analizzate;

7) genotipizzazione dei microrganismi, ad esempio rilevamento di mutazioni precedentemente sconosciute nel genoma del Mycobacterium tuberculosis responsabili della resistenza ai farmaci antibatterici; o genotipizzazione di agenti patogeni di infezioni particolarmente pericolose, necessaria per identificare la fonte dell'infezione;

8) genotipizzazione (certificazione) di razze animali e varietà vegetali pregiate ai fini della loro selezione;

NANOFOR 05 è un analogo dell'analizzatore genetico a 8 canali 3500 Genetic An-alyzer prodotto da Life Technologies (ora Thermo Fisher Scientific).

In una serie di importanti caratteristiche tecniche e di utilizzo, NANOFOR 05 è superiore all'analizzatore genetico 3500: è un dispositivo di tipo aperto, cioè. offre l'opportunità di utilizzare reagenti di qualsiasi produttore, ha uno schema di rilevamento a 7 colori, che consente di analizzare contemporaneamente più target di DNA diversi in un campione e ha anche un periodo di garanzia di 2 anni, costa 2 volte in meno rispetto a un analogo importato, è molto più economico nel funzionamento.

Determinazione dei metalli pesanti in integratori alimentari, piante medicinali, fluidi biologici mediante metodi AAS, ICP-OES, ICP-MS dopo preparazione del campione a microonde

I criteri chiave per l'affidabilità di tale analisi sono: la completezza della mineralizzazione del campione, l'assenza di perdite di elementi volatili come Hg, As, ecc., soprattutto nella fase di preparazione del campione, sufficiente sensibilità del metodo spettrale selezionato e del campione dimensione e, infine, la determinazione spettrale stessa, prima di tutto, tenendo conto dell'interferenza spettrale in ICP-OES, rimozione di ioni complessi e interferenza isobarica in ICP-MS, ottimizzazione della fase del programma di temperatura del forno di grafite in ETAAS.

I campioni organici più difficili per la mineralizzazione a microonde sono limitanti

e idrocarburi aromatici a catena lunga. Tra i più vicini a questi ci sono gli integratori alimentari a base di olio, i preparati erboristici di semi oleosi, i materiali resinosi, ad esempio i germogli di betulla. Tali campioni richiedono temperature elevate per la mineralizzazione, dimensioni limitate del campione e un riscaldamento accurato con un aumento graduale della temperatura di decomposizione. Quest'ultimo vale anche per il cosiddetto. campioni reattivi, ad esempio oli essenziali ottenuti da materiali vegetali, preparati di singoli aminoacidi. La loro rapida mineralizzazione con riscaldamento rapido può portare al rilascio di pressione nelle autoclavi e alla perdita di elementi volatili.

Utilizzo di scambiatori ionici forti per l'analisi cromatografica di proteine ​​e peptidi

Tipicamente, gli scambiatori di ioni deboli vengono utilizzati per separare biomolecole come peptidi, proteine, anticorpi monoclonali e DNA. Questa presentazione dimostrerà i vantaggi derivanti dall'utilizzo di fasi a scambio ionico forte e descriverà alcuni esempi di separazioni superiori per queste biomolecole. Dimostreremo anche la fattibilità dell'utilizzo di questi scambiatori ionici forti per la mappatura peptidica dei digeriti triptici di BSA. Verranno trattati anche punti importanti come l'ottimizzazione del gradiente e dell'eluente.

Studi comparativi dimostreranno i vantaggi dello scambiatore cationico forte YMC-BioPro SP-F rispetto agli scambiatori cationici deboli. A tal fine verranno presentati i risultati della separazione di varie proteine ​​e immunoglobuline monoclonali umane (IgG1).

I materiali a scambio ionico YMC-BioPro IEX sono composti da particelle polimeriche idrofile porose e non porose con basso adsorbimento non specifico e dimensioni delle particelle comprese tra 3 e 75 micron, adatte per una gamma completa di applicazioni. Sono disponibili sia scambiatori di anioni forti (ammina quaternaria, YMC-BioPro QA) che scambiatori di cationi forti (sulfopropile, YMC-BioPro SP). Rispetto ai tradizionali materiali a scambio ionico, dimostrano una maggiore capacità di scambio e una maggiore resa di biomolecole, con un legame non specifico inferiore.

Monitoraggio di laboratorio dei nuovi anticoagulanti orali

Gli antagonisti della vitamina K non sono più l’unica opzione per il trattamento del tromboembolismo venoso (TEV) o per la prevenzione dell’infarto. Attualmente, i nuovi anticoagulanti orali (NOAC, rivaroxaban e dabigatran, inibitori diretti dei fattori Xa e IIa, rispettivamente), rappresentano un'alternativa sicura ed efficace al warfarin per la prevenzione del TEV, durante le protesi dell'anca o del ginocchio, per la prevenzione della cardioembolia nei pazienti con fibrillazione atriale e anche per il trattamento del TEV. Tuttavia, vi sono alcune situazioni in cui è necessario conoscere le esatte concentrazioni plasmatiche dei NAO per la gestione clinica dei pazienti. Finora non esistevano metodi facilmente disponibili per misurare i livelli di questi farmaci o la loro attività antifattoriale. Il tempo di tromboplastina parziale attivata, il tempo di protrombina e il tempo di trombina si sono rivelati inappropriati a questo scopo. La spettrometria di massa tandem con cromatografia liquida ad alte prestazioni può essere utilizzata per misurare i livelli di rivaroxoban nell'intervallo compreso tra 0,50 e 500 μg/L. Tuttavia, questa tecnica non è ampiamente disponibile per l’uso clinico di routine. Attualmente, un metodo generalmente accettato per determinare la quantità di rivaroxoban nel sangue è una tecnica basata sulla determinazione della sua attività anti-Xa.

Per gli inibitori diretti della trombina, il tempo di tromboplastina parziale attivata non può essere utilizzato per stimare la quantità di farmaco nel plasma, poiché ha una correlazione piuttosto bassa con i livelli di dabigatran e, inoltre, dipende da molti fattori, tra cui la presenza di lupus anticoagulante e un aumento livello di fattore VIII in condizioni di processi infiammatori.

Attualmente, per questi scopi, vengono utilizzati il ​​metodo per determinare l'attività anti-IIa utilizzando un substrato cromogenico specifico per la trombina e il metodo del tempo di trombina diluito, che sono lineari in quasi tutto l'intervallo terapeutico delle concentrazioni dei farmaci utilizzati.

Metodi immunochimici di analisi nella diagnostica medica: problemi e soluzioni moderne

L'espansione della conoscenza sui meccanismi molecolari dei processi patologici e delle disfunzioni, nonché i cambiamenti nel sistema di assistenza medica, hanno reso necessaria la necessità di una riattrezzatura metodologica della diagnostica medica. Due tendenze principali nello sviluppo dei moderni strumenti diagnostici sono la quota crescente di analisi eseguite al di fuori di laboratori specializzati, nonché la richiesta di metodi di analisi ad alto rendimento che consentano di ottenere informazioni sulla presenza e sul contenuto di un gran numero (dozzine ) dei composti in un tempo minimo (5-15 minuti).

La relazione presenterà lo sviluppo di nuovi metodi di analisi immunochimica che soddisfano questi requisiti.

Vengono prese in considerazione le capacità di vari tipi di immunosensori e sistemi di test immunocromatografici per risolvere problemi diagnostici medici. Un importante vantaggio dell'analisi immunocromatografica è l'utilizzo del principio della "chimica secca", quando tutti i reagenti necessari per l'analisi sono pre-applicati sulla striscia reattiva e il suo contatto con il campione analizzato avvia tutte le interazioni specifiche e lo sviluppo della striscia reattiva. segnale rilevato. Vengono presi in considerazione vari marcatori, comprese le nanoparticelle inorganiche utilizzate nei sistemi diagnostici medici. Vengono presentati i dati sull'influenza della dimensione delle nanoparticelle e della composizione dei loro complessi con immunoreagenti sulle caratteristiche dei metodi analitici, nonché sugli sviluppi volti a controllare la durata, la sensibilità e la specificità dell'analisi. Utilizzando esempi di diagnostica delle allergie e rilevamento di marcatori cardiaci, vengono mostrati i vantaggi dell'utilizzo di nanoparticelle fluorescenti semiconduttrici (punti quantici), rilevate con un limite di rilevamento significativamente inferiore rispetto ai marcatori colorati. Viene fornita un'analisi teorica e sperimentale dei requisiti per i sistemi di test rapidi per la sierodiagnosi - la rilevazione di anticorpi nel sangue specifici per un particolare composto. Vengono presi in considerazione i modi per aumentare la produttività e il significato diagnostico dei sistemi immunochimici non di laboratorio basati sull'analisi multiparametrica, che consente il rilevamento simultaneo di un numero significativo di composti. Utilizzando esempi di determinazione di composti significativi per la diagnostica medica (marcatori cardiaci, marcatori di processi infiammatori, tossine, microrganismi patogeni, ecc.), vengono presentate le capacità dei metodi immunoanalitici e i loro vantaggi rispetto ad altri approcci utilizzati nella pratica.

Utilizzo della spettrometria di massa isotopica in medicina diagnostica

Analisi di oggetti medici utilizzando biosensori ottici come Biacore

I biosensori ottici che operano sull'effetto della risonanza plasmonica superficiale (SPR) sono dispositivi altamente efficienti che consentono di registrare qualsiasi interazione intermolecolare nella vita reale.

tempo senza utilizzare alcun contrassegno o processo associato. Dai sensorigrammi seriali ottenuti, si calcolano facilmente i parametri cinetici, di equilibrio e termodinamici delle interazioni. Pertanto, i biosensori SPR vengono utilizzati con successo nella ricerca fondamentale e applicata di oggetti medici, come:

(1) analisi dell'affinità, specificità e reattività crociata degli anticorpi, che rende la tecnologia SPR indispensabile nello sviluppo di nuovi farmaci immunitari e sistemi di test immunochimici;

(2) analisi dell'interazione di prototipi di nuovi farmaci con la proteina bersaglio; ambiente di analisi cromatografica

(3) isolamento per affinità di potenziali partner proteici delle molecole bersaglio e dei loro complessi da un lisato di materiale biologico con la loro successiva identificazione mediante analisi LC-MS/MS;

(4) analisi altamente accurata delle concentrazioni picomolari delle proteine ​​marcatrici della malattia nel plasma umano.

Tra i biosensori SPR disponibili in commercio, modelli come Biacore (GE Healthcare, USA), dotati di un sistema microfluidico controllato a 4 canali con 4 nanocelle di flusso, sono "detentori del record" in termini di sensibilità, basso livello di rumore, stabilità del segnale di base , peso molecolare minimo dell'analita registrato e consumo minimo di biomateriali.

Utilizzando biosensori SPR come Biacore, abbiamo sviluppato versioni originali di phishing molecolare analitico e preparativo diretto per identificare potenziali partecipanti alle interazioni proteina-proteina e proteina-peptide nei sistemi viventi. Il metodo si basa sulla combinazione della tecnologia SPR con la cromatografia su colonna e l'identificazione LC-MS/MS delle proteine. La sua applicabilità è stata dimostrata sia nel caso di ligandi immobilizzati ad alto peso molecolare (proteine, peptidi) che a basso peso molecolare (derivati ​​dell'isatina). L’approccio è stato applicato con successo in studi sugli interattomi condotti nell’ambito di:

(1) Programmi di ricerca scientifica fondamentale delle accademie statali delle scienze per il periodo 2013-2020 nell'ambito del progetto “Human Proteome” per identificare possibili partner molecolari di 7 proteine ​​bersaglio codificate nel 18° cromosoma umano nel lisato di tessuto epatico umano;

(2) Un finanziamento complesso da parte della Fondazione Russa per la Ricerca di Base (13-04-40108-K) per identificare potenziali proteine ​​partner nel lisato di cellule neuronali umane immortalate che interagiscono con varie isoforme del dominio di legame metallico della beta-amiloide , che svolgono un ruolo chiave nello sviluppo della malattia di Alzheimer.

(3) Borse di studio RFBR (11-04-01163 e 15-04-01545) per lo studio delle proteine ​​leganti l'isatina in condizioni normali, con

Scarico gravitazionale e patologia neurodegenerativa.

Apparecchiature analitiche Shimadzu per ricerche biomediche complesse

Il rapido sviluppo delle scienze biologiche a cavallo tra il XX e il XXI secolo portò all'emergere di una nuova disciplina: la medicina molecolare. Rispetto alla medicina tradizionale, la medicina molecolare non si occupa dell'effetto (sintomi di una malattia), ma della causa, cioè determina quelle molecole responsabili dello sviluppo del processo patologico. Pertanto, l'esecuzione di una diagnostica rapida e accurata diventa indissolubilmente legata ai metodi analitici che forniscono l'analisi della composizione chimica a livello molecolare e intramolecolare.

L'azienda Shimadzu (Giappone) produce una linea unica di apparecchiature analitiche per la ricerca biomedica complessa.

I gascromatografi e gli spettrometri di gascromatografia-massa (GCMS) vengono utilizzati per identificare tipi di microrganismi sulla base dei dati sull'insieme di acidi grassi presenti nei mezzi biologici.

Un gran numero di studi di metabolomica vengono eseguiti utilizzando GCMS. I quadrupoli ad alta velocità Shimadzu sono ampiamente utilizzati per identificare marcatori di varie malattie, il che rende possibile la diagnosi precoce.

La cromatografia liquida ad alte prestazioni con rilevatori selettivi di massa a quadrupolo tandem sta diventando una tecnica importante nello screening neonatale e prenatale, nonché negli studi di farmacocinetica.

La spettroscopia MALDI (ionizzazione per desorbimento laser assistito da matrice) è un potente strumento nello studio delle molecole proteiche, ed è quindi ampiamente utilizzato negli studi di proteomica: diagnosi precoce basata sul confronto dei proteomi di una persona sana e malata, identificazione di microrganismi, capacità osservare la distribuzione di proteine ​​e peptidi, composti endogeni nei tessuti (localizzazione dei tumori), studio delle modificazioni post-traduzionali delle proteine, ecc.

L'azienda Shimadzu sta sviluppando una nuova direzione strumentale: dispositivi per la visualizzazione dei processi molecolari. L'azienda ha già introdotto sul mercato dispositivi in ​​questa direzione: un microscopio di massa

iMScope TRIO, che combina un potente microscopio ottico e uno spettrometro MALDI, e LABNIRS, un dispositivo per la visualizzazione dell'attività cerebrale.

Analizzatore di spettro laser a diodi multicomponente per la diagnostica di screening del contenuto di biomarcatori nei componenti dell'aria espirata

L'esecuzione del test del respiro di screening è un metodo efficace per valutare lo stato funzionale del corpo. In medicina, per studio di screening si intende un insieme di misure volte a identificare malattie nascoste nella popolazione dei soggetti (identificando “gruppi a rischio” per malattie specifiche) in assenza di sintomi pronunciati della malattia. I requisiti principali per i test di screening sono la semplicità, procedure di test non invasive e sicure, un’elevata velocità di elaborazione dei dati e la capacità di individuare le malattie in una fase precoce. L'analisi dei biomarcatori gassosi nell'espirazione umana è uno dei metodi promettenti e in rapido sviluppo di diagnostica non invasiva. Oltre alle principali molecole atmosferiche (H2O, 12CO2, N2, O2), nell'aria espirata dall'uomo sono stati identificati più di 1000 composti con concentrazioni pari a ppb-ppm. La formazione di questi composti è associata ai processi metabolici biochimici nel corpo. Nonostante l'intensa ricerca in questo settore, la connessione tra la concentrazione di un componente molecolare nell'aria espirata e una patologia specifica è stata stabilita solo per diverse decine di molecole (ad esempio, test del respiro per determinare C2H5OH, 13CO2, 12CO2, CO, NO). Basato su laser a diodi (DL) È stato sviluppato un prototipo sperimentale di un analizzatore di gas multicanale per la ricerca biomedica di screening non invasivo nel campo del vicino infrarosso con un'emissione di radiazioni in fibra. Il dispositivo consente di determinare contemporaneamente i biomarcatori dei componenti dell'aria in una porzione di aria espirata:

12CO2, 13CO2, CH4, H2S. Le misurazioni delle concentrazioni molecolari vengono effettuate in una cella Erio multi-pass con una lunghezza totale del percorso ottico di 26 me un volume di 2,5 l. Come raggi laser vengono utilizzati due moduli laser NEL di NTT Electronics. Il rilevamento di CH4 viene effettuato nell'intervallo di lunghezze d'onda di 1,65 µm, 12CO2, 13CO2 e H2S nell'intervallo di 1,60 µm. Le misurazioni vengono effettuate in tempo reale.

Nella clinica terapeutica del City Clinical Hospital n. 12 di Mosca, sono stati effettuati test clinici della spettrometria laser a diodi per l'analisi dei gas, durante i quali è stato studiato il contenuto di CH4, 13CO2, 12CO2 e H2S nell'aria espirata in individui praticamente sani e in pazienti affetti da varie malattie quando erano in salute soddisfacente. Il contenuto di questi biomarcatori è stato studiato in varie condizioni fisiologiche di una persona: a riposo, durante l'attività fisica dosata, stress psico-emotivo e carico nutrizionale. Allo stesso tempo, sono stati registrati gli indicatori della pulsossimetria (SpO2, frequenza cardiaca), la pressione sanguigna, la frequenza respiratoria e la glicemia. L'impatto dei fattori di carico ha modificato significativamente il contenuto della composizione dei biomarcatori nell'aria espirata (vedere grafici e tabelle). I parametri CO2, CH4, frequenza cardiaca, FR, SpO2 e glicemia sono cambiati in modo più significativo e naturale all'altezza del carico rispetto a quelli iniziali a riposo. Un aumento iniziale dei livelli di 12CO2 indica disturbi nascosti o evidenti nella funzione di scambio gassoso dei polmoni o una diminuzione del metabolismo basale. Questo può essere un indicatore indiretto di malattie respiratorie latenti, ipofunzione della tiroide e altri processi patologici. Durante l'esercizio, rispetto al riposo, il livello di CH4 nell'aria espirata diminuisce significativamente, che “si brucia” a causa di reazioni metaboliche accelerate. 13Gli indicatori di CO2 sono chiaramente correlati allo stato funzionale della digestione gastrica (risposta all'assunzione di cibo, presenza di disturbi funzionali del tratto gastrointestinale), il che è confermato da numerosi studi clinici sui test del respiro all'ureasi.

Le principali conclusioni dei risultati dei test clinici preliminari dell'analisi del gas dell'aria espirata mediante spettrometria laser a diodi (DLS) sono: 1) Il metodo DLS utilizzato soddisfa i requisiti per lo screening di tecnologie innovative per l'identificazione di processi patologici nascosti e disturbi funzionali nell'uomo. 2) Le deviazioni rilevate nei parametri dei metaboliti gassosi dell'aria espirata umana in condizioni di vari carichi consentono di determinare ragionevolmente i gruppi a rischio di malattie nascoste e valutare il grado di disturbi funzionali. 3) I miglioramenti strutturali nel dispositivo DLS analitico del gas hanno permesso di semplificare la procedura di esame dei pazienti, garantirne l'elevata mobilità e aumentare la sicurezza del suo utilizzo negli studi medici e fisiologici di screening di massa.

Analisi spettrometrica di massa di oggetti medici

Vengono prese in considerazione le questioni più importanti relative all'analisi di oggetti medici (fluidi fisiologici, tessuti e altri campioni biologici) utilizzando la spettrometria di massa (MS) e la gascromatografia-spettrometria di massa (CMS), i metodi più sensibili e specifici di analisi molecolare. Vengono discusse le aree "calde" della MS/CMS e la loro applicazione in (a) diagnostica clinica e (b) farmacocinetica, nonché (c) lo stato e le prospettive per lo sviluppo di diversi "-omici" - nuovi campi scientifici in gran parte basato sull'uso della MS. Vengono confrontati i vantaggi e gli svantaggi di vari metodi e varianti di MS e CMS.

Le aree della diagnostica clinica in cui la MS/CMS gioca un ruolo significativo sono caratterizzate:

analisi dell'espirato, identificazione di microrganismi, screening neonatale, endocrinologia, terapia farmacologica, peptidi e proteine ​​marcatori, imaging spettrometrico di massa.

Vengono analizzati i problemi generali della determinazione dei biomarcatori e del passaggio dalla ricerca accademica alla diagnostica pratica.

Vengono prese in considerazione le varianti della SM utilizzate in farmacocinetica e il suo ruolo in una serie di problemi biomedici. Vengono confrontate la sensibilità e la selettività della MS ad alta risoluzione e della MS tandem.

I vantaggi dell'utilizzo della MS in farmacocinetica sono stati notati utilizzando l'esempio della determinazione dei farmaci buprenorfina e naloxone nel plasma sanguigno dei pazienti utilizzando il metodo CMS.

Viene analizzato lo stato attuale degli "-omics", se ne notano i risultati reali e potenziali.

Sono interessati i più comuni "-omics", incl. quelli in cui MS e CMS svolgono un ruolo importante: proteomica, metabolomica, lipidomica e glicomica. Viene fornita una revisione del lavoro lipidomico svolto nei laboratori degli autori e relativo ai lipidi plasmatici umani e al lavaggio polmonare dei topi.

Determinazione spettrofotometrica dell'acido borico nelle acque

La necessità di boro per l'economia nazionale russa è in costante aumento. Il boro e i suoi composti vengono utilizzati, in particolare, in agricoltura, prodotti chimici domestici, prodotti farmaceutici, ecc. L'uso diffuso del boro porta al suo accumulo nell'ambiente (OS) e negli organismi, d'altro canto, alla sua carenza, ad es. nei terreni.

Un contenuto insufficiente di boro porta a una perdita di produttività, mentre un suo eccesso nell'OS costituisce una potenziale minaccia per gli animali (la concentrazione massima di boro nell'acqua potabile nei paesi dell'UE è 0,1 mg/l, in Russia - 0,5 mg/l, in valore di pesca nei corpi d'acqua dolce - 0,017 mg/l; nei prodotti alimentari 0,5 mg/kg È necessario un controllo rigoroso sul contenuto di boro nelle acque e nel suolo.Per determinare il boro in acque con storia e destinazione diverse al livello delle concentrazioni massime consentite, sono necessarie metodiche sufficientemente sensibili.I metodi strumentali richiedono attrezzature costose, la presenza di personale altamente qualificato, materiali di consumo costosi.Ad oggi i principali rimangono i metodi spettrofotometrici (SPM) con l'utilizzo di reagenti organici (OR).Tra gli OR per la determinazione dell'SPM di boro sotto forma di H3BO3, il più utilizzato è un azocomposto a base dell'acido rosso berillone III. Ma per lo sviluppo delle reazioni cromatiche a 25°C sono necessarie almeno 12 - 18 ore. Inoltre, la sensibilità e selettività dei metodi noti per la determinazione di H3BO3 non è sempre sufficiente. In questo lavoro, la velocità delle reazioni è stata aumentata mediante l'attivazione di H3BO3 nelle reazioni cromatiche con il reagente berillone III introducendo composti diolici - sorbitolo o glicerolo - nel sistema, sensibilità e selettività - utilizzando una versione fotometrica di estrazione della tecnica . Come miscela di mascheramento è stata scelta una miscela di 200 mg di EDTA + 40 mg di acido ascorbico per 25 ml di soluzione finale. Nuovi metodi consentono di determinare H3BO3 negli intervalli di 0,008 - 0,8 mg/l (SFM modificato in presenza di sorbitolo), 0,004 - 0,8 mg/l (tecnica di estrazione-spettrofotometria, ESM). La selettività dei metodi era caratterizzata da "fattori di selettività" - il rapporto di massa ammissibile dello ione estraneo, al quale l'incertezza della determinazione< 10 %. Полученные значения ФС для предла-гаемых методик показаны в табл. 1.

Studio dell'attività antiossidante di soluzioni oftalmiche mediante il metodo potenziometrico utilizzando complessi metallici

Il danno cellulare dei radicali liberi accompagna un gran numero di malattie, incl. malattie degli occhi, tra le quali rivestono particolare importanza la cataratta. Nel cristallino dell'occhio, proteine, amminoacidi, acidi nucleici e carboidrati danneggiati dai radicali liberi formano aggregati insolubili di grande peso molecolare e dimensione, che sono la causa dell'opacizzazione del cristallino. Uno dei modi efficaci per trattare e prevenire la cataratta è l'uso di soluzioni oftalmiche con effetti antiossidanti. Questo lavoro propone un metodo potenziometrico per lo studio dell'attività antiossidante (AOA) di soluzioni oftalmiche, basato sull'utilizzo della forma ossidata del metallo nella composizione di un composto complesso come ossidante modello1. Il potenziale viene misurato dopo che si è verificata una reazione chimica tra gli antiossidanti del campione in esame e l'agente ossidante (E1) e la successiva aggiunta dell'agente ossidante (E2). Una tipica curva di potenziale cambiamento nel tempo è mostrata nella Figura 1. Il metodo proposto è stato utilizzato per studiare le soluzioni oftalmiche più comunemente utilizzate nel trattamento della cataratta: Oftan Katahrom, Quinax, Emoxipin. L'AOA dei farmaci studiati variava da 1,00 × 10-5 a 7,5 × 10-4 M-eq. L'affidabilità dei risultati ottenuti è stata confermata dal metodo spettrofotometrico utilizzando un modello del radicale DPPH stabile. Il coefficiente di correlazione era 0,94. Pertanto, il metodo proposto può essere utilizzato con successo per determinare l'AOA di soluzioni oftalmiche e altri farmaci.

Disegno. Dipendenza del potenziale dal tempo quando si aggiunge il campione di prova all'ossidante (E1) e all'aggiunta dell'ossidante (E2).

Un metodo accessibile per determinare i tioli legati nel plasma sanguigno mediante elettroforesi capillare

Introduzione: L'omocisteina (Hcys) è un fattore di rischio indipendente per lo sviluppo di complicanze di un gran numero di malattie cardiovascolari. Aumentare il suo significato diagnostico all'inizio del 21° secolo. Hortin e colleghi hanno proposto di utilizzare il rapporto tra cisteina (Cys) e Gcys nel plasma sanguigno. Sfortunatamente, approcci biochimici efficaci basati sull'uso di metodi cromatografici ed elettroforetici rimangono ancora inaccessibili per la diagnostica clinica nella risoluzione di questo problema.

Scopo dello studio: sviluppare un approccio accessibile che renda possibile determinare le forme legate di Cys e Gcis, nonché il loro rapporto, utilizzando un sistema FE dotato di un rilevatore UV a serie di diodi.

Poiché nel sangue la maggior parte dei Gcy (~80%) e circa la metà dei Cys sono in uno stato legato alle proteine, la capacità delle proteine ​​plasmatiche è molte volte superiore alla normale concentrazione di Gcy nel plasma (<10 мкМ), то свя-занные формы хорошо отражают их общее содержание .

Materiali e metodi di ricerca Per l'analisi sono stati utilizzati 19 campioni di sangue venoso di donatori raccolti in provette con Na citrato. Dopo aver ottenuto il plasma, le sue proteine ​​sono state isolate mediante ultrafiltrazione, i tioli legati sono stati trasferiti in forma ridotta e modificati con 1,1"-tiocarbonildiimidazolo. Gli analiti sono stati inoltre purificati dalle proteine ​​mediante ultrafiltrazione. La CE è stata effettuata in campo inverso con una concentrazione degli analiti in un capillare dipendente dal pH.

I risultati ottenuti e la loro discussione. Il metodo sviluppato ha mostrato elevata sensibilità (meno di 1 μM), riproducibilità (<5%), линейность в диапазоне 0-500 мкМ Цис и 0-100 мкМ Гцис (r>0,995), precisione 94-108%. Il tempo di analisi è stato di 15 minuti. Le concentrazioni medie di Cys e Gcys legati nei campioni erano rispettivamente 132 e 5,7±2,7 (1,9-13,3) µM. La media Cys/Gcys era 26±8, che è vicina ai valori precedentemente riportati per il rapporto Cys/Gcys totale. Il rapporto Cys/Gcys aveva uno spread 1,5 volte inferiore rispetto al Gcys vincolato. È stata rivelata una stretta correlazione tra Gcis e Gcis/Cis (r=0,86), ma non è stata trovata tra Cys e Cys/Gcis (r=-0,41).

Conclusioni: Utilizzando l'approccio presentato, è possibile determinare le forme legate di Cys/Gcis. Questo rapporto ha un grado di correlazione piuttosto elevato con il livello dei Gcy vincolati ed è caratterizzato da una minore variabilità, il che dà motivo di utilizzarlo come alternativa alla determinazione dei Gcy totali.

Spettrometria di fluorescenza a raggi X Microfocus e sua applicazione all'analisi di campioni biologici

Il metodo di analisi della fluorescenza a raggi X, soprattutto nella sua versione a dispersione di energia (EDXRF), è uno dei metodi di analisi non distruttivi più convenienti e accessibili, compresi i campioni biologici. I suoi vantaggi includono anche la capacità di eseguire contemporaneamente microanalisi qualitative e quantitative multi-elemento in un'ampia gamma di concentrazioni dal 10-4% (1 ppm) al 100%. Nella maggior parte dei casi non è prevista la preparazione del campione per l'analisi, il che è importante, soprattutto quando si analizzano materiali biomedici. Il tempo di analisi non è superiore a 5 minuti.Sono stati esaminati denti e ossa umane, campioni ottenuti durante operazioni su organi e tessuti viventi (bioptici della mucosa gastrica, vasi sanguigni, nervi, ghiandole surrenali, ecc.). Gli studi sono stati condotti utilizzando un microanalista fluorescente a raggi X. Lyser MX-10 (Institute of Physical Optics LLC) con ottica policapillare Kumakhov con sonda focale da 26 µm. Lo spettrometro è portatile, a prova di radiazioni e non richiede monitoraggio e contabilità da parte del SES (vedi foto). Gli spettri sono stati ottenuti a

Tubo a raggi X con anodo di Cu ad alte tensioni di 20 e 30 kV, corrente di filamento di 50-100 μA. Tempo

la raccolta di uno spettro era di 100 o 300 s. L'utilizzo di efficaci sistemi ottici focalizzanti a raggi X consente l'analisi locale con la costruzione di una mappa della distribuzione degli elementi sulla superficie. Diventa possibile studiare microoggetti e microinclusioni nei campioni analizzati.

Le distribuzioni di Si, P, S, Cl, K, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe in vari luoghi dei tessuti viventi, capelli,

denti, vasi sanguigni. È stato dimostrato che il contenuto degli elementi cambia significativamente nei luoghi con microinclusioni rispetto a quelli in cui la superficie è più o meno omogenea. Pertanto, la microanalisi della fluorescenza a raggi X può essere utilizzata per risolvere molti problemi in medicina quando si studia il ruolo dei macro e microelementi in varie malattie, nello studio dei biosubstrati nella diagnostica, nello studio dell'influenza dell'inquinamento ambientale sulla salute umana, nella determinazione dei metalli tossici in relazione alla prevenzione delle malattie professionali, ecc.

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JOURNAL OF ANALYTICAL CHEMISTRY, 2014, volume 69, n° 4, p. 359-362

ARTICOLI GENERALI

ANALISI CHIMICA E MEDICINA © 2014 Yu. A. Zolotov

Università statale di Mosca intitolata a M.V. Lomonosova 119991 Mosca, Leninskie Gory, 1, edificio 3 Ricevuto dall'editore il 27 giugno 2013, dopo la revisione il 14 ottobre 2013

Vengono considerate le principali aree di utilizzo dell'analisi chimica in medicina: nella diagnosi di malattie, controllo sanitario e igienico, controllo antidoping, identificazione diretta di microrganismi, analisi del DNA, ecc.

Parole chiave: analisi chimiche in medicina, diagnostica medica, controlli igienico-sanitari, controllo antidoping, analisi genomiche.

DOI: 10.7868/S0044450214040173

L'argomento "Analisi Chimica e Medicina" è troppo vasto per essere trattato in dettaglio. Tuttavia la scelta è stata voluta: volevo dare uno sguardo generale a quest'area, provare a delinearla e classificarla, isolando le direzioni più importanti.

Gli oggetti delle analisi chimiche nell'area in esame sono i fluidi biologici (sangue, urina, sudore, saliva, lacrime, latte materno, succo gastrico e altri); capelli, ritagli di unghie; tessuti soffici; aria espirata; gas rilasciati dal corpo attraverso la pelle. E, naturalmente, sostanze medicinali. Per quanto riguarda le malattie per la prevenzione, diagnosi e cura di cui viene utilizzata l'analisi chimica, queste sono quasi tutte condizioni patologiche (e anche normali, se parliamo di esame clinico, screening di massa). Tuttavia, l'analisi è particolarmente necessaria nel caso di malattie socialmente pericolose: diabete, cancro, malattie cardiovascolari e polmonari. L'elenco delle sostanze (analiti) che devono essere rilevate e quantificate comprende gli elementi chimici e le loro forme di esistenza (e queste ultime - tanto più lontano); alcune sostanze inorganiche, in particolare sostanze gassose e perossido di idrogeno, numerosi composti organici a basso peso molecolare: glucosio, colesterolo, acidi grassi, catecolamine e altri; biopolimeri (proteine, acidi nucleici, lipidi, ecc.); sostanze farmaceutiche e impurezze nei prodotti farmaceutici.

I metodi analitici utilizzati per risolvere i problemi medici, ovviamente, variano nei principi operativi e nelle caratteristiche analitiche. Tuttavia, in molti casi si desidera utilizzare metodi che agiscano “dolcemente”.

effetti sull'oggetto, come la ionizzazione elettrospray nella spettrometria di massa rispetto alla ionizzazione elettronica. Inoltre, è essenziale puntare su metodi non invasivi, nonché su metodi adatti all’applicazione di massa, anche attraverso l’automazione, da un lato, e l’uso diffuso di test semplici ed economici. In alcuni casi, si desidera metodi e strumenti “miniaturizzati”, soprattutto per analisi in vivo, e anche per quelle operative a distanza. Naturalmente, anche i metodi di analisi moderni più potenti, come ad esempio GC-MS, LC-MS e ICP-MS, sono molto richiesti, soprattutto nella ricerca scientifica.

Le aree della medicina stessa che utilizzano l'analisi chimica sono piuttosto numerose, anche se non hanno la stessa importanza. Diamo un'occhiata a loro.

L'analisi chimica come strumento diagnostico.

L'essenza di questa direzione è trovare, di solito insieme ai medici, sostanze-mirker, il cui aspetto o un cambiamento significativo nel loro contenuto, o un cambiamento nel rapporto, ad esempio nei biofluidi o nell'aria espirata, indicano patologia. Una volta trovate tali sostanze, la pratica sarà quella di determinare tali sostanze in campioni specifici.

Per trovare sostanze il cui contenuto possa servire da indicatore di una malattia, di solito è necessario uno studio sistematico di un gran numero di persone sane e malate (i loro organi, tessuti, fluidi biologici), una raccolta di un’ampia gamma di dati e il loro elaborazione matematica, ora, di regola, mediante chemiometria. Ad esempio, per trovare marcatori tumorali

ovaie, hanno studiato il contenuto di 169 proteine ​​nel plasma sanguigno di grandi gruppi di donne sane e malate; si è riscontrato che la concentrazione di quattro proteine ​​(leptina, prolattina, ecc.) differisce tra persone sane e malate. Su questa base è stato sviluppato un test diagnostico; se i risultati mostrano che la concentrazione di almeno due di queste quattro proteine ​​è al di fuori del range normale, ciò indica una malattia con una probabilità del 95%. Oppure un altro esempio tra centinaia di altri: i campioni di urina di 62 donne con cancro al seno e 100 donne sane sono stati analizzati per il contenuto di nucleosidi alterati. L'elaborazione statistica dei risultati ha mostrato che per questi gruppi di donne esistono differenze nel contenuto di nucleosidi e il valore diagnostico di queste differenze è piuttosto elevato.

I test clinici di laboratorio di routine e i test biochimici di massa si sono evoluti da studi approfonditi simili nel corso di decenni e dall’esperienza accumulata.

I composti inorganici e organici a basso peso molecolare (NO, NH3, CO, CH4, idrocarburi, catecolamine, acetone, zuccheri, acidi organici) possono fungere da marcatori e indicatori della malattia; composti ad alto peso molecolare di natura organica - peptidi, numerose proteine; singoli elementi chimici.

Una notevole esperienza è stata accumulata, ad esempio, nella diagnosi del diabete monitorando il livello di glucosio prima nelle urine e poi nel sangue. I primi test per lo zucchero nelle urine furono creati nel 19° secolo. Così, nel 1841, Tremmer propose di determinare il glucosio nelle urine mediante la reazione di riduzione del rame(11) con il glucosio in una soluzione alcalina calda. Successivamente per lo stesso scopo fu utilizzata carta impregnata di carminio indaco; Prima dell'uso, la carta è stata inumidita con alcali. Successivamente furono creati strumenti di test chimici molto più efficaci, prodotti da molte aziende nel 20° secolo. I moderni analizzatori di glucosio hanno come antenato l'elettrodo Clarke, un sensore elettrochimico per la determinazione dell'ossigeno. Alla fine degli anni '50, Clark introdusse la glucosio ossidasi nel suo elettrodo, che rese possibile determinare la glicemia con elevata sensibilità. Il primo dispositivo prodotto in serie in vendita è stato creato da Yellow Springs Instrument. Attualmente, i glucometri domestici rappresentano il 95% del mercato globale dei dispositivi elettrochimici. È noto che ciò richiede un volume di sangue molto piccolo, soprattutto nei glucometri microcoulometrici creati da A. Heller presso l'Università del Texas (Austin, USA). Il problema della determinazione

zucchero nel sangue utilizzando un metodo non invasivo, ad es. nessun prelievo di sangue.

Per la diagnosi delle malattie polmonari (e non solo delle malattie polmonari), l'analisi dell'aria espirata è promettente. Persino i medici antichi cercavano di determinare dall'odore dell'aria espirata di cosa era malata una persona. Lavoisier iniziò a studiare la composizione dell'aria espirata. Già nel XIX secolo in quest’aria si trovavano acetone ed etanolo; un gran numero di sostanze organiche volatili furono determinate nell'aria espirata da Linus Pauling negli anni '70 del secolo scorso, utilizzando la microconcentrazione. È noto da tempo che la presenza di acetone nell'aria espirata è un segno di diabete. Negli ultimi anni sia gli analisti che i medici hanno prestato molta attenzione all’analisi dell’aria espirata. Vengono utilizzati vari metodi, principalmente la gascromatografia-spettrometria di massa, in parte la gascromatografia con altri rivelatori, nonché la spettroscopia laser.

Il compito di tale analisi è piuttosto difficile per almeno due ragioni interconnesse. In primo luogo, le sostanze che segnalano le malattie si possono trovare anche nell'aria esterna respirata dal paziente. Ciò significa che è necessario non solo condurre esperimenti di controllo, ma anche valutare cambiamenti molto piccoli nel contenuto di queste sostanze. In secondo luogo, le quantità assolute di sostanze marcatrici rilasciate sono generalmente molto piccole e possono essere rilevate solo con i metodi più sensibili. Tuttavia, tali definizioni non solo sono possibili, ma sono già in fase di attuazione; Centinaia di opere sono dedicate a quest'area.

Quando si utilizzano metodi cromatografici, il problema viene risolto, molto spesso utilizzando l'assorbimento di analiti, il successivo desorbimento termico e la determinazione mediante gascromatografia-spettrometria di massa. Il Centro Ricerche Menssana (USA) ha esaminato campioni di aria espirata di diverse decine di persone e ha scoperto 3.500 composti, ma solo 27 di essi erano comuni a tutte le persone esaminate. Il componente organico volatile più comune dell’aria espirata era l’isoprene, un prodotto intermedio della sintesi del colesterolo. Gli alcani, compresi quelli ad alto peso molecolare, sono quasi sempre presenti nei campioni. La Food and Drug Administration statunitense ha da tempo approvato l'uso dell'analisi del respiro come test per valutare le condizioni dei pazienti sottoposti a intervento chirurgico al cuore.

Le prospettive per la diagnosi precoce del cancro ai polmoni sono anche associate all'analisi dell'aria espirata. Nei pazienti, la concentrazione di alcani e metilalcani (C4-C20) aumenta nell'aria espirata. Per

ANALISI CHIMICA E MEDICINA

Per la diagnostica è sufficiente identificare nove idrocarburi: butano, pentano, 3-metiltridecano, 7-metiltridecano, 4-metilottano, 3-metilesano, eptano, 2-metiltridecano, 5-metildecano. Questi idrocarburi sono presenti a livello di nano o picomoli, quindi la loro determinazione richiede la preconcentrazione su adsorbenti che non assorbono l'umidità.

I fisici spettroscopisti utilizzano laser a diodi che emettono nella gamma degli infrarossi per analizzare l'aria espirata (Istituto di fisica generale, Accademia russa delle scienze). Questi metodi possono essere utilizzati per determinare innanzitutto composti semplici a basso peso molecolare, tra cui ossidi di azoto, ammoniaca, monossido di carbonio, perossido di idrogeno, nonché metano, metanolo, etanolo, disolfuro di carbonio e altri composti compresi tra 0,1 e 10 mg/m3, nonché effettuare analisi isotopiche (13C/12C).

Molto lavoro è dedicato alla valutazione dello stress ossidativo. Questa è un’area in cui gli analisti professionisti in Russia hanno lavorato attivamente negli ultimi anni.

BRUSNIKINA OLGA ALEXANDROVNA, PESKOV ANATOLY NIKOLAEVICH - 2014

ASPETTI MORALI, ETICI, GIURIDICI E MEDICI DELLE PROVE DA BANCO E IMPLEMENTAZIONE PRATICA DI SOSTANZE BIOLOGICAMENTE ATTIVE NEGLI SPORT DI ALTO RISULTATO

DRUZHININ A.E., ORDZHONIKIDZE Z.G., ROZHKOVA E.A., SEIFULLA R.D. -2008

Laboratorio di chimica Scopo: studio della natura chimica del campione analizzato Scopo: studio della natura chimica del campione analizzato Analisi qualitativa Analisi quantitativa Una serie di metodi sperimentali che consentono di determinare nel campione analizzato il contenuto quantitativo dei singoli componenti, espresso sotto forma di limiti di confidenza o numeri che indicano l'errore Un insieme di metodi sperimentali che consentono di determinare il contenuto quantitativo dei singoli componenti nel campione analizzato, espresso sotto forma di limiti di intervallo di confidenza o numeri che indicano l'errore

Preparazione del campione Motivi: Il campione è una miscela di sostanze che non possono essere determinate insieme. Il campione è una miscela di sostanze che non possono essere determinate insieme. Il contenuto di analita è inferiore al limite di rilevamento del metodo. Il contenuto di analita è inferiore al limite di rilevamento del metodo Azioni richieste: Separazione Concentrazione

Preparazione del campione Metodi di preparazione: Precipitazione Isolamento della fase solida di un precipitato scarsamente solubile da una soluzione Isolamento di una fase solida di un precipitato scarsamente solubile da una soluzione Estrazione Estrazione di una sostanza da una fase acquosa con un solvente organico immiscibile Estrazione di una sostanza da una fase acquosa con un solvente organico immiscibile Adsorbimento Concentrazione di una sostanza all'interfaccia Concentrazione di una sostanza all'interfaccia Elettromigrazione Separazione di ioni in una soluzione basata su diversa mobilità ionica Separazione di ioni in una soluzione basata su diversa mobilità ionica

Elaborazione dei dati ricevuti Metodi: Utilizzo di formule già pronte Derivazione della formula dalle leggi fondamentali Metodo del grafico di calibrazione L'uso delle formule richiede il pieno rispetto delle condizioni sperimentali per le quali sono state sviluppate! L'uso delle formule richiede il pieno rispetto delle condizioni sperimentali per le quali sono state sviluppate!

Elaborazione dei dati ottenuti Metodo del grafico di calibrazione 1. Preparare diversi (3-5) campioni con un contenuto precedentemente noto della sostanza desiderata. I limiti dell'intervallo delle concentrazioni preparate devono includere chiaramente i valori attesi 2. Analizzare i campioni standard utilizzando il metodo selezionato. 3. Tracciare i risultati dell'analisi su un grafico che riflette la dipendenza dell'entità del segnale analitico dalla concentrazione dell'analita (salvarlo nella memoria del computer). 4. Condurre un'analisi di un campione sconosciuto, osservando pienamente le condizioni sperimentali. 5. Determinare graficamente o utilizzando l'elaborazione informatica dei risultati la concentrazione della sostanza nel campione.

Elaborazione dei dati ottenuti Metodo grafico di calibrazione C(m) X o o o o Cx Cx È necessario essere sicuri che il rapporto tra la concentrazione e il valore del segnale analitico sia lineare È necessario essere sicuri che il rapporto tra la concentrazione e il valore del segnale analitico è rettilineo.

Registrazione dei risultati Presentazione del risultato Un insieme di tecniche sperimentali che consente di determinare il contenuto quantitativo dei singoli componenti nel campione analizzato, espresso sotto forma di limiti di confidenza o numeri che indicano l'errore Un insieme di tecniche sperimentali che consente di determinare il contenuto quantitativo dei singoli componenti nel campione analizzato, espresso sotto forma di intervallo dei limiti di confidenza o numero che indica l'errore Esempi di corretta presentazione del risultato: m farmaci per 100 ml di soluzione = 350 mg m farmaci per 100 ml di soluzione = mg 20 intervallo di confidenza dell'errore mg

Analisi diretta Caratteristiche principali dei metodi analitici: Sensibilità La concentrazione di una sostanza che può essere determinata su un'apparecchiatura di serie con un errore standard per un determinato metodo La concentrazione di una sostanza che può essere determinata su un'apparecchiatura di serie con un errore standard per un determinato metodo Rilevazione limite Limite di rilevazione Concentrazione minima di una sostanza che può essere rilevata qualitativamente con un determinato metodo Concentrazione minima di una sostanza che può essere rilevata qualitativamente con un determinato metodo Riproducibilità Ripetibilità dei risultati di più esperimenti eseguiti nelle stesse condizioni per lo stesso campione Ripetibilità dei risultati di diversi esperimenti eseguiti nelle stesse condizioni per lo stesso campione Accuratezza Percentuale di errori di determinazione con questo metodo e relativo errore sistematico Percentuale di errori di determinazione con questo metodo e relativo errore sistematico

CLASSIFICAZIONE DEI METODI DI ANALISI CHIMICA Chimico Fisico-chimico Fisico Ibrido Implica l'uso di reazioni chimiche e la determinazione visiva del risultato Basato sulla misurazione con l'ausilio di strumenti delle proprietà fisiche di una sostanza, a seconda della sua composizione quantitativa Basato sulla misurazione delle proprietà fisiche che compaiono o cambiano durante una reazione chimica Metodi in cui i metodi di separazione e determinazione sono combinati, o due o più metodi di determinazione

CLASSIFICAZIONE DEI METODI DI ANALISI CHIMICA Metodi chimici Gravimetria Titrimetria Basato sulla misurazione della massa dell'analita isolato dal campione analizzato Basato sulla misurazione della massa dell'analita isolato dal campione analizzato Basato sull'aggiunta graduale di una soluzione reagente di concentrazione nota al volume misurato dell'analita con osservazione simultanea dei cambiamenti nella soluzione Basato sull'aggiunta graduale di una soluzione reagente di concentrazione nota al volume misurato della sostanza analizzata con osservazione simultanea dei cambiamenti nella soluzione Vantaggi: Svantaggi: - alta precisione - durata - soglie di rilevamento basse

GRAVIMETRIA Metodo di precipitazione La sostanza viene precipitata sotto forma di composto poco solubile, filtrata, essiccata e pesata. Esempio Determinazione degli ioni Ag+ utilizzando ioduri Metodo di distillazione La sostanza viene evaporata, catturata con un altro reagente e la quantità della sostanza viene determinata dalla variazione della massa del reagente. Esempio Per determinare l'umidità, un oggetto viene riscaldato, il vapore viene assorbito con una quantità nota di CaCl 2 anidro e viene pesato. Metodi elettrolitici Deposizione dell'analita sulla superficie dell'elettrodo Deposizione dell'analita sulla superficie dell'elettrodo Esempio Isolamento di ioni rame da una soluzione acida sotto forma di metallo sulla superficie di un elettrodo di rame.

Reazione di neutralizzazione Esempio: Il punto di equivalenza è il momento in cui le sostanze reagiscono in quantità equivalenti. Il volume di titolante speso per raggiungere il punto equivalente è chiamato volume equivalente. Il raggiungimento del punto equivalente viene registrato utilizzando un indicatore

Schemi generali I punti equivalenti e neutri non sempre coincidono. Il punto equivalente e la zona di salto della titolazione possono trovarsi sia nella regione alcalina che in quella acida. Per rilevare un punto equivalente è adatto solo l'indicatore il cui intervallo di variazioni di colore si trova nella zona di salto della titolazione.

Concetti base dell'analisi volumetrica 1. EQUIVALENTE HnXHnXB(OH) m Me n m+ X m n- MA! Se una sostanza partecipa a una reazione redox, una particella reale o fittizia che può attaccare o rilasciare uno ione idrogeno in una reazione di neutralizzazione

Concetti di base dell'analisi volumetrica Mostra quale frazione di una particella reale di una sostanza è equivalente a uno ione idrogeno (un elettrone) in una data reazione. HnXHnX B(OH) m Z = n Z = m Reciproco del numero equivalente z della sostanza. Fattore di equivalenza – f eq H 2 SO 4 + 2NaOH Na 2 SO 4 + 2H 2 O f eq (H 2 SO 4) = ½ H 2 SO 4 + NaOH NaHSO 4 + H 2 O Esempio: f eq (H 2 SO 4 ) = 1 Ma:

2. MASSA EQUIVALENTE Massa molare dell'equivalente (M 1/z) – massa di una mole di sostanza equivalente (g), g/mol Concetti di base dell'analisi volumetrica H 2 SO 4 + 2NaOH Na 2 SO 4 + 2H 2 O f eq (H 2 SO 4) = ½ Esempio: H 2 SO 4 + NaOH NaHSO 4 + H 2 O f eq (H 2 SO 4) = 1 Ma: M 1/z (H 2 SO 4) = M f eq = 98 ½ = 49 g/mol M 1/z (H 2 SO 4) = M f eq = 98 1 = 98 g/mol

CONCENTRAZIONE NORMALE (normalità, concentrazione molare equivalente) Indica il numero di moli di equivalenti di una sostanza in un litro di soluzione N = C m, se M 1/z = M Poiché M 1/z M, allora N C m Concetti base di volumetria analisi Denominazioni: C n, N, C 1/z 4. TITOLO T soluzione = N soluzione. M 1/z Dimensioni: g/l, mg/ml. Mostra quanti milligrammi di una sostanza sono contenuti in un millilitro di soluzione

Quando si titola al punto equivalente, il numero di equivalenti di una sostanza è uguale al numero di equivalenti di un'altra: 1/z (A) = 1/z (B) o C 1/z (A) V(A) = C 1/z (B) V(B ) Oppure, come hanno scritto prima: N 1. V 1 = N 2. V 2 LEGGE DEGLI EQUIVALENTI m v-va = N r-ra. M1/z. V soluzione Calcolo della massa di una sostanza in soluzione: Da qui: C 1/z (A) = C 1/z (B) V(B) V(A) N 1 = N2V2N2V2 V1V1

TITRIMETRIA Titolazione diretta Aggiunta diretta di un reagente standard alla soluzione analizzata Aggiunta diretta di un reagente standard alla soluzione analizzata Esempio NaOH(an.r-r) + HCl (standard) = NaCl + H 2 O Indicatore - fenolftaleina Titolazione indiretta Titolazione indiretta La sostanza essendo determinato non interagisce - interagisce con il titolante, ma può essere associato quantitativamente con un'altra sostanza che interagisce con il titolante. Esempio Determinazione degli ioni Ca 2+ Ca 2+ + KMnO 4 = non interagiscono, ma Ca 2+ + (COOH) 2 = CaC 2 O 4 (precipitato), quindi CaC 2 O 4 + H 2 SO 4 + KMno 4 = CaSO 4 + CO 2 + MnO La reazione alla base del metodo deve essere... - selettiva - quantitativa - veloce

TITRIMETRIA Titolazione inversa Titolazione della sostanza non reagita aggiunta in eccesso alla soluzione in esame come soluzione standard Titolazione della sostanza non reagita aggiunta in eccesso alla soluzione in esame come soluzione standard Titolazione sostitutiva Titolazione sostitutiva Se l'analita non reagisce con il titolante , quindi alla soluzione viene aggiunto un reagente ausiliario, che forma una quantità equivalente di una sostanza sostituente con la sostanza da determinare. Esempio Definizione di KMnO 4 KMnO 4 + KI + H 2 SO 4 = I 2 (quantità equivalente) +... I 2 + Na 2 S 2 O 3 = NaI + Na 2 S 4 O 6 (Indicatore - amido) Esempio Determinazione di contenuto di KBr KBr + AgNO 3 (est.) = KNO 3 + AgBrg + AgNO 3 (residuo) AgNO 3 (residuo) + NH 4 CNS = NH 4 NO 3 + AgCNSg Indicatore - Fe 3+ (Fe CNS - = Fe( SNC) 3 (scarlatto))

Metodi fisici di analisi Elettrochimico Basato su processi che avvengono in una soluzione sotto l'influenza della corrente Basato su processi che avvengono in una soluzione sotto l'influenza della corrente Potenziometria (ionometria) Voltametria Coulometria Conduttometria Determinazione della concentrazione di ioni con elettrodi iono-selettivi Misurazione dell'elettrodo potenziali dipendenti dalla concentrazione della sostanza Misura della quantità di elettricità consumata durante le reazioni degli elettrodi. Misurare la concentrazione di un elettrolita in una soluzione mediante la sua conduttività elettrica.

METODI FISICI Metodi spettrali Basati sull'interazione della materia con la radiazione elettromagnetica. Basato sull'interazione della materia con la radiazione elettromagnetica., m E = h = hC/ Microonde Onde radio Raggi UV Raggi X e radiazioni Radiazioni IR Riorientamento dello spin degli elettroni di alcuni atomi (1 H, 13 C,...) Vibrazioni degli atomi Transizione degli elettroni da legami multipli a livelli eccitati Spettroscopia NMR Spettroscopia IR Spettroscopia UV

Spettroscopia NMR Compiti da risolvere: - stabilire la struttura di sostanze sconosciute - confermare la purezza e l'individualità di un composto di struttura nota Oggetti di analisi: sostanze organiche liquide, soluzioni di sostanze organiche Spettroscopia IR Oggetti di analisi: solido, liquido, gassoso sostanze di qualsiasi natura Spettroscopia UV Oggetti di analisi: Sostanze solide, liquide, gassose che hanno più legami nella loro struttura. Metodi spettrali Limite di rilevamento g

Possibilità dei moderni metodi di analisi chimica in medicina Possibilità dei moderni metodi di analisi chimica in medicina Cromatografia gas-liquido ad alte prestazioni Profilo metabolico dei componenti organici dell'urina di una persona sana Profilo metabolico dei componenti organici dell'urina di una persona sana I t

Possibilità di metodi moderni di analisi chimica in medicina Possibilità di metodi moderni di analisi chimica in medicina I t ,2,3-trimetilbenzene 3 - 1,2,4-trimetilbenzene 5 - m,p-dimetiltoluene 8 - p-xilene 9 - m -xilene 11 - etilbenzene 12 - nonano 13 - toluene 14 - n-ottano 15 - n-eptano metilesano metilesano 18 - n-esano metilpentano 20 - n-pentano Analisi del campione di aria (campione prelevato sull'argine di Vyborg)

Chimica analitica e analisi chimiche

Analisi chimica

Analisi chimica chiamato ottenere informazioni sulla composizione e la struttura delle sostanze, indipendentemente da come vengono ottenute esattamente tali informazioni .

Alcuni metodi (metodi) di analisi si basano sull'esecuzione di reazioni chimiche con reagenti appositamente aggiunti, in altri le reazioni chimiche svolgono un ruolo ausiliario e altre non sono affatto correlate al corso delle reazioni. Ma il risultato dell'analisi in ogni caso sono informazioni su chimico la composizione di una sostanza, cioè la natura e il contenuto quantitativo dei suoi atomi e molecole costituenti. Tale circostanza viene sottolineata utilizzando l'aggettivo “chimico” nella locuzione “analisi chimica”.

Il valore dell'analisi. Utilizzando metodi di analisi chimica, sono stati scoperti gli elementi chimici, le proprietà degli elementi e dei loro composti sono state studiate in dettaglio ed è stata determinata la composizione di molte sostanze naturali. Numerose analisi hanno permesso di stabilire le leggi fondamentali della chimica (legge di costanza della composizione, legge di conservazione della massa delle sostanze, legge degli equivalenti, ecc.) E hanno confermato la teoria atomico-molecolare. L'analisi è diventata un mezzo di ricerca scientifica non solo in chimica, ma anche in geologia, biologia, medicina e altre scienze. Una parte significativa della conoscenza della natura che l'umanità ha accumulato dai tempi di Boyle è stata ottenuta proprio attraverso l'analisi chimica.

Le capacità degli analisti aumentarono notevolmente nella seconda metà del XIX secolo e soprattutto nel XX secolo, quando molti fisico metodi di analisi. Hanno permesso di risolvere problemi che non potevano essere risolti con i metodi classici. Un esempio lampante è la conoscenza della composizione del Sole e delle stelle, ottenuta alla fine del XIX secolo con il metodo dell'analisi spettrale. Un esempio altrettanto sorprendente a cavallo tra il XX e il XXI secolo è stata la decifrazione della struttura di uno dei geni umani. In questo caso, le informazioni iniziali sono state ottenute mediante spettrometria di massa.

La chimica analitica come scienza

La scienza della “chimica analitica” si è formata nel XVIII – XIX secolo. Esistono molte definizioni (“definizioni”) di questa scienza . La più concisa ed evidente è la seguente: “ La chimica analitica è la scienza che determina la composizione chimica delle sostanze ” .

Si può dare una definizione più precisa e dettagliata:

La chimica analitica è una scienza che sviluppa una metodologia generale, metodi e mezzi per studiare la composizione chimica (nonché la struttura) delle sostanze e sviluppa metodi per analizzare vari oggetti.

Oggetto e direzioni della ricerca. L'oggetto della ricerca degli analisti praticanti sono sostanze chimiche specifiche

La ricerca nel campo della chimica analitica in Russia viene svolta principalmente negli istituti di ricerca e nelle università. Gli obiettivi di questi studi:

• sviluppo di fondamenti teorici di vari metodi di analisi;
• creazione di nuovi metodi e tecniche, sviluppo di strumenti analitici e reagenti;
• risolvere problemi analitici specifici di grande significato economico o sociale. Esempi di tali problemi: la creazione di metodi di controllo analitico per l'energia nucleare e per la produzione di dispositivi a semiconduttore (questi problemi furono risolti con successo negli anni 50-70 del XX secolo); lo sviluppo di metodi affidabili per valutare l'inquinamento ambientale provocato dall'uomo (questo problema è attualmente in fase di risoluzione).

1.2.Tipologie di analisi

Le tipologie di analisi sono molto diverse. Possono essere classificati in diversi modi: dalla natura delle informazioni ricevute, dagli oggetti di analisi e dagli oggetti di determinazione, dall'accuratezza e dalla durata richieste di una singola analisi, nonché da altre caratteristiche.

Classificazione in base alla natura delle informazioni ricevute. Distinguere qualitativo E analisi quantitativa. Nel primo caso scoprire in cosa consiste una determinata sostanza, quali sono esattamente i suoi componenti ( Componenti) sono inclusi nella sua composizione. Nel secondo caso viene determinato il contenuto quantitativo dei componenti, esprimendolo sotto forma di frazione di massa, concentrazione, rapporto molare dei componenti, ecc.

Classificazione in base agli oggetti di analisi. Ogni area dell'attività umana ha tradizione oggetti di analisi. Pertanto, nell'industria si studiano le materie prime, i prodotti finiti, i prodotti intermedi e gli scarti di produzione. Oggetti agrochimico analisi sono terreni, fertilizzanti, mangimi, cereali e altri prodotti agricoli. In medicina svolgono clinico analisi, i suoi oggetti - sangue, urina, succo gastrico, tessuti vari, aria espirata e molto altro. Stanno conducendo gli specialisti delle forze dell'ordine legale analisi ( analisi degli inchiostri da stampa per individuare falsificazioni di documenti; analisi dei farmaci; analisi di frammenti rinvenuti sulla scena di un incidente stradale, ecc.). Tenendo conto della natura degli oggetti studiati, si distinguono anche altri tipi di analisi, ad esempio l'analisi dei farmaci ( farmaceutico analisi), acque naturali e reflue ( idrochimico analisi), analisi di prodotti petroliferi, materiali da costruzione, ecc.

Classificazione in base agli oggetti di definizione. Termini simili non devono essere confusi - analizzare E determinare. Questi non sono sinonimi! Quindi, se siamo interessati a sapere se c'è ferro nel sangue di una persona e qual è la sua percentuale, allora lo è il sangue oggetto di analisi, e ferro - oggetto di definizione. Naturalmente, anche il ferro può diventare oggetto di analisi, se determiniamo le impurità di altri elementi in un pezzo di ferro. Oggetti di definizione nominare quei componenti del materiale in studio, il cui contenuto quantitativo deve essere stabilito. Gli oggetti della definizione non sono meno diversi degli oggetti dell'analisi. Tenendo conto della natura della componente da determinare, si distinguono diverse tipologie di analisi (Tabella 1). Come si può vedere da questa tabella, gli oggetti di rilevamento o definizione stessi (sono anche chiamati analiti) appartengono a diversi livelli di strutturazione della materia (isotopi, atomi, ioni, molecole, gruppi di molecole di struttura correlata, fasi).

Tabella 1.

Classificazione dei tipi di analisi in base agli oggetti di determinazione o rilevamento

Tipo di analisi	Oggetto di determinazione o rilevamento (analita)	Esempio	Area di applicazione
Isotopico	Atomi con determinati valori di carica nucleare e numero di massa (isotopi)	137 C, 90 sr, 235 U	Energia nucleare, controllo dell’inquinamento ambientale, medicina, archeologia, ecc.
Elementare	Atomi con determinati valori di carica nucleare (elementi)	Cs, Sig.ra, U Cr, Fe, Hg	Ovunque
Vero	Atomi (ioni) di un elemento in un dato stato di ossidazione o in composti di una data composizione (forma dell'elemento)	Сr(III), Fe2+, Hg come parte di composti complessi	Tecnologia chimica, controllo dell'inquinamento ambientale, geologia, metallurgia, ecc.
Molecolare	Molecole con una data composizione e struttura	Benzene, glucosio, etanolo	Medicina, controllo ambientale, agrochimica, chimica. tecnologia, medicina legale.
Gruppo strutturale O funzionale	Una somma di molecole con determinate caratteristiche strutturali e proprietà simili	Idrocarburi saturi, monosaccaridi, alcoli	Tecnologia chimica, industria alimentare, medicina.
Fase	Una fase o un elemento separato all'interno di una determinata fase	Grafite nell'acciaio, quarzo nel granito	Metallurgia, geologia, tecnologia dei materiali da costruzione.

Durante analisi elementare identificare o quantificare questo o quell'elemento, indipendentemente dal suo stato di ossidazione o dalla sua inclusione nella composizione di determinate molecole. In rari casi viene determinata la composizione elementare completa del materiale in esame. Di solito è sufficiente determinare alcuni elementi che influenzano in modo significativo le proprietà dell'oggetto studiato.

Vero Recentemente l'analisi ha cominciato a essere distinta come un tipo indipendente, in precedenza era considerata parte dell'elementare. Lo scopo dell'analisi materiale è determinare separatamente il contenuto di diverse forme dello stesso elemento. Ad esempio, il contenuto di cromo (III) e cromo (VI) nelle acque reflue. Nei prodotti petroliferi, lo “zolfo solfato”, lo “zolfo libero” e lo “zolfo solforato” sono definiti separatamente. Studiando la composizione delle acque naturali, scoprono quale parte del mercurio esiste sotto forma di composti complessi e organoelementi forti e quale parte sotto forma di ioni liberi. Questi problemi sono molto più difficili dei problemi di analisi elementare.

Analisi molecolareè particolarmente importante quando si studiano sostanze organiche e materiali di origine biogenica, ad esempio la determinazione del benzene nella benzina o dell'acetone nell'aria espirata. In questi casi è necessario tenere conto non solo della composizione, ma anche della struttura delle molecole. Dopotutto, il materiale in esame può contenere isomeri e omologhi del componente da determinare. Pertanto, il contenuto di glucosio solitamente deve essere determinato in presenza dei suoi isomeri e di altri composti correlati, come il saccarosio.

Classificazione in base all'accuratezza, alla durata e al costo delle analisi. Viene chiamata un'opzione di analisi semplificata, veloce ed economica analisi espressa. È spesso usato qui metodi di prova . Ad esempio, chiunque (non un analista) può valutare il contenuto di nitrati nelle verdure (zucchero nelle urine, metalli pesanti nell'acqua potabile, ecc.) utilizzando uno speciale strumento di test: la carta indicatrice. Il contenuto del componente richiesto viene determinato utilizzando la scala cromatica fornita con la carta. Il risultato sarà visibile ad occhio nudo e comprensibile anche ad un non specialista. I metodi di prova non richiedono la consegna del campione al laboratorio o alcuna lavorazione del materiale di prova; Questi metodi non utilizzano apparecchiature costose e non eseguono calcoli. È importante solo che il risultato del metodo di prova non dipenda dalla presenza di altri componenti nel materiale da testare, e per questo è necessario che i reagenti con cui viene impregnata la carta durante la sua fabbricazione siano specifici. È molto difficile garantire la specificità dei metodi di prova e questo tipo di analisi si è diffuso solo negli ultimi anni del XX secolo. Naturalmente, i metodi di prova non possono fornire un'elevata precisione dell'analisi, ma non è sempre richiesta.

L'esatto contrario dell'analisi espressa - arbitrato analisi H. Il requisito principale è garantire la massima precisione possibile dei risultati. Raramente vengono effettuate analisi arbitrali (ad esempio, per risolvere un conflitto tra produttore e consumatore di alcuni prodotti). Per eseguire tali analisi, vengono coinvolti gli esecutori più qualificati, vengono utilizzati i metodi più affidabili e ripetutamente collaudati. Il tempo di esecuzione e il costo di tale analisi non sono di fondamentale importanza.

Un posto intermedio tra l'analisi espressa e quella arbitrale in termini di accuratezza, durata, costo e altri indicatori è occupato da test di routine. La maggior parte delle analisi eseguite in fabbrica e in altri laboratori di controllo e analisi sono di questo tipo.

1.3.Metodi di analisi

Classificazione dei metodi. Il concetto di “metodo di analisi” viene utilizzato quando si vuole identificare l'essenza di una particolare analisi, il suo principio base. Un metodo di analisi è un metodo abbastanza universale e basato sulla teoria per condurre l'analisi, fondamentalmente diverso dagli altri metodi nel suo scopo e principio di base, indipendentemente da quale componente viene determinato e cosa esattamente viene analizzato. Lo stesso metodo può essere utilizzato per analizzare oggetti diversi e per determinare diversi analiti .

Esistono tre gruppi principali di metodi (Fig. 1). Alcuni di essi sono finalizzati principalmente alla separazione dei componenti della miscela in studio (un'analisi successiva senza questa operazione risulta imprecisa o addirittura impossibile). Durante la separazione avviene normalmente la concentrazione dei componenti da determinare (vedi capitolo 8). Un esempio potrebbero essere i metodi di estrazione o i metodi di scambio ionico. Nell'analisi qualitativa vengono utilizzati altri metodi che servono per l'identificazione (identificazione) affidabile dei componenti di nostro interesse. I terzi, più numerosi, sono destinati alla determinazione quantitativa dei componenti. Vengono chiamati i gruppi corrispondenti metodi di separazione e concentrazione, metodi di identificazione e metodi di determinazione. I metodi dei primi due gruppi, di regola, , svolgono un ruolo di supporto, ma sono di grande importanza per la pratica metodi di determinazione.

Fisico-chimico

Fig. 1. Classificazione dei metodi di analisi

Oltre ai tre gruppi principali, ci sono ibrido metodi. Nella figura 1. non vengono mostrati. Nei metodi ibridi, la separazione, l'identificazione e la determinazione dei componenti sono combinate organicamente in un unico dispositivo (o in un unico complesso di strumenti). Il più importante di questi metodi è cromatografico analisi. In un dispositivo speciale (cromatografo), i componenti del campione in esame (miscela) vengono separati mentre si muovono a velocità diverse attraverso una colonna riempita di polvere solida (assorbente). Nel momento in cui un componente lascia la colonna, la sua natura viene giudicata e quindi vengono identificati tutti i componenti del campione. I componenti che escono dalla colonna uno dopo l'altro entrano in un'altra parte del dispositivo, dove un dispositivo speciale - un rilevatore - misura e registra i segnali di tutti i componenti. Spesso i segnali vengono assegnati automaticamente a determinate sostanze e viene calcolato il contenuto di ciascun componente del campione. È chiaro che cromatografico l'analisi non può essere considerata solo un metodo di separazione dei componenti, o solo un metodo di determinazione quantitativa; è proprio un metodo ibrido.

1.4. Metodi di analisi e requisiti per essi

I concetti non vanno confusi metodo E tecniche.

Una metodologia è una descrizione chiara e dettagliata di come dovrebbe essere eseguita un'analisi, applicando un metodo per risolvere uno specifico problema analitico.

In genere, un metodo viene sviluppato da specialisti, sottoposto a test preliminari e certificazione metrologica, è ufficialmente registrato e approvato. Il nome del metodo indica il metodo utilizzato, l'oggetto della determinazione e l'oggetto dell'analisi

Raccogliere ottimale(migliore) tecnica, in ogni caso devono essere presi in considerazione una serie di requisiti pratici.

1. T precisione. Questo è il requisito principale. Ciò significa che l'errore relativo o assoluto dell'analisi non deve superare un certo valore limite

2. Sensibilità. Questa parola nel discorso colloquiale è sostituita da termini più severi “limite di rilevazione” e “limite inferiore delle concentrazioni rilevabili”" I metodi altamente sensibili sono quelli con cui possiamo rilevare e identificare un componente anche quando il suo contenuto nel materiale in esame è basso. Minore è il contenuto atteso, più sensibile è la tecnica richiesta. .

3. Selettività (selettività).È importante che il risultato dell'analisi non sia influenzato da sostanze estranee incluse nel campione.

4. Espressività . Stiamo parlando della durata dell'analisi di un campione, dal campionamento alla conclusione. Più velocemente si ottengono i risultati, meglio è.

5.C costo. Questa caratteristica della tecnica non richiede commenti. Solo i test relativamente economici possono essere utilizzati su scala di massa. Il costo del controllo analitico nell'industria solitamente non supera l'1% del costo del prodotto. Analisi uniche nella loro complessità e raramente eseguite sono molto costose.

Esistono altri requisiti per la metodologia: sicurezza dell'analisi, capacità di eseguire analisi senza la partecipazione umana diretta, stabilità dei risultati rispetto a fluttuazioni casuali delle condizioni, ecc.

1.5. Fasi principali (fasi) dell'analisi quantitativa

La tecnica di analisi quantitativa può essere suddivisa mentalmente in più fasi successive (fasi) e quasi tutte le tecniche hanno le stesse fasi. Il corrispondente diagramma logico dell'analisi è mostrato in Fig. 1.2. Le fasi principali nella conduzione dell'analisi quantitativa sono: formulazione del problema analitico e scelta della metodologia, campionamento, preparazione del campione, misurazione del segnale, calcolo e presentazione dei risultati.

Enunciazione del problema analitico e scelta della metodologia. Il lavoro di un analista specializzato inizia solitamente con l'ottenimento ordine per analisi. L'apparizione di un tale ordine di solito deriva dalle attività professionali di altri specialisti, dall'emergere di alcuni I problemi. Tale problema potrebbe essere, ad esempio, fare una diagnosi, scoprire la causa di un difetto durante la produzione di alcuni prodotti, determinare l'autenticità di un pezzo esposto in un museo, la possibilità della presenza di qualche sostanza tossica nell'acqua del rubinetto, ecc. Sulla base delle informazioni ricevute da uno specialista (chimico organico, ingegnere industriale, geologo, dentista, investigatore della Procura, agronomo, archeologo, ecc.), l'analista deve formulare problema analitico. Naturalmente bisogna tenere conto delle capacità e dei desideri del “cliente”. Inoltre, è necessario raccogliere ulteriori informazioni (principalmente circa la composizione qualitativa del materiale che dovrà essere analizzato).

L'impostazione di un problema analitico richiede un analista altamente qualificato ed è la parte più difficile della ricerca imminente. Non è sufficiente determinare quale materiale dovrà essere analizzato e cosa esattamente deve essere determinato in esso. È necessario capire a quale livello di concentrazione dovrà essere effettuata l'analisi, quali componenti estranei saranno presenti nei campioni, con quale frequenza sarà necessario effettuare le analisi, quanto tempo e denaro si possono spendere per un'analisi , se sarà possibile consegnare i campioni al laboratorio oppure sarà necessario effettuare le analisi direttamente “sul posto”, se ci saranno limitazioni di peso e riproducibilità proprietà del materiale studiato, ecc. La cosa più importante è capire: quale accuratezza dei risultati dell'analisi dovrà essere garantita e come verrà raggiunta tale accuratezza!

Un problema analitico chiaramente formulato è la base per la scelta della metodologia ottimale. La ricerca viene effettuata utilizzando raccolte di documenti normativi (compresi metodi standard), libri di consultazione e recensioni su singoli oggetti o metodi. Ad esempio, se determineranno il contenuto di prodotti petroliferi nelle acque reflue utilizzando un metodo fotometrico, esamineranno monografie dedicate, in primo luogo, all'analisi fotometrica, in secondo luogo, ai metodi per analizzare le acque reflue e, in terzo luogo, a vari metodi per determinare i prodotti petroliferi . Esistono serie di libri, ognuna delle quali è dedicata alla chimica analitica di un elemento. Sono stati emanati manuali sui singoli metodi e sui singoli oggetti di analisi. Se non è stato possibile trovare metodi adeguati nei libri di consultazione e nelle monografie, la ricerca viene continuata utilizzando riviste astratte e scientifiche, motori di ricerca Internet, consultazioni con specialisti, ecc. Dopo aver selezionato i metodi adeguati, viene scelto quello che meglio soddisfa il compito analitico .

Spesso, per risolvere un problema specifico, non solo non esistono metodi standard, ma non esistono affatto soluzioni tecniche precedentemente descritte (problemi analitici particolarmente complessi, oggetti unici). Questa situazione si verifica spesso quando si conducono ricerche scientifiche e in questi casi è necessario sviluppare da soli una tecnica di analisi. Ma quando si eseguono analisi utilizzando i propri metodi, è necessario verificare con particolare attenzione la correttezza dei risultati ottenuti.

Campionamento. Sviluppare un metodo di analisi che lo consenta misurare la concentrazione del componente di nostro interesse direttamente nell'oggetto in studio è piuttosto raro. Un esempio potrebbe essere il sensore del contenuto di anidride carbonica nell'aria, installato nei sottomarini e in altri spazi chiusi, ma molto più spesso una piccola parte viene prelevata dal materiale studiato. campione- e consegnarlo al laboratorio di analisi per ulteriori ricerche. Il campione deve essere rappresentante(rappresentativo), cioè le sue proprietà e composizione dovrebbero coincidere approssimativamente con le proprietà e la composizione del materiale studiato nel suo complesso. Per gli oggetti di analisi gassosi e liquidi, è abbastanza facile prelevare un campione rappresentativo, poiché sono omogenei . Devi solo scegliere il momento e il luogo giusti per la selezione. Ad esempio, quando si prelevano campioni d'acqua da un serbatoio, si tiene conto che l'acqua nello strato superficiale differisce nella composizione dall'acqua dello strato inferiore, l'acqua vicino alle rive è più inquinata, la composizione dell'acqua del fiume non è lo stesso in diversi periodi dell'anno, ecc. Nelle grandi città, i campioni dell'aria atmosferica vengono prelevati tenendo conto della direzione del vento e dell'ubicazione delle fonti di emissione di impurità. Il campionamento non crea problemi nemmeno quando si esaminano prodotti chimici puri, anche solidi o polveri fini omogenee.

È molto più difficile selezionare correttamente un campione rappresentativo di una sostanza solida eterogenea (terreno, minerale, carbone, grano, ecc.). Se si prelevano campioni di terreno in punti diversi dello stesso campo, o da profondità diverse, o in tempi diversi, i risultati dell'analisi della stessa tipologia di campioni risulteranno diversi. Possono differire più volte, soprattutto se il materiale stesso era eterogeneo e consisteva in particelle di diversa composizione e dimensione.

La questione è complicata dal fatto che spesso il campionamento viene effettuato non dall'analista stesso, ma da operatori non sufficientemente qualificati o, quel che è molto peggio, da persone interessate ad ottenere un determinato risultato dell'analisi. Così, nelle storie di M. Twain e Bret Harte, viene descritto in modo colorato come, prima di vendere un sito aurifero, il venditore cercasse di selezionare per l'analisi pezzi di roccia con evidenti inclusioni d'oro e l'acquirente - roccia vuota. Non a caso, i risultati delle corrispondenti analisi hanno dato una caratterizzazione opposta, ma in entrambi i casi, errata dell'area oggetto di studio.

Per garantire la correttezza dei risultati dell'analisi, sono state sviluppate e adottate regole speciali e schemi di campionamento per ciascun gruppo di oggetti. Un esempio potrebbe essere l'analisi del suolo. In questo caso dovresti selezionare Alcuni grandi porzioni del materiale di prova in diversi punti dell'area di studio e poi combinarle. Viene calcolato in anticipo quanti punti di campionamento dovrebbero esserci e a quale distanza l'uno dall'altro dovrebbero essere posizionati questi punti. Viene indicato da quale profondità deve essere prelevata ogni porzione di terreno, quale massa dovrebbe essere, ecc. Esiste anche una speciale teoria matematica che consente di calcolare la massa minima del campione combinato, tenendo conto della dimensione delle particelle , l'eterogeneità della loro composizione, ecc. Maggiore è la massa del campione, più rappresentativo è; pertanto, per materiale disomogeneo, la massa totale del campione combinato può raggiungere decine e persino centinaia di chilogrammi. Il campione combinato viene essiccato, frantumato, accuratamente miscelato e la quantità del materiale da testare viene gradualmente ridotta (a questo scopo esistono tecniche e dispositivi speciali), ma anche dopo ripetute riduzioni, il peso del campione può raggiungere diverse centinaia di grammi. Il campione ridotto viene consegnato al laboratorio in un contenitore ermeticamente chiuso. Lì continuano a macinare e mescolare il materiale di prova (per calcolare la media della composizione) e solo allora prelevano una parte pesata del campione medio su una bilancia analitica per ulteriori analisi. preparazione del campione e successiva misurazione del segnale.

Il campionamento è la fase più importante dell'analisi, poiché gli errori che si verificano in questa fase sono molto difficili da correggere o da tenere in considerazione. Gli errori di campionamento sono spesso il principale contributo all’incertezza analitica complessiva. Se il campionamento non è corretto, anche l'esecuzione ideale delle operazioni successive non aiuterà: non sarà più possibile ottenere il risultato corretto.

preparazione del campione . Questo è il nome collettivo per tutte le operazioni a cui viene sottoposto in laboratorio un campione consegnato lì prima di misurare il segnale analitico. Durante preparazione del campione effettuare una serie di operazioni: evaporazione, essiccazione, calcinazione o combustione del campione, sua dissoluzione in acqua, acidi o solventi organici, ossidazione preliminare o riduzione del componente da determinare con reagenti appositamente aggiunti, rimozione o mascheramento delle impurità interferenti. Spesso è necessario concentrare il componente da determinare: da un campione di grande volume, il componente viene trasferito quantitativamente in un piccolo volume di soluzione (concentrato), dove viene quindi misurato il segnale analitico. Componenti campione con proprietà simili durante preparazione del campione cercano di separarli gli uni dagli altri per rendere più facile determinare la concentrazione di ciascuno individualmente. preparazione del campione richiede più tempo e manodopera rispetto ad altre operazioni di analisi; è abbastanza difficile da automatizzare. Va ricordato che ogni operazione preparazione del campione- questa è un'ulteriore fonte di errori di analisi. Meno operazioni di questo tipo ci sono, meglio è. I metodi ideali sono quelli che non prevedono la fase preparazione del campione("è venuto, misurato, calcolato"), ma esistono relativamente pochi metodi di questo tipo.

Misurazione analitica del segnale richiede l'uso di strumenti di misura adeguati, principalmente strumenti di precisione (bilance, potenziometri, spettrometri, cromatografi, ecc.), nonché di strumenti di misura precalibrati. Gli strumenti di misura devono essere certificati (“verificati”), cioè deve essere noto in anticipo quale errore massimo si può ottenere misurando un segnale utilizzando questo dispositivo. Oltre agli strumenti, le misurazioni del segnale in molti casi richiedono standard di composizione chimica nota (campioni di confronto, ad esempio, campioni standard statali). Servono per calibrare la metodologia (vedi capitolo 5), controllare e aggiustare gli strumenti. Anche il risultato dell'analisi viene calcolato utilizzando gli standard.

Calcolo e presentazione dei risultati - la fase di analisi più semplice e veloce. Devi solo scegliere il metodo di calcolo appropriato (utilizzando una formula o un'altra, secondo un programma, ecc.). Pertanto, per determinare l'uranio nel minerale di uranio, la radioattività del campione viene confrontata con la radioattività di un campione standard (minerale con un contenuto di uranio noto), quindi il contenuto di uranio nel campione viene trovato risolvendo la proporzione usuale. Tuttavia questo semplice metodo non è sempre adatto e l’utilizzo di un algoritmo di calcolo inadeguato può portare a gravi errori. Alcuni metodi di calcolo sono molto complessi e richiedono l'uso di un computer. Nei capitoli successivi verranno descritti in dettaglio i metodi di calcolo utilizzati nei diversi metodi di analisi, i loro vantaggi e le condizioni di applicabilità di ciascun metodo. I risultati dell’analisi devono essere elaborati statisticamente. Tutti i dati relativi all'analisi di un determinato campione si riflettono nel diario di laboratorio e il risultato dell'analisi viene inserito in un protocollo speciale. A volte l'analista stesso confronta i risultati dell'analisi di diverse sostanze tra loro o con determinati standard e trae conclusioni significative. Ad esempio, sulla conformità o non conformità della qualità del materiale in studio con i requisiti stabiliti ( controllo analitico).