2023
Nowe trendy w analizie chemicznej – spektrometria masowa, mikroskopia skaningowa i więcej
Nowoczesna aparatura badawcza daje pracownikom laboratoriów i naukowcom ogromne pole do popisu. Na coraz wyższy poziom wchodzi m.in. analiza chemiczna. Dzięki zaawansowanym technologiom badania substancji ciekłych, stałych oraz gazowych stają się coraz precyzyjniejsze, a zarazem łatwiejsze do wykonywania. Dowiedz się więcej na temat nowinek w dziedzinie analizy chemicznej.
Czym dokładnie jest analiza chemiczna?
Analiza chemiczna to metoda badawcza, która pozwala sprawdzić, jaki jest skład ilościowy i jakościowy danej substancji. Oznacza to, że przeprowadzając odpowiednią procedurę, można dowiedzieć się, z jakich pierwiastków chemicznych składa się związek chemiczny oraz jaki jest ich stosunek atomowy, masowy oraz procentowy. By wykonać analizę chemiczną, najpierw pobiera się próbkę, odpowiednio się ją przygotowuje, wykonuje jej pomiar, obrabia wyniki, a na końcu wyciąga się z nich wnioski.
Rodzaje analizy chemicznej
Badanie te klasyfikuje się między innymi ze względu na metody wykorzystywane podczas ich przeprowadzania. W ten sposób wyróżnia się:
- analizę ręczną – to właśnie ona była początkiem analityki chemicznej. Polega ona na wykonywaniu prostych ręcznych testów. Osoba przeprowadzająca dane badanie ocenia materiał badawczy za pomocą wzroku, precyzyjnie waży go na wadze i analizuje z wykorzystaniem najprostszych narzędzi;
- analizę instrumentalną – to nowoczesna gałąź analityk. Pojawiła się wtedy, gdy do badań zaczęto wykorzystywać innowacyjne technologie. Do analizy instrumentalnej wykorzystuje się zaawansowane urządzenia. Przeprowadzanie takich badań wiąże się z większymi kosztami, gdyż trzeba zainwestować w drogi sprzęt, jednak ich wyniki są bardzo precyzyjne, a samą analizę wykonuje się szybko i łatwo.
Poznaj nowoczesne metody analizy chemicznej
Istnieją różne gałęzie analityki chemicznej. Analizuje się skład próbek środowiskowych – wody, powietrza, tkanek roślin, zwierząt, a także gleby. Natomiast analityka przemysłowa pozwala dowiedzieć się więcej o surowcach wykorzystywanych do produkcji tworzyw, różnych artykułów oraz umożliwia kontrolę ich jakości. Bada się również ludzki i zwierzęcy materiał biologiczny – krew, mocz czy ślinę. Pomóc w tym może analiza chemiczna przeprowadzana z wykorzystanie nowoczesnych metod.
Spektrometria masowa – co to takiego?
Głównym założeniem spektrometrii masowej jest badanie widma mas atomów i cząsteczek wchodzących w skład badanej substancji. Podczas przeprowadzania badania zjonizowane cząsteczki i atomy są od siebie oddzielane. Podział ten następuje ze względu na wartość stosunku masy do ładunku jonu. Zarówno cały proces, jak i rozdzielanie się od siebie atomów i cząsteczek są rejestrowane za pomocą zaawansowanego urządzenia – spektrometru masowego.
Twórcą tego urządzenia jest angielski fizyk – J.J. Thomson. Stworzył je on w 1911, ale od tego czasu przeszło ono metamorfozę. Spektrometry masowe są niezwykle precyzyjne i umożliwiają uzyskanie bardzo dokładnych wyników analizy chemicznej. Jest to zasługa zastosowania w nich komputerów i możliwość ich połączenia z PC zewnętrznymi – za pomocą standardowego USB lub magistrali komunikacyjnej Spektrometria masowa jest docenianą metodą badawczą, gdyż:
- umożliwia zweryfikowania składu nawet złożonych mieszanin i takich substancji, które mają duże masy molowe;
- pozwala ustalić struktury związków, mieszanin i ich skład izotopowy;
- daje możliwość precyzyjnego i szybkiego identyfikowania związków chemicznych.
Na czym polega mikroskopia skaningowa?
Podczas takiej analizy chemicznej wykorzystywany jest skaningowy mikroskop elektronowy. Mimo że pierwszy obraz podczas badania tym urządzeniem został uzyskany w latach 30. XX wieku, to obecnie jego możliwości są o wiele większe. Mikroskop skaningowy pozwala dostrzec najmniejsze cząsteczki tworzące substancje. Istnieją urządzenia, które powiększają obraz o 500 000 do nawet 3 000 000 razy. To właśnie dzięki temu można:
-
- dokonać niezwykle precyzyjnej analizy składu chemicznego substancji płynnej lub ciała stałego. Istnieje możliwość, aby dostrzec składające się na nie pierwiastki i fazy;
- zbadać strukturę krystaliczną badanych materiałów;
- wykonać dokładną analizę morfologiczną.
Rentgenografia strukturalna – jakie są jej zalety?
To nowoczesna metoda analizy, która polega na rejestracji obrazów dyfrakcyjnychpromienirentgenowskich oraz na ustaleniu struktury związków chemicznych tworzących analizowane kryształy. Rentgenografia strukturalna znajduje zastosowanie w chemii organicznej, metaloorganicznej i biochemii.Jej największą zaletą jest to, że badana próbka nie ulega zniszczeniu podczas analizy. Oprócz tego, stosując tę metodę, można niezwykle dokładnie ustalić strukturę związków chemicznych w taki sposób, który umożliwia zbudowanie ich rzeczywistego modelu przestrzennego.
Nie jest to jednak metoda idealna. Jako wadę tej techniki analizy wskazuje się konieczność uzyskania czystego monokryształu analizowanego związku chemicznego. Musi mieć on wymiary od 0,1 do 1 mm. Rentgenografii strukturalnej nie można wykorzystać do analiz cząsteczek w fazie gazowej i ciekłej.
Zastosowanie spektroskopu magnetycznego rezonansu jądrowego
Spektroskopia NMR (z ang. Nuclear Magnetic Resonance), czyli spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego (MRJ) to metoda badawcza wykorzystująca własności magnetyczne jąder atomowych.
Zjawisko pozwalające na wykorzystanie tej metody do badań składu substancji odkryli nobliści – Felix Bloch oraz Edward Purcell (w połowie XX wieku). Spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego polega na wzbudzaniu spinów jądrowych znajdujących się w zewnętrznym polu magnetycznym. To wtedy następuje rejestracja promieniowania elektromagnetycznego. Promieniowanie to powstaje na skutek relaksacji. Jest to zjawisko, podczas którego spiny jądrowe wracają do równowagi termodynamicznej.
Spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego ma szerokie zastosowanie i to nie tylko do analizowania składów substancji. Metodę tę wykorzystuje się:
- do oznaczania zawartości wody i suchej substancji w produktach spożywczych,i to w zakresie od 3 do 100%;
- w tomografii komputerowej;
- w rezonansie magnetycznym.
Czym jest spektroskopia FTIR?
Spektroskopia FTIR to inaczej spektroskopia fourierowska w podczerwieni. To technika wykorzystywana zwłaszcza w laboratoriach przemysłowych i badawczych, gdyż pozwala precyzyjnie ocenić skład substancji.
Spektroskopia FTIR umożliwia dokonanie dokładnej analizy chemicznej, gdyż do badania próbek wykorzystuje modulowaną energię w średniej podczerwieni. Promieniowanie podczerwone jest pochłaniane w odmienny sposób przez różne cząsteczki. Umożliwia to uzyskanie wyniku w postaci widma przypominającego odcisk palca. Spektroskopia FTIR także znalazła zastosowanie w wielu placówkach badawczych. Wykorzystuje się ją:
- w analizie cząsteczek, które mają szczególne znaczenie dla przemysłu farmaceutycznego i chemicznego;
- do badania mechanizmów reakcji chemicznych oraz cykli katalitycznych;
- podczas produkcji farmaceutyków i innych produktów – do sprawniejszego usuwania z nich zanieczyszczeń oraz produktów ubocznych;
- w dziedzinie kinetyki;
- do analizy składu żywności i napojów.
Zaletą spektroskopii FTIR jest szybkość wyników. Ma to znaczenie zwłaszcza w przemyśle spożywczym i rolniczym, gdyż ułatwia podejmowanie decyzji dotyczących procesów produkcyjnych. Analizowanie składu chemicznego próbki za pomocą tej metody jest cenione również za to, że nie wymaga specjalnego przygotowania materiału badawczego. Technologia FTIR umożliwia precyzyjne oznaczenie składu badanej substancji oraz szybkie wykrycie w niej zanieczyszczeń – np. włókien, proszków, płynów.
Nowoczesne urządzenia do analizy chemicznej należą dziś do standardowego wyposażenia w laboratoriach przemysłowych, biotechnologiczny i tych, w których badana jest żywność. Dzięki innowacyjnym technologiom i zaawansowanym sprzętom nie ma mowy o pomyłce. Substancje analizuje się, oceniając widmo pasm atomów, wykorzystując promieniowanie podczerwone, rejestrację promieniowania elektromagnetycznego czy niezwykle dokładne mikroskopy skaningowe.
