История аналитической химии

1

Содержание

Введение…………………………………………………………2-3

1.Аналитическая химия до 1700г………………………………4-6

2.Восемнадцатый век

  2.1. Теория флогистона……………………………………….7-8

  2.2. Газовый анализ……………………………………………9

  2.3. Стехиометрия……………………………………………..10-11

3.Качественный и весовой анализ

    3.1. Введение в систематический анализ ионов……………..12-13

    3.2.Весовой анализ…………………………………………….13-14

   3.3. Микроанализ………………………………………………14-15

4.Органический элементный анализ…………………………….16

5.Инструментальные методы анализа

    5.1.Титриметрический анализ………………………………...17-18

     5.2.Электрохимические методы………………………………18-19

    5.3. Атомно-эмиссионный анализ…………………………….19-20

    5.4. Атомно-адсорбционный анализ………………………….21

    5.5. Масс-спектрометрический……………………………….21-22

6.Другие методы анализа

    6.1. Радиохимический анализ………………………………….23-24

    6.2. Хроматография…………………………………………….24-25

    6.3. Ионный обмен……………………………………………...25-26

Заключение………………………………………………………...27-28

Литература…………………………………………………………29

Введение

"Наука должна познать и самое себя"

Д.Бернал, А. Л. Маккей

Аналитическую химию можно считать и самым старым  и самым молодым направлением химической науки. Ещё Аристотель употреблял термин «аналитика» в связи с задачами аргументации и доказательств с помощью силлогизмов. Но лишь недавно аналитическая химия оформилась в самостоятельную научную дисциплину, основанную на теоретическом знании и накопленной информации. Процесс обновления аналитической химии в отдельное направление берёт начало с работ Роберта Бойля, получил продолжение благодаря работам Лавуазье, Берцеллиуса, Вёлера и Либиха, а около 100 лет назад с появлением книги Вильгельма Оствальда «Научные основы аналитической химии» аналитическая химия как автономная, весьма сложная и в высшей степени привлекательная область науки утвердилась окончательно. Очень быстрое развитие аналитической химии продолжается и поныне: современные выдающиеся учёные: Ярослав Гейровский (электроанализ), Ричард Р.Эрнст (ЯМР), Герхард Бининг и Генрих Рорер (сканирующая туннельная и атомно-силовая микроскопия). Многолетние исследования химиков-аналитиков привели к накоплению огромного объёма эмпирических знаний (как фундаментального, так и практического характера) о веществе.

Химия составляет одну из основ общей человеческой культуры, промышленности и торговли, поставляя разнообразную продукцию для повседневных нужд: пищу, одежду, лекарства, и материалы для медицины, транспорта, связи. Будучи изначально чисто эмпирической наукой, причём преимущественно «лекарского» направления, химия демонстрирует сегодня современный эксперимент, изучая превращения и свойства веществ; в основе химической науки лежат физические, химические и математические законы. В химии постепенно сформировались вполне самостоятельные, но в то же время и тесно связанные между собой направления: органическая химия, неорганическая химия, биохимия, пищевая химия, химическая технология, физическая химия и аналитическая химия.[1] В. Оствальд писал: «Аналитическая химия, или искусство распознавать вещества или их составные части, занимает среди приложений научной химии особое место, так как вопросы, на которые она даёт возможность ответить, возникают всегда при попытке воспроизвести химические процессы для научных или технических целей. Благодаря такому своему значению аналитическая химия с давних пор встречает постоянную заботу о себе…».

Можно, видимо, различать аналитическую химию и химический анализ.

Аналитическая химия – это наука о способах идентификации химических соединений, о принципах и методах определения химического состава вещества и их химической структуры. Под химическим составом здесь понимается состав элементный, молекулярный, фазовый и изотопный. Методы, которые создаёт аналитическая химия, позволяют отвечать на вопросы о том, из чего состоит вещество, какие компоненты входят в его состав. Аналитические методы часто дают возможность узнавать, в какой форме данный компонент присутствует в веществе. Аналитическая химия разрабатывает указанные методы сама или заимствует идеи у смежных областей науки и тогда приспосабливает эти идеи для своих целей. Она разрабатывает теоретические основы методов, определяет границы применимости методов, их методологические и другие характеристики, предлагает способы анализа различных объектов.

Химический  анализ же – это по существу сервис, т. е. конкретный анализ определённых объектов с использованием арсенала методов, рекомендуемых аналитической химией.

В соответствии с её целями аналитическая химия подразделяется на качественный и количественный анализ. Первый решает вопрос о том, какие компоненты включает анализируемый объект, второй даёт сведения о количественном содержании всех или отдельных, интересующих аналитика, компонентов.

Если в основу классификации положить средства и методы, которые использует аналитическая химия, то мы должны будем заключить, что аналитическая химия включает методы разделения и методы определения (веществ, элементов и т. д.). К методам разделения относят все виды хроматографии, экстракцию, осаждение и соосаждение, электрофорез и электродиализ, дистилляцию и ряд других. Методы определения условно могут быть разделены на химические, физико-химические и физические. К химическим обычно относят гравиметрические (весовые) и титриметрические (объёмные) методы; физико-химические методы – это главным образом электрохимические, фотометрические и люминесцентные; под физическими понимают спектрометрические методы, ядерно-физические и некоторые другие.[2]

1.Аналитическая химия до 1700г.

Аналитическую химию по праву можно назвать матерью современной химии: ведь прежде чем применять то или иное вещество в конкретных целях, необходимо выяснить его химический состав.

Впервые анализ стали широко использовать для проверки качества товаров и материалов, наиболее важными из которых были золото и серебро. Первой получившей распространение методикой испытания этих металлов, которая в ходу и сегодня, было испытание огнём, или купелирование. Эта количественная методика предусматривает взвешивание анализируемого вещества до и после нагрева. Об испытании огнём несколько раз упоминается в Ветхом завете, также в табличках Телль Амарны, клинописных табличках вавилонян, найденных в долине Нила. Император Вавилона пеняет египетскому фараону Аменофису IV (1375 – 1350 гг. до н.э.): «Брат мой Аменофис не следит за золотом, которое отправляют мне в последнее время: деньги были опечатаны только чиновником, поэтому после обжига их в печи этого золота было меньше, чем вес денег».

Весы стали известны столь давно, что во времена античной цивилизации считалось, что они даны людям богами. Найденные при раскопках каменные гири вавилонян датируются 2600г до н.э. Эти гири имеют определённую геометрическую форму; на гирях указан их вес и высечены тайные печати. Единица веса была «легкая мина» (491,29г). Исходя из этого, а также ряда других фактов, П.Вальден заключил, что старые европейские меры произведены от вавилонских.

Купелирование использовали в Риме для определения фальшивых монет. Плиний пишет, что Марий Грацидиан ввёл указ, обязывающий проверять чистоту монет. Другой общепринятый метод проверки чистоты золота заключался в следующем: на «пробном камне» с золота снимали стружку и определяли её цвет и ширину. Плиний рассказывает, как проводится гораздо более трудное отделение золота от серебра.

«В земляной сосуд вместе с золотом следует поместить две части соли и три части misy и покрыть смесью двух частей соли и одной части schiste. Сосуд нужно поставить на огонь; смесь заберёт всё, что не золото, и золото станет чистым».

Согласно Штрунцу, misy – это сульфат железа, соль, - конечно, хлорид натрия, а schiste – толчёный кирпич. Когда смесь нагревают, образуется хлорид серебра, который затем плавится и адсорбируется толчёным кирпичом. Эта процедура носит название «цементация», применяется она уже сотни лет.

В двух древних египетских рукописях, известных как Стокгольмский и Лейденский папирусы, говорится о методах анализа. Если испытуемое золото не изменяется при нагревании, его считают чистым; если же при нагревании оно становится тверже, то, следовательно, содержит медь, а если белеет, то содержит серебро. Когда исследуется олово, металл расплавляют и выливают на папирус. Если при этом папирус превращается в золу, следовательно, олово чистое, но если папирус не сгорает, то в олове присутствует свинец. Плиний пишет об использовании экстракта дубильных орешков в качестве химического реагента. Этим реагентом смягчают папирус. При помощи такого папируса можно отличить сульфат меди от сульфата железа: в растворе последнего папирус чернеет.

Медики античных времён занимались исследованием воды. Плиний пишет о серной, кислой, солёной и железо-содержащей водах. Мутную воду фильтровали и очищали яичным белком. Воду умели перегонять. Кроме того. Было известно, что морская вода становится пригодной для питья, если её перегнать. Витрувий (I в.н.э.) определял чистоту воды, взвешивая осадок, полученный после перегонки.

Эти несколько примеров показывают, что мы просто мало знаем о методах исследования веществ, применявшихся в те далёкие времена.

Понятие «удельный вес» было известно еще с древних времен или по крайней мере со времен Архимеда: о применении ареометра говорится в трудах греческих авторов. Гиппократ писал о том, что одинаковые объёмы различных жидкостей отличаются по весу, а Гален проверял при помощи яиц плотность соленой воды, рекомендованной как лечебное средство, Синезий применял ареометр, который описывал следующим образом:

«Это цилиндрическая трубка, на которой горизонтальными линиями отмечена мера глубины ее погружения в жидкость. Чтобы трубка сохраняла вертикальное положение в жидкости. К нижнему ее концу следует прикрепить небольшой груз».

Этот инструмент раньше называли гидроскопом. Однако впоследствии об ареометре забыли, и лишь тысячу лет спустя Бойль вновь изобрел его; правда, описывая это открытие, он отдавал должное Архимеду.

В начале XVв. азотную кислоту стали использовать для разделения золота и серебра уже в достаточно крупных масштабах. Примерно в тоже  время было установлено, что разделение происходит более эффективно, если отношение золота к серебру составляет 1:3, и, следовательно, в руду с низким содержанием серебра перед разделением следует добавить серебро. Эта особенность процесса отразилась в его названии – «квартование». Начиная с XVI в. разделение золота и серебра с помощью азотной кислоты уже широко применялось во всей Европе. Парацельс сообщает, что после разделения золота и серебра подобным методом последнее можно выделить из раствора, поместив в него медную проволоку; железная проволока вызывает осаждение меди. Накопленные знания алхимиков составили фундамент современной химии вообще и аналитической химии в частности. Начало формирования аналитической химии как науки совпадает с периодом иатрохимии – следующего важного этапа в истории химии.

Впервые научно обосновал понятие химического анализа Р. Бойль в своей книге «Химик – скептик» (1661г.) и «Начала форм и качеств», в них он разграничивает первичные элементы, которые непостижимы, и истинные элементы. Бойль возрождает представления древних греков, считавших, что элементы содержат мельчайшие неделимые частицы, которые вследствие их сродства друг к другу объединяются, образуя соединения. Бойль верил в ведущую роль эксперимента и считал, что делать выводы можно, только основываясь на эксперименте. Во всех своих трудах он придерживался принципа, который представляет собой не что иное, как английскую разновидность эмпиризма. Также он реконструировал ареометр и создал гидростатические весы для определения удельных весов веществ. Возможно, что аналогичным образом были сконструированы и те аналитические весы, которыми он пользовался. [3]

2.Восемнадцатый век

2.1.Теория флогистона

Так называемый «период флогистона» в истории химии начался в конце XVII в. и продолжался свыше ста лет. Появление в это время и быстрый рост числа мануфактур вызвали к жизни разнообразные проблемы, и часто решить их можно было, только используя аналитические методы. Это обстоятельство способствовало быстрому развитию аналитической химии, особенно связанной с получением металлов. Изобретенная Джеймсом Уаттом паровая машина к 1769г. была настолько усовершенствована, что с ее помощью можно было избежать затопления шахт. В результате, увеличичилось количество добываемой руды и были открыты новые минералы. Все это способствовало быстрому развитию аналитической химии вообще и аналитической химии минералов в частности. Особенно больших успехов в этой области достигли ученые Швеции – страны с богатейшими рудными месторождениями. В период флогистона научные исследования распространились также на область техники, что привело к быстрому развитию новых производств.

Согласно этой теории, все вещества содержат горючие и негорючие компоненты. Горючая часть во всех веществах одна и та же – это флогистон. Когда вещество сжигают, флогистон улетучивается. Чем больше флогистона в объекте, тем быстрее он сгорает.