ОРГАНИ́ЧЕСКИХ ВЕЩЕ́СТВ АНА́ЛИЗ

ОРГАНИ́ЧЕСКИХ ВЕЩЕ́СТВ АНА́ЛИЗ (ус­тар. – ор­га­ни­че­ский ана­лиз), по­лу­че­ние ин­фор­ма­ции о со­ста­ве и струк­ту­ре ор­ганич. ве­ществ; один из ви­дов хи­ми­че­ско­го ана­ли­за. По­лу­чен­ная ин­фор­ма­ция важ­на для управ­ле­ния тех­но­ло­гич. про­цес­са­ми, на­уч. ис­сле­до­ва­ний, ох­ра­ны ок­ру­жаю­щей сре­ды, ди­аг­но­сти­ки за­бо­ле­ва­ний и др.

По при­ро­де ис­сле­дуе­мых объ­ек­тов вы­де­ля­ют: ана­лиз ин­ди­ви­ду­аль­ных ор­га­нич. со­еди­не­ний, вклю­чая оп­ре­де­ле­ние эле­мент­но­го (ре­же изо­топ­но­го) со­ста­ва и ус­та­нов­ле­ние при­ро­ды (со­ста­ва и строе­ния) мо­ле­кул; ана­лиз при­род­ных или тех­но­ген­ных сме­сей ор­га­нич. со­еди­не­ний (нефть и неф­те­про­дук­ты, ле­кар­ст­вен­ные пре­па­ра­ты, пи­ще­вые про­дук­ты и др.). Об­на­ру­же­ние и оп­ре­де­ле­ние ор­га­нич. со­еди­не­ний в не­ор­га­нич. объ­ек­тах (напр., во­дах) к О. в. а. не от­но­сят.

Спо­со­бы ис­сле­до­ва­ния ин­ди­ви­ду­аль­ных со­еди­не­ний и сме­сей раз­лич­ны. Так, осн. ме­тод ана­ли­за сме­сей – хро­ма­то­гра­фич. ана­лиз при ус­та­нов­ле­нии строе­ния впер­вые син­те­зи­ро­ван­ных со­еди­не­ний иг­ра­ет вспо­мо­гат. роль. В этом слу­чае вна­ча­ле про­ве­ря­ют ин­ди­ви­ду­аль­ность и чис­то­ту об­раз­ца; про­во­дят ка­че­ст­вен­ный и ко­ли­че­ст­вен­ный эле­мент­ный ана­лиз; рас­счи­ты­ва­ют фор­му­лу со­еди­не­ния, вы­яв­ля­ют функ­цио­наль­ные груп­пы и пред­ла­га­ют ги­по­те­тич. струк­ту­ру мо­ле­ку­лы (с учё­том спо­со­ба син­те­за). Пра­виль­ность пред­ло­жен­ной струк­ту­ры до­ка­зы­ва­ют, ис­поль­зуя ЯМР-, ИК- и УФ-спек­тро­ско­пию, рент­ге­но­ст­рук­тур­ный ана­лиз и др. ме­то­ды, а так­же учи­ты­вая хи­мич. свой­ст­ва син­те­зи­ро­ван­но­го со­еди­не­ния. По­лез­но со­пос­та­вить ре­аль­ный спектр со­еди­не­ния с ре­зуль­та­та­ми кван­то­во­хи­мич. рас­чё­тов. В раз­ви­тии по­след­не­го ва­ри­ан­та ана­ли­за важ­ную роль сыг­ра­ли рос. учё­ные Л. А. Гри­бов и М. Е. Эляш­берг.

По ха­рак­те­ру по­лу­чае­мой ин­фор­ма­ции вы­де­ля­ют ка­че­ст­вен­ный хи­ми­че­ский ана­лиз (ус­та­нов­ле­ние струк­ту­ры мо­ле­кул и др.) и ко­ли­че­ст­вен­ный хи­ми­че­ский ана­лиз. Объ­ек­та­ми об­на­ру­же­ния или оп­ре­де­ле­ния (ана­ли­та­ми) мо­гут быть: эле­мен­ты (С, H, N, O, S, га­ло­ге­ны и др.); мо­ле­ку­лы с за­дан­ной струк­ту­рой (напр., бен­зол); груп­пы мо­ле­кул с раз­ной струк­ту­рой, имею­щих об­щие при­зна­ки (напр., оле­фи­ны или бел­ки). Со­от­вет­ст­вен­но вы­де­ля­ют эле­мент­ный, мо­ле­ку­ляр­ный и груп­по­вой О. в. а. Ино­гда про­во­дят изо­топ­ный, фа­зо­вый или ло­каль­но-рас­пре­де­ли­тель­ный ана­лиз.

Ос­но­вы эле­мент­но­го О. в. а. за­ло­жил в кон. 18 в. А. Ла­ву­а­зье, пред­ло­жив­ший спо­со­бы об­на­ру­же­ния и ко­ли­че­ст­вен­но­го оп­ре­де­ле­ния важ­ней­ших эле­мен­тов, вхо­дя­щих в со­став ор­га­нич. ве­ществ, – уг­ле­ро­да и во­до­ро­да. На­вес­ку ве­ще­ст­ва сжи­га­ли в ки­сло­ро­де, про­дук­ты сго­ра­ния (СО₂ и Н₂О) со­би­ра­ли в осо­бых по­гло­ти­те­лях. Мас­су про­дук­тов на­хо­ди­ли по при­ве­су по­гло­ти­те­лей, а за­тем рас­счи­ты­ва­ли со­дер­жа­ние С и Н в про­бе. В 19 в. ме­то­ды эле­мент­но­го ана­ли­за раз­ви­ты Й. Бер­це­лиу­сом, Ю. Ли­би­хом, Ж. Дю­ма, дат. хи­ми­ком И. Кьель­да­лем и др. хи­ми­ка­ми, при­ме­няв­ши­ми гра­ви­мет­рич., тит­ри­мет­рич. или га­зо­мет­рич. ме­то­ды. Бы­ли раз­ра­бо­та­ны ка­че­ст­вен­ные ре­ак­ции на вхо­дя­щие в со­став ор­га­нич. ве­ществ эле­мен­ты (ре­ак­ция Мар­ша на мышь­як, про­ба Бей­ль­штей­на на хлор и др.). В нач. 20 в. Ф. Прегль раз­ра­бо­тал пре­ци­зи­он­ные ме­то­ди­ки ко­ли­че­ст­вен­но­го эле­мент­но­го мик­ро­ана­ли­за раз­ных ве­ществ. Ме­то­ды Пре­гля ис­поль­зо­ва­ны для раз­ра­бот­ки ав­то­ма­ти­зир. CHN-ана­ли­за­то­ров, в ко­то­рых про­дук­ты сго­ра­ния ис­сле­дуе­мо­го ве­ще­ст­ва оп­ре­де­ля­ют га­зо­хро­ма­то­гра­фич. ме­то­дом. Для по­лу­че­ния ре­зуль­та­та (со­дер­жа­ния С, Н и N) тре­бу­ет­ся 8–10 мин. Мик­ро­эле­мен­ты (напр., ме­тал­лы) оп­ре­де­ля­ют ме­то­да­ми атом­но-эмис­си­он­но­го и атом­но-аб­сорб­ци­он­но­го ана­ли­за обыч­но по­сле пред­ва­ри­тель­ной ми­не­ра­ли­за­ции про­бы (озо­ле­ния мат­ри­цы). Вви­ду раз­ви­тия аль­тер­на­тив­ных фи­зич. ме­то­дов (ЯМР-, ИК-спек­тро­ско­пия, масс-спек­тро­мет­рия, рент­ге­но­струк­тур­ный ана­лиз) зна­че­ние эле­мент­но­го О. в. а. к кон. 20 в. умень­ши­лось.

Мо­ле­ку­ляр­ный ана­лиз сме­сей в 19 – нач. 20 вв. про­во­ди­ли пу­тём пре­па­ра­тив­но­го вы­де­ле­ния ком­по­нен­тов. Уда­ва­лось раз­де­лить лишь не­слож­ные сме­си ор­га­нич. со­еди­не­ний, имев­ших раз­ную рас­тво­ри­мость или силь­но раз­ли­чаю­щие­ся темп-ры ки­пе­ния. Для опо­зна­ния ра­нее из­вест­ных со­еди­не­ний их свой­ст­ва (напр., по­ка­за­тель пре­лом­ле­ния) срав­ни­ва­ли со свой­ст­ва­ми эта­ло­нов. Ко­ли­че­ст­вен­ный со­став про­бы рас­счи­ты­ва­ли по мас­се вы­де­лен­ных ком­по­нен­тов. Ра­бо­ты М. С. Цве­та и А. Мар­ти­на до­ка­за­ли воз­мож­ность ана­ли­за го­раз­до бо­лее слож­ных сме­сей. Для раз­де­ле­ния ком­по­нен­тов те­перь при­ме­ня­ют ме­то­ды жид­ко­ст­ной или га­зо­жид­ко­ст­ной хро­ма­то­гра­фии, ка­пил­ляр­ный элек­тро­фо­рез и др. ме­то­ды. Из­вест­ные со­еди­не­ния опо­зна­ют по ха­рак­те­ри­сти­кам удер­жи­ва­ния, а так­же по ИК-, УФ- и масс-спек­трам, ис­поль­зуя ба­зы хро­ма­то­гра­фич. и спек­траль­ных дан­ных, сис­те­мы ком­пь­ю­тер­ной иден­ти­фи­ка­ции, экс­перт­ные сис­те­мы. На­дёж­ность иден­ти­фи­ка­ции по­вы­ша­ет­ся при од­но­вре­мен­ном при­ме­не­нии раз­ных ана­ли­тич. ме­то­дов (хро­ма­то-масс-спек­тро­мет­рия и др.). Строе­ние не­из­вест­ных ком­по­нен­тов ус­та­нав­ли­ва­ют ис­поль­зуя со­во­куп­ность раз­ных ме­то­дов, в пер­вую оче­редь ме­тод ЯМР. Со­дер­жа­ния ком­по­нен­тов сме­си рас­счи­ты­ва­ют по от­но­си­тель­ной пло­ща­ди пи­ков на хро­ма­то­грам­ме с учё­том ко­эф­фи­ци­ен­тов чув­ст­ви­тель­но­сти при­ме­няе­мо­го де­тек­то­ра.

Сме­си ор­га­нич. со­еди­не­ний мож­но ана­ли­зи­ро­вать на мо­ле­ку­ляр­ном уров­не и без раз­де­ле­ния ком­по­нен­тов, ис­поль­зуя спек­тро­фо­то­мет­рию, масс-спек­тро­мет­рию, рент­ге­нос­пек­траль­ные ме­то­ды. Для уст­ра­не­ния влия­ния спек­траль­ных на­ло­же­ний ис­поль­зу­ют хе­мо­мет­ри­че­ские ал­го­рит­мы об­ра­бот­ки мно­го­мер­ных дан­ных. Этот под­ход при­вёл к соз­да­нию мно­же­ст­ва экс­пресс­ных ме­то­дик ана­ли­за неф­те­про­дук­тов, ле­кар­ст­вен­ных пре­па­ра­тов и др. ре­аль­ных объ­ек­тов. Ме­ша­ет оп­ре­де­ле­нию влия­ние по­сто­рон­них ве­ществ и не­ад­ди­тив­ность ана­ли­тич. сиг­на­лов.

Не­ред­ко не тре­бу­ет­ся раз­дель­но оп­ре­де­лять мно­же­ст­во од­но­тип­ных со­еди­не­ний, вхо­дя­щих в со­став ис­сле­дуе­мо­го ве­ще­ст­ва. Дос­та­точ­но най­ти сум­мар­ное со­дер­жа­ние этих со­еди­не­ний (в моль/дм³, % по мас­се или в ус­лов­ных еди­ни­цах). Так, струк­тур­но-груп­по­вой ана­лиз бен­зи­на пред­по­ла­га­ет оп­ре­де­ле­ние сум­мар­ных со­дер­жа­ний па­ра­фи­нов, наф­те­нов, аре­нов и оле­фи­нов. Час­то мо­ле­ку­лы со­вме­ст­но оп­ре­де­ляе­мых ана­ли­тов име­ют од­ну и ту же функ­цио­наль­ную груп­пу (кар­бо­но­вые ки­сло­ты – кар­бок­силь­ную, оле­фи­ны – двой­ную связь и т. д.). Об­на­ру­же­ние и оп­ре­де­ле­ние сум­мы та­ких со­еди­не­ний на­зы­ва­ют функ­цио­наль­ным ана­ли­зом.

Ме­то­ды функ­цио­наль­но­го ана­ли­за, воз­ник­шие в 19 в., ос­но­вы­ва­лись на про­ве­де­нии се­лек­тив­ных хи­мич. ре­ак­ций. При­ме­ром мо­жет быть ка­че­ст­вен­ная ре­ак­ция «се­реб­ря­но­го зер­ка­ла» на аль­де­гид­ную груп­пу. Сум­мар­ное со­дер­жа­ние ана­ли­тов, имею­щих од­ну и ту же функ­цио­наль­ную груп­пу, мож­но оп­ре­де­лить по ре­зуль­та­там тит­ро­ва­ния, рас­счи­ты­вая обоб­щён­ную ха­рак­те­ри­сти­ку ис­сле­дуе­мо­го ве­ще­ст­ва. Со­от­вет­ст­вую­щие эм­пи­рич. ме­то­ды ши­ро­ко рас­про­стра­не­ны в тех­нич. ана­ли­зе. Так, сум­мар­ное со­дер­жа­ние кар­бо­но­вых ки­слот в жи­рах, смо­лах, мас­лáх и др. объ­ек­тах оце­ни­ва­ют по рас­хо­ду спир­то­во­го рас­тво­ра KОН с кон­цен­тра­ци­ей 0,1 моль/дм³. Рас­счи­ты­ва­ют ки­слот­ное чис­ло – мас­су KОН (в мг), не­об­хо­ди­мую для ней­тра­ли­за­ции 1 г ис­сле­дуе­мо­го ве­ще­ст­ва. Сум­мар­ное со­дер­жа­ние слож­ных эфи­ров оце­ни­ва­ют с по­мо­щью эфир­но­го чис­ла – мас­сы KОН (в мг), не­об­хо­ди­мой для омы­ле­ния всех слож­ных эфи­ров, со­дер­жа­щих­ся в 1 г ис­сле­дуе­мо­го ве­ще­ст­ва. Эту ха­рак­те­ри­сти­ку на­хо­дят про­во­дя об­рат­ное ки­слот­но-ос­нóв­ное тит­ро­ва­ние в не­вод­ной сре­де. Сум­мар­ное со­дер­жа­ние кар­бо­но­вых ки­слот и слож­ных эфи­ров ха­рак­те­ри­зу­ют чис­лом омы­ле­ния (сум­ма ки­слот­но­го и эфир­но­го чи­сел). Со­дер­жа­ние не­на­сы­щен­ных со­еди­не­ний в ис­сле­дуе­мой про­бе оце­ни­ва­ют с по­мо­щью бром­но­го или иод­но­го чи­сел. Эти ха­рак­те­ри­сти­ки так­же на­хо­дят ме­то­дом об­рат­но­го тит­ро­ва­ния. Иод­ное чис­ло по­ка­зы­ва­ет, сколь­ко грам­мов ио­да мо­жет при­сое­ди­нить­ся к 100 г ис­сле­дуе­мо­го ве­ще­ст­ва (напр., жи­ра). Бром­ное чис­ло – ко­ли­че­ст­во грам­мов бро­ма, ко­то­рое при­сое­ди­нит­ся к 100 г ис­сле­дуе­мо­го ве­ще­ст­ва при об­ра­бот­ке его бро­мид-бро­мат­ным рас­тво­ром. Ме­тод бро­ми­ро­ва­ния при­го­ден не толь­ко для оцен­ки сте­пе­ни не­на­сы­щен­но­сти жи­ров и др. объ­ек­тов, но и для оп­ре­де­ле­ния чис­ла двой­ных свя­зей в не­на­сы­щен­ных спир­тах, аль­де­ги­дах, ке­то­нах, эфи­рах и ки­сло­тах, т. е. для ус­та­нов­ле­ния струк­ту­ры ин­ди­ви­ду­аль­ных ор­га­нич. со­еди­не­ний.

Ино­гда груп­па ана­ли­тов объ­е­ди­ня­ет со­еди­не­ния с раз­ной струк­ту­рой, близ­кие по фи­зич. или хи­мич. свой­ст­вам. Так, в груп­пу вос­ста­нав­ли­ваю­щих са­ха­рóв вклю­ча­ют со­еди­не­ния, реа­ги­рую­щие с груп­по­вым реа­ген­том – ре­ак­ти­вом Фе­лин­га (рас­твор $\ce {CuSO4}$ и $\ce {KNaC4H4O6 \cdot 4H2O}$ в 10%-ном вод­ном рас­тво­ре $\ce {NaOH}$).

С раз­ви­ти­ем спек­тро­фо­то­мет­рич. ана­ли­за соз­да­но мно­го ме­то­дов функ­цио­наль­но­го ана­ли­за, ос­но­ван­ных на об­ра­зо­ва­нии но­вых, ин­тен­сив­но ок­ра­шен­ных со­еди­не­ний при до­бав­ле­нии к про­бе из­быт­ка реа­ген­та. Так, для оп­ре­де­ле­ния сум­мар­но­го со­дер­жа­ния фе­но­лов при­ме­ня­ют ре­ак­цию Грис­са – об­ра­зо­ва­ние азо­кра­си­те­лей при взаи­мо­дей­ст­вии фе­но­лов с нит­рит-ио­на­ми и ами­на­ми. Оп­тич. плот­ность по­лу­чен­но­го рас­тво­ра из­ме­ря­ют на оп­ре­де­лён­ной дли­не вол­ны, а за­тем, поль­зу­ясь пред­ва­ри­тель­но по­стро­ен­ным гра­дуи­ро­воч­ным гра­фи­ком, рас­счи­ты­ва­ют сум­мар­ное со­дер­жа­ние раз­ных фе­но­лов в пе­ре­счё­те на стан­дарт­ное ве­ще­ст­во – про­стей­ший фе­нол С₆H₅ОН. Ана­ло­гич­ные ме­то­ды раз­ра­бо­та­ны для оп­ре­де­ле­ния сум­мар­ных со­дер­жа­ний аль­де­ги­дов, ке­то­нов, уг­ле­во­дов, кар­бо­но­вых ки­слот, ами­нов и мно­гих др. со­еди­не­ний.

Раз­ви­тие ин­ст­ру­мен­таль­ных ме­то­дов во 2-й пол. 20 в. при­ве­ло к соз­да­нию фи­зич. ме­то­дов струк­тур­но-груп­по­во­го ана­ли­за, не свя­зан­ных с про­ве­де­ни­ем хи­мич. ре­ак­ций. Сум­мар­ный ана­ли­тич. сиг­нал род­ст­вен­ных ана­ли­тов из­ме­ря­ют в ус­ло­ви­ях, ис­клю­чаю­щих влия­ние по­сто­рон­них со­еди­не­ний. Для по­вы­ше­ния точ­но­сти ана­ли­за его ре­зуль­та­ты рас­счи­ты­ва­ют по пред­ва­ри­тель­но по­лу­чен­ным мно­го­мер­ным гра­дуи­ров­кам.

О. в. а. ши­ро­ко ис­поль­зу­ют в н.-и. ла­бо­ра­то­ри­ях. При­ме­ра­ми мо­гут быть изо­топ­ный (ра­дио­уг­ле­род­ный) ана­лиз дре­ве­си­ны с це­лью да­ти­ров­ки ар­хео­ло­гич. на­хо­док, изу­че­ние ме­та­бо­лиз­ма и ме­ха­низ­ма дей­ст­вия ле­кар­ст­вен­ных пре­па­ра­тов, ис­сле­до­ва­ние ком­по­нен­тов за­па­ха. Не ме­нее важ­но прак­тич. зна­че­ние О. в. а. Мил­лио­ны та­ких ана­ли­зов вы­пол­ня­ют кон­троль­но-ана­ли­тич. ла­бо­ра­то­рии пром. пред­при­ятий (кон­троль со­ста­ва сы­рья и го­то­вой про­дук­ции), ла­бо­ра­то­рии кли­нич. ана­ли­за (ана­лиз кро­ви и т. п.), ла­бо­ра­то­рии при­ро­до­охран­ных и пра­во­ох­ра­ни­тель­ных ор­га­нов. Тен­ден­ции даль­ней­ше­го раз­ви­тия О. в. а. – ав­то­ма­ти­за­ция и ком­пь­ю­те­ри­за­ция ана­ли­за, раз­ви­тие при­бор­ной ба­зы, стан­дар­ти­за­ция наи­бо­лее на­дёж­ных ме­то­дик, по­вы­ше­ние чис­ла од­но­вре­мен­но оп­ре­де­ляе­мых по­ка­за­те­лей со­ста­ва.