ХИМИ́ЧЕСКИЙ АНА́ЛИЗ

ХИМИ́ЧЕСКИЙ АНА́ЛИЗ, экс­пе­ри­мен­таль­ное по­лу­че­ние ин­фор­ма­ции о хи­мич. со­ста­ве ве­ще­ст­ва. Ме­ж­ду по­ня­тия­ми «Х. а.» и ана­ли­ти­че­ская хи­мия чёт­кой гра­ни­цы нет. Ана­ли­тич. хи­мия соз­да­ёт и раз­ви­ва­ет об­щую ме­то­до­ло­гию, ме­то­ды и сред­ст­ва оп­ре­де­ле­ния хи­мич. со­ста­ва ве­ще­ст­ва и, в не­ко­то­рой сте­пе­ни, хи­мич. строе­ния со­еди­не­ний, а так­же раз­ра­ба­ты­ва­ет спо­со­бы Х. а. разл. объ­ек­тов.

По при­ро­де изу­чае­мо­го объ­ек­та вы­деля­ют Х. а. не­ор­га­нич. и ор­га­нич. ве­ществ. В за­ви­си­мо­сти от це­ли раз­ли­ча­ют ка­че­ст­вен­ный хи­ми­че­ский ана­лиз и ко­ли­че­ст­вен­ный хи­ми­че­ский ана­лиз. За­да­ча пер­во­го – об­на­ру­же­ние и иден­ти­фи­ка­ция ком­по­нен­тов ис­сле­дуе­мо­го об­раз­ца, т. е. ана­ли­тов, вто­ро­го – оп­ре­де­ле­ние их кон­цен­тра­ций или масс. В за­ви­си­мо­сти от при­ро­ды оп­ре­де­ляе­мых ком­по­нен­тов раз­ли­ча­ют изо­топ­ный ана­лиз, эле­мент­ный ана­лиз, струк­тур­но-груп­по­вой (в т. ч. функ­цио­наль­ный ана­лиз при изу­че­нии ор­га­нич. ве­ще­ст­ва), мо­ле­ку­ляр­ный ана­лиз (напр., при изу­че­нии сме­си ор­га­нич. ве­ществ), фа­зо­вый ана­лиз (при изу­че­нии слож­ных спла­вов, ком­по­зит­ных ма­те­риа­лов, руд и т. д.). В об­лас­ти ана­ли­за фар­ма­цев­тич. пре­пара­тов ак­ту­аль­ной за­да­чей яв­ля­ет­ся ус­та­нов­ле­ние сте­пе­ни чис­то­ты ле­кар­ст­вен­но­го сред­ст­ва (вклю­чая об­на­ру­же­ние при­ме­си хи­раль­но­го изо­ме­ра, не об­ла­даю­ще­го тре­буе­мой био­ло­гич. ак­тив­но­стью). Здесь наи­бо­лее эф­фек­тив­ны­ми яв­ля­ют­ся гиб­рид­ные ме­то­ды ана­ли­за: жид­ко­ст­ная хро­ма­то­гра­фия и хро­ма­то-масс-спек­тро­мет­рия.

Для про­ве­де­ния Х. а. вы­би­ра­ют ме­тод, обес­пе­чи­ваю­щий тре­буе­мую точ­ность, чув­ст­ви­тель­ность, экс­пресс­ность и/или из­би­ра­тель­ность ана­ли­за. Ме­то­ды Х. а. пред­по­ла­га­ют при­ме­не­ние ана­ли­тич. ап­па­ра­ту­ры, воз­мож­но­сти ко­то­рой на се­го­дняш­ний день весь­ма ве­ли­ки. Ис­поль­зуя разл. ана­ли­тич. ап­па­ра­ту­ру, оп­ре­де­ля­ют кон­цен­тра­ции и ко­ли­че­ст­ва в диа­па­зо­не от не­сколь­ких мик­ро­грам­мов до не­сколь­ких мо­ле­кул в объ­ё­ме (напр., в не­сколь­ких мл), а так­же изу­ча­ют мик­ро­объ­ек­ты (мик­ро­хи­ми­че­ский ана­лиз), про­во­дят ло­каль­ный хи­ми­че­ский ана­лиз (в точ­ке, на по­верх­но­сти и т. д.), ана­лиз без раз­ру­ше­ния об­раз­ца (не­раз­ру­шаю­щий хи­ми­че­ский ана­лиз), на рас­стоя­нии от не­го (дис­тан­ци­он­ный ана­лиз), не­пре­рыв­ный ана­лиз (напр., в по­то­ке жид­ко­сти), а так­же ус­та­нав­ли­ва­ют, в ви­де ка­кой хи­мич. фор­мы су­ще­ст­ву­ет в об­раз­це оп­ре­де­ляе­мый ком­по­нент (ве­ще­ст­вен­ный хи­ми­че­ский ана­лиз). Важ­ная тен­ден­ция раз­ви­тия Х. а. – ав­то­ма­ти­за­ция ана­ли­за, осо­бен­но при кон­тро­ле тех­но­ло­гич. про­цес­сов. Ус­пе­хи в соз­да­нии ана­ли­тич. ап­па­ра­ту­ры, дос­тиг­ну­тые к на­стоя­ще­му вре­ме­ни, в пер­вую оче­редь свя­заны с воз­мож­но­стью оп­ре­де­лять сле­до­вые ко­ли­че­ст­ва, т. е. при­ме­си (сле­до­вый хи­мич. ана­лиз).

При про­ве­де­нии Х. а. ис­поль­зу­ют разл. ме­то­ды раз­де­ле­ния и оп­ре­де­ле­ния (об­на­ру­же­ния), а так­же со­че­та­ния ме­то­дов этих двух групп. Ис­то­ри­че­ски и тра­ди­ци­он­но ме­то­ды оп­ре­де­ле­ния под­раз­де­ля­ют на хи­ми­че­ские ме­то­ды ана­ли­за (гра­ви­мет­ри­че­ский ана­лиз, тит­ри­мет­ри­че­ский ана­лиз), фи­зи­ко-хи­ми­че­ские ме­то­ды ана­ли­за (в т. ч. элек­тро­хи­ми­че­ские ме­то­ды ана­ли­за, ки­не­ти­че­ские ме­то­ды ана­ли­за), фи­зи­че­ские ме­то­ды ана­ли­за (спек­траль­ные, ядер­но-фи­зи­че­ские и др.), а так­же био­ло­ги­че­ский ме­тод ана­ли­за. С ос­но­ван­ных на хи­мич. ре­ак­ци­ях ме­то­дов на­ча­лась соб­ст­вен­но ана­ли­тич. хи­мия. По­сколь­ку хи­мич. ре­ак­ции про­те­ка­ют с разл. ско­ро­стью в за­ви­си­мо­сти от ус­ло­вий, то это их свой­ст­во ис­поль­зу­ют в ки­не­тич. ме­то­дах. Об­ласть ки­не­тич. ме­то­дов вы­де­ле­на в са­мо­стоя­тель­ную и вклю­ча­ет не толь­ко ши­ро­кий круг ре­ак­ций, ко­то­рые вы­пол­ня­ют роль ин­ди­ка­тор­ных (по их ско­ро­сти оп­ре­де­ля­ют со­дер­жа­ние при­ме­сей, ока­зы­ваю­щих ка­та­ли­тич. дей­ст­вие), но и тех­но­ло­гии их про­ве­де­ния (в т. ч. при­ме­не­ние тест-по­ло­сок, ин­ди­ка­тор­ных тру­бок и др. средств тест-ме­то­дов хи­ми­че­ско­го ана­ли­за). В тест-уст­рой­ст­вах для об­на­ру­же­ния ис­поль­зу­ют спец. реа­ген­ты (обыч­но ор­га­ни­че­ские), об­ла­даю­щие ок­ра­ской, ко­то­рая при про­ве­де­нии ана­ли­за из­ме­ня­ет­ся. На этом ос­но­ва­но дей­ст­вие ин­ди­ка­тор­ных тру­бок как пас­сив­ных хи­мич. до­зи­мет­ров. Фи­зич. ме­то­ды ба­зи­ру­ют­ся на фи­зич. яв­ле­ни­ях, ко­то­рые воз­ни­ка­ют при энер­ге­тич. воз­дей­ст­вии на изу­чае­мый объ­ект. Био­ло­гич. ме­то­ды ис­поль­зу­ют от­клик ор­га­низ­мов на из­ме­не­ния в ок­ру­жаю­щей сре­де (био­ин­ди­ка­ция). Раз­но­вид­но­стью био­ло­гич. ме­то­дов счи­та­ют био­хи­ми­че­ские ме­то­ды ана­ли­за. В них ана­ли­тич. сиг­нал ге­не­ри­ру­ет­ся на прин­ци­пах био­ми­ме­ти­ки – как ре­зуль­тат спе­ци­фич. от­кли­ка био­ма­те­риа­ла (фер­мен­та, ан­ти­те­ла, ДНК или её фраг­мен­та) в его ре­ак­ции с ана­ли­том в спец. уст­рой­ст­вах, на­зы­вае­мых био­сен­со­ра­ми. По час­то­те ис­поль­зо­ва­ния ме­то­дов Х. а. мож­но вы­де­лить спек­траль­ные, за­тем ме­то­ды хро­ма­то­гра­фии (пре­ж­де все­го в ана­ли­зе ор­га­нич. ве­ществ) и, на­ко­нец, ме­то­ды элек­тро­ана­ли­за. К наи­бо­лее рас­про­стра­нён­ным фи­зич. ме­то­дам ана­ли­за сле­ду­ет от­не­сти: атом­но-эмис­си­он­ный спек­траль­ный ана­лиз, атом­но-аб­сорб­ци­он­ную спек­тро­мет­рию, флуо­рес­цент­ный спек­траль­ный ана­лиз, рент­ге­нов­ские ме­то­ды ана­ли­за, масс-спек­тро­мет­рию, ком­плекс ме­то­дов ядер­но-фи­зи­че­ско­го и мик­ро­ана­ли­за.

Как пра­ви­ло, ме­то­ды ко­ли­че­ст­вен­но­го оп­ре­де­ле­ния ос­но­ва­ны на за­ви­си­мо­сти из­ме­ряе­мых па­ра­мет­ров, ха­рак­те­ри­зую­щих свой­ст­ва изу­чае­мо­го объ­ек­та, от его со­ста­ва. По­это­му в Х. а. важ­ной за­да­чей яв­ля­ет­ся ус­та­нов­ле­ние та­ких за­ви­си­мо­стей. При этом ве­дут по­иск урав­не­ния свя­зи ме­ж­ду из­ме­ряе­мым свой­ст­вом и со­ста­вом, спо­со­бов ре­ги­ст­ра­ции свой­ст­ва (ана­ли­тич. сиг­на­ла) и уст­ра­не­ния по­ме­хи со сто­ро­ны др. ком­по­нен­тов, что­бы ис­клю­чить ме­шаю­щее влия­ние разл. фак­то­ров мат­ри­цы. Ве­ли­чи­ну ана­ли­тич. сиг­на­ла пе­ре­во­дят в еди­ни­цы, ха­рак­те­ри­зую­щие ко­ли­че­ст­во или кон­цен­тра­цию ком­по­нен­тов. Из­ме­ряе­мы­ми свой­ст­ва­ми мо­гут быть, напр., све­то­по­гло­ще­ние, элек­три­че­ский ток, элек­тро­про­вод­ность, мас­са, объ­ём и т. д.

Со­дер­жа­ние ана­ли­та в объ­ек­те ис­сле­до­ва­ния мо­жет ко­ле­бать­ся в ши­ро­ких пре­де­лах. Совр. ме­то­ды Х. а. (фи­зи­че­ские и био­хи­ми­че­ские) по­зво­ля­ют на­дёж­но ус­та­нав­ли­вать пре­де­лы со­дер­жа­ния на уров­не до зеп­то­грам­мов (10^–21 г).

Х. а. ве­ще­ст­ва пред­по­ла­га­ет про­ве­де­ние сна­ча­ла ка­че­ст­вен­ной оцен­ки осн. его со­став­ляю­щих, а за­тем ко­ли­че­ст­вен­ный ана­лиз. При этом ру­ко­во­дству­ют­ся со­от­вет­ст­вую­щей ме­то­ди­кой. Ме­то­ди­ка ана­ли­за вклю­ча­ет в се­бя сред­ст­ва ана­ли­за (ап­па­ра­ту­ру, обо­ру­до­ва­ние, ре­ак­ти­вы и т. д.) и соб­ст­вен­но про­це­ду­ру его про­ве­де­ния. Для про­ве­де­ния ка­че­ст­вен­но­го ана­ли­за не­об­хо­ди­мо вы­де­лить ин­ди­ви­ду­аль­ные, спе­ци­фич. осо­бен­но­сти оп­ре­де­ляе­мо­го ком­по­нен­та, ко­то­рые мож­но от­ли­чить с по­мо­щью вы­бран­но­го ме­то­да. При этом ис­поль­зу­ют воз­дей­ст­вие на про­бу вы­со­ких тем­пе­ра­тур (спек­траль­ный ана­лиз), рент­ге­нов­ско­го из­лу­че­ния (рент­ге­нов­ские ме­то­ды), ла­зер­но­го из­лу­че­ния (ла­зер­ная хи­мия), элек­трон­ной бом­бар­ди­ров­ки (масс-спек­тро­мет­рия), об­лу­че­ния эле­мен­тар­ны­ми час­ти­ца­ми и γ-кван­та­ми (ак­ти­ва­ци­он­ный ана­лиз) и др. Т. о., в Х. а. соз­да­ёт­ся сво­его ро­да ин­фор­мац. сис­те­ма: воз­дей­ст­вие – от­клик – рас­по­зна­ва­ние ана­ли­тич. сиг­на­ла и ко­ли­че­ст­вен­ное его из­ме­ре­ние с при­ме­не­ни­ем ап­па­ра­ту­ры. Из мно­го­числ. про­яв­ле­ний от­кли­ка объ­ек­та ана­ли­за на воз­дей­ст­вие вы­би­ра­ют свой­ст­во, ко­то­рое спе­ци­фи­че­ски ха­рак­тер­но для ана­ли­та и в то же вре­мя мо­жет быть на­дёж­но от­де­ле­но ис­поль­зуе­мым ме­то­дом от др. свойств, про­яв­ляю­щих­ся при воз­дей­ст­вии на ве­ще­ст­во. Ча­ще все­го в ка­че­ст­ве та­ких свойств вы­би­ра­ют спек­тры эмис­сии, аб­сорб­ции, флуо­рес­цен­ции, мас­су, объ­ём, по­тен­ци­ал и ток элек­тро­ли­за рас­тво­ра на мик­ро­элек­тро­де, элек­трич. и маг­нит­ные ха­рак­те­ри­сти­ки, ра­дио­ак­тив­ное из­лу­че­ние и др. По­сле вы­бо­ра ана­ли­тич. сиг­на­ла про­из­во­дят его из­ме­ре­ние на со­от­вет­ст­вую­щей ап­па­ра­ту­ре.

В тео­рии ана­ли­тич. хи­мии рас­смат­ри­ва­ют от­бор и под­го­тов­ку ана­ли­тич. проб, со­став­ле­ние схе­мы ана­ли­за, вы­бор ме­то­дов, прин­ци­пы и пу­ти ав­то­ма­ти­за­ции ана­ли­за и ис­поль­зо­ва­ние ком­пь­ю­тер­ной тех­ни­ки. При этом изу­ча­ют не толь­ко об­щие, но и ин­ди­ви­ду­аль­ные, спе­ци­фич. свой­ст­ва и ха­рак­те­ри­сти­ки объ­ек­тов, за­ви­ся­щие от их со­ста­ва, что и по­зво­ля­ет ре­шать за­да­чи Х. а. От­ветств. ста­дия Х. а. – взя­тие ана­ли­тич. про­бы. Обыч­но для ана­ли­за от­би­ра­ют не­боль­шую часть ис­сле­дуе­мо­го ве­ще­ст­ва. Про­ба долж­на быть пред­ста­ви­тель­ной, т. е. со­от­вет­ст­во­вать хи­мич. со­ста­ву все­го ис­сле­дуе­мо­го ве­ще­ст­ва. Опе­ра­ция взя­тия про­бы на­зы­ва­ет­ся про­бо­от­бо­ром. За­тем про­во­дят про­бо­под­го­тов­ку, в хо­де ко­то­рой про­ба пре­об­ра­зу­ет­ся в хи­мич. фор­му, от­ве­чаю­щую тре­бо­ва­ни­ям вы­бран­но­го ин­ст­ру­мен­таль­но­го ме­то­да. Ин­ст­ру­мен­таль­ный ме­тод по­зво­ля­ет из­ме­рить т. н. ана­ли­тич. сиг­нал – фи­зич. па­ра­метр (мас­са, объ­ём, си­ла то­ка, про­во­ди­мость, элек­трич. по­тен­ци­ал, по­гло­ще­ние све­та и т. п.), ко­то­рый функ­цио­наль­но свя­зан с хи­мич. со­ста­вом ве­ще­ст­ва. Фи­зич. ме­то­ды по­зво­ля­ют про­во­дить мно­го­эле­мент­ный ана­лиз, при­чём, не раз­ру­шая ис­ход­ный ма­те­ри­ал, бы­ст­ро, в ря­де слу­ча­ев дис­тан­ци­он­но, с вы­со­кой чув­ст­ви­тель­но­стью.

Важ­ной со­став­ляю­щей тео­ре­тич. ос­нов ана­ли­тич. хи­мии яв­ля­ет­ся мет­ро­логия хи­ми­че­ско­го ана­ли­за, в т. ч. ста­ти­стич. об­ра­бот­ка ре­зуль­та­тов (из­ме­рений), ко­то­рую ино­гда объ­е­ди­ня­ют по­ня­ти­ем «про­сле­жи­вае­мость все­го хо­да ана­ли­за». По­сколь­ку Х. а. яв­ля­ет­ся из­ме­ри­тель­ной про­це­ду­рой, то на не­го рас­про­стра­ня­ют­ся за­ко­ны мет­ро­ло­гии. Ка­че­ст­во ана­ли­тич. ме­то­да оце­ни­ва­ет­ся пре­ж­де все­го его мет­ро­ло­гич. ха­рак­те­ри­сти­ка­ми: схо­ди­мо­стью, вос­про­из­во­ди­мо­стью, пра­виль­но­стью, точ­но­стью, пре­де­ла­ми об­на­ру­же­ния и оп­ре­де­ле­ния и др. Лю­бой ме­тод ана­ли­за, яв­ля­ясь ме­то­дом из­ме­ре­ния, ха­рак­те­ри­зу­ет­ся обя­за­тель­ным на­ли­чи­ем по­греш­но­сти (или не­оп­ре­де­лён­но­стью) ре­зуль­та­та, об­ра­зую­щей до­ве­рит. ин­тер­вал, в рам­ках ко­то­ро­го на­хо­дит­ся ис­ко­мое зна­че­ние оп­ре­де­ляе­мо­го ком­по­нен­та. По­греш­но­сти ана­ли­за, как и лю­бой из­ме­рит. про­це­ду­ры, име­ют разл. при­ро­ду и изу­ча­ют­ся в са­мо­сто­ят. дис­ци­п­ли­не – хе­мо­мет­ри­ке. На прак­ти­ке наи­бо­лее серь­ёз­ны­ми, как пра­ви­ло, счи­та­ют сис­те­ма­тич. по­греш­но­сти, ко­то­рые ста­ра­ют­ся ис­клю­чить, све­сти к ми­ни­му­му или учесть. Наи­бо­лее эф­фек­тив­ный спо­соб ре­ше­ния этой про­бле­мы – ис­поль­зо­ва­ние стан­дарт­ных об­раз­цов, т. е. об­раз­цов ре­аль­ных ве­ществ и ма­териа­лов, хи­мич. ана­лиз ко­то­рых ус­та­нов­лен с осо­бой тща­тель­но­стью спец. про­це­ду­ра­ми (ана­лиз разл. ме­то­да­ми, пре­ци­зи­он­ные ме­то­ды син­те­за и об­ра­бот­ки, дос­ти­же­ние вы­со­кой од­но­род­но­сти и т. п.). В от­сут­ст­вие стан­дарт­ных об­раз­цов для кон­тро­ля пра­виль­но­сти ис­поль­зу­ют ис­кусств. об­раз­цы срав­не­ния, ме­тод «вве­де­но – най­де­но», со­пос­тав­ле­ние ре­зуль­та­тов, по­лу­чен­ных не­за­ви­си­мы­ми ме­то­да­ми с не­кор­ре­ли­ро­ван­ны­ми по­греш­но­стя­ми, и др.

Отд. приё­мы и ме­то­ды Х. а. поя­ви­лись од­но­вре­мен­но с воз­ник­но­ве­ни­ем и раз­ви­ти­ем ре­мес­лен­ной хи­мии. На ос­но­ве Х. а. бы­ли ус­та­нов­ле­ны пер­вые за­ко­ны и ис­ход­ные по­ня­тия хи­мии. В совр. ми­ре Х. а. вос­тре­бо­ван прак­ти­че­ски во всех ви­дах че­ло­ве­че­ской дея­тель­но­сти и ох­ва­ты­ва­ет всё ма­те­ри­аль­ное ок­ру­же­ние че­ло­ве­ка. Х. а. не­об­хо­дим при кон­тро­ле тех­но­ло­гич. про­цес­сов и оцен­ке ка­че­ст­ва про­дук­ции во мно­гих от­рас­лях пром-сти, без не­го не об­хо­дит­ся раз­вед­ка по­лез­ных ис­ко­пае­мых. С по­мо­щью Х. а. оце­ни­ва­ют ка­че­ст­во ок­ру­жаю­щей сре­ды (во­ды, воз­ду­ха, поч­вен­но­го по­кро­ва, осад­ков), сте­пень эв­тро­фи­ка­ции во­до­ёмов, дви­же­ние и на­ко­п­ле­ние ток­си­кан­тов в тро­фич. це­пях, ка­че­ст­во пи­ще­вых про­дук­тов и др. Х. а. ис­поль­зу­ют в нау­ках о жиз­ни и о зем­ле, а так­же в кри­ми­на­ли­сти­ке, ар­хео­ло­гии, кос­мич. ис­сле­до­ва­ни­ях. В ме­ди­ци­не Х. а. при­ме­ня­ют в це­лях ди­аг­но­сти­ки, в фар­ма­ции – для оцен­ки ка­че­ст­ва ле­кар­ст­вен­ных средств на всех ста­ди­ях их про­из-ва (ре­шая во­про­сы фар­ма­ко­ки­не­ти­ки, чис­то­ты пре­па­ра­тов и ле­кар­ст­вен­ных форм, в т. ч. и в слу­чае энан­тио­ме­ров).

Про­гресс ме­то­дов Х. а. свя­зан с ис­поль­зо­ва­ни­ем но­вых ма­те­риа­лов при со­зда­нии ап­па­ра­ту­ры, уст­ройств, сис­тем рас­по­зна­ва­ния (до не­сколь­ких мо­ле­кул в об­раз­це), от­клик ко­то­рых ос­но­ван на прин­ци­пах сен­со­ри­ки. По­лу­ча­ют раз­ви­тие сис­те­мы рас­по­зна­ва­ния об­ра­зов (про­ве­де­ние ана­ли­за без об­на­ру­же­ния отд. ком­по­нен­тов в слож­ной сме­си по ти­пу «элек­трон­ный нос» или «элек­трон­ный язык») с хе­мо­мет­рич. ин­тер­пре­та­ци­ей от­кли­ка не­ко­то­рой со­во­куп­но­сти сен­со­ров. По­след­ние ус­пе­хи в об­лас­ти сен­со­ров хи­ми­че­ских и био­сен­со­ров обу­слов­ле­ны в т. ч. тех­но­ло­гия­ми их кон­ст­руи­ро­ва­ния, в ко­то­рых ис­поль­зу­ют на­но­раз­мер­ные ма­те­риа­лы.