Kimika analitiko

Kimika analitikoa material natural zein artifizialen osagai kimikoen banaketa, identifikazioa eta kuantifikazioaren azterketa da Skoog, Douglas A.; West, Donald M.; Holler, F. James; Crouch, Stanley R. (2014). Fundamentals of Analytical Chemistry. Belmont: Brooks/Cole, Cengage Learning. p. 1. .  Banaketaren bitartez, analitoak fisikoki bereizten dira. Analisi kualitatiboak lagina osatzen duten espezie kimikoen izaera adierazten du, eta analisi kuantitatiboak osagai horietako baten edo gehiagoren kantitatea determinatzen du. Osagaien banaketa, sarritan, analisia baino lehen egiten da.

Metodo analitikoak bi multzotan bana daitezke, klasikoak eta instrumentalak edo tresnen bidezkoak . Metodo klasikoek prezipitazioa, erauzketa eta destilazioa gisako banaketa teknikak erabiltzen dituzte. Metodo klasiko kualitatiboan, analitoen identifikazioa kolorearen, usainaren edo urtze-puntuaren, irakite-puntuaren, erradioaktiboaren edo erreaktibotasunaren arabera determinatzen da. Analisi klasiko kuantitatiboetan, pisuaren eta bolumenaren neurketak erabiltzen dira analito kantitatea kuntifikatzeko. Bestalde, metodo instrumentaletan, tresnak erabiltzen dira analizatutako analitoaren ezaugarri fisikoak (adibidez, argi-absortzioa, fluoreszentzia edo eroankortasun elektrikoa) neurtzeko. Materialen banaketarako, kromatografia edo elektroforesi metodoak erabiltzen dira.Ondoren, analisi kualitatibo eta kuantitatibo bat egin daiteke, askotan tresna berbera erabiliz, argiaren, beroaren elkarrekintzaren, eremu elektrikoen edo eremu magnetikoen elkarreragina erabiliz. Askotan, tresna berberak analito bat bereizi, identifikatu eta kuantifika dezake.

Kimika analitikoak, diseinu esperimentaleko hobekuntzak, kimiometria eta neurtzeko tresna berrien sorrera ditu ardatz. Horrez gain, kimika analitikoak hainbat esparrutan ere aplikatzen da: bioanalisian, auzitegi medikuntzan, kimika klinikoan, ingurumen analisian, etab.

 Historia 
Kimika analitikoa garrantzitsua izan da kimikaren lehenengo egunetatik, laginean zer elementu eta substantzia kimiko dauden zehazteko metodoak ematen baititu. Kimika analitikoari egindako ekarpen garrantzitsuenen artean daude Justus von Liebig-en analisi sistematiko elementalaren garapena eta talde funtzionalen erreakzio espezifikoetan oinarritutako analisi organiko sistematizatua.

Lehen analisi instrumentala Robert Bunsenek eta 1860an rubidioa eta zesioa aurkitu zuen Gustav Kirchhoffek garatutako sugarraren emisio-espektrometria izan zen.

1900etik aurrera eman ziren kimika analitikoko garapen nagusi gehienak. Denboraldi horretan, analisi instrumentala pixkanaka nagusitu zen kimikaren eremuan. Bereziki, espektroskopia- eta espektrometria-teknika elemental asko XX. mendearen hasieran aurkitu ziren, eta XX. mendearen amaieran hobetu ziren.

Banaketa prozesu tekniken garapenak antzeko denbora-lerroari jarraitzen diote, eta gero eta errendimendu handiagoko tresnak lortu ziren . 1970eko hamarkadan, teknika horietako asko konbinatuta lortutako teknika hibridoak erabiltzen hasi ziren laginen karakterizazio osoa lortzeko.

Gutxi gorabehera 70eko hamarkadan hasi eta gaur egun arte, kimika analitikoa gero eta inklusiboagoa bihurtu da arazo biologikoetan (kimika bioanalitikoa); lehenago, ostera, molekula organiko, ez-organiko edo molekula txikietan zentratzen zen, batez ere. Horrez gain, laserrak gero eta gehiago erabili dira kimika analitikoan zunda gisa, baita era askotariko erreakzioak hasteko eta erreakzioan eragiteko ere .XX. mendearen amaieran, kimika analitikoaren aplikazioa beste alor batzuetara hedatu zen, hala nola auzitegi-medikuntzako, ingurumeneko, industriako, medikuntzako eta histologiako gaietara .

Kimika analitiko modernoa analisi instrumentalaren mende dago. Kimikari analitikari asko instrumentu-mota bakar batean zentratzen dira. Akademikoak aplikazio eta aurkikuntza berrietan edo analisi-metodo berrietan zentratzen dira. Odolean dagoen eta minbizi-arriskua areagotzen duen substantzia kimiko baten aurkikuntza kimikari analitiko batek parte har lezakeen aurkikuntza bat litzateke. 

Metodo berri bat garatzeak laser sintonizagarri baten erabilera inplikatu dezake metodo espektrometriko baten espezifikotasuna eta sentikortasuna handitzeko. Metodo asko, garatu ondoren, aldatu gabe mantentzen dira datuak denbora luzez konparatu ahal izateko. Hori bereziki industria-kalitatean ematen da, auzitegiko aplikazioetan eta ingurumen-aplikazioetan. 

Kimika analitikoak gero eta garrantzi handiagoa du farmazia-industrian; kalitate-kontrolean erabiltzeaz gain, sendagai berriak aurkitzeko eta botikaren eta pazientearen arteko elkarreraginak ulertzeko aplikazio klinikoetan erabiltzen da.

 Metodo klasikoak 
eskuinera|thumb|200x200px| Analisi kualitatibo honetan, sugarraren kolore berde urdinxkak adierazten du kobrearen presentzia. 
Kimika analitiko modernoan nagusiki instrumentazio sofistikatua erabiltzen den arren, kimika analitikoaren erroak eta tresna modernoetan erabiltzen diren printzipio batzuk teknika tradizionaletatik eratorritakoak dira, eta horietako asko oraindik erabiltzen dira. Teknika horiek gradu-aurreko kimika analitikoko hezkuntza-laborategi gehienetan ere ikasi eta erabiltzen da.

 Analisi kualitatiboa 
Analisi kualitatibo batek substantzia batean konposatu jakin bat dagoen edo ez zehazten du, baina ez masa edo kontzentrazioa. Definizioz, analisi kualitatiboek ez dute kantitatea neurtzen.

 Proba kimikoak 
Proba kimiko kualitatibo ugari daude, hala nola urrea detektatzeko azido-proba eta odolik dagoen detektatzeko Kastle-Meyer-en proba.

 Sugarraren proba 
Analisi kualitatibo ez-organikoan, oro har, zenbait ioi edo elementu, eskuarki akuosoak, badaudela baieztatzeko erabiltzen dira. Horretarako, zenbait erreakzio egiten dira aukera tarteak ezabatzeko, eta, ondoren, ioi susmagarriak baieztatzeko, berrespen-proba bat egiten da. Batzuetan, prozedura horietan, karbonoa duten ioi txikiak sartzen dira. Gaur egungo instrumentazio modernoaren ondorioz, proba horiek oso gutxitan erabiltzen dira. Hala ere, baliagarriak izan daitezke hezkuntza-helburuetarako edo landa-lanetarako, baita azken belaunaldiko tresnetarako sarbidea erabilgarririk ez dagoenerako edo komenigarria ez den beste egoera batzuetarako ere.

 Analisi kuantitatiboa 
Analisi kuantitatiboa substantzia batean dauden osagai kimiko partikularren kantitatea neurtzea da.

 Analisi grabimetrikoa 
Analisi grabimetrikoan, substantzia baten kantitatea determinatzen da lagina saiakuntza baten aurretik edota ondoren pisatuz. Gradu-aurreko hezkuntzan erabilitako adibide arrunt bat da hidrato baten kantitatea determinatzea. Prozeduran, lagina berotzen da ura galtzeko. Pisu-diferentziak galdutako ur kantitatea adierazten du.

 Analisi bolumetrikoa 
Analisi bolumetrikoa balorazio kimiko izenez ere ezagutzen da. Balorazioan, kontzentrazio ezaguneko (estandarizatuta dagoen) erreaktibo bat gehitzen zaio analizatu nahi den disoluzio bati baliokidetasun-puntura iritsi arte. Baliokidetasun puntura iristeko behar izan den kontzentrazio ezaguneko erreaktiboaren bolumena neurturik, analizatu nahi den disoluzioaren substantzia kantitatea determina daiteke bi substantzien arteko erlazio estekiometrikoak kontuan izanik. Analisi bolumetriko ezagunenetarikoa, azido-base balorazioa da, eta, horietan, adierazleak erabiltzen dira kolore aldaketa ikusteko (baliokidetasun-puntua adierazten du). Beste titulazio mota asko ere badaude, adibidez, titulazio potentziometrikoak. Titulazio horiek hainbat adierazle-mota erabil ditzakete baliokidetza-punturen bat lortzeko.

 Metodo instrumentalak 

 Espektroskopia 
Espektroskopiak molekulek erradiazio elektromagnetikoarekin duten elkarreragina neurtzen du. Espektroskopiak hainbat aplikazio ditu, hala nola absortzio atomikoko espektroskopia, emisio atomikoko espektroskopia, ultramore-ikuskor espektroskopia, X izpien fluoreszentziaren espektroskopia, infragorrien espektroskopia, Raman espektroskopia, polarizazio dualeko interferometria, polarizazio magnetikoko espektroskopia, erresonantzia magnetiko nuklearraren (RMN) espektroskopia, foto-emisioko espektroskopia, foto-disposizioko espektroskopia, Motsensisen mikroskopia-espektroskopia.

 Masa espektrometria 
Masa-espektrometriak, eremu elektriko eta magnetikoaren bitartez, molekulen masa-karga erlazioa neurtzen du. Hainbat ionizazio-metodo daude: elektroien inpaktua, ionizazio kimikoa, elektro-pulberizazioa, atomo azkarren bidezko bonbardaketa, matrize bidez lagundutako laser desortzio bidezko ionizazioa, etab. Gainera, masa-espektrometria masa-analizatzaileen ikuspegiaren arabera sailkatzen da: sektore magnetikoa, masa-analizatzaile kuadripoloa, ioi-tranpa kuadripoloa, hegaldi-denbora, etab.

 Analisi elektrokimikoa 
Metodo elektro-analitikoek potentziala (voltak) edota korrontea (ampereak) neurtzen dituzte analitoa duen zelda elektrokimiko batean Bard, A.J.; Faulkner, L.R. Electrochemical Methods: Fundamentals and Applications. New York: John Wiley & Sons, 2nd Edition, 2000.Skoog, D.A.; West, D.M.; Holler, F.J. Fundamentals of Analytical Chemistry New York: Saunders College Publishing, 5th Edition, 1988.. Metodo horiek kontrolatu eta neurtzen diren zeldaren ezaugarrien arabera sailka daitezke. Lau kategoria nagusiak hauek dira: potentziometria (elektrodoen arteko potentzial diferentzia neurtzen da), coulometria (transferitutako karga denborarekin neurtzen da), amperimetria (zeldako korrontea denborarekin neurtzen da) eta boltametria (zeldako korrontea zelularen potentziala aldatzen den bitartean neurtzen da).

 Analisi termikoa 
Kalorimetriak eta analisi termograbimetrikoak materialaren eta beroaren arteko elkarreragina neurtzen dute.

 Banaketa 
Banaketa-metodoak substantzia nahasteen konplexutasuna murrizteko erabiltzen dira. Kromatografia, elektroforesia eta eremu-fluxuaren zatikatzea dira banaketa-metodoen adierazgarri.

 Teknika hibridoak 
Aurreko tekniken konbinazioek teknika hibridoak sortzen dituzte Holt, R. M.; Newman, M. J.; Pullen, F. S.; Richards, D. S.; Swanson, A. G. (1997). «High-performance Liquid Chromatography/NMR Spectrometry/Mass Spectrometry:Further Advances in Hyphenated Technology». Journal of Mass Spectrometry 32 (1): 64-70. Bibcode:1997JMSp...32...64H. PMID 9008869. doi:10.1002/(SICI)1096-9888(199701)32:1<64::AID-JMS450>3.0.CO;2-7.. Horren zenbait adibide gaur egun asko erabiltzen dira, eta, egun, teknika hibrido berriak garatzen ari dira. Esate baterako, gas kromatografia-masa-espektrometria; gas kromatografia-infragorrien espektroskopia; likido kromatografia -masa-espektrometria; likido kromatografia-RMN espektroskopia; likido kromatografia, infragorrien espektroskopia, elektroforesi kapilarra eta masa-espektrometria. 

Gidoi bidezko banaketa teknikak disoluzioetan substantzia kimikoak detektatzeko eta banatzeko bi (edo gehiago) teknikaren konbinazioak dira. Askotan, tekniketako bat kromatografia teknikaren bat izaten da. Gidoi bidezko teknikak asko erabiltzen dira kimikan eta biokimikan. 

 Mikroskopia 
Banakako molekulak, banakako zelulak, ehun biologikoak eta nanomaterialak ikusteko gai izatea garrantzitsua eta erakargarria da zientzia analitikoan. Gainera, beste analisi-tresna tradizional batzuekin egindako hibridazioak  iraultza ekarri du zientzia analitikoan. Mikroskopia hiru eremutan sailka daiteke: mikroskopia optikoa, mikroskopia elektronikoa eta ekorketa-zundazko mikroskopia. Egun, konputagailuen eta kameren industriak azkar garatzen ari direnez, mikroskopia eremu hau azkar ari da aurreratzen.

 Lab-on-a-chip 
Milimetro karratu eta zentimetro karratu arteko tamaina duten dispositiboak dira, funtzio ugari integratzen dituztenak eta oso jariakin-bolumen txikiak (pikolitroak) maneiatzeko gai direnak.

 Erroreak 
Behatutako balioaren eta benetako balioaren arteko zenbakizko diferentzia gisa defini daiteke erroreaGL David - Química Analítica.

Errorea kalkulatzeko formulan, analisi kimikoaren benetako balioa eta ikusitako balioa elkarrekin erlazionatzen dira:

Non:

  balore absolutua den.
  benetako balioa den.
  behatutako balioa den.
Neurketa baten errorea, neurketa zehatz baten alderantzizko neurria da; hau da, errorea zenbat eta txikiagoa izan, orduan eta zehaztasun handiagoa izango du neurketak.

Erroreak erlatiboki adieraz daitezke. Errore erlatiboa ( ): 

Errorearen portzentajea honela kalkula daiteke:

Balio horiek funtzio batean erabili nahi baditugu, funtzioaren errorea ere kalkula dezakegu.  aldagai duen  funtzioan, ziurgabetasunaren hedapena kalkulatu behar da -ren errorea ezagutzeko:

 Kalibrazio kurba 
Kontzentrazioa aztertzeko metodo orokor batek kalibrazio-kurba bat sortzea eskatzen du. Horri esker, substantzia batean, analito baten kantitatea zehaztu daiteke lagin ezezagun horren emaitzak lagin estandar ezagun batzuen emaitzekin konparatuz. Horretarako, kontzentrazio ezaguneko lagin estandarren emaitzekin, kalibrazio-kurba bat sortu behar da kalibrazio-kurbako ekuazioa lortuz. Ondoren, lagin ezezagunean lortutako emaitza kalibrazio-kurbako ekuazioan sartuz, aztertzen ari den analitoaren kontzentrazioa lortzen da. 

Lagin bateko elementuaren edo konposatuaren kontzentrazioa teknikaren detekzio-mugarako altuegia bada, disolbatzaile puru batean diluitu daiteke. Lagineko substantzia kantitatea tresna baten neurketa-tartearen azpitik badago, ostera, adizio metodoa erabil daiteke. Metodo horretan, aztergai den elementuaren edo konposatuaren kantitate ezagun bat gehitzen da, eta gehitutako kontzentrazioaren eta behatutako kontzentrazioaren arteko aldea laginean benetan dagoen kantitatea da.

 Adizio estandarra 
Batzuetan, aztertu nahi den laginari, kontzentrazio ezaguneko barne-estandar bat gehitzen zaio zuzenean, kuantifikatzen laguntzeko. Laginean dagoen analito kantitatea kalibratzeko erabili den barne-estandarraren kontzentrazio erlazioaren arabera zehazten da. Barne-estandar ideal bat isotopoekin aberastutako analito bat da, isotopoen diluzio-metodoa ahalbidetzen duena.

 Seinaleak eta zarata 
Kimika analitikoaren osagai garrantzitsuenetako bat da nahi den seinalea maximizatzea eta horri lotutako zarata minimizatzea.​ Merezimenduaren irudi analitikoari seinale / zarata erlazioa (SNR edo SN) deritzo.

Zarata ingurumen-faktoreetatik sor daiteke, baita funtsezko prozesu fisikoetatik ere.

Zarata termikoa
Zarata termikoa zirkuitu elektriko bateko karga-eramaileen (gehienetan elektroiak) mugimenduaren emaitza da, haren mugimendu termikoak sortutakoa. Zarata termikoa zarata zuria da; horrek esan nahi du potentziaren espektro-dentsitatea konstantea dela maiztasun-espektro osoan.

Erresistentzia baten zarata termikoaren batez besteko balio koadratikoa honela adierazten da:



non k B Boltzmann-en konstantea den, T tenperatura, R erresistentzia eta , berriz,   maiztasunaren banda-zabalera.

Tiro hotsa
Tiro hotsa da seinale batean fluktuazio estatistikoak eragiteko bezain txikia den partikula-kopuru mugatua (elektroiak zirkuitu elektroniko batean edo fotoiak gailu optiko batean) dagoenean sortzen den zarata elektroniko mota bat.

Tiro hotsa Poisson-en prozesu bat da, eta korrontea osatzen duten karga-eramaileek Poisson-en banaketa bati jarraitzen diote. Batez besteko korronte koadratikoaren fluktuazioa honek ematen du



non e oinarrizko karga den eta I batez besteko korrontea. Tiro-hotsa zarata zuria da.

 Keinu-hotsa 
Keinuaren hotsa zarata elektroniko bat da, 1/ƒ maiztasuna duena. ƒ handitu ahala, zarata gutxitu egiten da. Keinu hotsa hainbat iturritatik sortzen da, hala nola kanal eroale bateko ezpurutasunetatik, transistore batean oinarrizko korrontearen eraginez sortzen den birkonbinazioko zaratatik eta abar. Zarata hori saihesteko, seinalea maiztasun altuagoan modula daiteke, adibidez, blokeatze-anplifikadore bat erabiliz.

 Ingurune-zarata 
eskuinera|thumb|200x200px| Zarata analisi termograbimetriko batean; bilbearen erdialdean zarata txikiagoa da gauez giza jarduera (eta ingurune-zarata) gutxiago delako. 
Ingurune-zarata tresna analitikoaren ingurunetik sortzen da. Zarata elektromagnetikoaren iturriak honako hauek dira: linea elektrikoak, irrati- eta telebista-estazioak, haririk gabeko gailuak, lanpara fluoreszente trinkoak eta motor elektrikoak. Zarata-iturri horietako askok banda-zabalera mugatua dute, eta, beraz, saihestu egin daitezke. Baliteke tresna batzuen tenperatura eta bibrazioak isolatu behar izatea.

 Zarata murriztea 
Zarataren murrizketa ordenagailuaren hardwarean edo softwarean lor daiteke. Hardware zarata murriztearen adibide dira: kable pantailatuaren erabilera, iragazte analogikoa eta seinalearen modulazioa. Softwarearen zarata murrizteko adibideak dira: iragazte digitala, multzoaren batez bestekoa, bagoien batez bestekoa eta korrelazio-metodoak.

 Erabilerak
Kimika analitikoak aplikazio ugari ditu: auzitegi-zientziak, bioanalisia, analisi klinikoa, ingurumen-analisia eta materialen analisia. Kimika analitikoko ikerketa bultzatzen da, neurri handi batean, errendimenduaren (sentikortasuna, detekzio-muga, hautakortasuna, sendotasuna, tarte dinamikoa, tarte lineala, zehaztasuna eta abiadura) eta kostuaren (erosketa, eragiketa, entrenamendua, denbora eta espazioa) bidez. Espektrometria atomiko analitiko garaikidearen adar nagusien artean, zabalduenak eta unibertsalenak masa-espektrometria eta optika dira.​ Lagin solidoen zuzeneko oinarrizko analisian, lider berriak dira: laser bidezko degradazio induzitua, laser bidezko ablazio-masen espektrometria eta laser bidezko ablazio-produktuak indukzioz akoplatutako plasmara transferitzearekin lotutako teknikak. Diodo-laserren eta osziladore parametriko optikoen diseinuan egindako aurrerapenek fluoreszentzia- eta ionizazio-espektrometriako garapenak sustatzen dituzte, baita xurgatze-tekniketakoak ere, zeinetan espero baita barrunbe optikoen erabilerak hedatzea xurgapen eraginkorreko ibilbidearen luzera handitzeko. Plasman eta laserrean oinarritutako metodoen erabilera handitzen ari da. Analisi absolutuarekiko (araurik gabekoa) interesa berpiztu egin da, bereziki emisioen espektrometrian. Analisi-teknikak txiparen tamainara murrizteko ahalegin handia egiten ari dira. Ohiko analisi-teknikekin lehiatzen diren horrelako sistemen adibide gutxi dauden arren, abantaila potentzialen artean, tamaina/eramangarritasuna, abiadura eta kostua daude (mikro osoko analisi sistema (µTAS) edo laborategia txip batean). Mikroeskalako kimikak erabilitako produktu kimikoen kantitateak murrizten ditu.

Garapen askok sistema biologikoen analisia hobetzen dute. Arlo horretan azkar hedatzen ari diren eremuen adibide batzuk dira: genomika (DNAren sekuentziazioa eta identifikazio genetikoarekin eta DNAren mikromatrizarekin lotutako ikerketa); proteomika (proteinen kontzentrazioen eta aldaketen analisia, bereziki zenbait faktore estresatzaileri erantzunez, garapeneko zenbait etapatan edo gorputzeko zenbait ataletan); metabolomika (metabolitoez arduratzen dena); transkriptomika (RNAm eta hari lotutako eremuak barne); lipidomika (lipidoak eta haiei lotutako eremuak); peptidomika (peptidoak eta horiei lotutako eremuak), eta metalomika (metalen kontzentrazioei buruzkoa eta, bereziki, proteinekin eta beste molekula batzuekin duten loturari buruzkoa). Kimika analitikoak funtsezko zeregina izan du oinarrizko zientzia ulertzeko aplikazio praktiko askotarako, hala nola aplikazio biomedikoetarako, ingurumen-monitorizaziorako, fabrikazio industrialaren kalitate-kontrolerako, auzitegiko zientziarako, eta abarretarako.

Automatizazio informatikoaren eta informazio-teknologien azken garapenek kimika analitikoa zenbait eremu biologiko berritara zabaldu dute. Adibidez, DNAren sekuentziazio automatizaturako makinak izan ziren genomikaren sorrerara eraman zuten giza genomaren proiektuak osatzeko oinarria. Proteinen identifikazioak eta peptidoen masa-espektrometria bidezko sekuentziazioak proteomikaren eremu berri bat ireki zuen.

Kimika analitikoa ezinbesteko arloa izan da nanoteknologiaren garapenean. Azalera karakterizatzeko tresnek, mikroskopio elektronikoek eta ekorketa-zunda bidezko mikroskopioek, karakterizazio kimikoak dituzten egitura atomikoak ikustea ahalbidetzen diete zientzialariei.

Ikus, gainera
 Metrologia

 Erreferentziak 

 Kanpo estekak 


Kategoria:Materialen zientzia