เคมีวิเคราะห์

เคมีวิเคราะห์  คือสาขาของวิชาเคมีที่ว่าด้วยการวิเคราะห์สารตัวอย่าง เพื่อให้เกิดความเข้าใจถึงองค์ประกอบ และโครงสร้างทางเคมีของวัสดุนั้น ๆ
เคมีวิเคราะห์อาจนิยามความหมายได้อย่างกว้างขวางขึ้นอยู่กับขอบเขตที่ศึกษา หรือจุดประสงค์ของการวัดวิเคราะห์ หรือกระบวนการดำเนินการทดสอบโดยอาศัยความรู้ทางเคมี เมอร์เรย์ (Murray, 1994) ได้นิยามเคมีวิเคราะห์แบบง่าย ๆ แต่แฝงด้วยความหมายและความสำคัญอันลึกซึ้งของเคมีวิเคราะห์ตามคำกล่าวของไรเลย์ (Charles Reilley) ที่กล่าวไว้ในปี ค.ศ. 1965 ซึ่งกล่าวไว้ว่า “"Analytical chemistry is what analytical chemists do."” การกำหนดนิยามอย่างใดอย่างหนึ่งอาจไม่ครอบคลุมถึงแนวคิดพื้นฐานของเคมีวิเคราะห์ได้ทั้งหมด
ประเภทของการวิเคราะห์.
การวิเคราะห์ทางเคมีสามารถแบ่งออกได้เป็น 2 ชนิดอย่างกว้าง ๆ ดังนี้
1) การวิเคราะห์เชิงคุณภาพ (qualitative analysis) คือ การวิเคราะห์ที่สนใจทราบข้อมูลเกี่ยวกับตัวอย่างว่ามีองค์ประกอบใด มีสารที่สนใจรวมอยู่หรือไม่ เป็นสารบริสุทธิ์หรือสารประกอบ เช่น ต้องการทราบว่าในตัวอย่างผงสีขาวเป็นเกลือแกงหรือไม่ จึงต้องทดสอบเพื่อยืนยันโดยอาศัยสมบัติทางกายภาพหรือทางเคมี เช่น ทดสอบการละลาย ทดสอบโดยเปลวไฟ เป็นต้น คำตอบของการวิเคราะห์เชิงคุณภาพจะระบุเป็นเพียงใช่หรือไม่ใช่ มีหรือไม่มี แต่ไม่ได้บ่งบอกถึงระดับปริมาณของสารที่สนใจ
2) การวิเคราะห์เชิงปริมาณ (quantitative analysis) คือ การวิเคราะห์ที่ต้องการทราบระดับปริมาณของสารที่สนใจในสารตัวอย่าง เช่น ต้องการทราบปริมาณของแข็งทั้งหมด (total solid) ในตัวอย่างน้ำ ต้องการทราบปริมาณแร่ธาตุไนโตรเจน (N) ฟอสฟอรัส (P) และโพแทสเซียม (K) ในดินหรือปุ๋ย ต้องการทราบปริมาณสารหนู (As) ในข้าว ต้องการทราบปริมาณออกซิเจนละลาย (dissolved oxygen; DO) ในน้ำทิ้งหรือแหล่งน้ำธรรมชาติ เป็นต้น การหาคำตอบจะต้องทำการทดลองตามขั้นตอนการวิเคราะห์อย่างเป็นระบบเพื่อให้ได้คำตอบเป็นปริมาณสารที่สนใจในสารตัวอย่างอย่างถูกต้อง และต้องมีความคลาดเคลื่อนน้อยที่สุดเท่าที่จะทำได้
อย่างไรก็ตาม การวิเคราะห์สารที่สนใจในสารตัวอย่างหนึ่ง ๆ อาจจำเป็นต้องดำเนินการทั้งที่เป็นการวิเคราะห์เชิงคุณภาพและการวิเคราะห์เชิงปริมาณควบคู่กัน โดยการวิเคราะห์เชิงคุณภาพจะเป็นการประเมินเบื้องต้นเกี่ยวกับการมีอยู่ของสารที่สนใจก่อนจะทำการวิเคราะห์เชิงปริมาณ แต่โดยส่วนใหญ่ในการวิเคราะห์ทางเคมีวิเคราะห์มักจำเป็นต้องการคำตอบที่เป็นปริมาณสารที่สนใจในสารตัวอย่าง ถึงกระนั้นไม่ได้หมายความว่าการวิเคราะห์เชิงคุณภาพจะสามารถทำได้ง่ายกว่าการวิเคราะห์เชิงปริมาณ และในบางกรณีอาจทำได้ยากกว่าเสียอีก เช่น การที่จะระบุว่าคุณภาพน้ำตัวอย่างจัดเป็นน้ำเสียหรือไม่ เนื่องจากต้องทำการวิเคราะห์ตามดัชนีที่ใช้เป็นเกณฑ์บอกระดับคุณภาพน้ำจึงจะสามารถระบุได้ว่าเป็นน้ำเสียหรือไม่เป็นน้ำเสีย หรือการทดสอบว่าสารที่สงสัยเป็นสารใดนั้นอาจจำเป็นต้องอาศัยเทคนิคและวิธีการตรวจสอบหลายวิธีจึงจะสามารถตอบได้ ซึ่งต่างกับการวิเคราะห์เชิงปริมาณที่ดำเนินการวิเคราะห์เพื่อบ่งชี้ระดับความเข้มข้นของสารที่สนใจเท่านั้น
เทคนิคการวิเคราะห์.
เทคนิคในการวิเคราะห์ คือ หลักการพื้นฐานทางวิทยาศาสตร์ของวิธีการในการวัดสารที่สนใจในสารตัวอย่างเพื่อให้ได้ข้อมูลเชิงคุณภาพหรือเชิงปริมาณ แบ่งออกได้เป็น 2 ประเภท ดังนี้ 
การวิเคราะห์แบบแผนเดิม (classical method).
คือ การวิเคราะห์ที่อาศัยเทคนิคพื้นฐานทางการวัดโดยอาจไม่ต้องใช้เครื่องมือที่ซับซ้อนมากนัก ได้แก่ 
Ba2+(aq) + SO42-(aq)  ®  BaSO4(s)
การวิเคราะห์แบบแผนใหม่ (modern method).
คือ การวิเคราะห์ที่อาศัยหลักพื้นฐานทางเคมี และการพัฒนาการวัดด้วยเครื่องมือวิเคราะห์ หรือที่เรียกว่า วิธีวิเคราะห์โดยเครื่องมือวิเคราะห์ (instrumental method) ซึ่งวิธีนี้อาศัยการวัดสมบัติทางกายภาพ และ/หรือ สมบัติทางเคมีของสารที่สนใจ หรือการวัดสัญญาณตอบสนองอันเนื่องมาจากการเปลี่ยนแปลงอย่างหนึ่งอย่างใดที่เกิดขึ้นระหว่างการวัด ซึ่งสัญญาณตอบสนองที่เกิดขึ้นสัมพันธ์กับปริมาณของสารที่สนใจในสารตัวอย่าง การวิเคราะห์แบบแผนใหม่อาจแบ่งได้ตามลักษณะเฉพาะ ได้แก่ 
เทคนิคการวิเคราะห์ทางเคมีไฟฟ้า (electrochemical techniques).
เป็นวิธีวิเคราะห์โดยการวัดสมบัติทางไฟฟ้าที่สัมพันธ์กับชนิดหรือปริมาณสารที่สนใจ เช่น 
เทคนิคทางสเปกโทรเมตรี (spectrometric techniques).
หรือที่เรียกว่า วิธีทางแสง (optical method) ซึ่งอาศัยหลักการเกิดอันตรกิริยา (interaction) ระหว่างสสารของอนุมูลสารที่สนใจกับรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า โดยอันตรกิริยาที่เกิดขึ้นจะเป็นสมบัติเฉพาะของสสารกับพลังงานของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า เช่น 
เทคนิคที่เกี่ยวข้องกับการแยก (separation techniques).
โดยส่วนใหญ่จะอาศัยวิธีโครมาโทกราฟี (chromatography) เป็นหลัก โดยอาศัยหลักการแยกสารที่สนใจออกจากสารตัวอย่าง อันเนื่องมาจากสารมีปฏิกิริยากับสองวัฏภาค (phase) ที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกัน เช่น ระหว่างวัฏภาคของแข็งกับของเหลว (solid/liquid) ของเหลวกับของเหลว (liquid/liquid) และของเหลวกับแก๊ส (liquid/gas) ตัวอย่างวิธีวิเคราะห์ เช่น 
เทคนิคเกี่ยวข้องกับความร้อน (thermal analytical techniques).
เป็นวิธีที่อาศัยการเปลี่ยนแปลงทางเคมี หรือทางกายภาพ เมื่อสารได้รับความร้อน เช่น วิธีการวิเคราะห์โดยน้ำหนักด้วยความร้อน (thermogravitric analysis; TGA) ซึ่งเป็นการวัดมวลที่เปลี่ยนแปลงเมื่อสารได้รับความร้อนที่ระดับอุณหภูมิแตกต่างกัน
เทคนิคเกี่ยวกับการวิเคราะห์มวล (mass analysis).
เช่น เทคนิค แมสสเปกโทรสโกปี (mass spectroscopy) เป็นวิธีวิเคราะห์โดยอาศัยค่ามวลต่อประจุของไอออนที่เกิดการแตกตัวเป็นไอออนย่อย (fragment ion)
วิธีวิเคราะห์ทางจลนพลศาสตร์ (kinetic method).
เป็นวิธีการวิเคราะห์อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี การหาอันดับของปฏิกิริยา รวมทั้งศึกษาปัจจัยต่าง ๆ ที่มีผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีด้วย และนำมาใช้ตรวจสอบความเข้มข้นของสารที่สนใจ
เคมีวิเคราะห์เป็นการบูรณาการความรู้พื้นฐานทางเคมี และประยุกต์ใช้ความรู้พื้นฐาน หรือพัฒนาองค์ความรู้เป็นเทคนิคการวิเคราะห์ เพื่อหาคำตอบของสารที่สนใจในสารตัวอย่างทั้งเชิงคุณภาพ และ/หรือ เชิงปริมาณ โดยมีกระบวนการวิเคราะห์อย่างเป็นขั้นตอน คือ การพิจารณาปัญหาที่เกิดขึ้นหรือเหตุผลในการวิเคราะห์สารที่สนใจ ชนิดสารตัวอย่าง การเลือกวิธีวิเคราะห์ที่เหมาะสมกับชนิดและระดับความเข้มข้นของสารที่สนใจ วิธีการชักตัวอย่างที่เป็นตัวแทนของตัวอย่างทั้งหมด การเก็บรักษาตัวอย่างเพื่อรักษาสภาพหรือสมบัติทางเคมีและกายภาพไม่ให้เปลี่ยนแปลงก่อนดำเนินการเตรียมตัวอย่างโดยวิธีที่เหมาะสมและก่อนดำเนินการวิเคราะห์สารที่สนใจ การวัดด้วยวิธีมาตรฐานหรือเลือกเทคนิคการวิเคราะห์ที่มีความแม่นและความเที่ยงที่ยอมรับได้ และผู้ทดลองต้องสามารถแปรผลข้อมูล หรือสัญญาณตอบสนองที่ได้จากการทดลองเพื่อเป็นคำตอบที่ต้องการของสารที่สนใจที่สัมพันธ์กับตัวอย่าง เพื่อแสดงคำตอบที่แท้จริงในสารตัวอย่างนั้น ๆ ดังนั้น การวิเคราะห์นั้นต้องมีความแม่น เพื่อแสดงความใกล้กับค่าแท้จริงให้มากที่สุดและต้องคำนึงถึงความคลาดเคลื่อนที่อาจเกิดขึ้นจากกระบวนการวิเคราะห์ในแต่ละขั้นตอน