أحدث الموضوعات

التحليل الكيميائي وأنواعه Chemical analysis and its types





يمكن تصنيف الكيمياء التحليلية حسب الغرض من التحليل إلي :

أولاً : التحليل النوعي أو الوصفي Qualitative analysis
هو مجموعة العمليات التى يتم فيها الكشف عن تركيب المواد أو المركبات أو العناصر الداخلة في تركيب مادة معينة أو خليط من المواد سواء أكان فى الحالة الصلبة أو فى محلول فى مذيب معين ولا يتعرض هذا التحليل إطلاقاً إلى كميات هذه المكونات.


ثانياً : التحليل الكمي  Quantitative analysis 
  هو التحليل الذي يبحث في تقدير كميات المكونات أو العاصر الداخلة في تركيب المركب الكيميائي أو الخليط ، ويتبين من هذا أن التحليل النوعي لمادة مجهولة التركيب يسبق عادة التحليل الكمي لها، لأنه لا يجوز تقدير مادة معينة تقديراً كمياً ما لم يتأكد من وجودها وصفياً ويشمل التحليل الكمي على :

(1) التحليل الوزني Gravimetric analysis 

ويتم التحليل الكمي بالوزن بترسيب المادة تقديرها كمياً في هيئة عنصر منفرد أو مشتق معين معروف التركيب يفصل عن المحلول بالترسيب أو الطرد المركزي ثم غسله وتجفيفه ووزنه. فيحسب وزن المادة المراد تقديرها من معرفتنا لوزن الراسب وتركيبه بدقة. فمثلاً يمكن تعين نسبة الكلور فى ملح الطعام مثلاً بإذابة وزن معين من الملح فى الماء ثم إضافة زيادة من نترات الفضة غليه فيترسب على شكل كلوريد الفضة ،ثم يرشح الراسب ويغسل ويجفف ثم يوزن لمعرفة كمية الكلور ونسبته فى الملح . ويضم التحليل الوزني الطرق التى يتم فيها أوزان المواد أو بعض مكوناتها بطريقتين هما : 

أ- الطريقة المباشرة Direct method
  وفيها يتم تحديد قياسات الأوزان لنواتج العملية التحليلية المعروفة التركيب 

ب- الطريقة غير المباشرة Indirect method 
إذ تحدد بواسطتها قياسات الأوزان المفقودة أو الناقصة فى الوزن بوصفها نتيجة لخاصية التطاير بالعينة Volatilization species .

(2) طرق التحليل الحجمي Volumetric analysis 

تستعمل في هذه الحالة طرق مباشرة وغير مباشرة لتعيين أوزان المواد أو بعض مكوناتها وتشمل هذه الطرق مايلي :

أ- طريقة المعايرة Titration

وتتضمن استعمال محاليل ذات تركيز معلومة وقياس حجوم مثل هذه المحاليل التى تتفاعل كمياً مع محلول المادة المراد تقديرها لحد نقطة معينة تسمى نقطة التكافؤ Equivalent point أو نقطة انتهاء التفاعل التى يمكن الكشف عنها بواسطة الأدلة Indicators التى تتضمن تغيراً حاداً في خواص المحلول كاللون أو التعكير الذي تلحظهما بالعين المجردة أو تُقاس بالطرق الكيميائية الفيزيائية كقياس فرق الجهد أو التوصيل الكهربائي. ويسمي المحلول المعلوم التركيز بالمحلول القياسي Standard solution وهو المحلول الذي يحتوي حجم معين منه على وزن معلوم من المادة المذابة. أما عملية إضافة المحلول القياسي من السحاحة Burette إلى حجم معين من محلول المادة المجهولة التركيز فى الدورق المخروطي أو العكس حتى يتم التفاعل فتسمى بعملية المعايرة Titration. ومن قوانين التكافؤ الكيميائي وتحديد حجم المحلول القياسي المستعمل فى المعايرة نستطيع أن نعين وزن المادة المجهولة أو النسب الوزنية لما فيها من مكونات سواء أكان بطرق مباشرة أو غير مباشرة.

ب- التحليل الغازي Gas analysis 

وتقاس بهذه الطريقة الكمية كمية الغازات المستهلكة وفيه تقدر المادة بتقدير حجم الغاز الذي قد يكون هو المادة المراد تقديرها أو ناتجاً عن تفاعل تلك المادة مع مواد أخري بحيث تعطي غازاً يمكن تقديره. ويجب أن لا يفهم بأن عمليات التحليل الكمي والنوعي لا يمكن أن تتم إلا عن طريق التفاعلات الكيميائية . وعمليات الفصل بالطرق الطبيعية لها أثرها الواضح في بناء أكثر مراحل التحليل الكروماتوغرافي لمكونات الخليط ثم يلي ذلك التميز بطرق كيميائية. ومع أن طرق التحليل الحجمي تتطلب توفر شروط وخبرة لتجاوز الأخطاء أو العيوب فأنها تفضل فى التطبيق العملي والاستعمال على طرق التحليل الوزني، لأن الأخيرة – على الرغم من دقة النتائج التى يمكن الحصول عليها عند استعمالها إلا أنها عملية بطيئة وتستغرق وقتاً طويلاً لإتمام التحليل، قد يتجاوز الانتظار للحصول على نتائجها عدة ساعات أو أيام ، وهو مالا يتفق والحاجة العملية خاصة فى السيطرة الكيميائية على العمليات الصناعية لتوجيه التفاعلات الوجهة الصحيحة للحصول على نتائج ذات مواصفات عالية الجودة .

(3) طرق التحليل الآلي instrumental methods of Chemical analysis

  تقدر المادة بقياس بعض خواصها الفيزيائية أو الكيميائية مثل الكثافة واللون ومعامل الانكسار والتوصيلية الكهربائية والتغيرات الحرارية والكهربائية ..... الخ، وتعتمد هذه الطرق أساساً على القياسات الآتية :

أ- انبعاث الطاقة الضوئية Emission of photoenergy  

يتضمن هذا القياس إثارة المادة إلى مستويات عالية من الطاقة بالطاقة الضوئية أو الكهربائية ثم رجوعها على مستوى طاقة منخفض فينبعث منها الطاقة الممتصة وتكون مقياساً لكمية المادة وذلك بواسطة الطرق الآتية :

أ- طرق تسجيل الطيف الإنبعاثي Emission spectrography
حيث تثار المادة باستخدام القوس الكهربائي.

ب- المطياف الفوتومتري باللهب flame photometry 
حيث تثار المادة باستخدام أنواع مختلفة من اللهب وبعد رجوع المادة إلى حافة طاقة منخفضة تقاس كمية الضوء المنبعثة.

ج- وميض الأشعة السينية X-ray fluorecene 
حيث تثار المادة بأشعة سينية ذات طول موجي معين وبعد رجوعها إلى حالة طاقة منخفضة تقاس الأشعة المنبعثة وهي التى تقوم بتمييز العنصر.



ب- امتصاص الطاقة الضوئية Absorption of photo energy 

ويتضمن قياس كمية الطاقة الضوئية عند طول موجة معينة تمتصها المادة المراد تحليلها، ولهذا الغرض يمكن استخدام مايلى:

1- الطرق الطيفية اللونية Colorimetric methods
2- الطرق الطيفية فى المنطقة فوق البنفسجية Ultra-violet spectroscopic methods
3- الطرق الطيفية فى المنطقة تحت الحمراء Infra-red spectroscopic methods
4- طريقة الأشعة السينية X-Ray methods
5- الرنين النووي المغناطيسي (Nuclear Magnetic Resonance (NMR 


تتضمن هذه الطريقة التفاعل بين موجات الراديو ونوى الذرات التى تكون فى مجال مغناطيسي.

ج- الطرق الكهربائية Electro chemical methods 

1- التحليل بطريقة التوصيل الكهربائي Conductimetry 
حيث يقاس التغير فى معامل التوصيل الكهربائي لمحلول النموذج.

2- التحليل بقياس فرق الجهد Potentiometry
حيث يقاس الجهد الكهربائي المتغير في أثناء التفاعل عند وضع القطب فى المحلول ويمكن معرفة انتهاء التفاعل ومن ثم يمكن حساب تركيز المواد المتفاعلة.

3- التحليل بقياس كمية الكهربائية Coulometric methods
تقاس كمية الكهربائية بالكولوم اللازمة لإكمال التفاعل الكهروكيميائي.

4- البولاروجرافيا Polarography
تقاس كمية التيار الكهربائي حيث تتناسب مع تركيز المادة التى تُختزل أو تتأكسد فى تفاعل كهر وكيميائي عند القطب المايكروني.

د- التحليل الكروماتوجرافي Chromatographic analysis 

  يعتمد هذا النوع من التحليل على اختلاف المواد بعضها عن بعض فى ميلها للأمتزاز adsorption أو التجزئة partition أو التبادل Exchange خلال سطح مغلف بمذيب مناسب أو خلال مادة كيميائية ومن ثم يمكن أن تنفصل تلك المواد، وتنقسم طرق التحليل الكروماتوجرافي إلى:

أ- كروماتوجرافيا الأدمصاص Adsorption Chromatography 
ويقصد به التحليل الكروماتوجرافي عن طريق الأدمصاص على السطح.

ب- كروماتوجرافيا التبادل الأيوني Ion-exchange Chromatography
ويقصد به التحليل الكروماتوجرافي عن طريق تبادل الأيونات بين مادة التقدير وبين أيونات السطح الذي يحدث علية التبادل وهي مادة كيميائية راتنجية.

ج- كروماتوجرافيا التجزئة Partition Chromatography
ويقصد به التحليل الكروماتوغرافي عن طريق الفصل التجزيئي لمخلوط من عدة مواد وتنقسم هذه الطريقة إلى كروماتوجرافيا العمود بالتجزئة Column partition ويتم فيها التحليل على عمود معبأ بمادة معينة.

د- كروماتوجرافيا الطبقة الرقيقة Thin layer Chromatography
وفيه يتم التحليل الكروماتوجرافي بالأدمصاص أو التوزيع على ألواح زجاجية تنثر عليها مادة مسامية يجري عليها الفصل والتحليل.

هـ - كروماتوجرافيا الغاز Gas Chromatography
يتضمن هذا التحليل الكروماتوجرافي باستخدام غاز ناقل يقوم بحمل أبخرة المواد المحللة فيتم اتصال أبخرة هذه المواد تبعاً لدرجات غليانها أي تظهر أولاً المواد ذات درجات الغليان المنخفضة يتبعها المواد ذات درجات الغليان العالية وتخرج هذه الأبخرة لتنظم إلى الغاز الناقل ومن ثم يمكن فصل هذه المواد عن بعضها وتعينها ويمكن أيضاً بطريقة كروماتوجرافيا الغاز إجراء التقدير الكمي لهذه المواد المنفصلة.

هـ - طرق مختلفة 

أ- التحليل باستخدام البولاروميتر polarometry
يقاس مقدار الانحراف الناتج عند مرور الضوء المستقطب خلال المحلول.

ب- التحليل بقياس انكسار الضوء Refractometry 
يقاس معامل الانكسار الذي يقوم بتعيين التركيب الكيميائي للخليط 

ج- مطياف الكتلة Mass spectrometry 
يمكن بهذه الطريقة قياس النسبة بين شحنة وكتلة أيونات مختلفة ناتجة من تكسير جزئيات كبيرة ومنه يمكن إيجاد الوزن الجزيئي والتركيز.

د- التوصيل الحراري Thermal Conductivity 
وفية يقاس التوصيل الحراري ويستدل منه على تركيب المادة.

هـ - طرق تحليل المواد المشعة Radiochemical methods of analysis 
وفية تشع المادة لتصبح ذات نشاط إشعاعي ثم تعد الأشعة أو الجسيمات المتدفقة منها لغرض تقديرها كمياً.

ومما سبق، يمكن تصنيف طرق التحليل إلى طرق كيميائية وطرق آلية. تتضمن الطرق الكيميائية عمليات كيميائية تستخدم فيها أجهزة وزجاجيات بسيطة، كما يكون الجزء الضروري فيها هو قياس حجم أو كتلة. في حين تتضمن الطرق الآلية استخدام آلات معقدة تعتمد على الكهرباء والبصريات والحرارة حيث تقاس الطاقة التى لها علاقة بتركيز النموذج. وفي هذا الدرس أن شاء الله سوف نتطرق إلى طرق التحليل الآلي .

المراجع : تصنيف الكيمياء التحليلية - الباب الأول من كتاب أسس الكيمياء التحليلية (التحليل الوصفي والكمي والآلي ) للمؤلف / محمد مجدي عبدالله واصل.