Analisi chimica

1

Introduzione

Analisi chimica In chimica, insieme di tecniche e procedure utilizzate per analisi qualitative e quantitative di un campione di sostanza. Un’analisi qualitativa mira a individuare la natura delle sostanze presenti nel campione. Un’analisi quantitativa, invece, ha lo scopo di determinare la quantità oppure la concentrazione di una specifica sostanza nel campione. Quindi, ad esempio, stabilire se un campione di un sale contiene o meno lo iodio implica un’analisi qualitativa, mentre la determinazione della percentuale di iodio nel sale implica un’analisi quantitativa.

La determinazione della composizione chimica è estremamente importante sia per scopi commerciali, per adeguarsi alle norme governative, sia per studi di carattere scientifico. Come conseguenza di ciò, sono state messe a punto numerose tecniche di analisi chimica, altamente specifiche e sofisticate.

2

Separazione, purificazione e preparazione del campione per l’analisi

La determinazione qualitativa o quantitativa di un componente di una sostanza inizia con la scelta del campione; esso deve essere in quantità sufficiente per portare a compimento l’analisi e il più possibile omogeneo. Inoltre, è necessario isolare il componente in esame ed eliminare le sostanze che nel caso specifico non interessano e che potrebbero interferire con il procedimento di analisi. La scelta del metodo di separazione più appropriato dipende dalla natura del componente in esame e del campione nella sua globalità, dal momento che i processi di separazione sfruttano le differenze nelle proprietà fisiche e chimiche dei vari elementi. Ad esempio, analizzando una miscela di sale e sabbia, è semplice separare il sale, che è solubile in acqua, mentre per studiare una miscela di sabbia e limatura di ferro è necessario sfruttare le proprietà magnetiche del ferro.

Il metodo di separazione più generale è la cromatografia. Esistono diverse varianti di questo metodo, e la scelta del tipo di procedimento da adottare deve essere condotta in base alla natura del materiale che viene immesso in colonna e al tipo di interazioni che si instaurano fra il campione e i componenti della colonna cromatografica. Molto importanti sono la cromatografia a permeazione di gel, in cui le macromolecole vengono separate in base alla loro dimensione, e la cromatografia a scambio ionico, usata per separare composti ionici di diverso tipo. La gascromatografia, invece, permette di separare i componenti volatili presenti nel campione, mentre per mezzo della cromatografia liquido/liquido è possibile separare piccole molecole neutre presenti in una soluzione.

Lo scopo finale di un processo di separazione consiste nell’ottenere un campione del componente in esame, totalmente o parzialmente puro, che possa essere utilizzato per l’analisi. Il processo di separazione è inutile qualora il metodo di analisi sia altamente specifico o selettivo e agisca solo sul componente in esame e su nessun altro elemento o composto presente nel campione. Ad esempio, le misure di pH (cioè della concentrazione di ioni idrogeno) del sangue, mediante elettrodi di vetro, non richiede alcun processo preliminare di separazione.

Una fase estremamente importante delle analisi, siano esse qualitative o quantitative, è la taratura; infatti è necessario tarare, cioè calibrare, la risposta del metodo analitico e la sensibilità dello strumento, prima di dare inizio all’analisi: a questo scopo in genere si usa il componente in esame allo stato puro, oppure un campione che ne contenga una quantità nota.

3

Presentazione dei risultati

Il risultato numerico di un’analisi quantitativa può essere presentato in termini di quantità assoluta di un componente presente nel campione, oppure facendo ricorso a dati percentuali. In quest’ultimo caso, è possibile fare riferimento alla percentuale in peso, alla concentrazione (cioè al numero di moli del costituente in esame contenute in un litro di soluzione), oppure specificare il numero di parti per milione (ppm). L’accuratezza dei risultati indica quanto i valori calcolati sono prossimi ai valori effettivi dei parametri studiati. La precisione, invece, si riferisce alla riproducibilità dei risultati. I risultati di un’analisi sono precisi se si trovano tutti all’interno di un ristretto intervallo di valori: in questo caso si parla di elevata riproducibilità.

La precisione, comunque, non implica necessariamente l’accuratezza, poiché una fase particolare del processo di misura potrebbe modificare i risultati, portandoli verso valori uniformemente più alti o più bassi rispetto a quelli effettivi. In genere, durante la taratura è possibile individuare le fonti di errori sistematici che potrebbero determinare una tale circostanza.

Gli effetti degli errori casuali, invece, tendono ad annullarsi a vicenda. L’accuratezza viene quasi sempre migliorata calcolando la media dei risultati di più misurazioni. Secondo il metodo utilizzato, può essere necessario ripetere la misura anche tre o quattro volte. Nel caso in cui si utilizzi una procedura automatizzata da un computer, si ha il grosso vantaggio di poter ripetere in pochi minuti un gran numero di misure; in questo caso si parla di mediazione del segnale.

Molto spesso l’analisi di un campione si basa sulla possibilità che il costituente in esame partecipi a una reazione chimica attraverso la quale ne vengano modificate proprietà evidenti, quali il colore o la solubilità. L’analisi gravimetrica, che ricorre alla misura della massa di composti precipitati dalla soluzione, e le titolazioni, che si basano sulla misura del volume della soluzione che reagisce con il costituente in esame, noti come “metodi classici”, sono più complessi e meno versatili dei metodi moderni.

I metodi di analisi strumentale e quelli che prevedono l’impiego di strumenti elettronici hanno acquistato importanza negli anni Cinquanta e sono attualmente i più usati.

4

Analisi qualitativa inorganica

Un metodo sistematico di analisi qualitativa prevede la separazione degli ioni in gruppi, per mezzo di precipitazioni selettive; nell’ambito di un particolare gruppo, i singoli ioni vengono separati grazie a successivi e sempre più specifici processi di precipitazione; in seguito, per avere conferma della natura dello ione precipitato, si sfruttano alcuni test particolari che possono far precipitare un solo composto oppure possono determinare variazioni di colore. Esistono numerosi schemi operativi, riferiti separatamente a cationi, cioè a ioni di carica positiva, e ad anioni, cioè ioni di carica negativa.