Вестник РАН, 2020, T. 90, № 2, стр. 140-147

ЭВОЛЮЦИЯ МЕТОДОВ ХИМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

Ю. А. Золотов ab*

a Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН
Москва, Россия

b Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
Москва, Россия

* E-mail: zolotov.32@mail.ru

Поступила в редакцию 26.09.2019
После доработки 10.10.2019
Принята к публикации 18.11.2019

Полный текст (PDF)

Аннотация

В статье рассматриваются общие характеристики химического анализа, задачи, которые он призван решать, и требования к нему. В качестве основного требования выступает надёжность получаемых результатов. Освещаются соотношения между задачами анализа и средствами их решения. Главное внимание уделено методам химического анализа и динамике их развития: обсуждаются понятие значимости отдельных методов и соотношение методов, в частности, продолжающееся вытеснение химических методов физическими. Анализируются особенности развития и практического применения ряда конкретных методов – спектроскопических, масс-спектрометрических, электрохимических и др.

Ключевые слова: химический анализ, аналитическая химия, методы химического анализа, физические методы анализа, химические методы анализа, аналитические приборы.

Химический анализ играет большую роль в промышленности, охране окружающей среды, контроле пищевых продуктов, медицине, криминалистике, различных областях науки и во многих других сферах. Его научной основой, источником его возможностей, то есть прежде всего методов, приёмов, средств осуществления, служит аналитическая химия (аналитика), на него работает мощная область аналитического приборостроения, промышленность обеспечивает его реактивами и вспомогательными материалами. В области химического анализа трудится огромное число людей, в том числе высокой квалификации.

Иногда под химическим анализом понимают только анализ химическими методами. В этом случае химический анализ противопоставляют, например, “физическому” – рентгенофлуоресцентному или, скажем, масс-спектрометрическому. Между тем химический анализ – понятие широкое, не связанное с используемыми методами. Он является “химическим” не потому, что часто осуществляется (особенно часто – в прошлом) химическими методами, а потому, что нацелен на обнаружение и количественное определение химических “частиц” – атомов, ионов, частей молекул, молекул или отдельных фаз. Титриметрический, вольтамперометрический, атомно-эмиссионный, рентгенофлуоресцентный или иммуноферментный анализ – всё это входит в понятие химического анализа.

Химический анализ формировался в древности сначала как вещественный и элементный, причём вещественный – в исходном значении слова: он отвечал на вопрос “какие вещества присутствуют в объекте?”. Такими веществами могли быть природные красители или лекарственные вещества из растений, минералы меди и железа. Элементный анализ рождался вместе с древней металлургией и в первую очередь с использованием драгоценных металлов – золота и серебра. Довольно рано появилась потребность оценивать содержание полезных металлов в рудах и минералах, а также чистоту готовых металлов. К числу самых старых методов анализа относятся пробирный анализ (fire assay) минеральных объектов на содержание золота, оценка чистоты золота на пробном камне (метод штрихов) и анализ по удельному весу (закон Архимеда). Между прочим, все перечисленные методы отнюдь не химические. Элементный анализ, проводимый уже в основном химическими методами, оставался ведущим почти до середины XX столетия. В прошлом веке оформились молекулярный и фазовый анализы, а затем получил развитие вещественный анализ в современном понимании этого термина – обнаружение и определение содержания отдельных химических и физических форм компонента, например, отдельных состояний окисления.

Сегодня, говоря о химическом анализе, мы имеем в виду экспериментальное получение информации о химическом составе и строении веществ и материалов (или вообще материальных объектов), а также идентификацию объектов. С определением химического состава всё более или менее ясно (мы ещё вернемся к детализации), а вот с оценкой строения ясности меньше. Выяснение строения молекул органических соединений методами ядерного магнитного резонанса или молекулярной масс-спектрометрии, обнаружение и количественное определение изомеров – это прежде всего аналитические задачи. Выяснение структуры твёрдых веществ методом рентгеноструктурного анализа (РСА) в ряде стран, например в США, также считают задачей аналитической, в России же сложилась традиция считать такую работу лежащей за пределами аналитической химии. Понятно, что здесь много условностей, и РСА, скорее, – один из аналитических методов, а выяснение относительного расположения атомов в кристалле можно считать аналитической задачей.

Идентификация объектов, отождествление их, сличение с образцом – ещё одна важная задача химического анализа. Методически она иногда решается способами, не похожими на те, какими обычно решаются химико-аналитические задачи, а с использованием, например, методов “отпечатков пальцев”, распознавания образов на базе хемометрических и других приёмов.

Вернёмся к определению состава. Понятие “состав” неоднозначное: есть состав элементный (или ионный), молекулярный, вещественный, фазовый; выяснение всех перечисленных “составов” формирует различные направления химического анализа. Несколько в стороне оказывается изотопный анализ, поскольку изотопы всё-таки не столько химические частицы, сколько физические. Если продолжать разговор о классификации видов, типов, направлений химического анализа, то надо, помимо классического разделения анализа на качественный и количественный, говорить об анализе контактном и дистанционном, дискретном и непрерывном, с разрушением анализируемого объекта и без разрушения, валовом и локальном (распределительном), прямом и косвенном.

Какими бы методами не реализовывался химический анализ, с какими бы целями не проводился, он должен решать задачи с соблюдением определённых условий, руководствуясь некими общими требованиями. Основное условие – надёжность анализа, другими словами, результат анализа с весьма высокой долей вероятности должен отражать истинную картину, то есть в нашем случае характеризовать содержание нужного компонента или всех компонентов образца, или форму их существования, или характер их распределения внутри образца, или отождествлять, идентифицировать объект в целом и т.д. Надёжность – понятие качественное, оценочное. В количественном анализе обычно оперируют понятием “точность”, которое само по себе тоже оценочное, интегрирующее; оно включает правильность (близость результата к истинному) и воспроизводимость (повторяемость, сходимость) результатов анализа. Термины могут быть другие, их часто неоправданно меняют, но дело не в них.

Надёжность – действительно, главное условие, доминирующее требование. Если оно не выполняется, результаты анализа не только не имеют значения и могут быть выброшены, но и грозят в случае их использования (из-за незнания степени их надёжности) крупными неприятностями. Если нет уверенности в надёжности анализа, его лучше не проводить; если такой анализ уже осуществили, результат необходимо отбросить.

К числу других, намного менее жёстких, чем надёжность, но иногда очень важных условий (требований, пожеланий) относится время, затрачиваемое на анализ. Разумеется, при прочих равных условиях, чем быстрее проводится анализ, тем лучше, однако “прочие равные условия” реализуются редко. Если контроль осуществляется по ходу технологического процесса, если нужно установить, чем отравлены люди (вспомним инцидент с отравлением зарином в Токио), чем быстрее получен результат, тем он ценнее. Если же, например, нужно точно выяснить состав добытого у конкурента сплава или исследовать вещество, доставленное с Луны, время – отнюдь не значимый фактор по сравнению с полнотой, глубиной, обстоятельностью анализа.

По возможности анализ должен быть простым для пользователя, для того, кто делает реальные анализы. Создатель метода, методики или устройства достигает простоты и удобства своего детища, опираясь на оригинальность замысла, изобретательность, усердие и запас знаний, имея достаточно времени, материалов, работая в творческой обстановке и т.д. Как и предыдущее, пожелание простоты и удобства имеет разное значение при решении разных аналитических задач. Анализ должен быть, опять же по возможности, недорогим. Конечно, всё зависит от важности объекта, от решаемой научной, технологической, криминалистической и других задач. Это требование относится прежде всего к массовому анализу более или менее обычных объектов. Стоимость анализа складывается из затрат на оборудование, реактивы, оплату труда и выполнение требований безопасности. Требования к безопасности тоже важны главным образом по отношению к массовым анализам; причём дело не только в безопасности самого аналитика, но и окружающей среды (“зелёная” аналитическая химия).

Методы анализа при решении практических задач. Как правило, для аналитика-практика главное – это решение задач анализа конкретных объектов, обеспечение контроля технологического процесса или готовой продукции: задачи – первичны, методы и средства их решения – вторичны. Выбор метода для решения задачи требует квалификации, опыта, учёта реальных условий и чёткого понимания самой задачи. Желательно иметь как можно больше информации об объекте анализа, это часто помогает скорректировать задачу и влияет на выбор методического решения. Важно, в частности, заранее знать число образцов, поступающих для анализа: будет ли их всего 5 на весь период исследования или 30–40 ежедневно в течение нескольких лет. В первом случае, чтобы определить содержание, к примеру, меди в образцах, можно наладить относительно простое и дешёвое йодометрическое титрование, во втором надо приобретать и осваивать рентгенофлуоресцентный спектрометр или какой-либо другой прибор, обладающий высокой производительностью, но недешёвый.

Заказчик, незнакомый со спецификой анализа, может потребовать провести определение, скажем, молибдена в стали как можно точнее. Аналитик интересуется, какая задача при этом решается, для чего нужны сведения о содержании молибдена. Может оказаться, что заказчик проводит разбраковку полученных отливок стали: те отливки, где содержание молибдена находится в заданном интервале, допустим, 3–5%, считаются хорошими, те, где содержание молибдена оказывается за пределами данного интервала, относятся к браку. После этого аналитику становится ясно, что очень высокая точность анализа здесь не нужна: какая разница заказчику, получит он значения 4,2 или 4,232%? А для аналитика это очень важно, в том числе и с точки зрения выбора метода анализа. Если для достижения очень высокой точности результата он должен использовать, например, кулонометрию при постоянном потенциале, то в случае, когда такая точность не требуется, можно применить какой-либо не столь прецизионный метод.

Уже из приведённых примеров видно, что аналитику-практику в целом безразлично происхождение метода (откуда он вышел – из химии, физики, биохимии), безразлично, к какой группе методов (химические, физические) он относится. От аналитика-практика требуется знать аналитические характеристики разных методов, то есть их возможности, “ареал” применимости, и уметь их грамотно использовать.

Оснащение аналитической лаборатории определяется задачами, которые предстоит решать. Лаборатории металлургического завода или научно-исследовательского института металлургического профиля имеют дело прежде всего с элементным анализом, реже – с фазовым и вещественным и совсем редко (почти никогда) – с молекулярным. Поэтому такие лаборатории должны в первую очередь иметь материальную базу и специалистов для реализации спектроскопических методов анализа – наиболее мощных и распространённых в настоящее время методов элементного анализа. Речь идёт о рентгенофлуоресцентном, атомно-эмиссионном и атомно-абсорбционном, а также масс-спектрометрическом анализе с разными источниками ионизации. Кроме того, необходимы спектрофотометры для УФ- и видимой областей спектра. Лаборатории нефтехимических комбинатов, напротив, имеют дело преимущественно с молекулярным анализом, поэтому для них главные методы – хроматографические. Лаборатории, анализирующие природные воды, используют методы обеих групп, поскольку в воде нужно определять тяжёлые металлы и многие примеси органической природы.

Многие современные приборы дороги, их окупаемость зависит от степени загрузки, интенсивности использования. Как правило, на промышленных предприятиях или, например, в агрохимической лаборатории этой проблемы нет, наоборот, бывает, что не хватает производительности приборов. Иная картина в научно-исследовательских институтах или университетах, где массовые анализы не проводятся, поэтому для научно-исследовательских целей целесообразно организовывать центры коллективного использования аппаратуры.

Работники лабораторий массового анализа, имея опыт работы с какой-нибудь группой методов, не всегда могут познакомиться с другими методами, тем более что все методы совершенствуются. В этой ситуации необходимы программы повышения квалификации, включающие организацию соответствующих курсов, проведение семинаров и т.д. К сожалению, руководители некоторых предприятий не всегда понимают значение аналитического контроля, рассматривают соответствующие лаборатории как сугубо вспомогательные, как службу сервиса (как правило, сокращение штатов начинают с таких служб).

К ключевым методам, применяемым сегодня в практике анализа, относится хроматографический, а именно высокоэффективная жидкостная хроматография (области использования – фармацевтическая промышленность, охрана окружающей среды, анализ биохимических объектов, определение полярных веществ в химической промышленности и др.) и чуть менее распространённая газовая хроматография (многие отрасли химической промышленности, нефтехимия, охрана окружающей среды и др.). В исследовательских работах и в фармакологии применяется тонкослойная хроматография, при биохимических и биомедицинских анализах – гель-хроматография. Из спектроскопических методов широко используется атомно-эмиссионный анализ с разными источниками возбуждения спектра – дугой, искрой, но чаще всего – с индуктивно связанной плазмой (ИСП). Многоэлементный анализ обеспечивается также масс-спектрометрией с ИСП, реже – с другими источниками ионизации (искра, ионы). Атомно-абсорбционная спектрометрия (ААС, пламенная и электротермическая) востребована для определения отдельных элементов. Много задач решается в настоящее время с помощью рентгенофлуоресцентного анализа (геохимия, металлургия, машиностроение и др.). Созданы и используются электрохимические приборы почти карманного типа для определения, например, растворённого кислорода в природной воде, не говоря уже о величине рН. Спектрофотометрические и реже люминесцентные, а также электрохимические методы применяют при определении отдельных соединений или элементов.

Для ряда физических методов анализа существенные проблемы связаны с градуированием. Во многих случаях, в частности, при анализе сплавов или геологических объектов, нужны стандартные образцы состава (для атомно-эмиссионного, рентгенофлуоресцентного методов). В то же время ряд методов (ИСП, ААС) требует растворения анализируемых образцов.

Массовые анализы желательно по возможности автоматизировать. Здесь есть существенные достижения, например, при анализе проб почв с использованием проточных автоанализаторов или при некоторых анализах газов, в том числе воздуха. Автоматизированы многие современные приборы, в том числе за счёт управления микропроцессорами.

Аналитические методы последнего поколения революционизируют анализ и контроль в прикладных областях. При анализе металлов и сплавов, а также геологических объектов, где основную роль играет элементный состав, большинство задач решается, как уже говорилось, спектрометрическими методами – атомно-эмиссионным с индуктивно связанной плазмой (и с другими источниками возбуждения спектра), рентгенофлуоресцентным, рентгеноспектральным микроанализом (РСМА), ААС, спектрофотометрией в УФ- и видимой областях спектра. В нефтепереработке, нефтехимии, многих областях химической промышленности основную роль играют хроматографические методы, особенно газовая хроматография (в фармацевтической промышленности – высокоэффективная жидкостная). Анализ объектов окружающей среды осуществляется разными методами в зависимости от решаемой задачи. Материаловеды, геохимики, криминалисты часто применяют методы локального анализа, в первую очередь РСМА.

В нескольких работах подробно рассмотрена эволюция методов, используемых при анализе пищевых продуктов [1, 2]. Ещё в первой половине ХХ в. в этой области преобладали методы, основанные на использовании растворов. Сегодня в числе применяемых методов – масс-спектрометрия, разные спектрометрические методы, включая спектрометрию ЯМР, а также биосенсоры, причём методы стандартизированы. Современные способы аналитического контроля позволяют решать задачи определения основных компонентов пищи, возможных нежелательных примесей, задачу идентификации объекта в целом, что  даёт возможность оценивать качество и безопасность пищевых продуктов, выявлять подделки и т.д.

Методы и средства анализа как цель и объект научных исследований. Аналитическая химия (аналитика) сложилась как область науки, предмет которой – принципы, методы и средства химического анализа веществ и материалов и отчасти выяснения их структуры. Другими словами, аналитика формирует (отыскивает, заимствует) принципы, общие подходы к анализу, разрабатывает методы и методики анализа, создаёт для этого необходимые средства (приборы, устройства, реагенты, компьютерные программы и т.д.). В данном разделе нас будут интересовать методы и реализующие их приборы или устройства на стадии их создания (придумывания, заимствования) и совершенствования. Результатами исследований в этих сферах являются прежде всего публикации в научных журналах, реже патенты.

Иерархия методов по степени интереса к ним учёных-аналитиков (по числу публикаций, посвящённых тем или иным методам) существенно отличается от иерархии методов с точки зрения их практического использования. Исследователи занимаются относительно новыми, перспективными методами, в том числе теми, которые ещё не используются на практике, тем более для рутинных анализов. Правда, огромное число публикаций посвящается всё-таки наиболее популярным методам (ВЭЖХ, иммуноанализ), в первую очередь разработке методик для новых объектов или совершенствованию известных методик. Тем не менее, как уже было сказано, статистика по методам “для науки” и “для практики” значительно разнится. Например, ААС широко используют в практике анализа, а публикаций о ней сравнительно мало, поскольку многие научные проблемы уже решены. Наоборот, опубликовано немало статей о противоточной хроматографии ионов с использованием планетарной центрифуги, но в практике неорганического анализа метод практически не применяют.

Выбор методов для их научного исследования в значительной, иногда решающей степени определяется объектом анализа. Развитие спектроскопических методов элементного анализа в первой половине XX в. стимулировалось необходимостью анализировать минеральное сырьё и продукты металлургии. Разработка особо чувствительных методов во второй половине того же столетия в значительной степени предопределялась развитием электроники, которая нуждалась в высокочистых кремнии, германии, индии и других элементах. Начало XXӀ в. ознаменовано интересом к биологическим, в частности медицинским, объектам, отсюда развитие пригодных для данных целей методов, включая биохимические, некоторые хроматографические, масс-спектрометрические, капиллярный электрофорез.

Истоки методов анализа и их классификация. Для нас важна классификация методов по их природе, по принципам действия. С этих позиций методы анализа можно разделить на физические, химические (включая биохимические) и биологические; часто выделяют также физико-химические. Физические методы обычно опираются на взаимодействие вещества с излучениями, с физическими полями; химические – на взаимодействие вещества с веществом, которое сопровождается изменениями химической природы веществ. Биологические базируются на использовании реакции биообъектов на изменение химического состава окружения. Биообъектами могут быть отдельные части организмов, целые организмы и их сообщества. Биологические методы не имеют широкого применения, хотя некоторые приёмы используют в массовом порядке, как, например, живучесть дафнии при оценке качества воды. К физико-химическим методам можно отнести хроматографические и электрохимические.

Физическими можно считать спектроскопические, масс-спектрометрические, термические, ядерно-физические методы. Спектроскопические методы используют разные участки электромагнитного спектра, соответственно, мы имеем гамма-спектрометрию, рентгеновские методы, спектрофотометрию в УФ- и видимой области, атомно-абсорбционную и атомно-эмиссионную спектрометрию, инфракрасную и рамановскую спектрометрию, радиоспектрометрию, например, использование ядерно-магнитного резонанса. Элементная масс-спектрометрия включает искровую, вторично-ионную, лазерную, масс-спектрометрию с ИСП; молекулярная масс-спектрометрия тоже делится на ряд вариантов в зависимости от способа ионизации (электронами, электрораспылением; есть химическая ионизация), устройства масс-анализатора (квадрупольная, времяпролётная и др.) и систем регистрации. К числу термических методов относятся, в частности, дифференциальный термический анализ и серия прочих вариантов. Один из основных ядерно-физических методов – инструментальный радиоактивационный анализ.

Химическими методами являются гравиметрия, титриметрия, классический (практически не используемый) газовый анализ. К химическим следует отнести многие спектрофотометрические и электрохимические методы с активным использованием химических реагентов и химических реакций, а также биохимические, в которых биореагент, по сути, играет ту же роль, что и обычный химический реагент (отличается только происхождением и часто высокой молекулярной массой). Так, простое устройство для анализа пота, помещаемое на руке, позволяет по концентрации лактата в поте следить за физической нагрузкой спортсмена.

Изменение соотношения групп методов во времени и развитие отдельных методов. Как уже упоминалось, длительное время, приблизительно до середины XX в., химические методы анализа были основными. И до сих пор неспециалисты, люди, не связанные с химическим анализом, иногда ассоциируют аналитическую химию с химическими (“мокрыми”, “растворными”) методами, что, конечно, давно уже не соответствует реальному положению вещей. Общая тенденция заключается в том, что на протяжении последних десятилетий химические методы последовательно уступали место физическим и физико-химическим. Это касается и практики химического анализа, и тем более научных исследований. За последние два десятилетия укрепили свои позиции биохимические методы – ферментативные, иммунохимические и др. Большая часть анализов в настоящее время осуществляется хроматографическими и спектрометрическими методами, очень быстро массовым методом анализа стала также масс-спектрометрия. Рассмотрим эволюцию нескольких конкретных методов.

Хроматография появилась в начале XX в. (М.С. Цвет, 1903), после индукционного периода, протянувшегося до начала 1930-х годов, она приобрела значение важного метода разделения смесей веществ, выделения в чистом виде отдельных соединений. В этом качестве её использовали при изучении природных и синтетических органических веществ и особенно широко в ионообменном варианте для очистки воды и разделения смесей ионов. В конце 1930–1940-х годов была показана возможность разделения смесей газов. Под руководством нобелевского лауреата А. Мартина были разработаны разные варианты хроматографического разделения, в том числе бумажная хроматография. Но подлинный размах хроматография получила после создания детекторов, сначала на газы. Газовая хроматография с 1950-х годов стала быстро развиваться и широко применяться. Это был первый массовый гибридный метод, то есть метод, спаявший воедино метод разделения (собственно хроматографию) и методы неселективного определения разделённых компонентов (катарометры, пламенно-ионизационные и другие детекторы). Длительное время не могли создать эффективные детекторы и сорбенты для жидкостной хроматографии, но когда это было сделано в конце 1960-х – начале 1970-х годов, жидкостная хроматография в её высокоэффективном варианте (высокое давление, мелкозернистые правильной формы сорбенты, спектрофотометрические и другие детекторы) стала беспрецедентно быстро развиваться. Сейчас высокоэффективная жидкостная хроматография – один из самых важных и весьма распространённых методов анализа сложных смесей, особенно органических веществ и биосоединений.

Атомно-эмиссионная спектрометрия (АЭС) со времени своего формирования (Р.В. Бунзен и Г.Р. Кирхгоф, 1859) до 1920-х годов оставалась методом качественного анализа. Затем были предложены приёмы, позволяющие с приемлемой точностью определять количественное содержание большого числа элементов. В 1930-х годах при помощи данного метода начали проводить анализы металлов, сплавов, геологических объектов. В качестве источников возбуждения спектров использовали дугу и искру. В 1950–1970-х годах метод активно сочетали с предварительным концентрированием для определения низких содержаний элементов в высокочистых веществах, применяемых прежде всего в микроэлектронике. Мощный импульс АЭС получила с внедрением индуктивно связанной плазмы (ИСП) в качестве источника возбуждения спектра. Сейчас АЭС-ИСП – один из самых важных методов многоэлементного анализа. Многие фирмы производят соответствующие приборы.

Каждое десятилетие привносит в арсенал спектроскопических методов химического анализа новые методы, новые приёмы. К числу относительно новых можно отнести спектрометрию комбинационного рассеяния, стимулированного поверхностью (гигантское комбинационное рассеяние).

В спектроскопических методах анализа широко используются лазеры. Это относится к упомянутой спектрометрии комбинационного рассеяния, лазерно-искровой эмиссионной спектрометрии и другим методам. Так, на базе лазеров, создаваемых частной белорусской компанией “СОЛАР Лазерные Системы”, в нашей стране разрабатываются устройства для непрерывного элементного анализа руды дистанционно прямо на конвейере, подающем руду в металлургические агрегаты. Перспективной является диодная лазерная спектроскопия, активно развиваемая в Институте общей физики им. А.М. Прохорова РАН. Метод обеспечивает, например, селективное определение газов, что можно использовать для анализа выдыхаемого воздуха в целях медицинской диагностики или для обнаружения паров алкоголя.

Интересна эволюция масс-спектрометрического метода. Родившись в начале XX в. прежде всего как метод изотопного анализа (Дж. Томсон, Ф. Астон), в 1930-х годах он был испытан для молекулярного анализа газов, а затем нефтепродуктов. В послевоенные годы развивались две ветви – элементная масс-спектрометрия (искровая, вторично-ионная, затем лазерная) и молекулярная. Последняя нашла широкое применение как способ расшифровки строения молекул органических соединений, но после начала совместного использования с хроматографическим разделением – в качестве очень эффективного метода анализа сложных смесей органических соединений. Совершенствовалась ионизация, помимо главного – электронного, были предложены способы мягкой ионизации, из которых особое значение приобрело электрораспыление (Нобелевская премия 2002 г.). Результатом стало широчайшее использование масс-спектрометрии в молекулярной биологии и биомедицинских исследованиях, включая расшифровку геномов. Действительно, масс-спектрометрия – один из основных методов в геномике, протеомике, метаболомике и других “омиках”. Именно этим методом с привлечением капиллярного электрофореза и некоторых других методов расшифровывали геном человека. Здесь уместно отметить, что в развитие современных вариантов масс-спектрометрии существенный вклад внесли российские учёные. Широко применяются масс-рефлектрон Б.А. Мамырина, ортогональный ввод пробы А.Ф. Додонова, электрораспыление Л.Н. Галль и др. Воспитанник МИФИ А.А. Макаров на фирме “Термо Сайнтифик” разработал очень эффективный масс-спектрометр “Орбитрэп”. Создание портативных масс-спектрометров, в том числе в сочетании с хроматографом, начатое в своё время для изучения космических объектов, в настоящее время может облегчить решение задач экологического контроля, обнаружения взрывчатых веществ и др. Масс-спектрометрия с использованием индуктивно связанной плазмы – один из главных методов многоэлементного анализа. О портативных приборах см. [3].

Рентгенофлуоресцентный метод элементного анализа на пути своего совершенствования обогатился новыми приёмами учёта влияния макросостава образца и градуирования, вариантом с полным внешним отражением (позволившим уменьшить пределы определения элементов), портативными приборами, которые можно держать в руке.

Попытка прогноза. Методы анализа, даже вытесненные из практики другими, более эффективными, редко уходят в небытие. Как правило, они сохраняют свою, пусть небольшую, нишу применения. Кроме того, они иногда становятся частью гибридных, комбинированных методов или претерпевают существенные технические изменения и находят новое применение. Последнее произошло, например, с жидкость-жидкостной экстракцией, которая в виде новых микровариантов (микрокапельная, дисперсионная и др.) стала важной частью пробоподготовки, в частности при хромато-масс-спектрометрическом анализе. По-видимому, так будет происходить и в ближайшем будущем.

Появятся новые физические методы анализа, а те, которые на уровне исследований уже показали свои возможности, вероятно, будут внедряться в практику. Здесь можно назвать, например, упоминавшийся анализ газов спектрометрическим методом с использованием диодных лазеров и более широкое применение областей электромагнитного спектра, ранее мало использовавшихся для анализа (микроволновая, терагерцовая области). Вместе с тем из-за изменения отношения общества к использованию ядерных реакций едва ли можно в ближайшее время ожидать возрождения интереса к ядерно-физическим методам анализа, исключением может быть разве что гамма-спектрометрия и другие методы изучения природной радиоактивности и слежения за заражёнными районами. Ситуация с ядерно-физическими методами, однако, ничего не меняет в общем прогнозе, касающемся физических методов анализа: они будут интенсивно развиваться, продолжая вытеснять химические методы. Хроматографические методы надолго сохранят свою ведущую роль, электрохимические же, сфера использования которых несколько сужается (кроме определения pH), будут применяться при решении отдельных задач, в том числе в форме электрохимических сенсоров.

Цель, которую преследует развитие аналитики, – прямое обнаружение и определение веществ без разделения, но до достижения идеала пока далеко, хотя примеров прямого анализа (элементного анализа и анализа газовых смесей) уже достаточно много. Подробнее о перспективах развития аналитической химии можно узнать в работах [4, 5].

Современная аналитическая лаборатория часто совсем не похожа на привычную, старую, заполненную бюретками, пипетками, колбами

Миниатюрный прибор для определения содержания кислорода, растворённого в воде

Портативный рентгенофлуоресцентный анализатор

Устройство для анализа пота, позволяющее следить за физической нагрузкой спортсмена

Список литературы

  1. Gallo M., Ferranti P. The evolution of analytical chemistry methods in foodomics // J. Chromatogr. A. 2016. V. 1428. P. 3–15.

  2. McGorrin R.J. One hundred years of progress in food analyses // J. Agric. Food Chem. 2009. V. 57. № 18. P. 8076–8088.

  3. Overton E.B., Dharmasena H.P., Ehrmann U., Carney K.R. Trends and advances in portable analytical instrumentation // Field Analyt. Chem. Technol. 1996. V. 1. № 2. P. 87–92.

  4. Zolotov Yu.A. On some trends // Talanta. 2011. V. 85. № 5. P. 2249–2250.

  5. Zolotov Yu.A. Some trends in modern analytical chemistry // J. Chromatog. Separ. Technol. 2017. V. 8. № 2. P. 1–3.

Дополнительные материалы отсутствуют.