التحليل الكمي

تعتبر الكيمياء التحليلية فرعاً مهماً من فروع الكيمياء، فهي تساعد الكيميائيين على حساب كميات المواد الموجودة في العينة ومعرفة طبيعتها، والتحليل الكمي هو طريقة تستخدم لتحديد كميّة مادة كيميائية ما في العيّنة، وبالتالي الحصول على بيانات دقيقة عن تفاعل ما، ويمكن التعبير عن الكمية باستخدام الكتلة أو التركيز أو الوفرة النسبيّة أو الكليّة لعينة ما.

ويقسم التحليل الكمي إلى عدة أقسام كالتحليل الكمي الوزني، والتحليل الكمي الآلي، والتحليل الكمي الحجمي، ومن عينات نتائج التحليل الكمي نذكر:

  • المعدن الخام يحتوي على نسب مختلفة من المعادن التي يتم تحديد كمية كل منها.
  • ينتج عن تفاعل كيميائي معيّن مواد ومركّبات بتراكيز مختلفة باختلاف المادة.
  • يحتوي المحلول الناتج عن إذابة ملح ما في الماء على عدد معيّن من المولات الناتجة.

تقسم أساليب التحليل الكمي المستخدمة لتحديد كمية المادة إلى فيزيائية وكيميائية، وتفيد الطرق الفيزيائية في قياس امتصاص المادة للضوء، وكثافتها، وقابليتها للتمغنط، ومن أمثلة الطرق الفيزيائية:

  • مطيافية فورييه لتحويل الأشعة تحت الحمراء FTIR.
  • مطيافيّة الانبعاث الذري AES.
  • مطيافيّة الأشعة السينيّة المشتتة للطاقة EDS.
  • تحليل عنصر التتبع.
  • ICP-AES.

بينما تتضمن الطرق الكيميائية دراسة التفاعلات الكيميائية مثل الأكسدة أو الترسيب أو التعادل لتشكيل مركب كيميائي جديد، ومن أمثلة الطرق الكيميائية:

  • المعايرة (التحليل الحجمي).
  • تحليل الوزن النوعي.
  • اختبارات الكيمياء الرطبة المختلفة.
  • تحليل عمليّة الاحتراق.
  • كيمياء الغازات الخاملة.

كما يستخدم علم الرياضيات في التحليل الكمي (إلى جانب الفيزياء والكيمياء)، حيث يتم الاستفادة من الإحصائيات والعمليّات الحسابيّة في تحديد كميّة المواد بشكل دقيق وبسيط، ويعد الميزان أو المقياس التحليلي هو الأداة الأساسية للتحليل الكمي.

يعتبر التحليل الكمي جزء أساسي ومهم في الكيمياء التحليلية، وذلك لعدة أسباب:

  • يساعد على التنبؤ بكمية المنتج الناجم عن تفاعل كيميائي ما، وبالتالي ضبط كميات المواد الداخلة في التفاعل حسب شروط التفاعل والنتيجة المرجوّة منه.
  • يساعد في تحقيق شروط تفاعلات معيّنة كالتفاعلات النوويّة التي تحتاج إلى تركيز معيّن من المتفاعلات لإطلاق التفاعل، وبالتالي تحقيق تركيز معيّن مناسب لبدء التفاعل.
  • يعد التحليل الكمي أمراً حاسماً في صناعة الأغذية والأدوية، حيث يتم استخدامه لقياس مستويات وكميّات العناصر الداخلة في هذه الصناعة، وبالتالي تحقيق الشروط اللازمة إنتاج مركبات معينة صالحة للاستخدام والحفظ.
  • يفيد التحليل الكمي في تحديد نسبة وكميّة الملوثات والشوائب في عيّنة ما، بينما يفيد التحليل النوعي على تحديد نوعيّة الشوائب كاختبار وجود مادة الرصاص في طلاء ألعاب الأطفال.
  • يُستفاد من تقنيات التحليل الكمي في المجال الطبّي للحصول على معلومات حول صحة المريض، كتحديد مستويات الكوليسترول في الدم أو نسبة البروتينات الدهنيّة في البلازما، أو كميّة البروتينات والسكر الموجودة في البول، وتتساوى أهمية التحليل الكمّي مع التحليل النوعي في هذا المجال أيضاً.
  • يُستفاد من التحليل الكميّ في تحديد نسبة معدن ما في فلز معدني مستخرج، وبالتالي معرفة نقاء الفلزات المختلفة.

أكمل القراءة

لكي نتعرف على التحليل الكمي في الكيمياء يجب علينا معرفة ما هي الكيمياء الكمية من الأساس، والكيمياء الكمية هي فرع مهم جدًا من الكيمياء العامة لأنها تمكن الكيميائيين من حساب كميات المواد المعروفة ضمن تفاعل كيميائي ما، على سبيل المثال، مقدار المُنتج الذي يمكن صناعه بدءا من مادة معروفة ومحسوب مقدارها أو لحساب مقدار مُكوّن معين موجود في عينة كيمائية ما.

والتحليل الكمي هو أيّ طريقة تستخدم لتحديد كمية مادة كيميائية في عينة ضمن المخبر ويتم التعبير عن الناتج دائماً كرقم وتكون له وحدات مناسبة تختلف تبعاً لاختلاف العينة المراد تقييمها، وأحد الأمثلة على التحليل الكمي هو المعايرة للمركبات ذات الطابع الحمضي أو القلوي (أساسي)، ويمكن للتحليل الكمي إعطاء نتائج عن الكمية من حيث كتلة أو تركيز أو التركيز النسبي لمكون واحد أو كل مكونات المادة التي يتم دراستها، فيما يلي بعض عينات نتائج تحليل كمي عشوائي:

  • المعدن الخام يحتوي 42% من عنصر الحديد في كتلته.
  • نتج عن التفاعل الكيميائي ما 5 مول من هيدروكسيد الأمونيوم.
  • يحوي المحلول على 0.255 مولار من كلوريد الصوديوم.

والفرق بين التحليل الكمي والتحليل النوعي هو أن التحليل النوعي يعطي نتائج تدل على “ما” في المركب، بينما يستخدم التحليل الكمي لإعطاء نتائج تدل “كم” في المركب، ويعتبر هذان النوعين من التحليل مترافقان حيث يتم استخدامهما معاً ويعتبران من أهم الأمثلة على الكيمياء التحليلية. ويوجد عدة طرق لتحديد عينة ما، يمكن تصنيف العينات على نطاق واسع وذلك على أسس فيزيائية أو كيميائية، تقيس الطرق الفيزيائية الخصائص الفيزيائية، مثل امتصاص الضوء والكثافة وقابلية المغنطة، فيما يلي بعض الأمثلة عن طرق الفيزيائية:

  • مطياف الانبعاث الذري AES (Atomic Emission Spectroscopy)
  • مطيافية أشعة إكس المتفرقة للطاقة EDS (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy)
  • مطيافية الأشعة تحت الحمراء باستخدام تحويل فورييه (Fourier Transform Infrared Spectroscopy).

وتتضمن الطرق الكيميائية في القياس على التفاعلات الكيميائية مثل الأكسدة والترسيب والتعادل الكيميائي، فيما يلي بعض الأمثلة عن الطرق الكيميائية:

  • المعايرة بالتحليل الحجمي.
  • التحليل الوزن النوعي.
  • اختبارات الكيمياء الرطبة المتنوعة (وتدل على التجارب التي تتم في القوارير والأنابيب وتكون في الحالة السائلة).
  • تحاليل الاحتراق.

وللتحليل الكمي أهمية كبيرة في الكيمياء، حيث أنه من المهم معرفة كمية العينة المفحوصة بالكامل أو جزء منها، لعدة أسباب نذكر منها:

  • إذا كنت تجري تفاعلًا كيميائيًا، فإن التحليل الكمي يساعدك على توقع كمية النواتج وتحديد عائدك الفعلي من المادة.
  • تحدث بعض التفاعلات عندما يصل تركيز مُكوّن واحد إلى مستوى معين، مثلاً قد يشير التحليل الكمي للمواد المشعة إلى تحديد ما إذا كان هناك توافر كافي من مُكوّن رئيسي لعينة ما وذلك من أجل إتمام عملية للانشطار التلقائي.
  • يعتبر التحليل الكمي حاسمًا في اختبار الأغذية والأدوية، حيث يتم استخدامه لقياس مستويات المُغذيات (كنسبة السكر في مادة ما) وتوفير نسبة دقيقة للجرعات الأدوية.
  • كما أنه حاسم أيضاً في تحديد درجات ملوثات أو شوائب مركب ما. في حين أن التحليل النوعي يكون قادرًا على تحديد مثلاً وجود مادة الرصاص في طلاء مُستخدم على لعب الأطفال، في حين يكشف التحليل الكمي عن مقدار تركيز الرصاص الموجود.
  • تعتمد الاختبارات الطبية على التحليل الكمي في الحصول على المعلومات حول حالة المريض الصحية، فمثلاً يمكن لتقنيات التحليل الكمي المتنوعة تقدير مستويات الكوليسترول (الشحوم) في الدم أو حتى قياس نسب البروتينات أو الدهون في البلازما (مصورة الدم) أو كميات البروتين التي تطرح مع البول. وهنا أيضاً يكمل التحليل الكمي عمل التحليل النوعي، حيث أن النوعي يحدد طبيعة المواد الكيميائية بينما يخبرك الكمي بالكميات الموجودة من تلك المواد.
  • يتم استخدام الاختبارات الكمية للتحقق من أن المنتجات توافق معايير المصنع أو الشروط الصحية.

أكمل القراءة

هل لديك إجابة على "ما المقصود بالتحليل الكمي"؟