ما هو علم الكيمياء التحليلية

العلوم

لا شك في أهمية مختلف العلوم للإنسان، ولكلّ علم طبيعة خاص ة به تميزه عن غيره، ويهتم العلماء بإجراء البحوث العلمية لتطوير المعرفة في مجالات مفيدة للإنسان، ويُبدي العلماء فضولًا قويًا حول ما تقتضيه المعرفة مع وجود رغبة لدى هؤلاء العلماء في تطبيق المعرفة العلمية، لصالح الصناعة أو الصحة بدرجة أساسية، وهناك جوائز عالمية مخصصة للإنجاز في عدد من العلوم الرئيسة، وعلى سبيل المثال فهناك جائزة نوبل؛ وهي جائزة مرموقة تحظى باحترام واسع، وهي تُمنح سنويًا لأولئك الذين حققوا تقدمًا علميًا في مجالات الطب والفيزياء والكيمياء والاقتصاد، وسيتناول هذا المقال توضيح لعلم الكيمياء التحليلية.[١]

أنواع العلوم

هناك ثلاثة فروع رئيسة للعلوم، وهي: العلوم الفيزيائية وعلوم الأرض وعلوم الحياة، وكلٌّ من تلك العلوم له صفات أساسية وبحوث تختص به دونًا عن غيره من العلوم، ويمكن توضيح المزيد عن تلك العلوم فيما يأتي:[٢]

• العلوم الفيزيائية: تختص العلوم الفيزيائية بدراسة الأشياء الطبيعية غير الحية والقوانين التي تحكمها، وهي تشمل الفيزياء والكيمياء وعلم الفلك.
• علوم الأرض: تختص علوم الأرض بدراسة الأرض والمكوّنات المادية التي تتكون منها مثل: تكوين الغلاف الجوي والبحار والأرض وكيفية ربط هذه الأشياء معًا، وهي تشمل علوم الجيولوجيا وعلوم المحيطات والأرصاد الجوية وعلم الأحافير.
• علوم الحياة: وتختص تلك العلوم بدراسة نشأة الحياة وتاريخها عبر الأزمنة المختلفة ودور الإنسان في تطويرها.

علم الكيمياء

الكيمياء هي العلم الذي يتعامل مع خواص المواد وتركيبها والتحولات التي تمر بها والطاقة التي يتم إطلاقها أو امتصاصها أثناء هذه العمليات، وكل مادة سواء كانت طبيعية أو منتجة بشكل صناعي تتكون من نوع واحد أو أكثر من الأنواع الفردية من الذرة، وعلى الرغم من أنّ هذه الذرات تتكون بدورها من جسيمات أولية؛ إلّا أنّها تشكّل اللبنات الأساسية للمواد الكيميائية، فلا توجد كمية من الأكسجين أو الزئبق وغيرها من المواد إلّا ولها تركيب دقيق، حيث إنّ التحدي الكبير في الكيمياء هو تطوير تفسير متماسك للسلوك المعقد للمواد من خلال طرح أسئلة مثل: “ما هي الكيمياء”، “وما هو علم الكيمياء التحليلية”، “وما الذي يعطي المواد خواصها الدائمة”، “وكيف يمكن للتفاعلات الكيميائية بين المواد المختلفة أن تؤدي إلى تكوين مواد جديدة”، وقد ناضل الكيميائيون من أجل تطوير نظريات للمادة تشرح بشكل دائم كل من ثباتها وتغييرها، ولذلك تتضمن الكيمياء دراسة البنية الهيكلية للمواد بالإضافة إلى التفاعلات المتنوعة والتي يمكن أن تؤدي إلى نتائج مختلفة.[٣]

وقد شهد القرن العشرين تقدمًا هائلًا في فهم الكيمياء المُعقدة للكائنات الحية من خلال دراسة تراكيب معقدة مثل الحمض النووي الذي يحتوي على ملايين الذرات، وبمرور الوقت تم تمييز وإنتاج أكثر من 8.000.000 مادة كيميائية مختلفة طبيعية وصناعية، وكان عددها أقل من 500.000 في عام 1965، وقد كانت الكيمياء ترتبط ارتباطًا وثيقًا مع اقتصادات الدول من في منتصف القرن التاسع عشر، وقد علق الكيميائي الألماني جوستس فون ليبيج بأنّ ثروة الأمة يمكن قياسها بكمية حمض الكبريتيك التي تنتجها، كما يقر ليبيج بأنّ البلد الذي ينتج كميات كبيرة من حمض الكبريتيك هو بلد لديه صناعة كيميائية قوية واقتصاد قوي ككل، وفي الواقع يمكن القول بأنّ العصر الحديدي للحضارة تم استبداله بعصر البوليمرات؛ لأنّ الحجم الإجمالي للبوليمرات يتجاوز الآن الحديد في بعض البلدان.[٣]

أهمية علم الكيمياء

من السهل القول أنّ الكيمياء مهمة؛ لأنّ كلّ شيء مصنوع من مواد كيميائية، ولكن هناك الكثير من الأسباب الأخرى التي تجعل الكيمياء جزءًا كبيرًا من الحياة اليومية، ولذلك يجب على الجميع فهم الكيمياء الأساسية، وما هو علم الكيمياء التحليلية، وما هي الأسباب التي تدعو لمضاعفة البحوث الكيميائية، ويمكن توضيح المزيد عن أهمية علم الكيمياء فيما يأتي:[٤]

• تستفيد علوم البيولوجيا والتشريح وعلم وظائف الأعضاء من الكيمياء بدرجة كبيرة.
• الكيمياء مهمة لأنّها تساعد في تحديد المواد السامة أو الخطرة، وإليها يعود الفضل في علاج الأمراض القاتلة أو الأكثر خطورة.
• الكيمياء مهمة في الصناعة بدرجة هائلة، فمن خلال فهم الكيمياء على نحو صحيح تتم صناعات كثيرة مثل الدهانات وغيرها.
• تفيد الكيمياء بالتعرف على طبيعة الأجسام البشرية ومعرفة كيف تحدث تفاعلات الأغذية بداخلها.
• تُطوِّرالكيمياء سلالات النباتات وتُوجِد حلولًا لما يعتري الحيوانات من اضطرابات صحية.

الاختلافات بين علم الكيمياء وعلم الفيزياء

بالرغم من أنّ الكثيرين يرون بعض التقارب بين أهداف علوم الكيمياء والفيزياء إلّا أنّ كليهما مختلفان في طبيعتهما، فالفيزياء هي دراسة الكون من خلال الكثير من الملاحظة على هيئة معادلات وقوانين تكون أحيانا غاية في التعقيد، بما يؤدي إلى اكتشاف نظريات وحقائق مفيدة للغاية كالجاذبية، ولا يمكن الآن تخيل كون بدون جاذبية، بمعنى أنّه ليس للعقل أن يتخيل مكانًا بدون جاذبية أو حقولًا مغناطيسية أو أيّ شحنة كهربائية، حيث تتناسب قوة الجاذبية مع معكوس مربع المسافة بين الأجسام، لكن ليس بالضرورة أن تكون كذلك في أكوان أخرى إن كان ثمّة أكوان أخرى، وذلك تمامًا مثل جميع قواعد الفيزياء الأخرى المحدودة بكوكب الأرض، بينما الكيمياء هي مستوى أقل من الفيزياء، حيث إنّها دراسة العلاقة بين الظواهر الطبيعية مثل درجة الحرارة والضغط الجوي والإشعاع ومع ذلك فهي تعمل دائمًا وفقًا لقواعد الفيزياء.[٥]

فروع علم الكيمياء

قبل توضيح إجابة سؤال: “ما هو علم الكيمياء التحليلية”، تجدر الإشارة إلى أنّ هناك العديد من فروع الكيمياء، ويتميز كل فرع منها بسمات رئيسة تميزه عن غيره، ولا تتعارض فروع الكيمياء مع بعضها فلا تعني إجابة سؤال: “ما هو علم الكيمياء التحليلية؟” أنها ستكون إجابة مختلفة تمامًا عما يمكن أن يستنتجه علماء الكيمياء العضوية، بل تتكامل كل فروع الكيمياء معًا لتؤدي وظائفها بشكل متناسق، ويمكن توضيح أهم فروع علم الكيمياء فيما يأتي:[٦]

• الكيمياء العضوية: وهي تهتم بدراسة الكربون ومركباته.
• الكيمياء غير العضوية: وهي تهتم بدراسة المركبات التي لا تدرسها الكيمياء العضوية مثل المركبات التي لا تحتوي على رابطة C-H
• الكيمياء التحليلية: وهي تهتم بدراسة كيمياء المادة وتطوير أدوات خاص ة لقياس خواص المادة من خلال الإجابة عن سؤال: “ما هو علم الكيمياء التحليلية؟” بشكل أكثر استفاضة من خلال المزيد من الأبحاث العلمية المتخصصة.
• الكيمياء الفيزيائية: وهو فرع الكيمياء الذي يطبق الفيزياء على دراسة الكيمياء، والذي يتضمن عادة تطبيقات الديناميكا الحرارية والميكانيكا الكمومية.
• الكيمياء الحيوية: وهي دراسة العمليات الكيميائية التي تحدث داخل الكائنات الحية.

وهناك طرق أخرى يمكن بها تقسيم الكيمياء إلى فروع أخرى بالإضافة لما تتضمنه إجابة سؤال: “ما هو علم الكيمياء التحليلية؟”، وقد تشمل الأمثلة الأخرى لفروع الكيمياء: كيمياء البوليمرات والكيمياء الجيولوجية، ويمكن أن تكون الهندسة الكيميائية أيضًا تخصصًا في الكيمياء، وهناك أيضا تداخل بين التخصصات، وعلى سبيل المثال فإن الكيمياء الحيوية والكيمياء العضوية يشتركان في الكثير من السمات الرئيسة لذلك يتداخلان في طبيعتهما وأهدافهما.

ما هو علم الكيمياء التحليلية

لتوضيح مفهوم علم الكيمياء التحليلية، تجدر الإشارة إلى أنّ الكيمياء التحليلية هو علم الحصول على المعلومات الكيميائية ومعالجتها وإيصالها بما يوضح تركيبة المادة، وفي عام 2012 كانت الكيمياء التحليلية أكثر مجالات العمل شيوعًا للكيميائيين، وتجدر الإشارة إلى أنّ علماء الكيمياء التحليلية يستخدمون معرفتهم بالكيمياء ومعادلاتها وأجهزة قياسها لحل مشكلات جميع مجالات الكيمياء تقريبًا، ويقوم هؤلاء العلماء بإجراء البحوث المختبرية الأساسية، وهي تتضمن العديد من الإجراءات التي يمكن توضيحها من خلال توضيح مفهوم علم الكيمياء التحليلية، ويمكن توضيح تلك الإجراءات فيما يأتي:[٧]

• إجراء التحليل النوعي والكمي
• اختيار العينات موضع الدراسة وقياس تغيراتها بعناية.
• تعيين حدود الخطأ في القياس.
• التحقق من صحة النتائج من خلال المعايرة.
• التحاليل الانفصالية على أساس الخصائص الكيميائية التفاضلية.
• إنشاء طرق جديدة لإجراء القياسات.
• تفسير البيانات في السياق المناسب.

ولتوضيح المزيد عن مفهوم علم الكيمياء التحليلية، تجدر الاشارة إلى أنّ التحليل الطيفي هو مجال كبير في الكيمياء التحليلية، ويمكن استخدام التحليل الطيفي نوعيًا لتحديد المركبات والعناصر الكيميائية، وكميًا لقياس كمية مادة في عينة الاختبار، ويستخدم الطيف أيضًا في الكيمياء التحليلية كأدوات لطرق تحليلية أخرى، ويمكن توضيح المزيد عن مفهوم علم الكيمياء التحليلية من خلال توضيح الطرق الطيفية في الكيمياء التحليلية كما يأتي:[٨]

• التحليل الطيفي الجزيئي للأشعة تحت الحمراء.
• تحليل الأشعة فوق البنفسجية والتطبيقات النموذجية في الكيمياء التحليلية للأشعة فوق البنفسجية هي التحديد الكمي للأيونات المعدنية الانتقالية.
• مطياف الامتصاص الذري، وهو يستخدم على سبيل المثال لقياس المعادن بتركيزات منخفضة.
• التحليل الطيفي للانبعاثات الذرية.
• التحليل الطيفي للإشعاع الذري.
• أنواع التحليل الطيفي الحراري.
• التحليل الطيفي للأشعة المستخدمة في تحليل الأغذية.
• التحليل الطيفي الشامل، وهو يُستخدم لتحديد المركبات العضوية، وكثيرًا ما يُستخدم للكشف اللوني.
• التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي النووي.
• التحليل الطيفي الضوئي لتحديد الجزيئات داخل الكتل الصلبة، وعلى سبيل المثال تعيين المعادن في عينات الصخور.
• تحليل الأشعة السينية وتحديد العناصر الموجودة في سبيكة وغيرها من المخاليط.
• التحليل الطيفي بالرنين الإلكتروني.

ولتوضيح المزيد عن مفهوم علم الكيمياء التحليلية، تجدر الإشارة إلى أنّ هذه التحاليل والأدوات التحليلية المتطورة بشكل متزايد فتحت فرصًا جديدة للكيميائيين التحليليين في مجموعة متنوعة من المجالات، وعلى سبيل المثال يساعد أخصائيو ضمان الجودة في ضمان أنّ المختبرات التحليلية تتبع الإجراءات الموثقة والمعتمدة، ولا تعني أنّ القياسات الكيميائية أقل تعقيدًا، وحقيقة أنّ المختبر قد لا يكون مجهزًا بأجهزة حديثة قد تكون هي العنصر الحاسم بتلك المسألة، وقد يعمل الكيميائيون التحليليون أيضًا في مجالات التصنيع أو في مختلف التطبيقات للعديد من المجالات المختلفة كالمجالات الطبية وغيرها، ويشارك الكيميائيون التحليليون عمومًا في إجراء قياسات باستخدام أجهزة متطورة يتم التحكم فيها بواسطة أجهزة الحاسوب في المختبرات الحكومية وغيرها، وقد يشاركون أيضًا في تطوير التقنيات داخل هذه المختبرات.[٧]

فوائد علم الكيمياء التحليلية

بعد توضيح مفهوم علم الكيمياء التحليلية، تجدر الإشارة إلى أنّ الكيمياء التحليلية لها الكثير من التطبيقات والاستخدامات في الحياة المعاصرة، إذ لا يقتصر مفهوم علم الكيمياء التحليلية على جانب تطبيقي واحد، فهو يدخل في الكثير من المجالات، ويمكن توضيح أبرز تطبيقات علم الكيمياء التحليلية فيما يأتي:[٩]

• يستخدم علماء الكيمياء التحليلية تقنيات هذا العلم؛ لمعرفة تركيب بقايا النيازك والمذنبات والصخور النادرة.
• يستخدم الكيميائيون التحليليون تقنيات مثل أطياف الأشعة السينية والتحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء، وقياس الطيف الكتلي لفحص الأعمال الفنية للتأكد من صحتها وأصالتها.
• يلعب الكيميائيون التحليليون دورًا مهمًا في صناعة الكثير من المشروبات وكذلك فهم الجوانب الميكروبيولوجية لها.

وتنبع أهمية علم الكيمياء التحليلية في كونه يضم تطبيقات كثيرة تتصل بالحياة اليومية، ولذلك يجتهد علماء هذا المضمار من الكيمياء في مراكز البحوث والمختبرات لتطوير تطبيقات الكيمياء التحليلية، ويمكن توضيح المزيد عن تطبيقات الكيمياء التحليلية فيما يأتي:[١٠]

• الصناعات الدوائية: حيث تستخدم تقنيات الكيمياء التحليلية لتأكيد نقاء الأدوية وتحديد الشوائب وتطوير أساليب الكروماتوجرافي لتحديد تلك الشوائب.
• صناعة الأغذية: وفي هذه الصناعة يتم استخدام الكيمياء التحليلية بشكل رئيس لتحديد الملوثات مثل محتوى المبيدات أو محتويات المعادن الثقيلة في المواد الغذائية.
• الطب الشرعي: حيث تستخدم تقنيات الكيمياء التحليلية لتحديد السوائل والمركبات الموجودة في جسم الإنسان بعد الموت أو تحليل عينات الدم لمعرفة ما إذا كان قد تسمم حتى الموت وما إلى ذلك.
• المختبرات التشخيصية: وفي هذه المعامل يتم تحديد مقدار الدواء الموجود في الدم وعينات البول وما إلى ذلك كما في اختبارات المُنشّطات حيث يتم اختبار اللاعبين إذا كانوا قد تناولوا المنشطات المحظورة.

الاختلافات بين علم الكيمياء التحليلية والكيمياء العضوية

الكيمياء التحليلية والكيمياء العضوية مجالان رئيسان لهما العديد من أوجه التشابه والاختلاف، حيث تهتم الكيمياء العضوية بتفاعلات وسلوك ذرات وجزيئات الكربون تحديدًا والتي تضم معظم المواد، أمّا الكيمياء التحليلية من ناحية أخرى فتهتم باكتشاف وقياس جزيئات معينة في محلول أو خليط وتسمى المصفوفة في التيار المتردد، وتتداخل مجالات الكيمياء التحليلية والعضوية بشكل كبير في استخدامهما من خلال تقنيات الفصل اللوني والاستخراج المائي العضوي ومن خلال أجهزة الكشف كأجهزة الرنين المغناطيسي النووي وأجهزة التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء، وغالبًا ما تُستخدم هذه التقنيات في الكيمياء العضوية لتحديد هوية ونقاء نواتج التفاعل العضوي، وبهذه الطريقة فإنّ النتائج التي يتم الحصول عليها أكثر جودة من التحليلات الكمية التي تستخدم الحلول القياسية لإنشاء نماذج رياضية يتم تطبيقها على المصفوفات المشتبه في احتوائها على نفس الجزيئات.[١١]

أبرز تحديات علم الكيمياء التحليلية

لا تكفي الإجابة عن مفهوم علم الكيمياء التحليلية لتوضيح كل ما يختص بهذا العلم، إذ إنّ هناك اتجاهان لتطوير الكيمياء التحليلية على غرار الفروع العلمية التطبيقية الأخرى، ويختلف تطوير الكيمياء التحليلية بحسب قدرة تقنيات معامل الأبحاث في العديد من الدول على مواجهة التحديات المستقبلية، ويمكن توضيح أبرز تحديات علم الكيمياء التحليلية فيما يأتي:[١٢]

• يلزم المهام الكيميائية التحليلية إمكانات تطوير هائلة وبروتوكولات أكثر تطورًا لتغطية المزيد من التحليلات.
• يلزم أن تسير أعمال تطوير أدوات قياس الكيمياء التحليلية في الاتجاهين: تطوير المواد وتطوير العنصر البشري.
• يلزم تطوير تفاعلات الكيمياء التحليلية بأقل تكلفة ممكنة.

المراجع[+]

1. ↑ “Science”, www.wikiwand.com, Retrieved 10-01-2020. Edited.
2. ↑ ” Three Branches of Natural Science: Physical, Earth & Life”, study.com, Retrieved 10-01-2020. Edited.
3. ^ أ ب “Chemistry”, www.britannica.com, Retrieved 11-01-2020. Edited.
4. ↑ ” Why Is Chemistry Important? “, www.thoughtco.com, Retrieved 10-01-2020. Edited.
5. ↑ “What is the difference between chemistry, physics, and mathematics?”, www.quora.com, Retrieved 10-01-2020. Edited.
6. ↑ ” The 5 Main Branches of Chemistry “, www.thoughtco.com, Retrieved 10-01-2020. Edited.
7. ^ أ ب “Analytical Chemistry”, www.acs.org, Retrieved 10-01-2020. Edited.
8. ↑ “What are the applications of spectroscopy in analytical chemistry?”, www.quora.com, Retrieved 10-01-2020. Edited.
9. ↑ “What are the most interesting uses of analytical chemistry?”, www.quora.com, Retrieved 10-01-2020. Edited.
10. ↑ “What is analytical chemistry? What importance does it serve?”, www.quora.com, Retrieved 10-01-2020. Edited.
11. ↑ “What is the difference between analytical and organic chemistry?”, www.quora.com, Retrieved 10-01-2020. Edited.
12. ↑ “What is the future of analytical chemistry?”, www.quora.com, Retrieved 10-01-2020. Edited.