Chemia analityczna

Chemia analityczna to nowoczesny, stale uaktualniany podręcznik, od lat cieszący się niezwykłą popularnością na całym świecie.

Głównym celem podręcznika jest przekazanie solidnych podstaw wiedzy chemicznej, w takim zakresie, jaki jest szczególnie ważny w chemii analitycznej. Kolejnym celem jest pokazanie, jak trudnym zadaniem jest ocena dokładności i precyzji wyników pomiarów, a w dalszej części pokazanie, jak ocena ta może być wspomagana przez metody statystyczne. Poza tym pokazano szerokie możliwości pomiarowe zarówno tych najnowszych, jak i również klasycznych technik, które są przydatne we współczesnej chemii analitycznej. Mamy nadzieję, że z pomocą tego podręcznika studenci nabiorą umiejętności ilościowego rozwiązywania zagadnień analitycznych, w szczególności wykorzystując arkusze kalkulacyjne do rozwiązywania problemów, do prowadzenia obliczeń, jak również do modelowania zjawisk chemicznych. Wreszcie zamierzeniem Autorów było nauczenie studentów praktyki laboratoryjnej, tak aby wygenerować zaufanie do własnych umiejętności otrzymywania wyników analitycznych wysokiej jakości oraz podkreślić znaczenie uwzględniania szczegółów przy analizie danych.

Przedstawiony w podręczniku materiał obejmuje zarówno teoretyczne, jak i praktyczne aspekty analizy chemicznej i jej zastosowań w biologii, medycynie, nauce o materiałach, ekologii, kryminalistyce i w innych pokrewnych dziedzinach. W tekście znalazło się wiele przykładów zastosowań arkuszy kalkulacyjnych, jak również wiele przykładów i ćwiczeń. Przedstawiono opis urządzeń pomiarowych z uwzględnieniem najnowszych rozwiązań w zakresie rozwoju instrumentarium oraz technik pomiarowych. Na końcu każdego rozdziału zamieszczono Podsumowanie, zebrano Terminy kluczowe oraz Ważne równania, co ma pomóc studentom we wskazaniu najważniejszych aspektów danego rozdziału. W wielu rozdziałach przedstawiono sylwetki różnych chemików analityków i ścieżki ich kariery, dzięki czemu studenci mogą poznać, jaki rodzaj pracy mogą wykonywać po studiach z chemii analitycznej. Treść została ułożona tak, aby rozdziały dotyczące podobnych zagadnień były połączone w większe części. Siedem takich części, następujących po krótkim wprowadzeniu, zamieszczonym w rozdziale 1 zostało podzielonych na 3 tomy:

TOM 1

• Część I dotyczy zagadnień związanych z jakością wyników pomiarów i składa się z pięciu rozdziałów. Rozdział 2 poświęcony jest podstawowym obliczeniom wykorzystywanym w chemii analitycznej, tym sposobom wyrażania stężeń oraz obliczeniom stechiometrycznym. Rozdziały 3–5 poświęcone są niezmiernie ważnym zagadnieniom statystycznym oraz analizie danych, między innymi z wykorzystaniem arkuszy kalkulacyjnych. Analiza wariancji (ANOVA) jest omówiona w rozdziale 5, a szczegółowe informacje na temat pozyskiwania próbek, wzorcowania i kalibracji są zamieszczone w rozdziale 6.
• Część II poświęcona jest podstawom i zastosowaniu układów w stanie równowagi chemicznej w analizie ilościowej. W rozdziale 7 omówione są podstawy równowag chemicznych. W rozdziale 8 dyskutujemy wpływ elektrolitów na układy równowagowe. Natomiast systematyczne podejście do rozwiązywania zagadnień związanych z równowagą w złożonych układach jest tematem rozdziału 9.
• Część III grupuje sześć rozdziałów poświęconych klasycznej, wagowej i miareczkowej analizie chemicznej. Rozdział 10 poświęcony jest analizie wagowej (grawimetrycznej). W rozdziałach od 11 do 15 opisujemy teorię i praktykę metod miareczkowych, ze szczególnym uwzględnieniem miareczkowania kwas–zasada, miareczkowania strąceniowego i kompleksometrycznego. Uwzględniliśmy systematyczne podejście do problematyki równowag chemicznych i wykorzystania arkuszy kalkulacyjnych w obliczeniach.

TOM 2

• Część IV jest poświęcona metodom elektrochemicznym. Po wprowadzeniu do elektrochemii opisanym w rozdziale 16, w kolejnym rozdziale 17 opisano wiele zastosowań wykorzystujących potencjały elektrochemiczne. Miareczkowanie utleniająco-redukujące, są opisane w rozdziale 18, podczas gdy rozdziale 19 przedstawione są zastosowania metod potencjometrycznych do wyznaczania stężeń specji cząsteczkowych i jonowych. Rozdział 20 poświęcony jest metodom elektrograwimetrycznym i kulometrycznym, wykorzystywanym do wyznaczania zawartości składników próbki. W rozdziale 21 omawiamy metody woltamperometryczne, w tym woltamperometrię z liniowo lub cyklicznie zmiennym potencjałem, anodową woltamperometrię inwersyjną i polarografię.
• Część V poświęcona jest metodom spektroskopowym. W rozdziale 22 omówione są podstawowe wiadomości o charakterze światła i jego oddziaływaniu z materią. Przyrządy spektralne i ich elementy składowe omówione są w rozdziale 23. Różne zastosowania metod cząsteczkowej spektrometrii absorpcyjnej są szczegółowo przedstawione w rozdziale 24, podczas gdy rozdział 25 dotyczy cząsteczkowej spektroskopii fluorescencyjnej. Rozdział 28 poświęcony jest różnym metodom spektrometrii atomowej, włączając w to atomową spektrometrię emisyjną z zastosowaniem plazmy i płomienia, oraz atomową spektrometrię absorpcyjną z atomizacją elektrotermiczną lub w płomieniu. Tą część kończy rozdział 27 poświęcony spektrometrii ma, obejmujący informacje o źródłach jonizacji, o analizatorach mas oraz o detektorach jonów. W tym rozdziale uwzględniono zarówno spektrometrię mas atomową jak i cząsteczkową.

TOM 3

• Część VI składa się z pięciu rozdziałów poświęconych kinetycznym metodom analizy i metodom rozdzielania. W rozdziale 28 omawiamy kinetyczne metody analityczne. A w rozdziale 29 wprowadzamy analityczne techniki rozdzielcze, uwzględniaj wymianę jonową oraz różne techniki chromatograficzne. Rozdział 30 poświęcony jest chromatografii gazowej, podczas gdy wysokosprawna chromatografia cieczowa omówiona jest w rozdziale 31. Ostatni rozdział 32 tej części podręcznika poświęcony jest różnym metodom rozdzielania, w tym chromatografii w stanie nadkrytycznym, elektroforezie kapilarnej i frakcjonowaniu w polu siłowym.
• Część VII składa się z pięciu rozdziałów poświęconych praktycznym aspektom chemii analitycznej, a rozdziały te mają za zadanie uzupełnić treści tego podręcznika. W rozdziale 33 pokazujemy problemy próbek analitycznych w kontekście porównania z próbkami modelowymi. Metody przygotowania próbek zostały omówione w rozdziale 34, podczas gdy techniki roztwarzania i rozpuszczania próbek omówione są w rozdziale 35. Rozdział 36 zawiera informacje o odczynnikach chemicznych i o wyposażeniu laboratorium analitycznego, a przy tym jest wzbogacony wieloma zdjęciami ilustrującymi operacje analityczne. Tę część kończy rozdział 37, w którym podane są szczegółowo opisane procedury wielu doświadczeń laboratoryjnych, w których wykorzystuje się zasady i zastosowania omówione w poprzednich rozdziałach.

Ważne równania
Najważniejsze równania wydrukowane są na niebieskim tle, w celu podkreślenia ich znaczenia i ułatwienia ich zauważenia.

Poziom znajomości matematyki

W zasadzie podstawy analizy chemicznej wymagają jedynie znajomości algebry na poziomie szkolnym. W niektórych przypadkach wymagana jest znajomość rachunku różniczkowego i całkowego.

Przykłady z rozwiązaniami
Wiele przykładów z podanymi rozwiązaniami służy jako pomoc w zrozumieniu podstaw chemii analitycznej. W podręczniku zastosowano zasadę uwzględniania w obliczeniach chemicznych jednostek oraz wymiarowania wielkości, co pozwala na sprawdzenie poprawności obliczeń. Podane przykłady mogą służyć jako modelowe przy rozwiązywaniu zadań podanych na końcu każdego rozdziału. W wielu obliczeniach, jeśli to zasadne, stosuje się arkusze kalkulacyjne.

Arkusze kalkulacyjne

W podręczniku wykorzystano arkusze kalkulacyjne do rozwiązywania zadań, do analizy graficznej i do wielu innych zadań. Program Microsoft Excel został przyjęty jako standard w tych obliczeniach, niemniej podane instrukcje można też dostosować do innych programów. Zwracano uwagę na to, aby udokumentować zastosowania każdego arkusza kalkulacyjnego za pomocą odpowiednich

równań, z przykładowymi danymi wejściowymi.

Pytania i zadania

Na końcu większości rozdziałów zamieszczono liczne pytania i zadania. Odpowiedzi do około połowy z nich podane są na końcu książki. Wiele zadań najdogodniej jest rozwiązywać z zastosowaniem arkuszy kalkulacyjnych. Są one oznakowane ikoną arkusza umieszczoną na marginesie, obok zadania.

Wyzwania

W większości rozdziałów po pytaniach i zadaniach podano specjalne zadanie, stanowiące wyzwanie. Są to wyzwania o charakterze otwartym, zbliżone do problemów występujących w pracy badawczej. Są to często zadania wielostopniowe, w których kolejny etap zależy od poprzedniego, lub też wymagające poszukiwań w bibliotece, lub Internecie. Zdając sobie sprawę z tego, że wiele tych wyzwań ma charakter otwarty i może mieć wiele rozwiązań, w tych przypadkach nie podano odpowiedzi czy rozwiązania.

Komentarze

W całym tekście umieszczono wiele ramek i wyróżnionych Komentarzy. Zawierają one interesujące przykłady zastosowania chemii analitycznej we współczesnym świecie, wyprowadzenie równań, wyjaśnienia trudniejszych zagadnień podstawowych lub mają charakter historyczny.

Rysunki i fotografie

Kolorowe zdjęcia, rysunki, obrazki, korowe modele cząsteczek, jak również inne pomoce wizualne stanowią wielką pomoc w procesie nauczania. Z tego względu w całym podręczniku umieszczono wiele nowoczesnych materiałów wizualnych wspomagających proces nauczania. Kolorowe zdjęcia przygotowano specjalnie na potrzeby tego podręcznika przez znanego fotografa obiektów chemicznych, Charlesa Wintersa. Ich zadaniem jest ilustrować podstawowe koncepcje, aparaturę i procedury, których przedstawienie za pomocą rysunku było trudne.

Rozszerzone podpisy pod rysunkami

Tam, gdzie to było zasadne, wprowadzono rozszerzone opisy rysunków, aby wspomagały dogłębne zrozumienie treści danego rozdziału.

Chemia analityczna on-line

W większości rozdziałów umieszczono na końcu informacje o możliwościach korzystania z wiedzy na temat chemii analitycznej w sieci (on-line). Wskazane zadania i linki mogą zachęcać studentów do korzystania z zasobów internetowych.

Słownik

Pod koniec podręcznika zamieszczono słownik najważniejszych terminów, zwrotów, technik i operacji opisywanych w tekście. Celem słownika jest umożliwienie szybkiego wyszukania objaśnień, bez konieczności przeszukiwania całego tekstu.

Dodatki i załączniki

W Dodatkach podano uaktualniony spis literatury z zakresu chemii analitycznej, tablice stałych chemicznych, potencjałów elektrodowych i wykaz substancji stosowanych do przygotowywania wzorców; wskazówki dotyczące posługiwania się logarytmami i zapisem wykładniczym; uwagi o posługiwaniu się terminami normalność i równoważnik (tymi, które nie są używane w tekście) oraz wyprowadzenie równań propagacji błędów.