Χημική Ανάλυση

Η χημική ανάλυση χρησιμοποιείται ως βασικό εργαλείο από ένα μεγάλο αριθμό επαγγελματικών χώρων και για μια πολύ ευρεία ποικιλία πεδίων στην καθημερινή μας ζωή. Οι επαγγελματικοί αυτοί χώροι στηρίζουν τη δραστηριότητά τους στα αποτελέσματα των χημικών αναλύσεων. Η χημική ανάλυση και κατ’ επέκταση ο ποιοτικός έλεγχος βρίσκει σημαντική εφαρμογή σε τομείς του περιβάλλοντος, της διατροφής, της βιοανάλυσης, της σύνθεσης υλικών κλπ. Με στόχο τον ποιοτικό έλεγχο, τις τοξικολογικές μελέτες ή την ερευνητική δραστηριότητα, πολλά εργαστήρια κυρίως διαπιστευμένα και εξοπλισμένα με κατάλληλη και ακριβή οργανολογία αναπτύσσουν ή/και εφαρμόζουν πρωτόκολλα προσαρμοσμένα στις απαιτήσεις της κάθε ειδικής εφαρμογής.

Λόγω της προβλεπόμενης νομοθεσίας αλλά και για την προώθηση της ερευνητικής δραστηριότητας, η χημική ανάλυση αποτελεί διεθνώς ένα σημαντικό κλάδο γύρω από τον οποίο διακινούνται τεράστια χρηματικά κεφάλαια στην ανάπτυξη και εφαρμογή τεχνικών και νέων υλικών και στην παροχή υπηρεσιών. Σ’ αυτό το πλαίσιο κινείται και η συγκεκριμένη πρόταση που προβλέπει τη μαζική σύνθεση νανοϋλικών με χαρακτηριστικές ιδιότητες που θα γίνουν πλήρως εκμεταλλεύσιμες στην χημική ανάλυση με εφαρμογές στο περιβάλλον, τα τρόφιμα και τη βιοανάλυση.

Προηγούμενες Πρακτικές

Βασικό στάδιο στην χημική ανάλυση είναι η προετοιμασία-προεργασία του δείγματος, η οποία ουσιαστικά απαιτεί την απομόνωση των προς ανάλυση συστατικών από την υπόλοιπη μήτρα του δείγματος και στη συνέχεια την αξιόπιστη μέτρηση με τις κατάλληλες οργανολογίες.

Για τα υγρά-υδατικά δείγματα, οι πιο συνηθισμένες τεχνικές προετοιμασίας δείγματος είναι η εκχύλιση στερεής φάσης (solid phase extraction), η μικροεκχύλιση στερεής φάσης (solid phase microextraction), η εκχύλιση προσρόφησης σε μαγνητική ράβδο (stir bar sorptive extraction) και η εκχύλιση υγρού-υγρού. Από αυτές, η πρώτη είναι η πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη λόγω της μεγάλης ποικιλίας των εμπορικά διαθέσιμων υλικών προσρόφησης που καλύπτουν μεγάλη γκάμα οργανικών ενώσεων με ευρεία περιοχή φυσικοχημικών ιδιοτήτων. Το υλικό δεν επαναχρησιμοποιείται, ενώ η παρουσία αιωρούμενων σωματιδίων προκαλεί στόμωμα της φύσιγγας στην οποία βρίσκεται το υλικό, το κόστος του οποίου είναι αρκετά υψηλό για πολλά από τα υλικά τα οποία είναι εμπορικά διαθέσιμα. Η μικροεκχύλιση στερεής φάσης, παρά το γεγονός ότι δεν προσφέρεται σε μεγάλη ποικιλία υλικών, έχει κατακτήσει ένα μεγάλο μερίδιο της αγοράς, λόγω της ευκολίας χρήσης και της καλής λειτουργίας. Υστερεί από πλευράς κόστους (αρκετά υψηλό παρά το γεγονός της επαναχρησιμοποίησης των ινών), γιατί οι ίνες είναι εύθραυστες. Σε ότι αφορά την εκχύλιση προσρόφησης σε μαγνητική ράβδο, τα τελευταία χρόνια έχει δείξει ότι είναι μια υποσχόμενη τεχνική, δεν έχει κερδίσει όμως μερίδιο στην αγορά λόγω εγγενών προβλημάτων στη χρήση της. Η μόνη εμπορικά διαθέσιμη φάση – υλικό εκχύλισης είναι το πολυδιμεθυλοσιλοξάνιο, μια απολική φάση που είναι κατάλληλη για την εκχύλιση απολικών έως μετρίως πολικών ενώσεων. Τέλος, η εκχύλιση υγρού-υγρού απαιτεί τη χρήση μεγάλων ποσοτήτων διαλυτών γεγονός που αυξάνει σημαντικά το κόστος, ενώ δεν είναι και περιβαλλοντικά φιλικό.

Οι ίδιες τεχνικές μπορούν να εφαρμοστούν για τον προσδιορισμό ιχνοποσοτήτων και σε δείγματα τροφίμων, υπό προϋποθέσεις, με προβλήματα παρόμοια ή ακόμη σοβαρότερα λόγω της πολυπλοκότητας της μήτρας και της έλλειψης του ρευστού χαρακτήρα. Μια από τις τεχνικές που αφορά τη χρήση υλικών εκχύλισης στερεής φάσης είναι η διασπορά στερεής φάσης στη μήτρα (matrix solid phase dispersion) κατά την οποία το δείγμα (στερεό) ομογενοποιείται με το υλικό εκχύλισης και στη συνέχεια το μίγμα φέρεται σε φύσιγγα όπου πραγματοποιείται εκχύλιση και καθαρισμός του δείγματος. Η διαδικασία είναι χρονοβόρα, απαιτεί μεγάλες σχετικά ποσότητες προσροφητικού υλικού και λόγω της συμπληρωματικής εκχύλισης που απαιτείται η επαναληψιμότητα δεν είναι πάντα ικανοποιητική. Εναλλακτικά, για τα στερεά δείγματα χρησιμοποιείται η κλασική εκχύλιση με οργανικούς διαλύτες, ακολουθούμενη από τον καθαρισμό (clean up) του εκχυλίσματος με οργανικούς διαλύτες διαφορετικής πολικότητας σε προσροφητικά υλικά με χρωματογραφία στήλης.

Είναι φανερό ότι οποιαδήποτε νέα τεχνική, που συνεισφέρει στην ανάλυση δειγμάτων προσφέροντας ευκολία στη χρήση, ικανοποιητική απόδοση και χαμηλό κόστος θα είχε μερίδιο στην αγορά της χημικής ανάλυσης για τα εργαστήρια ποιοτικού ελέγχου καθώς και για ερευνητικούς φορείς, που επιθυμούν γρήγορες και αξιόπιστες αναλύσεις. Ένα ευρύ πεδίο ενώσεων όπως τα φυτοφάρμακα, τα στεροειδή, τα φαρμακευτικά, τα πολυχλωριωμένα διφαινύλια, οι φαινολικοί ενδοκρινικοί διαταράκτες, οι τοξίνες, οι ξενοβιοτικές ενώσεις σε βιολογικά συστήματα κλπ αποτελούν κάποιες από τις επιμέρους κατηγορίες ενώσεων στην ανάλυση των οποίων βρίσκουν εφαρμογή οι τεχνικές εκχύλισης και μικροεκχύλισης.

Νανοϋλικά στη Χημική Ανάλυση

Η μείωση του μεγέθους των μαγνητικών υλικών σε νανο-κλίμακα έχει ανοίξει τις τελευταίες δεκαετίες νέες προοπτικές στην επιστήμη των υλικών. Τα νανοϋλικά διαθέτουν μοναδικές ιδιότητες οι οποίες τοποθετούνται μεταξύ των μοριακών υλικών και των υλικών της μικρο-κλίμακας και μεγαλύτερα. Οι ιδιότητες αυτές χρησιμοποιούνται σήμερα σε ευρεία πεδία τεχνολογικών εφαρμογών.

Τα μαγνητικά νανοϋλικά συνδυάζουν με μοναδικό τρόπο, την υπερμαγνητική συμπεριφορά με διαστάσεις οι οποίες πλησιάζουν τους αναλύτες σε μοριακό επίπεδο.

Ο συνδυασμός των μαγνητικών νανοσωματιδίων με τις αναλυτικές τεχνικές και αναλυτικές μεθόδους έχει ανοίξει νέες προοπτικές στους κλάδους των αισθητήρων, τον καθαρισμό αποβλήτων και υδάτινων συστημάτων καθώς και στην ποσοτική αναλυτική χημεία. Μαγνητικά πεδία χαμηλής έντασης μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον έλεγχο της κίνησης και των ιδιοτήτων των μαγνητικών σωματιδίων. Στην αναλυτική χημεία η χρήση των μαγνητικών πεδίων σε συνδυασμό με τα μαγνητικά νανοϋλικά παρέχει σημαντικά εργαλεία για το χειρισμό και την χημική ανάλυση χημικών σωματιδίων. Ένας αριθμός μαγνητικών νανοϋλικών είναι διαθέσιμος σήμερα, σε διαφορετικές μορφές, όπως ξηρή σκόνη, τροποποιημένη σκόνη ή σταθερά υδατικά και οργανικά εναιωρήματα: Μαγκεμίτης (γ-Fe2Ο3), μαγνητίτης (Fe3Ο4), Κοβαλτιοφερρίτης (CoFe2O4), Μαγγανιοψευδαργυροφερρίτης (MnZnFe2O4).

Τροποποιημένα μαγνητικά νανοϋλικά αποτελούν υψηλής τεχνολογίας υλικά που με κατάλληλες ενεργές χημικές ομάδες και βελτιωμένες φυσικές ιδιότητες είναι δυνατόν να παρασκευαστούν με σχετικά εύχρηστους και οικονομικούς τρόπους παρέχοντας κατάλληλες χημικές ιδιότητες. Στο πλαίσιο αυτό, τα μαγνητικά νανοϋλικά μπορούν να καλυφθούν επιφανειακά, με οργανική ή ανόργανη στιβάδα μεγέθους μερικών νανόμετρων ώστε να προκύψουν νανοσωματίδια τύπου πυρήνα-κελύφους (core-shell).

Η σημερινή πρακτική στη χημική ανάλυση δεν χρησιμοποιεί νανοϋλικά πολύ δε περισσότερο μαγνητικά νανοϋλικάΗ χρήση των υλικών αυτών στον αναλυτικό και ερευνητικό τομέα θα ανοίξει νέους δρόμους στην επιστήμη της χημείας και στην ανάλυση. Σε σχέση με τη σημερινή κατάσταση, θα βοηθήσει στη μείωση του κόστους ανάλυσης, μειώνοντας το χρόνο και τα αναλώσιμα, που απαιτούνται κατά την προετοιμασία των δειγμάτων. Θα δώσει τη δυνατότητα για μείωση των ορίων ανίχνευσης και ποσοτικού προσδιορισμού σε ουσίες που θεωρούνται επικίνδυνες για τον άνθρωπο και το περιβάλλον. Θα βοηθήσει στη γενικότερη οικονομική ανάπτυξη σε όλους τους τομείς της βιομηχανίας, της υγείας και της έρευνας. Αξιολογώντας πολύ πιο γρήγορα τα αποτελέσματα των αναλύσεων, η βιομηχανία θα μπορεί να αντιμετωπίσει γρηγορότερα, προβλήματα που παρουσιάζονται στη παραγωγή, παίρνοντας άμεσες διορθωτικές ενέργειες στην παραγωγή των προϊόντων της. Θα αποφύγει έτσι σπατάλη πρώτων υλών και τελικών προϊόντων λόγω ελαττωματικής παραγωγής. Θα αποφύγει προβλήματα με το νόμο και τους καταναλωτές λόγω παρουσίας προβληματικών προϊόντων στην αγορά. Η επιστημονική κοινότητα θα έχει ένα εργαλείο στα χέρια της, για να κινηθεί πιο γρήγορα σε νέα επιστημονικά επιτεύγματα και ειδικότερα τα αναλυτικά εργαστήρια θα έχουν χρήσιμα υλικά στα χέρια τους για να βοηθήσουν στη υλοποίηση των πιο πάνω