Odhaľovanie tajomstiev

Foto Pixabay

Chémia patrí k základným vedným disciplínam, ktoré pomáhajú poznávať živý aj neživý svet okolo nás. O jednom z najdôležitejších odvetví – o analytickej chémii, jej vzniku a využití jednotlivých metód – sme sa rozprávali s RNDr. Andreou Lančaričovou, PhD., z Výskumného ústavu rastlinnej výroby v Piešťanoch.

Čomu sa venuje analytická chémia a prečo je pre nás dôležitá?

Analytická chémia je odvetvie chémie, ktoré študuje a používa prístroje i metódy na rozbor látok vo vzorkách. Jednoducho povedané, pomocou metód analytickej chémie vieme dokázať prítomnosť látky vo vzorke a stanoviť jej množstvo. Za vzorku považujeme prírodné aj umelé materiály a ich zmesi. Najčastejšie sa používajú tri postupy, ktoré na seba nadväzujú, a to separácia, kvalitatívna analýza a kvantifikácia. Separácia oddelí stanovovanú látku od zmesi, kvalitatívna analýza ju odhalí a kvantitatívna analýza určuje jej množstvo.

RNDr. Andrea Lančaričová, PhD., pracuje ako vedecká pracovníčka v Národnom poľnohospodárskom a potravinárskom centre – Výskumnom ústave rastlinnej výroby v Piešťanoch. Vyštudovala aplikovanú analytickú a bioanalytickú chémiu na Fakulte prírodných vied Univerzity sv. Cyrila a Metoda v Trnave. Jej výskumná činnosť je zameraná na analýzu nutričných zložiek rastlinného materiálu a na hodnotenie kvality rastlinných semien. Je autorkou a spoluautorkou niekoľkých vedeckých príspevkov na túto tému.

Kde všade sa využíva?

Foto Pixabay

V 20. storočí sa zaznamenal prudký rozvoj analytickej chémie, objavili sa nové postupy a technológie. V súčasnosti má široké využitie v medicíne, vede a technike, predovšetkým v biotechnológii, vo farmácii, toxikológii, analýze vzoriek potravín, životného prostredia či biologického materiálu. Analytická chémia sa tiež zameriava aj na vylepšenie experimentálneho dizajnu, chemometrie a tvorbu nových nástrojov na meranie. Akademici a vedci neustále vyvíjajú nové metódy a analýzy, ktoré potom aplikujú v praxi. Taktiež portfólio prístrojov a metód analytickej chémie neustále rastie. Prístroje sa inovujú a sú skombinované navzájom. Priraďujú sa k nim doplnky a časti, ktoré skracujú čas analýzy, majú vyššiu citlivosť a dokážu odhaliť širšiu škálu látok, napríklad také, ktoré sú v nízkej až stopovej koncentrácii.

Plynový chromatograf s hmotnostným spektrometrom Agilent 7890B-5977A MSD
(Agilent Technologies Inc.)

Kam až siahajú počiatky analytickej chémie a k akým dôležitým objavom či zisteniam prispela?

Počiatky siahajú do roku 1905, v ktorom Michail Cvett uskutočnil rozdelenie extraktu chlorofylu v kolóne naplnenej uhličitanom vápenatým. Týmto pokusom dosiahol prvú separáciu zmesi látok na jednotlivé zložky. Tento rok sa považuje za dátum vzniku separačných metód. Prvú Nobelovu cenu za chémiu získal Jacobus Henricus van ‘t Hoff v roku 1901. Za úspechy súvisiace s analytickou chémiou bolo toto ocenenie udelené približne desať ráz. Ocenení nobelisti, analytickí chemici Archer John Porter Martin a Richard Laurence Millington Synge, významne prispeli k objavu v oblasti chromatografie. Cenu dostali v roku 1952 za výnimočnú prácu, ktorá položila väčšinu základov pre naše teoretické a experimentálne chápanie separačnej vedy a analýzy všeobecne. Nobelovu cenu získali za rozdelenie veľmi zložitých biozlúčenín. V roku 1922 získal túto cenu Francis William Aston za vytváranie izotopovej sústavy pomocou nového prístroja nazývaného hmotnostný spektrograf. Pomerne čerstvým držiteľom Nobelovej ceny je John B. Fenn, ktorý ju získal v roku 2002 za využitie elektrosprejovej ionizácie v kombinácii s hmotnostným spektrometrom. Táto kombinácia umožnila analyzovať makrobiomolekuly. Podobne Kurt Wüthrich bol v tom istom roku ocenený za prínos pri objasňovaní biomakromolekulárnych štruktúr pomocou NMR spektroskopie.

Aké metódy a prístroje sa najčastejšie používajú pri analýzach?

Analytická chémia zahŕňa laboratórne metódy s názvom chromatografia a spektrometria. Medzi najbežnejšie a zároveň najčastejšie používané prístroje v praxi patria plynový a kvapalinový chromatograf a hmotnostný a atómový spektrometer.

Ako funguje plynový chromatograf?

Komponenty plynového chromatografu: zľava kolóna, injektor a sklený inletový liner

Plynový chromatograf ako prístroj sa skladá zo zdroja nosného plynu, čistiaceho zariadenia plynu (pretože plyn musí byť najvyššej čistoty), regulátora toku, termostatu, injektora, kolóny, detektora a vyhodnocovacieho zariadenia, čo je počítač s príslušným softvérovým vybavením. Princíp plynovej chromatografie spočíva v rozdelení látok prítomných vo vzorke, ktoré sú transportované cez dlhý stĺpec – tzv. inlet – pomocou nosného plynu na kolónu, kde dochádza k rozdeleniu látok. Priebeh merania je takýto: Injektor danú vzorku, resp. zmes látok nadávkuje do prístroja. Vstreknutím do stĺpca vyhriateho na vysokú teplotu sa zmení skupenstvo zmesi z kvapalnej na plynnú. Plynná zmes obsahujúca látky, ktoré chceme analyzovať, je nosným plynom unášaná na kolónu. Tam dochádza k rozdeleniu látok na základe afinity k stacionárnej fáze. Tieto látky potom zachytáva detektor v podobe signálu. Vždy je potrebné vyvinúť presnú metódu na konkrétnu analýzu látok, napríklad na analýzu mastných kyselín v oleji to znamená zvoliť vhodný typ kolóny, typ nosného plynu a detektora a teplotný program kolóny. Počítač zaregistruje v danom retenčnom čase látku a zobrazí ju v podobe signálu, ktorý má tvar tzv. píku. Na identifikáciu daných látok sú potrebné tzv. štandardy čistých látok alebo zmesí, aby sa mohol daný pík s istotou priradiť konkrétnej zlúčenine. Z rovnice kalibračnej krivky na základe známej plochy píku sa vypočíta presné množstvo látky vo vzorke.

Pokračovanie článku si môžete prečítať v časopise Quark 3/2021. Ak chcete mať prístup k exkluzívnemu obsahu pre predplatiteľov, prihláste sa. Ak ešte nie ste naším predplatiteľom, objednajte si predplatné podľa vášho výberu tu.

Za rozhovor ďakuje redakcia Quarku
Foto A. Lančaričová

Komentáre