MICROCHIMICA, ANALISI

MICROCHIMICA, ANALISI

(XXIII, p. 213; v. anche chimica: Chimica analitica, App. II, I, p. 577)

Premessa. - Una classificazione generalmente accettata dei metodi chimici sulla base della massa (m) dei campioni di analisi è la seguente: macrochimica (m>100 mg); semimicrochimica (100 mg>m>10 mg); microchimica (10 mg> m> 0,1 mg); ultramicrochimica (m〈0,1 mg).

La classificazione è soprattutto usata per i metodi analitici di dosaggio. In effetti, quando il carattere micro si trasferisce alle sintesi e alle preparazioni, la microchimica è generalmente estesa fino a valori di 50 mg e la semimicrochimica ai valori di circa 2÷3 g.

Poiché le quantità di sostanza impiegate nell'a.m., ancorché, come visto, molto piccole, non raggiungono le dimensioni molecolari, il comportamento chimico è sostanzialmente lo stesso che nell'analisi macro. Il problema diviene pertanto quello di trovare reazioni idonee, di mettere a punto tecniche di trattamento di quantità assai piccole di campioni (solidi, liquidi o gassosi) e di creare le condizioni sperimentali adatte all'osservazione dei fenomeni che derivano dalle reazioni. Più che di a.m., anche se questo è il termine solitamente accettato, bisognerebbe parlare di ''microtecniche di operazioni chimiche''.

Analisi microchimica qualitativa. - L'a.m. qualitativa si basa su misure di omogeneità di proprietà ottiche o cristallografiche generalmente eseguite con un microscopio petrografico. Questo tipo di osservazione precede la cosiddetta ''analisi umida'' (cioè in soluzione del campione). Opportune manipolazioni consentono, durante l'osservazione microscopica, d'isolare singole particelle del campione in esame per un'individuazione specifica. Altre due tecniche assai comuni nell'analisi qualitativa sono quelle basate su reazioni cromatiche e su precipitazioni diagnostiche. Molte sostanze organiche si comportano spesso da ottimi microreagenti chimici grazie al colore, all'elevato peso molecolare, al volume molecolare dei composti da esse prodotti al fine d'identificazione. Tali reazioni però sono spesso aspecifiche e, quindi, capaci d'individuare classi di sostanze più che singoli composti. In qualche caso, dove c'è selettività della reazione, si può individuare uno ione o una specie all'interno di una miscela. In qualche altro caso, ed è l'ideale, il reattivo è aspecifico, ma le colorazioni prodotte sono selettive: l'analisi cromatografica su carta ha ricevuto a suo tempo un grande impulso da tale opportunità. In questi casi si può far prima avvenire la separazione per differente adsorbimento e poi sviluppare il colore individuando tante macchie colorate, in corrispondenza di ognuna delle quali viene determinato un componente della miscela da analizzare. In alcuni casi la separazione non è necessaria in quanto il colore sviluppato dal reattivo compare per ogni ione a un diverso valore di pH. Il limite di rivelabilità è espresso dalla minima concentrazione o dalla minima quantità rilevabile. La sensibilità di una reazione microchimica è influenzata dalla natura del prodotto di ''reazione'', dalla sua visibilità, dal suo prodotto di solubilità e, spesso, dalla quantità e colore del reattivo usato. Numerose altre condizioni devono essere attentamente controllate nella reazione microchimica che è generalmente realizzata su singole gocce di soluzioni: tempi di reazione, metodo di osservazione, presenza di elettroliti, pH, proprietà colloidali, procedimenti.

L'a.m. strumentale basata su misure di proprietà chimico-fisiche si è sviluppata moltissimo in questi ultimi anni. Le prime tecniche impiegate, d'interesse ormai soltanto storico, erano basate su misure al microscopio del punto di fusione della sostanza da sola o in miscela eutettica con un composto noto appositamente aggiunto. Successivamente sono state utilizzate tecniche rifrattometriche (assai utili in quanto l'indice di rifrazione può essere misurato anche su un piccolo frammento di campione) e tecniche spettrofotometriche nelle varie regioni dello spettro (realizzate montando un oculare microspettroscopico sul microscopio e lavorando su campioni in soluzione). Le tecniche moderne di a.m. più comuni si basano sulla fluorescenza, sulla spettrografia di emissione e sull'assorbimento atomico, tutte capaci anche di fornire dati quantitativi.

Analisi microchimica quantitativa. - L'a.m. quantitativa è nata impiegando vetreria tarata analoga a quella dell'analisi macro e studiandone le condizioni di applicazione al caso di campioni di dimensioni molto più ridotte. Successivamente è stato possibile produrre crogiuoli e burette capaci di contenere, far pesare e rilasciare masse o volumi dell'ordine di quelli tipici dell'analisi micro.

Analisi microchimiche speciali. - Le prime microanalisi biologiche si sono basate su misure respirometriche applicate a studi di fermentazione, d'idrogenazione, di ossidazione, di bioconversione. Queste misure di ossigeno consumato hanno stimolato la messa a punto di una serie di accorgimenti, che sono stati poi trasferiti con successo alla microanalisi gassosa, alla microanalisi enzimatica, alla microanalisi di substrati ossidabili.

Un tipo assai particolare di a.m. fa riferimento alla superficie analizzata (per es. un'area circolare del diametro di un millesimo di mm). Alcune tecniche di fluorescenza di raggi X consentono di realizzare sonde capaci di analizzare sulla superficie del campione numerose zone di area assai limitata. A tal fine il campione viene posto in un microscopio elettronico modificato dove viene fatto il vuoto; un sottile fascio di elettroni viene inviato su un punto del campione e i raggi X generati per fluorescenza vengono analizzati, consentendo la microanalisi su diversi punti della superficie del campione, individuandone disomogeneità microscopiche superficiali.

Considerazioni conclusive. - Il successo dell'a.m. è correlato da un lato alla possibilità di risparmiare reattivi e di avere risultati in tempi rapidi, dall'altro all'opportunità che essa offre di lavorare su campioni di dimensioni ridotte e quindi di applicare metodi analitici a casi per i quali le dimensioni del campione sono limitate dalla sua stessa natura (opere d'arte, documenti antichi, liquidi biologici, reperti forensi). I buoni risultati conseguiti hanno finito per consigliarne l'estensione anche al caso di matrici per le quali i campioni non risultino limitati da problemi di disponibilità né di valore.

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