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Analytische Chemie

Die Analytische Chemie beschäftigt sich als Teilgebiet der Chemie mit der qualitativen und quantitativen Analyse von chemischen und biochemischen Substanzen (in diesem Zusammenhang als Analyte bezeichnet). Sie spielt in fast allen chemischen Teildisziplinen eine bedeutende Rolle, zum Beispiel in der Lebensmittel- und Umweltanalytik, in der forensischen Analytik (z. B. bei der gerichtsfesten Bestimmung von Alkohol, Drogen oder Giften in Blut und Urin), bei Schwangerschaftstests (durch Nachweise eines Steroidhormons in Urin), der Bestimmung von Glucose im Blut, im großen Feld der klinisch-chemischen Analytik (z. B. von Stoffwechselparameters oder Tumormarkern), in der Qualitätskontrolle industrieller Produkte wie z. B. von Metallen und Legierungen, von Pharmazeutika und chemischen Produkten, in Schadstoffanalysen direkt an Arbeitsplätzen (z. B. Lösungsmittel, Acrylester oder Chlor), von Sauerstoff (mit Hilfe der Lambda-Sonde), Schwefeldioxid oder Stickoxiden in Autoabgasen, oder in der Analyse von Oberflächen- und Meeresgewässern.

Methoden der Analytischen Chemie

Die wohl wichtigste Unterscheidung ist die zwischen qualitativer Analyse, quantitativer Analyse und Strukturanalytik:

Qualitative und quantitative Analytik werden oft aufeinander aufbauend durchgeführt. Voraussetzung für eine qualitative Analyse ist eine genügend große Menge Analyt in der Probe, abhängig von der Nachweisgrenze der verwendeten Methode. Eine Sonderstellung nimmt die Strukturbestimmung ein. Mit dem Aufkommen moderner Kopplungsmethoden werden aber Struktur-bestimmende Analyseverfahren auch in der qualitativen und quantitativen Analytik immer wichtiger.

Neben der Bestimmung einzelner Stoffe eines Gemischs werden oftmals Summenparameter bestimmt – insbesondere wenn es um schnelle Grundaussagen über eine Probe geht. Beispiele sind der TOC (Total Organic Carbon, ein Maß für den Gesamtgehalt organischer Verbindungen), der CSB (Chemischer Sauerstoffbedarf als Maß für die Gesamtmenge an oxidierbaren Substanzen), der TEAC-Assay (antioxidative Kapazität einer Probe), der Gesamtgehalt an Eiweiß, Ballaststoffen oder Zucker in Nahrungsmitteln, oder der Gesamtgehalt von aromatischen Kohlenwasserstoffen in Treibstoffen.

In der Polymeranalytik ist speziell die Molekulargewichtsverteilung der Polymere von Interesse, da Polymere niemals aus Molekülen gleicher Molekülmasse bestehen, sondern um einen statistischen Mittelwert verteilt sind; diese mittlere Molekülgröße beziehungsweise die Molekulargewichtsverteilung sind hier spezifische Eigenschaften des Polymers.

Schließlich gibt es noch die verschiedenen Verfahren der Oberflächenanalytik. Diese meist instrumentellen analytischen Methoden sind besonders sensitiv und zugleich selektiv.

Nass-chemische Analysemethoden

Die nass-chemische Analytik bedient sich bei der Identifikation und Quantifizierung überwiegend chemischer Methoden unter zur Hilfenahme einfacher physikalischer Phänomene (Gewicht, farbige Erscheinung). Diese Methoden haben, mit Ausnahme sogenannter Vor-Ort-Tests, keine große Bedeutung mehr. Beispiele für qualitative Methoden sind:

Aber auch quantitative Bestimmungen lassen sich rein chemisch durchführen:

Instrumentelle Analytik

Die Anzahl der Methoden der instrumentellen chemischen Analytik ist fast schon unüberschaubar geworden ist. Die Verfahren beruhen im Wesentlichen auf physikalischen Messprinzipien. Viele dieser Methoden sind sowohl für qualitative als auch quantitative Bestimmungen verwendbar. Auch hier nur einige Beispiele:

Spektroskopische Methoden haben über ihre Anwendung in der klassischen Analytik hinaus erhebliche Bedeutung für die Strukturaufklärung chemischer Verbindungen. Insbesondere die Kombination mehrerer spektroskopischer Methoden ist vor allem in der Organischen Chemie ein sehr effektives Werkzeug. Daneben spielt die Röntgenstrukturanalyse eine bedeutende Rolle bei der Aufklärung von Kristallstrukturen.

In der Praxis finden sich sehr oft Überschneidungen von nass-chemischer und instrumenteller Analytik: Häufig wird eine Probe zunächst nass-chemisch aufbereitet, um für eine instrumentelle Methode verwendbar zu sein. In der Spurenanalytik ist oft eine vorherige Aufkonzentration erforderlich. Viele Analyte müssen chemisch modifiziert werden (Derivatisierung oder Markierung), damit sie instrumentell analysiert werden können.

Anwendungen

Die vielen verschiedenen Analysemethoden erlauben eine Vielzahl von Anwendungen, beispielsweise:

Zur Überwachung von Produktionsverfahren unterscheidet man zwischen diskontinuierlicher und kontinuierlicher Analytik. Bei diskontinuierlichen Verfahren werden Proben entnommen und im Labor untersucht. Bei kontinuierlichen Verfahren wird die Probe dem Produktionsstrom entnommen und direkt einem Analysengerät zugeführt. Der ermittelte Messwert dient dabei zur Regelung, Überwachung oder zur Qualitätssicherung. Analysengeräte für die kontinuierlichen Analytik sind beispielsweise Infrarot-NDIR-Photometer, chemische Sensoren, elektrochemische Methoden z.B. Potentiometrie und Amperometrie, optische Methoden wie Absorptiometrie und Fluoreszenz, Trennmethoden wie z. B. die Chromatographie oder Elektrophorese, und – inzwischen seltener – Titrierautomaten.

Unter automatisierter Analytik versteht man die Kopplung von instrumenteller Analytik und Datenverarbeitung, wobei nach möglichst automatisierter Probenentnahme bzw. -eingabe und Ausführung der analytischen Bestimmung die zunächst analoge Messwerterfassung und Messwertverarbeitung nach Digitalisierung mit Hilfe der EDV erfolgen. Hierbei kommen für viele Methoden der instrumentellen Analytik insbesondere bei Routinebestimmungen Vollautomaten oder Teilautomaten zum Einsatz.

Literatur

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Basierend auf einem Artikel in: Wikipedia.de
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Datum der letzten Änderung: Jena, den: 06.04. 2024