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Analytische Chemie

Die Analytische Chemie beschäftigt sich als Teilgebiet der Chemie mit der Identifizierung und der Mengenbestimmung von chemischen Substanzen (in diesem Zusammenhang als Analyten bezeichnet). Sie spielt in fast allen chemischen Teildisziplinen eine bedeutende Rolle und ist häufig Gegenstand aktueller öffentlicher Diskussionen wie zum Beispiel in der Umweltanalytik.

Inhaltsverzeichnis

Grundlegende Typen der Analytischen Chemie

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

Qualitative und quantitative Analytik gehen oft Hand in Hand: Für die quantitative Analyse muss man normalerweise wissen, welche Substanz man bestimmen will und eine qualitative Analyse setzt zumindest voraus, dass genügend Analyt in der Probe vorliegt, um überhaupt detektiert werden zu können. Insofern nimmt die Strukturbestimmung eine Sonderstellung ein. Mit dem Aufkommen moderner Kopplungsmethoden (s.u.) 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) oder der CSB (Chemischer Sauerstoffbedarf als Maß für die Gesamtmenge an oxidierbaren Substanzen).

In der Polymeranalytik (Polymere sind Stoffe mit großen Molekülen, die sich aus vielen kleinen aber ähnlichen Einheiten – den Monomeren - aufbauen) ist speziell die Molekulargewichtsverteilung von Interesse. Hintergrund ist, dass Polymere niemals aus Molekülen gleicher Größe bestehen, sondern immer eine gewisse Größenbandbreite vorliegt; mittlere Molekülgröße und Breite der Molekulargewichtsverteilung sind dabei für die Eigenschaften des Polymers extrem wichtig.

Schließlich gibt es noch die verschiedenen Verfahren der Oberflächenanalytik. Das besondere an diesen analytischen Methoden ist, dass sie besonders sensitiv und zugleich selektiv Oberflächen-Eigenschaften abbilden können. Beispiele für diese Methoden sind: Elektronen-Energieverlustspektroskopie (EELS), Röntgen-Photoelektronen-Spektroskopie (XPS), Auger-Elektronen-Spektroskopie (AES), Ultraviolet-Photoelektronen-Spektroskopie (UPS), Ionen-Streu-Spektroskopie (ISS=LEIS), Rutherford Backscattering Spectrometry (RBS)(Surface) Extended X-Ray absorption Fine Structure ((S)EXAFS=XANES), X-Ray Absorption near edge Structure (XANES=NEXAFS) oder Beugung niederenergetischer Elektronen (LEED).

Nass-chemische Analysemethoden

Die nass-chemische Analytik bedient sich bei der Identifikation und Quantifizierung ausschließlich chemischer Methoden; irgendwelche Instrumente, die physikalische Methoden zu Hilfe nehmen, werden nicht benutzt, was aber Geräte zur Automatisierung der Analysen nicht ausschließt. Beispiele für qualitative Methoden sind:

Aber auch quantitative Bestimmungen lassen sich rein chemisch durchführen:

Instrumentelle Analytik

Wichtiger als die rein chemischen Nachweise sind heutzutage die Methoden der instrumentellen chemischen Analytik, deren Anzahl 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 ein paar 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 Röntgen-Strukturanalyse eine herausragende Rolle bei der Aufklärung von Kristallstrukturen.

In letzter Zeit ist die online Kopplung unterschiedlicher Analysemethoden immer wichtiger geworden. Ein klassisches Beispiel ist die sog. GC-MS, bei der ein Massenspektrometer an den Ausgang eines Gaschromatographen angeschlossen wird. Der Chromatograph erledigt die Auftrennung eines oft komplexen Substanzgemischs und das Massenspektrometer, dem der Gasfluss des Chromatographen kontinuierlich zugeleitet wird, identifiziert und quantifiziert die einzelnen Probenkomponenten. Ähnliche Kombinationen sind Kopplungen von HPLC (High Performance Liquid Chromatography) und Massenspektrometrie oder von HPLC und NMR.

Abschließend sei noch gesagt, dass die Trennung von nass-chemischer und instrumenteller Analytik in der Realität nicht so stark ist wie bisher dargestellt: Häufig muss eine Probe nass-chemisch aufbereitet werden, um für eine instrumentelle Methode verwendbar zu sein. So müssen schwer verdampfbare Substanzen chemisch modifiziert werden, damit sie in einem Gaschromatographen analysiert werden können oder es müssen besonders komplexe Gemische erst mal mit chemischen Methoden aufgetrennt werden, bevor die instrumentelle Analytik zum Zuge kommen kann.

Anwendungen

Die Zahl der verschiedenen Analysemethoden wird noch übertroffen durch die Vielzahl an Anwendungen der Analytischen Chemie. Wiederum nur ein paar Beispiele:

Literatur