„Analytische Chemie“ – Versionsunterschied

Die '''Analytische Chemie''' beschäftigt sich als Teilgebiet der [[Chemie]] mit der Identifizierung[[qualitativ]]en und der[[quantitativ]]en MengenbestimmungAnalyse von chemischen und [[biochemisch]]en Substanzen (in diesem Zusammenhang als '''AnalytenAnalyte''' bezeichnet). Sie spielt in fast allen chemischen Teildisziplinen eine bedeutende Rolle und ist häufig Gegenstand aktueller öffentlicher Diskussionen wie zum Beispiel in der [[Umweltanalytik]].

* Die ''qualitative Analyse'' fragt nach dem ''Was'' im Sinne von „Was für ein„Welcher Stoff ist das?“ Liegt nicht nur eine [[chemische Verbindung]] vor, sondern ein [[Gemisch]] vor, lautet die Frage „Welche (bio)chemischen Substanzen sind in der [[Analysenprobe|Probe]] vorhanden?“. Grundaufgabe der qualitativen Analyse ist also die Identifikation von Stoffen (Durchführung einer [[Nachweisreaktion]], ggf. nach vorheriger Anreicherung, Entfernung störender Stoffe, oder nach Auftrennung).

* Die ''quantitative Analyse'' fragt dagegen nach dem ''Wie viel'', d.&nbsp;h. danach, welche Menge eines Stoffes (des [[Analyt]]en) in einem Gemisch (der Probe) vorhanden ist.<br />Was „wie viel“ genau bedeuten soll, ist übrigens gar nicht so trivial. Meist ist hier die [[Stoffmengenkonzentration]] gemeint, also zumdie BeispielAnzahl dieMoleküle Angabeeiner Substanz in der Probe. Dort, wo keine einzelnen Moleküle bestimmt werden sollen, wie vielz. B. bei der Bestimmung des gesamten Gehalts an Protein Millimoloder CoffeinFett prowird Litereine KaffeeMassenkonzentration vorliegenangegeben.

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

Schließlich gibt es noch die verschiedenen Verfahren der Oberflächenanalytik. DasDiese besonderemeist an dieseninstrumentellen analytischen Methoden ist, dass siesind besonders sensitiv und zugleich selektiv Oberflächen-Eigenschaften abbilden können. Beispiele für diese Methoden sind: die [[Elektronen-Energieverlustspektroskopie]] (EELS), [[Röntgenphotoelektronenspektroskopie|Röntgen-Photoelektronen-Spektroskopie]] (XPS), [[Auger-Elektronen-Spektroskopie]] (AES), [[Ultraviolett-Photoelektronen-Spektroskopie]] (UPS), [[Niederenergetische Ionenstreuspektroskopie]] (ISS=LEIS), [[Rutherford Backscattering Spectrometry]] (RBS), [[EXAFS|(Surface) Extended X-Ray absorption Fine Structure]] [(S)EXAFS], [[Röntgen-Nahkanten-Absorptions-Spektroskopie]] (XANES=NEXAFS), Röntgenkleinwinkelstreuung (SAXS) oder [[Low Energy Electron Diffraction|Beugung niederenergetischer Elektronen]] (LEED).

Die nass-chemische Analytik bedient sich bei der Identifikation und Quantifizierung ausschließlichüberwiegend chemischer Methoden; irgendwelcheunter Instrumente,zur dieHilfenahme physikalischeeinfacher Methodenphysikalischer zuPhänomene Hilfe nehmen(Gewicht, werdenfarbige nichtErscheinung). benutzt,Diese wasMethoden aberhaben, Gerätemit zurAusnahme Automatisierungsogenannter derVor-Ort-Tests, Analysenkeine (zumgroße BeispielBedeutung [[Continuous Flow Analysis]]) nicht ausschließtmehr. Beispiele für qualitative Methoden sind:

* ''[[Photometrie]]''<br />DerDie AnalytStärke der Färbung der reagiertLösung mit einemdem ReaktionspartnerAnalyten unterwird Bildungmit einesder farbigenFärbung Komplexesvon Lösungen bekannter Konzentration verglichen. DieBei StärkeAnalyten derohne eigene, charakteristische Färbung wirdkann anschließenddurch miteine derchemische FärbungReaktion voneine Lösungenfarbige bekannterVerbindung Konzentrationerzeugt verglichenwerden.

WichtigerDie alsAnzahl die rein chemischen Nachweise sind heutzutage dieder Methoden der instrumentellen chemischen Analytik, deren Anzahlist 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:

* ''Massenspektrometrie'' ([[Massenspektrometrie|MS]])<br /> Zunächst werden Moleküle im Hochvakuum oder bei Atmosphärendruck in der Gasphase ionisiert. Im Hochvakuum wird am häufigsten die [[Stoßionisation|Elektronenstoß-Ionisation]] (EI) eingesetzt. Die Analyt-Moleküle werden durch Elektronen mit einer Energie von 10 bis 15 eV ionisiert .<ref>Georg Schwedt, Torsten C. Schmidt und Oliver J. Schmitz, ''Analytische Chemie'', 2016, S. 320–321, ISBN 978-3-527-34082-8.</ref>. Häufig wird eine Spannung von 70 Volt an den Ionenquellen angelegt, um Massenspektren unterschiedlicher Geräte ähnlicher Quellengeometrie miteinander vergleichen zu können. Die bei Atmosphärendruck am häufigsten eingesetzten Methoden sind die [[Elektrospray|Elektrospray-Ionisation]] sowie die [[Atmospheric Pressure Chemical Ionization|Atmosphärendruck Chemische Ionisation]]. Es gibt weitere Ionisierungsmethoden: Atmosphärendruck FotoionisationPhotoionisation (APPI), [[Laserionisation_bei_AtmosphärendruckLaserionisation bei Atmosphärendruck|Atmosphärendruck Laserionisation]] (APLI) ,<ref>{{Literatur|Autor=R. Schiewek, M. Schellenträger, R. Mönnikes, M. Lorenz, R. Giese, K. J. Brockmann, S. Gäb, Th. Benter, O. J. Schmitz|Titel=Ultrasensitive Determination of Polycyclic Aromatic Compounds with Atmospheric-Pressure Laser Ionization as an Interface for GC/MS|Sammelwerk=Analytical Chemistry|Band=79|Nummer=11|Jahr=2007|Seiten=4135–4140|DOI=10.1021/ac0700631}}</ref> , [[Chemische Ionisation]] (CI), [[Direct_Analysis_in_Real_TimeDirect Analysis in Real Time|Direct Analysis at Real Time (DART)]], Desorption ElectroSpray Ionization (DESI), [[Fast Atom Bombardment]] (FAB), Felddesorption (FD), Feldionisation (FI), [[Matrix-unterstützte Laser-Desorption/Ionisation|Matrix Assisted Laser Desorption Ionisation]] (MALDI), [[Sekundärionen-Massenspektrometrie]] (SIMS); Thermische Ionisation (TIMS). Nach der Ionisierung erfolgt der Transport der Ionen über Beschleunigungselektroden (Einzel-Linsen) als Ionenstrom in den Analysator. Die Massen der intakten Molekülionen und der sog. Fragmentionen (Molekülionen können zerbrechen und dabei Fragmente bilden) werden bestimmt. Die massenselektive Auftrennung kann mit verschiedenen Analysatoren erfolgen: Sektorfeld-Massenspektrometer, [[Quadrupol-Massenspektrometer]], [[Flugzeit-Massenspektrometer]], [[Ionenfallen-Massenspektrometer]], [[Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma|ICP-Massenspektrometrie]] (ICP-MS).

* ''[[ChemosensorChemische Sensoren; Biosensoren|Chemische Sensoren und Biosensoren]]en''<br /> Hierbei werden Substanzen an einer ganz spezifisch entwickelten Sensorschicht absorbiert und über die Veränderung von physikalischen Größen, wie z.&nbsp;B. KapazitätStromfluss, Spannung, elektrischer Widerstand, Absorbanz oder Piezoelektrizität,Fluoreszenz erfasst. Die Sensorschicht muss gewährleisten, dass der Sensor möglichst spezifisch für den Analyten ist. Forschung auf dem Gebiet der Sensormaterialien ist ein wichtiges Teilgebiet der Materialwissenschaften. Weit verbreitet findet mansind [[Gassensor]]en. imDie EinsatzLambda-Sonde für Sauerstoff ist der weltweit am meisten produzierte chemische Sensor.

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. SoIn müssender Spurenanalytik schwerist verdampfbareoft Substanzeneine vorherige Aufkonzentration erforderlich. Viele Analyte müssen chemisch modifiziert werden ([[Derivatisierung]] oder Markierung), damit sie mittels Gaschromatographieinstrumentell analysiert werden können, oder es müssen besonders komplexe Gemische zunächst mit nass-chemischen Methoden aufgetrennt werden, bevor die instrumentelle Analytik zum Zuge kommen kann.

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 derfür die kontinuierlichen Analytik sind beispielsweise Infrarot-[[NDIR]]-Photometer, [[GassensorSensoren nach Messprinzip|chemische Sensoren]]en, Wärmeleitgeräte, Geräte die auf elektrochemische Methoden beruhen, wie z.&nbsp;B. [[Potentiometrie]] und [[Amperometrie]], optische Methoden wie Absorptiometrie und Fluoreszenz, Trennmethoden wie z. B. die [[Gaschromatographie|GaschromatographenChromatographie]] oder Elektrophorese, und – inzwischen seltener – [[Titration|Titrierautomaten]].<ref>E.{{Literatur |Autor=Eberhard Nicklaus: ''|Titel=Kontinuierliche Analytik im Dienste der Prozessführung,''Prozeßführung |Sammelwerk=[[Chemie in unserer Zeit,]] |Band=15. Jahrg.|Nummer=1 |Datum=1981, Nr|DOI=10. 1, S1002/ciuz.19810150106 |Seiten=27–34, {{ISSN|0009-2851}}</ref>

Unter [[Automatisierung|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.<ref>{{Literatur |Autor=Egon Fahr |Titel=Automatisierte Analytik |Sammelwerk=Chemie in unserer Zeit |Band=7 |Nummer=2 |Jahr=1973|Seiten=33–41 |DOI=10.1002/ciuz.19730070202 |ISSNSeiten=0009-285133–41}}</ref>

* Wächter, Michael: ''Tabellenbuch der Chemie. Daten zur Analytik, Laborpraxis und Theorie'', Wiley-VCH, Weinheim 2012, 1. Aufl., ISBN 978-3-527-32960-1 (Datensammlung zum Gebrauch bei der Arbeit in Chemie- und Analytiklabors)