„Analytische Chemie“ – Versionsunterschied
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Die '''Analytische Chemie''' beschäftigt sich als Teilgebiet der [[Chemie]] mit der [[qualitativ]]en und [[quantitativ]]en Analyse von chemischen und [[biochemisch]]en Substanzen (in diesem Zusammenhang als '''Analyte''' bezeichnet).
Sie spielt in fast allen chemischen Teildisziplinen eine bedeutende Rolle, z. B. bei:
* der Lebensmittel- und [[Umweltanalytik]]
* der [[forensisch]]en Analytik (z. B. bei der gerichtsfesten Bestimmung von [[Ethanol|Alkohol]], [[Drogen]] oder [[Gift]]en in [[Blut]] und [[Urin]])
* [[Schwangerschaftstest]]s (durch [[Nachweisreaktion|Nachweise]] eines [[Steroidhormon]]s in Urin)
* der Bestimmung von [[Glucose]] im Blut
* dem großen Feld der [[Klinische Chemie|klinisch-chemischen]] Analytik (z. B. von [[Stoffwechsel]]<nowiki></nowiki>parametern oder [[Tumormarker]]n)
* der [[Qualitätskontrolle]] von Industrieprodukten, z. B. von [[Metall]]en, [[Legierung]]en, [[Arzneimittel|Pharmazeutika]] und chemischen Produkten
* [[Schadstoff]]<nowiki></nowiki>analysen
** direkt an [[Arbeitsplatz|Arbeitsplätzen]] (z. B. von [[Lösungsmittel]]n, Acrylester, [[Chlor]])
** von [[Sauerstoff]] (mit Hilfe der [[Lambda-Sonde]]), [[Schwefeldioxid]] oder [[Stickoxid]]en in Auto[[abgas]]en
* der Analyse von Meeres- und [[Oberflächengewässer]]n.
== Methoden ==
Die wohl wichtigste Unterscheidung ist die zwischen [[Qualitative Analyse|qualitativer Analyse]], [[Quantitative Analyse|quantitativer Analyse]] und [[Strukturanalytik]]:
* Die ''qualitative Analyse'' fragt nach dem ''Was'' im Sinne von „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, ggf. nach vorheriger Anreicherung, Entfernung störender Stoffe, oder nach Auftrennung
* Die ''quantitative Analyse'' fragt dagegen nach dem ''Wie viel'', d. 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 die Anzahl Moleküle einer Substanz in der Probe. Dort, wo keine einzelnen Moleküle bestimmt werden sollen, wie z. B. bei der Bestimmung des gesamten Gehalts an Protein oder Fett wird eine Massenkonzentration angegeben.
* Die ''Strukturanalyse'' fragt nach dem molekularen Aufbau einer Substanz (der [[Chemische Struktur|chemischen Strukturformel]] oder der [[Kristallstruktur]])
Für die Analyse sollte die zu bestimmende Substanz idealerweise bekannt sein, sonst wird möglicherweise gar nicht nach ihr gesucht. Beispielsweise wurde [[Melamin]]
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 (s. u.) werden aber
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), 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.
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== 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:
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* ''[[Spektroskopie]]''<br />Hier wird die Wellenlängen-abhängige Absorption oder Emission von elektromagnetischer Strahlung benutzt, die für den jeweiligen Analyten charakteristisch ist. Elektromagnetische Strahlung kann dabei sichtbares oder UV-Licht sein ([[UV/VIS-Spektroskopie]]), infrarotes Licht ([[IR-Spektroskopie]], [[Raman-Spektroskopie]]), Röntgenstrahlung (Röntgenphotoelektronenspektroskopie ([[Photoelektronenspektroskopie|XPS]]), Röntgen-Fluoreszenz Analyse ([[Röntgenfluoreszenzanalyse|RFA]])) oder Gamma-Strahlung ([[Mößbauer-Effekt]]). Zur quantitativen Elementanalytik kommen hauptsächlich zum Einsatz [[Atomabsorptionsspektroskopie]], [[Atomemissionsspektroskopie]] und induktiv gekoppelte Plasmen gekoppelt mit Optischer Emissionsspektroskopie ([[ICP-OES]]) oder gekoppelt mit Massenspektrometrie ([[ICP-MS]]).
* ''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>
* ''[[NMR-Spektroskopie|Kernresonanz-Spektroskopie]]'' (NMR)<br />Bei dieser besonderen Art der Spektroskopie werden magnetische Wechselwirkungen zwischen Atomkernen und Elektronen in den Analyt-Molekülen ausgenutzt. Es gibt eine unüberschaubare Zahl an speziellen Detektionsmethoden (zum Beispiel COESY, NOESY), sog. 1D-, 2D- und 3D-NMR etc. Eine besondere Spielart der NMR ist die sog. [[Magnetresonanztomographie|MRT]] (Magnet-Resonanz-Tomographie), die als bildgebendes Verfahren in der Medizin erhebliche Bedeutung gewonnen hat.
* ''[[Chromatographie]]''<br />Ziel ist hier die Trennung verschiedener Substanzen. Dazu wird das Analytgemisch in einem Lösungsmittel (''mobile Phase'') gelöst, das dann eine feste Trägersubstanz (''stationäre Phase'') durchströmt ([[Flüssigchromatographie]]). Alternativ kann das Analytgemisch auch verdampft an der stationären Phase vorbeigeführt werden ([[Gaschromatographie]]). Durch unterschiedlich starke Wechselwirkungen mit der stationären Phase werden manche Analyten schnell, andere langsam in Flussrichtung transportiert. Die Wanderungsgeschwindigkeit ist für den jeweiligen Analyten charakteristisch.
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Die vielen verschiedenen Analysemethoden erlauben eine Vielzahl von Anwendungen, beispielsweise:
* Besonders in der [[Umweltanalytik|Umwelt-]] und [[Lebensmittelanalytik]] wurden in den letzten Jahren enorme Fortschritte in der Leistungsfähigkeit analytischer Messmethoden und deren [[Nachweisgrenze]]n gemacht. Hier
* Bei der Herstellung chemischer, pharmazeutischer und kosmetischer Produkte sowie von Nahrungsmitteln sind im Rahmen der [[Qualitätskontrolle]] chemische Analysen unumgänglich.
* Die ''Strukturaufklärung'' dient der Identifizierung neuer chemischer Verbindungen bei der chemischen [[Synthese (Chemie)|Synthese]] oder bei der Erforschung neuer [[Naturstoff]]e.
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, [[Sensoren nach Messprinzip|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 – [[Titration|Titrierautomaten]].<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
▲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|ISSN=0009-2851}}</ref>
== Literatur ==
* [[Frederick Pearson Treadwell]]: ''Kurzes Lehrbuch der analytischen Chemie.'' 2 Bände. Berlin, 4. und 5. vermehrte und verbesserte Auflage, 1907–1911. {{URN|nbn:de:hbz:061:2-22890}} Weitere Auflage (''Lehrbuch der analytischen Chemie'') Leipzig/Wien 1935. Seinerzeit und später vielverwendetes Lehrwerk.
* Ralph L. Shriner, Reynold C. Fuson, David Y. Curtin, Terence C. Morill: ''The systematic identification of organic compounds - a laboratory manual'', Verlag Wiley, New York 1980, 6. edition, ISBN 0-471-78874-0.
* [[Technische Universität Dresden]] (Hrsg.): ''Langenscheidts Fachwörterbuch Chemische Analytik – Englisch-Deutsch – Deutsch-Englisch'', Verlag Alexandre Hatier, Berlin/Paris 1995, ISBN 3-86117-069-8.
* Skoog, Leary: ''Instrumentelle Analytik. Grundlagen, Geräte, Anwendungen.'' Springer-Lehrbuch. Springer Verlag, Berlin 1996, ISBN 978-3-540-60450-1.
* Einax, [[Heinz Zwanziger|Zwanziger]], Geiss: ''Chemometrics in environmental analysis.'' VCH Verlag, Weinheim 1997, ISBN 3-527-28772-8.
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* {{Dmoz|World/Deutsch/Wissenschaft/Naturwissenschaften/Chemie/Analytik/}}
* [https://www.gdch.de/netzwerk-strukturen/fachstrukturen/analytische-chemie.html Fachgruppe Analytische Chemie] der [[Gesellschaft Deutscher Chemiker|GDCh]]
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