Analytiker-Taschenbuch

Die chemische Spektralanalyse beruht auf der Wechselwirkung elektromagnetischer Strahlung mit Materie. Wichtigste Anwendungen sind:

Wässer, aus denen Proben zur analytischen Bestimmung einzelner Parameter entnommen werden sollen, können sehr unterschiedlich sein. Das bedingt, daß auch unterschiedliche Geräte verwendet und unterschiedliche Maßnahmen bei der Probenahme ergriffen werden müssen. Sehr häufig werden an die Analytik höchste Qualitätsanforderungen gestellt, ohne die Fehlerquellen der Probenahme abzuschätzen. Obwohl hinlänglich bekannt sein sollte, daß das Gesamtergebnis einer Analyse bzw. die Schlüsse, die aus einem Analysenergebnis gezogen werden, nie besser als die vorangegangene Probenahme sein können, wird noch immer häufig zu wenig Sorgfalt bei der Probenahme aufgewendet. Wesentliche Fehler entstehen, wenn keine repräsentative Probe entnommen wird. Das ist jedoch meist leichter gesagt als getan, da nur selten der zu beprobende Wasserkörper homogen ist. Unbedingt ist darauf zu achten, daß sich die Probe zur Zeit der Analyse bezüglich des zu untersuchenden Parameters seit der Probenahme nicht verändert hat. Das bedeutet, daß häufig entweder am Ort der Probenahme analysiert, oder daß geeignete Konservierungsmaßnahmen durchgeführt werden müssen, die aber die spätere Analyse nicht stören dürfen.

Eine allgemeine Beschreibung der Indikatoren, der mannigfaltigen Möglichkeiten sie einzusetzen, sowie der möglichen Applikationen wurden im Band 2 des Analytiker-Taschenbuches gegeben. Ferner findet sich dort eine ausführliche Darstellung des jeweiligen Indikatorgeschehens sowie der speziellen Anwendungsmöglichkeiten der Säure-Base-Indikatoren, der Indikatoren für Titrationen in nichtwäßrigen Lösungsmitteln und der Adsorptions-Indikatoren. Chemische Daten, genaue Anwendungsmöglichkeiten und Anwendungsformen dieser Indikatoren sind in den Tabellen 1–4, Band 2 zusammengestellt.

Die breite Anwendung leistungsfähiger Methoden der instrumentellen Analytik läßt den Mangel an rationellen Verfahren der Probenaufbereitung deutlich werden. In der Mikro- und Spurenanalyse ist dieser Schritt häufig ein begrenzender Faktor für die erreichbare Empfindlichkeit und Reproduzierbarkeit. An die Probenaufbereitungsverfahren ist eine Reihe von Forderungen zu stellen, um dann die Möglichkeiten der modernen Analytik umfassend nutzen zu können. Der Probenaufschluß soll unter Vermeidung von Kontaminationen das Analysengut ohne Verluste in eine leicht dosierbare, homogene Form überführen und störende Matrixeinflüsse weitgehend beseitigen. Anzustreben sind repräsentative und haltbare Probelösungen, die eine Mechanisierung oder Automatisierung des Analysenverfahrens zulassen. Einige Verfahren setzen nur die homogene Verteilung des Probenmaterials in einem Lösungsmittel voraus und können auf einen gesonderten thermischen oder chemischen Aufschluß verzichten. Das gilt z. B. für die Bestimmung von Nukliden und Spurenelementen in biologischem Material mit den Methoden der Flüssigkeits-Szintillations-Meßtechnik bzw. der flammenlosen Atomabsorptionsspektralphotometrie. Eine einfache und leistungsfähige Methode zur homogenen Verteilung unlöslicher Stoffe in einem Lösungsmittel ist die Solubilisation.

Es ist noch keine zwanzig Jahre her, daß ein Gutachter einer namhaften Zeitschrift nahelegte, eine Arbeit abzulehnen, da es doch erwiesen sei, daß eine Korrelation zwischen einem Massenspektrum und der Struktur einer organischen Verbindung aufgrund definierter Zerfallsmechanismen in den Bereich des wissenschaftlichen Unfugs gehöre. Heute sind Massenspektrometer aus einem organisch-chemischen Labor nicht mehr wegzudenken; bezüglich ihrer Möglichkeiten und Grenzen herrscht jedoch noch immer eine gewisse Unsicherheit. Dies liegt vor allem darin begründet, daß sich die Massenspektrometrie in ihren wesentlichen Anwendungsbereichen grundsätzlich von den gängigen spektroskopischen Methoden unterscheidet, bei denen Energiedifferenzen zwischen einem Grund- und einem angeregten Zustand gemessen werden, und die Größe dieser Anregungsenergien mit bestimmten Strukturelementen korreliert wird. In einem Massenspektrometer werden hingegen aus einer Verbindung positive oder negative Ionen in der Gasphase erzeugt; von diesen Ionen werden dann das Masse-zu-Ladungs-Verhältnis und die relative Menge im gesamten Ionenstrom bestimmt. Bei den so aus einem Molekül mit dem Molekulargewicht M gebildeten Ionen kann es sich um

handeln.

Die Raman-Spektrometrie dient der Aufklärung von Molekülstrukturen. Die Möglichkeit einer Raman-Spektroskopie wurde von Lommel 1871 und von Smekal 1923 vorausgesagt und von 1925 bis 1927 von Kramers, Heisenberg, Schrödinger und Dirac theoretisch behandelt. Sir Chandrasekhara Venkata Raman (1888–1970, Nobelpreisträger für Physik 1930) entdeckte die Methode 1928.

Kosmetische Präparate sind meist Vielkomponentengemische, deren Analyse oft erhebliche Schwierigkeiten bereitet. Nicht nur die quantitative Bestimmung einzelner Bestandteile kann eine schwierige und zeitraubende Aufgabe sein, sondern schon der Nachweis einer Verbindung kann erhebliche Mühe bereiten, wenn noch andere Verbindungen mit gleichen funktionellen Gruppen in dem Produkt vorhanden sind. Äußerst schwierig und u. U. unlösbar wird die Aufgabe, wenn Spuren von sog. Wirkstoffen nachgewiesen oder bestimmt werden sollen.

Die Pyrolyse ist, vor allem in Verbindung mit der Gas-Chromatographie, zu einer der wichtigsten Methoden für die Identifizierung von hochpolymeren Kunststoffen und Tensiden geworden. Sie ergänzt die spektroskopischen Untersuchungsmethoden (IR, NMR) und ermöglicht wesentliche neue Einblicke. Im Jahre 1979 erschien im „Journal of Analytical and Applied Pyrolysis“ von W. J. Irwin eine hervorragende Zusammenfassung über die Analytische Pyrolyse [1, 2, 3] mit einer ausführlichen Literaturzusammenstellung. Hier sollen ergänzende Erfahrungen bei der Pyrolyse-Gas-Chromatographie (PGC) vermittelt werden.

Die präparative Schichtchromatographie (PSC) unterscheidet sich von der analytischen Dünnschicht-Chromatographie (DC) durch ihre Zielsetzung.¹ Während in der DC meistens Mikrogramm- oder Nanogramm-Mengen getrennt werden, um qualitative und quantitative Informationen über die Zusammensetzung der untersuchten Probe zu gewinnen, werden mit PSC höhere Substanzmengen eingesetzt, damit einzelne Komponenten im mg-Bereich rein dargestellt werden können. Solche Isolierungen werden durchgeführt, um unbekannte Komponenten mit spektroskopischen Methoden zu identifizieren oder um Substanzen zu reinigen und als Ausgangsmaterial für weitere Synthesen oder Untersuchungen zu haben.

Der Absorptionsspektroskopie im ultravioletten und sichtbaren Spektralbereich (UV-VIS) kommt hinsichtlich ihrer analytischen Anwendung eine qualitative und quantitative Bedeutung zu.

Bei jedem Umgang mit Stoffen entstehen Abfälle. Soweit diese flüchtig oder fein verteilt sind, werden sie normalerweise in die Atmosphäre abgegeben und verändern als luftverunreinigende Stoffe die natürliche Zusammensetzung der Luft. Oberhalb gewisser Konzentrationen verursachen diese Stoffe Belästigungen oder Schäden. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit, die Menge der abgegebenen Stoffe durch geeignete Maßnahmen so gering wie möglich zu halten. Um den nötigen Umfang der Maßnahmen und ihre Wirksamkeit zu beurteilen, ist die Messung der Menge der abgegebenen Stoffe und ihrer Verteilung in der Atmosphäre erforderlich. Die in die offene Atmosphäre übertretenden Stoffe werden als Emission bezeichnet, die in der Atmosphäre in der Nähe eines Akzeptors befindlichen Stoffe als Immission. Dementsprechend verwendet man die Ausdrücke Emissionsmessung bzw. Immissionsmessung für die Messung luftverunreinigender Stoffe bei ihrem Übertritt in die Atmosphäre bzw. bei ihrer Anwesenheit in der Umgebungsluft.

Den in der Tabelle verwendeten Namen und Symbolen der chemischen Elemente Jiegt die DIN-Norm 32640¹ zugrunde, die auf der Basis der „IUPAC-Regeln für die Nomenklatur der anorganischen Chemie 1970“² erstellt wurde. Gemäß der Empfehlung dieser Norm wird anstelle der früher verwendeten Begriffe „Ordnungszahl“ oder „Kernladungszahl“ der Begriff „Protonenzahl“ verwendet. Die Zahlenwerte der relativen Atommassen (früher Atomgewichte) der Elemente wurden der IUPAC-Veröffentlichung „Atomic Weights of the Elements 1977“³ entnommen.