Instrumentelle Analytik und Bioanalytik

Frontmatter

1. Einleitung

Zusammenfassung

Die Analytik durchdringt heute alle Lebens- und Arbeitsbereiche und wird meist für spezielle Fachgebiete gesondert ausgewiesen (Analytische Chemie, Umweltanalytik, Bioanalytik, Lebensmittelanalytik, Instrumentelle Analytik u.v.a.). In diesem Buch stehen hauptsächlich instrumentelle Methoden im Mittelpunkt, die zur Lösung analytischer/bioanalytischer Fragestellungen dienen sollen.

Manfred H. Gey

2. Biomoleküle

Zusammenfassung

Die Bezeichnung Protein wurde von Berzelius im Jahre 1836 von dem griechischen Wort proteios („erstrangig“) abgeleitet und soll auf die Wichtigkeit dieser Substanzklasse hinweisen. Die Proteine gehören neben den Nucleinsäuren, Oligosacchariden und Lipiden zu den biologischen Bausteinen des Lebens. Die Proteine sind in ihrem „Bauplan“ relativ einheitlich angeordnet und in allen Organismen enthalten, unabhängig davon, um welche Art, Gestalt oder Form von Lebewesen es sich handelt. Diese Biopolymere wirken entscheidend an der Entwicklung und Steuerung der biologischen Lebensprozesse mit.

Manfred H. Gey

3. Präanalytische Methoden

Zusammenfassung

Präanalytische Methoden beinhalten teilweise Techniken der Probennahme und vor allem die verschiedenen Möglichkeiten der Probenvorbereitung. Eine Probe besteht meist aus einer (komplexen) Matrix und einem oder mehrerer Analyte.

Manfred H. Gey

4. Chromatographie-1: LC – HPLC – UHPLC

Zusammenfassung

Die Chromatographie gehört wie die Elektrophorese zu den analytischen Trennmethoden, die auch im (semi)-präparativen Maßstab durchgeführt werden können.

Unter Chromatographie versteht man die Wechselwirkungen von Analyten mit einer mobilen und stationären Phase. Das Resultat einer chromatographischen Trennung ist ein Chromatogramm, in dem auf der Ordinate ein Signal (z.B. UVAbsorption) und auf der Abszisse die Zeit aufgetragen ist. Die einzelnen Analyte werden in Form von Peaks registriert.

Manfred H. Gey

5. Chromatographie-2: Ionen vs. Biomoleküle

Zusammenfassung

Diese beiden Substanzklassen wurden bewusst in diesem Kapitel zusammengelegt, obwohl ein Protein und ein organisches oder anorganisches Ion gravierend andere Eigenschaften besitzen und ganz andere chromatographische Trennsysteme erfordern. Somit sollen die Unterschiede signifikanter gegenübergestellt werden, ohne gewisse Gemeinsamkeiten zu vernachlässigen.

Manfred H. Gey

6. Chromatographie-3: LC/HPTLC – GC

Zusammenfassung

Die klassische Säulenflüssigchromatographie (LC) wurde zeitlich betrachtet zuerst entwickelt (M. S. Tswett 1903). Danach folgten die methodischen Entwicklungen zur Dünnschichtchromatographie (Ismailow, Schraiber, 1938). Im Jahre 1941 führten Martin und Synge die Verteilungschromatographie an wasserbeladenem Silicagel ein. Martin war es auch, der zusammen mit James 1952 die Gasflüssig- Chromatographie etablierte.

Manfred H. Gey

7. Qualitätssicherung in der Analytik (LC, GC)

Zusammenfassung

Der Begriff Qualität (lat.: qualitas: Beschaffenheit, Merkmal, Eigenschaft, Zustand) wird nach DIN EN ISO 9000:2005 als „Grad, in dem ein Satz inhärenter (anhaftender) Merkmale Anforderungen erfüllt“ definiert. Frühere Definitionen zur Qualität lauteten: (A: DIN EN ISO 8402:1995-08: „Die Gesamtheit von Merkmalen einer Einheit bezüglich ihrer Eignung, festgelegte und vorausgesetzte Erfordernisse zu erfüllen“ oder B: DIN 55350, Teil 11: „Beschaffenheit einer Einheit bezüglich ihrer Eignung festgelegte und vorausgesetzte Erfordernisse zu erfüllen“.

Manfred H. Gey

8. Elektrophorese

Zusammenfassung

Die Elektrophorese ist eine Trennmethode, die im analytischen und auch im präparativen Maßstab durchgeführt werden kann. Der Wortteil „-phor“ ist dem Griechischen entlehnt und bedeutet „tragen“. Das Wort „Elektro-“ bedeutet hingegen, dass die Methode durch Anlegen einer elektrischen Spannung betrieben wird.

Manfred H. Gey

9. Atomspektroskopie

Zusammenfassung

Die ersten Entdeckungen und Arbeiten über die Grundlagen der Spektroskopie im allgemeinen und der Atomspektroskopie im besonderen reichen weit zurück. Bereits im Jahre 1648 beschrieb J. M. Marci die Entstehung des Regenbogens auf der Basis von Streuung und Beugung des Lichtes in Wassertröpfchen. Im Jahre 1815 wurden von Fraunhofer im kontinuierlichen Spektrum der Sonne dunkle Linien entdeckt. Durch Kirchhoff und Bunsen, die verdampfte Salze in Flammen untersuchten (1860), konnte das Phänomen der Fraunhoferschen Linien aufgeklärt werden.

Manfred H. Gey

10. Molekülspektroskopie

Zusammenfassung

Die Spektroskopie beinhaltet die analytischen Methoden, die auf Wechselwirkungen zwischen elektromagnetischer Strahlung und Materie basieren. Materie bedeutet die Gesamtheit des zu analysierenden Probematerials. Dies können Ionen, Atome, Moleküle oder Atom- und Molekülverbände sein. Unter elektromagnetischer Strahlung versteht man eine mit Lichtgeschwindigkeit sich bewegende Energieart, die u.a. in Form von ultravioletter und sichtbarer Strahlung, Mikround Radiowellen oder auch Gamma- und Röntgenstrahlen messbar bzw. sichtbar ist. Man unterscheidet zwischen Methoden (Abbildung 10.1) der Atom- und Molekülspektroskopie.

Manfred H. Gey

11. Massenspektrometrie

Zusammenfassung

Die Massenspektrometrie (MS) dient zusammen mit der Kernmagnetischen Resonanzspektroskopie (NMR) vor allem der Strukturaufklärung von organischen Molekülen. Ein Nachteil der MS-Methoden ist, dass das Probematerial während der Analyse verbraucht bzw. zerstört wird. In Kombination mit der Chromatographie (GC-MS, LC-MS) ist die Massenspektrometrie prädestiniert für die Quantifizierung aufgetrennter Analyte aus komplex zusammengesetzten Matrices. Dabei können Nachweisgrenzen im Nano- (ng) bzw. Femtogramm (fg) erzielt werden.

Manfred H. Gey

12. Kopplungstechniken

Zusammenfassung

Synonyme und im analytischen Sprachgebrauch für Kopplungstechniken (KT) sind die Bezeichnungen „coupling techniques“ oder „hybride techniques“. Gebräuchlich ist auch „hyphenated techniques“ – also die analytischen Techniken mit einem „Bindestrich“ wie die GC-MS, LC-MS , LC-DAD oder IC-ICP-MS.

Mehrdimensionale Trennsysteme entstehen durch Kopplung mehrerer Trennsysteme, idealerweise mit orthogonalen Trennkriterien.

Manfred H. Gey

13. Omics – Proteomics

Zusammenfassung

Der Begriff „OMICs“ (dt.: -omiks) hat sich in den vergangenen Jahren für die Bezeichnung zahlreicher Fachgebiete (Tabelle 13.1) fest etabliert. „OMICs“ kennzeichnet als adjektivische Nachsilbe Teilgebiete der modernen Biologie, die sich mit der Analyse von Gesamtheiten ähnlicher Einzelelemente beschäftigen. Unterdes ist diese Nachsilbe in vielen anderen Disziplinen sehr „beliebt“, so dass hier für das Fachgebiet wichtige „OMICs“ aufgeführt werden.

Manfred H. Gey

14. Sensitive und spezifische Bioanalytik

Zusammenfassung

Ein Sensor (lat. sensus: das Gefühl) ist ein miniaturisierter Messwertfühler, der chemische Verbindungen oder Ionen selektiv und reversibel erfasst und dabei konzentrationsabhängige elektrische Signale liefert (JUPAC, 1989). Charakteristisch für Sensoren sind zwei in Serie geschaltete Grundkomponenten – ein chemisches (molekulares) Erkennungssystem („Rezeptor“) für den Analyten und ein physikochemischer Transduktor (JUPAC-Ergänzung, 1999). Im Rezeptor (Erkennungssystem) entsteht infolge der Wechselwirkung mit den Probemolekülen (Analyten) eine Änderung der physikalischen Eigenschaften, im Transduktor (Wandler) wird diese Eigenschaftsänderung in ein elektrisches Signal (Strom, Spannung, Widerstand) umgewandelt. Man unterscheidet u.a. zwischen optischen, elektrochemischen, elektrischen, massenempfindlichen, magnetischen Sensoren oder thermometrischen Sensoren.

Manfred H. Gey

15. Spezielle und angewandte Bioanalytik

Zusammenfassung

Die Kapitel 15.5 – 15.7 und 15.9 – 15.11 waren bereits Bestandteil der 2. Auflage dieses Buches „Instrumentelle Analytik und Bioanalytik“ und sind nahezu unverändert geblieben. Die Neuauflage beinhaltet zusätzlich die Kapitel zur Analytik von Pharmaka bzw. Arzneimitteln, von Drogen, Dioxinen und Aminosäuren. Sie erweitern somit das Gebiet der speziellen und angewandten Bioanalytik deutlich. Hinzu kommt ein weiteres Kapitel zur Zuckeranalytik innerhalb der Problematik „Lactoseintoleranz“. Die zu analysierenden Stoffklassen beinhalten hauptsächlich Vertreter von niedermolekularen Substanzen.

Manfred H. Gey

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