Die analytische Chemie spielt zusammen mit der qualitativen, quantitativen, strukturellen und verfahrenstechnischen Analyse eine nicht unbedeutende wissenschaftliche und praktische Rolle.  Sie leisten einen wichtigen Beitrag zur Entwicklung einer Reihe von Wissenschaften, insbesondere der Biowissenschaften und der Ingenieurwissenschaften.  Sie ist ein unverzichtbares Instrument zur Kontrolle und Optimierung vieler Prozesse.  Sie liefert vor allem nützliche Informationen über die untersuchten Materialien.

Grundlegende Informationen aus dem Bereich der analytischen Chemie

Die analytische Chemie ist ein stark interdisziplinäres Wissenschaftsgebiet, das Themen aus Bereichen wie Chemie, Physik, Mathematik, Biologie oder Ingenieurwesen vereint.  Sie befasst sich mit der Entdeckung, Erarbeitung und Entwicklung von Gesetzen, Methoden und Techniken der Analyse, deren Ziel es ist, die Frage nach der qualitativen und quantitativen Zusammensetzung des untersuchten materiellen Objekts mit einer angenommenen Genauigkeit und Präzision zu beantworten.

Das Instrument, mit dem Informationen über das untersuchte Material gewonnen werden, ist die chemische Analyse.  Dieser Begriff bezieht sich direkt auf die praktische Anwendung der analytischen Chemie in Forschungszentren und chemischen Laboratorien durch den Einsatz entsprechender analytischer Methoden.

Anwendungsbereiche der analytischen Chemie

Die analytische Chemie ist eine wichtige Säule zur Bestimmung der qualitativen und quantitativen Zusammensetzung eines Objekts und damit zu dessen Charakterisierung.  Sie ist mitverantwortlich für die Qualität der in vielen Wirtschaftsbereichen verwendeten Chemikalien.  Die chemische Analyse kann in vier Hauptbereiche unterteilt werden:

• Umweltanalytik – befasst sich mit der Untersuchung von Proben aus der Umwelt, d.h. Boden, Luft, Wasser sowie pflanzlichem und tierischem Gewebe. Die erzielten Ergebnisse ermöglichen eine qualitative Bewertung der Umwelt und die Bestimmung des Grades der möglichen Verschmutzung (hauptsächlich durch menschliche Einwirkung).
• Medizinische und veterinärmedizinische Analytik – untersucht Proben von Körperflüssigkeiten, Geweben oder Ausscheidungen. Die aus der Analyse gewonnenen Ergebnisse sind häufig die Grundlage für die Diagnose einer Krankheit und die Beurteilung des Zustands des gesamten Organismus.
• Industrielle Analytik – ihre Hauptaufgabe besteht darin, die Qualität von Rohstoffen, Zwischenprodukten und Erzeugnissen während des gesamten Produktionsprozesses zu bewerten. Die Analyse des Verlaufs einzelner Prozesse ermöglicht die Erkennung und relativ schnelle Behebung von Fehlern.
• Forensische Analytik – wird bei der Analyse von Proben angewandt, die für forensische Untersuchungen sichergestellt wurden. Bezieht sich sowohl auf die forensische Toxikologie als auch auf die forensische Physikochemie. Sie trägt zur Aufdeckung von Vergiftungen, Fälschungen oder dem Vorhandensein von Drogen bei.

Etappen des analytischen Prozesses

Die analytische Chemie befasst sich in großem Maße mit der Entwicklung und Validierung von Analysemethoden, um die gewünschten Substanzen in einer Vielzahl von Matrizen mit einer angenommenen Genauigkeit effektiv nachzuweisen.  Für eine effektive chemische Analyse ist es wichtig, dass die verschiedenen Etappen des Analyseprozesses richtig geplant und ausgeführt werden.

Entnahme von Proben  – dies ist die wichtigste Etappe im gesamten Prozess der Analytenbestimmung.  Das Prüfmaterial sollte in repräsentativer Weise entnommen werden, damit es die Eigenschaften des gesamten Objekts widerspiegelt.  Fehler in diesem Stadium sind irreversibel und führen zu einem falschen Endergebnis.

Vorbereitung der Probe für die Analyse – hat die Aufgabe, wenn nötig, die Determinante aus der Matrix zu extrahieren, was insbesondere bei biologischen Proben kompliziert ist und die analytische Messung stört.  In diesem Stadium werden die Analyten nicht nur von störenden Substanzen befreit, sondern auch derivatisiert.  Dieses Verfahren besteht darin, den markierten Bestandteil in eine Form zu überführen, die für die betreffende Analysemethode geeignete Eigenschaften aufweist.

Messung – bei einer Messung wird ein bestimmtes physikalisch-chemisches Merkmal mit einer geeigneten Methode gemessen.  Das Ergebnis der Messung ist ein analytisches Signal.  Die Messtechnik muss so gewählt werden, dass der betreffende Analyt mit ausreichender Genauigkeit, Präzision und Empfindlichkeit bestimmt wird.

Bearbeitung und Interpretation der Ergebnisse – heutzutage sind die meisten Analyseinstrumente mit Computersystemen verbunden, so dass das bei der Analyse erhaltene Signal nach der Umwandlung beispielsweise in Form der Konzentration dargestellt wird. Einige Messungen müssen jedoch in entsprechender Weise umgerechnet und das Endergebnis auf diese Weise ermittelt werden.  Die letzte Etappe ist die inhaltliche und statistische Auswertung der gewonnenen Informationen.

Identifizierung und quantitative Messung von Komponenten in der analytischen Chemie

• Qualitative Analyse

Die qualitative Analyse beschäftigt sich mit der Beantwortung der Frage, welche Verbindungen in dem untersuchten Material vorhanden sind.  Ihre Aufgabe ist es, die einzelnen Elemente oder Ionen, aus denen die Probe besteht, zu entdecken.  Sie ist ein wichtiges Werkzeug, insbesondere für Materialien mit unbekanntem chemischem Aufbau.  Die qualitative Analyse ist deshalb von Bedeutung, weil die Wahl des weiteren Analyseverfahrens von den dabei erhaltenen Ergebnissen abhängig ist.  Die qualitative Bestimmung beruht auf der Umwandlung einzelner Analyten durch chemische Reaktion in neue Verbindungen, deren Eigenschaften bekannt sind (Farbe, Löslichkeit usw.).  Dabei werden die Kationen getrennt und die Anionen getrennt analysiert.  Darüber hinaus werden Kationen in fünf analytische Gruppen und Anionen in sieben Gruppen eingeteilt.  Der qualitativen Analyse werden auch Salze, Metalllegierungen, Mineralien und funktionelle Gruppen unterzogen.

• Quantitative Analyse

Sie befasst sich mit der quantitativen Bestimmung des Gehalts an Elementen und Ionen, die zuvor qualitativ nachgewiesen wurden.  Bei der quantitativen Analyse unterscheidet man zwischen der klassischen chemischen Analyse, der instrumentellen Analyse und der Spurenanalyse.  Die klassischen Methoden beruhen auf der Messung der Masse oder des Volumens einer Komponente.  Zur Messung der Masse werden Gewichtsanalyse, elektrogravimetrische Analyse und einige Gasanalyseverfahren eingesetzt.  Die Volumenmessung wird vor allem bei Titrationsmethoden (z.B. pH-metrische, potentiometrische, spektrophotometrische oder radiometrische Titrationen) verwendet.  Besonders weit verbreitet ist die instrumentelle Analyse in wissenschaftlichen und kommerziellen Labors verwendet.  Sie beruht auf der Messung einer variablen physikalischen und chemischen Eigenschaft, die proportional zur Konzentration der Komponente ist.  Die Spurenanalyse basiert auf der Messung eines Bestandteils in einer extrem niedrigen Konzentration. Sie umfasst spezielle Verfahren zur Probenvorbereitung, zum Konzentrieren der Probe und zur Messung der zu messenden Größe.

• Strukturelle Analyse

Sie basiert auf der Bestimmung des Aufbaus von chemischen Molekülen. Mit Hilfe der Strukturanalyse wird die atomare Zusammensetzung von Verbindungen bestimmt – wie viele es davon gibt und wie sie beschaffen sind und wie sie sich miteinander verbinden. Es ist ein Zweig der analytischen Chemie, der insbesondere in wissenschaftlichen Einrichtungen Anwendung findet. Die aus der Strukturanalyse gewonnenen Informationen erweitern das Wissen über den Aufbau vieler chemischer Verbindungen.