Analytische Chemie ist die Studie der Trennung, Identifizierung und Quantifizierung der chemischen Bestandteile von natürlichen und künstlichen Materialien. Qualitative Analyse gibt eine Anzeige der Identität der chemischen Arten in der quantitativen und Beispielanalyse bestimmt den Betrag ein oder mehr von diesen Bestandteilen. Die Trennung von Bestandteilen wird häufig vor der Analyse durchgeführt.

Analytische Methoden können in den klassischen und das instrumentale getrennt werden. Klassische Methoden (auch bekannt als nasse Chemie-Methoden) verwenden Trennungen wie Niederschlag, Förderung, und Destillation und qualitative Analyse durch die Farbe, den Gestank oder den Schmelzpunkt. Quantitative Analyse wird durch das Maß des Gewichts oder Volumens erreicht. Instrumentale Methoden verwenden einen Apparat, um physische Mengen des analyte wie leichte Absorption, Fluoreszenz oder Leitvermögen zu messen. Die Trennung von Materialien wird mit der Chromatographie oder den Elektrophorese-Methoden vollbracht.

Analytische Chemie wird auch auf Verbesserungen im Versuchsplan, chemometrics, und die Entwicklung von neuen Maß-Werkzeugen eingestellt, um besser chemische Auskunft zu geben. Analytische Chemie hat Anwendungen in forensics, bioanalysis, klinischer Analyse, Umweltanalyse und Material-Analyse.

Geschichte

Analytische Chemie ist seit den frühen Tagen der Chemie wichtig gewesen, Methoden zur Verfügung stellend, um zu bestimmen, welche Elemente und Chemikalien im fraglichen Gegenstand da sind. Während dieser Periode schließen bedeutende analytische Beiträge zur Chemie die Entwicklung der systematischen elementaren Analyse durch Justus von Liebig ein und haben organische auf den spezifischen Reaktionen von funktionellen Gruppen gestützte Analyse systematisiert.

Die erste instrumentale Analyse war Flamme emissive Spektrometrie, die von Robert Bunsen und Gustav Kirchhoff entwickelt ist, der Rubidium (Rb) und Cäsium (Cs) 1860 entdeckt hat.

Die meisten Hauptentwicklungen in der analytischen Chemie finden nach 1900 statt. Während dieser Periode wird instrumentale Analyse progressiv dominierend im Feld. Insbesondere wurden viele der grundlegenden spektroskopischen und spectrometric Techniken am Anfang des 20. Jahrhunderts entdeckt und haben sich gegen Ende des 20. Jahrhunderts verfeinert.

Die Trennungswissenschaften folgen einer ähnlichen Zeitleiste der Entwicklung und werden auch zunehmend umgestaltet in hohe Leistungsinstrumente. In den 1970er Jahren haben viele dieser Techniken begonnen, zusammen verwendet zu werden, um eine ganze Charakterisierung von Proben zu erreichen.

Das Starten in ungefähr den 1970er Jahren in die gegenwärtige analytische Chemie ist mehr einschließlich biologischer Fragen progressiv geworden (bioanalytical Chemie), wohingegen es vorher auf anorganische oder kleine organische Moleküle größtenteils eingestellt worden war. Laser sind in der Chemie als Untersuchungen zunehmend verwendet worden und sogar ein großes Angebot an Reaktionen anzufangen und zu beeinflussen. Das Ende des 20. Jahrhunderts hat auch eine Vergrößerung der Anwendung der analytischen Chemie von etwas akademischen chemischen Fragen bis forensische, und medizinische Umweltindustriefragen, solcher als in Histologie gesehen.

Moderne analytische Chemie wird durch die instrumentale Analyse beherrscht. Viele analytische Chemiker konzentrieren sich auf einen einzelnen Typ des Instrumentes. Akademiker neigen dazu, sich auf neue Anwendungen und Entdeckungen oder auf neuen Methoden der Analyse entweder zu konzentrieren. Die Entdeckung einer chemischen Gegenwart im Blut, das die Gefahr des Krebses vergrößert, würde eine Entdeckung sein, dass ein analytischer Chemiker daran beteiligt werden könnte. Eine Anstrengung, eine neue Methode zu entwickeln, könnte den Gebrauch eines stimmbaren Lasers einschließen, um die Genauigkeit und Empfindlichkeit einer spectrometric Methode zu vergrößern. Viele Methoden, einmal entwickelt, werden vorsätzlich statisch behalten, so dass Daten im Laufe langer Zeiträume der Zeit verglichen werden können. Das ist in der industriellen Qualitätssicherung (QA), forensischen und Umweltanwendungen besonders wahr. Analytische Chemie spielt eine immer wichtigere Rolle in der pharmazeutischen Industrie, wo, beiseite von QA, es in der Entdeckung von neuen Rauschgift-Kandidaten und in klinischen Anwendungen verwendet wird, wo das Verstehen der Wechselwirkungen zwischen dem Rauschgift und dem Patienten kritisch ist.

Klassische Methoden

Obwohl moderne analytische Chemie durch die hoch entwickelte Instrumentierung beherrscht wird, sind die Wurzeln der analytischen Chemie und einige der in modernen Instrumenten verwendeten Grundsätze von traditionellen Techniken, von denen viele noch heute verwendet werden. Diese Techniken neigen auch dazu, das Rückgrat vom grössten Teil analytischen Studentenchemie Bildungslaboratorien zu bilden.

Qualitative Analyse

Eine qualitative Analyse bestimmt die Anwesenheit oder Abwesenheit einer besonderen Zusammensetzung, aber nicht die Masse oder Konzentration. D. h. es ist mit der Menge nicht verbunden.

Chemische Tests

Es gibt zahlreiche qualitative chemische Tests, zum Beispiel, die strenge Prüfung für Gold und den Test von Kastle-Meyer auf die Anwesenheit des Bluts.

Flamme-Test

Anorganische qualitative Analyse bezieht sich allgemein auf ein systematisches Schema, die Anwesenheit von bestimmten, gewöhnlich wässrig, Ionen oder Elemente durch das Durchführen einer Reihe von Reaktionen zu bestätigen, die Reihen von Möglichkeiten beseitigen und dann verdächtigte Ionen mit einem Bestätigen-Test bestätigt. Manchmal wird kleiner Kohlenstoff, der Ionen enthält, in solche Schemas eingeschlossen. Mit der modernen Instrumentierung werden diese Tests selten verwendet, aber können zu Bildungszwecken und in der Feldarbeit oder den anderen Situationen nützlich sein, wo der Zugang zu den modernsten Instrumenten nicht verfügbar oder zweckdienlich ist.

Gravimetrische Analyse

Gravimetrische Analyse ist mit Bestimmung des Betrags der materiellen Gegenwart durch das Wiegen der Probe vorher und/oder nach etwas Transformation verbunden. Ein allgemeines in der Studentenausbildung verwendetes Beispiel ist der Entschluss vom Betrag von Wasser in einem Hydrat durch die Heizung der Probe, um das solches Wasser zu entfernen, dass der Unterschied im Gewicht wegen des Verlustes von Wasser ist.

Volumetrische Analyse

Titrieren schließt die Hinzufügung eines Reaktionspartners zu einer Lösung ein, die wird analysiert, bis ein Gleichwertigkeitspunkt erreicht wird. Häufig kann der Betrag des Materials in der Lösung, die wird analysiert, bestimmt werden. Am vertrautesten für diejenigen, die Chemie während der höheren Schulbildung genommen haben, ist das Sauer-Grundtitrieren, das einen Farbenändern-Hinweis einschließt. Es gibt viele andere Typen des Titrierens, zum Beispiel potenziometrisches Titrieren.

Dieses Titrieren kann verschiedene Typen von Hinweisen verwenden, um einen Gleichwertigkeitspunkt zu erreichen.

Instrumentale Methoden

Spektroskopie

Spektroskopie misst die Wechselwirkung der Moleküle mit der elektromagnetischen Radiation. Spektroskopie besteht aus vielen verschiedenen Anwendungen wie Atomabsorptionsspektroskopie, Atomemissionsspektroskopie, ultraviolett-sichtbare Spektroskopie, Röntgenstrahl-Fluoreszenz-Spektroskopie, Infrarotspektroskopie, Spektroskopie von Raman, Doppelpolarisation interferometry, Kernkernspinresonanz-Spektroskopie, Photoemissionsspektroskopie, Spektroskopie von Mössbauer und so weiter.

Massenspektrometrie

Massenspektrometrie misst Verhältnis der Masse zur Anklage von Molekülen mit elektrischen und magnetischen Feldern. Es gibt mehrere Ionisationsmethoden: Elektroneinfluss, chemische Ionisation, electrospray, schnelle Atom-Beschießung, hat Matrix Laser desorption Ionisation und andere geholfen. Außerdem wird Massenspektrometrie durch Annäherungen von Massenanalysatoren kategorisiert: Magnetischer Sektor, Quadrupol-Masse Analysator, Quadrupol-Ion-Falle, Zeit des Flugs, gestaltet Fourier Ion-Zyklotron-Klangfülle und so weiter um.

Elektrochemische Analyse

Methoden von Electroanalytical messen das Potenzial (Volt) und/oder Strom (Ampere) in einer elektrochemischen Zelle, die den analyte enthält. Diese Methoden können kategorisiert werden, gemäß dem Aspekte der Zelle kontrolliert werden, und die gemessen werden. Die drei Hauptkategorien sind potentiometry (der Unterschied in Elektrode-Potenzialen wird gemessen), coulometry (wird der Strom der Zelle mit der Zeit gemessen), und voltammetry (wird der Strom der Zelle gemessen, während man das Potenzial der Zelle aktiv verändert).

Thermalanalyse

Calorimetry und thermogravimetrische Analyse messen die Wechselwirkung eines Materials und Hitze.

Trennung

Trennungsprozesse werden verwendet, um die Kompliziertheit von materiellen Mischungen zu vermindern. Chromatographie und Elektrophorese sind dieses Feld vertretend.

Hybride Techniken

Kombinationen der obengenannten Techniken erzeugen eine "Hybride" oder "mit Bindestrich geschriebene" Technik. Mehrere Beispiele sind im populären Gebrauch heute, und neue hybride Techniken sind unter der Entwicklung. Zum Beispiel, Gasmit der Chromatographiemassenspektrometrie, chromatographie-infrarote Gasspektroskopie, mit der Flüssigchromatographiemassenspektrometrie, Spektroskopie der Flüssigchromatographie-NMR. flüssige Chromagraphy-Infrarotspektroskopie und kapillare mit der Elektrophoresemassenspektrometrie.

Mit Bindestrich geschriebene Trennungstechniken verweisen auf eine Kombination zwei (oder mehr) Techniken, Chemikalien von Lösungen zu entdecken und zu trennen. Meistenteils ist die andere Technik eine Form der Chromatographie. Mit Bindestrich geschriebene Techniken werden in der Chemie und Biochemie weit verwendet. Ein Hieb wird manchmal statt des Bindestrichs besonders verwendet, wenn der Name von einer der Methoden einen Bindestrich selbst enthält.

Mikroskopie

Die Vergegenwärtigung von einzelnen Molekülen, einzelnen Zellen, biologischen Geweben und nanomaterials ist eine wichtige und attraktive Annäherung in der analytischen Wissenschaft. Außerdem revolutioniert die Kreuzung mit anderen traditionellen analytischen Werkzeugen analytische Wissenschaft. Mikroskopie kann in drei verschiedene Felder kategorisiert werden: optische Mikroskopie, Elektronmikroskopie, und Untersuchungsmikroskopie scannend. Kürzlich schreitet dieses Feld wegen der schnellen Entwicklung der Computer- und Kameraindustrien schnell fort.

Laboratorium auf einem Span

Geräte, die (vielfache) Laborfunktionen auf einem einzelnen Span von nur Millimetern zu einigen Quadratzentimeter in der Größe integrieren, und die dazu fähig sind, äußerst kleine flüssige Volumina unten zu weniger zu behandeln, als pico Liter.

Standards

Standardkurve

Eine allgemeine Methode für die Analyse der Konzentration schließt die Entwicklung einer Eichkurve ein. Das berücksichtigt Entschluss vom Betrag einer Chemikalie in einem Material durch das Vergleichen der Ergebnisse der unbekannten Probe zu denjenigen einer Reihe bekannte Standards. Wenn die Konzentration des Elements oder der Zusammensetzung in einer Probe für die Entdeckungsreihe der Technik zu hoch ist, kann es einfach in einem reinen Lösungsmittel verdünnt werden. Wenn der Betrag in der Probe unter einer Reihe eines Instrumentes des Maßes ist, kann die Methode der Hinzufügung verwendet werden. In dieser Methode wird eine bekannte Menge des Elements oder der Zusammensetzung unter der Studie, und der Unterschied zwischen der Konzentration hinzugefügt hinzugefügt, und die beobachtete Konzentration ist der Betrag wirklich in der Probe.

Innere Standards

Manchmal wird ein innerer Standard bei einer bekannten Konzentration direkt zu einer analytischen Probe hinzugefügt, um in quantitation zu helfen. Der Betrag der Analyte-Gegenwart wird dann hinsichtlich des inneren Standards als ein calibrant bestimmt.

Standardhinzufügung

Die Methode der Standardhinzufügung wird in der instrumentalen Analyse verwendet, um Konzentration einer Substanz (analyte) in einer unbekannten Probe vergleichsweise zu einer Reihe von Proben der bekannten Konzentration zu bestimmen, die dem Verwenden einer Eichkurve ähnlich ist. Standardhinzufügung kann auf die meisten analytischen Techniken angewandt werden und wird statt einer Eichkurve verwendet, um das Matrixwirkungsproblem zu beheben.

Signale und Geräusch

Einer der wichtigsten Bestandteile der analytischen Chemie maximiert das gewünschte Signal, während er das verbundene Geräusch minimiert. Die analytische Zahl des Verdiensts ist als das Verhältnis des Signals zum Geräusch (S/N oder Störabstand) bekannt.

Geräusch kann aus Umweltfaktoren sowie aus grundsätzlichen physischen Prozessen entstehen.

Thermalgeräusch

Thermalgeräusch ergibt sich aus der Bewegung von Anklage-Transportunternehmen (gewöhnlich Elektronen) in einem elektrischen durch ihre Wärmebewegung erzeugten Stromkreis. Thermalgeräusch ist weißes Geräusch, das bedeutet, dass die Macht geisterhafte Dichte überall im Frequenzspektrum unveränderlich ist.

Die Wurzel Mittelquadratwert des Thermalgeräusches in einem Widerstand wird durch gegeben

wo k die Konstante von Boltzmann ist, ist T die Temperatur, R ist der Widerstand, und ist die Bandbreite der Frequenz.

Schuss-Geräusch

Schuss-Geräusch ist ein Typ des elektronischen Geräusches, das vorkommt, wenn die begrenzte Zahl von Partikeln (wie Elektronen in einem elektronischen Stromkreis oder Fotonen in einem optischen Gerät) klein genug ist, um statistische Schwankungen in einem Signal zu verursachen.

Schuss-Geräusch ist ein Prozess von Poisson und die Anklage-Transportunternehmen, die sich zurechtmachen, der Strom folgen einem Vertrieb von Poisson. Die Wurzel aktuelle Mittelquadratschwankung wird durch gegeben

wo e die elementare Anklage ist und ich der durchschnittliche Strom bin. Schuss-Geräusch ist weißes Geräusch.

Flackern-Geräusch

Flackern-Geräusch ist elektronisches Geräusch mit einem 1/ƒ-Frequenzspektrum; als f Zunahmen, die Geräuschabnahmen. Flackern-Geräusch entsteht aus einer Vielfalt von Quellen, wie Unreinheiten in einem leitenden Kanal, Generation und Wiederkombinationsgeräusch in einem Transistor, der erwartet ist, Strom und so weiter zu stützen. Dieses Geräusch kann durch die Modulation des Signals an einer höheren Frequenz, zum Beispiel durch den Gebrauch eines Schlosses - im Verstärker vermieden werden.

Umweltgeräusch

Umweltgeräusch entsteht aus den Umgebungen des analytischen Instrumentes. Quellen des elektromagnetischen Geräusches sind Starkstromleitungen, Radio- und Fernsehstationen, Radiogeräte, Kompaktleuchtstofflampen und elektrische Motoren. Viele dieser Geräuschquellen sind schmale Bandbreite und können deshalb vermieden werden. Temperatur und Vibrieren-Isolierung können für einige Instrumente erforderlich sein.

Die Geräuschverminderung

Die Geräuschverminderung kann entweder in der Computerhardware oder in Software vollbracht werden. Beispiele der Hardware-Geräuschverminderung sind der Gebrauch des beschirmten Kabels, die analoge Entstörung und die Signalmodulation. Beispiele der Softwaregeräuschverminderung sind Digitalentstörung, Ensemble-Durchschnitt, Frachtwaggon-Durchschnitt und Korrelationsmethoden.

Anwendungen

Analytische Chemie-Forschung wird durch Erfüllung (Empfindlichkeit, Selektivität, Robustheit, geradlinige Reihe, Genauigkeit, Präzision und Geschwindigkeit) größtenteils gesteuert, und (Kauf, Operation, Ausbildung, Zeit und Raum) gekostet. Unter den Hauptzweigen der zeitgenössischen analytischen Atomspektrometrie sind das weit verbreitetste und universale optische und Massenspektrometrie. In der direkten elementaren Analyse von festen Proben sind die neuen Führer laserveranlasste Depression und Laser ablation Massenspektrometrie und die zusammenhängenden Techniken mit der Übertragung des Lasers ablation Produkte in induktiv verbundenes Plasma. Fortschritte im Design von Diode-Lasern und optischen parametrischen Oszillatoren fördern Entwicklungen in der Fluoreszenz und Ionisationsspektrometrie und auch in Absorptionstechniken, wo, wie man erwartet, sich der Gebrauch von optischen Höhlen für die vergrößerte wirksame Absorption pathlength ausbreitet. Unveränderlicher Fortschritt und Wachstum in Anwendungen von Plasma - und laserbasierte Methoden sind bemerkenswert. Ein Interesse zur absoluten (standardless) Analyse hat besonders in der Emissionsspektrometrie wieder zum Leben erwacht.

Viel Anstrengung wird im Schrumpfen der Analyse-Techniken gestellt, um Größe abzuschnitzeln. Obwohl es wenige Beispiele solcher mit traditionellen Analyse-Techniken konkurrenzfähigen Systeme gibt, schließen potenzielle Vorteile Größe/Beweglichkeit, Geschwindigkeit ein und kosten. (Mikrogesamtanalyse-System (µTAS) oder Laboratorium auf einem Span). Mikroskala-Chemie reduziert die Beträge von verwendeten Chemikalien.

Viel Anstrengung wird auch ins Analysieren biologischer Systeme gestellt. Beispiele schnell dehnbarer Felder in diesem Gebiet sind:

• Genomics - DNA sequencing und seine zusammenhängende Forschung. Genetischer Fingerabdruck und DNA-Mikroreihe sind sehr populäre Werkzeuge und Forschungsfelder.
• Proteomics - die Analyse von Protein-Konzentrationen und Modifizierungen, besonders als Antwort auf verschiedene Stressfaktoren, in verschiedenen Entwicklungsstufen, oder in verschiedenen Teilen des Körpers.
• Metabolomics - ähnlich proteomics, aber sich metabolites befassend.
• Transcriptomics - mRNA und sein verbundenes Feld
• Lipidomics - lipids und sein verbundenes Feld
• Peptidomics - peptides und sein verbundenes Feld
• Metalomics - ähnlich proteomics und metabolomics, aber sich mit Metallkonzentrationen und besonders mit ihrer Schwergängigkeit zu Proteinen und anderen Molekülen befassend.

Analytische Chemie hat kritische Rollen im Verstehen der grundlegenden Wissenschaft zu einer Vielfalt von praktischen Anwendungen, wie biomedizinische Anwendungen, Umweltüberwachung, Qualitätskontrolle der Industrieherstellung, Gerichtsmedizin und so weiter gespielt.

Die neuen Entwicklungen der Computerautomation und Informationstechnologien haben innervated analytische Chemie, um mehrere neue biologische Felder zu beginnen. Zum Beispiel war automatisierte DNA sequencing Maschinen die Basis, um Humangenomprojekte zu vollenden, die zur Geburt von genomics führen. Protein-Identifizierung und peptide sequencing durch die Massenspektrometrie haben ein neues Feld von proteomics geöffnet. Außerdem sind mehrere auf der analytischen Chemie gestützte ~omics wichtige Gebiete in der modernen Biologie geworden.

Außerdem ist analytische Chemie ein unentbehrliches Gebiet in der Entwicklung der Nanotechnologie gewesen. Oberflächencharakterisierungsinstrumente, Elektronmikroskope und Untersuchungsmikroskope scannend, ermöglichen Wissenschaftlern, sich Atombauten mit chemischen Charakterisierungen zu vergegenwärtigen.

Unter aktiven zeitgenössischen analytischen Chemie-Forschungsfeldern wird Mikrogesamtanalyse-System als eine große Versprechung der revolutionären Technologie betrachtet. In dieser Annäherung werden integrierte und miniaturisierte analytische Systeme entwickelt, um einzelne Zellen und einzelne Moleküle zu kontrollieren und zu analysieren. Diese innovative Technologie hat ein viel versprechendes Potenzial, eine neue Revolution in der Wissenschaft zu führen, wie integrierte Stromkreise in Computerentwicklungen getan haben.

Siehe auch

• Autoanalysator
• Liste von chemischen Analyse-Methoden
• Liste von Material-Analyse-Methoden
• Wichtige Veröffentlichungen in der analytischen Chemie
• Maß-Wissenschaft und Technologie - Zeitschrift
• Sinnesanalyse - im Feld der Nahrungsmittelwissenschaft
• Virtuelle Instrumentierung
• Wasserchemie-Analyse
• Arbeitsbereich
• Metrologie
• Maß-Unklarheit
• Mikroanalyse
• Infrarotspektroskopie von Metall carbonyls

Links

• Jährliche Rezension der analytischen Chemie
• Amerikanische chemische Gesellschaft: Abteilung der analytischen Chemie
• Königliche Gesellschaft der Chemie: Analytisches Tor