Methoden der analytischen Chemie

Inhaltsverzeichnis zum Thema

• Spektroskopie
• Lambert-Beer’sches Gesetz
• Elementaranalyse

Spektroskopie

Die Spektroskopie stellt eine sehr wichtige und vielfältige Methode in der analytischen Chemie dar. Die analytische Chemie befasst sich mit der Zusammensetzung von Stoffen. Die Werkzeuge der analytischen Chemie sind qualitative und quantitative Analysemethoden.

Die Spektroskopie befasst sich mit der Wechselwirkung zwischen Materie und elektromagnetischer Strahlung. Damit können die Stoffe in einem Stoffgemisch und auch der Gehalt dieser Stoffe in beispielsweise einer Lösung bestimmt werden.

Elektromagnetische Strahlung kann in verschiedene Bereiche unterteilt werden. Sie werden nach ihrer Wellenlänge geordnet. Man spricht vom elektromagnetischen Spektrum.

Je kürzer die Wellenlänge ist, desto höher ist die Energie der Strahlung. Die zugrunde liegende Formel dazu lautet:

$\Delta E= h\cdot~\lambda$.

Dabei ist $\lambda$ die Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung und $h$ eine Naturkonstante, das Planksche Wirkungsquantum. Wenn diese elektromagnetische Strahlung durch einen Stoff hindurch gelangt, wird ein Teil des Spektrums absorbiert. Welcher Teil absorbiert wird, ist charakteristisch für den jeweiligen Stoff. Auch die Emission von Licht wird mit der Spektroskopie untersucht. Ist ein Stoff angeregt worden, gibt er Energie mit spezifischer Wellenlänge ab. Dies kann benutzt werden, um Stoffe zu identifizieren.

Die unterschiedlichen Spektroskopiemethoden unterscheiden sich durch den Wellenlängenbereich der eingesetzten Strahlung.

• Die Röntgen-Spektroskopie gibt Informationen über die Rumpfelektronen.
• Spektroskopie im Bereich von UV- und sichtbarem Licht lässt Schlüsse auf den Zustand der äußeren Elektronen zu.
• Mithilfe der IR(Infrarot)-Spektroskopie kann man den Schwingungszustand eines Moleküls feststellen.
• Die Mikrowellen-Spektroskopie gibt Informationen über den Rotationszustand.

Lambert-Beer’sches Gesetz

Das Lambert-Beer’sche Gesetz bildet die Grundlage der Photometrie. Dabei wird die Konzentration einer Lösung gemessen durch die Abschwächung von monochromatischem Licht beim Durchgang durch die untersuchte Probe. Dabei wird die ausgehende Intensität mit der Intensität nach dem Durchgang in Beziehung gesetzt.

Das Gesetz besagt, dass die Intensität des monochromatischen Lichts nach dem Durchgang abhängig ist von der Schichtdicke der Lösung und der Konzentration. Je höher also die Konzentration und die Schichtdicke, desto geringer ist die Intensität nach Durchgang des Lichts. Auf diese Weise kann mithilfe von Licht die Konzentration von Lösungen festgestellt werden.

Elementaranalyse

Die Elementaranalyse vereinigt mehrere analytische Methoden. Sie beinhaltet sowohl die qualitative als auch die quantitative Analyse. Ziel der Elementaranalyse ist die Identifikation der Summenformel des untersuchten Stoffes. Dafür müssen zuerst die enthaltenen Elemente identifiziert werden. Bei organischen Verbindungen sind in 98% der Fälle nur die Elemente Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff vorhanden. Aber auch Schwefel, Phosphor und Halogene kommen bei organischen Molekülen vor. Kohlenstoff wird nach der Verbrennung als $CO_2$ nachgewiesen mithilfe von Barytwasser. Dabei wird das entstandene Gas in eine Bariumhydroxid-Lösung geleitet. Wenn ein weißer Niederschlag entsteht, ist der Nachweis positiv. Das kann auch mit dem $CO_2$ in unserer ausgeatmeten Luft geschehen.

Sind alle Elemente identifiziert, beginnt die quantitative Analyse. Dabei wird untersucht, zu wie viel Prozent die Substanz aus den jeweiligen Elementen besteht. Dafür wird die organische Substanz oft verbrannt, so dass anorganische Produkte entstehen, die weiter untersucht werden können. Durch die prozentualen Anteile kann dann die Summenformel ermittelt werden.