Nasschemische Methoden

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Grundprinzip

Nasschemische Analytik beruht auf dem Aufschluss von Proben, durch sauren oder schmelzflüssigen Aufschluss, wodurch die dabei in Lösung gebrachten Anionen und Kationen nasschemisch im Zuge von Fällungsreaktionen (Gravimetrie) oder Titrationen (Titrimetrie) bestimmt werden können. Die nasschemische Analytik nutzt hierzu überwiegend chemische Methoden teilweise in Verbindung mit physikalischen Methoden (Mörsern). Im Gegensatz hierzu gibt es auch moderne instrumentelle Methoden, welche an Flüssigkeiten durchgeführt werden. Diese werden allerdings fälschlicherweise als nasschemisch bezeichnet und basieren in ihrem Funktionsprinzip auf modernen, physikalischen Methoden. Um welche Methoden es sich handelt findest du im Artikel: Analytik auf Basis von wässrigen Lösungen

Welches Material kann gemessen werden?

Wie der Name nasschemisch schon sagt, werden hier ausschließlich flüssige Proben gemessen. Die in geologischen Fragestellungen meistens auftretenden festen Gesteinsproben müssen daher zuerst aufgeschlossen, d.h. in Lösung gebracht werden.

Welche Information/Analyse bekommt man durch die jeweilige Methode?

Qualitative Methoden bzw. Information zu den chemischen Bestandteilen in der Probe

  • Flammenfärbung

Beispiel: viele Metallionen färben eine Bunsenbrennerflamme in charakteristischer Weise, z.B. Natrium: typisch gelb-orange; Barium, fahlgrün; Caesium, hellblauviolett; Rubidium, rotviolett; Strontium, purpurrot…

  • Farbumschlag durch chemische Reaktionen

Beispiel: Eisen(III)-Ionen bilden mit Thiocyanat tiefrotes Eisen-Thiocyanat.

  • Fällungsreaktionen

Beispiel: Der Nachweis von Pb2+ in flüssigen Proben durch Fällung als schwarzer PbS-Niederschlag (Nachweisreaktion für Sulfidanionen bzw. Blei(II)-kationen)

S2- + Pb(NO3 )2 → PbS↓+ 2NO3-

  • Spezifische Reaktionen verschiedener Substanzklassen

Beispiel: Aldehyd-Nachweis mit der Fehling-Probe

Quantitative Methoden bzw. Information zur chemischen Zusammensetzung der Probe

Die herausragende Eigenschaft der nasschemischen Bestimmungsmethoden ist der Fakt, dass sie eine Absolutmethode ist: d.h. sie benötigen keinen Standard, um die gewünschten Konzentrations- oder Mengenangaben zu bestimmen. Sie können in jedem modernen chemischen Labor mittels dort vorhandener Chemikalien durchgeführt werden (keine teuren Geräte notwendig) und benötigen keinerlei Standard oder weitegehende Informationen wie Matrix etc. Natürlich kann es zu Störungen bei der Durchführung kommen, die ein gewisses Maß an chemischer Grundkenntnis erfordert. Bei genauem Befolgen der Durchführungsvorschriften sind diese aber routinemäßig problemlos und sicher auszuführen.

  • Titration (Volumetrie)

Zu der flüssigen Probe wird eine Lösung mit bekannter Konzentration und Zusammensetzung (sog. Titriermittel) langsam zugegeben. Der Analyt reagiert mit dem Titriermittel bis sich bei vollständigem Umsatz eine klare und spezifische identifizierbare Reaktion in Form eines Farbumschlag oder einer Niederschlagsbildung zeigt. Der Endpunkt der Reaktion, an welchen der gesamte Analyt verbraucht ist, wird z.B. von einem Farbstoff (= Indikator mit klarem Farbumschlag) oder moderner, mittels einer Elektrode bei der sog. Potentiometrischen Titration visualisiert. Anhand des Volumens des Titriermittels welches benötigt wurde, um den Endpunkt zu erreichen, kann die Konzentration des Analyten errechnet werden.

  • Gravimetrie

Die Gravimetrie ist eine absolute Methode da sie keine Standards benötigt, sie wird zu Kalibrierung von Standards verwendet. Die gelöste Probe (sog. Analyt) wird mit einem anderen Stoff zur Reaktion gebracht und es entsteht ein unlöslicher Reaktionsprodukt. Die Zusammensetzung des Niederschlags ist auf der Basis der genauen Kenntnis der ablaufenden Reaktion (= Reaktionsgleichung) bekannt, um aus dessen Gewicht und dem stöchiometrischen Umsatz die unbekannte Analytmenge zu bestimmen. Voraussetzung ist ein 100%iger (= vollständiger) Umsatz der Reaktion und das Reaktions-produkt (= Fällungsform) sollte sich eindeutig und vollständig von der restlichen Lösung ab-trennen lassen. Ferner sollten Fällungsform und Wägeform annähernd dieselbe Molmasse haben und sich nicht während der Fällung, Trocknung oder Wägung verändern.

  • Photometrische Bestimmungen

Die flüssige Probe reagiert mit einem anderen Stoff unter Bildung eines farbigen Komplexes. Die zu analysierenden Metallionen werden dabei in einen stabilen, farbigen Komplex umgewandelt. Dieser farbiger Komplex absorbiert durch die Lösung geleitetes Licht bestimmter Wellenlänge, wobei die dabei vonstattengehende Absorption konzentrationsabhängig ist. Die beobachtete Absorption ist ferner von der Dicke der Probe abhängig, sodass während der Messung standardisierte Messgefäße (= Küvetten) benutzt werden. Es gilt das Lambert-Beer’sche Gesetz der Absorption von Licht. Die gemessene Absorption der Probelösung muss dann mit der Absorption einer oder mehrerer Probelösungen bekannter Konzentration (= Standard), die in sich wiederum eine Kalibrationsgerade ergeben, verglichen werden. Aus dem Schnittpunkt der Absorption der Probelösung mit der Kalibrationsgeraden kann dann die Konzentration der unbekannten Probelösung ermittelt werden.

Referenzen

Waber, H.N. et al., Geochemical Analysis of Rocks, Laboratory Course September 21 – 24, 2020, Universität Bern.

Jander, Blasius, Strähle, Schweda: Lehrbuch der analytischen und präparativen anorganischen Chemie; Hirzel, Stuttgart; Auflage: 16., überarb. A. (März 2006).

Jander, Blasius, Strähle: Einführung in das anorganisch-chemische Praktikum (einschl. der quantitativen Analyse); Hirzel, Stuttgart; Auflage: 15., neu bearb. Aufl. (Oktober 2005).

Otto: Analytische Chemie; Wiley-VCH; Auflage: 3., vollst. überarb. u. erw. A. (Juli 2006).

Skoog, Leary: Instrumentelle Analytik. Grundlagen, Geräte, Anwendungen (Springer-Lehrbuch); Springer, Berlin; Auflage: 1 (Mai 1996) Schwedt: Analytische Chemie; Wiley-VCH; Auflage: 1 (2004).

Weitere Informationen und Literatur

Schwedt, Georg, Torsten C. Schmidt, and Oliver J. Schmitz. Analytische Chemie: Grundlagen, Methoden und Praxis. John Wiley & Sons, 2016.

AutorInnen

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Dieser Artikel wurde erstellt von:
Elena Zwerschke, Donjá Aßbichler, Werner Ertl-Ingrisch