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Allgemeine und theoretische Grundlagen

1.1 Analytische Chemie heute

Inhalt

Die historischen Anfänge. Definitionen der Analytischen Chemie. Stellenwert in Wissenschaft und Gesellschaft. Bedeutung der Spurenanalytik. Eurocurriculum, Studiengruppe Education in Analytical Chemistry der Working Party of Analytical Chemistry von 1992. Analytik in Gesetzen, Verordnungen und Normen. Literatursuche: Fachzeitschriften, Abstracts, Computerrecherchen und elektronische Bibliotheken.

Die historischen Anfänge

Zu Beginn seiner "Geschichte der Analytischen Chemie" (1966) schreibt der Chemiehistoriker Ferenc Szabadváry dass, die ältesten analytischen Kenntnisse, die Verfahren der Goldprüfung auf "trockenem Wege" (durch Schmelzen im Ofen), bereits im Alten Testament der Bibel an mehreren Stellen nachzulesen seien. Die Erarbeitung der Analyse habe stets am Anfang jeder Entwicklung in der Chemie gestanden. Zuerst hätten die Stoffe untersucht werden müssen, bevor irgendwelche Gesetzmäßigkeiten gefunden werden konnten. Erst ab einem gewissen Stand der analytischen Kenntnisse hätten auch Fortschritte in der Chemie erzielt werden können. Reinheitsprüfungen, z. B. von Grünspan auf Verfälschung durch Eisen(II)-sulfat, sind bei dem römischen Schriftsteller Plinius dem Älteren (23-79 n. Chr.) in dessen dem Kaiser Titus gewidmeter Naturgeschichte Naturalis Historia nachzulesen. Im Zeitalter der Alchemie bzw. der frühen Chemie bis etwa in das 17. Jahrhundert stand die Analyse von Metallen bzw. Mineralen im Rahmen des Berg- und Hüttenwesens im Vordergrund. Im 14. und 15. Jahrhundert beschrieben die sogenannten "Probierbüchlein" außer Gold-, Silber-, Blei-, Kupfer- und anderen "Proben" auch Verfahren zur Güteprüfung des Schwefels für die Schwarzpulverherstellung.

In den Beginn der Neuzeit, charakterisiert durch das Wirken des Arztes und Naturforschers Paracelsus, eigentlich Theophrast Bombast von Hohenheim (1493-1541), fällt auch der Anfang der Wasseranalytik. Leonhard Thurneysser (1530-1596), ein sogenannter Paracelsist, lieferte erste ausführliche Beschreibungen zur chemischen Analyse von Heil- und Mineralwässern auf nassem Wege. Von Robert Boyle (1627-1691) wurde erstmals der Begriff "chemische Analyse" verwendet, ebenso die Bezeichnungen Reaktion und Reagenz.

Eine neue Entwicklungsstufe begann mit der Entdeckung zahlreicher Gase, vor allem des Sauerstoffs, im 19. Jahrhundert, als der französische Chemiker A.L. Lavoisier (1743-1794) experimentell eine "messende Gaschemie" entwickelte. Das erste Hochschullehrbuch der Analytischen Chemie erschien 1790 von J.F. Göttling (Jena, 1755-1809) unter dem Titel "Vollständiges chemisches Probir-Cabinett" (in der 2. Auflage 1802 als "Praktische Anleitung zur prüfenden und zerlegenden Chemie"). Der Name des Fachgebietes Analytische Chemie wurde in einem Lehrbuch zum ersten Mal 1801 von dem Freiberger W.A. Lampadius (1772-1842) verwendet - in seinem "Handbuch der chemischen Analyse der Mineralkörper". Besonders erfolgreich waren die Lehrbücher von C.R. Fresenius (1818-1897), dessen "Anleitung zur qualitativen chemischen Analyse" in 16 Auflagen von 1841-1895 erschien. Fresenius' "Anleitung zur quantitativen chemischen Analyse" (1. Auflage 1845) führte schließlich zur Begründung der Analytischen Chemie als selbstständigem Wissenschaftsgebiet. Seine Methodik und Didaktik blieben bis heute in den Grundpraktika der qualitativen und quantitativen anorganisch-chemischen Analyse erhalten. "Die wissenschaftlichen Grundlagen der Analytischen Chemie" wurden 1894 von dem Physikochemiker W. Ostwald (1853-1932) in einem eigenständigen Lehrbuch behandelt. In der Mitte des 19. Jahrhunderts begann auch die Entwicklung physikalischer Methoden in der Analytischen Chemie - z. B. der Spektralanalyse durch R.W. Bunsen und G.R. Kirchhoff (1859).

In den meisten Kapiteln und Abschnitten dieses Lehrbuches werden jeweils zu Beginn kurze chemiehistorische Anmerkungen zur Entwicklung der im Einzelnen vorgestellten Analysenmethoden - auch als Orientierungshilfe zur Einschätzung ihres Stellenwertes - zu finden sein.

Definitionen und Stellenwert

Die Analytische Chemie heute ist durch eine schnelle Entwicklung in der Gerätetechnologie und durch sich noch immer ausweitende Aufgabenstellungen aus allen Bereichen der technischen Wissenschaften, Natur- und auch Kulturwissenschaften (z. B. Archäologie, Kunstgeschichte und Buchkunde) gekennzeichnet. In einem "Memorandum der Vertreter deutscher Hochschulen zur Eingliederung der Analytischen Chemie als Wahlpflichtfach im Studiengang Chemie" (Fresenius' J. Anal. Chem., 216, M 46 (1993) - Mitteilungsblatt 1' 93 der Gesellschaft Deutscher Chemiker, Fachgruppe Analytische Chemie) ist die Entwicklung der jüngsten Zeit wie folgt skizziert:

"Die Aufgaben der Analytischen Chemie haben sich im letzten Jahrzehnt stark verändert und erweitert. So ist die Analytische Chemie von einer lediglich retrospektiv betrachtenden zu einer diagnostizierend gestaltenden Wissenschaft geworden und spielt eine immer wichtigere Rolle bei der Charakterisierung und Beschreibung sich ändernder chemischer und biologischer Systeme. Durch diese Aufgaben ist die Analytische Chemie ein gleichberechtigter Partner der Synthetischen Chemie. Die Gesellschaft und die ihr dienende Technik benötigt analytische Aussagen in allen Bereichen der Naturwissenschaften, im Umweltschutz, in der Biologie, Medizin, Pharmazie, Pharmakokinetik, in den Geowissenschaften, in der chemischen und biologischen Prozesskontrolle, den Nahrungswissenschaften, der Forensik und den Materialwissenschaften. Das ganze Gebiet, vor allem das der instrumentellen Analytik, hat sich seit Mitte der 50er Jahre dramatisch verändert. So lösten sich in den letzten ca. 30 Jahren die Instrumentengenerationen in Zyklen von nur 3-4 Jahren ab, und die Fortschritte in der analytischen Forschung, insbesondere Senkung der Nachweisgrenzen, Verkürzung der Analysenzeiten z. B. durch Automation, Verbesserung der Analysenqualität, Vereinfachung und Miniaturisierung der Instrumentation brachten technische Verbesserungen im Ausmaß von mindestens einer Größenordnung pro Jahrzehnt."

Eine Definition des Fachgebietes Analytische Chemie in knapper Form wurde von der Fachgruppe Analytische Chemie in der Gesellschaft Deutscher Chemiker in den 1970er-Jahren wie folgt formuliert:

"Chemische Analytik ist die Wissenschaft von der Gewinnung und verwertungsbezogenen Interpretation von Informationen über stoffliche Systeme mit Hilfe naturwissenschaftlicher Methoden."

Einen besonders herausragenden Stellenwert hat in den 1960er- und 1970er-Jahren die Spurenanalytik erhalten, deren Bedeutung sich wie folgt umschreiben lässt:

"Heute sind spurenanalytische Daten die Grundlage für politische, juristische und medizinische Entscheidungen, die nicht nur die Wiedergewinnung und Erhaltung der Qualität von Luft, Wasser und von Lebensmitteln, sondern insgesamt die mit Recht so häufig zitierte "Qualität des Lebens" betreffen. Hier ist vor allem die Analytik im Umweltschutz mit den Bereichen Luftreinhaltung, Wasseranalytik einschließlich der Meeresforschung sowie der Lebensmittelchemie zu nennen. Auf medizinischen Gebieten sind besonders die biochemische Analytik und die Arzneimittelforschung auf spurenanalytische Methoden angewiesen. In der Reinststoff-Forschung und in den technischen Fächern, etwa in den Werkstoffwissenschaften, ist die Kenntnis über den Gehalt von Elementspuren eine wichtige Voraussetzung zur Ermittlung physikalischer Stoffeigenschaften. Auch so verschiedene Wissenschaften wie die Geologie und die Archäologie bedienen sich spurenanalytischer Methoden, um Probleme ihres Faches aufzuklären. - Tatsächlich gibt es heute kaum ein Gebiet der experimentellen Naturwissenschaften, das nicht in irgendeiner Weise mit spurenanalytischen Fragen befasst ist." (H. Monien, E. Hohaus, G. Schwedt: Aspekte der modernen Spurenanalytik, in: "Entwicklungen der 70er Jahre - Studien aus der Gesamthochschule Siegen" 1978, S. 476-488.)

Hinzuzufügen sind die Kulturwissenschaften, angefangen bei der Archäometrie bis hin zum Einsatz der möglichst zerstörungsfreien Analytik zu Fragen der Restaurierung alter Handschriften, Inkunabeln und früher Drucke.

Im Rahmen einer internationalen Ausschreibung wurden 1992 Definitionen der Analytischen Chemie in Fresenius' Journal of Analytical Chemistry veröffentlicht (Vol. 343, S. 812ff), von denen die auf Platz 1 gesetzte Definition (K. Cammann) in z. T. freier Übersetzung aus dem englischen Originaltext wie folgt lautet:

"Die Analytische Chemie ist definiert als eine eigenständige chemische Teildisziplin, welche Methoden und das Instrumentarium zur Gewinnung von Informationen über die Zusammensetzung und die Struktur von stofflichen Systemen entwickelt und zur Verfügung stellt, speziell in Bezug auf Art, Zahl, energetischen Zustand und...