Full Description
Instrumentelle Analytik
Contents
Vorwort xiii
Geleitwort xvii
1 Einleitung 1
1.1 Analytische Chemie - Historisches 1
1.2 Analytische Chemie und ihre Rolle in der heutigen Gesellschaft 2
2 Einführung ins Qualitätsmanagement 5
2.1 Geschichtliches 6
2.2 Variabilität 7
2.3 Die vier Säulen der Weisheit (Von Shewhart zu Deming) 9
2.4 Null-Fehler-Toleranz 10
2.5 Weshalb Normen? 11
2.6 Der beherrschte Prozess 11
2.7 Leitfaden ISO 9004 13
2.8 Anforderungen an Qualitätsmanagementsysteme 13
3 Statistische Grundlagen 15
3.1 Grundbegriffe 15
3.1.1 Gesamtheit und Stichprobe 17
3.1.2 Verteilung von Werten 18
3.2 Kenngrößen 19
3.2.1 Arithmetisches Mittel 19
3.2.2 Standardabweichung 20
3.2.3 Varianz 21
3.2.4 Standardabweichung von Mittelwerten 21
3.2.5 Relative Standardabweichung 21
3.2.6 Vertrauensbereich (= Vertrauensintervall, Konfidenzintervall) 22
3.3 Messabweichungen 23
3.3.1 Zufallsabweichungen (random deviation) - Einfluss auf die Präzision 24
3.3.1.1 Ursachen für Zufallsabweichungen 24
3.3.1.2 Präzision (precision) (DIN ISO 3534-1:2008-02, D/E) 24
3.3.1.3 Das Erkennen von Zufallsabweichungen 24
3.3.2 Systematische Abweichungen (systematic deviation) - Einfluss auf die Richtigkeit 25
3.3.2.1 Ursachen für systematische Abweichungen 25
3.3.2.2 Auswirkungen auf die Messung 25
3.3.2.3 Richtigkeit (trueness, accuracy of the mean) (DIN ISO 3534-1:2008-02, D/E) 25
3.3.2.4 Feststellung systematischer Abweichungen 26
3.3.3 Grobe Abweichungen (gross error) 27
3.3.3.1 Ursachen für grobe Abweichungen 27
3.3.3.2 Genauigkeit (accuracy) (DIN ISO 3534-1:2008-02, D/E) 27
3.3.4 Messunsicherheit von Ergebnissen 28
3.3.4.1 Standardmessunsicherheit von Einzelmessungen 29
3.3.4.2 Kombinierte Messunsicherheit 29
3.3.4.3 Rechenregeln für die Unsicherheitsfortpflanzung 31
3.3.4.4 Vorgehen für die Bestimmung der kombinierten Messunsicherheit 31
3.3.4.5 Erweiterte Messunsicherheit 32
3.3.5 Nichtstatistische Schätzverfahren 33
3.3.5.1 Toleranz 33
3.3.5.2 Vollständiges Messergebnis 34
3.3.6 Signifikante Stellen - „Box-and-Dot"-Methode 34
3.3.7 Ausreißertests 36
3.3.7.1 Die 4s-Schranke 36
3.3.7.2 Test nach Grubbs 36
3.4 Regression 37
3.4.1 Kalibrierfunktion 37
3.4.2 Regressionsanalyse 38
3.4.3 Die „optimale" Trendlinie 38
3.4.4 Lineare Regression 39
3.4.4.1 Statistische Informationen aus der linearen Regression 39
3.4.4.2 Empfindlichkeit (analytical sensitivity) 40
3.4.4.3 Korrelationskoeffizient 40
3.4.4.4 Bestimmtheitsmaß 40
3.4.4.5 Linearität (linearity) 41
3.4.4.6 Regressionsgleichung 41
4 Der analytische Prozess 47
4.1 Der analytische Prozess im Gesamtzusammenhang 47
4.2 Planungsphase 49
4.2.1 Analytische Fragestellung „Problem" 49
4.2.2 Untersuchungsobjekt 50
4.2.3 Untersuchungsprobe 50
4.2.3.1 Probennahme 51
4.2.3.2 Probennahmearten 51
4.2.3.3 Aufbereitung 52
4.2.4 Untersuchungsverfahren 53
4.2.5 Analyt 54
4.2.6 Literatur- und Datenbankrecherche 54
4.3 Analyse 60
4.3.1 Messung 60
4.3.2 Methodenoptimierung 61
4.3.3 Kalibrierung 62
4.4 Auswertung 65
4.4.1 Quantifizierung 65
4.5 Validierung 66
4.5.1 Validierungselemente 68
4.5.1.1 Selektivität/Spezifizität 68
4.5.1.2 Arbeitsbereich (range) 69
4.5.1.3 Nachweis-, Erfassungs- und Bestimmungsgrenze DIN 32645 [15] 69
4.5.1.4 3σ-Konzept nach Kaiser 73
4.5.1.5 Robustheit (robustness) 75
4.5.2 Einsatz des Computers 75
4.6 Schlussdokumentation 76
5 Beispiel einer Validierungsstrategie 79
5.1 Bestimmung von Phenol in Industrieabwässern 81
5.1.1 Anforderungen und Voraussetzungen an die zu validierende Methode 81
5.1.2 Inhalt des Validierungsplans 81
6 Organisatorisches und praktischer Versuchsablauf im Praktikum 95
6.1 Zielsetzungen 95
6.2 Sicherheit im Praktikum 96
6.3 Versuchs-/Projektablauf 96
6.4 Berichte 98
7 Literatur 103
7.1 Zitierte Literatur 103
7.2 Empfohlene Literatur (Auswahl) 104
7.2.1 Kalibrierung 104
7.2.2 Ringversuche 104
7.2.3 Qualitätsmanagement 104
7.2.4 Bücher (Auswahl) 104
7.2.5 Links (Auswahl) 105
8 Projekte 107
8.1 Chromatografie 108
8.1.1 Hochleistungs-Flüssigkeitschromatografie (HPLC) 108
8.1.1.1 Analytische Fragestellung 108
8.1.1.2 Schlagworte (keywords) 110
8.1.1.3 Projektablauf/Aufgabenstellung 110
8.1.1.4 Einführung 111
8.1.1.5 Experimenteller Teil 117
8.1.1.6 Versuchsdurchführung 119
8.1.1.7 Fragen 120
8.1.2 Gaschromatografie (GC) 121
8.1.2.1 Analytische Fragestellung 121
8.1.2.2 Schlagworte (keywords) 122
8.1.2.3 Projektablauf/Aufgabenstellung 123
8.1.2.4 Einführung 123
8.1.2.5 Experimenteller Teil 130
8.1.2.6 Versuchsdurchführung 132
8.1.2.7 Fragen 134
8.1.3 Ionenchromatografie 134
8.1.3.1 Analytische Fragestellung 134
8.1.3.2 Schlagworte (keywords) 136
8.1.3.3 Projektablauf/Aufgabenstellung 136
8.1.3.4 Einführung 137
8.1.3.5 Experimenteller Teil 146
8.1.3.6 Versuchsdurchführung 148
8.1.3.7 Fragen 150
8.2 Spektroskopie 151
8.2.1 UV/VIS-Fotometrie 151
8.2.1.1 Analytische Fragestellung 151
8.2.1.2 Schlagworte (keywords) 153
8.2.1.3 Projektablauf/Aufgabenstellung 153
8.2.1.4 Einführung 153
8.2.1.5 Experimenteller Teil 160
8.2.1.6 Versuchsdurchführung 162
8.2.1.7 Fragen 163
8.2.2 Fourier-Transformation-Infrarot-(FTIR-)Spektrometrie 163
8.2.2.1 Analytische Fragestellung 163
8.2.2.2 Schlagworte (keywords) 165
8.2.2.3 Projektablauf/Aufgabenstellung 165
8.2.2.4 Einführung 166
8.2.2.5 Experimenteller Teil 177
8.2.2.6 Versuchsdurchführung 177
8.2.2.7 Fragen 180
8.2.3 Atomabsorptionsspektrometrie (AAS) 181
8.2.3.1 Analytische Fragestellung 181
8.2.3.2 Schlagworte (keywords) 183
8.2.3.3 Projektablauf/Aufgabenstellung 183
8.2.3.4 Einführung [1] 183
8.2.3.5 Experimenteller Teil 189
8.2.3.6 Versuchsdurchführung 191
8.2.3.7 Fragen 192
8.3 Elektrochemische Analytik 193
8.3.1 Polarografie 193
8.3.1.1 Analytische Fragestellung 193
8.3.1.2 Schlagworte (keywords) 195
8.3.1.3 Projektablauf/Aufgabenstellung 195
8.3.1.4 Einführung 195
8.3.1.5 Experimenteller Teil 203
8.3.1.6 Versuchsdurchführung 205
8.3.1.7 Fragen 208
8.4 Automatisierung 210
8.4.1 Fließinjektionsanalyse 210
8.4.1.1 Analytische Fragestellung 210
8.4.1.2 Schlagworte (keywords) 211
8.4.1.3 Projektablauf/Aufgabenstellung 211
8.4.1.4 Einführung 212
8.4.1.5 Experimenteller Teil 217
8.4.1.6 Versuchsdurchführung [5, 6] 218
8.4.1.7 Fragen 220
8.5 Allgemeine analytische Methoden 221
8.5.1 N-Proteinbestimmung nach Kjeldahl 221
8.5.1.1 Analytische Fragestellung 221
8.5.1.2 Schlagworte (keywords) 222
8.5.1.3 Projektablauf/Aufgabenstellung 222
8.5.1.4 Einführung 223
8.5.1.5 Experimenteller Teil 228
8.5.1.6 Versuchsdurchführung 230
8.5.1.7 Fragen 232
8.5.2 Bestimmung des gelösten Sauerstoffs 233
8.5.2.1 Analytische Fragestellung 233
8.5.2.2 Schlagworte (keywords) 234
8.5.2.3 Projektablauf/Aufgabenstellung 234
8.5.2.4 Einführung 235
8.5.2.5 Experimenteller Teil 239
8.5.2.6 Versuchsdurchführung 241
8.5.2.7 Fragen 243
9 Anhang A: Auswahl empfohlener Quellen nach Fachgebiet 247
9.1 Allgemeine Quellen 247
9.2 Analytische Chemie 248
9.3 Anorganische und metallorganische Chemie 248
9.4 Chemieingenieurwesen / Technische Chemie / Verfahrenstechnik 248
9.5 Chemikalien: Verzeichnisse von Lieferanten 249
9.6 Organische Chemie 249
9.7 Physikalisch-chemische Daten 249
9.8 Polymere und Werkstoffe 250
9.9 Spektren 250
9.10 Toxikologie und Sicherheit 251
10 Anhang B: Statistische Tabellen 253
11 Anhang C: Selbstverpflichtung 257
12 Anhang D: Evaluierungsleitfaden 259
13 Anhang E: Sicherheit im analytischen Labor 261
13.1 Allgemeine Vorsichtsmaßnahmen 261
13.1.1 Möglichkeiten zum persönlichen Schutz 261
13.1.2 Augenschutz 261
13.1.3 Hautschutz 262
13.1.4 Schutzkleidung 262
13.1.5 Atemschutz 262
13.2 Erste Hilfe 263
13.2.1 Bergung 263
13.2.2 Alarmierung 263
13.2.3 Lagerung eines Bewusstlosen 263
13.2.4 Blutende Wunden 263
13.2.5 Schock 264
13.2.6 Augenverletzungen 264
13.2.7 Verbrennungen 265
13.2.8 Verätzungen 265
13.2.9 Vergiftungen 265
13.3 Sicheres Arbeiten mit Chemikalien 266
13.3.1 Allgemeines Verhalten 266
13.3.2 Chemikalien 266
13.3.3 Lösungsmittel 267
13.3.4 Handhabung von Glas und Glasapparaturen 267
13.3.5 Elektrische Apparate, Heizquellen 268
13.3.6 Brandschutz 268
13.3.7 Abzüge 268
13.4 Chemische Reaktionen unter erhöhtem Druck 269
13.4.1 Chemikalien 269
13.4.2 Apparaturen 269
13.5 Entsorgung von Chemikalien 270
13.5.1 Organische Chemikalien 270
13.5.2 Anorganische Chemikalien 271
13.6 Verschüttete Chemikalien 272
13.6.1 Gase 273
13.6.2 Flüssigkeiten 273
13.7 Arbeiten mit Elektrizität 273
13.8 Arbeiten mit starken Magnetfeldern 274
13.8.1 Allgemeines Verhalten 275
13.8.2 Sicherheitsabstände 275
13.9 Umgang mit Druckflaschen und Gasen 276
13.9.1 Allgemeines 276
13.9.2 Transport 276
13.9.3 Lagerung 276
13.9.4 Ventile und Armaturen 277
13.9.5 Am Verbrauchsort 277
13.9.6 Inbetriebnahme 278
13.10 R-/S-Sätze
13.11 GHS (Globally Harmonized System of Classification and Labelling of Chemicals) 285
13.11.1 Grundsätze des GHS 285
13.11.2 GHS-Piktogramme 286
13.11.3 Liste der Gefahrenhinweise, H-Sätze (Hazard Statements) 288
13.11.4 Liste der Sicherheitshinweise, P-Sätze (Precautionary Statements) 291
Index 395
