De analytische scheikunde of analytische chemie is het onderdeel van de scheikunde dat zich bezighoudt met de analyse van chemische verbindingen en mengsels. Daarbij wordt zowel ingegaan op de bepaling van de aanwezige stoffen, als de concentratie ervan. Dit wordt respectievelijk kwalitatieve analyse en kwantitatieve analyse genoemd.
De analytische scheikunde is geïnteresseerd in: De samenstelling van mengsels: welke stoffen zitten erin. De molecuul-structuur van zuivere verbindingen: welke atomen zitten met wat voor een soort bindingen aan elkaar. De elementenanalyse van zuivere verbindingen en mengsels: welke elementen zitten erin.
thumb|Student Bio-Farmaceutische Wetenschappen voert chemische analyse uit met behulp van fluorimeter
Sporenanalyse
Sporenanalyse in de chemische analyse heeft betrekking op het nauwkeurig bepalen van kleine hoeveelheden materiaal in een grote hoeveelheid andere stoffen.
Bij sporenanalyse worden hoge eisen gesteld aan Methode van monstername Methode van voorbewerken van het monster Scheidingsmethoden Detectiemethoden
In de sporenanalyse worden de concentraties vaak bepaald in mg/kg of parts per million (ppm), mg/ton of parts per billion (ppb). Soms wordt zelfs gemeten in het gebied van mg/1000 ton of parts per trillion (ppt).
Deelgebieden van de analytische scheikunde Chemometrie (vooral kwantitatief gericht)
Bij chemometrie worden statistische methoden en technieken gebruikt bij de verwerking van meetgegevens van chemische systemen. Hierbij worden methodes gebruikt uit data-analytische disciplines, zoals multivariabele statistieken, toegepaste wiskunde en computerwetenschappen. Met behulp van chemometrie kunnen multivariabele meetgegevens verwerkt worden waardoor de gegevens geoptimaliseerd, gekalibreerd en geïnterpreteerd kunnen worden. Hierdoor kunnen nauwkeurige en correcte conclusies getrokken worden uit chemische meetgegevens. De multivariabele statistiek bekijkt de gezamenlijke verandering van gemeten waarden in één geheel. Technieken die hiervoor gebruikt worden zijn multivariabele ijking, classificatie, patroonherkenning en clustering.Chemometry Consultancy. [cited 2010 Jun 14]. Chemometrics. Available at: http://www.chemometry.com/Index/Chemometrics.html. Gearchiveerd op 22 december 2021.M.J. Miah, J.M. Moore, Parameter Design in Chemometry. Chemometrics and intelligent laboratory systems 1988, 3, p 31-37
Titratie (vooral kwantitatief gericht)
Titratie is een kwantitatieve analysemethode, waarbij de concentratie van een onbekende stof bepaald kan worden. Hiervoor wordt geleidelijk, meestal druppelsgewijs, een andere oplossing, de titrant, toegevoegd aan de stof, totdat het omslagpunt bereikt is. Dat is het punt waar alle stof met onbekende concentratie gereageerd. Doordat de concentratie reagens in de titrant bekend is, kan de concentratie van de stof bepaald worden. De titrant kan aan het monster worden toegevoegd met een glazen buret of met een automatische buret.
Chromatografie (zowel kwantitatief als kwalitatief gericht)
Chromatografie is de primaire methode om kwantitatieve en kwalitatieve metingen in gassen en vloeistoffen uit te voeren. De scheiding berust op een stilstaande stationaire fase waar een mobiele fase langs stroomt. Door het verschil in affiniteit tot binding met de stationaire dan wel mobiele fase, worden de componenten gescheiden.Rouessac, F., Rouessac, A. Chapter 14: Atomic emission spectroscopy. Chemical analysis: modern instrumentation and methods and techniques. Second Ediation. West Sussex: Wiley; 2007. p 3-5
Gaschromatografie
Bij gaschromatografie is de mobiele fase een gas en wordt het monster aan dit draaggas toegevoegd. Mocht het monster vast of vloeibaar zijn, wordt het binnen korte tijd verdampt, zodat het ook gasvormig is. Door de grote sensitiviteit kan voor sommige componenten een kwantitatieve analyse in picogram gedaan worden. Een gaschromatograaf bestaat uit een injectiepoort, waar het monster wordt ingebracht, een kolom, die de stationaire fase bevat, en een detector, waar de daadwerkelijke meting plaatsvindt. De gaschromatograaf kan eventueel uitgebreid worden met een autosampler, die nauwkeurige en reproduceerbare injecties bewerkstelligt. Het draaggas stroomt door de kolom over de stationaire fase. Het analyt komt hierdoor in aanraking met de stationaire fase.Rouessac, F., Rouessac, A. Chapter 14: Atomic emission spectroscopy. Chemical analysis: modern instrumentation and methods and techniques. Second Ediation. West Sussex: Wiley; 2007. p 31-58
Vloeistofchromatografie
Bij vloeistofchromatografie is de mobiele fase een vloeistof. De stationaire fase kan per techniek verschillen. Veelgebruikte technieken zijn: Dunnelaagchromatografie, waarbij de stationaire fase bestaat uit een dunne laag absorberend materiaal Partitiechromatografie, waarbij de stationaire fase bestaat uit een vloeistof dat niet oplost in de mobiele fase Adsorptiechromatografie, waarbij de stationaire fase bestaat uit een vaste stof Ion exchangechromatografie, waarbij de stationaire fase bestaat uit ionenwisselaarhars Affiniteitschromatografie, waarbij de stationaire fase in een kolom zodanig wordt gekozen, dat slechts een component van een matrix bindt Lagedrukvloeistofchromatografie, waarbij de stationaire fase een kolom is Hogedrukvloeistofchromatografie, waarbij de stationaire fase een kolom is
Gelchromatografie
Bij gelchromatografie is de stationaire fase een gel met verschillende poriegrootten. De mobiele fase, een vloeistof, wordt door de gel geleid. De vertraging wordt veroorzaakt doordat kleine moleculen een langere weg afleggen. Deze passeren immers de poriën die grote moleculen niet kunnen passeren. De kleine moleculen hebben een grotere retentie.
Atoomspectroscopie (vooral kwantitatief gericht)
Bij atoomspectroscopie wordt een elementenanalyse van een monster gemaakt met behulp van elektromagnetische straling van verschillende golflengten. Hiermee kan de verhouding van de elementen in een monster bepaald worden
Atoom absorptie spectrometrie
Door absorptie van licht met een bepaalde energie, kunnen valentie-elektronen op een hoger energieniveau gebracht worden. Hiervoor is het nodig dat het monster eerst geatomiseerd wordt, waardoor vrije atomen ontstaan. Wanneer de atomen vervolgens bestraald worden met licht met verschillende golflengtes, zal een deel van het licht geabsorbeerd worden. Door van het doorgelaten licht de intensiteit bij verschillende golflengtes te meten, kan bepaald worden hoeveel energie er door de atomen is geabsorbeerd. Hiermee is de concentratie van de atomen in het monster te berekenen.Rouessac, F., Rouessac, A. Chapter 13: Atomic absorption and flame emission spectroscopy. Chemical analysis: modern instrumentation and methods and techniques. Second Ediation. West Sussex: Wiley; 2007. p 285-297Universiteit Gent; 2008 [cited Jun 15]. Toegepaste Fysica – onderzoek: Oppervlaktebehandeling van polymeerfilms en textielmaterialen. Available from: https://web.archive.org/web/20090320194121/http://www.appliedphysics.ugent.be/ned/Onderzoek/Oppervlaktebehandeling.html
Atomaire-emissiespectrometrie
Bij atoom emissie spectrometrie worden de valentie-elektronen van de atomen op een hoger energieniveau gebracht. Hiervoor wordt een plasma, vlamboog, vonk of laser gebruikt. Een plasma is een wolk van gasvormige ionen en hun elektronen met een hoge energie. Het bevat atomen in evenwicht tussen hun neutrale vorm en hun geïoniseerde vorm met de bijbehorende elektronen. Plasma's kunnen temperaturen tot 8000 K bereiken. Wanneer het sample een vaste stof is die elektriciteit kan geleiden, kan het als kathode voor glansontlading gebruikt worden, waardoor het in geëxciteerde toestand zal komen. Nadat de atomen in geëxciteerde toestand zijn gekomen, zullen ze weer terugvallen naar hun grondtoestand. Hierbij komt energie vrij in de vorm van fotonen. De hoeveelheid uitgezonden energie is afhankelijk van de verschillen in de energieniveaus van het de atomen. De golflengte van het uitgezonden licht is afhankelijk van de hoeveelheid uitgezonden energie. Met de constante van Planck is daardoor te berekenen hoeveel energie is uitgezonden. De intensiteit van het uitgezonden licht is, binnen een bepaald concentratiegebied, recht evenredig met de concentratie atomen. De intensiteit van het licht wordt gemeten met behulp van een fotomultiplicator.Rouessac, F., Rouessac, A. Chapter 14: Atomic emission spectroscopy. Chemical analysis: modern instrumentation and methods and techniques. Second Ediation. West Sussex: Wiley; 2007. P 309-315
Inductief gekoppeld plasma
ICP (inductively coupled plasma) is een hoge temperatuur (7000-8000 K) excitatie bron die atomen verdampt, exciteert, ioniseert en ontdoet van gebonden water. Door ICP zenden elementen licht uit met karakteristieke golflengtes, die gemeten kunnen worden. Het plasma wordt gevormd door een ontlading (bijvoorbeeld door een vonk), die zorgt voor de ionisatie van een deel van het argongas in de buitenste buis. Een radiofrequentie generator produceert een stroom in een spoel rond de buizen, waardoor een magnetisch veld ontstaat. Hierdoor ontstaat een stroom van ionen en elektronen van het argongas. Door botsingen van deze ionen elektronen met andere atomen in het argongas, worden die atomen ook geïoniseerd. Hierdoor ontstaat een plasma met een hoge temperatuur. Het monster(opgelost in een waterig oplosmiddel) wordt, bijvoorbeeld door een verstuiver, geïntroduceerd als aerosol, waarna het wordt meegevoerd met het steungas(argon). Door het plasma zullen de atomen uit het monster geëxciteerd worden. Wanneer de atomen weer terugvallen naar hun grondtoestand, zenden ze licht uit. Dit licht wordt omgezet in een elektrisch signaal.Rouessac, F., Rouessac, A. Chapter 14: Atomic emission spectroscopy. Chemical analysis: modern instrumentation and methods and techniques. Second Ediation. West Sussex: Wiley; 2007. p 311USGS: Central Mineral and Environmental Resources Science Center; 2005 [updated 2010 Apr 19; cited Jun 14]. What is ICP-MS… and more importantly, what can it do? Available from: http://minerals.cr.usgs.gov/icpms/intro.html. Gearchiveerd op 28 april 2012.Universitat Politechnica de Catulanya; 2002 [cited Jun 15]. Development of Techniques Based on Natural Polymers for the Recovery of Precious Metals. Available from: https://web.archive.org/web/20150602083222/http://www.tdr.cesca.es/TESIS_UPC/AVAILABLE/TDX-0619102-193943//08CAPITOL6.pdf
ICP-MS-(Inductief gekoppeld plasma-massaspectrometrie)
Bij ICP-MS worden ionen uit het plasma, die zijn ontstaan in de ICP, gericht op de inslaglens van een massaspectrometer. In de meeste gevallen is de massaspectrometer een quadropool. Deze bestaat uit vier geleidende staven, waarvan de tegenoverstaande buizen elektrisch met elkaar verbonden zijn. Op deze buizen wordt afwisselend wisselspanning en gelijkspanning gecreëerd. Dit zorgt, in combinatie met een radiofrequent veld, voor het selectief doorlaten van ionen met een bepaalde massa-lading verhouding. Door een electronmultiplier kan één ion versterkt worden tot een meetbaar signaal, waarna de signalen gesorteerd kunnen worden op hun massa met behulp van elektronica.Rouessac, F., Rouessac, A. Chapter 16: Mass spectrometry. Chemical analysis: modern instrumentation and methods and techniques. Second Ediation. West Sussex: Wiley; 2007. p 370-372; 381-385; 402-404
Röntgenfluorescentiespectrometrie