Analytische Chemie

Die analytische Chemie (oder chemische Analyse ) ist der Teilbereich der Chemie, der sich mit der Entwicklung und Anwendung von Methoden zur Bestimmung der chemischen Zusammensetzung von Stoffen und zur Quantifizierung der Mengen von Komponenten in Gemischen befasst . Sie konzentriert sich auf Methoden zur Identifizierung unbekannter Verbindungen, gegebenenfalls in einem Gemisch oder einer Lösung, und zur Quantifizierung des Vorhandenseins einer Verbindung hinsichtlich der Stoffmenge (in jeder Phase), der Konzentration (in wässriger oder flüssiger Phase), des Massenanteils oder der Stoffmenge in einem Gemisch (bzw. des Partialdrucks im Falle der Gasphase).

Sie umfasst sowohl klassische Techniken (z. B. Titration , gravimetrische Analyse ) als auch moderne instrumentelle Verfahren (z. B. Spektroskopie , Chromatographie , Massenspektrometrie , elektrochemische Methoden ). Die moderne analytische Chemie ist eng mit Datenanalyse und Chemometrie verknüpft und wird zunehmend von Trends wie Automatisierung, Miniaturisierung und Echtzeitsensorik geprägt . Ihre Anwendungen erstrecken sich über so unterschiedliche Bereiche wie Biochemie , medizinische Chemie , Forensik , Archäologie , Ernährungswissenschaft , Agrarchemie , chemische Synthese , Metallurgie , Chemieingenieurwesen und Materialwissenschaft .

Im Zeitalter von „ Big Data “ ist die analytische Chemie zusammen mit Chemometrie und Bioinformatik zu einem zentralen Werkzeug für die Interpretation komplexer Ergebnisse von Hochdurchsatzverfahren wie Gaschromatographie-Massenspektrometrie (GC-MS), Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC ) , induktiv gekoppelter Plasma-Massenspektrometrie (ICP-MS) und hochauflösender Massenspektrometrie (HRMS) geworden . ^{[ 1 ]} Zudem besteht ein starker Trend zur Miniaturisierung , Automatisierung und Entwicklung von Echtzeit- und patientennahen Diagnosesensoren. ^{[ 2 ]}

Die analytische Chemie spielt seit den Anfängen der Chemie eine wichtige Rolle und liefert Methoden zur Bestimmung der in einem Objekt vorhandenen Elemente und Chemikalien. Zu den bedeutenden Beiträgen in dieser Zeit zählen die Entwicklung der systematischen Elementaranalyse durch Justus von Liebig und die Systematisierung der organischen Analyse auf der Grundlage spezifischer Reaktionen funktioneller Gruppen. ^{[ 3 ]}

Die erste instrumentelle Analysemethode war die Flammenemissionsspektrometrie , entwickelt von Robert Bunsen und Gustav Kirchhoff , die 1860 Rubidium (Rb) und Cäsium (Cs) entdeckten. ^{[ 4 ]}

Die meisten bedeutenden Entwicklungen in der analytischen Chemie fanden nach 1900 statt. In dieser Zeit gewann die instrumentelle Analytik zunehmend an Bedeutung. Insbesondere viele der grundlegenden spektroskopischen und spektrometrischen Techniken wurden im frühen 20. Jahrhundert entdeckt und im späten 20. Jahrhundert verfeinert. ^{[ 5 ]}

Die Trennverfahren durchliefen eine ähnliche Entwicklungsgeschichte und wurden ebenfalls zunehmend zu Hochleistungsinstrumenten weiterentwickelt. ^{[ 6 ]} In den 1970er Jahren begann man, viele dieser Techniken als Hybridverfahren zu kombinieren, um eine vollständige Charakterisierung von Proben zu erreichen.

Ab den 1970er Jahren erweiterte sich die analytische Chemie zunehmend um biologische Fragestellungen ( bioanalytische Chemie ), nachdem sie sich zuvor hauptsächlich auf anorganische oder kleine organische Moleküle konzentriert hatte . Laser werden vermehrt als Sonden und sogar zur Initiierung und Beeinflussung verschiedenster Reaktionen eingesetzt. Im späten 20. Jahrhundert erfuhr die analytische Chemie zudem eine Ausweitung ihres Anwendungsbereichs von eher akademischen chemischen Fragestellungen hin zu forensischen , umweltanalytischen , industriellen und medizinischen Fragestellungen, beispielsweise in der Histologie . ^{[ 7 ]}

Die moderne analytische Chemie wird von der instrumentellen Analytik dominiert. Viele analytische Chemiker spezialisieren sich auf einen einzigen Gerätetyp. Wissenschaftler konzentrieren sich entweder auf neue Anwendungen und Entdeckungen oder auf neue Analysemethoden. Die Entdeckung einer im Blut vorkommenden Substanz, die das Krebsrisiko erhöht, wäre eine solche Entdeckung, an der ein analytischer Chemiker beteiligt sein könnte. Die Entwicklung einer neuen Methode könnte beispielsweise den Einsatz eines abstimmbaren Lasers beinhalten , um die Spezifität und Empfindlichkeit einer spektrometrischen Methode zu erhöhen. Viele Methoden werden nach ihrer Entwicklung bewusst statisch gehalten, um Daten über lange Zeiträume vergleichen zu können. Dies gilt insbesondere für die industrielle Qualitätssicherung , die Forensik und Umweltanalytik. Die analytische Chemie spielt eine zunehmend wichtige Rolle in der pharmazeutischen Industrie, wo sie neben der Qualitätssicherung auch bei der Entwicklung neuer Wirkstoffkandidaten und in klinischen Anwendungen eingesetzt wird, wo das Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Arzneimittel und Patient von entscheidender Bedeutung ist. ^{[ 8 ]}

Das 21. Jahrhundert ist durch die Digitalisierung der analytischen Chemie geprägt. Die Verarbeitung großer Datensätze („Big Data“), die beispielsweise von Orbitrap-Massenspektrometern erfasst werden, hat fortgeschrittene Datenanalyse, einschließlich maschinellem Lernen , zu einer unverzichtbaren Kompetenz gemacht. ^{[ 9 ]} In dieser Ära rückt auch die Nachhaltigkeit stark in den Fokus , was zur Entstehung des Teilgebiets Grüne Analytische Chemie geführt hat , dessen Ziel es ist, die Umweltauswirkungen chemischer Analysen zu minimieren. ^{[ 10 ] [ 11 ]}

Obwohl die moderne analytische Chemie von hochentwickelten Instrumenten dominiert wird, liegen ihre Wurzeln und einige der in modernen Geräten verwendeten Prinzipien in traditionellen Techniken, von denen viele auch heute noch Anwendung finden. Diese Techniken bilden zudem das Rückgrat der meisten Praktika im Bereich der analytischen Chemie für Bachelor-Studierende.

Es gibt zahlreiche qualitative chemische Tests; Beispiele hierfür sind die Säureprobe zum Nachweis von Gold und die Kastle-Meyer-Probe zum Nachweis von Blut . ^{[ 12 ] [ 13 ]}

Die anorganische qualitative Analyse bezeichnet im Allgemeinen ein systematisches Verfahren zum Nachweis bestimmter Ionen oder Elemente in wässriger Lösung. Dabei werden verschiedene Reaktionen durchgeführt, um eine Reihe von Möglichkeiten auszuschließen. Anschließend werden die vermuteten Ionen mit einem Bestätigungstest nachgewiesen. Manchmal werden auch kleine kohlenstoffhaltige Ionen in solche Verfahren einbezogen. Dank moderner Instrumente werden diese Tests selten angewendet, können aber für Ausbildungszwecke, im Gelände oder in anderen Situationen, in denen der Zugang zu modernsten Geräten nicht möglich oder praktikabel ist, nützlich sein.

Die quantitative Analyse ist die Messung der Mengen bestimmter chemischer Bestandteile in einer Substanz. Die Mengen können massenbezogen (gravimetrische Analyse) oder volumetrisch (volumetrische Analyse) gemessen werden. ^{[ 14 ]}

Die gravimetrische Analyse dient der Bestimmung der Stoffmenge durch Wiegen der Probe vor und/oder nach einer bestimmten Transformation. Ein gängiges Beispiel aus der universitären Ausbildung ist die Bestimmung des Wassergehalts in einem Hydrat durch Erhitzen der Probe, um das Wasser zu entfernen; die Gewichtsdifferenz ist dann auf den Wasserverlust zurückzuführen. ^{[ 15 ]}

Bei der Titration wird ein messbarer Reagenz schrittweise zu einem exakten Volumen einer zu analysierenden Lösung hinzugegeben, bis ein Äquivalenzpunkt erreicht ist. Die Titration umfasst verschiedene Techniken zur Bestimmung der Konzentration eines Analyten . ^{[ 16 ]} Durch genaues Titrieren bis zum Halbäquivalenzpunkt oder zum Endpunkt kann der Chemiker die Stoffmenge des eingesetzten Reagenz bestimmen, woraus sich wiederum die Konzentration oder Zusammensetzung des Titriermittels ermitteln lässt. Am bekanntesten für diejenigen, die im Chemieunterricht der Sekundarstufe gelernt haben, ist die Säure-Base-Titration mit einem farbveränderlichen pH-Indikator wie Phenolphthalein . Es gibt viele weitere Titrationsarten, darunter potentiometrische und Fällungstitrationen. Chemiker erstellen mitunter auch Titrationskurven , indem sie systematisch den pH-Wert nach jedem Tropfen Titriermittelzusatz messen, um verschiedene Eigenschaften des Titriermittels zu untersuchen. ^{[ 16 ]}

Die Spektroskopie misst die Wechselwirkung von Molekülen mit elektromagnetischer Strahlung . Sie umfasst viele verschiedene Anwendungen wie zeitaufgelöste Raman-Spektroskopie , Atomabsorptionsspektroskopie , Atomemissionsspektroskopie , Ultraviolett-Sichtbar-Spektroskopie , Röntgenspektroskopie , Fluoreszenzspektroskopie , Infrarotspektroskopie , Raman-Spektroskopie , Dualpolarisationsinterferometrie , Kernspinresonanzspektroskopie , Photoemissionsspektroskopie , Mößbauer - Spektroskopie und so weiter.

Die Massenspektrometrie misst das Masse-zu-Ladungs-Verhältnis von Molekülen mithilfe elektrischer und magnetischer Felder . In einem Massenspektrometer wird eine kleine Probenmenge ionisiert und in gasförmige Ionen umgewandelt, die anschließend getrennt und anhand ihres Masse-zu-Ladungs-Verhältnisses analysiert werden . ^{[ 16 ]}

Es gibt verschiedene Ionisationsmethoden: Elektronenstoßionisation , chemische Ionisation , Elektrospray-Ionisation , Beschuss mit schnellen Atomen, matrixunterstützte Laserdesorption/Ionisation und weitere. Die Massenspektrometrie wird außerdem nach den verwendeten Massenanalysatoren kategorisiert: Magnetsektor- Massenspektrometer , Quadrupol-Massenspektrometer , Quadrupol-Ionenfalle , Flugzeit- Massenspektrometer , Fourier-Transform-Ionenzyklotronresonanz -Massenspektrometer usw. ^{[ 17 ]}

Elektroanalytische Methoden messen das Potenzial ( Volt ) und/oder den Strom ( Ampere ) in einer elektrochemischen Zelle, die den Analyten enthält. ^{[ 18 ]} Diese Methoden lassen sich danach kategorisieren, welche Aspekte der Zelle kontrolliert und welche gemessen werden. Die vier Hauptkategorien sind Potentiometrie (Messung der Elektrodenpotenzialdifferenz), Coulometrie (Messung der übertragenen Ladung über die Zeit), Amperometrie (Messung des Zellstroms über die Zeit) und Voltammetrie (Messung des Zellstroms bei gleichzeitiger aktiver Veränderung des Zellpotenzials). ^{[ 19 ] [ 20 ] [ 21 ]}

Kalorimetrie und Thermogravimetrie messen die Wechselwirkung eines Materials mit Wärme . ^{[ 22 ] [ 23 ]}

Trennverfahren werden eingesetzt, um die Komplexität von Materialgemischen zu verringern. Chromatographie , Elektrophorese und Feldflussfraktionierung sind typische Beispiele für dieses Gebiet. ^{[ 24 ]}

Mithilfe der Chromatographie lässt sich das Vorhandensein von Substanzen in einer Probe bestimmen, da verschiedene Komponenten eines Gemisches unterschiedliche Tendenzen zur Adsorption an der stationären Phase bzw. zur Auflösung in der mobilen Phase aufweisen. Daher wandern die verschiedenen Komponenten des Gemisches mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten. Die verschiedenen Komponenten eines Gemisches können somit anhand ihrer jeweiligen R _{_f}-Werte identifiziert werden . Der R_f-Wert ist das Verhältnis zwischen der Wanderungsstrecke der Substanz und der Wanderungsstrecke der Laufmittelfront während der Chromatographie.

In Kombination mit instrumentellen Methoden kann die Chromatographie zur quantitativen Bestimmung von Substanzen eingesetzt werden. Es gibt verschiedene Chromatographiearten, die sich durch die verwendeten Trennmedien unterscheiden. Bei der Dünnschichtchromatographie wandert das Analytgemisch unter der flüchtigen mobilen Phase auf der beschichteten Schicht nach oben und trennt sich dort. Bei der Gaschromatographie trennt die Gasphase die flüchtigen Analyten. Eine gängige Methode der Chromatographie mit flüssiger mobiler Phase ist die Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC) . ^{[ 25 ]}

Kombinationen der oben genannten Techniken ergeben eine „Hybrid“- oder „gekoppelte“ Technik. ^{[ 26 ] [ 27 ] [ 28 ] [ 29 ]} Mehrere Beispiele sind heute weit verbreitet, und neue Hybridtechniken werden entwickelt. Beispiele hierfür sind Gaschromatographie-Massenspektrometrie (GC- MS) , Gaschromatographie - Infrarotspektroskopie (GC-IR) , Flüssigkeitschromatographie-Massenspektrometrie ( LC-MS) , Flüssigkeitschromatographie-NMR-Spektroskopie (LC- NMR) , Flüssigkeitschromatographie-Infrarotspektroskopie (LC-IR) und Kapillarelektrophorese-Massenspektrometrie (CEMS). ^{[ 30 ]}

Bindestrich-Trennverfahren bezeichnen die Kombination von zwei (oder mehr) Techniken zum Nachweis und zur Trennung von Chemikalien in Lösungen. Meist handelt es sich bei der zweiten Technik um eine Form der Chromatographie . Bindestrich-Trennverfahren finden breite Anwendung in der Chemie und Biochemie . Anstelle eines Bindestrichs wird mitunter ein Schrägstrich verwendet , insbesondere wenn der Name einer der Methoden selbst einen Bindestrich enthält. ^{[ 30 ]}

Die Visualisierung einzelner Moleküle, Zellen, biologischer Gewebe und Nanomaterialien ist ein wichtiger und attraktiver Ansatz in der analytischen Wissenschaft. Auch die Kombination mit anderen traditionellen Analysemethoden revolutioniert die analytische Wissenschaft. Die Mikroskopie lässt sich in drei Bereiche unterteilen: Lichtmikroskopie , Elektronenmikroskopie und Rasterkraftmikroskopie . Aufgrund der rasanten Entwicklung der Computer- und Kameraindustrie erlebt dieses Gebiet in letzter Zeit einen schnellen Aufschwung. ^{[ 32 ]}

Geräte, die (mehrere) Laborfunktionen auf einem einzigen Chip von nur Millimetern bis wenigen Quadratzentimetern integrieren und in der Lage sind, extrem kleine Flüssigkeitsvolumina bis hinunter zu weniger als Pikolitern zu handhaben. ^{[ 33 ]}

Die enorme Datenmenge, die von modernen Analysegeräten erzeugt wird, hat die computergestützte Datenanalyse zu einem integralen Bestandteil des Fachgebiets gemacht. Die Chemometrie nutzt statistische und mathematische Methoden, um optimale experimentelle Verfahren zu entwickeln und aussagekräftige Informationen aus chemischen Daten zu gewinnen. ^{[ 34 ]}

Zu den wichtigsten Bereichen gehören:

• Multivariate Kalibrierung: Wird verwendet, um Modelle zu entwickeln, die Instrumentenantworten (z. B. Spektren) mit Analytkonzentrationen korrelieren; unerlässlich für Techniken wie die Nahinfrarotspektroskopie. ^{[ 35 ]}
• Mustererkennung: Wird eingesetzt, um Proben anhand ihres analytischen Profils zu klassifizieren, mit Anwendungen in der Lebensmittelauthentizitätsprüfung und der medizinischen Diagnostik.
• Maschinelles Lernen und künstliche Intelligenz : Diese Techniken werden zunehmend für prädiktive Modellierung, Optimierung analytischer Methoden und die Automatisierung der Dateninterpretation eingesetzt. ^{[ 36 ]}

Ein Fehler kann als numerische Differenz zwischen beobachtetem und wahrem Wert definiert werden. ^{[ 37 ]} Der experimentelle Fehler lässt sich in zwei Arten unterteilen: systematische und zufällige Fehler. Systematische Fehler resultieren aus Mängeln der Geräte oder des Versuchsaufbaus, während zufällige Fehler auf unkontrollierte oder nicht kontrollierbare Variablen im Experiment zurückzuführen sind. ^{[ 38 ]}

Im Fehlerfall können der wahre Wert und der beobachtete Wert in der chemischen Analyse durch die Gleichung miteinander in Beziehung gesetzt werden.

${\displaystyle \varepsilon _{\rm {a}}=|x-{\bar {x}}|}$

Wo

• ${\displaystyle \varepsilon _{\rm {a}}}$ist der absolute Fehler.
• ${\displaystyle x}$ist der wahre Wert.
• ${\displaystyle {\bar {x}}}$ist der beobachtete Wert.

Der Messfehler ist ein umgekehrtes Maß für die Genauigkeit der Messung (d. h. je kleiner der Fehler, desto genauer die Messung).

Fehler können relativ ausgedrückt werden. Gegeben sei der relative Fehler ( ): ${\displaystyle \varepsilon _{\rm {r}}}$

${\displaystyle \varepsilon _{\rm {r}}={\frac {\varepsilon _{\rm {a}}}{|x|}}=\left|{\frac {x-{\bar {x}}}{x}}\right|}$

Der prozentuale Fehler kann ebenfalls berechnet werden:

${\displaystyle \varepsilon _{\rm {r}}\times 100\%}$

Um diese Werte in einer Funktion zu verwenden, kann es hilfreich sein, den Fehler der Funktion zu berechnen. Handelt es sich um eine Funktion mit Variablen, muss die Fehlerfortpflanzung berechnet werden, um den Fehler in zu ermitteln . ${\displaystyle f}$${\displaystyle N}$${\displaystyle f}$

${\displaystyle \varepsilon _{\rm {a}}(f)\approx \sum _{i=1}^{N}\left|{\frac {\partial f}{\partial x_{i}}}\right|\varepsilon _{\rm {a}}(x_{i})=\left|{\frac {\partial f}{\partial x_{1}}}\right|\varepsilon _{\rm {a}}(x_{1})+\left|{\frac {\partial f}{\partial x_{2}}}\right|\varepsilon _{\rm {a}}(x_{2})+\ldots +\left|{\frac {\partial f}{\partial x_{N}}}\right|\varepsilon _{\rm {a}}(x_{N})}$

Eine allgemeine Methode zur Konzentrationsanalyse besteht in der Erstellung einer Kalibrierkurve . Diese ermöglicht die Bestimmung der Menge einer Chemikalie in einem Material durch Vergleich der Ergebnisse einer unbekannten Probe mit denen einer Reihe bekannter Standards. Liegt die Konzentration eines Elements oder einer Verbindung in einer Probe über dem Messbereich des verwendeten Verfahrens, kann sie einfach in einem reinen Lösungsmittel verdünnt werden. Liegt die Menge in der Probe unterhalb des Messbereichs des Instruments, kann die Additionsmethode angewendet werden. Dabei wird eine bekannte Menge des zu untersuchenden Elements oder der Verbindung zugegeben, und die Differenz zwischen der zugegebenen und der gemessenen Konzentration entspricht der tatsächlich in der Probe enthaltenen Menge. ^{[ 39 ]}

Zur Unterstützung der Quantifizierung wird der Analyseprobe mitunter ein interner Standard bekannter Konzentration direkt zugesetzt. Die Menge des vorhandenen Analyten wird dann relativ zum internen Standard als Kalibrator bestimmt. Ein idealer interner Standard ist ein isotopenangereicherter Analyt, woraus die Methode der Isotopenverdünnung resultiert . ^{[ 40 ]}

Die Methode der Standardaddition wird in der instrumentellen Analytik eingesetzt, um die Konzentration einer Substanz ( Analyt ) in einer unbekannten Probe durch Vergleich mit einer Reihe von Proben bekannter Konzentration zu bestimmen, ähnlich wie bei der Verwendung einer Kalibrierkurve . Die Standardaddition kann bei den meisten Analyseverfahren angewendet werden und wird anstelle einer Kalibrierkurve verwendet, um das Problem des Matrixeffekts zu lösen . ^{[ 41 ]}

Eine der wichtigsten Aufgaben der analytischen Chemie ist die Maximierung des gewünschten Signals bei gleichzeitiger Minimierung des damit verbundenen Rauschens . ^{[ 42 ]} Die analytische Kenngröße ist das Signal-Rausch-Verhältnis (S/N oder SNR).

Lärm kann sowohl durch Umwelteinflüsse als auch durch grundlegende physikalische Prozesse entstehen.

Thermisches Rauschen entsteht durch die Bewegung von Ladungsträgern (üblicherweise Elektronen) in einem elektrischen Schaltkreis, die durch deren thermische Aktivität hervorgerufen wird. Thermisches Rauschen ist weißes Rauschen , d. h. die spektrale Leistungsdichte ist über das gesamte Frequenzspektrum konstant .

Der Effektivwert des thermischen Rauschens in einem Widerstand wird durch ^{[ 42 ] angegeben.}

${\displaystyle v_{\rm {RMS}}={\sqrt {4k_{\rm {B}}TR\Delta f}},}$

wobei k _B die Boltzmann-Konstante , T die Temperatur , R der Widerstand und die Bandbreite der Frequenz ist . ${\displaystyle \Delta f}$${\displaystyle f}$

Schrotrauschen ist eine Art von elektronischem Rauschen , das auftritt, wenn die endliche Anzahl von Teilchen (wie z. B. Elektronen in einem elektronischen Schaltkreis oder Photonen in einem optischen Gerät) klein genug ist, um statistische Schwankungen in einem Signal hervorzurufen.

Das Schrotrauschen ist ein Poisson-Prozess , und die Ladungsträger, aus denen der Strom besteht, folgen einer Poisson-Verteilung . Die mittlere quadratische Stromfluktuation ist gegeben durch ^{[ 42 ].}

${\displaystyle i_{\rm {RMS}}={\sqrt {2eI\Delta f}}}$

Dabei ist e die Elementarladung und I der mittlere Strom. Schrotrauschen ist weißes Rauschen.

Flickerrauschen ist elektronisches Rauschen mit einem 1/ ƒ- Frequenzspektrum; mit zunehmender Frequenz f nimmt das Rauschen ab. Flickerrauschen entsteht durch verschiedene Ursachen, wie z. B. Verunreinigungen in einem Leiterkanal, Erzeugungs- und Rekombinationsrauschen in einem Transistor aufgrund des Basisstroms usw. Dieses Rauschen lässt sich durch Modulation des Signals mit einer höheren Frequenz, beispielsweise mithilfe eines Lock-in-Verstärkers , vermeiden . ^{[ 43 ] [ 44 ]}

Umgebungsgeräusche entstehen durch die Umgebung des Analysegeräts. Zu den Quellen elektromagnetischer Störungen zählen Stromleitungen , Radio- und Fernsehsender, drahtlose Geräte , Kompaktleuchtstofflampen ^{[ 45 ]} und Elektromotoren . Viele dieser Störquellen weisen eine geringe Bandbreite auf und können daher vermieden werden. Bei einigen Geräten kann eine Temperatur- und Vibrationsisolierung erforderlich sein. ^{[ 46 ]}

Rauschunterdrückung kann sowohl in der Computerhardware als auch in der Software erfolgen . Beispiele für hardwarebasierte Rauschunterdrückung sind die Verwendung abgeschirmter Kabel , analoge Filterung und Signalmodulation. Beispiele für softwarebasierte Rauschunterdrückung sind digitale Filterung , Ensemble-Mittelung , Boxcar-Mittelung und Korrelationsverfahren . ^{[ 42 ]}

Die analytische Chemie findet in Wissenschaft und Industrie vielfältige Anwendung. Sie ist grundlegend für die Forensik (z. B. DNA-Fingerprinting und Toxikologie), die Bioanalytik (z. B. Messung von Wirkstoffkonzentrationen in pharmakokinetischen Studien), die klinische Analytik (z. B. Blutzuckermessung und COVID-19-PCR-Tests ), die Umweltanalytik (z. B. Untersuchung von Wasser und Luft auf Schadstoffe) und die Materialwissenschaft (z. B. Qualitätskontrolle von Halbleitern und Nanomaterialien). ^{[ 47 ]}

Es werden große Anstrengungen unternommen, um Analysetechniken auf Chipgröße zu verkleinern . Obwohl es bisher nur wenige Beispiele solcher Systeme gibt, die mit traditionellen Analyseverfahren konkurrieren können, liegen die potenziellen Vorteile in der Größe/Portabilität, der Geschwindigkeit und den Kosten. Mikro- Totalanalysesysteme (μTAS) oder Lab-on-a-Chip- Systeme . Die Mikrochemie reduziert den Chemikalienverbrauch. ^{[ 48 ]}

Viele Entwicklungen verbessern die Analyse biologischer Systeme. Beispiele für sich rasch entwickelnde Forschungsgebiete in diesem Bereich sind die Genomik , die DNA-Sequenzierung und verwandte Forschungen wie genetischer Fingerabdruck und DNA-Microarrays ; die Proteomik , die Analyse von Proteinkonzentrationen und -modifikationen, insbesondere als Reaktion auf verschiedene Stressoren, in verschiedenen Entwicklungsstadien oder in verschiedenen Körperregionen; die Metabolomik , die sich mit Metaboliten befasst; die Transkriptomik , einschließlich mRNA und verwandter Gebiete; die Lipidomik , die sich mit Lipiden und verwandten Gebieten befasst; die Peptidomik, die sich mit Peptiden und verwandten Gebieten befasst; und die Metallomik, die sich mit Metallkonzentrationen und insbesondere mit deren Bindung an Proteine ​​und andere Moleküle befasst. ^{[ 49 ]}

Die analytische Chemie hat eine entscheidende Rolle beim Verständnis der Grundlagenforschung bis hin zu einer Vielzahl praktischer Anwendungen gespielt, wie beispielsweise biomedizinische Anwendungen, Umweltüberwachung , Qualitätskontrolle in der industriellen Fertigung und forensische Wissenschaft. ^{[ 50 ]}

Die jüngsten Entwicklungen in der Computerautomatisierung und Informationstechnologie haben die analytische Chemie auf mehrere neue biologische Bereiche ausgedehnt. So bildeten beispielsweise automatisierte DNA-Sequenziergeräte die Grundlage für die Vollendung der Humangenomprojekte und führten zur Entstehung der Genomik . Die Proteinidentifizierung und Peptidsequenzierung mittels Massenspektrometrie eröffneten ein neues Feld der Proteomik . Neben der Automatisierung spezifischer Prozesse gibt es Bestrebungen, größere Bereiche der Laboranalyse zu automatisieren, beispielsweise in Unternehmen wie Emerald Cloud Lab und Transcriptic. ^{[ 51 ]}

Die analytische Chemie ist ein unverzichtbarer Bereich in der Entwicklung der Nanotechnologie . Oberflächencharakterisierungsinstrumente, Elektronenmikroskope und Rasterkraftmikroskope ermöglichen es Wissenschaftlern, atomare Strukturen mithilfe chemischer Charakterisierungen sichtbar zu machen. ^{[ 52 ]}

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