Wissensbibliothek
Chemische Analytik: Was ist drin?
Wie findet man Nitrat in Urin oder Bodenwasser?
Wenn es schnell gehen soll, mit Teststäbchen, genauere Werte liefern chemische Analysegeräte wie z. B. Chromatographen. Nitrat ist ein Salz der Salpetersäure, das im Körper zu dem gesundheitsschädlichen Nitrit abgebaut wird. Überhöhte Düngung in der Landwirtschaft hat in vielen Orten die Nitratbelastung von Grund- und Trinkwasser ansteigen lassen. Um die Einhaltung der gesetzlichen Grenzwerte zu gewährleisten, muss daher der Nitratgehalt im Wasserkreislauf kontrolliert werden. Bei der Teststäbchenmethode wird ein farbig beschichteter Papier- oder Plastikstreifen in das Wasser (oder bei medizinischen Untersuchungen in eine Urinprobe) gehalten. Eine chemische Reaktion in der Beschichtung ändert deren Farbe, und zwar umso intensiver, je mehr Nitrat in der Probe enthalten ist. Diesen einfachen Nachweis können auch medizinische Laien oder Schüler im Umweltpraktikum durchführen. Genaue und verlässliche Werte erhält man dagegen mit einem Chromatographen. Dieser besteht, vereinfacht gesagt, aus einer dünnen Säule, durch welche die Probeflüssigkeit geleitet wird. Die einzelnen Bestandteile der Probe verlassen die Säule nacheinander, so dass ihre Konzentration getrennt bestimmt werden kann. Nicht nur in der Umwelt-, sondern auch in der Lebensmittelanalytik und der klinischen Chemie wird diese Methode verbreitet angewendet, da viele Stoffe sich gleichzeitig und mit hoher Präzision messen lassen.
Was zeigt uns der Regenbogen?
Eine Fülle von Informationen über alles, was Licht reflektiert oder sich damit durchleuchten lässt. Wissenschaftlich gesehen ist ein Regenbogen nichts anderes als ein Spektrum, also eine Aufspaltung von Licht in einzelne Farbkomponenten bzw. Wellenlängen.
Seit dem 19. Jahrhundert weiß man, dass jede chemische Substanz eine Art Fingerabdruck in Licht hinterlässt, das von ihr reflektiert wird oder – bei durchsichtigen Stoffen – diese durchstrahlt. Dies liegt daran, dass jedes Molekül gewissermaßen einen ganz eigenen »Appetit« auf Licht von bestimmten Wellenlängen hat. Sind im Spektrum eines Lichtstrahls also einige Wellenlängen abgeschwächt oder andere verstärkt, kann man daraus auf die Natur der Stoffe schließen, mit denen das Licht in Kontakt gekommen ist. Dies klingt nur scheinbar abstrakt: Es ist letztlich nichts anderes als die Tatsache, dass Gegenstände verschiedene Farben tragen. Bei einem roten Apfel überwiegen die Wellenlängen des roten Lichts, am blauen Himmel die des blauen und bei einer Orange die des gelb-roten Übergangsbereichs.
Wie schwer ist ein Femtogramm?
Nur ein Millionstel eines Milliardstel Gramms, in Zahlen 0,000000000000001 oder kurz 10–15 g. Zum Vergleich: Die Masse 1 fm verhält sich zu einem Kilogramm wie die Masse eines Lkw zu der des Planeten Pluto. Diese unvorstellbar kleine Menge eines Spurenstoffs lässt sich heute mit gängigen Analysemethoden nachweisen. Dies ist nicht nur in der Umweltanalytik erforderlich, in der hochgiftige Substanzen bereits in solch winzigen Spuren bedenklich sein können, sondern auch in der Klimaforschung. Diese kann aus winzigsten Mengen von bestimmten Elementen oder Isotopen in einer Eisprobe ableiten, welche Temperaturen und Umweltbedingungen vor Hunderttausenden von Jahren geherrscht haben.
Was verrät die Farbe einer Flamme?
Welche Elemente oder Verbindungen in den verbrennenden Substanzen enthalten sind. Eine ganze Reihe von Stoffen wird routinemäßig durch Flammenfärbungen nachgewiesen, etwa die Metalle Barium, Kalium, Kupfer oder Natrium. Für Halogene (z. B. Fluor, Chlor oder Brom) gibt es die sog. Beilsteinprobe, bei der eine grüne Flamme die Anwesenheit eines Halogens verrät; allerdings können organische Stickstoffverbindungen eine ähnliche Färbung hervorrufen.
Warum sind Blätter grün?
Weil der Blattfarbstoff Chlorophyll rotes und blaues Licht verschluckt oder absorbiert. Grünes Licht dagegen wird weitgehend verlustfrei reflektiert – man könnte sagen, unsere Augen führen mithilfe ihrer farbempfindlichen Sehzellen eine einfache Spektralanalyse des von den Blättern zurückgeworfenen Sonnenlichts durch. Den Farbeindruck »Grün« würde nämlich ein Chemiker so in Worte fassen: »Im reflektierten Licht sind die roten und blauen Wellenlängen unterdrückt, also muss dort Chlorophyll enthalten sein.« Und dass sich die Blätter im Herbst verfärben, lässt darauf schließen, dass Chlorophyll abgebaut bzw. durch andere Moleküle ersetzt wird.
Wussten Sie, dass …
Robert Wilhelm Bunsens (1811–1899) größte Leistung nicht etwa die Erfindung des Bunsenbrenners war, sondern die Begründung der Spektralanalyse? Im Jahr 1859 führte er zusammen mit Gustav Kirchhoff in Heidelberg die ersten spektroskopischen Untersuchungen durch.
nicht nur sichtbares Licht, sondern auch andere Strahlungsarten spektroskopisch genutzt werden? Beispielsweise werden beim in vielen Krankenhäusern eingesetzten Kernspintomographen Radiowellen benutzt.
mit spektroskopischen Methoden die chemische Zusammensetzung von Sternen am Ende des beobachtbaren Universums bestimmt wurde?
es Computerchips gibt, die auf der Fläche eines Fingernagels komplexe chemische Analysen durchführen?
der bei Verkehrskontrollen angewandte berüchtigte Alkoholtest eine Redoxreaktion nutzt, bei der Chromat-Ionen einen Farbumschlag bewirken?
der Begriff »Femtogramm« aus dem Dänischen kommt? »Femten« bedeutet dort »fünfzehn« und wurde von dem dänischen Gelehrten Niels Bohr als Einheitenvorsatzwort ausgewählt.
Ab durch die Röhre
Eine neue Ära des Gütertransports steht in der Schweiz in den Startlöchern. Vom Versand bis zur Feinverteilung sollen die Güter unterirdisch und von der Bevölkerung unbemerkt ihren Bestimmungsort erreichen – und damit den Lkw-Verkehr auf den Hauptverkehrsadern reduzieren. von CHRISTIAN BERNHART Das Leitmotiv „Es gibt viel Platz...
Das Dilemma mit dem grünen Tee
Alles, was wir in flüssiger oder fester Form zu uns nehmen, wirkt auf unser Wohlbefinden – uralter Hut. Auch dass einzelne Nahrungsmittel offenbar ganz spezifische Wirkungen haben, weiß man schon lange. Die moderne Ernährungsforschung ist seitdem vor allem an drei Fragen interessiert: Welche exakten Bestandteile machen die...
