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.