Trennungsmethoden der Analytischen Chemie (eBook)

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Rudolf Bock, Bad Krozingen; Reinhard Nießner, Technische Universität München

Vorwort 5
Teil I Einleitung 13
1 Bewertung von Trennverfahren 15
1.1 Ideale und reale Trennungen 15
1.2 Trennfaktor – Anreicherungsfaktor – Abreicherungsfaktor 15
1.3 Bei analytischen Trennungen erforderliche Trennfaktoren 16
1.4 Grenzen der Anwendbarkeit des Trennfaktors – Selektivität und Spezifität von Trennungen 17
2 Einteilung von Trennverfahren 19
2.1 Trennungen durch unterschiedliche Verteilung zwischen zwei nicht mischbaren Phasen 19
2.2 Trennungen durch unterschiedliche Wanderungsgeschwindigkeiten in einer Phase 19
3 Chemische Reaktionen bei Trennungen 21
3.1 Reaktionen der abzutrennenden Substanz 21
3.2 Maskierung von Störungen 21
3.3 Trennung durch Transportreaktion in der Gasphase 23
3.4 Zerstörung von Kontaminanten 24
4 Analytische Anwendung unvollständiger Trennungen 27
4.1 Allgemeines 27
4.2 Empirische Ausbeutebestimmung 27
4.3 Ausbeutebestimmungmit Hilfe von Verteilungskoeffizienten 27
4.4 Isotopenverdünnungsmethode 28
4.5 Trennungen mit substöchiometrischer Reagenszugabe 31
4.6 Standardadditionsverfahren 34
5 Konzentrationsangaben 37
Teil II Trennungen durch unterschiedliche Verteilung zwischen zwei nicht mischbaren Phasen 39
6 Einführung 41
6.1 Merkmale des Einzelschrittes – Hilfsphasen – Verteilungskoeffizient-Verteilungsisotherme 41
6.2 Wirksamkeit von Trennungen durch Verteilung– Trennfaktor-graphische Darstellung derWirksamkeit 43
6.3 Praktisch erreichbare Trennfaktoren 46
6.4 Verbessern von Trennungen durch optimierteWahl der Bedingungen 47
6.5 Verbessern von Trennungen durch Zwischenschieben von Hilfssubstanzen 47
6.6 Verbessern von Trennungen durch Ausnutzen unterschiedliche Geschwindigkeiten bei der Einstellung der Verteilungsgleichgewicht oder von unterschiedlichen Reaktionsgeschwindigkeiten 48
6.7 Verbessern von Trennungen durch Wiederholung des Einzelschrittes 48
6.8 Übersicht 73
7 Verteilung zwischen zwei Flüssigkeiten 77
7.1 Allgemeines 77
7.2 Trennungen durch einmalige Gleichgewichtseinstellung 92
7.3 Trennungen durch einseitige Wiederholung 94
7.4 Trennungen durch systematische Wiederholung: Trennreihe 86
7.5 Trennungen durch systematische Wiederholung: Säulenverfahren (Verteilungs-Chromatographie) 101
7.6 Trennungen durch systematische Wiederholung: Dünnschicht-Technik (Dünnschicht-Verteilungs-Chromatographie) 108
7.7 Gegenstromverteilung 108
8 Löslichkeit von Gasen in Flüssigkeiten 111
8.1 Allgemeines 111
8.2 Trennungen durch einmalige Gleichgewichtseinstellung 113
8.3 Trennungen durch einseitige Wiederholung 117
8.4 Trennungen durch systematische Wiederholung: Säulenverfahren (Gas-Chromatographie) 118
8.5 Gegenstromverfahren 133
8.6 Kreuzstromverfahren 133
9 Adsorption und Absorption von Gasen an Festkörpern 135
9.1 Allgemeines 135
9.2 Trennungen durch einmalige Gleichgewichtseinstellung 143
9.3 Trennungen durch einseitige Wiederholung 144
9.4 Trennungen durch systematische Wiederholung: Säulenverfahren (Gas-Adsorptions-Chromatographie) 145
9.5 Gegenstromverfahren 149
10 Adsorption von gelösten Substanzen an Festkörpern 153
10.1 Allgemeines 153
10.2 Trennungen durch einmalige Gleichgewichtseinstellung 162
10.3 Trennungen durch einseitige Wiederholung 163
10.4 Trennungen durch systematische Wiederholung: Trennreihe 165
10.5 Trennungen durch systematische Wiederholung: Säulenmethoden (Adsorptions-Chromatographie) 166
10.6 Trennungen durch systematische Wiederholung: Planar-Verfahren (Dünnschicht-Chromatographie, Papier-Chromatographie) 175
10.7 Kreuzstrom-Verfahren 179
11 Ionenaustausch 185
11.1 Allgemeines 185
11.2 Trennungen durch einmalige Gleichgewichtseinstellung 202
11.3 Trennungen durch einseitige Wiederholung 203
11.4 Trennungen durch systematische Wiederholung: Säulenmethoden (Ionenaustausch-Chromatographie) 205
11.5 Trennungen durch systematische Wiederholung: Planar-Technik (Dünnschicht-Ionenaustausch-Chromatographie) 212
11.6 Gegenstromverfahren 201
12 Löslichkeit: Fällungsmethoden 215
12.1 Allgemeines 215
12.2 Trennungen durch einmalige Gleichgewichtseinstellung: Arbeitsweise mit einer Hilfsphase 229
12.3 Trennungen durch einmalige Gleichgewichtseinstellung: Arbeitsweise mit zwei Hilfsphasen 248
12.4 Trennungen durch einseitige Wiederholung 255
12.5 Trennungen durch systematische Wiederholung: Fällungs-Chromatographie 257
12.6 Trennungen durch systematische Wiederholung: Dünnschicht-Technik (Fällungs-Papierchromatographie) 257
13 Löslichkeit: Extraktion und Phasenanalyse 261
13.1 Allgemeines – Definitionen – Hilfsphasen 261
13.2 Trennungen durch einmalige Gleichgewichtseinstellung 261
13.3 Trennungen durch einseitige Wiederholung 262
13.4 Gegenstromverfahren 268
14 Löslichkeit: Kristallisation 271
14.1 Allgemeines (Definitionen – Hilfsphasen – Schmelz- und Löslichkeitsdiagramme) 271
14.2 Trennungen durch einmalige Kristallisation 273
14.3 Trennungen durch einseitige Wiederholung 274
14.4 Systematische Wiederholung (Kristallisation im Dreieckschema- Trennreihe – Säulenverfahren) 277
14.5 Gegenstromverfahren 279
15 Verflüchtigung: Destillation und verwandte Verfahren 281
15.1 Allgemeines 281
15.2 Trennungen durch einmalige Gleichgewichtseinstellung 296
15.3 Trennungen durch einseitigeWiederholung ohne Hilfssubstanz 302
15.4 Trennungen durch einseitige Wiederholungmit Hilfssubstanz 308
15.5 Gegenstromverfahren ohne Hilfssubstanz 317
15.6 Gegenstromverfahrenmit Hilfssubstanz 326
15.7 Wirksamkeit und Anwendungsbereich der Methode 327
16 Verflüchtigung: Sublimation 333
16.1 Allgemeines 333
16.2 Trennungen durch einseitige Wiederholung 334
17 Kondensation 343
17.1 Allgemeines 343
17.2 Trennungen durch einmalige Gleichgewichtseinstellung 343
17.3 Systematische Wiederholung von Kondensationen 345
Teil III Trennungen durch unterschiedliche Wanderungsgeschwindigkeiten in einer Phase 347
18 Einführung 349
19 Wanderung von Ladungsträgern in elektrischen und magnetischen Feldern (Massenspektrometrie) 351
19.1 Geschichtliche Entwicklung 351
19.2 Allgemeines 351
19.3 Eindimensionale massenspektrometrische Trennungen (Flugzeit-Massenspektrometer) 358
19.4 Zweidimensionalemassenspektrometrische Trennungen 360
19.5 Wirksamkeit der Methode – Auflösungsvermögen 367
20 Wanderung gelöster Ladungsträger im elektrischen Feld (Elektrophorese Elektrodialyse)
20.1 Geschichtliche Entwicklung 373
20.2 Allgemeines 373
20.3 Eindimensionale elektrophoretische Trennungen ohne Träger (Tiselius-Methode) 381
20.4 Eindimensionale elektrophoretische Trennungen mit Träger (Trägerelektrophorese) 382
20.5 Spezielle Effekte bei inhomogenen Trennstrecken 387
20.6 Eindimensionale Trennungen mit semipermeablerMembran (Elektrodialyse) 395
20.7 Gegenstrom-Elektrophorese 396
20.8 Zweidimensionale Arbeitsweise 397
20.9 Wirksamkeit und Anwendungsbereich der Methode 399
21 Wanderung von Teilchen im Konzentrationsgradienten (Diffusion) 403
21.1 Geschichtliche Entwicklung 403
21.2 Allgemeines 403
21.3 Eindimensionale Trennungen durch Diffusion 407
21.4 Pervaporation 409
21.5 Gegenstromverfahren 409
21.6 Zweidimensionale Trennungen durch Diffusion 410
21.7 Wirksamkeit und Anwendungsbereich der Methode 403
22 Wanderung von Teilchen im Gravitationsfeld (Sedimentation-Flotation) 421
22.1 Allgemeines – Definitionen – Zentrifugalkraft 421
22.2 Trennungen mit Hilfe von schweren Flüssigkeiten 422
22.3 Trennungen durch Sedimentation im Gravitationsfeld der Erde 422
22.4 Trennungen mit Hilfe der Ultrazentrifuge 423
22.5 Wirksamkeit und Anwendungsbereich der Methode 424
23 Trennung von Teilchen im gekreuzten Kraftfeld 427
23.1 Allgemeines – Definitionen – Asymmetrische Feldflussfraktionierung-Anwendungen 427
Stichwortverzeichnis 431

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Rudolf Bock, Reinhard Nießner: Trennungsmethoden der analytischen Chemie
Franz Berthiller, Rudolf Krska
Universität für Bodenkultur Wien, Department für Agrarbiotechnologie (IFA-Tulln), Analytikzentrum, Konrad-Lorenz-Str. 20, 3430 Tulln, Österreich
e-mail: rudolf.krska@boku.ac.at

Thema: Dieses Lehrbuch fasst Trennmethoden der analytischen und technischen Chemie zusammen. Die Erstausgabe dieses Buches von Prof. Bock wurde 1974 veröffentlicht. Diese neue Version wurde von Prof. Nießner überarbeitet und um die analytischen Errungenschaften der letzten 40 Jahre ergänzt. Weiterhin wird die klassische, systematische Einteilung von Trennmethoden des ursprünglichen Werkes beibehalten. Das Buch bietet einen detaillierten Überblick in die Auftrennung einzelner Komponenten aus mitunter komplexen Gemischen. Die angesprochene Leserschaft sollte sich vorwiegend in fortgeschrittenen Studierenden der Naturwissenschaften und der Verfahrenstechnik sowie in den Lehrenden dieser Disziplinen finden.
Inhalt: Das Buch enthält 23 Kapitel und ist in drei Teile strukturiert. Nach der Einführung im ersten Teil beschäftigt sich der zweite mit Trennungen durch unterschiedliche Verteilung zwischen zwei nicht mischbaren Phasen und Teil III mit Trennungen durch unterschiedliche Wanderungsgeschwindigkeiten in einer Phase.
Im spezifischen Teil des Lehrbuchs werden Trennverfahren bewertet (Kapitel 1) und eingeteilt (Kapitel 2). Chemische Reaktionen bei Trennungen (Kapitel 3), die analytische Anwendungen unvollständiger Trennungen (Kapitel 4) sowie in Überblick über Konzentrationsangaben (Kapitel 5) runden die Einleitung ab. Teil II beinhaltet neben einer ausgiebigen Einführung (Kapitel 6), die Verteilung zwischen zwei Flüssigkeiten (z.B. Verteilungschromatographie, Kapitel 7), die Löslichkeit von Gasen in Flüssigkeiten (einschließlich eines Unterkapitels über Gaschromatographie, Kapitel 8), die Adsorption und Absorption von Gasen an Festkörpern (Kapitel 9), die Adsorption von gelösten Substanzen an Festkörpern (z.B. Dünnschichtchromatographie, Kapitel 10), Ionenaustausch (Kapitel 11), Fällungsmethoden (Kapitel 12), Extraktion und Phasenanalyse (Kapitel 13), Kristallisation (Kapitel 14), Destillation (Kapitel 15), Sublimation (Kapitel 16) und Kondensation (Kapitel 17). Im Teil III werden nach einer kurzen Einführung (Kapitel 18) werden Massenspektrometrie (Kapitel 19), Elektrophorese (Kapitel 20), Diffusion (Kapitel 21), Sedimentation (Kapitel 22) sowie die Trennung von Teilchen im gekreuzten Kraftfeld (Kapitel 23) beschrieben. Jedes Kapitel der Trenntechniken beginnt mit der geschichtlichen Entwicklung, Definitionen sowie Theorie und endet mit einem Verzeichnis der verwendeten bzw. weiterführenden Literatur.

Kritische Betrachtung: Die verwendete systematische Einteilung aller beschriebenen Trennverfahren nach Verteilung zwischen zwei Phasen bzw. Separation durch unterschiedliche Wanderungsgeschwindigkeit mag anfangs ungewohnt wirken, stellt sich aber als höchst effektive Weise dar, ein Lehrbuch zu gliedern. Den Leser erwartet einerseits ein Nachschlagwerk, andererseits auch ein Lehrbuch über Trennverfahren. So wird eine detaillierte Zusammenfassung von heute gebräuchlichen, wie auch mittlerweile verdrängten Trennverfahren geboten. Auf der Rückseite des Buches wird es passend auch als „Fundgrube für Verfahren“ bezeichnet „welche noch einer Weiterentwicklung harren“. Die Autoren werten bewusst keine dieser Methoden, weshalb bereits ein gewisses Maß an Vorwissen erforderlich ist, obwohl vorwiegend Grundprinzipien vermittelt werden. Das Fehlen von Vor- und Nachteilen der jeweiligen Methoden ist jedoch vor allem für Leser mit geringeren Vorkenntnissen nachteilhaft.
Der Leser sollte sich keinesfalls ein Textbuch erwarten, dass den Fokus nur auf moderne Verfahren legt. So fehlen z.B. auch Anwendungsbeispiele gänzlich. Der Versuch ein 40 Jahre altes Lehrbuch auf den aktuellen Stand der Dinge zu bringen klappt nicht immer im Detail, sehr wohl aber im Gesamten, wodurch das Buch für den interessierten Leser durchaus spannend ist. Gut geglückt ist z.B. das Kapitel über Massenspektrometrie bei dem auch neue Techniken erklärt werden, während andererseits Kapillarelektrophorese, UHPLC oder Detektoren in der LC im Buch (fast) nicht vorkommen. Zahlreiche gut gelungene und schematisch gehaltene Abbildungen ergänzen das Buch und erklären die Materie sehr übersichtlich. Während dadurch die Theorie didaktisch aufbereitet wird, fehlen andererseits aber etwas detailliertere Grafiken zu den Geräten, Apparaturen oder Aufbauten.

Zusammenfassung: Trennungsmethoden der analytischen Chemie bietet eine systematische, wenn auch wertungsfreie, Einführung in Trennverfahren welche von großer Bedeutung für die analytische Chemie und die Verfahrungstechnik sind. Am meisten Freude werden fortgeschrittene Leser haben, welche bereits mit einigen Trennmethoden vertraut sind.