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Technologiescouting

 

Instrumentelle Analytik

Instrumentelle Analytik ist die Summe der instrumentellen (d. h. nicht chemischen) Verfahren mit dem Ziel, ein Verständnis der chemischen Zusammensetzung, Struktur und Funktion von Materialien zu erhalten.

 

 

Periodensystem

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Instrumentelle Analytik kann in qualitative und in quantitative Methoden unterteilt werden. Qualitative Methoden geben Aufschluss über das Vorhandensein bestimmter Elemente, Verbindungen oder Gruppen in einer Probe. Quantitative Methoden versuchen, den Anteil dieser Komponenten zu verifizieren.

 

 

ZetaSizer

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Der Zetasizer Nano - das System zur Charakterisierung von Nanopartikeln und zur Zetapotenzialbestimmung (Bild: Malvern Instruments GmbH)

In den meisten Fällen handelt es sich bei modernen Methoden der instrumentellen Analytik um quantitative Methoden. In Abhängigkeit davon, wie das Material der untersuchten Probe wechselwirkt, lassen sich die Methoden der instrumentellen Analytik in Gruppen einteilen:

Die Methoden der instrumentellen Analytik werden üblicherweise etwa wie folgt unterteilt:

  • spektroskopische Methoden: gemessen wird die Wechselwirkung eines Materials mit elektromagnetischer Strahlung oder Teilchen, typischerweise Elektronen oder Neutronen
  • massenspektroskopische Methoden: gemessen wird die Trennung von Atomen oder Molekülen durch den Einfluss elektrischer und magnetischer Felder
  • chromatografische Methoden:zeitliche Trennung des Messsignals von Atomen oder Molekülen beim Passieren des Detektors
  • kristallografische Methoden: Bestimmung von Atomabständen
  • mikroskopische Methoden: Abbildung von Abständen, die mit dem bloßen Auge nicht sichtbar sind
  • elektrochemische Methoden: Wechselwirkung des Materials mit einem elektrischen Feld
  • thermische Methoden: Reagieren des Materials unter Temperatureinfluss
  • gravimetrische Methoden messen die Wechselwirkung der Materie mit einem Gravitationsfeld (dem der Erde, bzw. dem einer Zentrifuge, o. ä.)
Abstrakt betrachtet kann man sagen, dass es sich die hier genannten Methoden in drei Kategorien einordnen lassen:
  • es werden sehr kleine Abmessungen sichtbar gemacht (mikroskopische Methoden)
  • es wird Masse getrennt, wobei entweder elektrische oder magnetische Felder, Temperatur, Druck, Zeit, oder Gravitation zur Trennung unterschiedlicher Massen eingesetzt werden
  • es Teilchen wie Photonen (Lichtquanten), Elektronen oder Neutronen hinsichtlich ihrer Energie getrennt, die mit dem Material in Wechselwirkung getreten sind.

Natürlich lassen sich die Methoden auch noch hinsichtlich des Probentyps unterscheiden. In manchen Fällen werden einzelne Atome oder Moleküle untersucht, wobei die Probe gegebenenfalls in diese Teilchen aufgetrennt werden muss. Bei anderen Methoden liegt die Probe stattdessen in Form von Partikeln, als Gas, als Flüssigkeit oder als Feststoff vor.

Die Messung und Analyse mehrerer unterschiedlicher Signale gleichzeitig stellt die Spitzentechnologie der instrumentellen Analytik dar. Trotzdem müssen in vielen Fällen Verbundwerkstoffe getrennt werden, um eine Analyse durchzuführen.

 

 

Sonnenspektrum

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Eine Unterteilung gebräuchlicher Methoden der instrumentellen Analytik in Methodenklassen (ohne Anspruch auf Vollständigkeit) ist:

  • Spektroskopische Methoden: AAS, AED, AED, AES, AES, AFS, S, CARS, CL, CRLAS, DPP, DLS, EBSD, EDX, EID, EPR, ESD, ESCA, ESR, EXAFS, FTIR, GDMS, GDOS, GISAXS, GIXD, HAS, HREELS, IAES, IIX, IM, INS, IRS, ISS, LEED, LEEM, LIBS, LIF, LOES, LS, MS, NMR, NEXAFS, NIR, NPP, OES, PCS, PD, PED, PEEM, PIXE, RBS, REMPI, RHEED, RS, SAXS, SCANIIR, SDS-PAGE, SE, SEXAFS, SFE, SFE, UPS, WAXS, WDX, X-CTR, XAES, XDS, XPEEM, XPS, XRF, XRF
  • Massenspektroskopische Methoden: FTMS, IGA, IMF, MS, SIMS, SNMS
  • Chromatografische Methoden: FFF, GC, HPLC, LC, SEC, SEIRA, SFC, TLC
  • Kristallografische Methoden: XRD
  • Mikroskopische Methoden: AFM, EMP, FEM, FIM-AP, HREM, NFOM, REM, SEM, SNOM, SPM, STEM, STM, STXM, TEM, XRM
  • Elektrochemische Methoden: CE, CV, ISE
  • Thermische Methoden: DSC, DTA, DVS, TG

Bedeutung der Abkürzungen

  • AAS - Atomic Absorption Spectroscopy
  • AED - Auger Electron Diffraction
  • AED - Atomic-Emission Detector
  • AES - Auger Electron Spectroscopy
  • AES - Atom Emission Spectroscopy
  • AFM - Atomic Force Microscopy (Rasterkraftmikroskopie)
  • AFS - Atomic Fluorescence Spectroscopy
  • APS - Appearance Potential Spectroscopy
  • APXS - Alpha Particle X-Ray Spectrometer
  • CARS Coherent Antistokes Raman Spectroscopy
  • CE - Capillary Electrophoresis (Kapillarelektrophorese)
  • CL Cathodoluminescence
  • CRLAS - Cavity-Ringdown Laser Absorption Spectroscopy
  • CV - Cyclic Voltammetry
  • DLS – Dynamic Light Scattering (Dynamische Lichtstreuung)
  • DPP - Differential Pulse Polarography
  • DSC - Differential Scanning Calorimetry
  • DLS - Dynamic Light Scattering (PCS)
  • DTA - Differential-thermal Analysis
  • DVS - Dynamic Vapour Sorption
  • EBSD - Electron Backscatter Diffraction
  • EDX – Energy Dispersive X-Ray Analysis
  • EID - Electron Induced Desorption
  • EMPa - Electron Microprobe Analysis
  • EPR - Electron Paramagnetic Resonance (vgl. ESR)
  • ESD - Electron Stimulated Desorption
  • ESCA - Electron Spectroscopy For Chemical Analysis; See XPS
  • ESR - Electron Spin Resonance (vgl. EPR)
  • EXAFS - Extended X-Ray Absorption Fine Structure
  • FEM - Field Emission Microscopy
  • FFF - Field Flow Fractionation
  • FIM-AP - Field Ion Microscopy-Atom Probe
  • FTIR - Fourier Transform Infrared Absorption Spectroscopy; e.g., ATR (Attenuated Total Reflection), GI (Gracing Incidence), DRIFTS (Diffuse Reflectance)
  • FTMS - Fourier-transform Mass Spectrometry
  • GC - Gas Chromatography
  • GD-MS - Glow Discharge Mass Spectrometry
  • GD-OES - Glow Discharge Optical Spectroscopy
  • GISAXS - Grazing Incidence Small Angle X-Ray Scattering
  • GIXD - Grazing Incidence X-Ray Diffraction
  • HAS - Helium Atom Scattering
  • HPLC - High Performance Liquid Chromatography
  • HREM - High Resolution Electron Microscopy
  • HREELS - High Resolution Electron Energy Loss Spectroscopy
  • IAES - Ion Induced Auger Electron Spectroscopy
  • IGA - Intelligent Gravimetric Analysis
  • IIX - Ion Induced X-Ray Analysis
  • IM - Ion Microprobe
  • IMF - Instrumental Mass Fractionation
  • INS - Ion Neutralization Spectroscopy
  • IRS - Infra Red Spectroscopy
  • ISE - Ion Selective Electrode
  • ISS - Ion Scattering Spectroscopy
  • LC - Liquid Chromatography
  • LEED - Low Energy Electron Diffraction
  • LEEM - Low Energy Electron Microscopy
  • LIBS - Laser Induced Breakdown Spectroscopy
  • LIF - Laser-Induced Fluorescence
  • LOES - Laser Optical Emission Spectroscopy
  • LS - Light Scattering
  • MS - Mass Spectroscopy
  • MS - Mossbauer Spectroscopy
  • NAA - Neutron Activation Analysis
  • NEXAFS - Near Edge X-Ray Absorption Fine Structure
  • NFSOM - Near Field Scanning Optical Microscopy
  • NIR - Near Infrared Spectroscopy
  • NMR - Nuclear Magnetic Resonance
  • NPP - Normal Pulse Polarography
  • OES vgl. AES
  • PCS - Photon Correlation Spectroscopy
  • PD Photodesorption
  • PED - Photoelectron Diffraction (auch XPD, PhD, ARPEFS)
  • PEEM – Photo Electron Emission Microscopy (Photoelektronen-emissionsspektroskopie)
  • PIXE - Particle (or Proton) Induced X-Ray Spectroscopy
  • RBS - Rutherford Back-scattering Spectroscopy
  • REM - Reflection Electron Microscopy
  • REMPI - Resonance Enhanced Multi-photon Ionization
  • RHEED - Reflection High Energy Electron Diffraction
  • RS - Raman Spectroscopy
  • SAXS - Small Angle X-Ray Scattering
  • SCANIIR - Surface Composition By Analysis Of Neutral Species And Ion-impact Radiation
  • SDS-PAGE - Sodium Dodecyl Sulfate (SDS) Polyacrylamide Gel Electrophoresis (PAGE)
  • SE - Spetroscopic Ellipsometry
  • SEC - Size-exclusion Chromatography
  • SEIRA -Surface Enhanced Infrared Absorption Spectroscopy
  • SEM - Scanning Electron Microscopy
  • SEXAFS - Surface Extended X-Ray Absorption Fine Structure
  • SFC - Supercritical-fluid Chromatography
  • SFE - Solid-phase Extraction
  • SFE - Supercritical-fluid Extraction
  • SIMS - Secondary Ion Mass Spectrometry
  • SNMS - Sputtered Neutral Species Mass Spectroscopy
  • SNOM - Scanning Near-Field Optical Microscopy
  • SPM - Scanning Probe Microscopy
  • STEM Scanning Transmission Electron Microscopy
  • STM - Scanning-Tunneling Microscopy
  • STXM - Scanning Transmission X-Ray Microscopy
  • UPS - UV-photoelectron Spectroscopy
  • TEM - Transmission electron microscopy
  • TG - Thermogravimetry
  • TLC - Thin-layer Chromatography
  • UV/Vis - Ultraviolet/Visible Absorption Spectroscopy
  • WAXS - Wide Angle X-Ray Scattering
  • WDX - Wavelength Dispersive X-Ray Spectroscopy
  • X-CTR - X-Ray Crystal Truncation Rod Scattering
  • XAES - X-Ray Induced Auger Electron Spectroscopy
  • XDS - X-Ray Diffuse Scattering
  • XPEEM - X-Ray Photoelectron Emission Microscopy
  • XPS - X-Ray Photoelectron Spectroscopy
  • XR - X-Ray Reflectivity
  • XRD - X-Ray Diffraction
  • XRF - X-Ray Fluorescence Spectroscopy
  • XRF - X-Ray Fluorescence Analysis
  • XRM - X-Ray Microscopy