The teaching of problem solving: Environmental analysis

Summary An attempt is made to describe the present field of activities of analytical chemistry using environmental analysis as an example. Some conclusions concerning education in analytical chemistry at the universities are presented.

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Ausbildung in der Lösung von Problemen: Umwelt-Analytik

Zusammenfassung Am Beispiel Umwelt-Analytik wird versucht, das heutige Tätigkeitsfeld der Analytischen Chemie zu beschreiben und daraus einige Folgerungen für die Ausbildung in Analytischer Chemie an den Hochschulen abzuleiten.

     

Bestimmung von Nichtmetallen in Metallen

Zusammenfassung Unter der Beschränkung auf die Nichtmetallspuren in den technisch wichtigen Metallen und Legierungen wird ein allgemeiner Überblick gegeben.Aus der Vielzahl der Analysenmethoden werden die in breiterem Umfang anwendbare Verbrennung für die Bestimmung von Kohlenstoff und Schwefel und die Heißextraktion für die Bestimmung von Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff näher behandelt.Für die Bestimmung von Wasserstoff und Sauerstoff in Aluminium und Kupfer und für den Kohlenstoffgehalt der Nichteisenmetalle wird der heutige Wissensstand gegeben.Über Untersuchungen zur Probenhomogenität von AKP für Sauerstoff in Metallen und über eine Methode zur Herstellung von entsprechenden Primärstandards wird berichtet.Betrachtungen zur Frage von Aufwand und Nutzen analytischer Arbeit werden angestellt.

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Summary A general summary is given with a limitation to non-metal traces in metals and alloys of technical interest.From the great number of analytical methods those applicable on a larger scale, i.e. combustion-determination of carbon and sulphur — and vacuum fusion—determination of hydrogen, oxygen and nitrogen — are dealt with more closely.For the determination of hydrogen and oxygen in aluminium and copper as well as for the carbon contents of non-ferrous metals the present state of knowledge is described.Furthermore, investigations concerning homogenity of AKP-standard-samples for analysing the oxygen-contents in metals and a method for setting up respective primary standards are described.Finally, the problematic relation between expenses and usefulness of analytical work is discussed.

     

Automation und Analytik in der chemischen Industrie

Zusammenfassung Ausgehend von der Definition des Begriffes Automation und der Gegenüberstellung zur Steuerung und Regelung wird die besondere Rolle der Analytik diskutiert, deren mögliche systematische Fehler eine wirksame Automation in der chemischen Industrie behindern können. Es wird gezeigt, daß die Automation in der Chemie die Automation der Meßtechnik erfordert, das ist die Selbstkontrolle und Selbsteichung der Meßwertgeber einschließlich kritischer Datenverwertung. Besonderes Gewicht haben Meßwertgeber, welche gesicherte Konzentrationswerte von für den Prozeß entscheidenden Schlüsselkomponenten liefern. Auf die Bedeutung der Spurenanalytik wird in diesem Zusammenhang verwiesen, ebenso auf eine Kontrolle nach unerwarteten Fremdstoffen oder unerwarteten Konzentrationsspitzen sonst unerheblicher Verunreinigungen.Am Beispiel der Prozeß-Chromatographie (GC) wird gezeigt, daß die Stufe der Automation in der Analytik relativ leicht erreicht wird und Voraussetzung ist für deren breiteren Einsatz als Datenerzeuger von chemisch qualitativ und quantitativ richtigen Werten.

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Summary Automation in chemical industry necessiates automation of analytical chemistry, i.e. self-control, self-adjustment, self-correction of the analytical instruments.Problems relating to automation in analytical chemistry are discussed in detail, as an example process gas-chromatography is considered.

     

Untersuchungen an Tensiden mit Hilfe der Kernresonanzspektroskopie

Zusammenfassung Protonenresonanzspektren von anionaktiven, kationaktiven, amphoteren und nichtionogenen Tensiden wurden aufgenommen. Alle Spektren werden eingehend diskutiert, die Signale der chemischen Verschiebungen werden beschrieben und zugeordnet.

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Examination of tensides by means of nuclear-magnetic resonance spectroscopy

The NMR spectra of anionic, cationic, ampholytic, and non-ionic detergents have been recorded and examined. The assignments of the chemical shifts are described and discussed.

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Die Aufnahme der NMR-Spektren erfolgte im Institut für Anorganische Chemie und Kernchemie der Universität Mainz. Für die freundliche Genehmigung, ein Kernresonanzspektrometer dieses Instituts benutzen zu dürfen, danke ich Herrn Prof. Dr. R. Bock und Herrn Prof. Dr. H.-J. Eichhoff. Für ihre unermüdliche und sorgfältige Mithilfe bei der Aufnahme und Auswertung der NMR-Spektren danke ich Fräulein Erika Walldorf herzlich. Für wertvolle Hinweise und Ratschläge bin ich Herrn Dr. D. Caesar zu Dank verpflichtet.     

PMR-Spektroskopische Untersuchungen des Glycerinformals auf den Gehalt an Isomeren sowie deren Konformation

Zusammenfassung Beschrieben wird die PMR-spektroskopische Bestimmung des Isomerenverhältnisses in Glycerinformal, einem pharmazeutischen Produkt. Zur Auflösung der Signale wurde das Verschiebungsreagens Eu(fod)₃ ¹ verwendet. Das Isomerenverhältnis betrug 57% 1,3-Dioxan-5-ol zu 43% 1,3-Dioxolan-4-methanol. Die Konformation von 1,3-Dioxan-5-ol wurde bestimmt und die des Benzoesäureesters von 1,3-Dioxan-5-ol diskutiert.Herrn Dr. K. Winsauer danke ich für die Diskussion der Ergebnisse, Herrn G. Petschl für die Aufnahme der Kernresonanzspektren, Herrn Dipl.-Ing. Menzl für die Bereitstellung eines Präparates und der Direktion der Österreichischen Stickstoffwerke AG für die Erlaubnis zur Veröffentlichung.     

Laborautomation und Labordatenverarbeitung: Zielsetzungen und L?sungswege aus der Sicht eines industriellen Analysenlabors

Zusammenfassung Drei Beispiele für Automatisierung und Rechnereinsatz im analytischen Labor (eine automatische Dampfraumanalytik, eine Dichteapparatur und ein Rechnersystem für Labordatenverwaltung) zeigen den Stand der Laborautomation und Labordatenverarbeitung in einem größeren analytischen Industrielaboratorium sowie Leitsätze und Richtlinien für die Auswahl und den Einsatz von Analysengeräten und Rechnern.Der Automatisierungsgrad der Laborausstattung wird vom Anteil wiederkehrender Routineproben bestimmt. Die Entwicklung von universellen Analysenmethoden für die Untersuchung auch unterschiedlicher Proben erhöht den Automatisierungsgrad.Der Rechnereinsatz in den Laborbereichen rentiert sich bei komplexen Meßsignalauswertungen, aufwendiger Probenorganisation und zum schnellen Ergebnistransport. Für die Lebensdauer von etwa 10 Jahren muß die Rechnerhardware der technischen Entwicklung folgen können. Bedienerfreundliche, den Arbeitsabläufen im Labor angepaßte Programmabläufe motivieren die Mitarbeiter.

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Laboratory automation and laboratory data management: Aims and solutions from the viewpoint of an industrial analytical laboratory

Summary Three typical examples for laboratory automation and data processing (automatic head-space gas chromatography, density measurements, and a laboratory information management system) are described. They illustrate the situation in a large industrial analytical laboratory and outline some general principles for the selection and utilization of analytical instruments and computers.The degree of automation is normally determined by the number of repetitive routine samples. Additional rationalization can be achieved by developing generally applicable methods which allow automatic processing of more widely differing samples.Computers offer distinct advantages in complex signal processing, sample administration, and fast data transfer. Only such hardware should be selected that will not become obsolete for a projected lifetime of at least 10 years. User-friendly programs that closely follow the entrained working routines motivate the laboratory personnel.

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Vortrag während der Internationalen Tagung für Biochemische und Instrumentelle Analytik, München 10.–13. 4. 1984; Kurzfassung: Fresenius Z Anal Chem (1984) 317:608

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Laborautomaten und Labordatenverarbeitung können die analytische Arbeit erleichtern, aber nicht den Analytiker ersetzen.     

Recent developments in atomic spectrometry methods for elemental trace determinations

Summary Methods for atomic spectrometry are discussed in view of progress for elemental trace analysis and with special reference to progress in power of detection and in analytical reliability as well as with respect to economic aspects. Optical methods basing on atomic emission, absorption and fluorescence principles as well as related techniques (optogalvanic spectroscopy and coherent forward scattering), X-ray spectrometry and mass spectrometry are treated. The state-of-the-art, trends of development and new techniques such as special sample introduction for plasma spectrometry, glow discharges, laser enhanced ionization spectrometry with a thermionic diode, X-ray spectrometry with total reflection, plasma and glow discharge mass spectrometry are drawn up. Their potential interest from the point of power of detection, multielement capacity, interferences, capabilities for micro- and local analysis and speciation is compared with that of other methods for elemental analysis.

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Neue Entwicklungen atomspektrometrischer Methoden für die Elementspurenanalyse

Zusammenfassung Für die atomspektrometrischen Methoden wird der Fortschritt im Hinblick auf Nachweisvermögen, analytische Zuverlässigkeit und Kosten diskutiert. Optische Methoden wie die Emissions-, Atomabsorptionsund Fluorescenzspektrometrie, aber auch verwandte Techniken (Optogalvanik und kohärente Vorwärtsstreuung), neue röntgenspektrometrische Methoden und massenspektrometrische Verfahren werden behandelt. Es werden der Stand der Technik, die Entwicklungstendenzen und neue Techniken wie spezielle Probenzuführungsmethoden für die Plasmaspektrometrie, Glimmentladungen, die laserinduzierte Ionisationsspektrometrie, die Röntgenfluorescenzspektrometrie mit Totalreflektion und der Einsatz des induktiv gekoppelten Plasmas und von Glimmentladungen als Ionenquellen für die Massenspektrometrie dargestellt. Das Nachweisvermögen, die Multielementkapazität, die Interferenzen, die Möglichkeiten für Mikro- und Verteilungsanalysen sowie für die Bestimmung der Bindungsform bei den Methoden der Atomspektrometrie werden mit denen anderer Methoden für die Bestimmung der chemischen Elemente verglichen.

     

Surface analysis for materials technology within a computer industry

Summary An overview of surface and interface analysis within IBM is presented. The types of materials concerned; the areas in which surface analysis is having major impact; and the relative importance of different analytical techniques are discussed, together with perspectives for the future. Selected examples from Research Division work are presented to illustrate the range of materials work and techniques involved.

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Die Rolle der Oberflächenanalytik für die Werkstofftechnologie in der Computer-Industrie

Zusammenfassung Eine Übersicht über die Oberflächen- und Interface-Analytik innerhalb der Firma IBM wird gegeben. Dabei wird das Thema in der folgenden Weise aufgeteilt: Aufzählung der Gebiete, in denen Oberflächenanalysen eine große Rolle spielen; Eigenschaften und Bewertung der verschiedenen Analysenmethoden; Zukunftsaussichten. Ausgewählte Beispiele aus der Arbeit der Forschungsabteilung demonstrieren die Art der Werkstoffe, Analysenprobleme und benutzte Techniken.

     

Information theory applied to qualitative analysis

Summary Fundamental aspects of information theory and its usefulness for qualitative analysis are discussed in view of the applications described so far in the literature. General expressions for the uncertainty, information, equivocation and information content are described and related to the more commonly used expressions of the information parameters.It is shown that the information content (or equivocation) can serve — with certain restrictions — as an important criterion for the evaluation, selection or optimization of analytical procedures.The information theoretical concepts are easy to apply to one-channel identification or classification procedures. However, when multi-channel procedures (combinations of one-channel procedures) are involved, a straightforward use of information theory is to a large extent restricted by the excessive computations. Therefore, the further development of simple methods for the calculation of reliable estimates of information contents and of optimization strategies enabling the calculation of only small numbers of information contents, is of great importance for the future use of information theory in qualitative analysis.

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Anwendung der Informationstheorie in der qualitativen Analyse

Zusammenfassung Grundlegende Aspekte der Informationstheorie und ihre Anwendbarkeit für die qualitative Analyse werden unter Berücksichtigung der bisher in der Literatur beschriebenen Anwendungen besprochen. Allgemeine Ausdrücke für Unsicherheit, Information, Äquivokation und Informationsgehalt werden beschrieben und ihre Beziehung zu den gebräuchlicheren Ausdrücken für die Informationsparameter wird angegeben.Es wird gezeigt, daß der Informationsgehalt (oder die Äquivokation) — unter bestimmten Bedingungen — als ein wichtiges Kriterium für die Auswertung, Selektion oder Optimierung von analytischen Verfahren dienen kann.Die Grundlagen der Informationstheorie können auf einfache Weise für einkanalige Identifizierungsoder Klassifizierungsverfahren angewendet werden. Wenn es sich jedoch um mehrkanalige Verfahren (Kombinationen von Einkanal-Verfahren) handelt, wird die Anwendung der Informationstheorie in hohem Maße durch übermäßige Berechnungen begrenzt.Die weitere Entwicklung von einfachen Verfahren für die Berechnung zuverlässiger Schätzungen von Informationsgehalten und von Optimierungsstrategien, die die Berechnung einer beschränkten Anzahl von Informationsgehalten erfordern, ist deshalb von großer Wichtigkeit für die künftige Anwendung der Informationstheorie in der qualitativen Analyse.

     

Zur Stabilisierung der S?ule elektrischer Lichtb?gen in der Spektralanalyse

Zusammenfassung Es wird ein Überblick über die verschiedenen Maßnahmen zur Stabilisierung von Lichtbögen gegeben. Die einzelnen Methoden werden erläutert und dabei die Unterschiede zwischen magnetischer Stabilisierung und Wandstabilisierung erklärt. Auf ihre Anwendungen in der Spektralanalyse wird eingegangen. Die vom Maecker-Bogen ausgehende, zum scheibenstabilisierten Lichtbogen für die Lösungsanalyse führende Entwicklung wird an zwei Typen dieser Art gezeigt und der grundsätzliche Unterschied in der Aerosolzuführung beider Geräte betont. Die für die Spektralanalyse wichtigen und neuartigen Eigenschaften des scheibenstabilisierten Bogens werden genannt und auf die bis jetzt gewonnenen ausgezeichneten analytischen Erfahrungen hingewiesen.

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Summary The different methods for stabilizing electric arcs are reviewed and explained, and the differences between magnetic stabilization and wall stabilization are elucidated. The application in spectral analysis is dealt with. The development, starting from the Maecker arc and leading to the disc-stabilized arc for the analysis of solutions, is demonstrated with two types of this kind and the fundamental difference in the aerosol supply of both devices is emphasized. The new and for spectral analysis important properties of the disc-stabilized arc are described and the hitherto excellent analytical experiences are pointed out.

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Herrn Prof. Dr. H.Kaiser zum 60. Geburtstag gewidmet.     

Some remarks on the calculations of hyperfine splittings in the ESR spectra of conjugated radicals

Some consequences of non-orthogonality of the basic functions of LCAO approximation, on the relations used for calculations of hyperfine splittings in ESR spectra of conjugated radicals, are discussed. Special attention has been paid on the problem of transferability of the hyperfine coupling constants. The discussion is illustrated by some calculations of the hyperfine splittings for radical-ions of naphthalene, and tetracene.

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Zusammenfassung Einige Folgerungen aus der Nichtorthogonalität der Basis in der LCAO-Näherung für die Beziehungen, die für die Berechnung der Hyperfeinaufspaltung im ESR-Spektrum konjugierter Radikale benutzt werden, werden untersucht. Insbesondere wird die Frage der Übertragbarkeit der Hyperfein-kopplungskonstanten behandelt. Die Diskussion wird durch einige Berechnungen der Hyperfeinaufspaltung für die Radikalionen des Naphtalins und des Tetracens ergänzt.

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Sponsored by Institute of Low Temperature and Structure Research, Polish Academy of Sciences (contract No. PAN-3.1.03).     

Infrarotspektroskopische Gruppenanalyse an festen aromatischen Vielstoffgemischen

Zusammenfassung Präparationsmethoden für die Infrarotspektroskopie von Feststoffen werden diskutiert. Eine quantitative Berechnung des Fehlers in Abhängigkeit von der Homogenität der Probe wird angegeben. Durch Messung aromatischer Substanzen wurden Inkremente für die Bestimmung struktureller Gruppen in aromatischen Feststoffgemischen berechnet, z. B. Methylgruppen bei 1380 cm^–1 und aromatische C-H-Gruppen im Bereich 910-650 cm^–1. Ein Analysenverfahren für die fast vollständige Bestimmung der Kohlenstoffverteilung in verschiedenen Gruppen wird beschrieben. Als Anwendungsbeispiel werden die für drei Flözkohlen des Ruhrgebiets erhaltenen Ergebnisse angeführt.

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Summary The methods of preparation for infrared spectra of solids are discussed. A quantitative calculation of the error dependent on the homogenity of the sample is given. By measurements of aromatic substances increments for the estimation of structural groups in solid aromatic mixtures are calculated, for instance methyl groups at 1380 cm^–1 and aromatic C-H-groups in the region 910-650 cm^–1. An analysis for the nearly complete estimation of the carbon distribution in various groups is described. For example the results of some bituminous coals are demonstrated.

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Verf. dankt der deutschen Forschungsgemeinschaft und der Hohen Behörde der Europäischen Gemeinschaft für Kohle und Stahl für die Förderung dieser Arbeit.     

Verhalten der jodid-ionenselektiven Elektrode bei der potentiometrischen Titration von Palladium(II) mit Jodid

Zusammenfassung Der Endpunkt der Fällungstitration von Palladium(II) mit Kaliumjodid kann potentiometrisch mit einer jodid-ionenselektiven Elektrode vom Typ Ag₂S/AgI indiziert werden. Mit steigender Anzahl Titrationen wird die Iodid-Elektrode blockiert. Ursache für diese Erscheinung ist eine Schicht auf der Elektrodenoberfläche, in der mit der Mikrosonde und mit Pd-108 radiochemisch Palladium nachgewiesen wurde. Die Elektrodenfunktion kann durch Polieren der Elektrodenoberfläche mit Polier-Tonerde wieder hergestellt werden. Zur potentiometrischen Titration von Pd in galvanischen Palladium-Bädern wird ein Analysenverfahren mitgeteilt.

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Behaviour of the iodide ion-selective electrode in the potentiometric titration of palladium(II) with iodide

Summary The end point of the precipitation analysis of palladium(II) with potassium iodide can be indicated potentiometrically by a iodide ion-selective electrode of the type Ag₂S/AgI. The iodide electrode is inhibited at an increased number of titrations. This phenomenon is due to a layer on the electrode surface which contains palladium, as identified by the use of a microprobe and by radiochemical analysis with Pd-108. The electrode function can be restored by polishing with alumina. An analytical method for the potentiometric titration of Pd in palladium plating baths is reported.

Für die radiometrischen Messungen danke ich Herrn Dr. H. Förster, für die Untersuchungen mit der Mikrosonde Herrn Ing. W. Mehnert und für experimentelle Mitarbeit Frau Chem.-Ing. Schiffel vom Forschungsinstitut für NE-Metalle Freiberg.     

Aufnahme von Spurenelementen Durch Ionenaustausch in Pflanzenzellen

Zusammenfassung Die starke Anreicherung von radioaktivem Zink durch lebende und tote Chlorella-Algen bei der Aufnahme aus Lösung wird durch Ionenaustausch gedeutet. Es handelt sich um einen passiven Prozeß, der keine Energie aus dem Stoffwechsel beansprucht. Bei den toten Algen ist die Einstellung von Gleichgewichten praktisch erreichbar; die Kapazität beträgt etwa 0,1 mval/g Frischgewicht. Durch Konkurrenz einer Anzahl zweiwertiger Ionen mit dem Radiozink wurde eine Affinitätsreihe für die toten Algen ermittelt. Diese Reihenfolge wurde für lebende Algen im wesentlichen bestätigt. (Nur wirkt Kupfer auf die lebenden Algen als Gift, und diese spezifische Wirkung wurde auch durch die Unterdrückung der aktiven Aufnahme von Radiorubidium gemessen.) Die Affinitätsreihe stimmt teilweise mit jener am Ionenaustauscher Amberlite IRC-50 überein, der durch Carboxyl-gruppen wirkt. Doch wird eine beschränkte Menge an Zink durch die Algen abnorm fest gebunden, und besondere Versuchsreihen führen zu der Annahme mindestens zweier Arten austauschender Zentren.

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The strong concentration of radiozine by living and dead algae (chlorella) from solutions is interpreted as being due to ion exchange. The process is passive and requires no metabolic energy. With dead algae, equilibria may be reached, and the capacity is of the order of 0.1 mval per gram fresh weight. An affinity series for dead algae has been established by competition of divalent ions with radiozinc. The series is essentially the same for living algae, except that copper acts as a poison; the toxicity of the copper has been demonstrated through the inhibition of radiorubidium uptake. The series of the affinities agrees partly with that of the ion exchanger amberlite IRC-50 that acts through carboxylic groups. However, a limited amount of zinc is bound abnormally strongly by the algae, and special experiments suggest the existence of at least two kinds of exchanging centres.

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Frau Prof. Dr.E. Cremer mit besten Wünschen gewidmet.     

Automation in und mit der analytischen Chemie. III

Zusammenfassung Nach einer Einführung in die Problemstellung wird die Theorie der Programmiersprachen kurz behandelt, die früheren Vorschläge [6] zu einer Zeichensymbolik erweitert und in Symboltabellen zusammengefaßt. Erörterungen zu einer Buchstabensymbolik als Grundlage einer Programmiersprache für die analytische Chemie schließen die Arbeit ab.

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Automation in and with analytical chemistry. IIIProblems of programming languages and symbolism

After a short introduction to the problem, the theory of programming languages is discussed, the earlier suggestions [6] of a sign-symbolism are extended and concentrated in symbol-tables. An alphabetic symbolism as a base for a programming language for analytical chemistry is given.

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II. Mitt.: diese Z.238, 81 (1968).