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나무·석탄·광물·공기 등 지각에서 산출되는 대부분의 물질은 많은 다른 화학물질의 혼합물이다. 순수한 화학물질은 화학적으로 확인할 수 있는 독특한 성질들을 가지고 있는데, 예를 들어 철은 은백색의 금속으로 녹는점은 1,535℃로 전성이 크며 산소와 쉽게 결합해 적철석과 자철석이 된다.

자철석 같은 금속의 혼합물에서 철을 검출하는 것을 정성분석이라고 하며, 화합물이나 혼합물에 있는 특정 물질의 실제적인 양을 측정하는 것을 정량분석이라고 한다. 정량분석을 통해서 해변이나 강둑에서 흔히 흑사의 형태로 볼 수 있는 광물인 자철석에는 철이 무게의 72.3％를 이루고 있음을 알 수 있다. 수년에 걸쳐 화학자들은 쉽게 볼 수 있거나 확인할 수 있는 생성물을 만들어 어떤 기본적인 물질의 존재를 알 수 있는 여러 화학반응들을 발견했다.

철은 시료에 최소한 1ppm(parts per million,10^-6g) 이상 있어야 확인할 수 있는데 나트륨은 1×10^－9g만 있어도 소화 시켜 시료를 노란색 불꽃으로 그 존재를 쉽게 알 수 있다(불꽃반응). 이러한 분석방법으로 화학자들은 여러 물질에 들어있는 불순물의 양과 종류를 확인하고 매우 순수한 물질의 성질을 결정할 수 있게 되었다. 보통 실험실에서 사용되는 화학물질에 있는 불순물은 0.1％ 이하이며, 특수한 용도로 사용하기 위해서는 불순물이 0.0001％ 이하인 물질도 구입할 수 있다.

현대사회가 필요로 하는 안전한 식품, 적당한 소비재, 풍부한 에너지, 노동절약형 기술 등은 환경을 오염시켰다. 즉 모든 화학물질을 제조할 때는 원하는 물질 외에 폐기물이 생기기 마련인데, 이 폐기물들을 부주의하게 처리하는 경우가 있어 문명의 초기부터 환경 파괴가 시작되었고 인구의 증가와 더불어 공해문제가 크게 대두되었다.

오염된 물·공기·토양·식품에 들어있는 불순물을 확인해 이들을 제거하고 중화시키는 경제적인 방법이 발달하게 되어, 분석화학 기술의 발달은 주로 좋은 환경을 유지하도록 하는 문제와 깊은 관계를 맺게 되었다. 즉 해가 된다고 추정되는 오염물질의 양이 알려지면 그 위험수치 이하에서 그 독성물질을 검출할 수 있어야 하므로 분석화학자들은 더욱 정확하고 민감한 분석기기와 기술을 개발하는 데 노력하고 있다. 특히 현대에는 컴퓨터와 연결된 복잡한 분석기기의 발달로 정확도가 높아지고 또한 검출한계도낮아지게 되었다.

가장 일반적인 분석방법은 기체 크로마토그래피로, 이것은 기체 상태의 혼합물을 길고 가는 관내에 있는 다공질 흡수제에 통과시켜 각각 다른 성분으로 분리하는 것이다. 각 성분들은 흡수제와의 상호작용에 따라 관을 빠져나오는 속도가 다르며, 이때 이 기체의 구성 이온의 질량에 따라 분리되는 질량분석계를 통과시킬 수도 있다. 이러한 기체 크로마토그래피 질량분석계는 수ppb(parts per billion, 10^－9g) 정도의 혼합물도 각 성분으로 쉽게 분리할 수 있다.

이와 비슷하거나 이보다 강도가 좋은 분석법으로는 원자흡광분석법·폴라로그래피·중성자방사화분석법 등이 있다. 하지만 대부분의 분석기기들은 개발된 지 약 10년 후에는 쓸모가 없어지게 된다. 이것은 더욱 정확해지고 분석속도가 빨라져 새로운 분석기기들이 출현해 환경화학과 의학 등의 분야에 널리 사용되기 때문이다.