Kvantitativ analytisk kemi fastställer mängder av kända ämnen i ett prov. Sådana tester körs rutinmässigt för kvalitetskontroll, som till exempel nivån av aktiva ingredienser i kalla tabletter. Kvalitativ analytisk kemi strävar efter att veta, inte hur mycket utan vad som finns – identiteten för okända ämnen. Dessa bestämningar är inte alltid rutinmässiga och kan vara ganska komplicerade. Fysiska och kemiska egenskaper bestäms så snabbt och billigt som möjligt, med en kombination av noggrant utvalda instrumentella och våttestmetoder.
Kvalitativ analytisk kemi delas lämpligast in i två typer: organisk analys och oorganisk analys. Organisk kvalitativ analytisk kemi är den mer komplexa av de två. Det finns miljontals möjliga organiska föreningar, varav tusentals är kända och har karakteriserats. En typisk organisk molekylstruktur kan innefatta alifatiska kedjor eller ringar, aromatiska ringar, eterbindningar, heteroatomer, dubbel- och trippelbindningar plus alkohol-, karbonyl- och karboxylfunktionaliteter. Instrumentella metoder för identifiering är väsentliga och inkluderar vanligtvis gas-vätskekromatografi och elektrofores, såväl som infraröd, ultraviolett och masspektroskopi.
Organisk kvalitativ analytisk kemi är en av de mest intressanta och viktiga kurserna som lärs ut vid universitet. Det kräver sammansatt kunskap om en mängd kemiska reaktionstyper, samt en allmän förståelse för instrumentering och förmåga att läsa spektra, inklusive kärnmagnetiska resonansspektra. Kunskap om kemisk stabilitet är viktigt, eftersom vissa tester kan skada eller förstöra ett prov eller utgöra en säkerhetsrisk. Kursen visar också studentens förtrogenhet med viktiga datakällor, inklusive det historiskt ovärderliga Beilstein-biblioteket av organiska föreningar och deras derivat — omfattande tusentals poster. Beilstein är fortfarande en viktig resurs.
Läkemedelsindustrin är mycket beroende av en teknik för kvalitativ organisk analytisk kemi som kallas tunnskiktskromatografi (TLC). En tallrik, kanske glas, har ett jämnt skikt av adsorptivt material. Små droppar av provmaterial placeras på toppen av en lutande platta och separation åstadkommes via en fallande lösningsmedelsfas. Denna teknik kräver endast spårmängder och kräver inte förhöjda temperaturer som kan skada värmekänsliga ämnen. Föreningar separeras när de reser in i distinkta band, från vilka var och en kan återvinnas och kvantitativt mätas, om så önskas.
Oorganisk kvalitativ analytisk kemi gäller för det mesta icke-kolkemi inklusive metall-, metalloid-, hydroxyl-, karbonat- och vätejoner. Testning kan börja med ett enkelt flamtest eller pH-mätning, eller en manuell titrering. Tidigare standard, våttestmetoder har till stor del ersatts av moderna instrumentella metoder, såsom atomabsorption eller atomemissionsspektroskopi. Komplexa bestämningar kan använda röntgenkristallografi, svepelektronmikroskopi (SEM) och Fouriertransform infraröd spektroskopi (FTIR). Tillämpningar inkluderar miljöanalys och materialanalys.