Zu den Kationen gehören u. a. Natrium, Kalium, Magnesium und Calcium. Sie spielen bei der Bierbereitung und für die Produktqualität eine nicht zu unterschätzende Rolle. So ist diese Gruppe z. B. für das Hefewachstum und damit für den Gärverlauf erforderlich. Daneben können aber auch zu hohe Konzentrationen, besonders der Schwermetalle, sehr nachteilige Wirkungen in Bezug auf Stabilität und Sensorik des Bieres hervorrufen. Deshalb ist eine Kontrolle im Rahmen der Brauereitechnologie als unerlässlich zu betrachten. Elemente wie Kalium
und Magnesium
sind auch für die menschliche Ernährung von Bedeutung. Abhängig von der zu erwartenden Konzentration eignen sich verschiedene Bestimmungsverfahren wie Gravimetrie, Komplexometrie und Kolorimetrie, bei niedrigeren Gehalten besonders auch die Atomspektroskopie. Hier finden verschiedene Geräte Anwendung, auf die im Folgenden kurz eingegangen wird.
Die Atom-Absorptions-Spektralphotometrie (AAS) nutzt die Erscheinung der Resonanzabsorption.
Eine elementspezifische Lichtquelle (z. B. Hohlkathoden- oder Gasentladungslampe) durchstrahlt einen Raum (z. B. Flamme oder Absorptionsküvette) mit dem absorbierenden Medium, dem Metalldampf des gewünschten Elements. Das Prinzip der Methode beruht darauf, dass die durch die Energiezufuhr in den Grundzustand übergeführten Atome ganz bestimmte Frequenzen eines Lichtes, das ihrem Eigenspektrum entspricht, absorbieren. Die um einen konzentrationsproportionalen Anteil verminderte Resonanzstrahlung wird durch einen Monochromator von den weiteren Frequenzlinien der Lichtquelle getrennt, von einem Detektor in ein Spannungssignal umgewandelt und von einer Auswerteeinheit erfasst.
Die Atom-Emissions-Spektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma (Inductively Coupled Plasma - Optical Emission Spectrometry, ICP-OES) ist eine Messtechnik zum Nachweis und zur Bestimmung von Elementen mit Hilfe der Atomemission. Die Messlösung wird zerstäubt und das Aerosol mit Hilfe eines Trägergases in ein induktiv gekoppeltes Plasma (ICP) transportiert. Dort werden die Elemente zur Strahlung angeregt. Diese werden in einem Spektrometer spektral zerlegt und die Intensitäten der emittierten Elementlinien werden mit Detektoren (Photovervielfachern) gemessen. Eine quantitative Aussage ist durch Kalibrierung mit Bezugslösungen möglich, wobei in einem weiten Bereich (meist mehreren Zehnerpotenzen) ein linearer Zusammenhang zwischen den Intensitäten der Emissionslinien und den Konzentrationen der Elemente besteht. Die Elemente können entweder gleichzeitig (simultan) oder nacheinander (sequentiell) bestimmt werden.
Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma (Inductively Coupled Plasma - Mass Spectrometry, ICP-MS) ist eine robuste, sehr empfindliche Analysenmethode in der anorganischen Elementanalytik. Sie wird u. a. zur Spurenanalyse von Schwermetallen, wie Quecksilber, Blei oder Cadmium, benutzt. Bei der ICP-MS wird zunächst durch einen hochfrequenten Strom ionisiertes Argon induziert und die Probe auf 5000-10000 °C erhitzt. Dabei werden die Atome ionisiert und ein Plasma entsteht. Anschließend werden die im Plasma generierten Ionen in Richtung des Analysators des Massenspektrometers durch ein elektrisches Feld beschleunigt. Dort werden die einzelnen Elemente und deren Isotope messtechnisch erfasst. Mit der ICP-MS werden für die meisten Elemente des Periodensystems Nachweisgrenzen im Bereich von Nanogramm pro Liter (ng/l) oder besser erreicht. Weiterhin zeichnet sich die Methode bei der quantitativen Bestimmung durch einen extrem hohen linearen Bereich über bis zu neun Größenordnungen (von Gramm bis Picogramm pro Liter) aus. Neben quantitativen analytischen Aufgabenstellungen lässt sich mit der ICP-MS auch eine hochpräzise Isotopenanalytik betreiben. Hierzu werden oft auch hochauflösende ICP-Massenspektrometer verwendet.
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Nickel kann durch Kontakt mit Edelstahl in das Bier gelangen oder in Bierschaum-Stabilisierungsmitteln enthalten sein. Wie alle Schwermetalle hat Nickel Einfluss auf die Schaumhaltbarkeit und kolloidale Stabilität des Bieres.