Die Stichprobennahme ist ein entscheidender Schritt in der analytischen Chemie, da sie es Forschern ermöglicht, repräsentative Daten aus einer großen Population zu sammeln. Zu den üblichen Methoden zur Probenahme gehören zufällige, gezielte, systematische, geschichtete und Cluster-Stichprobennahme.

Die zufällige Stichprobennahme ist eine Methode, bei der jedes Mitglied der Population die gleiche Chance hat, für die Stichprobe ausgewählt zu werden. Dabei werden Individuen nach dem Zufallsprinzip ausgewählt, oft mithilfe von Zufallszahlen oder in der Lotterie verwendeten Methoden. Wenn Sie beispielsweise die Eigenschaften einer Polymerfolie analysieren, können Sie eine zufällige Stichprobennahme durchführen, indem Sie die Folie in gleich große Abschnitte von 1 cm x 1 cm unterteilen und dann mithilfe einer Zufallszahlentabelle 10 Abschnitte nach dem Zufallsprinzip für die Analyse auswählen. Dadurch wird sichergestellt, dass auf der gesamten Folie unvoreingenommene Proben ausgewählt werden. Die zufällige Stichprobennahme minimiert die Verzerrung und hilft, eine Stichprobe zu erstellen, die die gesamte Population genau repräsentiert.

Die gezielte Stichprobennahme ist eine nicht-probabilistische Methode, die auf dem Urteilsvermögen oder der Expertise des Forschers beruht, um die für die Studie am besten geeigneten Personen oder Proben auszuwählen. Angenommen, ein Forscher untersucht die Bioakkumulation von polychlorierten Biphenylen (PCB) in Fischen. In diesem Fall kann er selektiv nur Fische beproben, die bestimmte Kriterien erfüllen, z. B. kleiner sind oder ungesund aussehen. Diese Methode wird häufig verwendet, wenn Aufsichtsbehörden bestimmte Kriterien zur Definition der zu entnehmenden Probe verlangen.

Bei der systematischen Probenahme wird jedes n-te Individuum aus einer Population ausgewählt, nachdem ein Startpunkt zufällig gewählt wurde. In Umweltstudien kann die systematische Probenahme beispielsweise verwendet werden, um Proben aus einem See zu entnehmen, indem dieser in ein Raster unterteilt und in regelmäßigen Abständen aus jedem Abschnitt Proben entnommen werden, um eine räumliche Abdeckung des Sees sicherzustellen. Dieser Ansatz ist bei Studien hilfreich, bei denen räumliche Trends berücksichtigt werden, z. B. die Sauerstoffverteilung im Wasser.

Bei der geschichteten Probenahme wird die Population anhand bestimmter für die Forschung relevanter Merkmale in unterschiedliche Untergruppen oder Schichten unterteilt. Die Proben werden dann zufällig aus jeder Schicht im Verhältnis zu ihrem Anteil an der Population ausgewählt. Bei der Untersuchung von Partikeln in der Luft in Städten könnte beispielsweise eine geschichtete Probenahme verwendet werden, indem die Population in verschiedene Kategorien der Partikelgrößen (z. B. fein, grob) unterteilt wird. Anschließend werden aus jeder Kategorie Proben entnommen, um ihren Beitrag zur Gesamtverschmutzung zu ermitteln. Diese Methode ermöglicht eine präzisere Analyse innerhalb jeder Untergruppe und verringert den Stichprobenfehler.

Bei der Cluster-Stichprobennahme wird die Population in Cluster oder Gruppen unterteilt, im Idealfall kleine Repräsentationen der Gesamtpopulation. Einige Cluster werden nach dem Zufallsprinzip ausgewählt und alle Personen innerhalb der ausgewählten Cluster werden beprobt. Diese Methode wird häufig in groß angelegten Studien verwendet, bei denen logistische Einschränkungen die Anzahl der Probennahmestellen begrenzen. Beispielsweise könnte eine Studie zur Grundwasserverschmutzung eine Region basierend auf geografischen Grenzen in Cluster unterteilen und dann nach dem Zufallsprinzip einige Cluster (Regionen) auswählen, um Proben aus allen verfügbaren Brunnen zu entnehmen.