SO 458 K www.iu.hio.no/~peror/instrumentell/instranalyse.htm INSTRUMENTELL ANALYSE SO 458 K www.iu.hio.no/~peror/instrumentell/instranalyse.htm Høsten 2001 Faglig ansvarlig: Per Ola Rønning PerOla.Ronning@iu.hio.no (Rom 613)

Kursplan: Forelesninger 4 timer pr. uke, øvinger 2 timer pr. uke. Laboratoriekurs (åpent laboratorium) Kursets emner Kromatografisk teori, væskekromatografi, gasskromatografi og massespektrometri, kombinasjonsteknikker. Prøveopparbeiding, ekstraksjonsprinsipper, validering av analysemetoder, kvalitetssikring, databehandling. Lærebok: A. Braithwaite & F.J. Smith, Chromatographic Methods, 5. utgave, Kluwer Academic Publishers 1995. Kompendier: Massespektrometri Prøveopparbeidelse, Validering av kjemiske analysemetoder

Foreløpig forelesningsplan: Uke Forelesningsemne Pensum 35 Introduksjon, kromatografisk teori Kap. 1, 2 36 Kromatografisk teori, databehandling Kap. 2, 8 37 TLC, elektroforese Kap. 3 38 Væskekromatografi Kap. 4, 6 39 40 Gasskromatografi og SFC Kap. 5 41 42 Prøvetaking og prøveopparbeidelse Kompendium 43 44 Massespektrometri 45 46 Kvalitetssikring og metodevalidering 47 Kvalitetsikring, repetisjon    

Tidsrammer og frister Inndeling i laboratorie-grupper, utdeling av laboratoriemateriell Uke 37 3KA: Foreberedelse til prosjektoppgave Åpent laboratorium Åpningstider: 08.50-11.10 12.10-15.20 Uke 38-46 Laboratorieøvelsene utføres i henhold til oppsatt program. Generell innleveringsfrist for laboratorie­rapportene er 1 uke etter utførelse. 3KA: Innleveringsfrist - rapport fra prosjekt-oppgave 19. oktober   Siste frist for godkjenning av laboratoriekurset 23. nov.  Eksamen 17.12.01.

Instrumentell analyse Vår oppgave som analytikere blir å: Identifisere (”kvalitativ analyse”) Bestemme mengde (”kvantitativ analyse”) For å nå målet må vi ofte gjøre bruk av flere teknikker: Spektroskopi/spektrometri Kromatografi Titmetriske, gravimetriske, termiske, elektrokjemiske metoder o.l.

Spektroskopiske metoder UV-VIS (Ultrafiolett/synlig lys spektroskopi) Absorpsjon av UV-VIS stråling resulterer i eksitasjon av bindingselektroner. Type bindingssystemer kan dermed identifiseres. IR-spektroskopi: Absorpsjon av IR-stråling resulterer i overgang mellom ulike vibrasjons-/rotasjonstilstander. Identifikasjon av bindinger og funksjonelle grupper. Raman-spektroskopi: Basert på molekylenes lysspredning. Forskjell i bølgelengde på innfallende og emittert stråling er knyttet til molekylets struktur. Raman gir i likehet med IR informasjon om vibrasjonstilstander i molekylene.

Spektroskopiske metoder NMR-spektroskopi: Kjernemagnetisk resonans. Absopsjon av RF-stråling fører til endret orientering av kjernens spinntilstand/magnetiske moment. Informasjon om struktur hentes ut fra målte kjemiske skift. Flammespektroskopi: AAS: Atomabsorpsjonsspektroskopi AES: Atomemisjonsspektroskopi AFS: Atomfluorscensspektroskopi Teknikkene er basert på eksitasjon av atomenes elektroner, noe som reulterer i karakteristisk absorpsjon/emisjon av stråling. En flamme brukes til å produsere frie atomer.

Spektroskopiske metoder ICP-AES, ICP-MS (ICP = inductively coupled plasma). Plasma brukes til å produsere frie atomer/ioner. Ionene kan ledes til et massespektrometer (MS), eller emisjonsstråling kan måles (AES) Diffraksjon: Måler spredning av stråling forårsaket av interferensfenomener. Gir informasjon om struktur. Elektronspektroskopi: Strålingseksitasjon av atomer resulterer i emisjon av elektroner. Elektronenes kinetiske energi måles. Gir informasjon om sammensetning (ESCA, Auger, SEM)

Spektroskopiske metoder Massespektrometri: Molekylene ioniseres og brytes i stykker. Ionemassene måles (e.g. m/z). Fragmenterings-mønstrene gir informasjon om oppbygging av molekylene. Flere av de overnevnte teknikkene kan brukes til både kvalitative og kvantitative målinger. Flere av teknikkene kan kombineres med kromatografiske metoder Eksempler er GC-IR, GC-MS, LC-MS, LC-IR, TLC-MS (”Kombinsasjonsteknikker”)

Hva er kromatografi? Kromatografi er en separasjonsteknikk basert på stoffers ulike fordeling i to separate faser. Tidlig kromatografi var rettet mot separasjon av fargede substanser, for eksempel plantepigmenter. Begrepet ”kromatografi” ble innført av M.S. Tswett i 1906: Chroma: Farge Graphein: Skrive   IUPAC 1993: ”Chromatography is a physical method of separation in which the components to be separated are distributed between two phases, one of which is stationary, while the other moves in a definite direction.” Kromatografi er en m.a.o. metode for å skille ulike komponenter i en stoffblanding. Metoden i seg selv gir ingen entydig bestemmelse av identiteten til stoffene i en prøveblandingen. Av den grunn kombineres kromatografi ofte med spektroskopiske teknikker for å identifisere de adskilte forbindelsene (for eksempel IR, MS).

Kromatografisk historie: 1906: M. Tswett introduserer begrepet kromatografi 1930-årene: Tynnsjiktkromatografi utvikles, papirkromatografi og væskekromatografi 1940-årene: Ionebytterkromatografi, væske­kromatografi, studier i gasskromatografi 1950-årene: Gasskromatografi, fordelingskromatografi 1960  : Etablering av kromatografi som rutineteknikk, introduksjon av SFC 1970-1980-årene: Utvikling av ”High performance”-systemer: HPLC, HPIC, HPTLC. Forbedrede kolonner til GC 1990-årene: Utviklingen av mikrokolonnesystemer fortsetter.

Stasjonærfase avsatt i søyle, kolonne eller på bærer               A+B+C+D+Mobilfase   Stasjonærfase: Væske eller fast stoff Mobilfase: Væske, gass, SF     Stasjonærfase avsatt i søyle, kolonne eller på bærer           Kromatogram