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 2002 Faglig ansvarlig: Per Ola Rønning PerOla.Ronning@iu.hio.no (Rom 1.630)

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 Prøvetaking og prøveopparbeiding

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 prøveopparbeiding Kompendium 43 44 45 Massespektrometri 46 47 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 prøveopparbeiding Kompendium 43 Metodevalidering 44 45 Massespektrometri 46 47    

Tidsrammer og frister Utlevering av laboratoriehefte og plan for laboratoriekurset Uke 37 Hver gruppe skal gjennomføre 3 øvelser. Åpent laboratorium Åpningstider: 08.50-11.10 12.10-15.20 Uke 38-45 Laboratorieøvelsene utføres i henhold til oppsatt program. Innleveringsfrister vil stå i laboratorieheftet. Siste frist for godkjenning av laboratoriekurset 22.november   Eksamen 4.desember

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 teknikker 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)

Spektroskopi 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).

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

Kromatografisk separasjon MP: Væske, gass, SF SP: Væske, fast AS SP AM MP Tverrsnitt av GC-kolonne

Intermolekylære krefter i kromatografi Polare van der Waals krefter: Interaksjoner som skyldes dipol-dipol binding, dipol - indusert dipol binding og hydrogen-bindinger. Interaksjonene er forholdsvis sterke og oppstår mellom polare molekyler. Polare molekyler: Molekyler med permanente dipol-moment forskjellig fra null Dipolmoment: Oppstår når to like, men motsatte ladinger, q og -q, er separert med en avstand r (m = q·r)

Intermolekylære krefter i kromatografi, forts. Dispersjonskrefter (London-krefter): Svake krefter som oppstår mellom to induserte dipoler. Oppstår ved at et momentant oppstående dipolmoment i et molekyl induserer et dipol-moment i et annet molekyl Svake kovalente bindinger: Omfatter syre-base interaksjoner og kompleksdannelse