Kemi 2 - Prov 4 - Analytisk Kemi

Kvalitativ analys

Vad finns i blandningen?

Kvantitativ analys

Hur mycket av ett/vissa ämnen finns i blandningen?

Precision

Samma resultat vid upprepande försök (Reproducerbara resultat)

Analysschema

Provtagning → Upparbetning → Separation → Detektion

Detektion

Identifiera och kvantifiering

Reagens

Ett ämne/metod som används för att påvisa ett annat ämnes eller joners närvaro

Kromatografi

Separationsmetoder

Ämne fördelas mellan rörlig (mobil) fas och fast (stationär) fas där ämnet absorberas till ytan av stationära fasen (pga intermolekylära bind.)

Ämnenas olika polaritet gör att de adsorberas olika hårt på ytan av stationära fasen och får karakteristiska retentionsfaktor.

Retentionstid R_t

Fördröjningen

Beror på styrkan på bindningar mellan ämnet och det stationära fasen (beror på polaritet → separeras från varandra)

Papperskromatografi

Papper = Stationära fasen (ex. vatten = mobilfas)

Tunnsiktskromatografi (TLC)

Vätska = Mobilfas

Kolonnkromatografi

Vätskekromatografi (LC) (mobilfas = vätska)

Gaskromatografi (GC) (mobilfas = gas)

Vätskekromatografi (LC) - Kolonnkromatografi

Stationära fasen = Kiseldioxid eller Aluminiumoxid

Mobila fasen = Organisk lösningsmedel eller en blandning av olika lösningsmedel (vätska)

Normal-Fas-kromatografi

Omvänd-Fas-Kromatografi

HPLC

Normal-Fas-Kromatografi (Vätskekromatografi (LC) - Kolonnkromatografi)

Används för separation av opolära föreningar

Omvänd-Fas-Kromatografi (Vätskekromatografi (LC) - Kolonnkromatografi)

Mobilfas = Vattenbaserad

Stationärfas består av kolvätegrupper, kovalent bundna till porösa kiseldioxidsfärer som packas i en kolonn. 

Används för separation och analys av polära föreningar, t.ex. läkemedelssubstanser i biologiska prover.

HPLC (Vätskekromatografi (LC) - Kolonnkromatografi)

Ju större den stationära fasens totala yta, desto effektivare blir interaktioner och separation

Kolonnen fylls med finkorniga och porösa partiklar (<10 μm) som absorptionsmedel

Leder till strömningsmotstånd, som kräver att mobilfasen förflyttas under högt tryck mha precisionspumpar

Kolonnen kopplas till en detektor som registrerar varje ämne som kommer ut ur kolonnen mha UV-ljus

Gaskromatografi (GC) - Kolonnkromatografi

Mobilfas - En bärgas (vanligen N₂ eller H₂)

Kolonnen är ett långt och tunt spiralvridet rör av metall

Insprutningskammare befinner sig tsm med kolonnen i en ugn

Ämnena i provblandningen förgasas under hög temperatur, sedan transporteras med bärgasen genom kolonnen med olika hastigheter (R_t) - utnyttjas som referens för identifiering

Detektionsgränsen för GC är pikogram (1×10^-12 g)

Jonbyteskromatografi - Kolonnkromatografi

Används för att separera joner/laddade partiklar - ofta vid separation och rening av proteiner, peptider, nukleinsyror och andra laddade molekyler.

En katjonbytare har negativt laddad “yta” och binder därför katjoner 

En anjonbytare har positivt  laddad “yta” och attraherar därför anjoner

Gelfiltrering

Separationsmetod efter molekylstorlek.

Ämnen passerar igenom stationära fasen bestående av gelbildande polymer med nätstruktur i form av små korn.

Nätverket har sådan storlek att små molekyler kan tränga in i gelen, medan stora molekyler stängs ute.

De stora molekylerna transporteras fortare genom kolonnen än vad de små gör.

Metallkomplex

Sammansatt kemisk förening bestående av en metalljon eller -atom, som är omgiven av olika antal atomer, joner eller molekyler.

Ligander (Metallkomplex)

De partiklar som omger centralatomen

Koordinationstal (Metallkomplex)

Antalet ligander

Kelatkoplex

Komplex som bildas av ligander med minst två bindningar (de med flerbundna ligander kallas kelatbildare)

EDTA (Kelatkomplex)

En fyrprotonig syra

EDTA-jon är en sextandad ligand, där de två N-atomerna och de fyra COO^- grupperna binder till metalljonen

Vatten (Kelatkomplex)

Hård om innehåller höga halter av Ca²⁺ och Mg³⁺

Hårdheten anges med hårdhetsgrader ^odH

Hårt vatten  10 – 20 ^odH

Mjukt vatten 2 – 5 ^odH

Spektroskopiska metoder

Principen bygger på växelverkan mellan materia och elektromagnetisk strålning

Vid spektrofotometri och atomabsorptionsspektrometri bestämmer man våglängden för det ljus som absorberas eller emitteras.

Fotoner

Elektromagnetisk strålning består av partiklar, fotoner

Har en viss energi, som ges av ekvationen där E är energin, h är Plancks konstant och v är ljusets
  frekvens.
    ΔE = h · v= h · c / λ

Absorption

Upptagande av energin som finns i en strålning (fotoner).

Energin i fotonen motsvarar precis skillnaden mellan två energinivåer i atomen/molekylen.

Det absorberade ljuset har en bestämd våglängd som är typisk för en viss atom i en molekyl av ett bestämt ämne.

Emission

Avgivande av energin i form av strålning

Energin i fotonen motsvarar precis skillnaden mellan två energinivåer i atomen/molekylen.

Det utsända ljuset har en bestämd våglängd som är typisk för en viss atom i en molekyl av ett bestämt ämne.

Atomabsorbansspektrofotometri (AAS)

Används vid kvantitativa mätningar av metallhalter

Man kan mäta mycket låga koncentrationer.

Det gäller att välja ut ljus som har lämplig våglängd för den undersökning som ska göras.

Lambert - Beers lag

När energi i form av ljus av en specifik våglängd skickas genom provet, då sker absorption

Absorbansen är proportionell mot ämnets koncentration i provlösningen och mot avståndet mellan kyvettens- sidoytor. 

A = log I_o / I       

där   I_o  är intensiteten före passage och I är intensiteten efter passage genom lösningen.

  A = ε c  l              

ε är proportionalitetskonstant som kallas ämnets molara absorptionskoefficient

Transmittans

Förhållandet av den genomsläppligheten av ljuset vilket blir : I / I_o

Infrarödspekroskopi

IR-ljus är inte tillräcklig energirik för att flytta elektroner till högre energinivåer

Absorption av strålning i det infraröda området påverkar molekylernas vibrationsenergi

Lätta atomer och atomer i starka bindningar vibrerar med högre frekvens än tunga atomer och atomer i svaga bindningar

Används för att bestämma vilka funktionella grupper som ingår i en förening, varför strukturbestämning och identifiering av organiska ämnen möjliggörs. 

Vibrationsenergi

Två typer vibrationer som ständigt pågår
i molekyler.

Sträckning

Böjningsvibrationer. 

Sträckninsvibrationer

Amplituden hos sträckningsvibrationer beror på kemiska bindningars styrka och de förenade atomernas massor.

NMR-spektroskopi

Analysmetod för strukturbestämning av organiska molekyler

Bygger på vissa atomkärnors magnetiska moment

Den roterande atomkärnan kan liknas vid en magnet och förutsättning skapas för dem att kunna uppta energi i bestämda våglängder

Elektromagnetisk strålning inom radiovågornas frekvensområdet krävs för att påverka vätekärnor i ett magnetfält.

Atomkärnornas omgivning i en molekyl avgör hur mycket energi den absorberar

Masspektrometri

Molekylerna av det ämne som ska undersökas överförs till positiva joner i en jonisationskammare under beskjutning av en elektronkanon.

Jonerna accelereras till hög hastighet i ett elektriskt fält och kommer sedan in i ett magnetiskt fält.

Där böjs jonstrålen efter massa och laddning. Partiklar som har samma värde på kvoten m/q böjs av lika mycket och bildar en gemensam stråle

Jonstrålarna registreras av en detektor och till slut ritar en dator upp ett diagram, ett masspektrum.

Masspektrum

Man får ett antal separata partikelstrålar som innehåller partiklar med samma kvot.

Visar den ursprungliga molekylen uppdelad i ett antal brottstycken som är typiska för just den här molekylen