TENTAMEN. Analytisk kemi (KD2010),

Transkript

1 TENTAMEN Analytisk kemi (KD2010), OBS! Använd ett ark per uppgift. Skriv namn på varje ark. OBS! För varje uppgift anges maximalt antal poäng. För godkänt resultat fordras 40 poäng. En sjugradig betygsskala tillämpas enligt följande: Poäng Betyg A B C D E Fx 0 35 F Tänk på att vid frågor med flera svarsalternativ kan felaktiga uppräkningar medföra poängavdrag. Möjlighet till komplettering för att erhålla godkänt, betyg E, finns för den som ligger nära godkändgränsen. Med nära gränsen menas minst 36 poäng, betyg Fx. Kompletteringen sker muntligt efter överenskommelse med kursansvarig. Den som önskar komplettera skall kontakta kursansvarig inom en vecka efter det att vi på hemsidan meddelat att tentorna är rättade. (Tentorna kommer att vara färdigrättade senast ) För studenter registrerade på kursen före HT07 gäller kursnummer 3B1102 och före HT01 var koden 3B1101. Poängskalan för betygen på 3B1101/02 är följande: poäng ger betyget poäng ger betyget poäng ger betyget poäng ger betyget U Hjälpmedel: Utöver penna och papper är endast kalkylator tillåten. Skriv på omslaget till tentan vilket kursnummer som gäller dig! LYCKA TILL!

2 1. Grodyngel som utsätts för vissa läkemedel som tex p-pilleröstrogenet etinylestradiol och svampmedlet klotrimazol påverkas negativt. Deras reproduktion kan störas och hanyngel kan tom byta kön. Några biologer vill därför undersöka halterna av dessa läkemedel hos grodyngelstammen i ett vattendrag. Hur ska de utföra provtagningen? (8p) 2. En parfymtillverkare vill införa en processanalys för att bestämma halten av två dyra komponenter som är helt avgörande för doften. a) Vad kan motivera att införa processanalys i detta fall? (3p) b) Analysen kommer att utföras med GC. Vilket interface är lämpligast? Varför? (4p) c) Nämn en nackdel med interfacet. (1p) 3. Den stora fördelen med voltammetri är den höga känsligheten. Om man dessutom använder sig av stripping är det möjligt att tex analysera extremt låga halter av bly. E 0 för reduktion av Pb 2+ till metalliskt bly är V. I livsmedel är gränsvärdet för bly i mjölk 0,02 mg/kg och i kakaopulver 2,0 mg/kg. Ett företag vill sälja färdigblandad chokladmjölk och inför en stripping-analys för detta. a) Hur ska analysen utföras? (4p) b) Hur ser voltammogrammet ut? (1p) c) Vad blir koncentreringsfaktorn? (1p) d) Vad kan störa analysen? (2p) 4. a) Nedan finns strukturerna för de två läkemedelssubstanserna som nämns i fråga 1. Hur bör analysen utföras? Ange lämplig teknik, metod och utrustning. Motivera valet! (Tips: i vattnet/ynglen finns även många andra organiska ämnen.) (4p) Klotrimazol Etinylestradiol H CH 3 OH C CH HO H H Källa: Källa: b) I fråga 3 analyserades bly m voltammetri. Hur kan detta ämne analyseras på annat sätt (ej elektroanalytiskt)? Ange lämplig teknik, metod och utrustning. Motivera valet! (4p) OBS! Du ska inte använda masspektrometri i något av problemen i 4 a) och b)!

3 5. Ett spektroskopiskt instrument består av flera olika delar. En av dessa är strålningskällan. a) Vilken funktion har strålningskällan? (2p) b) Ge exempel på en bredbandig respektive en smalbandig strålningskälla och vilka tekniker dessa används för. (2p) En annan del av det spektroskopiska instrumentet är analysatorn. c) Vilken funktion har analysatorn? (2p) d) Ge exempel på två analysatorer. (1p) Ytterligare en del är detektorn. e) Nämn en detektor som kan registrera ett helt spektrum samtidigt (1p) 6. Jonbyteskromatografi och gelfiltrering är två LC-metoder. a) Hur kan selektiviteten ändras i dessa metoder? (Ge ett exempel per metod.) (2p) b) Hur kan man använda sig av olika lösningsmedels polaritetsindex i utveckling/optimering av en reversed phase LC analys? (2p) c) Beskriv hur support-coated -kolonner (SCOT) respektive wall-coated -kolonner (WCOT) är uppbyggda. Använd gärna en figur. (2p) d) Du har en SCOT-kolonn och en WCOT-kolonn med samma dimensioner och samma stationärfas. Vilken av dessa kolonner ger högst k -värde för ett givet ämne? Varför? (2p) 7. a) För ett antal år sedan visade NASAs rymdforskning bla att vissa krukväxter kan avlägsna föroreningar som tex formaldehyd, bensen, ammoniak och trikloretylen från inomhusluften. Hur bör man kromatografiskt analysera luften i ett rum för att kunna se effekten av olika krukväxter på dessa analyter? (Ange teknik, metod, stationär-och mobilfas. Motivera!) (3p) b) Vilka detektorer är lämpliga för de olika analyterna? (Ej MS!) (2p) c) Hur kan man lösa problemet med att man har ett prov men behöver använda sig av flera detektorer? (2p) d) Vad gör du om du vid en första testkörning får för låga k -värden? (1p) 8. a) Vilka jonkällor skulle användas om masspektrometri kunde utnyttjas i fråga 4 a, 4 b, respektive 7 a? (3p) b) Det finns en analysator som skulle kunna användas för alla tre ovanstående problem. Vilken? (1p) c) Beskriv kortfattat hur analysatorn ovan fungerar. (2p) d) Beskriv kortfattat hur jonkällan som används för problemet i 4 a fungerar. (2p) 9. a) Spektrofotometri med Diode-Array-detektor (DAD) kan användas för kvantitativ analys av blandningar av ämnen. Resonera utifrån mätprincipen och egna exempel varför vissa blandningar av organiska föreningar går att analysera med DAD medan metoden inte fungerar för andra blandningar. Givet att Du har en blandning av aromater som är vattenlösliga och icke-flyktiga; vilken alternativ analytisk metod skulle du istället välja i det senare fallet? (3p) b) Du vill analysera en blandning av aromater med Diode-Array-detektor. Emellertid absorberar en av buffertkomponenterna strålning i UV-VIS-området. Hur skulle Du kunna korrigera för detta utan separation? (2p) (Fortsättning följer på nästa sida!)

4 c) Ange Lambert-Beers lag för en respektive två komponenter och redogör för vad som krävs för att sambandet skall gälla för respektive fall. Resonera också kring begränsningarna med denna kalibreringsmodell när den används för analys av flera komponenter i en blandning. (3p) 10. Kromatogram A erhölls från en RP-HPLC kolumn, en isokratisk eluering med acetonitril 60% (CH 3 CN) och 40% vatten och ett flöde på 1 ml/min. Kromatogram B erhölls genom att man endast ändrade % acetonitril i mobilfassammansättningen. A B A B C D A B C D t m t m t(min) t(min) a) Rangordna analyterna i kromatogram A med avseende på deras polaritet (minst polär till mest polär). (0,5p) b) I kromatogram B hade man ökat eller minskat organfasandelen? Förklara (0,5p) c) Hur har denna mobilfasförändringen ändrat retentionsfaktor (minskat, ökat eller oförändrad)? Förklara? (0,5p) d) Hur skulle dödtiden förändras om man ökade flödet till 2 ml/min istället (minskat, ökat eller oförändrad)? Förklara? (0,5p) e) Föreslå en annan mobilfassammansättning av acetonitril och vatten för att få en bättre upplösning av analyterna. Rita ett illustrativt kromatogram där du beskriver samt motiverar vad som händer. (2p) f) Man kan även öka andelen av organfasen under körningens gång. I. Vad kallas denna metod? Varför har man inte hög andel organfas från början? (0,5p) II. Nämn några fördelar samt nackdelar med denna elueringsmetod. (1p) III. Visa en schematisk bild av vad som sker samt föreslå ett elueringssystem acetonitril och vatten. (0,5p) g) Ge exempel på andra sätt att förbättra upplösningen förutom att ändra mobilfasen. Förklara med avseende på teoretiska bottental eller höjden av teoretiska bottnar. (2p)

5 SVAR 1. Först av allt måste de tänka igenom vad de är ute efter. Vill de tex ha ett medelvärde för alla grodyngel eller vill de veta hur spridningen är, vilken noggrannhet krävs, hur mycket får det kosta etc? Det avgör tex om de ska göra ett samlingsprov eller ta enskilda eller mindre grupper av yngel. De måste också tänka på var de samlar in ynglen (djup, avstånd fr land od) och om det ska var systematiskt eller slumpprov. De måste bestämma hur stora proven ska vara dvs hur många yngel/sammanlagd vikt ed och hur många prov som krävs. De måste också fundera på tid för provtagning (i yngelutveckling, tid på dygn osv). Principen med modellering, planering, provtagning, analys, utvärdering, återkoppling är användbar. 2. a) De får direkt veta om halten är för hög eller för låg och kan ändra i processen. De kan då undvika att få parfym som inte doftar rätt eller som innehåller onödigt mkt av de dyra ingredienserna. De sparar därför pengar. b) On-line. En liten del av flödet leds då ut och kan analyseras direkt. In-line och non-invasive är inte möjliga och at-line kräver att ett prov tas ur strömmen och förs till instrumentet m risk för ändring av strömmen eller provet. c) Avledning av en delström kan störa processflödet. 3. a) Anlagring i tillräckligt lång tid vid en potential lägre än V, vilosteg och stripping underkort tid med höjd potential. För att få bidragen från kakaon respektive mjölken kan mjölken också analyseras separat. b) Voltammogrammet ska ha en skarp topp vid strippingsteget. c) Koncentreringen blir ca anlagringstid/strippingtid. d) Analysen kan störas av matrisen, tex proteiner od och av störande analyter. 4. a) LC pga att det är stora ev. svårflyktiga substanser. RP m tex C18 och metanol:vatten eftersom de innehåller hydrofoba delar. UV-detektor eftersom de innehåller aromatringar m dubbelbindningar. Spektrofotometri är inte lämpligt då det finns andra organiska ämnen som behöver separeras bort från de intressanta analyterna. b) Atomspektroskopi då det är en metall. Atomabsorbtionsspektroskopi med grafitugn eftersom låg detektionsnivå krävs samtidigt som endast ett ämne ska analyseras. Med grafitugn är också chansen stor att proteiner och andra störande ämnen försvinner vid inaskningssteget. 5. a) Sänder ut den strålning som ger upphov till fluorescens/fosforescens och mot vilken absorbans mäts. b) Bredbandig Deuteriumlampa i UV-absorbansinstrument. Smalbandig hålkatodlampa i AAS. c) Analysatorn delar upp ett spektrum i enskilda spektralkomponenter och väljer ut viken/vilka våglängder som används. d) Gitter och prisma. e) Diodarray detector. 6. a) IEC laddning på stationärfasen. Gelfiltrering porstorlek på stationärfasen. b) Man kan räkna ut förväntade relativa k -värden för olika lösningsmedelsblandningar.

6 c) SCOT öppen kapillärkolonn med stationärfas(vätska)-belagda fasta partiklar vid väggen. WCOT öppen kapillärkolonn med stationärfas (vätska) direkt på väggen. d) SCOT-kolonnen kommer att innehålla en större mängd stationärfas och därför ge ett högre k. 7. a) GC lättflyktiga ämnen i luft, medelpolär statfas då polariteten på ämnena är olika, kvävgas som mobilfas för att den är säker och billig. b) Formaldehyd och bensen FID, ammoniak TCD, trikloretylen ECD. c) Antingen kopplar man flera detektorer i serie men då måste man ha de icke-destruktiva före de destruktiva och också se till att ingen bandbreddning tillkommer eller så kopplar man detektorerna parallellt och delar upp provet i flera grenar. d) Temperaturen sänks. 8. a) 4a ESI, 4b ICP-MS, 7a EI. b) Quadropol. c) Q består av fyra stavar. Över dessa läggs både en likspänning och en växelspänning. Dessa varieras och för varje spänningsinställning är det endast joner med ett visst m/zvärde som passerar igenom. d) Vätskan sprayas ut genom en smal spets och bildar därmed små droppar som dunstar in vartefter. En spänning läggs på från spetsen till MS-utrustningen så att en jonisering sker. 9. a) Mäter energi för elektronövergångar. Elektronövergångarna för två ämnen mycket lika i energinivå => kan inte se skillnad på ämnena (t.ex. isomerer map orto-paraisomeri). Vattenlösliga + icke-flyktiga => HPLC Reversed Phase C 18 -kolonn metanol/vattenbaserad mobilfas. UV-detektion 254 nm b) Gör ett nollprov med buffert och använd detta som blank. Eftersom spektrofotometriska mätningar görs relativt blank korrigeras för absorption hos buffertkomponenten. c) (i) A = εcl Villkor: Molekylerna absorberar infallande strålning oberoende av varandra (ii) A = ε A c A *l + ε B c B *l Villkor: Närvaro av en komponent får inte påverka absorbansen för en annan. Absorbansen direkt proportionell mot koncentrationen för resp. komponent Dessa villkor är svåra att uppfylla i praktiken. Utöver detta kommer också t.ex. matriseffekter i provet att påverka den absorbans som mäts. 10. a) Minst polär D < C < B <A.

7 b) Ökat CH 3 CN, starkare eluerings system, kortare retentionstider. c) Minskad retentions faktor då alla retentionstider minskade och k = (t r -t m )/t m. d) Minskad dötid då denna påverkas bara att flödeshastigheten och inte av mobilfas sammansättningen. e) Det behövs en lägre elueringsstyrka på mobilfasen, mer polär, ex. 40:60 CH 3 CN:vatten. Längre retentionstider. A B C D t m f) t(min) I. Gradienteluering. Skulle man ha en hög andel av organfasen skulle alla analyter komma ut för fort och oseparerat. II. III. Nackdel: man behöver jämvikta kolonnen mellan varje körning, det tar tid man måste ha en pump som klarar av att blanda två mobilfaser, mer krångel dyrare än ett isokratisk system man får ett sämre haltprecision då man har en gradientfelkälla Fördelar I gradienteluering har man oftast smala och fina toppar i hela kromatogrammet, dvs man slipper breda toppar för ämnen som vandrar lång tid i kolonnen Analysera flera ämnen med olika egenskaper Börja med en svagare eluering och avsluta med en starkare ex: 30% CH 3 CN 0-2min 30-60% CH 3 CN 2-8min 60% CH 3 CN 8-10min A B C D t t (min)

8 g) Öka temperaturen, ökar diffusionen minskar viskositeten H N Ändra flödet för att optimera H, nå optimala flödet Ändra kolonnlängden, längre kolonn N Mindre partiklar, med mindre diameter, N