I Emnekode SO 458 K. Dato: (inkl. I Antall oppgaver: 5 I. Kalkulator som ikke kan kommunisere med andre Fonnelsamljng,

Transkript

1 I I I I ~ høgskolen i oslo I Emne: INSTRUMENTET J, ANALYSE ra-ruppe( r) I.3KB EksamensoppgaveJL I Antall side! består av: forsiden): 9- Tillatte hjelpemidler: I Emnekode SO 458 K Dato: (inkl. I Antall oppgaver: 5 I Kalkulator som ikke kan kommunisere med andre Fonnelsamljng, Faglig veileder: Per Ola Rønning Eksamenstid: Antall vedlegg: 2 Kandidaten må selv kontrollere at oppgavesettet er fullstendig. Ved eventuelle uklarheter i oppgaveteksten skal du redegjøre for de forutsetninger du legger til grunn for løsningen.

2 Oppgave 1 a) To forbindelser elueres etter hverandre på en kromatografisk kolonne. Retensjonstidener på henholdsvis 6,7 min og 7,4 min. Kolonnes platetall er 1500, Hva er kolonnens oppløsningsevne Rs? b) To forbindelser A og B har henholdsvis retensjonstider ta = 8,1 min og t8 = 12,4 min på en gasskromatografiskolonne. Det er kjent at retensjonsfaktoren til B er dobbelt så stor som retensjonsfaktoren til A på denne kolonnen. Hva er kolonnens nullretensjonstid to? c) Ved 40 % av topphøyden måles bredden på en normalfordelt kromatografisk topp til å være 6,5 s. Hvor bred er toppen ved grunnlinjen? d) Ved injeksjon av n-butan (C~10) og n-oktan (CsHlS) på en gasskromatografiskolonne måles retensjonstidene til henholdsvis 4,5 min for n-butan og 10,7 min for n-oktan. Nullretensjonstiden for kolonnen er 1,8 min. Et ukjent n-alkan injiseres på den samme kolonnen, og retensjonstiden måles til 6,7 min. Hvilket n-alkan er den ukjente forbindelsen? Oppgave 2 a) Konsentrasjonen av benzoat skal bestemmes i en vandig prøve ved hjelp av analyse på HPLC. En 20 JJ.I injeksjonsventil med meget høy presisjon i injeksjonsvolumet benyttes i analysen. Fire paralleller a 5,00 ml av prøveløsningen overføres til hver sin 25 ml målekolbe. Til hver målekolbe tilsettes deretter et bestemt volum aven ren benzoatløsning med konsentrasjon 0,5 mg/ml slik som vist i tabellen under. Alle løsningene fortynnes deretter til merket i målekolbene med mer destillert vann. De fortynnede løsningene anal yseres deretter på HPLC, og topparealetil benzoat bestemmes i kromatogrammene. Alle topparealer for benzoat er ført inn i tabellen under. Bruk dataene fra tabellen over til å regne ut konsentrasjonen av benzoat (mg/l) i den opprinnelige (dvs. ufortynnede) benzoatløsningen. b) Konsentrasjonen til en forbindelse A i et organisk løsemiddel skal bestemmes ved hjelp av gasskromatografi. Ved injeksjon av nøyaktig 1 ~l av løsningen på en gasskromatograf bestemmes topparealetil A til å være arealtellinger. Til 10,00 ml av prøveløsningen tilsettes 5,00 ml aven løsning av A med konsentrasjon 200 'f!l/ml. Prøveløsningen fortynnes deretter til et totalvolum på 20,00 ml med mer rent løsemiddel. Den nye løsningen analyseres ved at nøyaktig 1 ~ av løsningen injiseres på gasskromatografen. Topparealet for A bestemmes nå til å være arealtellinger. Regn ut konsentrasjonen av A (JLl/mL) i den opprinnelige løsningen. 2

3 Oppgave 3 a) Hvorfor må vi benytte refokusering i forbindelse med splittfri injeksjon på en gasskromatograf? Beskriv også kort den vanligste fonden for refokusering i forbindelse med splittfri injeksjon? b) I adsorpsjonskromatografi beskrives ofte retensjonsforholdene i kolonnen ved hjelp av "konkurransemodellen". Forklar kort hva denne modellen går ut på. c) Ionebytterkromatografi er mye brukt. Gi eksempel på en svak og sterk kationbytter og forklar kort hva som er forskjellen mellom disse to ionebytteme. d) Hvilke grunnleggende forhold bør vi vurdere når vi skal velge rett løsemiddel for væskeekstraksjon av analytter fra en fast prøvematriks? Oppgave 4 (oppgave 4c gis dobbelt vekt) a) Forklar kort hvordan ioner separeres i et massespektrometer av kvadrupoltypen. b) McLafferty-omleiring er en vanlig fragmenteringsmekanisme i massespektrometri. Tegn opp hvordan 2-heksen (CH3CH=CHCH2CH2CH3) fragmenterer i følge McL-mekanismen. c) Vi har en analytt som har molekylfonnel C6H1202. Vi mistenker at forbindelsen enten er esteren butyletanat eller den isomere esteren etylbutanat. Vi tar opp et massespekter av analytten for å bestemme identiteten. Massespekteret er vist i figuren under. Sett opp forslag til hovedfragmenteringsmønster for de to esterne og avgjør hvilken ester vi har. CH. -~o.:-.. (tral, -CHa th ~ (CH)-c ;~CH-CH '~!2! 100 b Butyletanat II o Etylbutanat :>.. 80.~ $ 60 s;. Q) > :;:;.2 40 Q) ~ 20 o m/z )

4 Oppgave 5 (oppgave Sb tillegges dobbelt vekt) a) Hvorfor er det nødvendig å kondisjonere en fastfase-ekstraksjonskolonne (SPE) før bruk? b) Virkestoffet Nizatidin brukes i legemiddel til behandling av blant annet magesår. Strukturen til Nizatidin er vist i figuren under. Du skal bestemme mengden av Nizatidin i 1 ml blodserum fra en pasient. Forbindelsen er en basisk aminforbindelse med pka-verdi lik 7,3. Beskriv i hovedtrekk hvordan du vil gå frem for å analysere i Nizatidin blodserum: Ekstraksjon og opprensing, oppkonsentrering og analyse (kromatografisk teknikk, kolonne, detektor, mobil fase 0.1.). Oppgave 5b) Nizatidin Li

5 k=.!.!..=!!!.=.!!. to to tr = to(l+k) k=~=~-=k~ DM CM VM VM VM =tof t VR =VM-!..=VM(l+k)=VM to +KVs VN=VR-VM=KVs A h(t ) = O'.J2';te-(t-ta)2/2a: t = 2t7, F[!j9J,2 ~ ;,. ~(~J- k 2 ~ : ~ =16(~ ~ tw~ ;. a = k2lk1 Van Deemterlikningen: u. HD8D,=A+2.JBC

6 Vedle!!!! 1. forts. K vantifisering - intern standard metode: Ax =D~ -Vj-CX. - DRFx = DRFX RFlf Gasskromatografi: Homolog serie: log(t~) = a. n + b P(WCOT) = -v; VM --E-- 2df Elektroforese: u = qe e ~=}lee Massespektrometri M a gn etsek to rins trument: m z = B2re m 2U Oppløsningsevne: R =- m S Am Isotopfordelinger - binomialformelen: For to grunnstoffer med to stabile isotoper hver: (a +bf(c + d)m 6

7 VEDLEGG2-GENERELLEFRAGMENTERINGSMØNSTREIMS ALKANER Rettkjedede altaner:. Svakt eller manglende molekylionsignal. Fragmentering av molekylionet skjer ved kløyving av C-C bindingene på ulike steder i molekylene med tap av alkylradikaler.. Datterionene fragmenterer videre med tap av nøytrale molekyler (alkener, metan, HV. Merk! Gjentatte avspaltinger av et CH2-biradikal (massetap M-14) skjer ikke.. I spekteret observeres økende forekomst av ioner mot lavere massetall.. Omfattende isomerisering i datterionene gjør at det ikke er sammenheng mellom datterionenes struktur og strukturen i det opprinnelige molekylet. Forgrenede alkaner. Svakt molekylionsignal, mangler helt hvis tertiære karbokationer kan dannes ved fragmentering (sekundære og tertiære datterkarbokationer er mer stabile enn det opprinnelige molekylionet). Kløyving skjer primært ved forgreningspunktene i molekylet. Stevensons regel sier at største alkylradikal fortrinnsvis avspaltes. Forgreningspunktene i karbonkjeden kan derfor lokaliseres ved massespektrometri. ALKENER. Molekylionsignalet er generelt kraftigere enn i alkaner.. Kløyving skjer ved brudd i bindingen f3 til dobbeltbindingen med tap av et alkylradikal.. Dobbeltbindingen kan migrere før fragmenteringen (med mindre den er låst fast med alkylsubstituenter på karbonkjeden).. Vi får McLafferty-omleiring i molekylionet hvis y-karbonet har et hydrogen. McLaffertyomleiring resulterer i et nytt radikalion med partallig masse og eliminasjon av et alken. McLafferty (vist for 2-hepten): lt CH2 =CHCH3 lt '1

8 ~ KARBONYLFORBINDELSER (aldehyder, ketoner, karboksylsyrer, estere 0.1.). Fragmentering involverer kløyving av bindingen i a-posisjon til karbonylgruppen.. McLafferty-omleiring vil skje hvis atomet i y-posisjon til karbonylgruppen har et hydrogen atom bundet til seg. Ladning kan observeres både på karbonylfragment og på alkenfragment.. Avspalting av karbonmonoksid observeres.. Generelt fragmenteringsmønster for kabonylforbindelser: +0== C-X 4' x = H, CH3, R, OH, OR + -R. -x. -co.. R+ R -h ~ x R -.-C ==0+ AROMA TISKE FORBINDELSER. Usubstituerte aromater gir tap av etyn (C2Hv som viktigste fragmenteringsvei.. I substituerte aromater skjer kløyving primært i substituenten. Aromatringen kan deretter fragmentere videre med tap av etyn.. I alkylbenzener vil fragmenteringen av molekylionet føre til ringutvidelse og dannelse av tropyliumionet (C7H7+, m/z = 91). Dette ionet er stabilt og vil utgjøre basistoppen. Forekomst aven basistopp med m/z = 91 er derfor en god indikasjon på en alkylsubstituert aromatisk forbindelse. Tropyliumionet spalter videre av etyn og gir et karakteristisk ion med m/z = 65: CH2+R I"!" -R" yh CzHẓ C~ I alkylsubstituerte benzener vil McLafferty-omleiring finne sted hvis karbonatomet i y- posisjon til en aromatisk dobbeltbinding har et hydrogenatom. McLafferty-omleiringen gir et radikalion med partallig masse under avspalting av et alken. ~! CH3 -C3ll6. H ~+ t. "CH McLafferty-omleiring i butylbenzen. 8

9 ~ ALKOHOLER OG ETERE 1. Fragmentering skjer generelt ved kløyving av binding i a-posisjon til C-O bindingen, fortrinnsvis med tap av største alkylsubstituent (som radikal). Fragmentering av etanol ~~ +" CH3-CH2-0H - CH3" -. + H2C==OH 2. Hvis gjenværende alkylsubstituenter er større enn metyl (enten på a-karbonet eller på heteroatomet), så vil hele gruppen minus et hydrogen atom spaltes av (som nøytral). 3. I primære alkoholer gir molekylionet tap av vann (M - 18). For primære alkoholer med mer enn fire karbon atomer er vanntapet ofte ledsaget av samtidig avspalting av alken - oftest eten (M-18-28). Dette gir opphav til et nytt radikalion med masse M I etere er C-O kløyving i molekylionet observert. Kløyvingen gir dannelse av et ROradikal og et karbokation. AMINER. Fragmentering av aminer skjer ved kløyving av bindingen i a-posisjon til C-N bindingen som den dominerende reaksjonen (avspalting av alkylradikal). Datterionet utgjør gjerne basistoppen.. Et odde antall nitrogenatomer i molekylet gir molekylion med et odde massetall.. Videre fragmentering skjer ved avspalting av nøytraler fra datterionene Eksempel på fragmentering av amin: Kløyving av trietylamin. ~ - CH3. CH3CH~ + N =CH2 / CH3CH C2~ 58 -C2~ + H2N==CH2 30 9