~ høgskolen i oslo. I Emnek~e: I Faglig veileder: Per Ola Rønnin2!EkSamenstid: KB SD 458 K. SIdei-- (inkl," r Ant8II oppgaver:

Transkript

1 I høgskolen i oslo Ernne: I INSUft.'!EN AL Y_SE rgruppe(r): 3KB j Eksarnensoppgaven består av: I Emneke: SD 458 K I Dato: 010_3.05 SIdei-- (inkl," r Ant8II oppgaver: 9 Tillatte hjelpemidler: I stor som ikke kan kommunisere med an Formelsamline r- I Faglig veileder: Per Ola Rønnin2!EkSamenstid: Anlr-vedlegg: 2- I Kandidaten må selv kontrollere at oppgavesettet er fullstendig. Ved eventuelle I uklarheter i oppgaveteksten skal du redegjøre for de forutsetninger du legger til grunn for løsningen. I :J'o( f j j o/-os'. '. J. c.j '. I I tro Avdeling for Ingenlørutdannlng. Colt AdeIersgote Oslo. tlf: faks: kjohio.no

2 Oppgave 1 a) To forbindelser elueres etter hverandre på en krornatografisk kolonne. Retensjonstidener på henholdsvis 5,5 min og 6,2 min. Oppløsningsevnen til kolonnen Rs er lik 0,9. Hva er kolonnens platetall N? b) To forbindelser elueres etter hverandre på en krornatografisk kolonne. Forbindelse A, som elueres først, har en retensjonstid på 3,6 min. Nullretensjonstiden i systemet er 0,8 min. Hva er retensjonstiden til forbindelse B hvis separasjonsfaktoren a. er lik 1,4 for de to forbindelsene? c) Ved 25 % av topphøyden måles bredden på en normal fordelt kromatografisk topp til A være 4,6 s. Hvor bred er toppen ved 75 % av topphøyden? d) Ved injeksjon av n-heksan (C14) og n-oktan (CsH1s) på en gasskromatografiskolonne måles retensjonstidene til henholdsvis 8,6 min for heksan og 12,4 min for oktan. Nullretensjonstiden for kolonnen er 2,2 min. En forbindelse X injiseres på den samme kolonnen, og retensjonstiden måles til 14,5 min. Hva blir retensjonsindeksen (RI) for forbindelse X på den aktuelle kolonnen? Oppgave 2 a) En blanding av alkoholer og karboksylsyrer har blitt analysert på en gasskromatograf utstyrt med en flammeionisasjonsdetektor (FID). Arealene til de ulike toppene i kromatogrammet har blitt bestemt. Bruk de oppgitte areal dataene og de effektive karbon tallene (ECN) j tabellen under til å regne ut prøvens relative sammensetning (%). Komoooeot Effektivt karbontal'- æcn) j I Toppareal Prooan-l-ol 2,40 I Butanol 3, Etansyre Butansyre b) Mengden av natriumioner skal bestemmes i en serumprøve. 25,00 ml serum overføres med pipette til en tom 50 ml målekolbe, og prøven fortynnes med ionebyttet og destillert vann opp til merket. Til en ny 50 ml målekolbe overføres 25,00 ml serum og 5,00 ml av en løsning som har en Na+-konsentrasjon lik 60,0 mg/ml. Blandingen fortynnes med ionebyttet og destillert vann opp til merket. De to prøveløsningene analyseres deretter ved hjelp av atomemisjonsspektroskopi. Resultatene fra målingene er: Hva er konsentrasjonen (mg/ml) av natriumioner serumprøven? den opprinnelige (ufortynnede) 2

3 Oppgave 3 a) Hvorfor er det viktig at mobilfasen i et væskekromatografisk system (HPLC) avgasses før bruk? b) Hva forstår vi med henholdsvis en SCOT -kolonne og en WCOT -kolonne i kapillær gasskromatografi? c) Hva er hensikten med å utføre derivatisering av analyttene i kromatografisk analyse? d) Du analyserer en prøve ved hjelp av væskekromatografi (HPLC). Separasjonen skjer ved hjelp aven omvendt fase C18-kolonne. Mobilfasen består aven blanding av metanol og vann. Hvilken effekt tror du det vil ha på retensjonstidene i dette systemet hvis innholdet av metanol i mobilfasen økes relativt til vanninnholdet? Oppgave 4 (Oppgave 4c tillegges dobbelt vekt) a) Forklar kort hvordan kjemisk ionisasjon skjer i et massespektrometer. b) Naturlig forekomst av 12C-isotopen er 98,9 %, mens naturlig forekomst av 13C-isotopen er 1,1 %. For et hydrokarbon som analyseres i et massespektrometer observeres både en molekyliontopp M og en topp med massetall M+ 1 i massespekteret. Toppen med massetall M+1 har en intensitet (topphøyde) som er 5,6 % av intensiteten til molekyl i ontoppen. Bruk disse opplysningene til å finne antall karbon atomer i det hydrokarbonet som analyseres. c) Figuren under viser massespekteret til et ukjent hydrokarbon. Identifiser forbindelsen ut fra massespekteret og sett opp et forslag til fragmentering som forklarer de toppene i massespekteret som er angitt med massetall > s;. q) > '..J O o 3

4 Oppgave 5 (oppgave 5b tillegges dobbelt vekt) a) Nevn noen viktige fordeler ved å benytte fast fase ekstraksjon (SPE) i forhold til tradisjonell væskeekstraksjon. b) Du skal bestemme mengden av askorbinsyre (vitamin C) og fenylefrin i en forkjølelsesmedisin. Medisinen foreligger på tablettform. Beskriv i hovedtrekk hvordan du vil gå frem for å analysere medisinen med hensyn på askorbinsyre og fenylefrin: Prøveopparbeidingsprosedyre og analyseteknikk, analysebetingelser, detektortype osv. Relativt høye konsentrasjoner av analyttene (g-mg) kan påregnes. Fenylefrin Askorbinsyre (pkal = 4,7) 4

5 Formelliste i InstrumenteJJ analyse VedJe!!!! 1. Generell pjateteori: l RF =-;-:- k==.!!l to to = to(l+k)!k =-"ṉs =.!:;:.& = K CM VM VM VM =tof t VR =VM-!-=VM(l+k) =VM +KVs to VN=VR-VM =KVs A h(t) = ;".J2; t e twi =2u, N=.!!L ) 2. O't Ved toppbredde målt ved grunnlinjen: N = 11!.L tw. N. =N( ) =16( l+k twb ) z ; 2 a = k2fkl Van Deemterlikningen: B H=UN=A +- u + (CM +CSM+Cs)u=A+- U +Cu B u - -Vc 5

6 Vedle!!!! 1. forts. Kvantifisering - intern standard metode: Ax =DRJ'x -Yj-CX Ax. -=D. A Is RFx CIS Gasskromatografi: Homolog serie: logv)=a'n+b P(WCOT) ==-!- 2d, Vs Elektroforese: u e = 61r:17f = /lee Massespektrometri Magnetsekto rinstrumen t: m B2re -= m Z 2U Oppløsningsevne: R =- ro I Am Isotopfordelinger - binomialformelen: (a+b) = aft +naft-lb+ For to grunnstoffer med to stabile isotoper hver: (a + b)d(c + d)m 6

7 VEDLEGG2-GENERELLEFRAGMENTERINGSM0NSTREIMS ALKANER Rettkjedede al kaner:. 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 al kaner.. Kløyving skjer ved brudd i bindingen J3 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 radikal ion med partallig masse og eliminasjon av et alken. McLafferty (vist for 2-hepten): lt CH2=CHCHa lt ,

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 hydrogenatom bundet til seg.. Avspalting av karbonmonoksid observeres.. Generelt fragmenteringsmønster for kabonylforbindelser: - R. -x. -co R -=:=0+.. R+ :x = H, CH3, R, OH, OR x 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 molekyl ionet 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: <Q>-+ t 91 - C2H2 - C2H2. I alkylsubstituerte benzener vil McLafferty-omleiring finne sted hvis karbon atomet i y- 65 CJØ3+ 39 posisjon til en aromatisk dobbeltbinding har et hydrogenatom. McLafferty-omleiringen gir et radikalion med partallig masse under avspalting av et alken. "c -" c+. -c McLafferty-omleiring i butylbenzen. 8

9 ALKOHOLER OG ETERE 1. Fragmentering skjer generelt ved kløyving av binding i a-posisjon til C-O bindingen, 2...,. fortrinnsvis med tap av største alkylsubstituent (som radikal). Fragmentering avetanol: +" CH3-CH2-0H - CH) H2C=OH Hvis gjenværende alkylsubstituenter er større enn metyl (enten på a-karbonet eller på heteroatomet), så vil hele gruppen minus et hydrogenatom spaltes av (som nøytral). 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- 46. I etere er C-O kløyving i molekylionet observert. Kløyvingen gir dannelse av et ROradikal og et karbokation. AMINER. Nitrogen har sterkt dirigerende effekt, brudd i binding i a-posisjon til C-N bindingen er den dominerende reaksjon (avspalting av alkylradikal). Datterionet utgjør gjerne basistoppen.. Et odde antall nitrogen atomer i molekylet gir molekylion med et odde massetall.. Videre fragmentering skjer ved avspalting av nøytraler fra datterionene H,+ N=CH2 / CH3CH C2 + H2N=CH2 30 9