I høgskolen i oslo I Emne: I INSTRUMEELL ANAL y r Gruppe(r): i3ka,?kb I Eksamensoppgaven Antall sider i består av: forsiden): 6 :-Emnekode: I sa 458 K Dato: 16.02.04 (inkl.-fantall oppgaver: 5 Faglig veileder: Per Ola Rønnine 09.00-14.00 Eksamenstid: I Tillatte h}clpemidler: - Kalkulator som ikke kan kommunisere med andre Formelsamline r-antall vedle-gg: 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. Avdenng for Ingeniørutdanning. Cort Adelersgate. 0254 Oslo. tlf: 22 45 32 00. faks: 22 45 32 05. iuohio.no
Oppgave 1 a) To forbindelser A på og B separeres på en 6,00 m lang kromatografisk kolonne som har en platehøyde H lik 0,112 cm. Stoff A har en retensjonstid på 9,5 min, mens stoff B elueres etter 10,2 min. Hva er kolonnes oppløsningsevne Rs? b) På en gasskromatografisk kolonne elueres en forbindelse A etter 6,2 min. Toppbredden målt ved 30 % av topphøyden er tw3o% = 8,7 sekunder. Hva er kolonnens platetall N? c) På en GC-kolonne av typen WCOT elueres en forbindelse A etter 14,24 min. En forbindelse B med retensjonsfaktor kb = O elueres etter 4,01 min. Hva vil retensjonstiden til A bli hvis tykkelsen på stasjonærfasefilmen i kolonnen økes med 25 % samtidig som alle andre betingelser holdes uendret? d) Ved analyse av primære alkoholer på en gasskromatografisk kolonne blir retensjonstiden til metanol målt til 2,06 min, mens retensjonstiden til l-pentanol blir målt til 12,40 min. Nullretensjonstiden for kolonnen er 45 s. Hva er forventet retensjonstid for l-propanol på denne kolonnen? e) På en gasskromatografisk kolonne med nullretensjonstid 24 s elueres n-butan og n- pentan etter henholdsvis 3,82 min og 5,26 min. Hva er retensjonsindeksen RI til en ukjent forbindelse som elueres etter 4,85 min? Oppgave 2 a) Hvilken rolle spiller partikkeldiameteren for båndspredningen i en pakket kolonne av den typen som benyttes i væskekromatografi? b) Hvilke typer stasjonærfaser mest brukt i kapillær gasskromatografi? c) Hva forstår vi med "end-capping" ved fremstilling av omvendt fase kolonner til HPLC? d) Elektroosmose er en effekt som kan oppstå i et kapillær elektroforetisk system. Hva går denne effekten ut på? Oppgave 3 a) Mengden av bifenyl i en løsning har blitt bestemt ved hjelp av gasskromatografi. Nøyaktig l J.11 av prøveløsningen ble først injisert pa en gasskromatograf og topparealet for analytten ble bestemt til 2542 arealtellinger. Deretter ble nøyaktig 20 mg ren, fast bifenyl satt til 25,00 ml av prøveløsningen. Nøyaktig l J.11 av denne løsningen ble analysert på gasskromatografen, og bifenyltoppens areal ble etter tilsetting målt til 3980 arealtellinger. Hvor mye bifenyl (mg/ml) var det i den opprinnelige prøveløsningen? Oppgave 3 fortsetter på neste side 2
Oppgave 3, forts b) Mengden aven analytt A skal bestemmes i en metanoløsning. Nøyaktig 20 l av prøve løsningen injiseres på et HPLC-instrument, og antall arealtellinger for toppen til A registreres: A: 4376 arealtellinger Til 10,00 ml av prøveløsningen tilsettes deretter 10,00 ml aven metanolisk løsning av ren A med konsentrasjon 50,0 mg/l. Deretter fortynnes denne blandingen med mer metanol til merket i en 25,00 ml målekolbe. Nøyaktig 20 l av denne løsningen injiseres på HPLC-instrumentet, og antall arealtellinger for toppen til A registreres på nytt: A: 11486 arealtellinger Hva er konsentrasjonen av A (mg/l) i den opprinnelige prøveblandingen? Oppgave 4 (oppgave 4c tillegges dobbel vekt) a) For å bedre oppløsningsevnen til et massespektrometer basert på separasjon i en magnetsektor, benyttes gjeme en elektrostatisk analysator (ESA). Hvordan fungerer den elektrostatiske analysatoren? b) Et ukjent hydrokarbon har blitt undersøkt i et massespektrometer. Foruten molekyliontoppen med massetall M, observeres en liten topp som har massetall M+ l. Intensiteten til denne toppen er 12,3 % av intensiteten til molekyliontoppen. Naturlig forekomst av 12C-isotopen er 98,9 %, mens l, l % av alle karbonatomer utgjøres av 13C-isotopen. Bruk disse opplysningene til å finne ut hvor mange karbonatomer hydrokarbonet inneholder. c) To isomere former av et keton, 2-metyl-3-pentanon ((CH3)2CHCOCH2CH3) og 4-metyl-2-pentanon ((CH3)2CHCH2COCH3), har blitt undersøkt ved hjelp av massespektrometri. Sett opp forlag til hvordan disse to ketonene fragmenterer og bruk de foreslåtte fragmenteringsmønstrene til å identifisere hvilket keton som er vist i henholdsvis figur l A og figur l B. 100 Oppgave 4c 57 43 j cf 29 l 71 100 1,., ",',..,...."1111,,,., ",1111I!,,., ',',1.,1111"..,. 10 ZO 30 40 50 60 10 80 m/z 100 Figur 1 A: Massespekter av ketonisomer Figur ID: Massespekter av ketonisomer. 3
Oppgave 5 (oppgave 5b tillegges dobbelt vekt) a) Hvorfor må ekstraksjonskolonner for fast fase ekstraksjon kondisjoneres før bruk? b) Parabener er en gruppe estere som er avledet fra benzosyre. Ulike parabener benyttes blant annet som konserveringsmiddel i hudkremer, såper, shampoo og andre typer kosmetikk. Innholdet av metylparaben og butylparaben skal bestemmes i en hudkrem. Beskriv i hovedtrekk hvordan du vil gå frem med tanke på prøveopparbeiding (isolering, opprensing, oppkonsentrering) og analyse (kromatografisk teknikk, kolonnevalg, mobilfase, detektorvalg 0.1.). HO o I OH Metylparaben Butylparaben Figur 2: Strukturene til metylparaben og butylparaben - oppgave 5b) 4
Formelliste i Instrumentell anal se Vedle 1. Plateteori: R F = -;-;:- 1 k=.!= tm tr = tm(l+k). tm VM VN = VR-VM=KVs h(t) = -e 0'1.J'2n t., =2aI N=, 2 ) 1 N=I{t) Neff = N()2 = 16( t)' B = -.!..JN4 ( }' H = LIN = A+- + (CM + CSM + Cs)u= A +- +Cu u u B /1 k- J &+k hva; a = k2/k) Uopt = Intern standard metode: Ax = DRFx -Vi -Cx Adsorpsjonskromatografi: logkads = logva + a(so-as&o) 5
Vedle!!!! 1. forts. Gasskromatografi: Homolog serie: log(t ) = a. n + b P(WCOT) = =-!- Vs 2df Elektroforese: U e =.u.e 61l"17f Massespektrometri: m= B2re m z = 2U R = s m Am m*= Binomialfonnelen: -2U E 2 md mp (a+b) =a"+nan-'b+a"-2b2+n(n-l)(n-2) 2! For to gnmnstoffer med to stabile isotoper hver: (a + bf(c + d)m 3! "-3b3 a +., 6