NORGES TEKNISK- NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET INSTITUTT FOR KJEMI Kandidat-nr.... Studieprogr. :... Antall ark... Faglig kontakt under eksamen: Institutt for kjemi; F.-Aman. Rudolf Schmid Tel. 735 96203, (evt. M.: 913 75 546) Eksamen i emnet KJ 2053; KROMATOGRAFI Fredag 28. mai 2010, kl. 9.00 13.00 (4 timer) Bokmål Skriftlig svar på Oppgave 1 7 skal gis på oppgavearkene bak som skal innleveres (med ekstra ark om nødvendig) Hjelpemidler: D Ingen trykte eller håndskrevne hjelpemidler tillatt. Bestemt (godkjent) enkel kalkulator tillatt. Dette oppgavesett består av ti - 10 - sider : 1 forside (s. 1) og 9 sider med 7 oppgaver (s. 2-8)... Rudolf Schmid Eksamensansvarlig faglærer Oppgavesettet er kontrollert : Ragnhild B. Strand Sensor
Sensurdato : Fredag, 18.06.2010 Side 2 av 11
Side 3 av 11 Oppgave 1-7 Besvares på oppgavearkene og innleveres Oppgave 1. ( 16 p.) 1a) Skriv ned formelen til den forenklede van Deemter-ligningen. = 1b) Benevn og forklar kort leddene i denne ligningen. (i) (ii) (iii) (iv) (v) 1c) Illustrer v.h.a. en skisse av "van Deemter-kurven" (bruk gasskromatografi som eksempel). van Deemter-kurve for GC
Oppgave 2. ( 16 p.) Innen kromatografisk teori opererer man bl.a. med begrepene/forkortelsene: k, α, t R, R S, N, og H (HETP). 2a) Hva kalles hver av disse begrepene/forkortelsene; forklar kort hva de uttrykker. k = Side 4 av 11 α = t R = R s = N = H = 2b) Hva er minimumsverdien for α og R S? (i) (ii) < α... < R S 2c) Hvilke av begrepene over (2.a)) (i). angir kun egenskapene ved kolonna, uavhengig av substansene som kromatograferes? (ii). kan økes for å gi en økning av R S?
Side 5 av 11 Oppgave 3. ( 10 p.) 3a) Beskriv kort nødvendig material, og fremgangsmåten din, for å lage analytiske silikageltynnsjiktplater selv. 3b) Kva er funksjonen og hvordan virker F 254 -tilsats-stoffet i tynnsjiktplater (for eksempel i "Silikagel G F 254 "). 3c) Hvorfor utføres TLC helst i en atmosfære mettet med elueringsmiddel? 3d) (i) Tegn en eluert TLC plate, merk av løsningsmiddelfront og appliseringspunkt, og vis hvordan R f -verdien til en analytt-flekk på platen beregnes. d (ii) Angi i hvilket R f område man oppnår best effektivitet. 3e) Gi en formel for utregning/estimering av forventet retensjonstid t R på en silkagel HPLC kolonne basert på et test-silikagel-tynnsjiktkromatogram med samme prøve og elueringsmiddel, når du kjenner flekkens/toppens R F -verdi og kolonnens t 0 =t MF.
Oppgave 4. ( 23 p.) 4a) (i) Hva betyr kolonneblødning i GLC? Side 6 av 11 a (ii) Hvordan kan dette observeres i kapillær-glc? a (iii) Hvordan kan dette unngåes/reduseres ved valg av kolonne, og ved bruk? 4b) (i) Hva er den mest benyttede stasjonærfasen ved omvendt fase (RP) HPLC, angi spesifikt navn og delstruktur. Hvorfor er denne oftest valgt? b (ii) Hva er årsaken(e) til uønskede adsorpsjons-effekter på denne type omvendt fase materiale, og hva gjøres ofte for å eliminere disse? b (iii) Hvilke tre væsker/løsningsmidler er oftest brukt som eluenter i RP-HPLC? 1. 2. 3. b (iv) Hvorfor er eluenter med høy eller lav ph dårlig egnet og lite populær som mobil fase i forbindelse med slike kolonner?
Side 7 av 11 4c) (i) Hva er de viktigste egenskapene for generell karakterisering av en GC-detektor? c (ii) Nevn den/de viktigste ioniserings-teknikkene i hhv. GC-MS og LC/MS (én hver, skisser/forklar kort mekanismen, bruk tilleggsark). GC/MS: LC/MS:
Oppgave 5. ( 17 p.) Side 8 av 11 5a) (i) Hvilke fordeler (nevn 2) kan særlig oppnås ved bruk av fast fase-ekstraksjon i forhold til væske/væske-ekstraksjon? a (ii) Nevn tre viktige typer sorbenter som benyttes til fast fase-ekstraksjon. 5.b Hvilke forandringer av eluenten kan gjøres (og forklar kort hvilke effekter som da oppnås) for å redusere retensjonen i hhv. (i) kationbytterkromatografi (ii) anionbytterkromatografi? (iii) Hvordan kan valg av buffer til eluering kan ha innflytelse på ionebytterens kapasitet ved ionebytterkromatografi?
Side 9 av 11 5.c) Det hypotetiske elektroferogrammet fra en CZE-analyse (nedenfor) viser toppen til aceton ved 2 min og til benzoat-anion ved 4 min ved et elektroforesepotensial på 20 kv. Kapillæren er av ubehandlet silika og skal være 30 cm lang, med detektoren plassert etter 20 cm. Bufferen har ph=7. (i) Hva er observert migrasjonshastighet u obs for hhv. aceton og benzoat? u obs (A) = u obs (B) = (ii) Hva er elektroosmotisk mobilitet i systemet, µ eo, og kva er den elektroforetiske mobiliteten til benzoat anionet µ ef (B) (vis utregningsprosessen)? (iii) Ved isoelektrisk fokusering IEF) separeres visse typer ioner etter en bestemt parameter. Beskriv kort hvilke ion-typer IEF brukes til (nevn minst 2 representanter), hvordan den virker, og nevn og forklar kort denne avgjørende parameteren. (iv) Det finnes en beslektet separasjonsteknikk basert på ionebytterkromatografi, som separerer de samme ion-typene etter samme parameter. Hva heter denne teknikken?
Oppgave 6. ( 18 p.) Side 10 av 11 Gi Ja/Nei svar pluss (nødvendig!) kort forklaring ("fordi "): Riktig ja/nei-svar telles ikkje uten 'fordi'- forklaring, men anses som tipping. 1. Båndspredning er generelt et uttrykk for en kolonnes permeabilitet. Ja/Ne i, fordi. 2. Diastereomere derivater av enantiomere forbindelser må analyseres på en kiral GLC- eller HPLC-kolonne for å kunne separeres. 3. Ved "Cold on-column"-injeksjon i GC må kolonnetemperaturen ved injeksjonen være så høy at fordampningen skjer øyeblikkelig. 4. En av fordelene ved elektrokinetisk injeksjon i kapillærelektroforese er at den er uselektiv. 5. Silica-baserte materialer kan benyttes som stasjonær fase både i ionebytter- og i gelfiltrerings kromatografi (SEC). 6. Små molekyler elueres ut før større molekyler i SEC. 7. Typisk lengde på en GLC-kapillær kolonne er ca 2 m. 8. Det er en generell regel at polare forbindelser eluerer ut etter upolare forbindelser på en polar GLCkolonne. 9. Gasskromatografering (GLC) av flyktige forbindelser krever tykke filmer (d f ) av SF. 10. Analyttene i planar elektroforese separeres etter deres affinitet til gelmatrisen (f,eks. polyakrylamid). fortsetter på neste side
Gi Ja/Nei svar pluss (nødvendig!) kort forklaring ("fordi "): (uten forklaring anses ja/nei som tipping og telles ikke) Ja/Ne i, fordi. 11. Løseligheten for analytter i en superkritisk fluid øker med økt trykk. Side 11 av 11 12. Viskositeten til en superkritisk fluid er sammenlignbar med en væske. 13. Gir ionebytterkromatografi av en prøve med Ca 2+ og NH 4 + ved ph 2 på en svakt sur kationbytter en god separasjon? 14. Papirkromatografi er basert på adsorpsjonskromatografi. 15. En fordel med fluorescensdetektoren er høy følsomhet. 16. Varmetrådsdetektoren, TCD er en selektiv detektor og særlig egnet for halogenerte forbindelser. 17. Vil høy elueringsstyrke gi høyest retensjonstid? 18. Analyse av en blanding av N 2 ; CO 2 og CH 4 kan utføres på en GCkolonne pakket med adsorpsjonsmateriale. Oppgave 7. ( 2 p.) Hva gjorde M. Tswett i 1905?