NTNU NORGES TEKNISK- NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET INSTITUTT FOR KJEMI Kandidat-nr.:... Antall sider vedlagt i tillegg :... 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 Torsdag 2. juni 2016, kl. 9.00 13.00 (4 timer) Bokmål Skriftlig svar på oppgavene 1 8 skal gis på oppgavearkene bak som skal innleveres (bruk ekstra ark om nødvendig) Hjelpemidler: D Ingen trykte eller håndskrevne hjelpemidler tillatt. Bestemt (godkjent) enkel kalkulator tillatt med tomt minne. Dette oppgavesett består av 15 - femten - sider : 2 forsider (s. 0-1), 13 sider med 8 oppgaver (s. 2-14). Vektingen av hver (del-)oppgave er oppgitt. Maks. poengtall er 103 104. Karakterskalaen (100%) tar utgangspunkt i 100 p. Det er tillatt å levere besvarelsen på vanlig svarark (med gjennomskriv-kopi). Det bør ikke svares med blyant på oppgavearkene, fordi du ikke kan ha med deg gjennomslag av svarene dine (ikke får din sikkerhetskopi). Denne oppgaveteksten vil bil tilgjengeliggjort (lastet opp på It s Learning) rett etter eksamen. Sign... Rudolf Schmid Eksamensansvarlig faglærer Oppgavesettet er kontrollert : Sign. Dag Ekeberg Sensor Sensurdato : Torsdag, 23.06.2016
Eksamen KJ 2053 / 2016 Vår bokmål (02.06.2016) Side 2 av 14 Oppgave 1. (5+8 = 13 p.) 1.a) (i) Hva er sammenhengen mellom k, t R og t 0? (ii) Hva er minimumsverdien for α og R S? < α.. < R S (iii) Hvordan kvantifiseres toppasymmetri i et kromatogram (gi en formel, evt. med en skisse)? (iv) Identifiser, blant de 12 symbolene nedenfor, de som representerer et mål for effektivitet av en kromatografisk kolonne? (Ignorer de øvrige symbolene). Gi fult navn på de aktuelle parameterene, og indiker for hver av dem, om høy effektivitet gir et høy numerisk verdi eller et lavt lav tallverdi? t R, R F, TZ (SN), A s, μ eof, K av, N eff, I(x), H, w b, T iso, ε.
Eksamen KJ 2053 / 2016 Vår bokmål (02.06.2016) Side 3 av 14 1.b) (i) Vis den forenklede van Deemter-likningen (3 ledd) og navngi faktorene/ ariablene som forekommer i den. = + + (ii) Det siste leddet deles ofte opp videre, forklar hvorfor / hvordan (vis termene):.. (iii) Formelen forenkles når den brukes på åpne kapillærkolonner. Hvordan ser den forenklede ligningen da ut, hva består forenklingen i, og hvorfor er den mulig? (iv) Tegn en skisse av en "van Deemter-kurve" (bruk som eksempel pakket kolonne gasskromatografi, Spesifiser hva x- og y- aksen representerer). Van Deemter-kurve for GC
Eksamen KJ 2053 / 2016 Vår bokmål (02.06.2016) Side 4 av 14 Oppgave 2. (5+3+7 = 15p.) 2.a) (i) Hva menes med planar kromatografi? Nevn eksempler på slike teknikker. (ii) Hvilke fordeler har planar kromatografi i forhold til kolonnekromatografi (HPLC)? (iii) Hva er de(n) mest vanlige retensjonsparameteren(e ) brukt i planar kromatografi? 2.b) (i) Vis et representativt utsnitt av den molekylære strukturen av overflaten av (ubehandlet) silikagel (og navngi de interesserende strukturelle detaljen på den). (ii) Hva heter kromatografiteknikken, der silikagel brukes med (vannfrie) lite til moderat polare væsker som MF?
Eksamen KJ 2053 / 2016 Vår bokmål (02.06.2016) Side 5 av 14 2.c) (i) Hva er den mest benyttede stasjonærfasen (SF) ved omvendt fase (RP) HPLC, (3 p.) angi spesifikt navn og representativ delstruktur. (ii) Skisser strukturen (og angi navn) til den stasjonære fasen vi brukte i våre gass- (2 p. ) kromatografi forsøk på lab.-øvingene (og som er den mest vanlige SF i GLC). (iii) Nevn minst to stasjonære faser som brukes i gass-fasstoff-kromatografi (GSC, gass-adsorpsjonskromatografi. Si om de er polare eller upolare.
Eksamen KJ 2053 / 2016 Vår bokmål (02.06.2016) Side 6 av 14 Oppgave 3. (2+7 = 9 p.) 3.a) Hvilken GC-teknikk (om noen) kan brukes til å separere analyttene nedenfor: (4 p.) Kryss av for det som er aktuell, kommenter valget. Analytt GSC GLC GC ikke mulig Hvorfor (kommentar)? metan og argon kinolin, bensofenon og 1-klor-naftalen insulin og hemoglobin sukkrose, glukose og glycerol 3.b) (i) Beskriv kort (bruk en skisse) injektoren og injeksjonsteknikken (fremgangsmåten) for en splitløs-injeksjon. (3 p.) (ii) Hva er fordelen(e ) med å bruke automat-injektor (Autosampler) fremfor manuell injeksjon ved gasskromatografi?
Eksamen KJ 2053 / 2016 Vår bokmål (02.06.2016) Side 7 av 14 Oppgave 4. (3+6+5+1 = 15 p.) 4.a) (i) Nevn 2 metoder som representerer væske-væske-kromatografi, LLC. (ii) Angi typiske dimensjoner for en pakket HPLC-kolonne (lengde / indre diameter / partikkel-diameter) og dens typiske maksimal trykk-grense. (iii) Er de vanligste kapillær-hplc-kolonner i dag av typen pakket, PLOT- eller WCOT-kapillærkolonne? 4.b) (i) I normal-fase adsorpsjonskromatografi (NP-LSC), f.eks. med ubehandlet silikagel som SF, er «aktiviteten» en viktig parameter: Forklar hva aktivitet er i LSC. Hvordan kan aktiviteten reguleres/justeres? (3 p.) (1 p) (ii) Nevn 2 forskjellige stasjonærfaser for normalfase-adsorpsjonsvæskekromatografi (for lavtrykk- eller høytrykk-kromatografi), som ikke er ubehandlet silika. (iii) Hvilke ulike fysiske former (shapes) kan pakningsmaterial av silika ha for bruk i HPLC? Nevn 3 typer (og tegn illustrasjoner).
Eksamen KJ 2053 / 2016 Vår bokmål (02.06.2016) Side 8 av 14 4.c) (i) Kjemisk bundne faser (Bonded Phases) kan brukes med varierende substituenter som gir varierende SF-egenskaper. Ranger de følgene aktuelle substituentene etter ØKENDE polaritet (minkende RP-LC-retensjon): CH 3 CH 3 (CH 2 ) (CH 2 ) 1 n (CH 2 ) n (CH 2 ) 7 alkylfenyl, nitrill (=cyano), diol, oktyl, etyl Minst < < < < mest polar (ii) Ranger nedenforstående løsningsmidler etter økende elueringsstyrke for omvendt-fase LC (f.eks. på en C18-kolonne). metanol, THF (=tetrahydrofuran), vann, diklormetan, 1M vanndig ammoniumsulfat. Svakest < < < < sterkest (iii) Forklar kort hva HILIC står for (navn og prinsipp). (iv) Hvilke(n) av substituentene vist i 4.c.(i) kan godt brukes som et pakningmaterial for gjennomføring av HILIC? 4.d) Enten: Hva er «end-capping»? Eller: Hva er en «brush» i RP-HPLC? (Oppgi et annet navn og/eller forklar.) Eller: Hva er «plug elution» i LC?
Eksamen KJ 2053 / 2016 Vår bokmål (02.06.2016) Side 9 av 14 Oppgave 5. (6+5 = 11 p.) 5.a) (i) Hva er den nedre deteksjonsgrensen ((lower) Limit of Detection), (l)lod? (ii) Hva er den øvre kvantifiseringsgrensen deteksjonsgrensen? (3 p.) (iii) Tegn en (tenkt) kalibreringskurve (med tenkte rådata ) for en Intern standard kalibrering; forklar kort (og benevn aksene). 5.b) I tabellen er det opplistet noen kromatografiske detektorer. Fyll inn nødvendig informasjon (evt. gradér v.h.a. sterkt - middels svakt). (5 p.) Flamme-ioniserings-det. UV/-synlig lys-detektor Elektronaffinitets-det. Varmetråds-det. (varmeledningsevne-det.) Brytningsindeks-detektor Forkortning Brukes i GC/LC/CE Konsentr.-/ masse-følsom Universell / selektiv Følsomhet (gradér)
Eksamen KJ 2053 / 2016 Vår bokmål (02.06.2016) Side 10 av 14 Oppgave 6. (6+4 = 10 p.) 6.a) (i) Definer fraksjoneringsområdet av et pakkemateriale i eksklusjonskromatografi (SEC). (ii) Hvorfor vurderes gelfiltrering (vandig SEC) som en spesielt skånsom separasjonsteknikk med høy gjenvinning av applisert prøvematerial? (iii) Forklar hva Blå dekstran (Blue dextran) brukes til i analyser ved gelfiltrering. (iv) I eksklusjonskromatografi (SEC) brukes 2 forskjellige fordelingskoeffisienter, K 0 og K av. Gi definisjonene og forklar forskjellen mellom dem.
Eksamen KJ 2053 / 2016 Vår bokmål (02.06.2016) Side 11 av 14 6.b) (i) Definer begrepet sterkt sur kationbytter og tegn molekylstrukturen av den «aktive funksjonelle gruppen». (ii) Gi eksempler (>2 stk.) på funksjonelle (ionogene / ioniske) grupper i svakt basiske anionbyttere. (iii) På hvilke måter (nevn 2) kan du øke mobilfase-styrken for ionebytterkromatografi på en sterkt sur kationbytter (ved konstant ph)?
Eksamen KJ 2053 / 2016 Vår bokmål (02.06.2016) Side 12 av 14 Oppgave 7. (6 p.) 7.a) (i) Beskriv (og skisser) oppbyggingen av et vanlig kapillærelektroforese-system. (3 p.) (ii) Ved kapillærelektroforese detekteres alle prøvekomponentene i deteksjonssonen nær kolonneutgangen. Hvordan forflyttes vanligvis ved soneelektroforese alle analytter, uansett ladning, i samme retning i det elektriske felt? (iii) Hva utgjør hovedbidraget til sonespredning (platehøyden) i (kapillær-)soneelektroforese?
Eksamen KJ 2053 / 2016 Vår bokmål (02.06.2016) Side 13 av 14 Oppgave 8. (24 25 p.) Gi Ja/Nei-svar pluss (nødvendig!) kort forklaring ("fordi "): (1 poeng pr. riktig og grunngitt svar : uten forklaring ansees ja/nei som potensielt tipping og telles som følger : riktig svar gir + 0,2 poeng, feil svar gir -0,2 poeng (trekk!). Riktig ja/nei-svar med feil forklaring gir tilpasset poengreduksjon.) 1. Ved ellers like analysebetingelser gir Cellulose-TLC bedre separsjon enn papirkromatografi. 2. Løselighetsegenskapene til superkritiske fluider er sammenlignbare med gasser? 3. SFC-MF må pumpes i væsketilstand fordi et superkritisk fluid er altfor kompressibel. 4. Fastfase-ekstraksjon (SPE) bruker store væskekromatografi-kolonner med gass-overtrykk for rask eluering 5. Fastfase-ekstraksjon (SPE) er billig fordi en SPE-kolonne kan brukes mange ganger om igjen. 6. Løseligheten til analyttene i et superkritisk fluid øker med økende trykk i fluidet (øvrige forhold like). 7. Ved HILIC (hydrofilisk interaksjonskromatografi) øker retensjonen med økende vanninnhold av eluenten. 8. Bio-affinitetskromatografi (BAC) er normal-fase kromatografi der en ligand med sterk affinitet til analytten er tilsatt MF for separasjonen. 9. Silika-RP-kolonner tåler mye bedre basiske mobilfaser enn RP-kolonner laget av organiske polymerpartikler. 10. Hydrofob(isk) interaksjons kromatografi (HIC) brukes hovedsakelig for analyse av proteiner og peptider. 11. Ved Fastfase-ekstraksjon (SPE) spares løsningmiddel og arbeidstid i forhold til vanlig ekstraksjon. 12. Ved Fastfase-ekstraksjon (SPE) brukes trinnvise MF-gradienter i separasjonen. Enig/ uenig (Ja/Nei), fordi. fortsetter på neste side
Eksamen KJ 2053 / 2016 Vår bokmål (02.06.2016) Side 14 av 14 (Oppgave 8 fortsetter) Gi Ja/Nei-svar pluss (nødvendig!) kort forklaring ("fordi "): (1 poeng pr. riktig og grunngitt svar : uten forklaring ansees ja/nei som potensielt tipping og telles som følger : riktig svar gir + 0,2 poeng, feil svar gir -0,2 poeng (trekk!). Riktig ja/nei-svar med feil forklaring gir tilpasset poengreduksjon. 13. Sonespredning fra longitudinal diffusjon i gass-faststoff-kromatografi (GSC) øker med økende gasshastighet. 14. For å kunne separere enantiomerer må enten kolonnen (SF) eller mobilfasen i kromatografisystemet være kiral. 15. Eddy-diffusjon gir et viktig sonespredningsbidrag i kapillærsoneelektroforese, CZE. 16. Aromatiske løsningsmidler er særlig egnet som HPLC-elueringsmiddel for fluorescensdetektoren. 17. Ved vanlig ione-kromatografi skal suppressoren fjerne analyt-ioner fra eluenten etter detektoren. 18. Elektrolytten i elektroforese må kunne bufre ph for å nøytralisere produktene av elektrolysen ved elektrodene 19. I gel-elektroforese separeres analytter etter størrelse og de behøver derfor ikke være ladede/ioniske. 20. Ved post-kolonne-derivatisering av analytter må tilført reagens være usynlig i detektoren for at derivatet av analytten kan detekteres. 21. Ekstern standard kalibrerings-metoden kan ikke brukes når analytten er et ukjent stoff. 22. Analyser av blindprøver er viktigere for å sikre analysens nøyaktighet, enn for presisjonen 23. Ved koblet GC/MS med kapillær-gckolonner må separatorer fjerne bæregassen for ikke å ødelegge vakuumet i massespektrometeret. 24. Den vanligste ioniseringsmetoden ved koblet GC/MS i dag er Elektronionisering (EI). 25. I moderne koblete LC/MS-instrumenter benyttes mest MS/MS-metodikk i analysene fordi det blir ikke noe fragmentering ved ESI. Enig/ uenig (Ja/Nei), fordi.