Analysmetoder Flashcards
TLC, Kromatografi.
Vilka olika faser finns?
Kvalitativ eller kvantitativ?
När är metoden lämplig att använda?
Vid alla kromatografiska tekniker finns två olika faser; en mobil fas (rörlig) och en stationär fas (orörlig). Om den mobila fasen är en vätska och den stationära fasen är ett fast material påverkar det respektive ämnets fördröjning olika. Delvis av lösligheten i den mobila fasen samt av tendensen att bindas till den stationära fasen. Separeringen av de undersökta ämnena sker genom en fördelning mellan dessa två faser. Inom kromatografi sker adsorptionen av ett ämne till YTAN på den fasta fasen, via svaga dipol- eller van der Waals-bindningar. Det sugs alltså inte in av ämnet som i absorption.
Om den mobila fasen innehåller ämnen som “trivs” bättre i den fasta fasen än i den mobila kommer dessa ämnen att anrikas i den stationära fasen, tills det kommer rent lösningsmedel som sakta extraherar ut ämnena och flyttar dem en liten bit framåt på den fasta fasen. Det blir alltså en serie extraktioner. I TLC-labben som gjordes var det alltså kiselplattan som var den stationära fasen och eurleringsvätskan var den rörliga fasen. I TLC labben fick nästan alla samma resultat, så precisionen var ganska bra. Det är en kvalitativ analys (ämne).
Gaskromatografi
Kvalitativ eller kvantitativ?
När är metoden lämplig att använda?
Vad händer i de olika faserna?
Retentionstid är tiden det tar för en substans att vandra genom kolonnen, som är den stationära fasen i vätske- eller gaskromatografi. Kortast retentionstid får därför de ämnen som har låg kokpunkt och är opolära, då adsorptionen är lägre.
Mobil fas: I GC finns en s.k. mobil fas (rörlig fas). Den mobila fasen i GC består av en gas, bärgas (helium, kvävgas eller vätgas). Syftet med den mobila fasen är att transportera provet genom gaskromatografen, alltså genom den maskin som ska utföra själva analysen. Bärgasens hastighet får inte vara större än att de olika ämnenas fördelningsjämnvikter mellan vätske och gasfas hinner ställa in sig. Den mobila fasen i GC är en gas som inte reagerar med provets olika ämnen (skapar ej bindningar). Polära resp. opolära ämnen ”trivs” därför lika dåligt i den mobila fasen. Anledningen att de ändå åke igenom kolonnen är det gastryck som uppstår.
Stationär fas: I GC finns en kolonn (ett ihåligt rör) som på insidan är beklädd med en stationär fas (stillastående fas) som består av olika molekyler. Den stationära fasen kan vara i fast form eller bestå av en trögflytande vätska. Molekylernas uppgift i den stationära fasen är att binda till de olika ämnena i provet så att dessa ämnen bromsas upp inuti kolonnen. Vissa ämnen kan binda mycket starkare till molekylerna i den stationära fasen och tar därför längre tid på sig genom kolonnen.
Fördelar: Gaskromatografi är den kromatografiska metod som har störst separationsförmåga. En av de mest använda kromatografiska teknikerna. Kan användas både kvantitativt och kvalitativt.
Nackdelar: Ämnena som analysera ska kunna upphettas till så hög temperatur att de förgasas utan att sönderdelas.
Vätskekromatografi
En vätska används som mobil fas. Pelaren med absorptionsmedel kallas kolonn och är den stationära fasen. Euleringsmedel- lösningsmedel är den mobila fasen och sipprar genom kolonnen. Euleringsmedlet lösgör provets båda föreningar och transporterar dem nedåt. Eftersom föreningarna binds olika hårt av adsoptionsmedlet och har olika löslighet i euleringsmedlet transporteras de olika fort och separeras.
HPLC
Högupplösande vätskekromatografi. Kromatografisk metod som sker vid högt tryck, högt tryck utnyttjas för att pumpa euleringsvätskor genom kolonner med mycket finkorniga partiklar. Finkorniga adsorptionsmedel kan separera ämnen effektivare än grovkorniga.
Papperskromatografi
Papper används som sationär fas och vätska (ex vatten= euleringsvätska) som mobil fas. Innan tekniken fanns för att göra TLC-plattor gjordes mycket med papperskromatografi. Nu används det mest för att visa kromatografiteknik för elever eller i vissa fall på lab för att det är billigare än att köra med TLC-plattor och det är lämpligt att ha vatten som stationärfas (dvs fukt i filterpappret).
Tunskiktskromatografi
Tunnskiktskromatografi är en kromatografisk metod för kvalitativa analyser. Vid utförandet drar laboranten en tunn linje nära nederkanten på kiselgelplattan med en blyertspenna (stationär fas). De prover man önskar analysera appliceras som en prick längs linjen. Därefter placerar man plattan i en vanna (bägare) innehållandes en elueringsvätska (rörlig fas). Denna vätska kommer att vandra upp längs den stationära fasen och dra med sig proverna olika långt, med avseende på polaritet. Den stationära fasen är vanligtvis polär och den rörliga fasen opolär. Vilket gör att polära ämnen vandrar långsammare (=binder hårdare) till plattan än mindre polära. Belys plattan med UV-lampa (Akta ögonen!) och markera de fläckar som du ser. Identifiera substanserna i det okända provet och beräkna Rf-värdena.
Jonbyteskromatografi
Både stationär fas och mobil fas har joner.
Gelfiltrering
Ämen (ex proteiner) separeras efter molekylstorlek. Små molekyler kan tränga in i maskorna(gelen). Till skillnad från andra vätskekromatigrafiska metoder är denna separation inte ett resultat av fördelning mellan stationär och mobil fas. Ämnena tillhör hela tiden den mobila fasen. De små molekylerna fördjös alltså inte till följd av adsorption utan för att de tar omvägar inom gelkornen och får längre transportsträckor inom kolonnen.
TLC
TLC, tunnskitskromatografi, är en typ av vätskekromatografi. Vid TLC består den stationära fasen av ett tunt absorberande skikt som fästs på en platta av t.ex. glas eller aluminium. Ofta används en finkornig kiselgel eller aluminiumoxid som adsorptionsmedel. Separationen utförs på liknande sätt som vid papperskromatografi. Det är en snabb och effektiv separationsteknik för organiska föreningar av liknande polaritet. Den stationära fasen är vanligtvis polär och den rörliga fasen opolär. Vilket gör att polära ämnen vandrar långsammare (=binder hårdare) till plattan än mindre polära.
Rf-värde
För att kunna jämföra resultaten beräknas Rf-värdena för de olika proverna. Man ritar på plattan och mäter avstånd med hjälp av linjal.
Rf = (avstånd som produkt vandrat) / (avstånd lösningsmedel vandrat)
TLC /papperskromatografi används när vi vill:
Separera (rena) olika ämnen som finns i ett prov.
Undersöka vilka okända ämnen som finns i ett prov: Vi kan identifiera okända ämnen (t.ex. gifter, droger, miljögifter, dopingpreparat och läkemedel) med dessa metoder.
Renhetstester: Vi kan undersöka om ett prov är förorenat med andra ämnen som inte bör finnas där (t.ex. renhetstester av läkemedel eller livsmedel).
Bestämma koncentrationen av olika ämnen som finns i ett prov: Dessa metoder kan också till viss del användas kvantitativt för att bestämma koncentrationen av de ämnen som finns i ett prov men det är svårt att exakta värden på koncentrationen. Ofta används dessa metoder för kvalitativa analyser istället.
Fördelar och Nackdelar med TLC
Billiga, enkla och snabba metoder: Jämfört med de mer avancerade kromatografiska metoderna GC och HPLC är dessa metoder mycket billigare, enklare att utföra och ofta snabbare. Vi kan även köra många prov samtidigt under identiska förhållanden vilket sparar tid.
Begränsad separationsförmåga: Jämfört med GC och HPLC är det svårare med dessa metoder att separera likartade ämnen. Det är också svårare att separera komplexa prov som innehåller ett stort antal ämnen. Rf-värdena kommer i dessa fall vara snarlika för många ämnen vilket innebär en svårighet att identifiera ämnena på ett säkert sätt.
Begränsad koncentrationsbestämning: Koncentrationsbestämningen av olika ämnen blir inte alls lika exakt som vid GC och HPLC. Om vi ska kunna bestämma koncentrationen av ett ämne med pappers- eller tunnskiktskromatografi så måste vi på något sätt ta upp vårt separerade ämne från papperet/ TLC-plattan, lösa det i ett lösningsmedel och sedan mäta absorbansen med hjälp av en spektrofotometer. Detta sätt är inte optimalt för att få ett exakt värde på koncentrationen och fungerar inte alls för vissa ämnen. Pappers-och tunnskiktskromatografi används därför mest till kvalitativ analys och inte till kvantitativ.
Spektrofotometri. Varför behövs alltid referens? Varför måste man göra egen kalibreringskurva?
Spektrofotometri är en kvantitativ analysmetod där man undersöker vilka våglängder som absorberas av ett prov och vilka som transmitteras. De våglängder som transmitteras är det ljus vi sedan kommer se, det så kallade transmissionsspektrat. Våglängderna som absorberas utgör absorbtionsspektrat. Spektrofotometri går alltså ut på att mäta absorbansen, hur mycket ljus som absorberas av provet. Absorbansen mäts av en spektrofotometer. Man låter då ljus med en viss våglängd (som anpassas genom ett vridbart prisma) passera en lösning med en viss koncentration och spektrofotometern kan då undersöka hur stor del av ljuset som absorberas av lösning (absorbansen). I en spektrofotometer hålls längd och ämne konstanta så att absorbansen blir direkt proportionell mot koncentrationen. Transmittansen är kvoten mellan ljusintensiteten innan och efter. Ur transmittansen kan absorbansen bestämmas. Absorbans= intensitetsminskningen för det ljus som passerar lösningarna man mäter på. Ju högre absorbans desto högre koncentration i lösningen. Det som avgör absorbansen bestäms av längden på kyvetten(hur långt ljuset har att passera genom lösningen, koncentrationen i provet och lösningens inneboende egenskaper (den molara absorptionskoefficienten) som är olika från lösning till lösning.
Begränsning: ingen absolut mätmetod. Det behövs därför referenser och kalibreringskurvor varje gång analys görs. Kalibreringen tar bort ev variationer som finns pga olika omständigheter, bakgrundsljus, material i kuvett mm. Spektrofotometri kan också ha en begränsning när koncentrationerna blir för höga eller för låga. Om koncentrationen blir för hög kan det bli svårt att mäta variationer i ljusintensitet mellan olika våglängder då större delen har absorberats. Vid för låga koncentrationer finns risk för brus. Dessutom är förhållandet mellan koncentration och absorbans olika för olika ämnen eftersom olika ämnen har olika egenskaper och molar absorptionskoefficient (epsilon, extinktionskoefficienten) som också beror på det använda ljusets våglängd. Därför behövs referenser och kalibreringskurvor varje gång analys görs. Kyvetten sänker också ljusintentsiteten och därför behöver man nollställa spektrofotometern med en kyvett som innehåller enbart lösningsmedel så att man enbart mäter absorbansen för den lösta föreningen.
Fördelar: ganska snabb metod, ganska exakt metod. Mäter vid varje våglängd.
Titrering, redoxtitrering, syra/bastitrering
Titreringar överlag är kvantitativa analyser och bygger på samma tanke, att neutralisera ett ett okänt prov med tillsatser av ett känt prov med känd koncentration. Vi använder det kända ämnet (titratorn) med känd koncentration, för att få reda på exempelvis koncentration och massa hos titranden. Titreringen fortgår fram tills ekvivalenspunkten är nådd, dvs när ekvivalenta mängder av de två ämnena har reagerat. Man avläser därefter volym förbrukad titrator och kan då beräkna substansmängderna. För att avgöra när titreringen är färdig, dvs när ekvivalenspunkten är nådd, används en indikator som ändrar färg när ekvivalenta mängder har reagerat. Vid titreringar är byrett det bästa mätinstrumentet att använda.
Redoxtitrering är en typ av titrering där det sker en redoxreaktion. Ett oxidationsmedel och ett reduktionsmedel reagerar och då kommer ena ämnet reduceras och det andra oxideras. När ekvivalenta mängder av ämnet har reagerat, kommer inte längre ämnena kunna reduceras respektive oxideras. Ett exempel på redoxtitrering är järnjoner och permanganatjoner. Då kan vi bestämma massan järn i provet. För att göra detta använder vi oss av reaktionsformeln:
5 Fe2+ (aq) + MnO4- (aq) → 5 Fe3+ (aq)+ Mn2+ (aq)
Syra/bastitrering är en annan variant av titrering som bygger på att en neutralisation mellan syran och basen sker. Antingen syran eller basen har känd koncentration och syftet är att bestämma den okända koncentrationen. Om syrans koncentration är okänd, är det basen som är titratorn. När en neutralisation har skett, kommer ekvivalenta mängder syra och bas reagerat och då kan den okända koncentrationen beräknas. För att veta att ekvivalenspunkten är nådd, använda en pH indikator för att visa att lösningen är neutral, ofta används BTB. Syra/bastitrering kan illustreras i ett diagram, en titreringskurvan. Utmed x-axeln visas tillsatt volym titrat och utmed y-axeln visas pH. Där kurvan är som brantast hittar vi ekvivalenspunkten. Här finns det färre oprotolyserade syror/ färre oxoniumjoner som kan reagera med hudroxidjonerna (och tvärt om) och den tillsatta mängden titrat har då större inverkan på pH(efersom pH skalan är logaritmisk). När vi har nått ekvivalenspunkten men ändå tillsätter mer titrat, kommer titratet ha mindre och mindre inverkan på pH, kurvan planar ut. En-protoniga syror har en ekvivalenspunkt medan tvåprotoninga syror ibland har två. Först full protolys av första protonen och sen full protolys av andra. Dessa kan då också ha två halvtitreringspunkter. Halvtitreringspunkt kallas den punkt där vi har tillsatt halva volymen av den volym som krävs för neutralisation. Här hittar vi även syrakonstanten, en jämviktskonstant. När en svag syra titreras med en stark bas bör man välja en indikator med omslagsintervall inom det basiska området, ex fenolftalein. När man titrerar en svag bas med en stark syra ska man istället använda en indikator med ett omslagsintervall inom det sura området, där pH är mindre än 7, ex metylrött. Välj indikator med omslagsintervall inom det område där kurvan har brantast lutning.
Fördelar: Fördelar med titrering är att det generellt är noggranna och enkla metoder att genomföra. Byretter är bra att använda då de är noggranna. Titreringar lämpar sig när vi vill bestämma okända koncentrationer och massor.
Begränsningar: En begränsning med titreringar är att indikatorn kan avläsas fel och att reaktionen då inte är färdig, ekvivalenta mängder av ämnena kanske inte har reagerat när vi slutar titrera. Detta ger då felaktiga och missvisande resultat. Ytterligare en begränsning med titrering är att byretten kan avläsas fel vilket gör att den tillsatta volymen titrat bedöms fel. Små volymer kan i sammanhanget ha stor betydelse för resultatet.
Resonera kring riktighet och precision utifrån mätdata som erhållits från en laboration. (T ex diskutera riktighet och precision utifrån senaste laben då ni samlade in mätdata från hela labgruppen som utförde en titrering.)
Riktighet handlar om hur väl resultaten stämmer överens med verkligheten, mäter vi det vi ska mäta och är resultaten korrekta?
Precision handlar om spridning i resultaten. Hur väl ger metoden samma resultat vid upprepade försök? Om en metod har bra precision så är den reproducerbar.
I labben fick alla olika resultat vilket innebär att precisionen var dålig, detta hade dock nog att göra med tidsbegränsingen. Eftersom experimentet var så noga utfört och mätvärdena var exakta borde egentligen laborationen ha haft både bra riktighet och precision. Men eftersom vi inte fick reda på det korrekta svaret är det inte säkert att riktigheten var bra. Eftersom det tog så lång tid för jonerna att byta färg efter ett tag så finns det risk att man slutar tittrera innan ekvivalenspunken är nådd, vilket medför sämre riktighet.
