- Karl Fischer-titrering är en standardmetod för bestämning av vatten i både organiska lösningsmedel och fasta prover.
- Provet löses i t.ex. metanol och titreras med en metanollösning som innehåller en alkohol (R-OH), svaveldioxid (SO2), en organisk bas (B) och jod (I2)
- Den traditionella titratorn är instabil eftersom jod kan reagera med vatten från luften, och man använder därför en coulometrisk titrering där reagenset genereras direkt i provet. - Provet löses i en alkohol (R- OH) som innehåller SO2, en organisk bas (B) och kaliumjodid (KI)
Fördelar:
- Man kan använda reagens som är instabila, eftersom de tillverkas och reagerar direkt i provet
- Man kan utföra analyser i mycket små provvolymer (en enda vattendroppe eller en enda biologisk cell).
- Man behöver inte standardisera någon titrator, bara välja en strömstyrka (i) och mäta den tid (t) som åtgår
- Precisionen vid mätning av laddning (Q = i × t) är oftast bättre än mätning av volymer (speciellt små volymer)
Syrafel uppstår vid mycket lågt pH (lägre än 1).
Det finns då så mycket vätejoner (H⁺) att de nästan alla binder till silanolgrupperna på glasmembranets yta i pH-elektroden.
Detta gör att nästan alla silanolgrupper blir positivt laddade.
Ytterligare sänkning av pH påverkar inte membranets laddning nämnvärt, eftersom jämvikten redan är förskjuten så att nästan alla grupper är protonerade.
Resultatet blir att elektroden inte reagerar korrekt på ytterligare pH-sänkning, vilket leder till att det uppmätta pH-värdet blir för högt.
Felet kan uppgå till så mycket som 0,5 pH-enheter.
Alkalinetsfel uppstår vid högt pH (>10–11), beroende på elektrodtyp.
Då finns det väldigt få vätejoner (H⁺), men mycket hydroxidjoner (OH⁻) och höga halter av katjoner (t.ex. Na⁺ och K⁺).
Katjonerna kan binda till glasmembranets yta på samma sätt som vätejoner.
Detta förskjuter jämvikten åt höger → fler positiva laddningar bildas på glasytan.
Men eftersom det är katjoner och inte vätejoner som binder, blir laddningen på glasytan för låg i förhållande till det faktiska pH.
Elektroden registrerar inte den höga hydroxidjonkoncentrationen korrekt.
Resultatet blir att det uppmätta pH-värdet blir för lågt.
Felet kan vara så stort som en hel pH-enhet
- Glaselektrod: Används för att mäta pH i olika lösningar. Den består av en glasrörselektrod som innehåller en buffertlösning (Vanligtvis kaliumklorid) för att hålla pH-mätningen stabil.
- Referenselektrod: Är en slags referenspunkt för mätningen. Den jämför den elektriska signalen från glaselektroden med en referensspänning, vanligtvis skapad av silverklorid i en kaliumkloridlösning.
- Glasmembran: Det är ett skydd för den känsliga delen av glaselektroden, den släpper igenom joner från provet så att de kan interagera med buffertlösningen inne i elektroden och skapa den elektriska signalen för pH-mätningen.
- Kontaktlösning: Används för att se till att det finns en bra elektrisk anslutning mellan provet och elektroden. Det är en slags elektrolytlösning.
- Bufferten hjälper till att hålla pH-värdet stabilt.
- Genom att använda en buffert minimerar man förändringarna i pH som kan ske i vissa reaktioner genom att absorbera eller neutralisera de vätejoner eller hydroxidjoner som genereras av reaktion
- Buffertar kan också minska eventuell störning från andra ämnen i lösningen som kan påverka pH. Detta är särskilt viktigt i analytiska eller experimentella sammanhang där man vill isolera effekterna av en specifik reaktion eller process.
- Många biokemiska reaktioner är pH-känsliga och kräver en specifik pH-miljö för att vara mest effektiva. Genom att använda en buffert kan man skapa och bibehålla den optimala pH-miljön för enzymaktiviteten.
- Ensidigt test: ett visst värde är större än den andra (minskar eller ökar kan det stå i frågan)
- Tvåsidigt test: om det är skillnad mellan vardera (står skillnad i frågan)
- F-test: Precision
- T-test: Riktighet
- n: Vid Grubbs så är n normalt, vid d olika testerna kollas n-1
Grubbs-test: Kolla outliner - är Gvärde>Gtabell måste värdet tas bort
Förkastning av H0
Fkritisk>Fberäknat H0 förkastas ej (ingen signifikant skillnad i precision)
Fkritisk<Fberäknat H0 förkastas (finns signifikant skillnad i precision)
Fördelar med hög flamtemperatur:
- Förbättrad atomisering för ökad känslighet.
- Minskning av kemiska interferenser för renare spektra.
Nackdelar med hög flamtemperatur:
- Risk för termiskt sprut och minskad signalstyrka, där partiklar av provet förstörs eller förångas för tidigt, vilket kan leda till en minskad signalstyrka och försämrad precision.
- Begränsning av det linjära dynamiska området.
Styrning av flamtemperaturen:
- Justering av gasflöden för att öka eller minska temperaturen.
- Optimering av bränsle-oxidationsmedelförhållandet.
- Användning av kylare för att kontrollera temperaturen.
- Högre temperatur och bättre atomisering: ICP-OES använder en induktivt kopplad plasmaflamma med ännu högre temperatur än flamman i flamemissionsspektroskopi. Denna högre temperatur leder till bättre atomisering av provet och därmed förbättrad känslighet och precision.
- Bredare dynamiskt område: ICP-OES kan mäta en bredare koncentrationsintervall än flamemissionsspektroskopi och absorptionsspektroskopi, vilket gör den lämplig för både spår- och högkoncentrationsanalys.
- Snabbare analys: ICP-OES erbjuder högre genomströmning och snabbare analys än andra tekniker, vilket möjliggör högre genomströmning av prover och därmed en effektivare provgenomgång
Interferenser i atomspektroskopiska mätningar kan vara av flera typer och kan påverka noggrannheten och tillförlitligheten i resultaten. Några vanliga typer av interferenser inkluderar:
- Kemiska interferenser: Dessa uppstår när andra föreningar i provet reagerar med analyten och ändrar dess kemiska sammansättning. Detta kan leda till felaktiga mätningar av analytens koncentration.
- Fysikaliska interferenser: Dessa kan uppstå på grund av olika fysikaliska fenomen som påverkar ljusets transmission eller provets egenskaper. Exempel inkluderar Rayleigh- och Raman-spridning, som kan påverka ljusets intensitet och ge upphov till bakgrundssignaler.
- Matrisinterferenser: de övriga ämnena som finns närvarande i provet kan störa mätningen genom att absorbera eller sprida ljuset på ett sätt som påverkar detekteringen av analyten.
- Spektrala interferenser: när andra ämnen i provet absorberar eller emitterar ljus vid samma våglängder som analyten. Analytens signal försvagas eller överdrivs, vilket leder till felaktiga mätningar.
Atomemissionsspektroskopi (FES) och atomabsorptionsspektroskopi (AAS) är båda tekniker som används för att analysera koncentrationen av olika grundämnen i en provlösning.
I FES-experiment utsätts provet för en högenergetisk energikälla, vanligtvis en plasmaflamma eller en ljusbåge. Denna energi exciterar atomerna i provet till högre energinivåer. När atomerna återgår till sina grundtillstånd, utsänder de ljus med en karakteristisk våglängd som är specifik för varje element. Genom att mäta intensiteten av det emitterade ljuset vid specifika våglängder kan man bestämma koncentrationen av det aktuella elementet i provet.
I AAS-experiment utsätts provet för en ljuskälla med en specifik våglängd som motsvarar den absorptionsemission som ämnets atomer absorberar. När ljuset passerar genom provet absorberas en del av det av atomerna i provet. Genom att mäta den minskade intensiteten av ljuset kan man kvantifiera koncentrationen av det analyserade grundämnet.
- En hålkatodlampa (hohlraumlampa) är en vanlig ljuskälla som används i atomabsorptionsspektroskopi. Denna typ av lampa är särskilt utformad för att generera intensivt ljus vid specifika våglängder som motsvarar de elektroniska övergångarna hos de analyserade atomerna.
Båda metoderna är känsliga och ger noggranna resultat för spårelementanalys, men de skiljer sig åt i hur de mäter atomernas beteende - antingen genom att mäta den ljusintensitet som utsänds (FES) eller den som absorberas (AAS).
- Jonkällan är den del av masspektrometern där provet joniserar, det vill säga där det omvandlas till joner.
- Massfiltret separera joner baserat på deras massa-till-laddningsförhållande (m/z) ex. kvadrupoler eller time-of-flight (TOF).
- Detektorn registrerar och mäter joner som passerar genom massfiltret
- Elektrosprayjonisering (ESI): Skapar joner genom att spruta en lösning av provet genom en högspänningskapillär, där droppar bildas och avdunstar, vilket resulterar i jonisering av molekylerna.
- Elektronjonisering (EI): Använder en upphettad filament för att skjuta elektroner mot provmolekyler, vilket avlägsnar elektroner och bildar positiva joner.
- Elektrosprayjonisering (ESI): Används främst för jonisering av stora och polära molekyler, såsom proteiner, peptider och oligonukleotider. ESI är mycket användbart för analys av biologiska föreningar och är vanligt förekommande inom proteomik och metabolomik.
- Elektronjonisering (EI): Används främst för jonisering av mindre och mindre polära molekyler, såsom organiska föreningar och små molekyler. EI-producerar ofta karakteristiska fragmentjoner som används för identifiering av föreningar.
- Totaljonström (TIC): Mäter den totala intensiteten av alla joner som detekteras under en mätning. Det ger en övergripande bild av alla joner som finns i provet.
- Vald jonövervakning (SIM): Fokuserar på att övervaka specifika joner av intresse, vilket ger en mer selektiv analys. Istället för att mäta alla joner mäter SIM bara ett urval av dem, vilket ger mer detaljerad information om specifika föreningar
Det sätt på vilket joner separeras och mäts. Kvadrupolmasspektrometrar använder selektiv jonretention genom varierande elektriska fält, medan time-of-flight-instrument mäter flygtiden för joner för att bestämma deras m/z-förhållande.
- Absorbans (A) är ett mått på hur mycket ljus som absorberas av en lösning vid en viss våglängd.
- Den beräknas med formeln: A = –log(T) där T är transmittansen, alltså andelen ljus som passerar genom provet.
- Högre absorbans innebär att mer ljus absorberas av provet vid den givna våglängden.
- Absorbans kan också beräknas med Lambert-Beers lag:
A = ε · c · l där:
ε = molär absorptivitet (hur starkt ämnet absorberar ljus vid en viss våglängd)
c = koncentrationen av ämnet
l = längden på kyvetten (väg som ljuset går genom lösningen)
- Transmittans (T) är ett mått på hur mycket ljus som passerar genom en lösning vid en viss våglängd.
- Beräknas med formeln: T = I / I₀ där:
I₀ = infallande ljusintensitet
I = utgående (transmitterad) ljusintensitet
- Hög transmittans betyder att mycket ljus passerar igenom provet.
- Transmittans används ofta som grund för att beräkna absorbans (A) med formeln: A = –log(T)
Ströljus är oönskat ljus som detekteras av mätinstrumentet och kan orsaka avvikelser från linjäriteten i absorbansmätningar. Detta beror på att ströljuset bidrar till den totala signalen, vilket kan överskatta absorbansen, särskilt vid höga provabsorbanser. Ströljus är vanligtvis allvarligare som felkälla vid hög provabsorbans jämfört med låg provabsorbans. Det är viktigt att kompensera för ströljus genom att använda blanka mätningar och att kalibrera instrumentet regelbundet för att säkerställa korrekta mätresultat.
- Diode-array-instrument använder en detektor som kallas en diodmatris, vilket gör det möjligt att mäta absorbans över ett brett spektrum av våglängder samtidigt. Detta gör att användaren kan erhålla ett fullständigt absorbansspektrum på kortare tid jämfört med traditionella instrument, som kräver att varje våglängd mäts separat.
- Traditionella UV/VIS-instrument använder en monokromator för att välja en specifik våglängd att mäta absorbansen vid. Detta innebär att mätningarna görs våglängd för våglängd, vilket kan ta längre tid att samla in data över ett brett spektrum.
- Fördel: Diode-array-instrumentet kan mäta hela absorbansspektrumet samtidigt.
- Nackdel: dyrare än traditionella UV/VIS-instrument på grund av den mer avancerade teknologin som används. Därför kan den högre initiala kostnaden vara en nackdel för laboratorier med begränsade budgetar
Ämnen med både UV/VIS-absorbans och fluorescensstrålning har vanligtvis konjugerade strukturer, vilket innebär en alternans av enkel- och dubbelbindningar eller andra elektronfattiga grupper som möjliggör resonansstabilisering av elektroner. Denna strukturella egenskap tillåter dem att absorbera ljus i UV/VIS-området och emittera ljus som fluorescens efter excitation.
- Quenching innebär att fluorescensintensiteten eller livslängden minskar på grund av att ett ämne interagerar med den fluorescerande molekylen.
- Kan orsakas av:
Bildning av stabila komplex
Energiöverföring som gör att fluorescensen "slocknar" snabbare
- Effekter av quenching:
Minskad känslighet i mätningarna
Felaktiga resultat
Svårigheter att identifiera ämnen korrekt
- För att undvika quenching bör man:
Optimera experimentella förhållanden
Välja lämpliga kemikalier och miljöer
- Fosforescens är en typ av ljusemission som inträffar när en molekyl som har absorberat ljus återgår till sin grundtillstånd efter en viss tidsfördröjning. Detta sker vanligtvis inom en bråkdel av en sekund till flera sekunder efter att den exciterats av ljus. Under denna process avger molekylen ljus med en längre våglängd än det absorberade ljuset.
- I fosforescensspektroskopi mäts den fosforescerande ljusintensiteten som funktion av våglängd eller tid. Detta används för att analysera molekylära egenskaper, såsom koncentration, struktur, och miljöförändringar. Fosforescensspektroskopi är användbart inom många områden, inklusive biokemi, materialvetenskap, och läkemedelsutveckling.
- När det utsätts för ljus (strålning) med en kortare våglängd, kommer ett fosforescerande ämne att glöda, absorbera ljuset och återutsända det med en längre våglängd.
-Till skillnad från fluorescens avger inte ett fosforescerande material omedelbart den strålning som det absorberar. Istället absorberar ett fosforescerande material en del av strålningsenergin och avger den igen under mycket längre tid efter att strålkällan har tagits bort.
- Medan fluorescerande material slutar avge ljus inom nanosekunder efter att excitationsstrålningen har tagits bort, kan fosforescerande material fortsätta att avge en efterglöd som sträcker sig från några mikrosekunder till många timmar efter att excitationen har tagits bort.
När flödeshastigheten ökar genom kolonnen, minskar retentionsfaktorn. Detta beror på att ämnet spenderar mindre tid i kolonnen vid högre flödeshastigheter, vilket resulterar i kortare retentionstider. Högre flödeshastigheter innebär snabbare transport av ämnet genom kolonnen, vilket minskar den tid som ämnet har för att interagera med den stationära fasen och därmed minskar dess retentionstid.
Upplösningen (Rs) är ett mått på hur effektivt två närliggande toppar separeras från varandra och beräknas som skillnaden i retentionstider mellan två närliggande toppar dividerat med den genomsnittliga bredden på topparna. Ju högre upplösning, desto bättre är separationen mellan topparna.
Vid ökande flödeshastighet ökar normalt sett bredden på topparna, vilket resulterar i en minskad upplösning (Rs) mellan topparna. Detta beror på att ökad flödeshastighet kan öka tidsspridningen och därmed orsaka en bredare toppbredd. Som ett resultat kan två närliggande toppar börja överlappa varandra, vilket minskar upplösningen mellan dem.
Om den stationära fasen inte interagerar jämnt med analyten kan det resultera i svansning. Detta kan bero på att den stationära fasen är ojämnt packad i kolonnen eller att det finns icke-ideala växelverkningar mellan analyten och den stationära fasen.
För att minska detta:
- Kontrollera att kolonnen är jämnt packad och att den stationära fasen är korrekt förberedd. Detta kan hjälpa till att säkerställa jämn interaktion mellan analyten och den stationära fasen.
- Genom att justera sammansättningen av den mobila fasen kan man förbättra interaktionen mellan analyten och den stationära fasen, vilket kan minska svansningen. Det kan vara värt att prova olika lösningsmedel, buffertar eller tillsatser för att optimera separationen.
- Lösningsmedlet kommer först
- Högre pKa → mer polär, mer laddad → kommer ut snabbare
- Om Rs ≤ 1,5 så är den inte tillräcklig. För en bra separation mellan topparna krävs att Rs > 1,5.
- Rs kan vara för stort mycket mer än 2 eller 3, separationen är onödigt utdragen, inte effektivt
- Baser - öka pH på buffert för att öka tr - ökad retentionsfaktorn
- Syror - minska pH på buffert för att öka tr - ökad retentionsfaktorn
- Minskad flödeshastigheten öka tr - ökad retentionsfaktor
- Ökas flödeshastighet minskar tr - minskad retentionsfaktor
- Ändra mobila fasen
- Justera flödeshastighet
- Minska storleken på stationär fas, lättare för molekyler att passera igenom
- Snabbare analyser: Högre flödeshastigheter kan möjliggöra snabbare analyser, vilket är särskilt fördelaktigt för rutinmässiga analyser där hög genomströmning är viktig.
- Mindre mobilfasanvändning: Vid högre flödeshastigheter kan mindre mängd mobilfas krävas för att uppnå önskad separation, vilket kan minska kostnaderna för mobilfas och avfallshantering.
- Möjliga förbättringar i selektivitet: För vissa analyser kan en förändring i flödeshastigheten påverka selektiviteten på ett sätt som resulterar i bättre separation av vissa föreningar.
- Optimering av driftsförhållandena: Kontrollera och justera parametrarna för den isotermiska körningen, såsom temperatur och gasflöde, för att se om en optimering kan minska skillnaderna i retentionstider mellan substanserna.
- Ändring av kolonn: Om problemet kvarstår kan det vara användbart att överväga att byta till en annan kolonn med olika egenskaper, såsom längd, diameter eller fas. En annan kolonn kan ge bättre separation och mer jämn retention för substanserna.
Exempel: Polyetylenglykol (PEG) eller cykliska siloxaner.
Främjar växelverkningar mellan analyterna (t.ex. alkoholer) och den stationära fasen.
Möjliggör effektiv separation av olika alkoholer tack vare polära interaktioner.
- Massdetektor – särskilt TOF-MS (Time-of-Flight Mass Spectrometry):
Mäter flygtiden för joner i ett elektriskt fält efter jonisering.
Flygtiden är proportionell mot massa/laddningsförhållandet (m/z).
Ger hög känslighet, brett detekteringsområde och hög upplösning.
Lämplig för att detektera och identifiera olika alkoholer med hög precision.
FID – Flame Ionization Detector:
- Mäter elektrisk ström som uppstår när organiska föreningar förbränns i en vätgaslåga.
- Vid förbränningen bildas joner och elektroner.
- Elektronerna genererar en ström genom en extern krets → signalen är proportionell mot koncentrationen av ämnet.
Fördelar och motivering vid analys av alkoholer:
- Alkoholer innehåller mycket kol och väte → ger en stark och karakteristisk signal i FID.
- Hög känslighet för organiska ämnen.
- Brett dynamiskt område → kan mäta både höga och låga koncentrationer.
- Därför är FID mycket lämplig för kvantitativ analys av alkoholer.
Headspace-injektion – princip:
- Används för att analysera flyktiga föreningar som inte är direkt lösliga i vätskefas.
- Provet placeras i en sluten behållare (vial) och upphettas till en kontrollerad temperatur.
- Vid upphettning avdunstar flyktiga ämnen till gasfasen och samlas i utrymmet ovan vätskan – kallat headspace.
- När jämvikt har uppnåtts, tas ett gasprov från headspace och injiceras i GC-systemet för analys.
Användning vid alkoholbestämning i vin:
- Alkoholer är flyktiga och avdunstar lätt från vin till headspace.
- Headspace-GC möjliggör snabb och enkel analys utan behov av komplicerad provupparbetning.
- Metoden är effektiv för att separera alkoholer från andra komponenter i vinet, vilket ger tillförlitlig alkoholhaltbestämning.
Intern standard – princip och funktion:
- En intern standard är en känd substans som tillsätts till alla prover och standardlösningar före analys.
- Ska vara kemiskt liknande de ämnen som analyseras men lätt att särskilja i mätningen.
Syfte och fördelar:
- Kompenserar för variationer under analysen, t.ex.:
Provmängdsförlust
Variation i injektionsvolym
Instrumentella fel
- Mätningen baseras på förhållandet mellan signalen från analyten och den interna standarden → ökad noggrannhet och tillförlitlighet.
- Särskilt användbar vid komplexa provmatriser, där många faktorer kan störa analysen.
- Förbättrar precisionen och minskar risken för systematiska fel i resultaten.
Vad bidrar till bandets breddning? När provet vandrat en längre sträcka, har varit i kolonnröret en längre tid och blir då mer utbrett - diffusion. Även Eddy-diffusion (packningsojämnheter) och motstånd mot masstransport. Dessa ska undvikas!!