Analytische Chemie 2

Mit dem Interferometer lassen sich mehrere Wellenlängen simultan messen. Dabei wird durch die Fouriertransformation die Wellenlänge in die Spektren aufgeteilt. Interferometer und andere Komponenten dürfen dabei keine IR-Strahlung absorbieren.

• geringe Schichtdicke -> sonst zu starke Absorption von Wasser
• kein Glas/Quarz -> zu hohe Absorption
• oft aus Halogenidsalzen

v.a. qualitative Analytik:

• fast alle organischen Verbindungen haben eine IR-Absorption
• einzelne Verbindungen lassen sich identifizieren

• Ionenquelle, mit ihr wird aus einer Substanzprobe ein Stragl gasförmiger Ionen erzeugt
• Massenanalysator, der die Ionen augrund ihres MAsse/Ladungs-Verhältnisses auftrennt
• Detektor, der den Ionenstrom misst

Das Vakuum verhindert die Kollisionen zwischen Molekülen. Es sind Drücke bis zu 10^-12 Bar notwendig.

In der MS werden Moleküle entweder durch den Beschuss mit Elektronen oder Atomen ionisiert. Beim Beschuss mit Elektronen wird ein feiner Elektronenstrahl angelegt, der durch Anlegen einer Potentialdifferen zwischen Glühkathode und Anode entsteht. Die Moleküle werden dabei positiv geladen. Anschliessend werden die ionisierten Moleküle beschleunigt und vom Detektor erfasst.

Die Auftrennung kann entweder elektromagnetisch oder durch ein elektronisches Feld geschehen. Im Falle des Magnetfelds lassen sich die schwereren Moleküle schwächer ableiten und vice versa. Das elektrische Feld wird so angelegt, dass nur gewisse Molekülmassen den Detektor erreichen. Durch eine veränderung der angelegten Spannung lässt sich ein Spektrum erzeugen.

Durch die Kollision mit Elektronen werden die Moleküle teilweise fragmentiert. Dabei können entweder geladene Teilchen entstehen, die detektiert werden können, ode Neutralteilchen, bei denen nur die Radikalionen detektiert werden können. Durch den Vergleich der Molekülionen und Fragmentionen lässt sich auf die Neutralteilchen schliessen.

Um die Selektivität in der MS zu erhöhen, werden zwei oder mehrere MS eingesetzt. Die zwei MS trennt eine Kollisionszelle, die die Ionen gezielt mit einem Intertgas kollidieren. Bei der erneuten Ionisierung zerfallen die Produkte der ersten Ionisierung in spezifische Fragmente.

Durch die verschiedenen Isotope eines Atoms entstehen unterschiedliche Peaks, die mit durch den Anteil der verschiedenen Isotope berechnet werden können. 

Durch feine Unterschiede in der Masse der Moleküle, die nie genau einem Vielfachen des Gewichts eines Wasserstoffatoms entspricht, kann durch die ermittelte Masse teilweise sogar auf die Summenformel der Moleküle geschlossen werden.

Die erhaltenen Peaks der LC können anschliessend durch MS aufgetrennt werden, wodurch für jeden Peak ein Massenspektrum dargestellt werden kann. Weiter kann spezifisch ein m/z (Masse zu Ladung) Verhältnis analysiert werden, was die Selektivität der chromatographischen Auftrennung verbessert.

MALDI-MS wird oft für die Bestimmung von Proteinen benutzt, da mit dieser Methode Moleküle von bis zu 300'000 g/Mol sehr genau anaysiert werden können. Dabei werden die Proben schonend mit einem Laser ionisiert und unzerstört verdampft.

Die Probe, die mit einer organischer Matrix gemischt ist, wird beim Verdunsten des LMs Ko-Kristallisiert und verdampft. Dieser Prozess findet im Hochvakuum statt. Dabei nehmen die Matrixmoleküle die Energie auf und geben diese, ohne dass dabei eine thermische Zersetzung stattfinden kann, an die Probemoleküle über.

Durch die Flugzeit, die das Molekül in einer feldfreien Driftstrecke (nach der Beschleunigung in einem elektrostatischen Feld) aufweist, lässt sich dessen Masse berechnen. Die Geschwindigkeit ist proportional zum m/z Verhältnis. 

• Konzentrationen nahe beim Analyten
• keine systematischen Fehler wie Verdungstung etc.
• Blindwert muss bekannt und vernachlässigbar klein sein
• lineares Verhalten zwischen Analyt und Detektor

Zunächst wird die Empfindlichkeit E bestimmt:

\(E = {S_{ES} \over C_{ES}}\)

E = Empfindlichkeit

S = Signal 

C = Kontentration

ES = Externer Standard

Anschliessend wird die Konzentration bestimmt:

\(c_{Analyt} = {S_{Analyt} \over E}\)

Es werden verschiedene Lösungen mit einer ähnlichen Matrix wie die des Analyten hergestellt, bei denen sich die Konzentration des Stoffs verändert. Daraus lässt sich eine Regressionsgerade erstellen, mit welcher auf die Konzentration des Analyten geschlossen werden kann.

• Messungen vieler Proben mit ähnlicher Matrix
• Wenn keine Standardmischungen der Probenmatrix vorhanden sind
• systematische Fehler wie Verflüchtigung müssen klein sein

• Verluste bei der Probenaufbereitung werden berücksichtigt (relative Bezugsgrösse)

• ähnliches Ansprechverhalten in der analytischen Methode
• kein ursprünglicher Probenbestandteil
• gleiche Stabilität in Kalibrationsstandards und Proben
• simultan bestimmbar mit der gleichen Methode wie der Analyt

\(c_{Analyt} = c_{IntStnd}\cdot{S_{Analyt} \cdot E_{IntStnd}\over S_{IntStnd}\cdot E_{Analyt}}\)

Der Response Faktor sagt aus, wie das Signal der Internen Standards im Verhältnis zum Analyten steht. Es wird dafür ein Standard laufen gelassen, das beide Stoffe in bekannter Konzentration ernthält. 

\(R = { {S_{IS}\over C_{IS} } \over { S_{Analyt, Kalibr} \over c_{Analyt, Kalibr} }}\)

Bei der Mehrpunktkalibration mit IS wird zunächst das Messsignal verschiedener Menge des Analyten mit dem Messsignal des IS verglichen. Die daraus resultierenden Verhältnisse können gegen die Konzentrationsverhältnisse aufgetragen werden. Dadurch entsteht eine Gerade, die in Abhänigkeit des Konzentrationsverhältnisses das Signalverhältnis angibt.

Durch die Umkehrfunktion kann für das erhaltene Signalverhältnis ein Konzentrationsverhältnis berechnet werden. 

Dieses Konzentrationsverhältnis muss anschliessend mit der Konzentration des IS multipliziert werden um auf den Gehalt des Analyten zu kommen.

Der Probe wird eine definierte Menge des Analyten beigegeben und die Signale verglichen. Bei komplizierten Probematrizen wird die Standardaddition häufig eingesetzt. Anschliessend wird das Resultat auf die Probe extrapoliert.

\(c_{Analyt} = { c_{Zusatz}\cdot S_0 \over S_1 - S_0}\)

S_0 = Signal des Analyten ohne Aufstockung

s_1 = Signal des Analyten mit Aufstockung

Das Signal ist dem Integral der Peaks proportional. Es hat also sowohl die Höhe als auch die Breite Einfluss auf die Menge des Analyten. Früh eluierte Peaks sind schmall und hoch, spät eluierte sind breit und klein. Das Lösungsmittel hat zudem noch einen Einfluss auf die Peakhöhe.

• für quantitative Bestimmung müssen Peaks aufgelöst (getrennt) sein
• Die Bestimmung der Peakhöhe ist der Flächenintegration in diesem Fall vorzuziehen
• Tailing (assymetrische Peaks) sollte vermieden werden

• mehr als 10 Datenpunkte
• kleine Zeitkonstante (schneller Ansprechverhalten im Detektor)
• kleiner Schwellenwert (Threshhold)
• wenig Rauschen
• Gerade Basislinie
• Genügend hohe Auflösung