Analytische Chemie 2

Die HPTLDC (high performance thin layer chromatography) unterscheidet sich in den folgenden Aspekten:

• Schichten mit kleineren Partikeldurchmessern ->höhere Effizienz
• Gezielter Einsatz von instrumentellen Methoden ->grösstenteils automatisiert und damit reproduziert
• Möglichkeit der quanntitativen Analyse

Bei der Gaschromatographie werden die verdampften Analyten von einem interten Trägergas durch die Säule transportiert. Je nach Säulenzusammensetzung bzw. Wechselwirkungen zwischen Analyt und Säule wird der Analyt schneller oder langsamer durch die Säule wandern, wodurch eine Auftrennung erreicht wird. Das Trägergas geht als mobile Phase keine Wechselwirkungen mit den Analyten ein.

• Gaschromatographie an festen Phasen
  • feste stationäre Phase, Retention der Analyten aufgrund physikalischer Adsorption
• Gaschromatographie an flüssigen Phasen
  • Verteilung des Analyten zwischen einer gasförmigen mobilen und einer flüssigen Phase, die auf der Oberfläche eines interen Feststoffs immobilisiert ist.

Anstatt der Retentionszeit wird das Retentionsvolumen als Identifikationsmerkmal verwendet. Dadurch können unterschiedliche Volumenströme ausgeglichen werden.

\(V_R = F \cdot t_R\)

V_R = Retentionsvolumen

F = Volumenfluss der Säule [mL/min]

t_R = Retentionszeit

• relative Volatilität (Flüchtigkeit) -> je flüchtiger ein Stoff, desto tieferes Retentionsvolumen
• Wechselwirkungen mit der stationären Phase -> je grössere Wechselwirkungen, desto höheres Retentionsvolumen

Gase mit breitem Minimum werden bevorzugt, da dadurch die Kontrolle der Viskosität besser ist. Die Viskosität steigt dabei mit der Temperatur. Mit der Temperatur steigt auch die Fliessgeschwindigkeit.

Je tiefer der Dampfdruck des Gases ist, desto kürzer wird die Retentionszeit.

Stickstoff hat in der van-Deemter Kurve ein schmales Minimum. Das heisst, dass die Bodenzahl sich stark vermindert, wenn die Fliessgeschwindigkeit sich verändert. Durch eine tiefere Bodenzahl ist die Trennleistung der Methode verringert.

Wenn die Proben grosse Siedepunktsinvervalle aufweisen, lässt sich durch ein Temperaturprogramm die Peakbreite von Stoffen, die erst spät verdampfen verringern.

• Splitlose Injektion (a)
  • hier wird die gesamte Probe injziert. Das dafür benutzte Insertröhrchen wird bei einer höheren Temperatur als der Säulenofen gehalten, wodurch im Idealfall alle Probenbestandteile sehr schnell verdampfen.
• Split Injektion (b)
  • Um eine Überladung des Detektors zu vermeiden wird bei der Split Injektion nur ein kleiner Teil der Probe auf die Säule geladen. Dafür wird die Probe wieder gleich wie oben verdampft und zusammen mit dem Trägergas in zwei Portionen aufgeteilt. Übliche Splitverhältnisse sind 1:20 bis 1:100.
• Headspace Injektion
  • Probe wird verdampft und direkt aus der Gasphase injiziert.

• Gepackte Säulen
  • Die Mantel aus Glas, Metall oder Teflon sind mit Kieselgut, Molekularsieb, Aktivkohle oder einem organischen Polymer gefüllt. Auf diesem Träger ist ein Flüssigkeitsfilm aufgetragen. Durch Packung hat einen relativ grossen Druckabfall zur Folge, weshalb nur begrenze Fliessgeschwindigkeiten möglich sind.
• Kapillarsäulen
  • In träger- oder wandbeschichteter Ausführung erhältlich
  • Trägerbeschichtete Kapillaren sind innen mit einem dünnen Film eines Trägermaterials ausgekleidet, der mit der Flüssigen Phase überzogen ist.
  • Wandbeschichtete Kapillaren ist die Innenseite der Kapillaren mit einem Flüssigkeitsfilm beschichtet, der als stationäre Phase dient.

• Geringe Flüchtigkeit
• Thermische Stabilität
• Chemisch inert
• günstige LM-Eigenschaften

Werden oft chemisch gebunden oder quervernetzt, um die Lebensdauer zu erhöhen.

Ähnliche physikochemische Eigenschaften des Analyten und der stat. Phase führen zu einer langsameren Retention.

• Durch die Flamme des Detektors wird der Analyt ionisiert, wodurch ein messbarer Strom fliesst. 
• Die Sammelelektrode dient dabei als Anode, während die Düse und die Flammenspitze als Kathode wirken.

Wird angenommen, dass alle (Stör)Substanzen, die im LM enthalten sind, eine ähnliche Empfindlichkeit haben, kann durch die Verstärkung des Signals des Flammenionisators der prozentuale Anteil der Gesamtfläche wiedergegeben werden.

Bei der quantitativen Analyse mit GC werden häufig interne Standards eingesetzt. Dadurch können Irregularitäten bei der Injektion gut ausgeglichen werden.

• Absorptionspektroskopie: Die Absorbtion des Stoffs wird gemessen.
• Emissionspektroskopie: Die Emission eines Stoffs wird nach seiner Anregung gemessen. 

Der Extinktionskoeffizient gilt als Mass für die Absorption einer Substanz bei einer Weglänge von einem Zentimeter.

• Es dürfen nur verdünnte Lösungen benutzt werden, die weniger als ca. 0,01 M aufweisen.
• Moleküle, die in einem Gleichgewicht mit einem Reaktionspartner stehen können schlecht quantifiziert werden.
• Bei Trübungen in der Lösung (z..B. durch Biomasse) kann keine quantitative Messung durchgeführt werden.
• Streulicht (Licht von ausserhalb der Lichtquelle) oder polychromatisches Licht können eine Abweichung der linearen Charakteristik mit sich bringen.

Der Übergang zwischen Orbitalen kann nur stattfinden, wenn die Energie des Photons der Energiedifferenz der beiden Energieniveau entspricht. Je höher das Orbital ist, desto höher ist die dafür notwendige Energie.

Je mehr konjugierte Doppelbindungen ein Molekül enthält, desto höher ist die Wellenlänge, die es absorbiert.

Um den Stoff in den absorbierenden Bereich zu bringen, werden Reagenzien beigegeben, die mit dem Stoff reagieren und dadurch eine Absorption im UV/Vis Bereich ermöglichen.

Bei der Fluorezenz wird die Strahlungsenergie, die aufgenommen wurde, um ein Elektron in ein höheres Orbital zu bringen, wieder abgegeben. Dabei ist die Abstrahlung langwelliger als die Einstrahlung, da ein gewisser Teil der Energie als Vibration bzw. Wärme abgegeben wird. 

Bei tiefen Konzentrationen liegt ein linearere Zusammenhang vor, der bei höheren Konzentrationen abnimmt. Bei hohen Konzentrationen wird die Fluoreszenz von den Umliegenden Molekülen aufgenommen, weshalb die Intensität sogar abnehmen kann.

Moleküle bzw. funktionelle Gruppen haben einen charakteristischen Schwingungszustand. Dieser ist abhängig von Bindungsstärke, Masse etc. Durch Infrarotstrahlung, die der Schwingung einer Bindung im Molekül enspricht, kann der Schwingungszustand erhöht werden, wodurch die Strahlung absorbiert wird. Für jedes Molekül entsteht so ein charakteristisches Spektrum, in welchem die im Molekül enthaltenen funktionellen Gruppen erkannt werden können.

Damit die Energie der Infrarotstrahlung aufgenommen werden kann, muss ein Dipolmoment vorhanden sein, dass sich mit der Normalschwingung ändert.

Bei der Fourier-Transformations Infrarotspektroskopie wird ein beweglicher Spiegel verwendet, durch den die Intensität der Lichtquelle in Abhängigkeit von der Position x des Spiegels gemessen werden. Durch eine Fouriertransformation lassen sich nun die Spektra berechnen. 

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.