Instrumentele Analyse
ALGEMENE INLEIDING TOT INSTRUMENTELE ANALYTISCHE CHEMIE
Wat is analytische chemie?
= Kwalitatieve en kwantitatieve karakterisatie van stalen
- Kwalitatieve analyse: aanwezige bestanddelen in staal identificeren
- Kwantitatieve analyse: gehalte of concentratie van één of meerdere substanties in staal doseren
Voor beide analysetypes kan het noodzakelijk zijn de verschillende componenten aanwezig in een staal
voorafgaandelijk te scheiden.
Þ Analytische chemie omvat methodes voor scheiding, identificatie en dosage van substanties in een
analytisch staal.
In de Farmacie: bepaling van de structuur en moleculairgewicht van organische substanties/GM
Belangrijke aspecten
- Representatieve staalname (geen eenduidig antwoord, wel richtlijnen)
- Adequate staalvoorbereiding
- Juiste analysemethode
® Kwantificatielimiet
® Selectiviteit/specificiteit
® Accuraatheid
® Precisie
® Monstercapaciteit
⤷ Accuraat: meetresultaten heel dicht bij werkelijke waarde
⤷ Precies: te maken met spreiding van x aantal metingen = spreiding op herhaalde uitvoeringen
SPECTROSCOPISCHE EN SPECTROMETRISCHE TECHNIEKEN
INLEIDING
Spectroscopie versus Spectrometrie
Spectroscopie: kwalitatieve analyse
- Structuur/identiteit van organische substanties bevestigen
- Structuur/identiteit van organische substanties ophelderen
Spectrometrie: kwantitatieve analyse
Meetprincipe van spectroscopie/-metrie
Wisselwerking van elektromagnetische straling (EMS) met bepaalde energie-inhoud (E) met materie
(atomen/moleculen)
⤷ Deze wisselwerking wordt geregistreerd onder de vorm van een spectrum van atoom/molecule
Identiteit van een atoom/molecule
Atoom: identiteit eenduidig
1
,Molecule: identiteit door structuur bepaald (molecule = som van verschillende elementen)
Organische molecule opgebouwd uit:
- C-skelet (= geraamte van molecule)
⤷ Verzadigde ketens
⤷ Onverzadigde ketens
⤷ Aromatisch skelet
⤷ Heterocyclisch skelet
- Functionele groepen (worden gevormd door atomen of atoomgroepen die in de koolwaterstof binding
1 of meer H-atomen vervangen)
Þ Sleutelelementen die mee gaan bepalen wat er nu geabsorbeerd wordt.
⤷ Bv. Hoeveel C’s, hoeveel dubbele bindingen, aromatisch…
Structuurbevestiging/opheldering
- Molecuulspectroscopie
- Belangrijkste technieken:
1. Ultraviolet- & zichtbaar licht (UV/VIS)
⤷ Absorptie van EMS uit UV/VIS-gebied van het stralingsspectrum wordt bestudeerd
2. Fluorescentie
⤷ Emissie van UV/VIS EMS na voorafgaande absorptie van EMS uit UV-gebied van het
stralingsspectrum wordt bestudeerd
3. Infraroodspectroscopie
⤷ Absorptie van EMS uit IR-gebied van het stralingsspectrum wordt bestudeerd
4. Nucleair magnetische resonantiespectroscopie
⤷ Absorptie van radiogolven + magnetisch veld
5. Massaspectroscopie
⤷ Geen EMS, wel ionisatie/fragmentatie
Vaak nodig de 4 spectroscopische technieken te combineren om tot volledige structuuropheldering te
komen.
⤷ Zo krijgt men perfect beeld van verband tussen structuur van molecule en interactie met de E van EMS.
Opmerking i.v.m. zuiverheid staal:
- Mengsel van substanties
⤷ Mengspectrum
⤷ Moeilijk tot onmogelijk te interpreteren
⤷ Opzuivering (destillatie, scheiding…)
Þ Belang van scheidingstechnieken
THEORETISCHE ACHTERGROND VAN SPECTROSCOPIE
Zichtbaar licht (VIS)
Maakt klein gedeelte uit van gehele elektromagnetisch spectrum
Bij absorptie van een EMS uit het zichtbare gebied, vertoont de absorberende oplossing de
complementaire kleur (vb. een oplossing die rood licht absorbeert, is groen)
2
,Elektromagnetische Straling (EMS)
EMS wordt op 2 manier beschreven
- Golftheorie: beschrijft de gang van EMS door een medium
- Kwantentheorie: beschrijft de wisselwerking van EMS met materie
(EMS = verzameling van deeltjes, kwanten = fotonen)
EMS volgens de golftheorie
EMS beschreven als lopende golfbeweging met voortplantingsrichting x
In elk punt dat door straling wordt gepasseerd worden 2 loodrecht op elkaar staande wisselende velden
opgewekt
- Elektrisch veld in de Y-richting
- Magnetisch vel in de Z-richting
In een gewonde stralingsbundel komen alle oriëntaties van Y en Z voor, in gepolariseerde straling slechts
1 oriëntatie van Y (of Z) aanwezig.
Þ EMS met golflengte l en amplitude A
A = lengte van de elektrische (magnetische) vector bij het maximum van de golf
= Maximale sterkte van het wisselend elektrisch/magnetisch veld gedurende
een cyclus
l = lineaire afstand tussen 2 successieve maxima (of minima) of tussen 2
opeenvolgende punten in dezelfde trillingstoestand (afhankelijk van aard van
straling)
Grootheden die EMS als golfbeweging beschrijven
- Snelheid
⤷ Afhankelijk van het medium waarin golf zich voortbeweegt
⤷ Symbool: c (vacuum) = 2,998.108 m/s (lichtsnelheid)
⤷ Symbool: u (medium)
⤷ SI-eenheid: m/s
⤷u<c
- Amplitude
⤷ Symbool: A
⤷ Intensiteit van EMS = product van beide amplitudes (I = A2)
- Periode
⤷ Symbool: P
⤷ SI-eenheid: s
⤷ Tijd nodig voor 1 trillingscyclus
3
, - Frequentie
⤷ Symbool: v
⤷ SI-eenheid: 1/s (Hz)
⤷ Aantal cycli per s door een punt, bepaalt aard van EMS
⤷ Onafhankelijk van het medium
⤷ Wordt bepaald door de stralingsbron
- Golflengte
⤷ Symbool: l
⤷ SI-eenheid: m
⤷ Lineaire afstand tussen 2 opeenvolgende punten in dezelfde trillingstoestand, of tussen 2
opeenvolgende minima/maxima
⤷ Afhankelijk van aard van straling van medium waarin straling zich voortbeweegt
- Golfgetal
⤷ Symbool: s
⤷ SI-eenheid: 1/m
⤷ Aantal golven per lengte-eenheid in vacuüm
⤷ = 1/ lvac
⤷ Dus Afhankelijk van het medium
UV/VIS vaak golflengte
IF vaak golfgetal
Formule’s:
c = v . lvac
u = v . lmed
opm. u < c wegens interactie met elektronen van het medium
EMS volgens de kwantentheorie
EMS beschreven als stroom deeltjes, ook fotonen of kwanten genoemd
⤷ E = h . v = h . c/l
Mogelijke eenheden voor energie (E):
- SI: Joule (J)
⤷ h = 6,625 . 10-34 J.s/kwant
= Constante van Planck
- erg
⤷ 1 erg = 10-7 J
- eV
⤷ 1 eV = 1,602 . 10-19 J
- cal
⤷ 1 cal = 4,1868 J
Eigenschappen van EMS
1. Terugkaatsing (reflectie)
⤷ Fenomeen dat volgens golftheorie beschreven wordt
⤷ Wanneer EMS een nieuw medium (niet-transparant medium) treft, wordt deze straling
teruggekaatst in het oorspronkelijke medium
2. Breking (refractie)
⤷ Fenomeen dat volgens golftheorie beschreven wordt
⤷ Wanneer EMS een nieuw medium (transparant medium) treft, wordt deze straling gebroken
⤷ Gekarakteriseerd door brekingsindex n = c/u (vacuüm naar materie)
⤷ n1,2 = u1/u2
⤷ Wanneer u2 < u1, medium 2 is optisch dichter (meer interactie met elektronen medium)
4
ALGEMENE INLEIDING TOT INSTRUMENTELE ANALYTISCHE CHEMIE
Wat is analytische chemie?
= Kwalitatieve en kwantitatieve karakterisatie van stalen
- Kwalitatieve analyse: aanwezige bestanddelen in staal identificeren
- Kwantitatieve analyse: gehalte of concentratie van één of meerdere substanties in staal doseren
Voor beide analysetypes kan het noodzakelijk zijn de verschillende componenten aanwezig in een staal
voorafgaandelijk te scheiden.
Þ Analytische chemie omvat methodes voor scheiding, identificatie en dosage van substanties in een
analytisch staal.
In de Farmacie: bepaling van de structuur en moleculairgewicht van organische substanties/GM
Belangrijke aspecten
- Representatieve staalname (geen eenduidig antwoord, wel richtlijnen)
- Adequate staalvoorbereiding
- Juiste analysemethode
® Kwantificatielimiet
® Selectiviteit/specificiteit
® Accuraatheid
® Precisie
® Monstercapaciteit
⤷ Accuraat: meetresultaten heel dicht bij werkelijke waarde
⤷ Precies: te maken met spreiding van x aantal metingen = spreiding op herhaalde uitvoeringen
SPECTROSCOPISCHE EN SPECTROMETRISCHE TECHNIEKEN
INLEIDING
Spectroscopie versus Spectrometrie
Spectroscopie: kwalitatieve analyse
- Structuur/identiteit van organische substanties bevestigen
- Structuur/identiteit van organische substanties ophelderen
Spectrometrie: kwantitatieve analyse
Meetprincipe van spectroscopie/-metrie
Wisselwerking van elektromagnetische straling (EMS) met bepaalde energie-inhoud (E) met materie
(atomen/moleculen)
⤷ Deze wisselwerking wordt geregistreerd onder de vorm van een spectrum van atoom/molecule
Identiteit van een atoom/molecule
Atoom: identiteit eenduidig
1
,Molecule: identiteit door structuur bepaald (molecule = som van verschillende elementen)
Organische molecule opgebouwd uit:
- C-skelet (= geraamte van molecule)
⤷ Verzadigde ketens
⤷ Onverzadigde ketens
⤷ Aromatisch skelet
⤷ Heterocyclisch skelet
- Functionele groepen (worden gevormd door atomen of atoomgroepen die in de koolwaterstof binding
1 of meer H-atomen vervangen)
Þ Sleutelelementen die mee gaan bepalen wat er nu geabsorbeerd wordt.
⤷ Bv. Hoeveel C’s, hoeveel dubbele bindingen, aromatisch…
Structuurbevestiging/opheldering
- Molecuulspectroscopie
- Belangrijkste technieken:
1. Ultraviolet- & zichtbaar licht (UV/VIS)
⤷ Absorptie van EMS uit UV/VIS-gebied van het stralingsspectrum wordt bestudeerd
2. Fluorescentie
⤷ Emissie van UV/VIS EMS na voorafgaande absorptie van EMS uit UV-gebied van het
stralingsspectrum wordt bestudeerd
3. Infraroodspectroscopie
⤷ Absorptie van EMS uit IR-gebied van het stralingsspectrum wordt bestudeerd
4. Nucleair magnetische resonantiespectroscopie
⤷ Absorptie van radiogolven + magnetisch veld
5. Massaspectroscopie
⤷ Geen EMS, wel ionisatie/fragmentatie
Vaak nodig de 4 spectroscopische technieken te combineren om tot volledige structuuropheldering te
komen.
⤷ Zo krijgt men perfect beeld van verband tussen structuur van molecule en interactie met de E van EMS.
Opmerking i.v.m. zuiverheid staal:
- Mengsel van substanties
⤷ Mengspectrum
⤷ Moeilijk tot onmogelijk te interpreteren
⤷ Opzuivering (destillatie, scheiding…)
Þ Belang van scheidingstechnieken
THEORETISCHE ACHTERGROND VAN SPECTROSCOPIE
Zichtbaar licht (VIS)
Maakt klein gedeelte uit van gehele elektromagnetisch spectrum
Bij absorptie van een EMS uit het zichtbare gebied, vertoont de absorberende oplossing de
complementaire kleur (vb. een oplossing die rood licht absorbeert, is groen)
2
,Elektromagnetische Straling (EMS)
EMS wordt op 2 manier beschreven
- Golftheorie: beschrijft de gang van EMS door een medium
- Kwantentheorie: beschrijft de wisselwerking van EMS met materie
(EMS = verzameling van deeltjes, kwanten = fotonen)
EMS volgens de golftheorie
EMS beschreven als lopende golfbeweging met voortplantingsrichting x
In elk punt dat door straling wordt gepasseerd worden 2 loodrecht op elkaar staande wisselende velden
opgewekt
- Elektrisch veld in de Y-richting
- Magnetisch vel in de Z-richting
In een gewonde stralingsbundel komen alle oriëntaties van Y en Z voor, in gepolariseerde straling slechts
1 oriëntatie van Y (of Z) aanwezig.
Þ EMS met golflengte l en amplitude A
A = lengte van de elektrische (magnetische) vector bij het maximum van de golf
= Maximale sterkte van het wisselend elektrisch/magnetisch veld gedurende
een cyclus
l = lineaire afstand tussen 2 successieve maxima (of minima) of tussen 2
opeenvolgende punten in dezelfde trillingstoestand (afhankelijk van aard van
straling)
Grootheden die EMS als golfbeweging beschrijven
- Snelheid
⤷ Afhankelijk van het medium waarin golf zich voortbeweegt
⤷ Symbool: c (vacuum) = 2,998.108 m/s (lichtsnelheid)
⤷ Symbool: u (medium)
⤷ SI-eenheid: m/s
⤷u<c
- Amplitude
⤷ Symbool: A
⤷ Intensiteit van EMS = product van beide amplitudes (I = A2)
- Periode
⤷ Symbool: P
⤷ SI-eenheid: s
⤷ Tijd nodig voor 1 trillingscyclus
3
, - Frequentie
⤷ Symbool: v
⤷ SI-eenheid: 1/s (Hz)
⤷ Aantal cycli per s door een punt, bepaalt aard van EMS
⤷ Onafhankelijk van het medium
⤷ Wordt bepaald door de stralingsbron
- Golflengte
⤷ Symbool: l
⤷ SI-eenheid: m
⤷ Lineaire afstand tussen 2 opeenvolgende punten in dezelfde trillingstoestand, of tussen 2
opeenvolgende minima/maxima
⤷ Afhankelijk van aard van straling van medium waarin straling zich voortbeweegt
- Golfgetal
⤷ Symbool: s
⤷ SI-eenheid: 1/m
⤷ Aantal golven per lengte-eenheid in vacuüm
⤷ = 1/ lvac
⤷ Dus Afhankelijk van het medium
UV/VIS vaak golflengte
IF vaak golfgetal
Formule’s:
c = v . lvac
u = v . lmed
opm. u < c wegens interactie met elektronen van het medium
EMS volgens de kwantentheorie
EMS beschreven als stroom deeltjes, ook fotonen of kwanten genoemd
⤷ E = h . v = h . c/l
Mogelijke eenheden voor energie (E):
- SI: Joule (J)
⤷ h = 6,625 . 10-34 J.s/kwant
= Constante van Planck
- erg
⤷ 1 erg = 10-7 J
- eV
⤷ 1 eV = 1,602 . 10-19 J
- cal
⤷ 1 cal = 4,1868 J
Eigenschappen van EMS
1. Terugkaatsing (reflectie)
⤷ Fenomeen dat volgens golftheorie beschreven wordt
⤷ Wanneer EMS een nieuw medium (niet-transparant medium) treft, wordt deze straling
teruggekaatst in het oorspronkelijke medium
2. Breking (refractie)
⤷ Fenomeen dat volgens golftheorie beschreven wordt
⤷ Wanneer EMS een nieuw medium (transparant medium) treft, wordt deze straling gebroken
⤷ Gekarakteriseerd door brekingsindex n = c/u (vacuüm naar materie)
⤷ n1,2 = u1/u2
⤷ Wanneer u2 < u1, medium 2 is optisch dichter (meer interactie met elektronen medium)
4
