ONDERZOEKSMETHODEN: THEMA 2 HOORCOLLEGES
SPECTROSCOPIE
Kleine moleculen, electrocyten en spoorelementen
Kleine moleculen: geneesmiddelen, drugs, hormonen, voeding (suikers, vetten, aminozuren,
afbraakproducten), signaaloverdracht, boodschappermoleculen
Elektrolyten: oplossingen van zouten, aanwezig in substantiele hoeveelheden
- Na+: betrokken bij transport van suikers en aminozuren
- H+: protonpomp, o.a. betrokken bij ATP-synthese en ion transport
- Ca2+: spiersamentrekking, botopbouw
Spoorelementen: elementen die hun functie in kleine hoeveelheden uitoefenen. Vaak
overgangsmetalen. Bijvoorbeeld heem (ijzer), vitamines (vitamine B12), cytochroom c (ijzer)
Intro spectroscopie
Spectroscopie: bekijken van materie door middel van het elektromagnetische spectrum. Er zijn
hier 2 soorten manieren voor: AAS en UV-Vis. UV en Visible spectrum staat centraal bij zowel:
- Elektrolyten: AAS
- Kleine moleculen: Absorptie en Fluorescentie
AAS (atoom absorptie spectrometrie): atomen met elektronen rond de kern kunnen UV/Vis-licht
absorberen en het uitstralen (fluoresceren) = kleur. Atomen worden aangeslagen waardoor
elektronen zich in een hogere schil gaan bevinden, als deze weer terug vallen komt er energie vrij
in de vorm van fotonen. Dit kan gedetecteerd worden en weergegeven in een spectrum. Dit
spectrum zal specifieke smalle pieken bevatten. Dit is het geval, omdat elektronen niet vibreren.
UV-Vis spectroscopie en spectrofluorimetrie: kleine moleculen met veel pi-
elektronen kunnen UV-Vis absorberen en een andere golflengte uitzenden.
o In oogstaafjes gaat rhodopsine van cis- naar transformatie: energetisch
gunstiger (geen sterische hindering meer). In dat eiwit zit een cis-retinal
molecuul, welke in staat is fotonen in het zichtbaar licht spectrum te
absorberen omdat het pi-elektronen bevat -> van cis naar trans.
Hierdoor komt er een reactieve site vrij wat een reactie induceert.
* De pi bindingen worden antibindend waardoor hij kan gaan draaien
o Door UV-licht kan er tryosine dimerisatie plaatsvinden. Hierdoor zal de
dubbele helix structuur van het DNA aangetast worden.
o UV-licht is belangrijk omdat onze huid het gebruikt voor vitamine D
aanmaak. Melanine, geproduceerd door melanocyten, is een
beschermend polymeerpigment dat UV-straling absorbeert en deze als
warmte afgeeft, zodat het licht geen schade kan toebrengen.
Beperking spectroscopie: moleculen met zelfde elektronensysteem met zelfde backbone
electronensysteem (chromofoor, kan licht absorberen) hebben gelijke UV/Vis spectra. Ze lijken te
veel op elkaar om iets over de structuur te zeggen.
-> Oplossing: ander type energie (straling) gebruiken zodat klein
molecuul toch zijn structuurinformatie prijsgeeft. Bijvoorbeeld
bèta straling, x-ray (radionucliden), infrarood (IR) en NMR (MRI).
Zo kan je met bèta-straling de structuur (bv helix) bepalen
m.b.v. interferentiepatronen.
Weet je dat een verbinding in oplossing zit (mbv NMR/IR) dan kan je met UV/Vis de concentratie
bepalen mbv ijklijn calibratie.
,IR Spectroscopie
Infraroodstraling -> onzichtbare warmte
Infrarood zit links van het zichtbare spectrum (lage energie,
grotere golflengte)
Elektromagnetische straling is gekwantificeerd en straling
kan alleen worden afgeleverd (en geaccepteerd) in ‘units’
met energie. Zo’n energie unit is een foton.
- Korte golflengte: hoge energie
- Hoge frequentie: hoge energie
- Hoog golfgetal: hoge energie
Het kwantificeren van de hoeveelheid geabsorbeerde energie: lichtbron -> golflengte sensor
(monochromator) -> licht door sample -> lichtdetector
o Materiaal voor de cuvetten dat zelf geen IR absorbeert, dit
zijn zouten, dus geen vloeistof monsters
o Tegenwoordig wordt er een diamant kristal gebruikt, in het
kristal gaat het nog een paar keer heen en weer, het
monster leg je boven op het kristal -> klein signaal, maar
meting kun je vaker doen en middelen -> goed signaal
o T = I / I0
I0 = licht dat in het monster ingaat, I = licht dat eruit komt, T 100% = niks geabsorbeerd
Infraroodspectroscopie wordt ook wel vibratie spectroscopie genoemd: bindingen gaan
vibreren/resoneren wanneer ze energie absorberen
o Symmetrische strekvibratie, asymmetrische strekvibratie en buigvibratie
- Strekvibraties hebben een hogere energie dan een buigvibratie
o Hoe polairder de vibratiebinding, des te groter de verandering in dipoolmoment van het
molecuul, des te sterker de absorptie van de IR-straling is van het molecuul.
IR-spectrum
o X-as: piekpositie: sigma. Heeft te
maken met geabsorbeerde energie. De
plaats waar de piek is, geeft informatie
over de sterkte van de binding.
o Y-as: piekintensiteit: hoe efficiënter
de energie geabsorbeerd wordt, des te
polairder is de binding.
o Bij de pieken zijn er fotonen bij een bepaalde golflengte geabsorbeerd
o Fingerprint area: dit gebied is een beetje "te complex" voor interpretatie. Hoewel het wel
geschikt is voor het onderscheiden van twee samenstellingen.
o Gebruik correlatiegrafiek die de posities van de functionele groepen aangeven
o De afwezigheid van pieken is even belangrijk als de aanwezigheid van pieken
o Combineer uw resultaten met de resultaten van UV/VIS, NMR en MS
o Spectrale interpretatie:
- Type atomen aanwezig in organisch molecuul
- Type hybridisaties die mogelijk zijn voor de C-atomen
- Type bindingen die mogelijk zijn: negen bindingen kan je zien
in spectrum
o Voor de interpretatie, zie de correlatietabel, belangrijk:
, - Rond de 3000 kan je kijken hoe verzadigd de koolstofatomen zijn
- Rond de 1700 zit een carbonyl (C=O) groep
- De OH-groep (links van 3000) is breed, want die bevat H-bruggen
- Bij de OH van een carbonzuur zit het minimum rond de 3000
- Bij de OH van een alcohol zit het minimum rond de 3500
Stappenplan
Is de binding verzadigd of onverzadigd (enkele of dubbele bindingen aanwezig)?
Kijk daarvoor bij de 3000 cm-1 in het spectrum: alles rechts hiervan is C-C-H. Hoe meer naar links,
hoe hogere energie, dus meteen links van 3000 cm-1 is C=C-H en nog verder naar links is C≡C-H
Verzadigd Onverzadigd
Structuur C-C-H C=C-H C≡C-H
Orbitaal Sp3 Sp2 Sp
Energie Laagte Midden Hoogste, want Sp en s orbitaal
overlappen veel
Waar in Rechts van 3000 Meteen links van 3000 Ongeveer bij 3300
spectrum
Zijn er dubbele bindingen aanwezig (soort bevestiging van bovenstaande)? Is de C=C olefinisch of
aromatisch (benzeenring aanwezig)?
Je hebt twee soorten dubbele bindingen met C, olfinic en aromatische. Olefinen zijn alkenen, dus de
normale C=C binding. Aromatische C-bindingen zijn verbindingen in een cirkeltje. Je kijkt naar de plek
van de piek en hoeveel pieken er zijn, om te bepalen welke soort dubbele binding je hebt.
Eigenlijk is het een boot of stoel structuur, dus asymmetrisch
SPECTROSCOPIE
Kleine moleculen, electrocyten en spoorelementen
Kleine moleculen: geneesmiddelen, drugs, hormonen, voeding (suikers, vetten, aminozuren,
afbraakproducten), signaaloverdracht, boodschappermoleculen
Elektrolyten: oplossingen van zouten, aanwezig in substantiele hoeveelheden
- Na+: betrokken bij transport van suikers en aminozuren
- H+: protonpomp, o.a. betrokken bij ATP-synthese en ion transport
- Ca2+: spiersamentrekking, botopbouw
Spoorelementen: elementen die hun functie in kleine hoeveelheden uitoefenen. Vaak
overgangsmetalen. Bijvoorbeeld heem (ijzer), vitamines (vitamine B12), cytochroom c (ijzer)
Intro spectroscopie
Spectroscopie: bekijken van materie door middel van het elektromagnetische spectrum. Er zijn
hier 2 soorten manieren voor: AAS en UV-Vis. UV en Visible spectrum staat centraal bij zowel:
- Elektrolyten: AAS
- Kleine moleculen: Absorptie en Fluorescentie
AAS (atoom absorptie spectrometrie): atomen met elektronen rond de kern kunnen UV/Vis-licht
absorberen en het uitstralen (fluoresceren) = kleur. Atomen worden aangeslagen waardoor
elektronen zich in een hogere schil gaan bevinden, als deze weer terug vallen komt er energie vrij
in de vorm van fotonen. Dit kan gedetecteerd worden en weergegeven in een spectrum. Dit
spectrum zal specifieke smalle pieken bevatten. Dit is het geval, omdat elektronen niet vibreren.
UV-Vis spectroscopie en spectrofluorimetrie: kleine moleculen met veel pi-
elektronen kunnen UV-Vis absorberen en een andere golflengte uitzenden.
o In oogstaafjes gaat rhodopsine van cis- naar transformatie: energetisch
gunstiger (geen sterische hindering meer). In dat eiwit zit een cis-retinal
molecuul, welke in staat is fotonen in het zichtbaar licht spectrum te
absorberen omdat het pi-elektronen bevat -> van cis naar trans.
Hierdoor komt er een reactieve site vrij wat een reactie induceert.
* De pi bindingen worden antibindend waardoor hij kan gaan draaien
o Door UV-licht kan er tryosine dimerisatie plaatsvinden. Hierdoor zal de
dubbele helix structuur van het DNA aangetast worden.
o UV-licht is belangrijk omdat onze huid het gebruikt voor vitamine D
aanmaak. Melanine, geproduceerd door melanocyten, is een
beschermend polymeerpigment dat UV-straling absorbeert en deze als
warmte afgeeft, zodat het licht geen schade kan toebrengen.
Beperking spectroscopie: moleculen met zelfde elektronensysteem met zelfde backbone
electronensysteem (chromofoor, kan licht absorberen) hebben gelijke UV/Vis spectra. Ze lijken te
veel op elkaar om iets over de structuur te zeggen.
-> Oplossing: ander type energie (straling) gebruiken zodat klein
molecuul toch zijn structuurinformatie prijsgeeft. Bijvoorbeeld
bèta straling, x-ray (radionucliden), infrarood (IR) en NMR (MRI).
Zo kan je met bèta-straling de structuur (bv helix) bepalen
m.b.v. interferentiepatronen.
Weet je dat een verbinding in oplossing zit (mbv NMR/IR) dan kan je met UV/Vis de concentratie
bepalen mbv ijklijn calibratie.
,IR Spectroscopie
Infraroodstraling -> onzichtbare warmte
Infrarood zit links van het zichtbare spectrum (lage energie,
grotere golflengte)
Elektromagnetische straling is gekwantificeerd en straling
kan alleen worden afgeleverd (en geaccepteerd) in ‘units’
met energie. Zo’n energie unit is een foton.
- Korte golflengte: hoge energie
- Hoge frequentie: hoge energie
- Hoog golfgetal: hoge energie
Het kwantificeren van de hoeveelheid geabsorbeerde energie: lichtbron -> golflengte sensor
(monochromator) -> licht door sample -> lichtdetector
o Materiaal voor de cuvetten dat zelf geen IR absorbeert, dit
zijn zouten, dus geen vloeistof monsters
o Tegenwoordig wordt er een diamant kristal gebruikt, in het
kristal gaat het nog een paar keer heen en weer, het
monster leg je boven op het kristal -> klein signaal, maar
meting kun je vaker doen en middelen -> goed signaal
o T = I / I0
I0 = licht dat in het monster ingaat, I = licht dat eruit komt, T 100% = niks geabsorbeerd
Infraroodspectroscopie wordt ook wel vibratie spectroscopie genoemd: bindingen gaan
vibreren/resoneren wanneer ze energie absorberen
o Symmetrische strekvibratie, asymmetrische strekvibratie en buigvibratie
- Strekvibraties hebben een hogere energie dan een buigvibratie
o Hoe polairder de vibratiebinding, des te groter de verandering in dipoolmoment van het
molecuul, des te sterker de absorptie van de IR-straling is van het molecuul.
IR-spectrum
o X-as: piekpositie: sigma. Heeft te
maken met geabsorbeerde energie. De
plaats waar de piek is, geeft informatie
over de sterkte van de binding.
o Y-as: piekintensiteit: hoe efficiënter
de energie geabsorbeerd wordt, des te
polairder is de binding.
o Bij de pieken zijn er fotonen bij een bepaalde golflengte geabsorbeerd
o Fingerprint area: dit gebied is een beetje "te complex" voor interpretatie. Hoewel het wel
geschikt is voor het onderscheiden van twee samenstellingen.
o Gebruik correlatiegrafiek die de posities van de functionele groepen aangeven
o De afwezigheid van pieken is even belangrijk als de aanwezigheid van pieken
o Combineer uw resultaten met de resultaten van UV/VIS, NMR en MS
o Spectrale interpretatie:
- Type atomen aanwezig in organisch molecuul
- Type hybridisaties die mogelijk zijn voor de C-atomen
- Type bindingen die mogelijk zijn: negen bindingen kan je zien
in spectrum
o Voor de interpretatie, zie de correlatietabel, belangrijk:
, - Rond de 3000 kan je kijken hoe verzadigd de koolstofatomen zijn
- Rond de 1700 zit een carbonyl (C=O) groep
- De OH-groep (links van 3000) is breed, want die bevat H-bruggen
- Bij de OH van een carbonzuur zit het minimum rond de 3000
- Bij de OH van een alcohol zit het minimum rond de 3500
Stappenplan
Is de binding verzadigd of onverzadigd (enkele of dubbele bindingen aanwezig)?
Kijk daarvoor bij de 3000 cm-1 in het spectrum: alles rechts hiervan is C-C-H. Hoe meer naar links,
hoe hogere energie, dus meteen links van 3000 cm-1 is C=C-H en nog verder naar links is C≡C-H
Verzadigd Onverzadigd
Structuur C-C-H C=C-H C≡C-H
Orbitaal Sp3 Sp2 Sp
Energie Laagte Midden Hoogste, want Sp en s orbitaal
overlappen veel
Waar in Rechts van 3000 Meteen links van 3000 Ongeveer bij 3300
spectrum
Zijn er dubbele bindingen aanwezig (soort bevestiging van bovenstaande)? Is de C=C olefinisch of
aromatisch (benzeenring aanwezig)?
Je hebt twee soorten dubbele bindingen met C, olfinic en aromatische. Olefinen zijn alkenen, dus de
normale C=C binding. Aromatische C-bindingen zijn verbindingen in een cirkeltje. Je kijkt naar de plek
van de piek en hoeveel pieken er zijn, om te bepalen welke soort dubbele binding je hebt.
Eigenlijk is het een boot of stoel structuur, dus asymmetrisch
