Algem ene inleiding
Doel
Het verwerven van een zo volledig mogelijk inzicht in de samenstelling van de materie
Als basiswetenschap: ontwikkelen en/of verfijnen van bestaande analytische technieken en/of
methoden.
Als hulpwetenschap: essentieel voor het beoefenen van talrijke wetenschappen, zoals biochemie,
klinische chemie, geologie, ecologie, …
Als toegepaste wetenschap: belangrijke economische rol
analyse van grondstoffen
controle industriële productie: opgelegde normen, dosering, zuiverheid
farmaceutische industrie, petrochemie, voedingsindustrie
Basisbegrippen
Specificiteit en selectiviteit
Een reactie is specifiek wanneer ze enkel opgaat voor het te doseren bestanddeel.
Een reactie is selectief wanneer ze een voorkeur vertoont voor het te doseren bestanddeel, maar
desondanks ook positief kan reageren op andere bestanddelen.
Gevoeligheid of sensitiviteit
De gevoeligheid van een test wordt bepaald door de
helling van de ijkcurve.
gevoeligheid = signaal per eenheidsconcentratie.
gevoeligheid = gemeten signaal / concentratie.
Karakteristieke concentratie:
Dit is de hoeveelheid van een te bepalen stof ( in µg) die
een absorbantie van 0,0044 (1% absorbantie)
teweegbrengt.
Detectielimiet en kwantificatielimiet
Detectielimiet:
Dit is de minimale concentratie van een
bepaalde stof die een signaal-‐over-‐ruis ratio
van 2 teweegbrengt.
Soms wordt er ook 3 keer de standaard
deviatie van het blanco signaal gebruikt
Betere parameter dan de gevoeligheid,
omdat het ook het achtergrondsignaal in
berekening neemt en niet enkel de signaal-‐
sterkte.
Kwantificatielimiet LOD: detectielimiet
Dit is de laagste concentratie die kwantitatief LOQ: kwantificatielimiet
bepaald kan worden en is gelijk aan 10 keer de LOL: lineariteitslimiet
standaard deviatie van het blanco signaal.
1
Samenvatting biochemische analyse -‐ algemene inleiding
,Blancobepaling
Dit is de bepaling van de fractie van het totaalsignaal dat niet te wijten is aan het te doseren
bestanddeel, bijvoorbeeld het deel van de absorptie die te wijten is aan het solvent.
Accuraatheid en precisie
Accuraatheid:
Dit is een maat voor de afwijking van de gemeten waarde tegenover de werkelijke waarde.
PROBLEEM IN DE ACCURAATHEID: verschuiving van het gemiddelde (µ).
Precisie:
Dit is een maat voor de reproduceerbaarheid van analyseresultaten
Intra-‐variatiecoëfficiënt: de gemiddelde afwijking tegenover het gemiddelde binnen dezelfde run
en dus onder dezelfde condities
Inter-‐variatiecoëfficiënt: de gemiddelde afwijking tegenover het gemiddelde bij verschillende runs
VC = SD/µ
PROBLEEM IN DE PRECISIE: stijging van de standaardafwijking (SD).
Indeling
Volgens de aard van analyse
Kwalitatieve analyse: beoogt identificatie, detectie of aantonen van de bestanddelen van een staal.
Kwantitatieve analyse: beoogt het bepalen van de relatieve hoeveelheid van één of meerdere
bestanddelen in een staal.
Volgens de monstername
Grootte van monstername:
macro-‐analyse > 100 mg > 100 µl
semi-‐micro-‐analyse 10-‐100 mg 50-‐100 µl
micro-‐analyse 1-‐10 mg < 50 µl
ultra-‐micro-‐analyse < 1 mg
Gehalte van het te bepalen bestanddeel:
hoofdbestanddeel > 1%
nevenbestanddeel 0,1 – 1%
sporen bestanddeel <0,1%
ultra-‐sporen bestanddeel ppt, ppb, ppm
Volgens de gebruikte techniek/methode
Chemische of klassieke meetmethoden:
Gebaseerd op een stochiometrische reactie tussen de te analyseren stof X en een reagens R onder de
vorming van een product P
2
Samenvatting biochemische analyse -‐ algemene inleiding
, maatanalyse (titrimetrie, volumetrie) : X + R P
gewichtsanalyse (gravimetrie): na precipitatie: X + R P⭣
na verluchting : X + R P⭡
fysioco-‐chemische of instrumentele methoden:
meting van een fysische of fysioco-‐chemische grootheid van het te analyseren monster, hetzij
rechtstreeks of in oplossing, al dan niet na een bijkomende chemische reactie.
Elektrochemische methoden: gebaseerd op de wisselwerking tussen chemische en elektrische
verschijnselen in elektrolytoplossingen.
Vb: potentiometrie, coulometrie
Optische methoden: gebaseerd op de wisselwerking tussen materie en lichtstraling.
Vb: spectrofotometrie, fluorimetrie
Radiochemische methoden: gebaseerd op het toepassen van radioisotopen in analyseprocessen
of het induceren van radioactiviteit in het te analyseren monster.
Vb: isotopendilutie, radioactief gemerkt AL, neutronen activering
Chromatografische analyse: scheidingstechniek gebaseerd op verschillen in migratiesnelheid
waarmee individuele componenten van een moleculair mengsel zich doorheen een stationair
medium bewegen o.i.v. een mobiele fase.
Biologische methoden:
gebaseerd op het gebruik van specifieke biomoleculen (enzymen, AL) of van biologische processen
die door het te bepalen bestanddeel worden beïnvloed.
Immunoprecipitatie technieken
Radio-‐immunologische technieken (RIA)
Enzymimmunobepaling (ELISA)
Fasen van een chemische analyse
1. Definiëren van het analyse probleem
2. Monstername
3. Voorbereiden van het monster
4. Procedures voor eliminatie van interferenties of aanrijken van de concentratie
5. De bepaling zelf
Fouten in kwantitatieve analyse
Elke stap kan een bron van fouten zijn. Vb: monstername, kalibratie, verdunningen, …
Systematische fouten
Instrumentele fouten
Methodische fouten
Persoonlijke fouten
Verwerpen van resultaten
o.w.v een sterke afwijking tegenover het gemiddelde (= outlier).
Een outlier mag pas verwijderd worden als:
De afwijking > 4 keer de gemiddelde afwijking
De afwijking > 3 keer de standaard deviatie
3
Samenvatting biochemische analyse -‐ algemene inleiding
, K alibratie
Kalibratie van de meetapparatuur
Is nodig op tijdens de analyse een accuraat signaal te meten.
Het gebeurt aan de hand van standaarden met een gekend meetsignaal
Bij veel moderne apparatuur gebeurt dit quasi automatisch
Kalibratie van de analyse methode
De kalibratiefunctie geeft de relatie tussen het door de apparatuur gegenereerde signaal y en de
concentratie van het te bepalen bestanddeel x: y = f(x).
De kalibratie wordt bekomen door een aantal stalen te meten met een gekend meetsignaal.
2 methoden:
Externe kalibratie: toegepast wanneer het gekomen signaal niet onderhevig is aan matrixeffecten.
Interne kalibratie: vereist wanneer het gegenereerde signaal in het te analyseren monster
onderhevig is aan matrix-‐ of chemische interferentie of wanneer de methode en/of meet-‐ apparatuur
het voorwerp is van veranderende experimentele parameters tijdens het verloop van de analyse.
Externe kalibratie (=directe kalibratie):
Éénpuntskalibratie:
Hierbij vergelijk je het signaal van je onbekende met het signaal van een kalibrator met gekende
concentratie.
𝐶𝑥 𝐶𝑠
= <=> 𝐶 𝐶𝑠 𝑥 𝑆𝑥
=
𝑆𝑥 𝑆𝑠 𝑥
𝑆𝑠
Nadelen: de lineariteit moet vooraf gecontroleerd zijn
de accuraatheid hangt slechts af van één ijkpunt
Meerpuntskalibratie (=ijklijn):
Maken van een verdunningsreeks vanuit een gekende stockconcentratie
Opstellen van een ijklijn + vergelijking opstellen
Concentratie van een onbekend staal berekenen (bekomen signaal in de vergelijking invullen)
Opmerkingen: nooit extrapoleren naar meetwaarden buiten de ijklijn (kleinere verdunning, …)
binnen het lineair gedeelte van de ijklijn blijven
voor sommige analyses bestaat er geen lineair verband → LOG nemen
4
Samenvatting biochemische analyse -‐ Kalibratie
Doel
Het verwerven van een zo volledig mogelijk inzicht in de samenstelling van de materie
Als basiswetenschap: ontwikkelen en/of verfijnen van bestaande analytische technieken en/of
methoden.
Als hulpwetenschap: essentieel voor het beoefenen van talrijke wetenschappen, zoals biochemie,
klinische chemie, geologie, ecologie, …
Als toegepaste wetenschap: belangrijke economische rol
analyse van grondstoffen
controle industriële productie: opgelegde normen, dosering, zuiverheid
farmaceutische industrie, petrochemie, voedingsindustrie
Basisbegrippen
Specificiteit en selectiviteit
Een reactie is specifiek wanneer ze enkel opgaat voor het te doseren bestanddeel.
Een reactie is selectief wanneer ze een voorkeur vertoont voor het te doseren bestanddeel, maar
desondanks ook positief kan reageren op andere bestanddelen.
Gevoeligheid of sensitiviteit
De gevoeligheid van een test wordt bepaald door de
helling van de ijkcurve.
gevoeligheid = signaal per eenheidsconcentratie.
gevoeligheid = gemeten signaal / concentratie.
Karakteristieke concentratie:
Dit is de hoeveelheid van een te bepalen stof ( in µg) die
een absorbantie van 0,0044 (1% absorbantie)
teweegbrengt.
Detectielimiet en kwantificatielimiet
Detectielimiet:
Dit is de minimale concentratie van een
bepaalde stof die een signaal-‐over-‐ruis ratio
van 2 teweegbrengt.
Soms wordt er ook 3 keer de standaard
deviatie van het blanco signaal gebruikt
Betere parameter dan de gevoeligheid,
omdat het ook het achtergrondsignaal in
berekening neemt en niet enkel de signaal-‐
sterkte.
Kwantificatielimiet LOD: detectielimiet
Dit is de laagste concentratie die kwantitatief LOQ: kwantificatielimiet
bepaald kan worden en is gelijk aan 10 keer de LOL: lineariteitslimiet
standaard deviatie van het blanco signaal.
1
Samenvatting biochemische analyse -‐ algemene inleiding
,Blancobepaling
Dit is de bepaling van de fractie van het totaalsignaal dat niet te wijten is aan het te doseren
bestanddeel, bijvoorbeeld het deel van de absorptie die te wijten is aan het solvent.
Accuraatheid en precisie
Accuraatheid:
Dit is een maat voor de afwijking van de gemeten waarde tegenover de werkelijke waarde.
PROBLEEM IN DE ACCURAATHEID: verschuiving van het gemiddelde (µ).
Precisie:
Dit is een maat voor de reproduceerbaarheid van analyseresultaten
Intra-‐variatiecoëfficiënt: de gemiddelde afwijking tegenover het gemiddelde binnen dezelfde run
en dus onder dezelfde condities
Inter-‐variatiecoëfficiënt: de gemiddelde afwijking tegenover het gemiddelde bij verschillende runs
VC = SD/µ
PROBLEEM IN DE PRECISIE: stijging van de standaardafwijking (SD).
Indeling
Volgens de aard van analyse
Kwalitatieve analyse: beoogt identificatie, detectie of aantonen van de bestanddelen van een staal.
Kwantitatieve analyse: beoogt het bepalen van de relatieve hoeveelheid van één of meerdere
bestanddelen in een staal.
Volgens de monstername
Grootte van monstername:
macro-‐analyse > 100 mg > 100 µl
semi-‐micro-‐analyse 10-‐100 mg 50-‐100 µl
micro-‐analyse 1-‐10 mg < 50 µl
ultra-‐micro-‐analyse < 1 mg
Gehalte van het te bepalen bestanddeel:
hoofdbestanddeel > 1%
nevenbestanddeel 0,1 – 1%
sporen bestanddeel <0,1%
ultra-‐sporen bestanddeel ppt, ppb, ppm
Volgens de gebruikte techniek/methode
Chemische of klassieke meetmethoden:
Gebaseerd op een stochiometrische reactie tussen de te analyseren stof X en een reagens R onder de
vorming van een product P
2
Samenvatting biochemische analyse -‐ algemene inleiding
, maatanalyse (titrimetrie, volumetrie) : X + R P
gewichtsanalyse (gravimetrie): na precipitatie: X + R P⭣
na verluchting : X + R P⭡
fysioco-‐chemische of instrumentele methoden:
meting van een fysische of fysioco-‐chemische grootheid van het te analyseren monster, hetzij
rechtstreeks of in oplossing, al dan niet na een bijkomende chemische reactie.
Elektrochemische methoden: gebaseerd op de wisselwerking tussen chemische en elektrische
verschijnselen in elektrolytoplossingen.
Vb: potentiometrie, coulometrie
Optische methoden: gebaseerd op de wisselwerking tussen materie en lichtstraling.
Vb: spectrofotometrie, fluorimetrie
Radiochemische methoden: gebaseerd op het toepassen van radioisotopen in analyseprocessen
of het induceren van radioactiviteit in het te analyseren monster.
Vb: isotopendilutie, radioactief gemerkt AL, neutronen activering
Chromatografische analyse: scheidingstechniek gebaseerd op verschillen in migratiesnelheid
waarmee individuele componenten van een moleculair mengsel zich doorheen een stationair
medium bewegen o.i.v. een mobiele fase.
Biologische methoden:
gebaseerd op het gebruik van specifieke biomoleculen (enzymen, AL) of van biologische processen
die door het te bepalen bestanddeel worden beïnvloed.
Immunoprecipitatie technieken
Radio-‐immunologische technieken (RIA)
Enzymimmunobepaling (ELISA)
Fasen van een chemische analyse
1. Definiëren van het analyse probleem
2. Monstername
3. Voorbereiden van het monster
4. Procedures voor eliminatie van interferenties of aanrijken van de concentratie
5. De bepaling zelf
Fouten in kwantitatieve analyse
Elke stap kan een bron van fouten zijn. Vb: monstername, kalibratie, verdunningen, …
Systematische fouten
Instrumentele fouten
Methodische fouten
Persoonlijke fouten
Verwerpen van resultaten
o.w.v een sterke afwijking tegenover het gemiddelde (= outlier).
Een outlier mag pas verwijderd worden als:
De afwijking > 4 keer de gemiddelde afwijking
De afwijking > 3 keer de standaard deviatie
3
Samenvatting biochemische analyse -‐ algemene inleiding
, K alibratie
Kalibratie van de meetapparatuur
Is nodig op tijdens de analyse een accuraat signaal te meten.
Het gebeurt aan de hand van standaarden met een gekend meetsignaal
Bij veel moderne apparatuur gebeurt dit quasi automatisch
Kalibratie van de analyse methode
De kalibratiefunctie geeft de relatie tussen het door de apparatuur gegenereerde signaal y en de
concentratie van het te bepalen bestanddeel x: y = f(x).
De kalibratie wordt bekomen door een aantal stalen te meten met een gekend meetsignaal.
2 methoden:
Externe kalibratie: toegepast wanneer het gekomen signaal niet onderhevig is aan matrixeffecten.
Interne kalibratie: vereist wanneer het gegenereerde signaal in het te analyseren monster
onderhevig is aan matrix-‐ of chemische interferentie of wanneer de methode en/of meet-‐ apparatuur
het voorwerp is van veranderende experimentele parameters tijdens het verloop van de analyse.
Externe kalibratie (=directe kalibratie):
Éénpuntskalibratie:
Hierbij vergelijk je het signaal van je onbekende met het signaal van een kalibrator met gekende
concentratie.
𝐶𝑥 𝐶𝑠
= <=> 𝐶 𝐶𝑠 𝑥 𝑆𝑥
=
𝑆𝑥 𝑆𝑠 𝑥
𝑆𝑠
Nadelen: de lineariteit moet vooraf gecontroleerd zijn
de accuraatheid hangt slechts af van één ijkpunt
Meerpuntskalibratie (=ijklijn):
Maken van een verdunningsreeks vanuit een gekende stockconcentratie
Opstellen van een ijklijn + vergelijking opstellen
Concentratie van een onbekend staal berekenen (bekomen signaal in de vergelijking invullen)
Opmerkingen: nooit extrapoleren naar meetwaarden buiten de ijklijn (kleinere verdunning, …)
binnen het lineair gedeelte van de ijklijn blijven
voor sommige analyses bestaat er geen lineair verband → LOG nemen
4
Samenvatting biochemische analyse -‐ Kalibratie
