LM-Analytik, spektroskopische Methoden an der Karlsruher Institut für Technologie

Karteikarten und Zusammenfassungen für LM-Analytik, spektroskopische Methoden an der Karlsruher Institut für Technologie

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Voraussetzungen für die Richtigkeit der Stabilisotopenverdünnungsanalyse?

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Warum Stabilisotopenverdünnungsanalyse ?

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3D Ionenfalle: MS^n?

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Funktion und Aufbau eines Quadrupol Massenanalysators?

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Von welchen Faktoren hängt der Einsatz verschiedener Massenanalysatoren ab?
Welche gibt es?

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Probenvorbereitung AAS?

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Nicht-spektrale Interferenzen bei der AAS?

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spektrale Interferenzen bei der AAS?

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Kalibrierung der NIR?

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Qualitative/quantitative Einsatzmöglichkeiten der IR?

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Ober- und Kombinationsschwingungen in der IR?

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Welche Arten von Schwingungen sind für die IR-Spektreninterpretation besonders nützlich?

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LM-Analytik, spektroskopische Methoden

Voraussetzungen für die Richtigkeit der Stabilisotopenverdünnungsanalyse?
1. vergleichbare Extrahierbarkeit der isotopologen Verbindungen
2. stabile und vollständige Markierung der Standardsubstanzen 
3. möglichst geringe spektrale Überlappung
4. Minimierung/Vermeidung von Isotopeneffekten 
Um 2 – 4 zu erfüllen, müssen verschiedene Synthesestrategien für die internen Standardsubstanzen eingesetzt werden

LM-Analytik, spektroskopische Methoden

Warum Stabilisotopenverdünnungsanalyse ?
– Stabilisotopenverdünnumgdanalyse ist bei GC-MS und LC-MS bei richtiger Durchführung ideal, um 
+ Analytverluste bei Probenaufreinigung 
+ matrixinduzierte Ionensuppression (besonders bei LC-ESI-MS)
auszugleichen
+
– stabilisotopenmarkierte (2H, 13C, 15N) Analoga der Analyten werden als interne Standardsubstanzen eingesetzt
– sollen sich während gesamter Analyse wie Analyten verhalten, können durch MS-Detektion unterschieden werden

LM-Analytik, spektroskopische Methoden

3D Ionenfalle: MS^n?
– tandem-in-time: nur ein MS-Analysator wird eingesetzt
– Ionenselektion, Fragmentierung, Produkt-Ion-analyse laufen nicht räumlich, sondern zeitlich voneinander getrennt ab
– Isolierung einer Ionenspezies durch Entfernung aller anderer m/z aus der Falle 
– Stoßfragmentierung aller Ionenspezies
– Massenanalyse der entstandenen Fragmente
– theoretisch n-fache Wiederholung möglich, begrenzt durch Häufigkeit des ursprünglich vorhandenen Vorläufer-Ions
– realistisch: MS^3 oder MS^4

LM-Analytik, spektroskopische Methoden

Funktion und Aufbau eines Quadrupol Massenanalysators?
– Stabilität der Flugbahn eines Ions lons mit definiertem m/z in Quadrupol wird durch die angelegte Wechselspannung V sowie das Verhältnis U/V bestimmt
– für jede Kombination an Einstellungen können nur Ionen in einem engen m/z -Bereich den Quadrupol passieren 

LM-Analytik, spektroskopische Methoden

Von welchen Faktoren hängt der Einsatz verschiedener Massenanalysatoren ab?
Welche gibt es?
– Hochauflösung gewünscht?
– Analyse einfach geladener Polymere, z.B. Bei MALDI
– Empfindlichkeit
– Platzbedarf
– Budget
Derzeit am häufigsten eingesetzt:
Quadrupol, Ionenfalle, Flugzeitanalysator, Hybridgeräte (Kombinationen daraus)
Sonst noch:
Magnetsektorfeld, 
Neueste Entwicklung für Routine: Orbitrap

LM-Analytik, spektroskopische Methoden

Probenvorbereitung AAS?
– Probe muss in wässriger Form (bei Flammen- AAS zwingend erforderlich) in Atomisierungseinheit eingebracht werden -> Aufschlüsse
§64 LFGB L00.00-19/1 Druckaufschluss:
+ Aufschluss mit 65% Salpetersäure in druckstabilen Gefäßen (zb aus PTFE mit Quarzeinsätzen) (Nassveraschung)
+ geschlossenes Gefäß mit Probe und HNO3, zb bei 300°C erhitzen
+ für Messung auf definiertes Volumen einstellen
+ anstelle von Druckaufschlüssen mit konventioneller Heizung können sie auch mittels Mikrowellenheizung erfolgen (bis zu 1000 W)
+ Graphitrohrtechnik: Blut, Urin, etc können auch direkt gemessen werden; aber: Matrixeffekte besonders berücksichtigen!

LM-Analytik, spektroskopische Methoden

Nicht-spektrale Interferenzen bei der AAS?
– Vorgänge, die zu einer Verminderung der Zahl der gasförmigen Atome im Grundzustand im Absorptionsvolumen führen
Transport-Interferenzen, durch zB unterschiedlich viskose Lösungen (zb Zerstäuber)
Verdampfungsinterferenzen 
+ zu bestimmendes Element wird durch Begleitsubstanzen bei niedrigen Temperaturen verflüchtigt (Graphitrohr)
+ Bildung von geringflüchtigen Verbindungen (zb. Ca) in Gegenwart von Sulfat oder Phosphat
Gasphaseninterferenzen
+ Dissoziationsgleichgewichte (zwischen Verbindung und freien Atomen)
+ Anregungsgleichgewichte (zwischen Atomen im Grund- und angeregten Zustand)
+ Ionisationsgleichgewichte (zwischen Atomen und Ionen)

LM-Analytik, spektroskopische Methoden

spektrale Interferenzen bei der AAS?
Überlappung von Atomlinien verschiedener Elemente (selten, da schmale Emissions-/Absorptionslinien)
-> Lösung: Wahl anderer Linie
– Absorption von Strahlung durch Moleküle (Breite Absorptionsbanden)
Streuung von Strahlung an Partikeln
– spektrale Interferenzen durch Absorption/Streuung an Molekülen/Partikeln bei Graphitrohrofen oft größer als bei Flammenatomisierung
-> Maßnahmen zur Untergrundkorrektur:
+ Untergrundkompensation mit Kontinuumstrahlern (zB Deuteriumlampe)
+ Zeeman-Untergrundkompensation

LM-Analytik, spektroskopische Methoden

Kalibrierung der NIR?
– NIR-absorptionsbanden sind idR wegen vielfältiger Überlappungen breit
– keine Wellenzahl, bei der von einem Substanzgemisch nur eine Komponente absorbiert
Kalibrierung erforderlich:
+ NIR = sekundäre Methode, Spektren müssen mit Referenzmethoden verglichen werden
-> äußerst aufwendige Kalibrierung mit bis zu mehreren hundert Proben nötig
Chemometrie erforderlich:
+ wesentliche Informationen aus großen Datenmengen werden durch mathematische Methoden herausgefiltert
+ z.B. PCR (Principal Component Regression) oder PLS (Partial Least Square) -Verfahren

LM-Analytik, spektroskopische Methoden

Qualitative/quantitative Einsatzmöglichkeiten der IR?
– MIR sehr gut geeignet für Klassifikation von Substanzen
– Quantifizierung möglich, grundsätzlich gilt Lambert-Beer’sches Gesetz, aber:
+ häufig Abweichungen von Lambert-Beer
+ häufig überlappende Absorptionssignale wegen überlappender Spektren
+ umständliche Korrektur Verluste durch Solvens und Zelle (Streuung, Absorption), Verwendung der gleichen Zelle für Analyt und LM, da unterschiedliche Zellen wegen der kurzen Wegstrecke und veränderlicher Zellfenster zumeist unterschiedlich sind 

LM-Analytik, spektroskopische Methoden

Ober- und Kombinationsschwingungen in der IR?
– 1. OS wird bei fast genau der doppelten Wellenzahl der Grundschwingung gefunden
– Bandenintensitäten der Oberschwingungen nehmen wegen geringerer Übergangswahrscheinlichkeiten mit zunehmender Schwingungsquantenzahl ν stark ab
– Kombinationsschwingungen: ein Photon regt simultan zwei Einzelschwingungen an, Frequenz der Kombinationsbande entspricht etwa der Summe oder Differenz der beiden Grundschwingungen

LM-Analytik, spektroskopische Methoden

Welche Arten von Schwingungen sind für die IR-Spektreninterpretation besonders nützlich?
– wichtig: Schwingungen, die in erster Näherung funktionellen Gruppen / Einzelbindungen entsprechen
– Gerüstschwingungen verursachen Banden bei niedrigerer Energie (<1500 cm^-1), erschweren Zuordnung lokalisierter Banden durch Überschneidung

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