Detektion. Grundläggande analytisk farmaceutisk kemi, 9 hp Apotekarprogrammet. Jakob Haglöf

Storlek: px

Starta visningen från sidan:

Download "Detektion. Grundläggande analytisk farmaceutisk kemi, 9 hp Apotekarprogrammet. Jakob Haglöf"

Kristina Lind
för 4 dagar sedan
Visningar:

1 Detektion Grundläggande analytisk farmaceutisk kemi, 9 hp Apotekarprogrammet Jakob Haglöf Institutionen för Läkemedelskemi

2 Mål för Detektion Bas: Gymnasiekunskaper (Kemi I och II). Tidigare kurs Biofysikalisk kemi med matematik med avseende på spektroskopi Kursmål från Biofysikalisk kemi: redogöra för olika typer av molekylär spektroskopi, diffraktion och andra experimentella metoder relevanta inom det farmaceutiska och biovetenskapliga områden samt tillämpa dessa kunskaper Innehåll från Biofysikalisk kemi: Experimentella metoder behandlar de teoretiska bakgrunderna, inklusive kvalitativ analys, för molekylära spektroskopiska metoder (IR, UV-VIS, NMR), spridningstekniker (ljusspridning och röntgendiffraktion), ultracentrifugering och masspektroskopi, med de olika metoderna. Grundläggande analytisk farmaceutisk kemi: Redogöra för de grundläggande principerna för spektroskopi (för kvantitativa och kvalitativa analyser). 2

3 Del 1 Överblick Detektion Principer för detektion Instrumentuppbyggnad Tillämpning inom analys UV-Vis spektroskopi Fluorometri Atomemissionsspektrofotometri Atomabsorbtionsspektrofotometri Del 2 Del 3 Vi behöver ett öga för kvantitativa och kvalitativa analyser Masspektrometri

7 Kapitel 13 (High Performance Liquid Chromatography): 13.5.1 (DAD), 13.5.2 (Fluorescence) Kapitel 16 (Mass Spectrometry): 16.

4 Litteratur Detektion Introduction to Pharmaceutical Chemical Analysis (Hansen) Kapitel 6 (Introduction to Spectrocopic Methods): [repetition] Kapitel 7 (UV Spectrophotometry): Kapitel 9 (Atomic Spectroscopy): Kapitel 13 (High Performance Liquid Chromatography): (DAD), (Fluorescence) Kapitel 16 (Mass Spectrometry): , , , 16.13, och Kurskompendium B Absorptionsspektroskopi: s Fluorimetri: s

5 Innehåll Detektion 1 Introduktion till spektroskopi Ljusabsorbans och excitation (en repetition) Kvantitativa och kvalitativa analyser UV/Vis spektroskopi Detektionsprincip Instrumentering Kort kring tillämpning Flourometri Detektionsprincip Instrumentering Kort kring tillämpning 5

6 Introduktion till spektroskopi Kvantitativa och kvalitativa analyser Vilken koncentration av ämne X innehåller lösningen? Vilket/vilka ämnen innehåller lösningen? 6

7 Introduktion till spektroskopi Men molekyler strävar efter att återgå till en lägre energinivå, avges som värme eller emission/fluorescens Denna princip nyttjas vid flurometri Ett högre energitillstånd kallas exciterat tillstånd. Denna princip nyttjas vid UV/Vis spektroskopi En introduktion till spektroskopi och ljusets egenskaper ges också i Kompendium B. 7

8 Introduktion till spektroskopi Excitation H C H O = n = = n-elektroner Elektroner som deltar i kovalent bindning Icke-bindande yttre elektroner (syre, kväve, svavel, halogener) 8

9 Introduktion till spektroskopi Excitation antibindande antibindande Energy n * n * n icke-bindande bindande bindande * och n * viktigast i UV-VIS-spektroskopi 9

10 Introduktion till spektroskopi Emission vibrationsrelaxation S 1 Energy Absorption Fluorescens S vibrationsrelaxation 10

11 Introduktion till spektroskopi Kvantitativa och kvalitativa analyser 11

Spalt (minskar våglängdsbandet som som går genom provet) Provkyvett (Innehåller provlösningen) Detektor (Mäter

12 UV/Vis spektroskopi Detektionsprincip och instrumentering Lampa (wolfram för synligt ljus, deuterium för UV-ljus) Lins (fokuserar det infallande ljuset) Monokromator (Sorterar ut ett smalt våglängdsband (l 1 - l 2 ) som går genom provet) Spalt (minskar våglängdsbandet som som går genom provet) Provkyvett (Innehåller provlösningen) Detektor (Mäter intensiteten på strålningen efter passage genom provet) monokromator detektor lins lampa provkyvett registrering av signal 12

13 UV/Vis spektroskopi Detektionsprincip och instrumentering Bandspektrum observeras för organiska molekyler p.g.a. överlappande energinivåer 13

UV/Vis spektroskopi Detektionsprincip och instrumentering c = koncentration absorberande ämne (M) b = kyvettlängd (cm) e = molär absorptivitet (M -1 cm -1 ) Vad påverkar värdet på e?

14 UV/Vis spektroskopi Detektionsprincip och instrumentering c = koncentration absorberande ämne (M) b = kyvettlängd (cm) e = molär absorptivitet (M -1 cm -1 ) Vad påverkar värdet på e? En proportionalitetskonstant beskriver sannolikhet för absorption Vilka molekyler kan absorbera ljus? - Flera dubbelbindingar (πbindingar) - Konjugation och aromaticitet (absorbans vid lägre λmax) 14

15 UV/Vis spektroskopi Detektionsprincip och instrumentering Lambert-Beers lag gäller om: Monokromatiskt ljus används (en ) Provet innehåller endast en substans som absorberar ljus vid aktuell Lösningsmedlets absorbans är låg vid aktuell Absorbansen ligger i intervallet 0,2 0,9 (ströljus/liten skillnad I 0 och I) 15

16 UV/Vis spektroskopi Detektionsprincip och instrumentering Kromofor strukturelement som orsakar ljusabsorption Auxokrom strukturelement som ökar e eller ökar max 16

17 UV/Vis spektroskopi Faktorer som påverkar absorbans 17

18 UV/Vis spektroskopi Faktorer som påverkar absorbans max kan variera med ph Fenylefedrin 18

19 UV/Vis spektroskopi Effekten av polykromatiskt ljus Varför vill man mäta vid λmax? 19

20 UV/Vis spektroskopi Isosbestisk punkt Om ett ämne med absorbans omvandlas till ett annat med absorbans vid en reaktion, t.ex en syra-bas jämvikt, finns en våglängd där ämnena har samma molära absorbans (e isos ): isosbestiska punkten. Det kan bland annat användas vid kvantifiering av syra- och basformen av en substans eftersom e (ε isos ) då är lika och därmed ej beroende av ph! Beers lag: A = e isos b ([HX] + [X - ]) 20

21 UV/Vis spektroskopi Diod array detektorn Kallas en array uppställning av fotodiodrar som detekterar intensitet på ljuset som träffar dem. En kontinuerlig strålning transmitteras genom provet Varje diod mäter vid en specifik våglängd Mer information kring denna typ av detektor ges i kapitel 7.4 (instrumentation) 21

22 UV/Vis spektroskopi Felkällor Instrumentfel Systematiska fel Användning av polykromatisk ljus Varierande spaltbredd Tillfälliga fel Grumliga provlösningar Luftblåsor på kyvettväggarna Smutsiga kyvetter Tidsvariationer i absorbansavläsningar Temperaturvariationer Cellpositionsfel Kemiska fel ofullständig reaktion störningar från nedbrytningsprodukter förskjutningar i kemiska jämvikter Temperaturändringar avdunstning av lösningsmedel fotokemiska reaktioner vid belysning med UV-ljus felaktiga blindprov

23 Fluorescens spektrofotometri Detektionsprincip och instrumentering vibrationsrelaxation Mätning av provets förmåga att utsända ljus Känslig metod låga halter kan bestämmas Energy S 1 Absorption Fluorescens Selektiv metod endast vissa ämnen kan fluorescera S vibrationsrelaxation 23

C N H O NH COOH COOH stark fluorescens svag - ingen fluorescens Plana molekyler svag - ingen fluorescens stark

24 Fluorescens spektrofotometri Detektionsprincip och instrumentering Konjugerade system Stela molekyler riboflavin reducerad form fenolftalein fluorescein H 3 C R1 N N O H 3 C R1 N H N O HO O HO O O H 3 C N O NH H 3 C N H O NH COOH COOH stark fluorescens svag - ingen fluorescens Plana molekyler svag - ingen fluorescens stark fluorescens Trans-stilben Fluorescens Selektiv metod endast vissa ämnen kan fluorescera Cis-stilben Ingen fluorescens 24

25 Fluorescens spektrofotometri Detektionsprincip och instrumentering CH 3 HO HN CH 3 O CH 3 O propranolol Inderal receptorantagonist H 3 C O naproxen Naprosyn NSAID OH 25

26 Fluorescens spektrofotometri Detektionsprincip och instrumentering Ex. Aminosyra Ex. Primär amin 26

27 Fluorescens spektrofotometri Detektionsprincip och instrumentering Lampa Flera Monokromator 1 Provkyvett ex F = KI 0 ebc 90 º K = konstant I 0 = intensitet hos infallande ljus e = molär absorptivitet b = kyvettlängd c = provets koncentration Flera Monokromator 2 em Detektor Jämför med Figur i boken Läs även (Fluorescens Detector) 27

28 Fluorescens spektrofotometri Detektionsprincip och instrumentering Faktorer som påverkar fluorescensen ph Typ av lösningsmedel Föroreningar Höga/låga provkoncentrationer Temperaturen Ändringar i kemiska jämvikter Quenchare - ämnen innehållande funktionella grupper t.ex. Cl, Br och I. Quencharen tar hand om överskottsenergin hos den exciterade molekylen. Emissionen minskar eller upphör. 28

29 Jämförelse UV/vis - fluorimetri Selektivitet -färre substanser kan fluorescera Känslighet grässtrå z x y kulle Absorptionsspektroskopi: grässtråets höjd = x y Fluorimetri: grässtråets höjd = z 29

30 Sammanfattning UV/vis Ljusabsorption i UV VIS p.g.a. elektronisk excitation Instrumentering Ämnen med konjugerade dubbelbindningar absorberar bra Absorbans proportionell mot koncentration Kemisk struktur och ljusabsorption Felkällor (instrumentfel och kemiska fel) Diod array detektorn 30

31 Sammanfattning Fluorometri Energiavgivning genom utsändning av ljus Det utsända ljusets intensitet är proportionell mot koncentrationen Instrumentering Ämnen som inte fluorescerar måste derivatiseras före detektion En mycket känsligare och selektivare metod än absorptionsspektroskopi 31

Relevanta dokument

SPEKTROSKOPI (1) Elektromagnetisk strålning. Synligt ljus. Kemisk mätteknik CSL Analytisk kemi, KTH. Ljus - en vågrörelse

SPEKTROSKOPI (1) Elektromagnetisk strålning. Synligt ljus. Kemisk mätteknik CSL Analytisk kemi, KTH. Ljus - en vågrörelse Kosmisk strålning Gammastrålning Röntgenstrålning Ultraviolet Synligt Infrarött Mikrovågor Radar Television NMR Radio Ultraljud Hörbart ljud Infraljud SEKTROSKOI () Kemisk mätteknik CSL Analytisk kemi,