TENTAMEN Analytisk kemi (KD1120), 2008-06-03 OBS! Använd ett ark per uppgift. Skriv namn på varje ark. OBS! För varje uppgift anges maximalt antal poäng. För godkänt resultat fordras 28 poäng. En sjugradig betygsskala tillämpas enligt följande: Poäng Betyg 46 56 A 42 45 B 37 41 C 33 36 D 28 32 E 26 27 Fx 0 25 F Tänk på att vid frågor med flera svarsalternativ kan felaktiga uppräkningar medföra poängavdrag. Möjlighet till komplettering för att erhålla godkänt, betyg E, finns för den som ligger nära godkändgränsen. Med nära gränsen menas minst 26 poäng, betyg Fx. Kompletteringen sker muntligt efter överenskommelse med kursansvarig. Den som önskar komplettera skall kontakta kursansvarig inom en vecka efter det att vi på hemsidan meddelat att tentorna är rättade. (Tentorna kommer att vara färdigrättade senast 20080625.) För studenter registrerade på kursen före HT07 gäller kursnummer 3B1775. Poängskalan för betygen på 3B1775 är följande: 46-56 poäng ger betyget 5 37-45 poäng ger betyget 4 28-36 poäng ger betyget 3 0-27 poäng ger betyget U För komplettering (minst 36 poäng) se ovan. Hjälpmedel: Utöver penna och papper är endast kalkylator tillåten. Skriv på omslaget till tentan vilket kursnummer som gäller dig! LYCKA TILL!
1. För att ett golvmaterial ska kunna få Svanenmärkning (dvs dokumenterat miljövänligt) krävs att produkten/tillverkningen uppfyller ett antal krav när det gäller innehåll/utsläpp av farliga substanser. Exempelvis finns det ett gränsvärde på 2g/m 2 för utsläpp av organiska lösningsmedel vid tillverkningen. Materialet får heller inte avge organiska lösningsmedel efter utläggning på plats i bostäder och andra lokaler. a) Vid provtagning kan antingen slumpprov eller systematiska prov användas. Förklara principerna för dessa provtagningssätt. (2p) b) Skulle slumpprov eller systematiska prov vara lämpligast för att ta prov på utsläppen (i gasform) av organiska lösningsmedel från tillverkningen? Förklara! Beskriv också vad man måste tänka särskilt på för att inte få felvisande resultat. (4p) c) Delar av det färdiga golvet bör också testas innan det lämnar fabriken. Föreslå ett lämpligt sätt att bestämma hur stora golvbitar som behöver testas. (2p) 2. a) Golvbitarna som nämns i fråga 1c kan exempelvis läggas i en tät kammare och luftprov tas sedan ut därifrån. Proven analyseras för att undersöka hur mycket lösningsmedel som avges. Vilken teknik, vilken metod inom denna teknik och vilken utrustning bör användas för att analysera lösningsmedlen? Motivera ditt svar! (4p) b) Antimon, bly, kadmium och kvicksilver är också ämnen som inte får finnas i det Svanenmärkta golvet. Hur bör dessa ämnen analyseras? Ange lämplig teknik, metod och utrustning. Motivera valet! (4p) OBS! Du ska inte använda masspektrometri i något av problemen i 2 a) och b)! 3. Emission, absorption, fluorescens och fosforescens är de fyra grundläggande spektroskopiska principerna. a) Rita blockdiagram för instrumentering för var och en av de tre första principerna (em, abs, fl). (3p) b) För fluorescens och fosforescens ser blockdiagrammet för instrumenteringen lika ut. Vad är det istället som skiljer fluorescens och fosforescens åt? Förklara kortfattat! (1p) c) Rita ett blockdiagram för ett gaskromatografiskt respektive vätskekromatografiskt instrument. (2p) d) Detektorerna är inte desamma för GC som för LC. Vilken är den vanligaste detektorn för GC respektive LC? Vilken typ av analyter passar dessa detektionstekniker bäst för? (2p) 4. Nedan finns två analytiska problem beskrivna. Hur ska dessa lösas kromatografiskt? Vilken teknik (LC eller GC), vilken metod, vilken stationär-/mobilfas och vilken detektor bör användas (ej MS)? Motivera svaren! a) Forskare i USA har upptäckt att polyfenoler (föreningar med några aromatiska ringar och många hydroxylgrupper) som finns i tex vindruvor (såsom i restprodukter från vintillverkning) hämmar en munbakterie som ger upphov till karies. Olika typer av druvor och extrakt från dessa ska analyseras för att kartlägga polyfenolinnehållet.(4p) b) Glädjande nog sjunker halterna av nu förbjudna miljögifter som DDT och PCB i naturen. Dessvärre visar analyser av tex ägg från Sillgrissla (en havsfågel) att andra
oönskade ämnen ökar. Bland ämnen som måste analyseras finns bromerade flamskyddsmedel som hexabromcyklododekan (HBCD). (4p) 5. Det har visat sig att många privata brunnar innehåller bl.a. arsenik som är hälsovådligt. a) Föreslå en spektroskopisk absorptionsmetod du känner till för analys av arsenik i brunnsvatten. (1p) b) Vad behöver ingå i utrustningen då du ska analysera arsenik med den metoden, varför? (1p) c) Kan det innebära problem med ett hårt vatten dvs med relativt hög halt kalcium och magnesium. Ange vilka spektroskopiska störningar du i detta fall kan få problem med och hur man kan åtgärda dem. (4p) d) Vilken metod väljer du om du vill analysera flera metaller samtidigt i provet? Finns det några nackdelar med den metoden. (2p) 6. a) Du har optimerat en separation av två olika ämnen men separationen är trots det inte fullständig. Det som nu krävs är att byta till en längre kolonn. Den kolonn som först användes var 10 cm lång och den optimala flödeshastigheten var 0,5 ml/min, nedanstående värden erhölls för separationen. Substans retentionstid toppbredd Vatten(t m ) 2,05 min Ämne 1 13,2 min 63 sek Ämne 2 14,3 min 67 sek Hur lång måste den nya kolonnen vara för att få baslinjeupplöst R s värde? Hjälp: Antag att andra parametrar är konstanta. (3p) b) Vad skulle hända om man tog bort organfasen i mobilfasen i en separation? (1p) c) Provvolymen som injiceras mha provloop är liten men när provet når detektorn har provet breddats. Hur går breddningen till? (förklara kort, bilder kan underlätta) (4p) 7. a) Vilken typ av elektroder använder man ofta i sensorer? Varför? (2p) Det finns ett antal kriterier för att en sensor ska anses ha god/tillräcklig kvalitet. b) En av dessa kvalitetskriterier är selektiviteten. Vad innebär detta för en sensor? Hur kan man minska kravet på selektivitet? (2p) c) Ett annat kriterium är det dynamiska området. Hur definieras detta? Rita gärna en figur? (2p) d) Definiera också precision och riktighet för sensorer. (2p)
Svarshänvisningar omtentamen KD2010 080603 1. a) Slumpprov tas efter noggrann planering mha tex slumptabell efter att ha delat in tex utsläppsluften i segment i tid och volym. Systematiskt prov tas tex kontinuerligt varje timme eller var tusende utsläppt liter gas. b) Systematiska prov vore lämpliga så att man kan ha kontinuerlig kontroll på utsläppen. Man måste dock vara noggrann när man bestämmer provtagningsintervallet. Det måste vara tillräckligt tätt så att inget stort utsläpp missas och man måste undvika att införa systematiska fel som att alltid testa på natten, under ett särskilt skift eller en specifik utrustning etc. c) Olika stora bitar kan analyseras och spridningen undersökas. Den storlek som ger acceptabel spridning kan användas. Ingamells provtagningskonstant kan användas. 2. a) Kromatografi då många ämnen troligen behöver analyseras och därför separeras. Eftersom det är luftprov är GC lämpligt. FID kan användas generellt. Annan detektor kan användas som komplement om vissa lösningsmedel innehåller annat än rent kolväte. b) Spektroskopi då det är olika metallslag. Atomemissionsspektroskopi med ICP kan användas för flera element samtidigt men om lägre detektionsnivåer krävs kan atomabsorbtionsspektroskopi med grafitugn användas för var och ett av ämnena. 3. a) Se kompendiet för Kemisk mätteknik avsnitt S. b) Vid fosforescens sker en förbjuden energiövergång från triplett till singlett. Detta kommer därför att ske mycket långsammare och ge upphov till långvarigare ljusstrålning. c) GC bärgasbehållare, tryck-/flödesregulator, injektor, kolonn/ugn, detektor, datainsamling/utvärdering. LC vätskebehållare, gradientblandare, pump, injektor, kolonn, detektor, datainsamling/utvärdering. d) GC FID för kolväten, LC UV/VIS-abs för aromatiska ämnen eller andra ämnen med dubbelbindningar som absorberar i UV/VIS-området. 4. a) LC eftersom det är relativt stora substanser med hydrofila grupper. RP tex C18 pga de aromatiska ringarna med en polär mobilfas som anpassas för att ge tillräcklig retardation. UV pga aromaterna. b) GC eftersom ämnena rimligen kan fås i gasfas. Medelpolär till opolär kolonn som utgångspunkt och helium som mobilfas för snabba analyser med bibehållen effektivitet. ECD pga bromeringen. 5. a) AAS b) Hålkatodlampa med arsenik som ger den rätta smala emissionslinjen. c) Problem kan uppstå med spektrala störningar om Ca eller Mg har absorptionslinjer i närheten av As. Eftersom dessa metaller har myckket högre halt kan även linjer som motsvarar högre energiövergångar bli problem. Jonisationsstörningar kan också inträffa. Gör standardlösningar innehållande Ca och Mg för att få lika förhållanden eller använd standardtillsatsmetoden. Fysikaliska störningar är inte omfattande när det gäller vattenprover men även där
kan man använda standardtillsatsmetoden. Det är möjligt att det finns joner som kan ge upphov till kemiska störningar också vid analysen. Mot det kan också standardtillsatsmetoden vara en lösning. d) ICP. Dyrare apparatur och dyrare i drift pga stor förbrukning av argon. 6. a) Baslinjeupplöst R s 1,5 Beräkna först upplösningen med givna data, för den kortare kolonnen. R s 2( t W r 2 2 t + W r1 1 ) 2 (14,3 13,2) 63 + 67 60 1,015 Med hänsyn till antagandet n α 1 k R s n 4 α k + 1 H n L n H L R s H L H har antagits konstant R s L R R s1 s2 n n 1 2 1,015 10 L2 1,5 L 2 21,8 DVS 22 cm för att uppnå baslinjeupplöst. b) Antingen trycka in ämnena i stat.fasen eller hålla dom kvar i mob.fasen, beroende på om ämnena är polära eller opolära. Hålla ämnena lösliga och eluera ut ämnena genom fördelningen stat/mob-fas. c) Se föreläsning samt bok, angående van-deemter kurvan/ekvationen. 7. a) Jonselektiva elektroder. Man vill ha en snabb och enkel bestämning av ett specifikt ämne i ett mer eller mindre komplext prov.
b) Förmågan att endast detektera det intressanta ämnet. man kan använda multivariat kalibrering. Kompensera för interferenser genom selektivitetsfaktorer. c) Se handouts för föreläsning i potentiometri i Kemisk mätteknik. d) Precision - Spridning vid upprepad analys av samma prov. Riktighet Om svaret avviker från det rätta pga tex systematiska fel.