Instrumentaalanalüüs kordamine EKSAM I osa (0)

Instrumentaalanalüüs kordamisküsimused (I osa)
1. Analüütilise keemia definitsioon
Analüütiline keemia on teaduslik disipliin, mis arendab ja rakendab  meetodeid , instrumente
ja  strateegiaid  selleks, et saada infot nii aine koostise, iseloomu kohta ajas ja ruumis kui ka
mõõtmiste väärtusest.
2. Kromatograafia definitsioon
Kromatograafia on ainete segu komponentideks  lahutamise  meetod.
3. Teoreetiliste taldrikute mudel
Ainete segu lahutamine toimub ühendatud anumate süsteemis, kus on mingi hulk liikumatut
faasi ja ülejäänud liikuv faas. Kogu protsess on vaadeldud kahe faasi süsteemist. Kõigepealt
transporditakse   liikuvas   faasis   olev   gaas   esimesse   anumasse.Tekib   tasakaal   liikuvas   ja
liikumatus   faasis   olevate   molekulide   vahel.   Järgmisena   transporditakse   esimese   taldriku
liikuva faasi sisu teise taldrikusse ja esimese taldriku liikuva faasi ruumi täidab puhas liikuv
faas. Tekib uus tasakaal. Kolmandana transporditakse teise taldriku liikuvas faasis sisalduvad
komponendid kolmanda taldriku liikuvasse faasi ja esimese taldriku liikuva faasi vastav sisu
transporditakse teise taldriku liikuva faasi ruumi.
4. Kuidas tekib kromatogramm?
Kromatogramm - signaali intensiivsus vs aeg.
5. Kromatograafilise piigi kuju
Kromatograafiline    piik    kirjeldab   analüüdi   kontsentratsiooni   väärtuse   jaotust   tsooni   tsentri
suhtes. Ideaalis on piigi kuju sümmeetriline ja kirjeldatav Gausse funktsiooniga. Reaalsetes
eksperimentides on aine piik sageli asümmeetriline.
6. Aine tsooni laiust määratavad  faktorid
Aine tsooni laiust määratavad faktorid - molekulide erinevad  teepikkused   kolonnis ; tsooni
difusioon mobiilses faasis; massivahetus mobiilse ja  statsionaarse  faasi vahel.
7. Van Deemter´i võrrand
Seos teoreetiliste taldrikute kõrguse H ja mobiilse faasi  joonkiiruse  u vahel.
8. Palun defineerige: retentsiooniaeg, retentsiooniruumala, surnud aeg
Retsensiooniaeg tR - aeg alates proovi süstimisest kuni aine piigi  maksimumi  ilmumiseni
Retsensiooniruumala VR - mobiilse faasi ruumala, mis on vajalik kuni aine piigi maksimumi
ilmumiseni.
Surnud aeg tm  - aine retsensiooniaeg, kui puudub interaktsioon statsionaarse faasiga, liigub
sama kiiresti kui mobiilne faas.
10. Protsessi lahutuvus (definitsioon, valem)
Lahutuvus - kolonni võimsus lahutada kaks piiki.
11. Mahtuvusfaktor (definitsioon, valem)
Mahtuvusfaktor ehk retsensiooni faktor on piigi asukoha mõõduks kromatogrammil ning on
konstantne  antud tingimustes antud ühendile.
12. Selektiivsus (definitsioon, valem)
Selektiivsus - see on kromatograafilise süsteemi omadus ‘keemiliselt’ eristada kahte erinevat
ainet. 
13. Efektiivsus (definitsioon, valem)
Efektiivsus    arvestab    retsentsiooniaega   ja   piigi   laiust.   Teoreetiliste   taldrikute   arv   (N)   on
kolonni efektiivsuse numbriline näitaja.
14. Gaasikromatograafia põhimõte
Gaasikromatograafia on füüsikaline lahutusmeetod, kus segu komponendid jaotatakse kahe
faasi vahel, millest üks on liikumatu sorbent ja teine, kandegaas, liigub määratud suunas.
Segu   komponendid   liiguvad   läbi   kolonni   erineva   kiirusega.   Tulemusena   komponendid
eralduvad üksteisest, moodustades tsoone, mis on eraldatud puhta kandegaasi tsoonidega.
15. Milliseid aineid saab analüüsida gaasikromatograafiaga?
Saab   analüüsida   -   lenduvad   aineid,   väikseid   polaarseid   ja   mittepolaarseid   ühendeid,
termiliselt stabiilseid aineid ja aineid mille konts on kuni 1 ppg.
16. Lahutamise  mehhanism  GK-s
Adsorbent -gaas süsteem: analüüt adsorbeerub ja desorbeerub tahke faasi ja gaasifaasi vahel.
Vedelik-gaas süsteem: analüüt jaotub viskoosse vedela faasi ja gaasifaasi vahel.
17. Gaasikromatograafi ehitus (koos lühikirjeldusega)
Proov    sisestatakse   süstides   aurutisse,   kus   see    aurustub    ja   seejärel   juhitakse   teatud   osa
kandegaasi abil (mobiilne faas) läbi lahutuskolonni.
Proovi erinevad komponendid lahutuvad vastavalt nende jaotuskoefitsentidele statsionaarse ja
mobiilse faasi vahel.
Ainete tsoonid jõuavad detektorisse, kus mõõdetakse mingi füüsikaliskeemline parameeter ja
saadakse    signaal    =>   signaal   võimendatakse   ja   andmetöötluse   süsteem   genereerib
kromatogrammi
 
(koosneb
 
nulljoonest
 
ja
 
piikidest)
18. Kandegaasid GK-s ( sh.nõuded)
Kandegaas   -   tagab   maksimaalse   proovi   komponentide   lahutuvuse,   tagab   maksimaalse
detektori   tundlikuse,   on   madala   viskoossusega,   on   puhas   (vee   ja   hapnikuvaba),   pole
plahvatus -ohtlik ega odav. Tavaliselt N2, He, Ar ja vahel ka H2.
Mobiilne faas ehk kandegaas peab olema inertne statsionaarse faasi ja lahutatavate ainete
suhtes.
19. Proovi  sisestus  GK-s (sh ka proovi  jagamise  režiimid)
Manuaalne või autosampleriga - vedela proovi puhul.
Tahkefaasi   mikroesktraktsioon  -    Fiiber    asetatakse   nõela   sisse   =>   nõel   viiakse   proovi
lahusesse ja fiiber surutakse nõelast välja. Tasakaalu saavutamisel tõmmatakse fiiber tagasi
nõela sisse ja süstitakse gaaskromatograafi.
Termiline desorbtsioon - proov kogutakse mingi  adsorbendi  sisse ja asetatakse torusse =>
toru kuumutatakse ja samal ajal puhutakse läbi toru kandegaasi, mis viib eralduvad ained
lahutuskolonni.
Headspace  sisestamine  - proov asetatakse viaali ja viaal suletakse, vajadusel kuumutatakse.
Lenduvad komponendid difundeeruvad gaasifaasi. Taskaalu saavutamisel võetakse süstlaga
proovi gaasifaasist.
Split   (jagamisega)  -   sisestuskrambris   proov   aurustub   ja   ainult   väike   osa   jõuab
lahutuskolonni, ainult ca 1/20 osa proovist sisestatakse kolonni. Solvendi piik on suhteliselt
väike ja ei sega kromatogrammi interpreteerimist. Kasutatakse suurte kontside puhul.
Splitless (jagamiseta)  - proov aurustub kuumutatud sisestuskambris ja kogu proov viiakse
kandegaasi poolt lahutuskolonni; proov viibib aurutis rohkem aega; kromatogrammil ilmub
suur solvendi piik. Kasutatakse väga väikeste kontside puhul.
20. Lahutuskolonnid GK-s ja statsionaarsed  faasid
Täidiskolonn - täidetud adsorbendiga või inertse tahke kandjaga, mis on kaetud vedelfaasiga.
Suurem mahutuvus; madal lahutuvus; madalam tundlikkus; pikem analüüsi aeg; preparatiivne
rakendus .
Kapillaarkolonn  - tahke või vedel  statsionaarne  faas õhukese kihina on  kantud  kapillaari
siseseinale. Väiksem mahutuvus; kõrgem lahutuvus; kõrge tundlikkus; lühem analüüsi aeg;
Analüütiline rakendus.
Statsionaarses faasis ??
21. Isotermiline ja gradientkuumutamine GK-s
Isotermiline režiim (temp on  konstante ) - kui T on liiga madal siis  piigid  elueeruvad koos; kui
T on liiga kõrge siis piigid elueeruvad liiga kaua,  laiad  piigid.
Gradientkuumutamine - temp muutub analüüsi käigus. Analüüsi aeg on lühem ja piigid on
lahutatud ja on kitsad .
22. Detektorid ( leek -ionisatsioondetektor,  soojusjuhtivus , elektronhaarde)
Detektorid  on   tundlikud   analüüdi   suhtes,   on   kokkusobivad   erinevate   kolonnide   ja
kandegaasiga,   signaali   lineaarne   sõltuvus   kontsist,   temp.režiim   kuni   400C,   lühike
reageerimisaeg mis ei sõltu voolukiirusest, hea vastupidavus ja lihtne opereerida.
Leek-ionisatsioon- detektor   -   selektiivne   -   kasutatakse   orgaaniliste   ühendite   puhul,   mis
ioniseeruvad   vesiniku   leegis.   Gaasivoog   segatakse   õhu   ja   vesinikuga   ja   süüdatakse
elektriliselt. Mõõdetakse tekkivat voolu vesiniku  leegi  ja kollektori vahel
Soojusjuhtivus  -   universaalne   -   kasutatakse   ühendite   puhul,   mille   soojusjuhtivus   erineb
kandegaasi   soojusjuhtivusest.   Filament   -    traat ,   mis   on   valmistatud   plaatinast,    kullast    või
volframist.   Traat   kuumutatakse   ja   selle   takistus   sõltub   ümbritseva   keskkonna
soojusjuhtivusest.
Elektronhaarde-detektor  -   selektiivne   -   kasutatakse   ühendite   puhul,   mis   sisaldavad
halogeenaatomeid.   Laialt   kasutatav   detektor   keskkonnaseire   laborites,   kuna   võimaldab
selektiivselt detekteerida halogeene sisaldavaid aineid.
23. Retentsiooniindeksid (milleks? kuidas?)
Retsensiooniindeks   (I)   ehk   Kovatsi   indeks,   tundmatu   aine   identifitseerimiseks     (puudub
tunnusaine) kasutatakse retsensiooniindekseid. Analüüdi retsensiooni võrreldakse n-alkaanide
retsentsiooniga samas kolonnis ja samal temperatuuril.
Retentsiooniindeks sõltub vaid vedelfaasist ja kolonni temperatuurist. Laiade keemispiiridega
segude lahutamisel kasutatakse kolonni temperatuuri lineaarset programmeerimist. Siiski, ka
väga efektiivse kapillaarkolonni puhul võivad mõnede ühendite retentsiooniindeksid kokku
langeda ja sellepärast ei saa alati kindel olla identifitseerimise tulemustes. Sel juhul tuleks
kasutada   lisaks   teistsuguse   polaarsusega   kolonni   või   ka   massispektromeetria   abi.
Retentsiooniindeksite süsteeme kasutatakse tänapäeval ulatuslikult eriti lõhna- ja maitseainete
tööstuses ja naftaproduktide analüüsil.   
24. Vedelikkromatograafia põhimõte
Mobiilseks faasiks on vedelik, sobib kõikidele analüütidele mis lahustuvad vedelas faasis
(bioloogilised   ained,   anorgaanilised   ühendid),    retsensioon    sõltub   interaktsioonidest   nii
mobiilses kui ka statsionaarses faasis. Statsionaarse faasina kasutatakse väga peeneteralisi
kromatograafilise kolonni täidiseid. Peeneteraalise täidise suure takistuse tõttu tuleb proovi
elueerimiseks läbi kolonni kasutada survepumpa.
25. Madalefektiivne ja kõrgefektiivne VK (milles seisneb erinevus)
Madalefektiivne-VK:  madal   lahutuvus,   laiad   piigid,   pikk   analüüsiaeg.   Lihtne
konstruktsioon , odav. Täidetud suurte osakestega, kasutatakse madalat rõhku.
Kõrgefektiivne-VK: kõrge lahutuvus, kitsad piigid, lühike analüüsiaeg. Keeruline  aparatuur
ja kallis. Lahutuskolonnid on pakitud peenikeste osakestega,   kasutab opereerimisel kõrget
rõhku ja  suuremaid  vooluskiiruseid.
26. Vedelikkromatograafi ehitus
Koosneb solvendist, degasaatorist, pumpadest, sisestus, kolonn , detektor.
27. Tugevad ja nõrgad  mobiilsed  faasid (tooge näide)
Tugev mobiilne faas - solvent , mis viib kiiresti analüüdi läbi kolonni. Nt vesi
Nõrk mobiilne faas - solvent, mis viib aeglaselt analüüdi läbi kolonni. Nt  Heksaan
28. Isokraatne ja gradientelueerimine
Isokraatne elueerimine - eluendi koostis analüüsi käigus ei muutu. 
Gradient  elueerimine - eluendi koostis muutub analüüsi käigus. Sobib väga hästi keerulistele
ainete    segule ;   hea   lahutuvus   terve   kromatogrammi   ulatuses;   parem   tundlikkus   hiljem
elueeruvatel   piikidel.   Kuid   kromatograaf   vajab   binaarseid   pumbasüsteeme   ja   meetodi
väljatöötamine nõuab aega.
29. Normaalfaasi kromatograafia põhimõte
Statsionaarne faas on polaarne  ja mobiilne faas on mittepolaarne . 
Lahutamise mehhanism: analüüdi ja mobiilse faasi molekulid on ineraktsioonis silikageeli
hüdroksüülrühmadega   ja   konkureerivad   omavahel   adsorptsioonitsentrite   hõivamisel.
Analüütide   elueerimise   järjekord   toimub   polaarsuse   kasvu   järgi.   =>   Esimesena   väljub
MITTEPOLAARNE aine.
+ Töötab   seal   kus   teised   lahutamise    mehhanismid    ei   tööta,   sobib   preparatiivseks
analüüsiks
Retsensioon võib olla liiga tugev
Nõrga eluendi puhul: madala polaarsusega  eluent .
Tugeva eluendi puhul: keskmise polaarsusega eluent.
30. Pööratud faasi kromatograafia põhimõte
Mobiilne faas on polaarne ja statsionaarne faas on mittepolaarne. (vastupidi normaalfaasi
krom. põhimõttele).
Lahutamise   mehhanism:   polaarsed   molekulid   lahustuvad   paremini   mobiilses   faasis,   kui
statsionaarses faasis ja elueeruvad kiiremini, kui vähempolaarsed, mis lahustuvad paremini
statsionaarses faasis ja viibib selles faasis pikemat aega
Esimesena väljub POLAARSEM aine, mittepolaarne viibib kauem statsionaarses faasis.
Nõrga eluendi puhul: kõrge polaarsusega eluent.
Tugeva eluendi puhul: keskmise polaarsusega eluent.
31. Ioonvahetus  kromatograafia
Ioonvahetus   kromatograafia   kolonni   täidisele   on   kantud   ioonvahetus    tsentrid    -   laengu
rühmad.   Tsentrid   on   neutraliseeritud   vastasioonidega;   analüüdi    ioonid    tõrjuvad   välja
vastasioonid.
Kasutatakse    ioonsete    komponentide   eraldamisel   või   vahetamisel;   anorgaaniliste   ja
orgaaniliste ühendite vahetamisel; laetud bioloogiliste  proovide  puhastamisel.
32. Eksklusioonkromatograafia
Kasutatakse   makromolekulide   molekulaarkaalu   jaotuse   analüüsil.   Kolonni   täidised   on
poorsed  materjalid  - silikageel, poorne  klaas. Eluent - kus lahustub  analüüt.  Kasutatakse
bioloogiliste molekulide lahutamisel, molekulkaalu määramisel.
Kolonni täidise  poorsus  varieerub ja väga suured   molekulid ei mahu pooridesse, seetõttu
elueeritakse ruttu välja,väikesed molekulid difundeeruvad pooridesse ja nad elueeruvad välja
analüüsi lõpus, vahepealse suurusega molekulid sisenevad suurtesse pooridesse ja väikestesse
pooridesse   nad   ei   mahu   ning   nende   retsensiooniaeg   on   suurte   ja   väikeste   molekulide
vahepealne.
33. Afiinsuskromatograafia
Tahke   kandjaga   on   seotud   kovalentselt   ligand,   mis   selektiivselt   seob   teatud   proovi
komponente. Ülejäänud proov elueerub kolonnis sorbeerumata. Seotud ühendid elueeritakse
puhvriga, millel on suur soola konts. või kõrge pH väärtus. Kasutatakse ensüümide, valkude
ja peptiidide puhastamisel, viiruste ja rakkude  isolatsioonil .
34. Detektorid VK-s (koos lühikirjeldusega)
Murdumisnäitaja detektor  - madal selektiivsus - madal tundlikkus - kui analüüdi
refraktsiooniindeks erineb eluendi indeksist, siis saab ainet detekteerida.
UV/Vis detektor - hea selektiivsus - hea tundlikkus - saab detekteerida kõiki aineid
mis adsorbeerivad valgust vahemikus 190-900nm.
Fluoresetsentsdetektor  -  hea  selektiivsus -  suurepärane  tundlikkus  - on  võimalik
detekteerida kõiki aineid mis kiirgavad fluorestsensi.
Juhtivusdetektor  -   hea   selektiivsus   -   hea   tundlikkus   -   mõõdetakse   ioniseeritud
analüüte.
Elektronkeemiline   detektor  -   hea   selektiivsus   -   suurepärane   tundlikkus   -
mõõdetakse elektrivoolu mis tekib redoksreaktsioonide tulemusena.
Massispektromeetriline   detektor  -   suurepärane   selektiivsus   -   suurepärane
tundlikkus - proov ioniseeritakse ja mõõdetakse massi/laengu suhet.
35. Elektroforeesi definitsioon
Elektroforees - laetud osakeste liikumine vedelikus elektrivälja mõjul. 
36. Elektroosmootse voolu teke
Pingestatud    kapillaartorus    ei   hakka   liikuma   ainult   analüüsitavad   ioonid   vaid   ka
taustelektrolüüt/ puhver . Pingestamisel hakkavad lahuses olevad  prootonid  liikuma katioodi
poole => prootonid on solvateerunud ehk ümbritsetud vee molekulide kihiga ja tõmbavad
oma liikumisel kaasa kogu puhvri, seega voolab puhver nii öelda anoodilt katoodile.
37. Elektroosmoosi (EOF) liikumiskiirus
EOF liikumiskiirus on võrdeline keskkonna dielektrilise läbitavuse, elektrivälja tugevuse ja
kogu kapillaari seina laengust tingitud potensiaaliga.  Kui pingestamisel hakkavad lahuses
olevad prootonid liikuma katioodi poole, olles solvateerunud ning tõmbavad liikumisel kaasa
kogu puhvri, siis liiguvad puhver nö anoodilt katoodile = elektroosmoos.
38. Analüüdi iooni liikuvus
Liikumiskiirus   on   laenguga   osakeste   omadus,   mis   iseloomustab,   kui   kiiresti   liigub    ioon
puhvri ja elektrivälja kindla tugevuse juures. Iooni liikumine oleneb tõmbejõu ja takistusjõu
omavahelisest vastastikust jõust.
39. Kapillaarelektroforeesi aparatuur
Kapillaari  otsad  ja elektroodid on asetatud sisend-
ja väljundpuhvrite anumatesse. Proovi sisestamisel
asendatakse üks puhvri  anum  proovi anumaga.
40. Elektroforeesi  puhvrid
Puhvrite konts on enamasti 20-200 mM.  Kõrgema
kontsiga   puhvrid   annavad   halvema   lahutuvuse
Joule’i  soojusefektist  tingitud  puhvri temperatuuri
suurenemise tõttu. Madala kontsiga puhvrite korral
halveneb lahutuvus, kuna kasvab proovi difusioon ja suureneb  absorptsioon kapillaari seinale,
tulemusena piikide kuju muutub.  
Tavaliselt valitakse puhver nii, et puhvri pH oleks lähedane uuritava aine pKa väärtusega, et
see oleks suures osas ioniseeritud.
41.Kapillaartsoonelektroforeesi põhimõte
Kõige enam kasutust leidnud elektroforeesi liik. Toimub kvartstorus, kus ioonid migreeruvad
puhvris elektrivälja mõjul katoodi poole. Kõigepealt migreeruvad katoodid, siis neutraalsed
ühendid ja siis anioonid. Saab lahustada ainult puhvris dissotsieeruvaid ühendeid.
42. Mitsellaarne elektrokineetiline kromatograafia põhimõte
Saab   lahutada   neutraalseid   ühendeid.   Puhvrisse   lisatakse   pindaktiivseid   aineid   teatud
kontsentratsioonis   nn.   Kriitiline   mitsellaarne   konts.   Selle   kontsi   juures   moodustuvad
pindaktiivse aine molekulid mitselle. Hüdrofoobne saba on orienteeritud  mitselli  tsentrisse,
negatiivne ioonrühm - väljaspoole. Tekkiv  mitsell  on negatiivselt laetud. Lahutamise käigus
jaotuvad analüüdi neutraalsed molekulid mitsellide ja puhvri vahel.
43. Kapillaargeelektroforeesi põhimõte
Kasutatakse DNA ja RNA  fragmentide  lahutamiseks.  Fragmendid  saadakse lõigates DNA ja
RNA    spetsiifiliste    ensüümidega.   Lahutamine   toimub   geelis,   milles   on   kapillaarid.
Fragmendid märgistatakse fluorestseeruvate rühmadega; ergastatakse kasutades LED lampi;
emissiooni registreerib CCD  kaamera .
44.Elektrokeemiline  rakk
Elektrokeemia   -   analüütiline   meetod,   kus   kasutatakse   analüüdi   kontsi   määramiseks   või
analüüdi keemilise reakttiivsuse määramiseks potensiaali, laengu või voolu mõõtmist.
45.Elektrokeemilise raku potentsiaal
Elektrokeemilise rakku iseloomustavaks parameetriks on elektromotoorjõud.
Lahus-elektrood  piiril  tekib elektroodi potentsiaal.
Ühe   elektroodi   potentsiaali   mõõta   ei   saa.   Selleks   on   vaja   mõõta    indikaator -   ja
võrdluselektroodi potentsiaalide vahe - POT põhimõte.
46.Võrdlus ja indikaatorelektroodid
Võrdluselektrood   -   potentsiaal   on   konstantne   ja   ei   sõltu   mõõdetava   lahuse   koostisest.
Potensiaali väärtus on stabiilne ajas ja hea reprodutseeritavusega.
Indikaatorelektrood - potentsiaal muutub. On tundlik mingi mõõdetava lahuse komponendi
suhtes. Potentsiaal sõltub komponendi kontsist mõõdetavas lahuses.
47.pH-meetri elektroodisüsteemi potentsiaal ja 
48.
 
Kuidas
 
tekib
 
membraani
 
potentsiaal
a1=vesinikioonide aktiivsus uuritavas lahuses
a2=vesinikioonide aktiivsus võrdluslahuses
49.pH
 
meetri
 
tööpõhimõte
Vastavalt Nernsti võrrandile on membraani potentsiaali sõltuvus pH-st lineaarne ja muutub
59,16 mV võrra iga pH ühiku muutumise kohta. Praktikas võib graafiku tõus erineda. Tõusu
ja sisemembraani potentsiaali leidmiseks kasutatakse standard puhverlahuseid. Siis süsteem
parandab graafiku ja paneb paika võrrandi mille järgi hiljem tundmatu lahuse pH väärtust
määrata.
50.Potentsiomeetrilise   tiitrimise   põhiidee   (tiitrimiskõvera   moodustamine)graafia
definitsioon
POT tiitrimisel   jälgitakse   indikaatorelektroodi   potentsiaali   muutumist   tiitrimise   käigus,   et
teha   kindlaks   tiitrimise   ekvivalentpunkt.   Ekvivalentpunktis   on   potentsiaali   muutus   kõige
suurem. 
Ekvivalentpunkt   määratakse   kõige   järsema   muutuse   hüppe   järgi   tiitrimiskõveralt.   Kõver
kujutab endast mõõtelemendi elektromotoorjõu sõltuvust tiitrimisel lisatava lahuse mahust.