Kursuse YKA0060 Instrumentaalanalüüs kordamisküsimused-I osa (0)

Kursuse „YKA0060 Instrumentaalanalüüs“ kordamisküsimused (I osa)  
 
1. Analüütilise keemia definitsioon  
Analüütiline keemia - teaduslik distsipliin, mis arendab ja rakendab meetodeid, instrumente 
ja strateegiaid selleks, et saada infot nii aine koostise, iseloomu kohta ajas ja ruumis kui ka 
mõõtmise väärtustest. (Mis? Mis struktuuriga? Kui palju?) 
 
2. Elektromagnetilise kiirguse korpuskulaar-laineliseks dualism  
Elektromagnetilist kiirgust (nt nähtavat valgust) saab vaadelda nii laine kui ka osakesena. 
 
3. Elektromagnetlainete interferents ja difraktsioon  
Interferents - kaks kiirgusvoogu võivad üksteist kustutada või võimendada.    Difraktsioon - kiirgus ei levi sirgjooneliselt vaid “paindub nurga taha”.     
4. Energiaolekud ja üleminekute tingimus  
Energiaolekute üleminekutega kaasneb energia neeldumine (ergastus) või emissioon 
(relaksatsioon). 


Üleminekud toimuvad ainult siis, kui neelduv või emiteeritav energiahulk vastab täpselt 
energianivoode vahele. E1-E0 või E2-E0     
5. Elektromagnetiline spekter      
6. Neeldumise ja emissiooni spektrite seos  


  Neeldumise ja emissionni spektrid on seotud nii, et nad esinevad samadel lainepikkustel. 
Neeldumine esined kui me külmutame gaasi ning ta hakkab valgust absorbeerima. 
Emissioon toimub kui me kuumutame  gaasi ja ta hakkab valgust kiirgama. 
 
 
 
 
7. Kiirgusallikad spektroskoopias 
Peab olema intensiivne, stabiilne. Lambid, laserid. 
 
Pideva spektriga KA-d ​ - kiirgavad laias lainepikkuste vahemikus, milles erinevate  lainepikkuste intensiivsused on enam-vähem samad. Näiteks: Vesiniku/deuteeriumi lamp, 
Volframlamp, Xe lamp.    Joonspektriga KA-d ​ - produtseerivad teatud lainepikkustega kiirgust. Näiteks:  Gaaslahenduslamp, Hõõglamp, Laser. 


  8. Kindla lainepikkuse valimine filtrite abil  
Absorptsioonfiltrid ​ ​- lasevad läbi kiirgust kuni kindla (“äralõike”) lainepikkuseni või alates  mingist kindlast lainepikkusest. Filtri materjal varieerub. Läbilaskvus ainult 10%. Näiteks: 
värviline klaas.     
Interferentsfiltrid  ​- dielektriku (CaF2) sobiva laiusega plaat, mille pinnad on kaetud hõbeda  kihiga. Laseb läbi kiirgust üheainsa lainepikkuse ümber, kitsas ribas. Ülejäänud läbilaskeriba 
osad blokeeritakse absorptsioonfiltritega. Kihi paksus on ½ lainepikkust. Väga spetsiifiline, 
kasutatakse palju fluorestsentsil. 
 
9. Monokromaatori tööpõhimõte (difraktsioonivõre, prisma) 
Monokromaatori eesmärk – intensiivse valge valgusallika kiirgusest piisavalt konkreetse 
lainepikkusega komponendi eraldamine ehk kiirguse monokromatiseerimine.   
 
KA -> sisendpilu -> kollimaatorlääts (teeb kiirguse paralleelseks) -> dispergeeriv element 
(prisma/võre)(jaotab lainepikkuste järgi) -> fokuseerimislääts (koondab paralleelse kiirguse 
fokaaltasandisse pilu kujutistena) -> väljundpilu (selekteerib tarviliku lainepikkusega kiirguse)     


Prisma: 
Faasikiirus läbipaistvas materjalis sõltub valguse sagedusest. Murdumisnäitaja kasvab 
väiksemate lainepikkuste poole (sinine murdub rohkem kui punane). 
 
Difraktsioonivõre: 
Valguse teele asetatakse perioodiline struktuur, mille ruumiline periood on valguse 
lainepikkuse suurusjärgus, siis valgus kaldub sirgjooneliselt teelt kõrvale (tekib difraktsioon). 
Valgus koondub ainult üksikutesse kindlatesse suundadesse, mis omakorda hakkavad 
sõltuma lainepikkustest.    10.Proovi küvetid  
Proovi küvett - proovi lahuse anum.  ● Võrreldavad, ühesuguse pikkusega 
● Ei tohi neelata kiirgust 
● Pesemine lämmastikhappe või kuningveega, loputatakse ja kuivatatakse  toatemperatuuril.  ● Ei tohi jätta sõrmejälgi peale 
● Puhastamine metanooliga ja läätsede puhastuse materjalidega. 
● Valguse transportimisel raskesti ligipääsetava proovi juurde kasutatakse optilisi  kiude. 
  11.Detektorite eesmärk spektroskoopias. Fotoelektronkordisti tööprintsiip.  
Eesmärk:  ​valguse intensiivsus → lihtsasti mõõdetav signaal​ (elektriline, nt voolutugevus,  pinge) 
Fotoelektronkordisti ​ - toimub fotoelektronide voolu võimendamine elektronide sekundaarse  emissiooni kaudu. Fotoelektron suunatakse esimesele  ​dünoodile​. Elektroodide vahele on  rakendatud kiirendav pinge suurusjärgus 100V. Elektron saab piisava energia, et dünoodi 
pinnaga põrkudes lüüa välja mitu sekundaarset elektroni. Viimaseid kiirendatakse 
elektriväljas kuni nad põrkuvad järgmise dünoodiga jne. 
 
Tulemuseks võrdlemisi tugev, mürast selgelt eristuv vooluimpulss. 


   
 
 
12.Molekulaarse absorptsiooni spektroskoopia põhimõte  
Meetod põhineb ultraviolett või nähtava elektromagnetkiirguse intensiivsuse muutumisel, kui 
ta läbib lahust, mis on asetatud läbipaistvasse küvetti. 
 
13.Bouguer-Lambert- Beer´i seadus  
Uuritava aine kontsentratsioon on lineaarses sõltuvuses neelduvuse või läbilaskvusega. 
Seadus kehtib lahjades lahustes (C<0,01 M).     
 


14. Neelduvusteguri omadused  
Neelduvustegur  ​sõltub​:  ● esialgse valguse lainepikkusest 
● uuritavast ainest 
● kasutatavast solvendist ja lahuse pH-st 
● temperatuurist   
Neelduvustegur  ​EI SÕLTU​ aine kontsentratsioonist.   
 
 
15.UV-Vis elektronüleminekud orgaanilistes molekulides 
Kõik org. ühendid on võimelised neelama EM kiirgust, sest sisaldavad  ​valentselektrone​,  mida saab ergastada ja üle viia kõrgematele energiatasemetele.      
16.UV-Vis spektromeetri ehitus 
Lambid ​:  ●  Deuteeriumi/vesinikulamp (UV ala, 160-375 nm) - pidevspekter tekib deuteeriumi  elektrilisel ergastusel. Ergastatud molekul dissotsieerub vabastades UV footoni. 
D2 + Ee → D*2 → D’ + D” + hv  ● Volframlamp (nähtav ja IR ala, 320-2500 nm) - volframi traat kuumutatakse 2870K  juures. Emiteeritav kiirgus omab max intensiivsust u 1200 nm juures.   
Ühekiireline instrument ​:  Monokromaatorist väljuva kiirguse ette asetatakse nn tühiproov ja seejärel uuritav proov. 
100% neelduvus (A) seatakse blokeeritud kiirega (shutter). Tühiproov annab 0% neelduvuse 
ja peab sisaldama samu aineid, mis uuritav proov (nt lahusti). 


   
Kahekiireline ehitus: 
Monokromaatne kiir jagatakse kaheks, üks läbib tühiproovi, teine uuritavat lahust. Mõlemad 
proovid mõõdetakse ühesugustel tingimustel.     
17.Kuidas tekib absorptsiooni spekter  
1. Molekul neelab footoni hν ja ergastub M + hν → M*  
2. Ergastatud molekuli eluiga on 10-8 – 10-9 s  
3. Relakseerumisel muutub ergastav energia tavaliselt soojusenergiaks M* → M + soojus 
Samas võib see olla ka mõni fotokeemiline protsess (lagunemine) või 
fluorestsents/fosforestsents 
 
18. Seletage, miks riboflaviini lahus on kollast värvi 
Riboflaviin  ​peegeldab​ nähtavat valgust kollasele värvusele vastavatel lainepikkustel.  Lainepikkused u 300-500 nm absorbeeruvad (neelduvad). 


    19. Kvantitatiivne analüüs spektrofotomeetrias   ● Õige lainepikkuse valimine ​ - valitakse lainepikkus, mille juures neelduvus on  max.(meetodi maksimaalne tundlikkus).  ● Solvent ​ - uuritavas proovis ja tühiproovis sama.  ● Küvetid  ​- sõltuvalt lainepikkusest peab olema valitud õige küvett. Kristallpuhtad.  ● Sõltuvus A ja kontsentratsiooni vahel ​ - välisstandardi meetod (kalibreerimisgraafik).    20.Aatomspektroskoopia põhimõte  
Mõõdetakse vabade aatomite vastasmõju EM kiirgusega.  ● neelatud kiirgus (AAS) 
● emiteeritud kiirgus (AES) 
● fluorestsents kiirgus (AFS)  Kasutatakse elementide määramiseks (62 elementi). 
Mittemetallide määramiseks ei sobi! 
Ei reageeri aatomi erinevatele oksüdatsiooniastmetele. 
Eeltöötlus ja metallide lahusesse viimine. 
Väga tundlik (ppb). 
 
21.Seadme ehitus AAS-s  


Analoogne spektrofotomeetriga, mis mõõdab EM kiirguse absorptsiooni. Valgusallikaks 
spetsiaalne lamp ​ ja küveti asemel ​leek​, kus proovi molekulid atomiseeritakse.     
22.Õõneskatoodlamp. Valik ja ehitus.  
Katoodlamp koosneb volframist anoodist ja silindrilise kujuga katoodist. Katoodi materjal 
peab olema  ​sama, mis määratav aine​!! Lamp on täidetud inertgaasiga (Ne/Ar).Anoodi ja  inertgaasi kokkupuutepinnal inertgaasi molekulid ioniseeruvad ning liiguvad katoodi poole, 
kus löövad välja metalli aatomeid. Katoodi aine aurustub, atomiseerub, ergastub ja seejärel 
relakseerub ning kiirgab footoneid, andes iseloomuliku kitsa monokromaatse valgusspektri. 
 
Aatomite neelduvusjooned on äärmiselt kitsad (0.001 nm) ja seetõttu tavaliselt erinevate 
elementide neelduvusjooned ei kattu. See määrab meetodi ülihea selektiivsuse!     
23.Atomisatsioon leegis  


   
24.Absorptsiooni mõõtmise segajad AAS-s  
Spektraalsed:  ● Spektraalsed interferendid (muu elemendi kiirgus või leegis olevate oksiidide,  solvendi jms neeldumine).   Kõrvaldamiseks valitakse ergastuse lainepikkus, kus segamine puudub. 
 
Keemilised ​:  ● Leegis mitte dissotsieeruvate ühendite tekkimine. 
● Ionisatsioon (Ba, Ca, Sr, K, Na).  Kõrvaldatakse reagentidega, mis seovad segajat tugevamini kui analüüt. Ionisatsioon 
kõrvaldatakse ionisatsioonsupressori abil. 
 
25.Luminestsentsspektroskoopia põhimõte  
Molekul ergastatakse elektromagnetilise kiirguse neelamise kaudu ja seejärel molekul ise 
emiteerib energiakvante. 
Võimalik jälgida:  ● Ergastuse kiirguse lainepikkust 
● Emissiooni kiirguse lainepikkust   
   


26.Fluorestsentsi ja fosforestsentsi olemus (Jablonski diagramm)      
27.Stokes´i nihe     Stokes’i nihkeks nimetatakse vahet absorptsiooni ja emissiooni spektrite vahel. 
 
Kui süsteem absorbeerib footoni, siis ta saab energiat ja ergastub. Aga kui ta kiirgab 
footoni siis ta annab ära energiat ja soojust. Kui kiiratud footoni energia on vähem kui 
absorbeeritud footoni energia, siis seda energiate vahet nimetatakse Stokes’i niheks.  
 
Märkus üks: toimub soojuse äraandmine (vibreerimisel) 
 
28.Luminestsentsi soodustavad/pärssivad struktuursed faktorid  
Soodustavad faktorid:  ● Vähesed molekulid fluorestseeruvad kuid molekule saab tihti märgistada 
fluorestseeruvate funktsionaalsete rühmaega.  


● Molekul peab sisaldama konjugeeritud kaksiksidemeid, millega kaasneb 
π-elektronide delokalisatsioon ja nende võime ergastuda.    ● π-elektronide delokaliseeruvad rühmad on amino (-NH2 -NHCH3 , - N(CH3 )2 ,) 
-OH, -F, metoksü (-OCH3 ,). Need rühmad fluorestseeruvad.   ● Molekuli jäikus soodustab fluorestsentsi kuna energiat ei ole nii lihtne enam 
võnkumistele ja keskkonna soojusele anda.   ● Viskoossus soodustab fluorestsentsi, sest toimub vähem kokkupõrkeid  ● Fenantreen, bensopüreen ja fluoreen fluorestseeruvad hästi, bifenüül ei 
fluorestseeru     
Pärssivad faktorid:  1. π-elektronide lokaliseeruvad rühmad on  -Cl, -Br, -I, -HCOCH3 , -NO2 , -COOH.  Neid gruppe sisaldavad ühendid ei fluorestseeru.   2. Lahustid, mille molekulid sisaldavad kustutavad molekuli fluorestsentsi: -Br, -I,  -NO2, aga nad võivad suurendada fosforestsentsi. Antud funktsionaalsed rühmad 
indutseerivad magnetvälju, mis soodustavad tripletsesse olekusse üleminekuid 
(spinn pöördub kergemini)  3. Hapnik kustutab fluorestsentsi (fotokeemiline oksüdeerimine) 
4. Eksisteerib sõltuvus pH-st (suurendamine - intensiivsem fluorestsents.  Vähendamine - nõrgem fluorestsents).    
29.Seadme skeem selgitusega  
     
Source: Võib olla Xe, Hg, Laserid, Valgusdioodid. Valgus sattub monokromaatorisse, kus 
toimub lainepikkuse valimine. Siis valgus läbib proovi. Siis ta sattub detektori sisse 
(fotokordistid, CCD), kus toimub molekuli või tema laengu identifitseerimine. Teine pool 


valgust sattub monokromaatorisse number 2, kus jälle toimub lainepikkuse valimine ning 
lõpuks toimub fluorestsents. Möödetakse  fluorestsentsi spekter ja maksimaalse emisiooni 
lainepikkuse jaoks mõõdetakse ergastusspekter. 
 
Oluline! ​ Kiirguse allikad peavad olema kõrge intensiivsusega, stabiilsed, vastama  florofoori ergastusspektrile. 
 
Kolm sammu fluorestsentsi mõõtmisel:   1. Fluorestsentsi mõõtmisel varieeritakse ergastavat kiirgust, kuni tekib fluorestsents.  
2. Selle järel mõõdetakse teise monokromaatori abil fluorestsentsi spekter ja  maksimaalse emisiooni lainepikkuse jaoks mõõdetakse ergastusspekter.   3. Kolmandal korral mõõdetakse emissiooni maksimaalsel ergastusel.   
30.Kuidas tekib ergastus-emissioon spekter (3D spekter) 
Esimesel monokromaatoril valitakse ergastuse lainepikkus ja siis mõõdetakse kogu 
emisiooni spekter. Detektor – ribadetektorite süsteem (mitu detektorit järjest). Spektrid 
järjestatakse ergastuse lainepikkuse kasvu järgi.      
31.Mis on fluorestsentsi kvantsaagis?  
Iga neelatud energia kvant ei põhjusta fluorestsentsi. Fluorestsentsi efektiivsuse 
kvantitatiivseks näitajaks on fluorestsentsi kvantsaagis:    Kvantsaagise näitaja asub vahemikus 0 (fluorestsentsi ei ole) – 1 (kõik molekulid 
ergastatud olekus põhjustavad fluorestsentsi).  
 


 
32.Elektrokeemiline rakk  
    Ahela ühendamisel tekib elektrivool – elektronid liiguvad anoodilt katoodile 
tasakaalu tekkimiseni. Laengukandjad lahuses on ioonid, siseahelas– 
elektronid. 
 
33.Elektrokeemilise raku potentsiaal    


34.Võrdlus ja indikaatorelektroodid      
35.pH-meetri elektroodisüsteemi potentsiaal   


  36. Kuidas tekib membraani potentsiaal        


  37.pH meetri tööpõhimõte       38.Potentsiomeetrilise tiitrimise põhiidee (tiitrimiskõvera moodustamine)  


        Rakendused:  ● loodusliku, põhja- ja heitvee, värvilise ja häguse keskkonna pH;   ● kääritatud piimatoodete, liha, mahlade, jookide ja muude toiduainete pH;   ● Ioonide sisaldus analüüsitud proovis. Vase, hõbeda, elavhõbeda, tsingi, kaltsiumi, 
naatriumi, kaaliumi, ammooniumi, plii ioonide määramine.   ● Anioonide määramine (fluoriidid, kloriidid, bromiidid, jodiidid)   
39.Kromatograafia definitsioon  
Kromatograafia - ainete segu komponentideks lahutamine. Teostatakse kolonnis, mis on 
täidetud 


statsionaarse faasiga ja läbi mille voolab mobiilne faas. 
 
 
 
41. Kuidas tekib kromatogramm?      
42. Kromatograafilise piigi kuju      
43. Aine tsooni laiust määratavad faktorid  


   
45. Palun defineerige: retentsiooniaeg, retentsiooniruumala, surnud aeg      
46. Mida näitab asümmeetriafaktor?  
 


 
47. Protsessi lahutuvus (definitsioon, valem)      
 
48. Mahtuvusfaktor (definitsioon, valem)  
    Mahtuvusfaktor näitab kui tugevasti analüüt interakteerub statsionaarse faasiga.  
49. Selektiivsus (definitsioon, valem)  


  Selektiivsus – see on kromatograafilise süsteemi omadus „keemiliselt“ eristada kahte 
erinevat ainet 
50. Efektiivsus (definitsioon, valem)    Efektiivsus arvestab retentsiooniaega ja piigi laiust. On selge, et efektiivne kolonn on 
võimeline produtseerima kitsamaid piike lühema ajaga.