Lebensmittelanalytik I

Beispiele für Schritte um eine Probe in Bestandteile zu zerlegen

Homogenisieren, Filtrieren, Zentrifugieren, Lösen, Verdünnen, Entfärben, Fällen, Extrahieren, Aufschliessen, Chromatografieren, Derivatisieren, Anreichern (Aufkonzentrieren)

Welche Wellenlängen verursachen veränderte Molekülzustände?

IR: arbeitet mit infrarot (vibration) NMR: arbeitet mit radiofrequenz (kernspin)

Wozu kann die AAS Analyse benutzt werden?

- Elementanalytik - in LM: Spurenanalyse tox. Schwermetalle (e.g. Blei)

Was besagt die Michaelis-Menten Kinetik?

- Enzym & Substrat bilden einen Komplext - GGW ist rechts (Enzym & Produkt) - Km & V max kann mann bestimmen, wenn man 1/V vs 1/[S] als Gerade aufträgt

Wie kann man gelöste Störsubstanzen abtrennen?

- Extraktion - Trennung aufgrund der Verteilung von Analyten zwischen zwei nicht mischbaren Flüssigkeiten --> Flüssigkeit entfernen mit Pipette oder Hahn / Scheidetrichter - SPE: solid phase extraction, mit HPLC stationär Phase chromatografische Trennung

Wie kann man feste Störsubstanzen abtrennen?

- Filterpapier, Vakuumfiltter, Spritzfilter - Zentrifugation

Formel für Proteingehaltberechnung

- Jones-Faktor meistens 6.25 oder aus Tabelle

Wie funktioniert Kalibrierung mittels Standardaddition?

- Kalibrierung erfolgt in der Probe selbst 1. Probe messen, 2. Probe nach Zugabe bekannter Analytenkonzentration messen

Massenspektrometrie Wozu?

- Masse & Struktur von Molekülen bestimmen - Moleküle Identifizierten & Quantifizieren - Dopinganalysen, Umweltanalyse, Aromaforschung, Toxinanalytik etc.

Wozu wird Lebensmittelanalytik gebraucht?

- Proben auf Inhaltsstoffe, Zusatzstoffe, Schadstoffe analysieren - Forschung, Qualitätskontrolle, Überwachung sind daran interessiert

Welche Masssenanalysatoren gibt es fürs MS?

- Quadrupol ( 4 charged parallel rods -> electric field, scans through m/z ratios) - Time-of-flight (TOF) - weitere (ion trap, magnetic sector, FT-MS) --> oft von Massenzahl abhängig (mass to charge ratio)

Hilfsreaktionen bei der enzymatischen Bestimmung

- Reaktionsprodukte werden zu messbaren Produkte umgesetzt bevor der analyse (indirekte oder direkte Analyse) - Hexokinasen zur Aktivierung der Stoffe, mehrere Hilfsreaktionen nacheinander - jenachdem welches Enzym man zugibt, wird ein anderer Stoff gespalten

Wie kann man die Analytenkonzentration einstellen?

- Rotationsverdampfer verwenden --> Lösungsmittel abdestillieren, Kolben rotiert um Siedeverzüge zu Vermeiden - für Proben von 10 ml bis 100 ml geeignet (gross) - N2-Verdampfer: letzte Reste von Lösungsmittel entfernen (für kleine Probenmengen)

Wie kann ein fester Analyt in Lösung gebracht werden?

- Soxhlet Extraktion - ASE (accelerated soxhlet) mit erhöhter Temperatur und Druck - flüssige Proben müssen in Kieselguhr aufgesogen werden vor Analyse

Wie funktioniert die Kjeldahl-Methode?

- Stickstoffanteil (N) der Probe bestimmen und danach mit Formel den Proteingehalt berechnen - typischer N-Anteil von Proteinen: 15-18 %

Wie ist das Lichtspektrum aufgebaut?

- UV-vis Spektrometer misst von 200 bis 800 nm

Auf welchen physikalischen Trennmechanismen basiert Chromatographie?

- Verteilung - Adsorption - ionische WW - Siebeffekte - Bioaffinität --> Kombination für Trennung gebraucht

Optimierung einer GC-Trennung

- Ziel: Rs > 1.5 - stationäre Phase ändern - längere Säule für schmalere Peaks - niedrigere Säulentemperatur

Was beeinflusst die Auswahl des Probenahmeverfahrens?

- Zweck der Analyse - Populationsgrösse - Art des Materials - Art des Analyseverfahren - Dauer & Kosten

Wie funktioniert ein interner Standard?

- als Indikator für Verluste während Analyse a) zu Standardlösungen hinzugeben für Kalibrierung b) "one point calibration": relativ zum internen Standard (ISTD) bei bekannter Konzentration unter Annahme von identischem Response Faktor zwischen Analyten & ISTD

Verbundverfahren vs Direktverfahren

- beim Verbundverfahren ist ein Aufschluss & Trennung notwendig vor der Bestimmung / Analyse - beim Direktverfahren (selten) wird die Probe direkt (ohne Trennung in Bestandteile) analysiert

Verbundverfahren vs Direktverfahren

- beim Verbundverfahren wird die Probe vorbereitet - beim Direktverfahren startet man direkt mit der Messung

Was ist beim Milchpulver-Skandal in China passiert?

- dem Milchpulver wurde Melamin zugegeben, um einen erhöhten Proteingehalt vorzutäuschen - daraus wurde Babynahrung hergestellt -> Nierensteine wurden dadurch verursacht (sogar tote) Melamin - farblose Substanz - enthält viel Stickstoff - aus Harnstoff - keine systemische Toxizität ABER: Komplexbildung mit anderen Substanzen --> Kristalle im Urin = Nierenschäden - indirektes karzinogen (reizung des Gewebe kann zu Krebsbildung führen) - LD50: 7.7. g/kg (Ratten) - TDI: 0.2 mg/kg (Mensch) - max. 2.5 mg/kg Gehalt in LM erlaubt

Wie wird eine Probe ins MS gelassen?

- direkt - via GC, HPLC, Probenplatte

Polarität & Variationen NP vs RP

- führt zu unterschiedlichen Chromatographen - bei NP: polare Stoffe haben eine höhere Retentionszeit - bei RP: apolare Stoffe haben eine höhere Retentionszeit --> Polarität des Elutionsmittels an Probe anpassen

Was ist eine Kalibrierung bzw. wofür braucht man das?

- gemessene Standardlösungen dienen zur Orientierung & Auswertung der Resultate - Auftragung Signal (y) abhängig von Konzentration (x) der Probe / Standardlsg

Wie findet man die GC Eluier-Reihenfolge?

- hoher Siedepunkt --> grössere Retentionszeit

Reihenfolge Chromatographie polar vs apolar

- hydrophile / polare Stoffe eluieren langsam, da sie starke WSB etc. eingehen können -> haften schnell - hydrophobe / apolare Stoffe eluieren schnell --> je polarer der Stoff desto länger die Aufenthaltszeit (Retentionszeit)

Welche Nachteile hat eine Mischprobe vs Einzelprobe?

Mischprobe: günstiger, aber Variabilität der einzelnen Einheiten verloren

häufigste Trägergase GC

N2, He, H2

normal phase vs reversed phase HPLC

NP (normal phase): WW der polaren Gruppen des Analyten mit der stationären Phase RP (reversed phase): WW der apolaren Gruppen des Analyten mit der stationären Phase

Wie funktioniert die Dumas-Methode?

Nachteile: • nicht nur Proteine und freie Aminosäuren erfasst • Nucleinsäuren, Ammoniumsalze, organisch gebundener Stickstoff von Aromastoffen (z.B. Pyrazine, Cyclopentapyrazine etc.) und Vitaminen (z.B. Vitamin B1, B2) • «Gesamtstickstoff, berechnet als Protein» -> meist vernachlässigbar absichtlich: :( • Harnstoff, Melamin (2,4,6-Triamino-1,3,5-triazin) → Vortäuschen eines erhöhten Proteingehalt (Skandal)

Welche Phasenkombinationen gibt es bei der Chromatografie?

PC = Papierchromatographie DC = Dünnschichtchromatographie SFC = Überkritische Fluidchromatographie GC = Gaschromatographie SC = Säulenchromatographie

Richtigkeit vs Präzision

Präzision - Wiederholbarkeit - Verteilung der Werte um Mittelwert - Standardabweichung accuracy - Richtigkeit

Formel Retardationsfaktor

Rf = x/y

Auflösung Definition

Rs sollte > 1.5 sein für Grundliniengetrennte Peaks

direkte vs indirekte Titration

direkt: normal von Bürette in Becherglas indirekt: Probe wird mit Überschuss an Maßlösung versetzt. Die Maßlösung enthält ein Reagenz, das mit dem nachzuweisenden Stoff reagiert und dessen überbleibende Stoffmenge mittels anschließender Titration nachgewiesen werden kann.

Bodenzahl N

eine Säule L wird in Abschnitte N unterteilt, Auflösung ist besser je grösser N (#Böden) und je kleiner die Bodenhöhe H H= L/N

Was ist das Ziel einer Chromatographie Optimierung?

eine effektive Peakauflösung (RS > 1.5) in möglichst kurzer Analysenzeit zu erreichen

Was ist ein pH-Indikator?

eine schwache Säure, die je nachdem ob die protoniert ist, eine andere Farbe aufweist

Welche Aufgabe hat der Detektor im MS?

empfängt massenspezifisches Signal und verstärkt es

Welche zwei Arten von GC Trennsäulen gibt es?

gepackte Trennsäulen: - eher kurz (0.5 - 3 m) & breit (2-4 mm Durchmesser) - mit festen Partikel & flüssigem Mantel Kapillartrennsäulen: - eher lang (10-100 m) & schmal (0.1-0.5 mm) - beschichtet mit Trennflüssigkeit - feiner Graph

Zusammenhang Frequenz und Wellenlänge

hohe Frequenz -> kleine Wellenlänge -> hohe Energie tiefe Frequenz -> grosse Wellenlänge -> tiefe Energie

Beispiel für homogene vs inhomogene Verteilung

homogen: fette, proteine etc. inhomogen: mykotoxine (in cluster) --> grössere Probe nötig!

Welche Grösse hat eine Laborprobe üblicherweise?

homogene Probe: 250 g, 250 ml Gewürzproben: oft 100 g Obst & Gemüse: 1000 g - muss gut gekennzeichnet, verpackt & gelagert sein

Welche Wellenlängen werden absorbiert bzw. reflektiert?

komplementär Farben

genaue Vorgehensweise von Probe bis Messung

• Analyten in Lösung bringen • Abtrennen fester Störsubstanzen • Abtrennen gelöster Störsubstanzen • Anreichern der Analyten • Aufkonzentrieren oder Verdünnen der Probe • Überführen der Analyten in ein geeignetes Lösungsmittel

ICP-MS

"Inductively coupled plasma mass spectrometry" - Analyt wird in Plasma ionisiert Die erzeugten Ionen werden durch ein elektrisches Feld beschleunigt und dann die einzelnen Elemente und deren Isotope im Massenspektrometer erfasst.

Vor- & Nachteile der enzymatischen Analyse

+ • kurze Analysezeiten • niedrige Kosten • Selektivität • einfache Analysesysteme - • pH- und temperaturabhängig • häufig verwendbar nur in wässrigen Lösungen • limitierter dynamischer Bereich • instabile Reagenzien Bsp. Phosphatase-Aktivitätsbestimmung in Milch --> wenn inaktiv, sind auch Keime tod

Welche Bereiche der enzymatischen Analyse gibt es?

- Analytische Bestimmung von Substanzen - Ermittlung der Enzym-Aktivität

Atomabsorptionsspektroskopie (AAS)

- Anregung von e- eines Atoms (gewisse definierte Energiemenge wird aufgenommen) - Absorbtionsspektrum der aufgenommenen Energie - Emissions-/Fluroeszenzspektrum der emittierten Energie (welche vorher aufgenommen worden war)

Was gilt noch als Peak? Signal-Rausch-Verhältnis

- Aussage ab 3x LOD - Quantifizierung muss in linearem Bereich gemacht werden

Welche Fehler können bei Stichproben passieren?

- Beschaffenheit / Teilchengrösse des Probenmaterials kann Resultate beeinflussen (e.g. Trichtereffekt) - Zusammensetzung kann ändern (e.g. Wasserverlust, flüchtige Stoffe, Reaktion mit Gasen / Behälter etc.)

Optimierungsmöglichkeiten für bessere Peakauflösung

- Bodenzahl (N) erhöhen mit längerer Säule - Bodenhöhe (H) senken mit kleineren Partikel der stationärphase - Rf K ändern mit T erhöhung (GC) oder Eluentenzusammensetzung (HPLC) - je höher alpha, k & N desto besser die Auflösung - je höher k & L desto länger die Analysendauer

Bsp. gravimetrische Analyse von Cyclamat

- Cyclamat wird durch Nitrit gespalten und das dabei entstandene Sulfat durch Fällung mit Barium-Ionen gravimetrisch bestimmt - der Niederschlag wird abfiltriert & getrocknet

Wie wählt man das Extraktionslösungsmittel?

- hängt von Analyten Struktur ab - meistens hexan, petroleum ether oder wasser - Chloroform-Methanol ist effizient, löst aber auch andere Stoffe & schadet der Umwelt Ziel: möglichst wenig Lösungsmittel brauchen

Welche Arten der Gravimetrie gibt es?

- ist eine Absolutmethode - Massenbestimmung mittels Wägen Fällungsanalyse o Bestimmung von Cyclamat Thermoanalyse o Bestimmung der Trockensubstanz o Analyse des Fettgehalts

Wie werden Proben für die enzymatische Analyse vorbereitet?

- keine komplexe Vorbereitungen nötig evt: - erhitzen, ausfällen, entgasen - filtrieren, enteiweissung, homogenisieren - zentrifugieren, verdünnen (für UV-Vis), extrahieren - manchmal Hilfsreaktionen durchführen bis Produkt messbar ist (z.B. Glucose + H2O + O2 -> gluconolacton & H2O2 +peroxidase -> o-Dianisidin)

Wie werden Enzyme gehemmt?

- kompetitiv: der Inhibitor bindet an aktives Zentrum (statt Substrat) - nicht kompetitiv: Inhibitor bindet an anderer Stelle, verändert aber die Form des Enzyms

Was bedeutet "shielding" im Zusammenhang mit NMR?

- magnetische Feld beeinflusst die Bewegung der Elektronen eines Moleküls - die Kerne werden durch das induzierte Feld vom externen Feld abgeschirmt -> für Spinübergang ist stärkeres Feld nötig - Elektronegative Substituenten (z.B. F) verringern die Abschirmung der Methyl-Gruppe (CH3)

Was kann man aus dem Massenspektrum ablesen?

- max. # C Atome (siehe Bild) - Ladungszustand (v.a. ESI) aus dem Isotopenmuster --> Peakabstände δ als Indikator für Ladung 1 Da = 1x geladen 0.5 = 2x geladen 0.33 = 3x geladen 0.25 = 4x geladen

Wie müssen LM Proben vorbereitet werden für die Verarbeitung?

- reinigen - trocknen - mahlen - trocknen

Wie funktioniert SPME?

- solid phase micro extraction - Probenvorbereitung für die GC - Adsorption & Desorption von Teilchen an Glasfaser

Wie sollte eine Lebensmittelprobe optimalerweise sein?

- sollte identische Eigenschaften mit dem komletten Material haben - sollte repräsentativ & unvoreingenommen sein z.B. 250 hl Apfelsaft auf Birnensaftgehalt prüfen (nur ca. 1 Liter testen, da homogene Verteilung der Flüssigkeiten) 25t Mais auf Aflatoxingehalt prüfen (grössere Testmenge, da evt. nur einzelne Körner betroffen sind --> eher 10 kg nehmen)

Wie funktioniert ein Enzym (Aufbau)?

- unterschiedliche Spezifität (absolut-, stereo-, gruppen- oder unspezifische Enzyme) - am aktiven Zentrum gibt es eine binding site & catalytic site --> Substrat wird durch WSB, Ionenbindung oder ZMKs gebuden - Seitenketten der AS haben grossen Einfluss auf Bindung des Substrats - "schlüssel-schloss konzept" vs induced fit (erst beim Zusammentreffen passt es perfekt)

Welche Trennmechanismen gibt es bei HPLC?

- v.a. adsorptions-chromatographie - auch alternativen wie verteilungs chr, ionenaustausch chr, grössenausschluss chr. - normalphasen HPLC vs reverse phase HPLC - Korngrösse, Material, Porengrösse, Polarität etc. kann variieren

Lichtabsorption durch Metallatome

- wenn Metalle mit weissem Lichtbestrahlt werden, absorbieren sie gewisse Wellenlängen - ein Linienspektrum erhält man, wenn der Lichtstrahl nach dem Durchtritt durch Metallatome in seine Bestandteile zerlegt wird

Wie funktioniert Wahrnehmung der Farben? (Komplementärfarben) Bsp. Powerade

- wenn das Absorbtionsmaximum bei ca. 620 nm ist (roter Bereich), dann erscheint das Produkt blau (Komplementärfabre = reflektierte Wellenlängen)

Retentionsfaktor/Kapazitätsfaktor k

- wieviel länger im Vergleich zur mobilen Phase ein Analyt benötigt, um durch die Säule transportiert zu werden. - ein Mass dafür, um wieviel länger sich der Analyt an/in der stationären im Vergleich zur mobilen Phase aufhält. k= (tr-t0)/t0 = t'r / t0

Wie funktioniert Affinitätschromatografie?

- ähnlich wie SPE - Adsorber sind aber spezifischer auf Analyten ausgerichtet (wie Antikörper)

Anwendung von NMR

1. # peaks = # C bzw. H Typen 2. Integral (wie viele gehören zu einem Typ) 3. Verschiebung (entschirmt vs abgeschirmt)

Welche Kalibrierungsmethoden gibt es?

1. Externe Kalibrierung (ohne internem Standard) - für UV/VIS mit Standardlösungen - praktische mit vielen Proben --> lineare Kalibriergerade erstellen (Verdünnung berücksichtigen): Y = mx + q 2. Quantifizierung mit internem Standard - sollte in der Probe nicht vorkommen - muss gut quantifizierbar sein - wird früh im Verfahren zugegeben, um Verluste während Aufbereitung zu messen - z.b. isotope (A) Interner Standard + externe Kalibrierung - man gibt ihn zu Standardlösungen & zur Probe dazu - um systematische fehler rückgängig zu machen (B) Interne Ein-Punkt-Kalibrierung ! der STANDART hat aber nicht identische Eigenschaften wie Analyt 3. Kalibrierung mittels Standardaddition - in Probe selbst den Standard zugeben schrittweise

Hauptschritte der Probenahme

1. Identifizierung der Population 2. Auswahl & Gewinnung Stichproben 3. Reduktion jeder Probe auf eine Probe in Laborgrösse z.B. wenn man eine Aussage über Karotten allgemein machen möchte, muss man rohe, solche in Dosen, gefrorene etc. berücksichtigen -> evt. Gesamtprobe

Welche 6 Prozesse sind Teil des Analyseverfahrens?

1. Objekt wählen 2. Probenahme (heterogene Proben müssen homogenisiert werden, bei Massengütern eine Zufallsstichprobe) 3. Probenvorbereitung (störende Bestandteile entfernen) 4. Messung 5. Auswertung 6. analytische Information

Wie funktioniert ein Massenspektrometer allgemein? Wieso braucht man Ionen?

1. Probe geht in Ionenquelle --> Ionen werden generiert --> Ladung als "Griff" um Kräfte auf Molekül auszuüben 2. Ionen werden im Massen-Analysator getrennt 3. prallen auf Detektor 4. im Massenspektrum werden Informationen dargestellt - passiert im Vakuum, damit Ionen nicht durch Luftmoleküle gestoppt werden

3 Chromatografie-Techniken

1. Säulenchromatographie (SC) 2. Gaschromatographie (GC) 3. Planarchromatographie

Welche Arten von NMR (bzw. Atome) braucht man meistens zur Strukturaufklärung organischer Substanzen?

1H & 13C NMR - beide haben Spin +- 1/2 - 1H 99% Häufigkeit - 13C nur 1% aber 12C hat Spin = 0 (kein Signal)

Wie funktioniert SPE?

= solid phase extraction

Lambert-Beer'sches Gesetz

Absorption = e * c * d - d ist oft = 1 cm - e: Absorptionskoeffizient

AAS vs ICP-MS

Benutzerfreundlichkeit AAS: einfach zu benutzen ICP-MS: komplex Nachweisgrenze AAS: beschränkt ICP-MS: auch tiefe Konzentrationen, grösserer Messbereich Proben Durchsatz AAS: ca. 180 Proben/h (bei 1 Element), 9 Proben/h (bei 20 Elementen) ICP-MS: mehrere Elemente gleichzeitig untersuchen möglich, dauert etwas länger 20 Proben/h Kosten AAS einiges günstiger als ICP-MS

Was hat die Derivatisierung für einen Einfluss auf die GC?

Derivatisierung: Technik, mit deren Hilfe chemische Gruppen in ein Molekül eingeführt werden, um sie für die GC und Massenspektrometrie besser zugänglich zu machen. z.B. methylierung, silylierung - bessere Stabilität - Stoff wird flüchtiger / volatiler - Stoff wird apolarer

Welche GC-Injektionstypen gibt es?

Direktinjektion: Probe wird direkt in heissen Injektor injiziert Split-Injektor: es wird nur ein Teil in die Trennsäule gegeben --> Teil der Probe geht verloren on-column: Probe am Anfang der Kapilarsäule einspritzen --> Probe verdampft dampfraum-probenaufgabe: für flüchtige Substanzen

Welche Ionenquellen gibt es fürs MS?

EI (electron impact): - harte Ionisierung - verdampfte Probe wird mit Elektronen beschossen - zugeführte Energie kann Fragmentierung auslösen - direkt zur Strukturaufklärung verwendbar ESI (elektrospray ionisierung) - weiche Ionisierung (keine Fragmentation) - Versprühung der Probe MALDI (Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization) - weiche Ionisierung (keine Fragmentation) - Probe auf Platte getrocknet & Laser ionisiert Probenmoleküle - EI & ESI können gut mit LC / GC gekoppelt werden - MS/MS um Strukturinformationen für weiche Ionisierungen zu kriegen --> einige weitere (nicht so häufig)

Effizienz N vs Selektivität alpha

Effizienz N: Breite eines Peaks (hohes N = schmal) Selektivität a: Mass für die Zeit / Abstand zwischen den Maxima von zwei Peaks, Verhältnis der Kapazitätsfaktoren (k)

Wie funktioniert ein FID bei der GC?

Flammenionisationsdetektor (FID) • Standarddetektor für GC • Elektroden über einer Flamme, mit Saugspannung dazwischen • Bei der Verbrennung der Probe zerfallen Radikale zu Ionen, die zu einem Stromfluss zwischen Elektroden führen, was ein Signal ergibt

Wovon hängt die Anregungsenergie ab?

Je mehr konjugierte DB, desto mehr Licht kann ein Molekül absorbieren.

Wie kann man den Proteingehalt von LM am besten bestimmen?

Kjeldahl-Methode - Stickstoffanteil bestimmen

limit of detection (LOD) vs limit of quantification (LOQ)

LOD - kleinste Masse bei qualitativen Analysen, die nachgewiesen werden kann LOQ - kleinste Masse, die mit akzeptabler Präzision bestimmt werden kann

schematischer Aufbau von AAS Gerät

Lichtquelle - mit Hohlkathodenlampe (HKL), Kathode aus Metall in Glaszylinder mit Edelgas gefüllt - Edelgas wird ionisiert -> ionen treffen auf Kathode & schlagen Metallatome heraus, diese werden angeregt und senden Emissionsspektrum Atomisierung • Atome dürfen nicht über chemische Bindungen mit anderen Atomen verknüpft sein→Trennung durch Hitze (Flamme) • möglichst viele Atome in gasförmigen Zustand • ABER: möglichst wenig angeregte oder ionisierte Atome erzeugt - flammenatomisierung (F-AAS) Flammentemperatur darf nicht zu hoch sein, weil die Probe zwar atomisiert werden muss, die Atome aber nicht thermisch angeregt werden dürfen. - elektrothermale Atomisierung in Graphitrohr 1. trocknen der probelösung, 2. pyrolyse, 3. atomisierung, 4. proberückstände entfernen Monochromator Interessierenden Spektralbereich erfassen und die Resonanzlinie des relevanten Elements von anderen Emissionslinien abtrennen

Kapazitätsfaktor/Retentionsfaktor k

Mass für die Zeit, die eine Probenkomponente in einer stationären Phase verweilt, im Verhältnis zu der Zeit, die sie in der mobilen Phase verweilt. • Er wird berechnet, indem die Retentionszeit durch die Zeit für einen nicht retardierten Peak (t0 =Totvolumen) dividiert wird - Parameter, die den Retentionsfaktor beeinflussen: • Stationäre Phase • Mobile Phase • Gradientensteilheit (in Gradientelution) • Totvolumen des Systems (in Gradientelution)

Messgrössen zur Gehaltsangabe

Masse m [kg oder g] Stoffmenge n(X) [mol] Massenkonzentration β [g/L] Stoffmengenkonzentration c(X) [mol/L] Massenanteil w in [g/g] Stoffmengenanteil x [mol/mol] 1 ppm (1 part per million)

Wie werden MS Daten vom System ausgewertet?

Massenspektrum: Massenzahlen (m/z) der (Fragment)-Ionen werden gegen ihre relative Intensität dargestellt

Hook'sches Gesetz Wovon ist die Schwingungsfrequenz abhängig?

Schwingungsfrequenz (v) = 1/2pi * (√(k/μ)) - Schwingungsfrequenz ist abhängig von Bindungsstärke k & Masse μ der Atome - μ= m1*m2/(m1+m2) - k= kraftkonstante * auslenkung

Spektroskopie vs Spektrometrie

Spektroskopie: bezeichnet die Methode der Beobachtung der Interaktion von Licht und Materie, wobei Spektren erhalten werden. Spektrometrie: Quantifiziert erhaltende Spektren um Substanzen näher zu charakterisieren.

Welche Ursachen kann ein asymmetrischer Peak haben? Symmetriefaktor?

Tailing: bei Überlastung der mobilen Phase Fronting: bei Überlastung der stationären Phase

Wozu dient ein GC Detektor?

Um die Substanzen zu erkennen und als Gaschromatogramm zu registrieren braucht man ein Detektionssystem --> Substanzen werden in elektrische Signale umgewandelt • Signal wird als Gaschromatogramm aufgezeichnet • Bei quantitativen Messungen wird die Peakfläche bestimmt • Peaks werden mit Retentionszeiten (RT) und die Fläche der Peaks wird berechnet • Flächen-% Bsp. Flammenionisationsedetektor, Massenselektiver Detektor

Vor- & Nachteile der Graphitrohr-Atomisierung

Vorteile • gesteigerte Empfindlichkeit und Nachweisgrenze (deutlich verlängerte Aufenthaltszeit der gebildeten Atome im Strahlengang) • inerte Umgebung→keine chemische Interferenzen • Signalhöhe ist proportional zur absoluten Menge (nicht der Konzentration!) Nachteile • Probe muss homogen sein • Gefahr der Bildung von schwer atomisierbaren Carbiden (z.B. bei Titan, Vanadium usw.)

In welchem Spektralbereich funktioniert AAS?

• 852.1 nm (Cäsium) → nahe IR • 193.7 nm (Arsen)→im beginnenden Vakuum-UV • Dazwischen liegen die Resonanzlinien aller Metalle und Halbmetalle. • Resonanzlinie = die Wellenlängen, bei denen Atome mit Strahlungs- /Lichtquanten in Resonanz treten, also absorbieren können • Nicht erfassbar sind alle typischen Nichtmetalle wie S, C, oder Halogene, die unterhalb von 190 nm absorbieren.

Trennfaktor/Selektivität αlpha

beschreibt relative Retention 2 benachbarter Peaks

biologische vs analytische Replikate

biologisch: entweder 3 Stück Probe separat oder 1 Stück (3in1) Mischprobe analytisch: Proben welche tatsächlich analysiert werden e.g. 3 Äpfel -> je zu 3 Proben -> total 9 Replikate

makro- vs mikro-homogenität

makro: zwischen Stücken (e.g. Körnern) mikro: zwischen Teilen einer Einheit (e.g. im Korn selbst)

Wie funktioniert die Endwertmethode? (quantitative Enzymanalyse)

mit UV-Vis - Absorbanz in Abhängigkeit der Zeit - NADH quantifizieren - Absorbanz von Blank vs Standard

Was bedeutet NMR?

nuclear magnetic resonance - Magnetfeld verursacht parallele / antiparallele Ausrichtung der Kernspinmomente - zwischen den Zuständen gibt es eine Energiedifferenz

qualitative vs quantitative Messungen

qualitativ: Substanz vorhanden? ja oder nicht nachweisbar quantitativ: Ergebnis als Zahl (Masse, Gehalt etc.)

3 Arten von Valenz-Elektronen (Anregung)

sigma: bei Einfachbindungen, braucht viel Energie --> keinen Einfluss pi: bei DB :) leicht anzuregen nichtbindende EP: leichter anzuregen als sigma

Was isr SPME?

solid phase micro extraction --> Analyten selektiv adsorbieren

Welche zwei Bestandteile hat jede Chromatographie?

stationäre Phase - besteht aus Festkörper (Sorbent) oder Flüssigkeit mobile Phase - transportiert das Gemisch über die stationäre Phase - flüssig (Eluent) oder gasförmig

Totzeit/Durchflusszeit t0 Lineargeschwindigkeit u

t0: Retentionszeit einer Inertsubstanz, fliesst gleich schnell wie die mobile Phase u: Säulenlänge / t0

Wozu braucht es chromatographische Kenngrössen?

um einen Analyten, zwei getrennte Analyten oder eine chromatographische Säule zu charakterisieren

zufällige vs systematische Fehler Einfluss auf Resultat?

zufällig • Unvermeidliche Fehler • Unabhängig vom Einfluss des Analytikers --> Präzision • unsicheres Resultat systematisch • Fehler in Herstellung von Normallösungen, Verunreinigungen der Reagenzien, unvollständige Extraktionen etc. • falsches Resultat

Wie funktioniert AAS? (Atomabsorptionsspektroskopie)

• Bestimmung des Gehalts eines chemischen Elements (Atoms) • chemische Form spielt keine Rolle (kovalent gebunden in einem Molekül oder als Salz) • absorptionsspektroskopische Methode → wie stark Licht von den Atomen absorbiert wird • sehr genau →Nachweisgrenze < 1 ppm - Resonanz-Absorption von Strahlungsenergie (Lichtenergie) durch Atome gemessen - Die Absorption der Atome findet auf derselben Wellenlänge statt, auf der diese Atome auch Strahlung/Licht emittieren - Ursprüngliche Strahlungsstärke zerfällt in drei Teile: (1) reflektierte (2) durchgelassene (3) absorbierte Strahlung.

Arten von IR Geräten

• Doppelstrahl Spektrophotometer (ähnlich wie UV/Vis) Probe gelöst in Chloroform in Zelle mit Fenstern oder Feststoff mit KBr zur Scheibe geformt • Fourier-Transform Spektrometer (FT-IR) Probe häufig als Reinprobe

HPLC Definition

• Engl. High performance liquid chromatography, HPLC • Säulenchromatographie, mobile Phase (Eluent) wird durch stationäre Phase (Trennsäule) geleitet • Analytische oder präparative Anwendungen (Trennmethode) • 40-400 bar • isokratisch: wenn nur 1 Eluent

AAS Prinzip (Max Planck)

• Max Planck → Gesetz der quantenhaften Emission und Absorption der Strahlungsenergie • jedes Atom ist nur in bestimmten Energiezuständen existenzfähig • Übergänge zwischen den einzelnen Energiezuständen sind jeweils mit der Aufnahme und Abgabe einer genau definierten Energiemenge e verbunden

Wie funktioniert IR Spektroskopie?

• Molekülschwingungen angeregt durch infrarotes Licht • Schwingungsarten: - Valenz-/Streckschwingung - Deformations-/Biegeschwingung - symmetrisch vs antisymmetrisch • Absorbierte Frequenzen abhängig von Masse der schwingenden Atome & Bindungsstärke --> Transmissionsspektrum (wie viel % der Strahlung geht durch bis zum Detektor? 1= alles, weniger ist Zeichen für Absorption)

Wie wird eine AAS Analyse ausgewertet?

• Relativmethode: Schwächung der Strahlungsintensität durch Resonanzabsorption wird gemessen und auf diejenige eines Standards (Referenz) bezogen • Auswertung über Kalibrierkurve • Lambert-Beer'sches Gesetz (aber Kalibrierkurve nötig, da c & l unbekannt sind): A= e*c*l • Eliminierung von Matrixstöreinflüsse: Standardadditionsmethode

Wovon ist die Trennungskapazität einer GC Säule abhängig?

• Stationärer Phase • Dicke des Filmes • Innerer Durchmesser • Säulenlänge

Mit welchen Prinzipien funktionieren HPLC Detektoren?

• UV/Vis-Detektor • variable Wellenlängeneinstellung • Brechungsindexdetektor (Refractive Index, RI) --> Licht wird durch Küvette via Spiegel zum Detektor gebrochen • Fluoreszenzdetektor • Lichtstreuungsdetektor (Light Scattering Detector, LSD) • Elektrochemischer Detektor • Massenselektiver Detektor

Wovon ist die Enzymaktivität abhängig?

• pH-Wert • Ionische Konzentration des Puffers • Temperatur • Substratkonzentration • Enzymkonzentration • Reaktionszeit • Aktivierende Stoffe - bei Messungen der Aktivität, Bedingungen angeben! - [mol/s] --> Enzyme haben ein Optimum der Faktoren