Schriftliche Prüfungen Jahreskurs Analytische Chemie ... - Zenobi

Schriftliche Prüfungen
Jahreskurs Analytische Chemie (AnC I&II)
BSc D-CHAB/D-BIOL
Herbst 2007
Vorname: ……………..……………………………. Name: …………………………………………………
• Es sind alle Aufgaben zu lösen. Jede Aufgabe wird separat benotet.
• Zeit: 120 Min. Teilen Sie sich Ihre Zeit gut ein.
• Es sind alle Hilfsmittel mit Ausnahme von Computern und
Telekommunikation erlaubt.
• Unleserliche Texte, unklare Formulierungen oder unsaubere Skizzen können
nicht bewertet werden. Bitte bemühen Sie sich um eine saubere
Darstellung.
• Beginnen Sie jede Aufgabe auf einem neuen Blatt und schreiben Sie jedes
abzugebende Blatt einzeln mit Ihrem Namen und Vornamen an.
• Dieses Deckblatt ist ausgefüllt abzugeben. Die Aufgabenstellung ist
ebenfalls einzureichen.
• Wir bitten Sie um Fairness und wünschen Ihnen viel Erfolg!

Aufgabe 1.
Auf den folgenden Seiten finden Sie die IR-, Massen-, 13 C-NMR und 1 H-NMR-Spektren der
Verbindung Z7.
a) Ermitteln Sie die Strukturelemente und die Molekularformel der Verbindung Z7.
Welche spektralen Daten legen Sie Ihrer Auswahl zugrunde?
b) Leiten Sie aus den gefundenen Strukturelementen die Konstitution von Z7 her.
Begründen Sie Ihre Wahl.
c) Erklären Sie anhand der gefundenen Konstitution die wichtigsten spektroskopischen
Merkmale in sämtlichen Spektren.
Beantworten Sie dabei insbesondere folgende Fragen:
• IR:
Ordnen Sie die Banden bei 1620, 1590, 1540 und 1350 cm -1
im IR-Spektrum zu.
Welche Molekülschwingungen verursachen diese Banden?
• MS:
Erläutern Sie den Mechanismus zur Entstehung der Fragmente m/z 73, 150 und 178.
•
•
1 H-NMR:
Ordnen Sie den Signalen die jeweiligen Protonen zu. Interpretieren Sie das
Kopplungsmuster der Signale zwischen 8.4 und 7.5 ppm.
13
C-NMR:
Ordnen Sie soweit möglich den Signalen die entsprechenden Kohlenstoff-Atome
zu.

Aufgabe 2.
Bearbeiten Sie folgende Fragen zu V27:
a) Zum IR-Spektrum:
O
O
N O
V27: C 8 H 11 NO 3 , M r = 169.18
Ordnen Sie die Banden 2920, 1780, 1680 und 1630 cm -1 im IR-Spektrum zu. Welche
Molekülschwingungen verursachen diese Banden?
b) Zum MS-Spektrum:
Welche Fragmentierungen bzw. Umlagerungen schlagen Sie vor, um die Signale bei
m/z 55, 83 und 141 zu erklären?
Wie erklären Sie sich, dass das Fragment m/z 83 Basispeak ist?
c) Zum 1 H -NMR-Spektrum:
Führen Sie eine Zuordnung der Signale im 1
H-NMR-Spektrum zu den Protonen der
Verbindung V27 durch. Erklären Sie kurz Ihr Vorgehen.
d) Zum 13 C-NMR-Spektrum:
Führen Sie eine Zuordnung der Signale im 13 C-NMR-Spektrum zu den Kohlenstoff-
Atomen der Verbindung V27 durch. Erklären Sie kurz Ihr Vorgehen.
e) Welche Änderungen würden Sie für die Konstitutionsisomere V27b und V27c in den
NMR-Spektren erwarten (verglichen mit V27)?
O
O
N O
O
O
N O
V27b: C 8 H 11 NO 3 , M r = 169.18 V27c: C 8 H 11 NO 3 , M r = 169.18

Aufgabe 3.
Elektorphoretische Trennung von subtituierten Benzolen in einer
polyacrylamid-beschichteten Kapillare. Geometrie und Trennbedingungen:
L = 57 cm, L = 50 cm, I.D. = 75 μm, Puffer = 10 mM Acetat / 50 mM SDS,
tot det
pH = 4.2, angelegte Spannung = - 20 kV, Strom = 30 μA, Detektion bei 214
nm. (Quelle: J. Chromatogr. B 683 (1996) 29-35).
Die obige Abbildung zeigt eine elektrophoretische Trennung von substituierten Benzolen
in einer Kapillare, deren Wand mit einem dichten Polyacrylamid-Film modifiziert wurde.
Die angeschriebenen Substanzen eluieren in der Reihenfolge aufsteigender Hydrophilie.
Ein Mass dafür ist der Octanol-Wasser Verteilungskoeffizient, P. Der abgeschätzte LogP
beträgt für Sudan III 7.2; Toluol 2.4; Nitrobenzol • Benzol 1.9; Phenol 1.5. Beantworten Sie
die folgenden Fragen:
(a) Welchen Effekt hat die Beschichtung der Kapillarwand durch Polyacrylamid?
(b) Um welche “Spielart” der Elektrophorese handelt es sich bei dieser Trennung?
Begründen Sie Ihre Antwort und erklären Sie die Elutionsreihenfolge.
(c) Berechnen Sie die theoretische Bodenzahl des Signals für Benzol sowie die Auflösung
des Signalpaares Benzol / Nitrobenzol.
(d) Berechnen Sie die scheinbare Beweglichkeit von Sudan III. Was erwarten Sie im
vorliegenden Fall für die effective elektrische Beweglichkeit u von Sudan III?

Aufgabe 4.
Die Analyse von Spurenelementen Goldobjekten ist ein mögliches Kriterium, um die
Aussagen über die Herkunft und das Alter zu bekommen. Die Goldobjekte setzen sich aus
Au 80 wt-%, Ag 17 wt-% und 2-3 Cu wt% zusammen (wt-% = Gewichtsprozent). Zu den
wichtigsten Neben- und Spurenelementen, die man für eine Zuordnung/Unterscheidung
benötigt, gehören Ru, Rh, Pd, Pb, Cd. Diese Elemente können in ihren Konzentrationen stark
variieren (siehe Beispiel Tabelle 1).
A) Welche der in der Vorlesung behandelten Analysenmethoden können für die
Analyse von Goldobjekten eingesetzt werden können? Erklären Sie das
Funktionsprinzip einer Methode, welches Sie für das Problem einsetzen würden
und begründen Sie Ihre Entscheidung.
B) Beschreiben Sie die notwendige Probenvorbereitung und eine Quantifizierungsstrategie.
Schlagen Sie ein Konzept vor, welches die Validierung der Richtigkeit des
gesamten Analysenablaufes beinhaltet.
C) In Tabelle 1 sind Analysenresultate für 3 Goldobjekte angegeben, die mit
Quadrupol-ICPMS analysiert worden sind. Wie beurteilen die diese
Resultate in der angegebenen Form und welche der Resultate erscheinen Ihnen
zweifelhaft? Mit welcher Methode könnte man die Probleme beseitigen?
Tabelle 1: Zusammensetzung von 3 Goldobjekten (** Gewichtsprozent, * mg/kg)
Objekt 1 Objekt 2 Objekt 3
**Au 80 80 82
**Ag 17 18 16
**Cu 2.8 1.9 1.9
*Rh 150 100 100
*Pd 50 35 35
*Ru 5 5 5
*Pb 20 20 20
*Cd 0.1 0.1 0.1
D) Oft sind die Konzentrationsangaben allein nicht aussagekräftig genug um Alter
oder Herkunft der Objekte zu bestimmen. Welche zusätzliche Information kann in
diesen Fällen verwendet werden um bessere Abgrenzungen zu erreichen und wie
kann diese erhalten werden?