Proteinbestimmung in biogenem Material durch Elementaranalyse von Stickstoff. Elementaranalyse Info 1

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1 Proteinbestimmung in biogenem Material durch Elementaranalyse von Stickstoff Elementaranalyse Info 1

2 Einleitung 1 qualitative und quantitative Analyse organischer Verbindungen. Es wird nach der Menge jener Elemente gesucht die in einer organischen Verbindung enthalten sind. Charakteristisch für eine organische Verbindung sind neben Kohlenstoff und Wasserstoff die Elemente Sauerstoff, Stickstoff, Schwefel, Phosphor und Halogene. Elementaranalyse Info 2

3 Einleitung 2 Die ermittelte Menge eines Elements wird in Massenanteilen angegeben. Daraus kann nach einer Molmassebestimmung die Summenformel und damit die Stöchiometrie der Verbindung bestimmt werden. Um die Elemente quantitativ zu bestimmen muss das Molekül durch Oxidation und Reduktion zerstört werden. Danach werden die Reaktionsprodukte getrennt, gereinigt und entsprechend quantitativ erfasst. Elementaranalyse Info 3

4 Historisches LIEBIG: Erste quantitative Verbrennungsanalyse Bestimmung der beiden Hauptelemente der organischen Verbindung C und H gravimetrisch, nachdem sie zuvor in einem Quarzrohr zu CO 2 und H 2 O verbrannt wurden modifizierte PREGL diese Methode. Elementaranalyse Info 4

5 Historisches 2 Gravimetrische CH Bestimmung nach PREGL Kohlenstoff und Wasserstoff einer organischen Verbindung werden mit Sauerstoff über einem glühenden Oxidationskontakt (Kupferoxid, Kobaltoxid) quantitativ zu Kohlendioxid und Wasser verbrannt. Elementaranalyse Info 5

6 Historisches 3 Störende Reaktionsgase werden mit Hilfe von geeigneten Kontaktsubstanzen (Silber, Silbervanadat und Silberwolframat, Mangandioxid, Magnesiumoxid) aus dem Gasstrom entfernt und das CO 2 nach Absorption an Ätznatron, das H 2 O nach Absorption an Kaliumperchlorat Elementaranalyse Info 6

7 Historisches 4 Elementaranalyse Info 7

8 AktuellePraxis1: Heute werden mit den automatisierten Methoden, bei einem Substanzbedarf von nur 1 mg, zusätzlich zu C und H auch N und S bestimmt. Verbrennung mit Sauerstoff zu CO 2, H 2 O und NOx. Reduktion von NOx zu N 2. Auftrennung und/oder selektive Detektion der Reaktionsgase. Elementaranalyse Info 8

9 AktuellePraxis 2: Prinzip 1: THERMO-FINNIGAN Elementaranalyse Info 9

10 AktuellePraxis 3: Prinzip 2: ELEMENTAR Elementaranalyse Info 10

11 Prinzip 3: LECO AktuellePraxis 4: Elementaranalyse Info 11

12 Auswertung 1 Zur Auswertung ist es notwendig Kalibriersubstanzen mit genau bekannten Massenanteilen der einzelnen Elemente auszuwerten. Man verwendet Substanzen wie Sulfanilsäure (C 6 H 3 NO 3 S), 1-Chlor- 2,4-Dinitrobenzol (C 6 H 3 ClN 2 O 4 ) oder Acetanilid (C 8 H 9 NO). Elementaranalyse Info 12

13 Auswertung 2 Diese Testsubstanzen besitzen alle einen unterschiedlichen Anteil von Kohlenstoff und bieten sich bei zu untersuchenden Proben an, die im vergleichbaren Konzentrationsbereich liegen. Elementaranalyse Info 13

14 Auswertung 3 Tabelle 1: Anteile von Kohlenstoff, Stickstoff und Wasserstoff in standardmäßig benutzten Kalibriersubstanzen. Kalibrierstandard C [%] H[%] N [%] Sulfanilsäure 41,6 4,1 8,1 Acetanilid 71,1 6,7 10,4 1-Chlor-2,4-dinitrobenzol 35,6 1,5 13,8 Elementaranalyse Info 14

15 Auswertung 4 Anschließend wird die zu bestimmende Substanz in den Elementaranalysator eingebracht und man erhält den einzelnen Elementen zuordenbare Peaks. Typischer Messpeakverlauf: Elementaranalyse Info 15

16 Auswertung 5 1. Detektorinstabilität während der Beschickung 2. N 2 -Peak 3. CO 2 -Peak 4. H 2 O-Peak Elementaranalyse Info 16

17 Auswertung 5 Die Auswertung ist im Grunde genommen nur eine mathematische Umsetzung: Nettofläche = Fläche Kalibrierung (bekannte Probe) - Fläche Leerwert Elementaranalyse Info 17

18 Auswertung 6 F ( C, H, N ) Einwaage( Kalibrierung)*%Kalibrierungssubstanz Nettofläche( Kalibrierung) %( C, H, N) Nettofläche(Probe)* Faktor Einwaage(Probe) F ( C, H, N ) Als Ergebnis erhält man den prozentualen Anteil der Elemente. Elementaranalyse Info 18

19 Auswertung der Ergebnisse und Aufstellen einer Summenformel 1 Die quantitative Analyse liefert Prozentwerte der an einer Verbindung beteiligten Elemente. Aus diesen kann die Summenformel auf folgendem Wege berechnet werden: 1) Die Prozentwerte werden durch die relative Atommasse des betreffenden Elementes dividiert. 2) Um ganze Zahlen zu erhalten wird durch die kleinste Zahl aus 1) (hier 0,29) dividiert. Man erhält dadurch Elementaranalyse Info 19

20 Auswertung der Ergebnisse und Aufstellen einer Summenformel 2 3) das Atomverhältnis der Elemente in der Verbindung. Sie ergeben die Summenformel = C 17 H 15 O 2 N 2 SCl. 4) Die aus der Summenformel berechneten Prozentwerte stimmen mit den gefundenen Werten weitgehend überein. Elementaranalyse Info 20

21 Auswertung der Ergebnisse und Aufstellen einer Summenformel 3 Bei hochmolekularen Verbindungen sind die Unterschiede in den Prozentzahlen häufig so gering, dass sie sich den Fehlergrenzen der Elementaranalyse nähern. Eine Entscheidung ist in solchen Fällen schwer zu treffen. Weiter physikalische und chemische Untersuchungen sind dann notwendig. Elementaranalyse Info 21

22 Auswertung der Ergebnisse und Aufstellen einer Summenformel 3 Elementaranalyse Info 22