Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně

Transkript

1 Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně FAKULTA TECHNOLOGICKÁ LABORATORNÍ CVIČENÍ ZE SPECIÁLNÍCH METOD INSTRUMENTÁLNÍ ANALÝZY Interní skriptum pro studijní obor Řízení technologických rizik In g. Josef HOUSER, Ph.D. Ústav inženýrství ochrany životního prostředí Zlín 2010

2 OBSAH Stanovení fosforu: A) Stanovení rozpuštěných anorganických orthofosforečnanů B) Stanovení veškerého rozpuštěného fosforu Stanovení dusičnanů přímou potenciometrií 11 Stanovení dusitanů absorpční spektroskopií Coulometrické stanovení amonných iontů s biamperometrickou indikací 23 Fotometrické stanovení dvou látek ve směsi bez separace.. 33 Stanovení vápníku, hořčíku a celkové tvrdosti vody fotometrickou titrací 40 Stanovení anorganického a organického uhlíku a celkového vázaného dusíku analyzátorem formacs HT Stanovení ethanolu v reálných vzorkách plynovou chromatografií

3 STANOVENÍ FOSFORU V odpadních ale i povrchových vodách se fosfor vyskytuje v různých formách. Z hlediska analytického stanovení rozlišujeme anorganické fosforečnany, takzvané orthofosforečnany, hydrolyzovatelné fosforečnany (např. polyfosforečnany z prášků do myček nádobí) a fosfor vázaný v organických látkách. Všechny tyto formy fosforu způsobují zátěž životního prostředí, hned po organickém uhlíku a dusíku a nemalou měrou se podílí na eutrofizaci recipientu. Na druhou stranu, absence fosforu v odpadních vodách znemožňuje její biologické čistění a fosfor se musí dodávat (např. městská čistírna odpadních vod v Göteborgu po zavedení bezfosfátových pracích prostředků). V případě biologického čistění průmyslových odpadních vod se většinou používá směšování s městskými odpadními vodami. Rozpustnost anorganických fosforečnanů je velmi závislá na složení vzorku (přítomnost Ca 2 +, Mg 2 +, NH + 4 ) a na hodnotě ph. Například při ph=5 je v roztoku obsaženo 97,99 % H 2 PO 2 4, 1,91 % HPO 4 a 0,10 % H 3 PO 4, ale 2 při ph=11 je již zastoupeno 96,53 % HPO 3 4 a 3,47 % PO 4. Při stanovení fosforu je nezbytně nutné, aby nebylo při mytí laboratorního skla používáno tenzidů, které obsahují fosfáty, jež se adsorbují na povrchu skla a poskytují vyšší a nesprávné výsledky stanovení. A) Stanovení rozpuštěných anorganických orthofosforečnanů Princip: 2 3 Jedná se o sumu H 3 PO 4 + H 2 PO 4 + HPO 4 + PO 4. V prostředí kyseliny sírové dochází k reakci s molybdenanem amonným za vzniku kyseliny molybdátofosforečné. Reakce je katalyzována antimonitými ionty. Redukcí kyselinou askorbovou přechází žlutý komplex na fosfomolybdenovou modř. Bez ředění lze stanovení použít v rozsahu koncentrací 0,1-4,0 mg.l -1 3 PO 4. PO (NH 4 ) 2 MoO 4 (NH 4 ) 3 [P(Mo 3 O 1 0 ) 4 ] fosfomolybdenová modř 3

4 Činidla: Roztok molybdenanu: 14,4 ml koncentrované kyseliny sírové (96 %) se za chlazení a míchání přidá ke 30 ml destilované vody. Po ochlazení na 20º C se ke směsi opatrně přidají roztoky a + b + c a doplní se touto vodou po rysku ve 100 ml odměrné baňce. Roztok se uchovává v Erlenmayerově baňce ve tmě a chladu. Roztok a: 1,00 g kyseliny amidosulfonové NH 2 SO 3 H se rozpustí v 10 ml destilované vody. Roztok b: 1,25 g tetrahydrátu molybdenanu amonného, (NH 4 ) 6 Mo 7 O H 2 0 se rozpustí ve 20 ml destilované vody. Roztok c: V 10 ml destilované vody se rozpustí 0,0345 g hemihydrátu vinanu antimonylo-draselného SbOKC 4 H 4 O 6. ½ H 2 O. POZOR! PRUDKÝ JED! Roztok kyseliny askorbové 10 %: 2,00 g kyseliny askorbové se rozpustí v 18 ml destilované vody. Roztok se připravuje vždy čerstvý. Standardy: Zásobní roztok fosforečnanu o koncentraci 200 mg.l -1 3 PO - 4 : 0,14329 g dihydrogenfosforečnanu draselného vysušeného při 105º C se rozpustí v demineralizované vodě, doplní touto vodou na objem 500 ml. Případně se konzervuje se 1 ml chloroformu. Pracovní roztok fosforečnanu o koncentraci 10 mg.l -1 3 PO - 4 : 5 ml zásobního roztoku fosforečnanu o koncentraci 200 mg.l PO 4 se pipetuje do 100 ml odměrné baňky a demineralizovanou vodou se doplní po rysku. Kalibrační roztoky (standardy): Do 25 ml odměrných baněk se postupně dávkuje (z byrety) pracovní roztok fosforečnanu o koncentraci 10 mg.l -1 3 PO - 4, v množství 0,0 až 8,0 ml dle tabulky I a přidá se demineralizovaná voda na objem cca 20 ml. 4

5 Tabulka I: Příprava standardů PO 4 3- z pracovního roztoku a destilované vody standard c PO objem pracovního roztoku objem destilované vody č [ mg.l -1 ] [ ml ] [ ml ] 1 0,0 0,0 cca ,1 0,2 cca ,5 1,0 cca ,0 2,0 cca ,5 3,0 cca ,0 4,0 cca ,5 5,0 cca ,0 6,0 cca ,5 7,0 cca ,0 8,0 cca 12 Pracovní postup: Do 25 ml odměrné baňky se pipetuje 20 ml vzorku V 1 (případně méně) nebo 20 ml standardu (pracovní roztok z byrety + voda dle tabulky I). Přidá se 1,5 ml roztoku molybdenanu, promíchá se a přidá se 0,5 ml roztoku kyseliny askorbové. Po doplnění vodou po rysku a promíchání se nechá 10 minut stát. Poté se měří na spektrometru při vlnové délce 700 nm v 1 cm kyvetách. Pozor, zbarvení je stálé pouze 60 minut! Výpočet: Získané hodnoty absorbance se zpracují metodou lineární regrese. Koncentrace orthofosforečnanů ve vzorku se získá z regresní hodnoty s přihlédnutím k pipetáži vzorku a k navážce KH 2 PO 4 na zásobní roztok. nst. c PO 3 = cregr. 4 0,14329 kde: 20 V 1 c PO 3 - koncentrace fosforečnanu ve vzorku [mg.l -1 ] 4 c regr. - hodnota získaná z grafu metodou lineární regrese [mg.l -1 ] n st. - navážka KH 2 PO 4 na zásobní roztok fosforečnanu [g] V 1 - pipetáž vzorku [ml] 5

6 B) Stanovení veškerého rozpuštěného fosforu Princip: Veškerý rozpuštěný fosfor se stanoví jako orthofosforečnan (část A) po oxidační mineralizaci vzorku s kyselinou sírovou a peroxodisíranem draselným (rozsah stanovení 0,2-8,0 mg.l -1 3 PO - 4 ). Činidla: 3,75 M Kyselina sírová: Do 80 ml destilované vody se opatrně přidá 20,8 ml 96 % H 2 SO 4. 5,0 M Hydroxid sodný: 40 g NaOH se rozpustí ve 140 ml destilované vody a po ochlazení se doplní touto vodou na objem 200 ml. 2,0 M Hydroxid sodný: Do 100 ml odměrné baňky se dá 50 ml destilované vody a opatrně a za stálého míchání se pipetuje 40 ml 5,0 M NaOH. Po temperaci se doplní destilovanou vodou po rysku. Roztok fenolftaleinu - 1%: V 50 ml 90 % spektrálního ethanolu se rozpustí asi 0,5 g fenolftaleinu. Peroxodisíran draselný: Komerční krystalický preparát K 2 S 2 O 8 Pracovní postup mineralizace: Do tří mineralizačních baněk o objemu 250 ml se pipetuje po 10 ml roztoku vzorku V 2 ( roztok se připraví navážením cca 1,0000 g pracího prášku do myčky nádobí a rozpuštěním v 50 ml destilované vody ve 100 ml odměrné baňce. Po sonifikaci se baňka doplní destilovanou vodou po rysku. Po důkladném promíchání se odpipetuje 5 ml tohoto roztoku do nové, 100 ml odměrné baňky a opět se po doplnění důkladně promíchá), přidá se 10 ml 3,75 M H 2 SO 4 a 1,5 g peroxodisíranu draselného, přidá se 1 skleněná perla, zakryje se nálevkou s krátkým stonkem a mineralizuje se alespoň 1 hodinu 6

7 v topném hnízdě, dokud silně zahuštěná směs není čirá! Po ochlazení se opatrně přidá asi 10 ml vody, 10 ml 5 M NaOH, 2 kapky roztoku fenolftaleinu a neutralizuje se do slabě růžového zbarvení 2 M NaOH. Poté se přidá kapka kyseliny sírové na odbarvení roztoku (ph<8,2). Roztok se převede do 100 ml odměrné baňky a doplní se destilovanou vodou po rysku. U vzorku s maximálně 8 mg.l fosforu vyjádřeného jako PO 4 se pipetuje 20 ml tohoto mineralizovaného roztoku V 3 do 25 ml odměrné baňky a pokračuje se dle pracovního postupu "A" (stanovení orthofosforečnanu). U předpokládané vyšší koncentrace se pipetuje úměrně menší množství mineralizovaného roztoku V 3. Pokud jsou očekávány vysoké hodnoty koncentrací je vhodnější snížit již pipetáž vzorku V 2 k vlastní mineralizaci. Výpočet: Naměřené hodnoty se zpracují obdobně jako v předchozím případě. c P = c regr. n st. 0, V 2 20 V n vz. 30, , kde: c P - koncentrace veškerého fosforu v pevném vzorku [mg.g -1 ] c regr. - hodnota získaná z grafu metodou lineární regrese [mg.l -1 ] n st. - navážka KH 2 PO 4 na zásobní roztok fosforečnanu [g] V 2 - pipetáž vzorku k mineralizaci [ml] V 3 - pipetáž mineralizovaného vzorku [ml] n vz. - navážka vzorku pracího prášku [g] Úkol: Dle zadání vyučujícího se provedou některá stanovení. Například stanovení ortofosforečnanů v pitné vodě a stanovení veškerého rozpuštěného fosforu v pracím prášku do myčky nádobí. 7

8 Návod k obsluze přístroje - SPEKOL 10 s EKA nástavcem 1. Na levé straně Spekolu 10 přepnout klapku do polohy "O". 2. Zapnout zdroj Spekolu 10 síťovým vypínačem " I ". 3. Nechat asi 15 minut zahřívat. 4. Nastavit vlnovou délku bubínkem na hodnotu 700 nm a na krytu fotocely posunout rukojeť na doraz, ve směru označeném červeně (při vlnové délce nad 620 nm). 5. Zapnout čerpadlo a do kyvety načerpat destilovanou vodu zmáčknutím páčky nástavce EKA do mezipolohy. 6. Na levé straně Spekolu zkontrolovat přepnutí klapky v poloze "O". 7. Na pravé straně Spekolu přepnout přepínač na zesílení "1". 8. Na pravé straně Spekolu otočit po odaretování potenciometrem "O" tak, aby ručička ukazovala nulovou hodnotu propustnosti (ϑ%). 9. Na levé straně Spekolu přepnout klapku do polohy "I". 10. Na pravé straně Spekolu otočit, po odaretování, potenciometrem " " tak, aby ručička ukazovala 100%-ní hodnotu propustnosti. Pokud nejde hodnotu nastavit, pokračovat dle bodu 6,8,9 a 10 při zesílení "10", respektive "100". 11. Bod 6, 8, 9 a 10 provést ještě jednou pro kontrolu. 12. Z kyvety odčerpat destilovanou vodu zmáčknutím páčky nástavce EKA do spodní polohy a poté načerpat (páčka nástavce EKA v mezipoloze) do kyvety standardní roztok respektive vzorek a odečíst hodnotu absorbance. Při čerpání je nutno kyvetu vždy několikrát promýt měřeným roztokem. 13. Po proměření všech vzorků kyvetu důkladně promýt destilovanou vodou (alespoň 10 krát) a v kyvetě nechat destilovanou vodu!! 14. Vypnout Spekol síťovým vypínače " I " na stabilizovaném zdroji. 8

9 Seznam přístrojů, laboratorních pomůcek a chemikálií k úloze: 1 Spekol 10 s nástavcem EKA a 1 cm kyvetou 1 ks 2 Topné hnízdo LTHS ml 3 ks 3 Stojan na pipety PP 1 ks 4 Pipeta nedělená, tvar válcově rozšířený 50,0 ml 2 ks 5 Pipeta nedělená, tvar válcově rozšířený 30,0 ml 1 ks 6 Pipeta nedělená, tvar válcově rozšířený 25,0 ml 1 ks 7 Pipeta nedělená, tvar válcově rozšířený 20,0 ml 7 ks 8 Pipeta nedělená, tvar válcově rozšířený 15,0 ml 1 ks 9 Pipeta nedělená, tvar válcově rozšířený 10,0 ml 3 ks 10 Pipeta nedělená, tvar válcově rozšířený 5,0 ml 3 ks 11 Pipeta nedělená, tvar válcově rozšířený 3,0 ml 1 ks 12 Pipeta nedělená, tvar válcově rozšířený 2,0 ml 1 ks 13 Pipeta nedělená, tvar válcově rozšířený 1,5 ml 1 ks 14 Pipeta nedělená, tvar válcově rozšířený 1,0 ml 1 ks 15 Pipeta nedělená, tvar rovný 0,5 ml 1 ks 16 Pipeta nedělená, tvar válcově rozšířený - na kal 4,0 ml 1 ks 17 Pipeta dělená 10,0 ml 1 ks 18 Pipeta dělená 5,0 ml 1 ks 19 Pipeta dělená 1,5 ml 1 ks 20 Odměrná baňka NZ 19/23 na zásobní roztok 500 ml 1 ks 21 Odměrná baňka na pracovní roztok 100 ml 1 ks 22 Odměrná baňka - PE zátka, na 5 M hydroxid sodný 1000 ml 1 ks 23 Odměrná baňka - PE zátka, na 2 M hydroxid sodný 1000 ml 1 ks 24 Odměrná baňka - skleněná zátka, na 3,75 M k. sírovou 1000 ml 1 ks 25 Odměrná baňka 100 ml 5 ks 26 Odměrná baňka 25 ml 16 ks 27 Odměrný válec - nízký 10 ml 1 ks 28 Odměrný válec - vysoký 10 ml 1 ks 29 Odměrný válec - vysoký 25 ml 1 ks 30 Odměrný válec - vysoký 50 ml 1 ks 31 Baňka varná 250 ml 6 ks 32 Byreta rovná, bez kohoutu - na 2 M NaOH 25 ml 1 ks 33 Byreta s postraním kohoutem - na pracovní roztok 25 ml 1 ks 34 Nálevka na byretu φ 25 mm 2 ks 35 Nálevka s krátkým stonkem na varnou baňku φ 40 mm 6 ks 36 Skleněná tyčinka malá 200 mm 6 ks 37 Erlenmayerova baňka NZ 14/23 25 ml 1 ks 38 Erlenmayerova baňka NZ 29/ ml 1 ks 39 Kádinka 25 ml 2 ks 40 Kádinka 50 ml 3 ks 41 Kádinka 150 ml 1 ks 42 Kádinka 250 ml 1 ks 43 Kádinka 400 ml 1 ks 9

10 44 Laboratorní lžička PP 1 ks 45 Násypka s NZ14/23 2 ks 46 ph papírky 1 bal 47 Kopisť nerezová 1 ks 48 Lodička porcelánová - velká 1 ks 49 Lodička porcelánová - malá 1 ks 50 Střička PE 1 ks 51 Centropen 2846 permanent CE 1 ks 52 Gumový bezpečnostní balonek 1 ks 53 Gumové prsty 1 pár 54 Skleněné perly 1 sada 55 Držák byrety dvojitý 1 ks 56 Stojan kovový 1 ks 57 Svorka kovová 2 ks 58 Kruh varný - velký 1 ks 59 Exsikátor s náplní silikagelu 100 mm 1 ks 60 Brýle ochranné 2 ks 61 Indikátorová láhev na FF 100 ml 1 ks 1 Peroxodisíran draselný p.a. K 2 S 2 O 8 MH= 270, Kyselina askorbová ČsL. 3 C 6 H 8 O 6 176, Kyselina amidosulfonová p.a. NH 2 SO 3 H 97, Tetrahydrát molybdenanu amonnitého p.a. (NH 4 ) 6 Mo 7 O 24.4 H , Hemihydrát vinanu antimonylo-draselného p.a. SbOKC 4 H 4 O 6. ½H 2 O 333, Dihydrogen fosforečnan draselný p.a. KH 2 PO 4 136, Kyselina sírová p.a. H 2 SO 4 98, Hydroxid sodný p.a. NaOH 39, Fenolftalein p.a. C 20 H 14 O 4 318, nitrofenol p.a. NO 2 C 6 H 4 OH 139, Chloroform p.a. CHCl 3 119, Ethylalkohol pro UV spektroskopii CH 3 CH 2 OH 46,06844 PO , P 30,

11 STANOVENÍ DUSIČNANŮ PŘÍMOU POTENCIOMETRIÍ Dusičnany se vyskytují ve všech typech vod. Dusičnany je nutno stanovit v den odběru, není-li to možné, je nutné vzorky konzervovat přídavkem chloroformu v dávce 2 až 4 ml na litr vzorku. Obsah dusičnanů ve vodách se udává zpravidla hmotnostní koncentrací, a to jako NO - 3 nebo N-NO - 3, v mg.l Norma připouští nejvyšší koncentraci iontů NO 3 v pitné vodě 50 mg.l -1 (respektive c(no - 3 )/50 + c(no - 2 )/3 1), pro balené vody platí stále 50 mg.l -1 NO - 3, pro kojence pouze 15 mg.l -1. Pro stanovení dusičnanů ve vodách existují desítky metod. Žádnou z dosud navrhovaných metod nelze označit za absolutně nejsprávnější a za universální. Jednotlivé metody mají i různou citlivost a různý rozsah stanovení. Pokud se stanovují i další ionty, například dusitany, sírany, fosforečnany, fluoridy a chloridy je vhodné použít izotachoforetické stanovení nebo investičně náročnější stanovení iontovou chromatografií. Uzanční rozhodčí metodou je fotometrické stanovení s kyselinou salicylovou, které je však časově náročné. Stanovení dusičnanů přímou potenciometrií s iontově selektivní elektrodou (ISE) je rychlejší a elegantnější nežli použití spektrofotometrických metod. Přesnost a citlivost stanovení je však více závislá na celkovém složení analyzovaného vzorku. Princip: Je-li dusičnanová ISE ponořena do roztoku dusičnanů, vzniká na ní potenciál, úměrný aktivitě dusičnanových iontů podle Nernstovy rovnice: E = E o ± 2,303 RT F log a NO 3 Pokud jsou v roztoku přítomny i jiné ionty je zapotřebí jejich vliv eliminovat, neboť platí vztah dle Nikolského: E E RT ± 2,303 log (a F = o NO 3 + k i a 1/ ni i ) 11

12 kde: E - potenciál iontově selektivní elektrody E o - standardní potenciál specifický pro danou elektrodu a exp. podmínky R - plynová konstanta (8,31433 J.K -1.mol -1 ) T - absolutní teplota (-273,15 C) F - Faradayova konstanta (96 484,56 C.mol -1 ) a - NO3 - aktivita dusičnanů a i n i - aktivita interferujícího iontu - náboj interferujícího iontu k i - koeficient selektivity dusičnanové elektrody k interferujícímu iontu i. Selektivitu dusičnanové elektrody firmy Crytur, charakterizují koeficienty selektivity, které jsou uvedeny v následující tabulce II. Tabulka II: Koeficienty selektivity interferujících látek pro ISE Crytur ion k i ion k i NO 2-3, HCO 3 4, Cl - 5, CH 3 COO - 5, Br - 7, ClO 3 1, I - 1, ClO 4 1, Ve většině reálných roztoků nejsou naštěstí přítomny chloristany ani chlorečnany, takže s jejich případnou interferencí není třeba většinou počítat. Rušící vliv ostatních iontů je třeba eliminovat. Například síran stříbrný v přídavném roztoku odstraňuje vlivy halogenidů, sulfidů, kyanidů a jiných iontů, tvořících se stříbrnými ionty málo rozpustné soli. Kyselina amidosulfonová odstraňuje dusitan a zároveň upravuje ph roztoku. Síran amonný udržuje zhruba konstantní iontovou sílu u všech měřených roztoků a zároveň má i pufrační vlastnosti. Pokud se provádí měření u vod například z kolonové denitrifikace, je třeba předem upravit hodnotu ph na cca 4, jelikož tyto vody mohou být silně alkalické (ph až 10) a přídavný roztok nestačí upufrovat potřebné ph. Rovněž se musí dát pozor na vysokou a hlavně měnící se solnost vzorků, jež ovlivňuje velikost aktivitního koeficientu. Pokud vzorek obsahuje příliš chloridů, musí se odstranit srážením s oxidem stříbrným. 12

13 Činidla: Přídavný roztok: 52,85 g síranu amonného a 30,00 g kyseliny amidosulfonové se rozpustí v nasyceném roztoku síranu stříbrného (cca 10 g.l -1 ) a stejným roztokem se doplní na objem ml. Standardy:. Zásobní roztok dusičnanu o koncentraci mg.l -1 NO - 3 : 1,63057 g KNO 3 předem vysušeného při C do konstantní hmotnosti se rozpustí ve vodě a doplní na objem ml. Přidá se 1 ml chloroformu na stabilizaci. Zásobní roztok dusičnanu o koncentraci 200 mg.l -1 NO - 3 : 20 ml zásobního roztoku dusičnanu draselného o koncentraci 1000 mg.l -1 NO - 3 se doplní destilovanou vodou do 100 ml odměrné baňky po rysku. Kalibrační roztoky: Do 100 ml odměrné baňky se pipetuje zásobní roztok dusičnanu o koncentraci 1000 mg.l -1 - NO 3, respektive 200 mg.l -1 - NO 3 dle tabulky III a po doplnění destilovanou vodou po rysku se důkladně promíchá. Tabulka III: Příprava standardních roztoků dusičnanů ze zásobních roztoků standard c NO3 - pipetáž zás. roztoků v ml do 100 ml odměrné baňky č [mg.l -1 ] c NO3 - = mg.l -1 c NO3 - = 200 mg.l !! !! , ,5 13

14 Pracovní postup: a) Kalibrace 1. Do vysoké kádinky o objemu 50 ml se vloží magnetické míchadlo a pipetuje se 15 ml kalibračního roztoku (standardu) s nejvyšší koncentrací NO - 3 a opatrně se přidá 1,5 ml přídavného roztoku. 2. Kádinka se umístí na elektromagmetickou míchačku. 3. Pomocí držáku elektrod se umístí do roztoku dusičnanová a referentní elektroda. Zapne se míchání. POZOR!! Otáčky během celého měření musí být konstantní!! 4. Obě elektrody se připojí k měřícímu přístroji. 5. Nastaví se MODE na REL MV. 6. Stiskne se Clear/READ MV. 7. Po 3 minutách se odečte na displeji přístroje hodnota EMS v mv. 8. Po odečtení EMS článku se elektrody z roztoku vytáhnou, dokonale opláchnou destilovanou vodou a lehce se osuší filtračním papírem (nejlépe jemným papírovým kapesníčkem). 9. Osušená dusičnanová a referentní elektroda se vloží do dalšího standardního roztoku (opět s přídavným roztokem) a postupuje se dle bodu 7 a 8 až se změří všechny standardy Na semilogaritmický papír se vynese koncentrace NO 3 proti potenciálu - článku u jednotlivých standardů. Koncentrace NO 3 na logaritmickou osu, potenciál v mv na lineární osu. - b) Měření vzorků o neznámé koncentraci NO 3 1. Do kádinky o objemu 50 ml se vloží magnetické míchadlo a pipetuje se 15 ml vzorku a 1,5 ml přídavného roztoku. 2. Kádinka se opět umístí na elektromagmetickou míchačku. 3. Pomocí držáku elektrod se umístí do roztoku dusičnanová a referentní elektroda. Zapne se míchání. POZOR!! Otáčky musí být stejné jako při měření kalibrace. 4. Po 3 minutách se na displeji přístroje odečte hodnota EMS v mv. 5. Po odečtení EMS článku se elektrody z roztoku vytáhnou, dokonale opláchnou destilovanou vodou a lehce se osuší papírovým kapesníčkem. 14

15 6. Osušená dusičnanová a referentní elektroda se vloží do dalšího měřeného roztoku (opět s přídavným roztokem) a postupuje se dle bodu 4 až 5 a proměří se všechny vzorky Koncentrace NO 3 v mg.l -1 se odečte z kalibrační křivky E = f(c) s přihlédnutím k danému ředění vzorku. Pokud se musí reálné vzorky ředit, z důvodu vysoké koncentrace (c > 1000 mg.l -1 ), ředí se tak, aby hodnoty ležely ve strmé části křivky, kde je dosaženo větší přesnosti stanovení. 8. Na přístroji se přepne MODE na STD BY, odpojí se obě opláchnuté elektrody a uloží se do uchovávacího roztoku. Výpočet: Hodnoty koncentrací dusičnanů se odečtou z kalibrační křivky s ohledem na skutečnou navážku dusičnanu draselného při přípravě zásobního roztoku dusičnanu o koncentraci 1000 mg.l -1 NO - 3 a na případná ředění vzorků. c NO3 nst. = cregr. fz kde: 1,63057 c - NO3 - koncentrace dusičnanů ve vzorku [ mg.l -1 ] c regr. - regresní hodnota získaná z kalibrační závislosti [ mg.l -1 ] n st. - navážka standardní látky [ g ] f z - faktor ředění [ 1 ] Úkol: Provést měření kalibračních standardů, sestrojit kalibrační závislost E = f(log c) a stanovit koncentraci dusičnanů v neznámém reálném vzorku. V protokolu se uvádí křivka kalibrační závislosti a regresní hodnoty z počítačového zpracování výsledků, nikoliv odečtem z křivky sestrojené na semilogaritmickém papíru. Na osu x je nutno vynést logaritmy koncentrace a křivku proložit polynomem 2. řádu. Rovněž se uvádí hodnota korelačního koeficientu. 15

16 Seznam přístrojů, laboratorních pomůcek a chemikálií k úloze: 1 Analyzátor iontů model 901, Orion Research Inc.,USA 1 ks 2 Dusičnanová ISE Crytur 07-35, Monokrystaly n.p. Turnov 1 ks 3 Dvojitá kalomelová elektroda, Orion Research Inc., USA 1 ks 4 Elektromagnetická míchačka OP 912/3 1 ks 5 Magnetické mikromíchadlo 10 ks 6 Stativ elektrod Orion Research Inc.,USA 1 ks 7 Stojan na pipety PP 1 ks 8 Pipeta nedělená, tvar válcově rozšířený, 50 ml 1 ks 9 Pipeta nedělená, tvar válcově rozšířený, 25 ml 1 ks 10 Pipeta nedělená, tvar válcově rozšířený, 20 ml 1 ks 11 Pipeta nedělená, tvar válcově rozšířený, 15 ml 13 ks 12 Pipeta nedělená, tvar válcově rozšířený, 10 ml 2 ks 13 Pipeta nedělená, tvar válcově rozšířený, 5 ml 1 ks 14 Pipeta nedělená, tvar válcově rozšířený, 1 ml 1 ks 15 Pipeta nedělená, 1/2 ml 2 ks 16 Odměrná baňka 1000 ml 1 ks 17 Odměrná baňka 100 ml 11 ks 18 Navažovací lodička velká 1 ks 19 Skleněná tyčinka malá 1 ks 20 Kádinka vysoká 50 ml 13 ks 21 Kádinka 250 ml 1 ks 22 Laboratorní lžička PP 1 ks 23 Násypka 1 ks 24 ph papírky 1 bal 25 Kopisť nerezová 1 ks 26 Střička PE 1 ks 27 Gumový bezpečnostní balonek 1 ks 28 Exsikátor - společný φ 200 mm 1 ks 29 Pinzeta plastová 1 ks 30 Laboratorní brýle 3 ks 1 Dusičnan draselný p.a. KNO 3 MH= 101, Kyselina amidosulfonová p.a. NH 2 SO 3 H 97, Síran amonný p.a. (NH 4 ) 2 SO 4 132, Síran stříbrný p.a. Ag 2 SO 4 311, Chloroform CHCl 3 119,37674 NO 3-62,00494 N 14,

17 STANOVENÍ DUSITANŮ ABSORPČNÍ SPEKTROSKOPIÍ Dusitany bývají obsaženy ve všech typech vod. Koncentrace dusitanů v podzemních a povrchových vodách je zpravidla velmi malá (řádově setiny až desetiny mg.l -1 ), v odpadních splaškových vodách poměrně větší (řádově jednotky až desítky mg.l -1 ). Jako přechodný člen v cyklu dusíku vznikají dusitany ve vodách zpravidla při biochemické redukci dusičnanů nebo při biochemické oxidaci amoniakálního dusíku. Z tohoto důvodu patří dusitany (podobně jako amoniakální dusík) mezi významné indikátory fekálního znečištění přírodních vod. Norma připouští maximální koncentraci dusitanů pro balené vody 0,1 mg.l -1, pro pitné vody platí, že c(no - 3 )/50+c(NO - 2 )/3 1. Indikátorovou hodnotu dusitany ztrácejí, jestliže jsou anorganického původu; dusitany mohou totiž vznikat ve vodách i chemickou redukcí dusičnanů s kovy, např. v podzemních vodách obsahujících železo, mangan nebo ve vodách stagnujících v kovovém potrubí. Dusitany mohou ve vodách vznikat z dusičnanů také fotochemickou cestou. Proto je důležité posuzovat indikátorovou hodnotu dusitanů v pitné vodě komplexně, tj. v souvislosti s mikrobiologickým rozborem, místním ohledáním terénu v okolí analyzované vody a obsahem dalších indikátorů fekálního znečištění. Dusitany jsou zdravotně závadné, protože způsobují methaemoglobinaemii. Stanovení dusitanů je nezbytnou součástí rozboru pitných vod. U povrchových a odpadních splaškových vod a při analytické kontrole biologických čistíren je stanovení dusitanů součástí dusíkových bilancí. Dusitany jsou ve vodě velmi nestálé, proto je nutno vzorky vody analyzovat ihned po odběru. Není-li to možné, je nutno vzorky konzervovat (2 ml až 4 ml chloroformu na l litr) a uchovávat v chladnu. Obsah dusitanů ve vodách se zpravidla udává hmotnostní koncentrací NO - 2 nebo N-NO - 2 v mg.l -1. Metody stanovení dusitanů ve vodách využívají schopnosti kyseliny dusité diazotovat aromatické aminy, nejčastěji sulfonované. Diazoniové soli, které při reakci vznikají, jsou kopulovány s jiným arylaminem za vzniku azobarviva, vhodného pro spektrofotometrické vyhodnocení. 17

18 Princip: Dusitany se obyčejně stanovují absorpční spektroskopií, po reakci s kyselinou sulfanilovou a N- (l-naftyl) -ethylendiamindihydrochloridem (NED). Sulfanilová kyselina je diazotována v prostředí hydrogensíranu draselného kyselinou dusitou (z dusitanů ve vzorku) na diazoniovou sůl. Takto vzniklá diazoniová sůl je dále kopulována s N-(1-naftyl)-ethylendiaminem na červené diazobarvivo. Intenzita vzniklého zbarvení je úměrná koncentraci dusitanů v analyzovaném vzorku vody. Stanovení ruší nerozpuštěné látky, zákal, silná oxidační a redukční činidla, železo, trichloramin a močovina. Neodstraní-li se zákal filtrací ani odstředěním, je nutno vzorek čiřit suspenzí hydroxidu hlinitého, čímž se odstraní i rušivý vliv železa (ČSN , část ll., 1985 ). Během stanovení dusitanů probíhají tyto chemické reakce: H + HO 3 S NH 2 + HNO -O 3 S N + 2 N + 2 H 2 O -O 3 S N + + H + + N + NH 2 CH 2 CH 2 NH Cl - HO 3 S N N NH CH 2 CH 2 NH HCl 18

19 Činidla: Diazotační roztok: 0,865 g sulfanilové kyseliny a 6,8 g hydrogensíranu draselného se rozpustí v destilované vodě a touto vodou se doplní na objem 250 ml. Kopulační roztok: Ve 100 ml destilované vody se rozpustí 0,040 g dihydrochloridu N-(1-naftyl)-ethylendiaminu (NED). Roztok se uchovává v tmavé láhvi a ve tmě, kdy je stálý asi 1 měsíc. Standardy: Zásobní roztok o koncentraci cca 100 mg.1-1 NO - 2 : 0,14996 g dusitanu sodného předem vysušeného při 105 C se rozpustí v destilované vodě a doplní do 1000 ml. Konzervuje se 1 ml chloroformu na 1000 ml. Uchovávaný v chladu a ve tmě je stálý asi 1 měsíc. Koncentrace dusitanů tohoto zásobního roztoku v mg.l -1 se vypočte ze skutečné navážky a procentuálního zastoupení čisté složky komerčního preparátu (stanoveno manganometricky). Pracovní roztok o koncentraci cca 1 mg.1-1 NO - 2 : 5 ml zásobního roztoku se doplní na objem 500 ml destilovanou vodou. Připravuje se vždy čerstvý! Kalibrační roztoky (standardy): Do odměrné baňky o objemu 25 ml se pipetuje pracovní roztok dusitanu dle tabulky IV a doplní se destilovanou vodou po rysku. Tabulka IV: Příprava standardů (kalibračních roztoků) dusitanů. pipetáž pracovního roztoku v ml do 25 ml odměrné baňky obsah dusitanů v mg.l -1 0,8 0,6 0,4 0,2 0,12 0,08 0,04 0,00 19

20 Pracovní postup: K 15 ml čirého vzorku respektive kalibračního roztoku (standardu) o koncentraci c - NO2 0,8 mg.l -1 se v odměrné baňce objemu 25 ml přidá 1,5 ml diazotačního roztoku, promíchá se a nechá se 10 minut stát. Přidá se 1,5 ml kopulačního roztoku a opět se promíchá. Nechá se dalších 20 minut stát, doplní se vodou po rysku, promíchá a měří se absorbance při vlnové délce 550 nm na spekolu 11 s průtočnou kyvetou EAPW. Zbarvení je stálé 24 hodin. Ke každému vzorku se provádí slepý pokus jen s diazotačním nebo kopulačním roztokem. Získané hodnoty absorbance příslušných standardů se vynesou do grafu proti koncentraci dusitanů. Výpočet: - Hmotnostní koncentrace NO 2 ve vzorku v mg.l -1 se určí z kalibračního grafu s přihlédnutím k ředění vzorku před stanovením a k procentuálnímu zastoupení dusitanů v komerčním preparátu. c n st. = c NO regr. f z % 2 0,14996 NaNO2 kde: c - NO2 - koncentrace dusitanů [mg.l -1 ] c regr. - regresní hodnota koncentrace dusitanů [mg.l -1 ] n st. - navážka standardní látky na zásobní roztok [ g ] f z - faktor ředění [ l ] % NaNO2 - procentuální zastoupení NaNO 2 v komerčním preparátu [%] Úkol: Provést měření kalibračních standardů dusitanů, sestrojit kalibrační závislost c = f(a) a stanovit koncentraci dusitanů v neznámém reálném vzorku. 20

21 Návod k obsluze přístroje SPEKOL 11 s průtočnou kyvetou 01. Zapnout na laboratorním stole elektrické jističe na 220 V. 02. Zapnout Spekol 11 tisknutím síťového vypínače " ~ ". Blikají diody T, E, C, CAL, FL, KIN. 03. Nechat asi 15 minut zahřívat. 04. Nastavit vlnovou délku bubínkem na hodnotu 550 nm. 05. Posunout rukojeť na krytu fotocely ve směru označeném modře (při vlnové délce nm) až na doraz. 06. Spustit peristaltické čerpadlo a zdroj napětí pro ovládání sání a jehlu ponořit do destilované vody. Na přední straně kyvetového nástavce zmáčkneme červený knoflík, čímž dojde k vyčerpání roztoku z kyvety. Poté prstem ucpeme otvor sání na pravé straně kyvetového nástavce, čímž dojde k nadávkování vody do kyvety. Postup opakujeme cirka 5x. 07. Při plné kyvetě stisknout tlačítko E na Spekolu. Začne blikat dioda R. 08. Stisknout tlačítko R, po krátké době (max. 10 sec.) dojde k automatickému vynulování a na displeji se rozsvítí " ", případně " OFL ". V tom případě páčku v levém dolním rohu přístroje přepneme ze střední polohy " " do polohy spodní " Θ " a znovu zmáčkneme tlačítko " R ". Na displeji se objeví hodnota " ". 09. Zaclonit kyvetu (páčku v levém dolním rohu přístroje přepnout do horní polohy " "). Na displeji se objeví blikající " 9999 " (není třeba provádět). 10. Přepnout páčku zpět. Na displeji se zobrazí hodnota " ". 15. Hodnoty absorbance se odečítají na displeji pro každý standard a vzorek. Ke každému vzorku se změří i hodnota slepého pokusu příslušného vzorku. 16. Po proměření všech standardů a vzorků a pečlivém promytí optické kyvety destilovanou vodou vypnout peristaltické čerpadlo a zdroj napětí pro ovládání. 17. Vypnout SPEKOL 11 síťovým vypínačem " ~ ". 18. Vypnout jističe č. 1 a č

22 Seznam přístrojů, laboratorních pomůcek a chemikálií k úloze: 1 Spekol 11 s nástavcem EAPW a 1cm pr. kyvetou 1 ks 2 Peristaltická pumpa a zdroj napětí 1 ks 3 Pístoventilový dávkovač kopulačního roztoku 2 ml 1 ks 4 Pístoventilový dávkovač diazotačního roztoku 2 ml 1 ks 5 Stojan na pipety PP 1 ks 6 Pipeta nedělená 20 ml 1 ks 7 Pipeta nedělená 15 ml 10 ks 8 Pipeta nedělená 10 ml 1 ks 9 Pipeta nedělená 5 ml 2 ks 10 Pipeta nedělená 3 ml 1 ks 11 Pipeta nedělená 2 ml 1 ks 12 Pipeta nedělená 1 ml 1 ks 13 Odměrná baňka 500 ml 1 ks 14 Odměrná baňka ml 1 ks 15 Odměrná baňka 25 ml 18 ks 16 Navažovací lodička velká 65 mm 1 ks 17 Skleněná tyčinka malá 20 cm 6 ks 18 Kádinka 25 ml 3 ks 19 Kádinka 400 ml 1 ks 20 Brýle laboratorní 3 ks 21 Násypka NZ 12 1 ks 22 ph papírky 1 bal 23 Kopisť nerezová 1 ks 24 Střička PE 1 ks 25 Gumový bezpečnostní balonek 1 ks 26 Exsikátor se silikagelem φ 100 mm 1 ks 1 Dusitan sodný p.a. NaNO 2 MH= 68, Kyselina sulfanilová p.a. H 2 NC 6 H 4 SO 3 H 173, Hydrogensíran draselný p.a. KHSO 4 136, N-(1-naftyl)-ethylendiamin.2HCl p.a. C 1 2 H 1 4 N 2.2HCl 259, Pentahydrát thiosíranu sodného p.a. Na 2 S 2 O 3.5H 2 O 158, Manganistan draselný p.a. KMnO 4 158, Jodid draselný p.a. KI 166, Škrob rozpustný p.a. (C 6 H 1 0 O 5 )n 162, Dichroman draselný p.a. K 2 Cr 2 O 7 294, Chloroform p.a. CHCl 3 119,37674 NO 2-46,

23 COULOMETRICKÉ STANOVENÍ AMONNÝCH IONTŮ S BIAMPEROMETRICKOU INDIKACÍ Coulometrie je metoda založená na měření elektrického náboje potřebného na elektrochemickou reakci. Pokud podléhá elektrochemické reakci přímo stanovovaná látka, mluvíme o přímé coulometrii, pokud se elektrochemickým procesem na elektrodě vyrábí složka (titrační činidlo), která reaguje se stanovovanou látkou, mluvíme o coulometrické titraci. Coulometrii lze provádět za konstantního proudu (coulometrická titrace), nebo při konstantním vloženém potenciálu (potenciostatická coulometrie, prediktivní coulometrie). Ve všech případech je třeba zjistit množství prošlého elektrického náboje. Vztah mezi elektrickým nábojem Q a hmotností látky m, která elektrochemicky zreagovala udává Faradayův zákon: m = MH Q z F = MH I t z F kde: m - hmotnost zreagované látky [g] MH - molární hmotnost [g.mol -1 ] Q - elektrický náboj prošlý článkem [C] I - elektrický proud prošlý článkem [A] t - čas po který prochází článkem el. proud [s] z - nábojové číslo elektrochemické reakce [1] F - Faradayova konstanta (96 484,56) [C.mol -1 ] Při coulometrické titraci za konstantního potenciálu, kde se proud s časem snižuje se na zjištění elektrického náboje obyčejně používá integrátoru, nebo grafické metody (prediktivní coulometrie). Množství elektrického náboje je též možno zjistit pomocí, do série zapojeného, chemického coulometru, například na stříbro (zjišťuje se hmotnost vyloučeného stříbra), na třaskavý plyn (zjišťuje se objem vodíku a kyslíku), na jod (vyloučený jod se titruje thiosíranem). V případě coulometrické titrace za konstantního proudu se náboj zjistí pouhým vynásobením času a proudu. 23

24 Princip: Stanovení amonných iontů coulometrickou titrací, např. v mineralizátu po Kjeldahlizaci, je založeno na reakci s bromnanem, který vzniká v alkalickém prostředí (ph = 8,5 9,0) z bromu, coulometricky vyrobeného z bromidu. 2 Br 2 e Br 2 Br OH BrO + Br + H 2 O 2 NH BrO N Br + 3 H 2 O Dosažení bodu ekvivalence je indikováno biamperometricky nárůstem indikačního proudu, kdy nadbytečný bromnan depolarizuje indikační katodu. Dosáhne-li indikační proud nastavené hodnoty, dojde k automatickému ukončení coulometrické titrace. 2 BrO + H 2 O + 2 e 2 Br + 2 OH Biampérometrie je založena na sledování protékajícího proudu při konstantním vloženém potenciálu na dvě polarizovatelné, obyčejně platinové, elektrody. Princip lze vysvětlit na základě anodicko-katodické polarizační křivky. Velikost protékajícího proudu je závislá na poměru koncentrace redukované a oxidované formy depolarizátoru. Je-li přítomna pouze jedna forma, je protékající proud téměř nulový. Velikost závisí dále na vloženém potenciálu (otázka reversibility el. děje). Jedná se vlastně o speciální případ voltametrie. Ukončení titrace je vlastně vždy až za bodem ekvivalence. Přebytečný bromnan je využit u dalšího vzorku, který je opět přetitrován. Ale vždy stejně. Proto je nutné, aby byly mezi jednotlivými nástřiky dodrženy stále stejné časové intervaly a to pokud možno co nejmenší. Přístroje a příslušenství: Coulometrický titrátor s biampérometrickou indikací bodu ekvivalence Coulometr SL-02, JZD agrokombinát Slušovice, ČR Elektroda platinová generační katoda s můstkem EPt 35, JZD agrokombinát Slušovice, ČR 24

25 Elektroda platinová generační anoda EPt 41, JZD agrokombinát Slušovice, ČR Elektroda platinová kombinovaná EPt 42, JZD agrokombinát Slušovice, ČR Elektromagnetická míchačka POLAMED, Type MM5, Polsko Dávkovací pipeta Labpipete 200 o objemu 200 µl Upravený kalkulátor MR 4100, Tesla Rožnov k.p., Vrchlabí, ČR Roztoky a činidla: Anodový roztok: V 1 litru teplé destilované vody se rozpustí 200 g KBr, 100 g NaHCO 3 a 8 g K 2 CO 3. Výsledné ph = 8,6 až 8,8 je možno upravit přídavkem K 2 CO 3. Katodový roztok: 10 g KBrO 3 se rozpustí v 80 ml destilované vody a přidá se 20 ml anodového roztoku. Standardy: Zásobní roztok amoniakálního dusíku o koncentraci mg.l -1 : 1,17925 g síranu amonného, vysušeného při 105 C do konstantní hmotnosti, se rozpustí v redestilované vodě a doplní se v odměrné baňce na objem 250 mililitrů. Pracovní roztok A o koncentraci 500 mg.l -1 : 100 ml zásobního roztoku se pipetuje do 200 ml odměrné baňky a doplní destilovanou vodou po rysku. Pracovní roztok B o koncentraci 50 mg.l -1 : 10 ml zásobního roztoku se pipetuje do 200 ml odměrné baňky a doplní destilovanou vodou po rysku. Standardní (kalibrační) roztoky: Připraví se ředěním pracovního roztoku A. Do 25 ml odměrných baněk se pipetuje ml pracovního roztoku A a doplní se destilovanou vodou po rysku. Takto získané standardy obsahují mg.l -1 dusíku. 25

26 Zbývající standardy se připraví ředěním pracovního roztoku B. Do 25 ml odměrných baněk se pipetuje (25) ml pracovního roztoku B a doplní se destilovanou vodou po rysku. Standardy obsahují mg.l -1 dusíku. Pracovní postup a obsluha přístroje: Funkce titrátoru: Zdroj generačního proudu dodává po celou dobu titrace generačním elektrodám konstantní proud I g en. Velikost tohoto proudu lze volit v rozmezí 0 9 ma a to skokově po 1 ma pomocí otočného číslicového přepínače, umístěného na čelním panelu coulometru (8-obr.1.). Úroveň tohoto generačního proudu je indikována ma-metrem (7), umístěným vedle přepínače. Na čelním panelu coulometru umístěný µα-metr (3) registruje indikační proud I i nd protékající indikačními elektrodami při konstantním vloženém napětí U vl o ž. Pomocí levého přepinače (14) na zadním panelu coulometru (obr.2) lze nastavit vložené napětí U vl o ž v rozmezí mv, skokově po 10 mv. Pomocí pravého přepínače (13) na zadním panelu coulometru lze nastavit komparovanou úroveň proudové odezvy v rozsahu 0 5 µα, opět skokově a to po 0,1 µα. V závěru vlastní coulometrické titrace dochází k nárůstu indikačního proudu a v okamžiku kdy je dosaženo nastavené komparované hodnoty I ko m = I i nd dojde k zastavení generačního proudu I g en, k zastavení času a tím k ukončení coulometrické titrace. Dojde-li ke snížení indikačního proudu na hodnotu I i nd 0,8. I ko m, dojde opět ke spuštění coulometrické titrace. Snížení se docílí opětovným nadávkováním vzorku či standardu. 26

27 Obr.1 Čelní panel coulometru SL-02 Obr.2 Zadní panel coulometru SL-02 27

28 Pracovní postup: Konektor obou párů elektrod se zapojí do zdířky (17) na zadní straně titrátoru. Platinová generační katoda se naplní katodovým roztokem pomocí PE injekční stříkačky. Do zdířek (15 a 16) se zapojí konektory od upraveného kalkulátoru MR Do zdířky (15) konektor s 5-ti linkou (obsahuje červený vodič). Potom se zkontoluje nastavení parametrů na coulometru SL - 02: I gen = 5 ma palcová předvolba (8) nastavena na 5 U vlož = 120 mv palcová předvolba (14) nastavena na 12 I k om = 2,5 µα palcová předvolba (13) nastavena na 25 Do kádinky se vloží míchadlo a 50 ml anodového roztoku. Kádinka se zafixuje na elektromagnetické míchačce a do roztoku se opatrně ponoří elektrody (katoda nejblíže středu nádobky). Zapne se míchání, které je třeba udržovat během celé práce konstantní a to při otáčkách cca 200 až 300 za minutu. Topení je trvale vypnuto!!! Na připojeném kalkulátoru se zkontroluje nastavení přepínačů: OFF-ON do polohy OFF Am-ALARM-PM do polohy ALARM Nyní se zapne síťový vypinač (9). Po cca 15 sekundách by se na displejích (1, 2) měly objevit nuly, na displeji kalkulátoru je rovněž nula. Pokud ne, zmáčkne se na kalkulátoru tlačítko TC a po 15 sekundách jsou na displejích coulometru i kalkulátoru nuly. Od zapnutí coulometru SL 02 během asi 5 minut narůstá výchylka na mikroampérmetru, až dosáhne cca poloviny stupnice. Po rozsvícení signalizace EKVIVALENCE (4) se údaj stopek na displeji (1) přepisuje do prvního řádku pomocného displeje (2) a stopky se nulují. Na mikroampérmetru je nulová výchylka. Při uvádění coulometru SL-02 do provozu, kdy je v titrační nádobce nový anodový roztok, se po určitou dobu po připojení k elektrické síti (max. 5 minut) zapne zdroj generačního proudu. Tím se nagenerovává přebytek činidla, se kterým se v následujících měřeních pracuje. 28

29 Stiskne se tlačítko TC. Tím je zajištěno, že další údaj měření se přepíše z displeje (1) do prvního řádku pomocného vynulovaného displeje (2). Přístroj je tak připraven k dávkování standardů či vzorků. 1) Měření amoniakálního dusíku pomocí výpočtu z Faradayova zákona Do kádinky s anodovým roztokem se pomocí vhodného dávkovače nadávkuje takové množství vzorku, aby na jeho titraci bylo potřeba 30 až 90 sekund. Dávkování tohoto objemu se provede 3x bezprostředně po sobě a z průměrné hodnoty času se vypočte koncentrace amonných iontů. 2) Měření amoniakálního dusíku metodou kalibrační přímky Špička dávkovače s nejméně koncentrovaným standardem příslušné řady se ponoří asi 5-10 mm pod hladinu anodového roztoku v titrační nádobce a pomalu se dávkuje standard. Po nástřiku poklesne výchylka mikroampermetru. Současně zhasne signalizace EKVIVALENCE, začne narůstat údaj stopek na displeji a na miliampérmetru je výchylka odpovídající nastavené hodnotě. Po dosažení původní výchylky µa-metru se zastaví stopky, jejich poslední údaj se přepíše do prvního řádku pomocného displeje a stopky se nulují. Současně se rozsvítí signalizace EKVIVALENCE, ručička mikroampérmetru klesne na nulu. Tím je titrátor připraven k dalšímu nástřiku. Ústí mikropipety se otře tamponem a opět naplní standardem. Opakuje se nástřik standardu. Pro snížení počtu nástřiků a dosažení dostatečné přesnosti měření je nutné dodržet stejné intervaly mezi jednotlivými nástřiky, proto se opakuje nástřik bezprostředně po ukončení titrace (rozsvícení kontrolky EKVIVALENCE ). Údaje z displeje se postupně zapisují do pomocného displeje. Po zapsání do třetího řádku se další údaj přepíše do prvního řádku atd. Na pomocném displeji jsou tedy zobrazeny poslední tři časové údaje měření. Proto je lepší zapisovat údaje do tabulky V a odlehlou hodnotu při výpočtu vyloučit. Další hodnoty potřebné pro sestrojení kalibrační závislosti se zjistí stejným postupem s dalším standardem z řady standardů. Stejně se pracuje i s neznámým vzorkem. Koncentrace dusíku ve vzorku se zjistí z kalibrační závislosti (obr.3). 29

30 Tabulka V: Hodnoty času coulometrické titrace amonných iontů s biamperometrickou indikací při V=200µl, I gen =5mA, I k om =2,5µA, U vlož =120mV c[mg.l -1 ] t [s] c[mg.l -1 ] t [s] c[mg.l -1 ] t [s] vzorek vzorek vzorek 75 t [s] t = a + (1/ K). c R = 0, c [mg.l -1 ] Obr.3 Kalibrační přímka coulometrického stanovení-hodnoty z tab.v Výpočty: MH I t ) cn = m 10 = = K t V z F V 3 6 kde: c N - koncentrace dusíku [mg.l -1 ] V - objem dávkovaného standardu či vzorku [µl] 2) Z kalibrace dosazením do rovnice regresní přímky. 30

31 Úkol: 1) Dávkujte několikrát neznámý vzorek a dosazením hodnot do Faradayova zákona vypočtěte kolik mg amoniakálního dusíku zreagovalo při jedné coulometrické titraci vzorku a jaká je koncentrace amoniakálního dusíku ve vzorku. 2) Dávkujte několikrát (alespoň 3 krát) každý standard a získané hodnoty časů pečlivě zaznamenejte do tabulky. Zhotovte kalibrační přímku coulometrické titrace amoniakálního dusíku v rozsahu mg.l -1. Dávkuje se 200 µl vzorku, (I gen = 5 ma, I k om = 2,5 µa). 3) Stanovte množství amoniakálního dusíku v neznámém vzorku po kjeldahlizaci metodou kalibrační přímky. Seznam chemikálií a laboratorních pomůcek k úloze: 1 Uhličitan draselný p.a. K 2 CO 3 MH = 138, Hydrogenuhličitan sodný p.a. NaHCO 3 84, Bromid draselný p.a. KBr 119, Bromičnan draselný p.a. KBrO 3 167, Síran amonný p.a. (NH 4 ) 2 SO 4 132, Kyselina dusičná p.a. HNO 3 63,01288 N 14,00674 H 1,

32 1 Odměrná baňka NZ 29/32 pro anodový roztok 2000 ml 1 ks 2 Odměrná baňka NZ 14/23 pro síran amonný 250 ml 1 ks 3 Odměrná baňka NZ 14/23 pro pracovní roztok 200 ml 2 ks 4 Odměrná baňka NZ 14/23 pro standardy 25 ml 12 ks 5 Násypka NZ 14/23 =40mm 1 ks 6 Kádinka 25 ml 12 ks 7 Kádinka vysoká 100 ml 1 ks 8 Stojan na pipety PP =180mm 1 ks 9 Odměrný válec 5 ml 1 ks 10 Odměrný válec 50 ml 1 ks 11 Pinzeta PP 200 mm 1 ks 12 Lodička navažovací 65 mm 1 ks 13 Lžička laboratorní nerezová 200 mm 1 ks 14 Stojánek dávkovačů 1 ks 15 Střička PE 250 ml 1 ks 16 Balonek pipetovací 25 ml 1 ks 17 Pipeta tvar válcově rozšířený 1 ml 3 ks 18 Pipeta tvar válcově rozšířený 1,5 ml 1 ks 19 Pipeta tvar válcově rozšířený 2 ml 2 ks 20 Pipeta tvar válcově rozšířený 3 ml 1 ks 21 Pipeta tvar válcově rozšířený 4 ml 1 ks 22 Pipeta tvar válcově rozšířený 5 ml 2 ks 23 Pipeta tvar válcově rozšířený 10 ml 2 ks 24 Pipeta tvar válcově rozšířený 15 ml 1 ks 25 Pipeta tvar válcově rozšířený 20 ml 1 ks 26 Pipeta tvar válcově rozšířený 25 ml 1 ks 27 Pipeta tvar válcově rozšířený 100 ml 1 ks 28 Injekční stříkačka PE s tupou jehlou pro plnění elektrody 10 ml 1 ks 29 Reagenční láhev PE 100 ml 1 ks 30 Skleněná tyčinka 180 mm 1 ks 31 Exsikátor s náplní silikagelu =100mm 1 ks 32 Váženka =40 mm 1 ks 33 Kádinka 250 ml 1 ks 34 Kádinka 400 ml 1 ks 35 Násypka NZ14 =40 mm 1 ks 36 Míchadlo magnetické malé =40 mm 1 ks 37 Klema 1 ks 38 Kruh malý 1 ks 39 Držák elektrod 1 ks 40 Centropen ks 41 Kopisť nerezová 200 mm 1 ks 42 Brýle laboratorní 3 ks 43 Dávkovač 200 µl 1 ks 32

33 FOTOMETRICKÉ STANOVENÍ DVOU LÁTEK VE SMĚSI BEZ SEPARACE Spektroskopické metody dělíme na atomové a molekulové, jež jsou založeny na interakci atomů respektive molekul s elektromagnetickým vlněním. Absorbovaná kvanta energie vyvolají u molekul přechody valenčních elektronů (molekulová absorpční spektroskopie, oblast UV-VIS, rozmezí asi 200 až 760 nm), či změny vibračních a rotačních stavů (infračervená a Ramanova spektroskopie). Molekulová absorpční spektroskopie je asi nejvíce používaná spektrální metoda. Používá se běžně pro stanovení barevných látek a látek, jež se na barevné převedou chemickými reakcemi. Například stanovení dusitanů, amonných iontů a celé řady dalších látek. Stanovení látek ve směsi, např. dvousložkové, se však používá velice zřídka a často se místo toho volí složitější postup, jako například separace. Více přednášky SMIA. Za připomenutí snad stojí to, že při měření transmitance se nejedná o podíl propuštěného toku záření ku vstupujícímu toku záření, ale propuštěného toku záření u vzorku ku propuštěného toku záření u slepéhp pokusu. Proto se nastavuje nulová a 100 % propustnost na slepý pokus. Princip: Stanovení je založeno na tom, že absorbance je aditivní veličina. Provádíme-li tedy měření dvousložkové směsi, jejichž absopční křivky se částečně překrývají, při dvou vlnových délkách, odpovídající obyčejně absorpčním maximům a známe-li molární absorbanční koeficienty obou látek při těchto vlnových délkách, můžeme jejich koncentrace poměrně lehce vypočítat. Bouguer-Lambert-Beerův zákon můžeme napsat ve tvaru: A λ1 = n i= 1 a i λ1 i c l kde: A - absorbance a - koncentrační absoprpční koeficient c koncentrace l - optická délka kyvety λ vlnová délka 33

34 Provedeme-li tedy měření absorbance vzorku dvousložkové směsi při vlnové délce λ 1 a λ 2, získáme příslušné hodnoty absorbance A λ1 a A λ2. Z kalibračních závislostí jednotlivých čistých složek při obou vlnových délkách odečteme směrnice tgα, které při jednotkové optické délce kyvet odpovídají absorbančnímu koeficientu a λ. Vlnové délky zjistíme ze závislosti A = f(λ). Obyčejně se volí vlnové délky odpovídající příslušným maximům. Přístroje a příslušenství: Spektrofotometr Spekol, Carl Zeiss, Jena, BRD, respektive Helios epsilon, Thermo Elektron Corporation, USA obě s kyvetou optické délky 1 cm.. Standardy: Zásobní roztok thioninu o koncentraci 600 mg.l -1 : Naváží se cca 0,06000 g vysušeného thioninu, rozpustí se v malém množství destilované vody a v odměrné baňce se doplní touto vodou na 100 ml. Zásobní roztok methylové zeleně o koncentraci 600 mg.l -1 : Cca 0,06000 g vysušené methylové zeleně se rozpustí v destilované vodě, kvantitativně se převede do 100 ml odměrné baňky a doplní se touto vodou po rysku. Pracovní roztok thioninu o koncentraci 30 mg.l -1 : 5 ml zásobního roztok thioninu o koncentraci 600 mg.l -1 se napipetuje do 100 ml odměrné baňky a doplní destilovanou vodou po rysku. Pracovní roztok methylové zeleně o koncentraci 30 mg.l -1 : Do 100 ml odměrné baňky se pipetuje 5 ml zásobního roztoku methylové zeleně o koncentraci 600 mg.l -1 a doplní se destilovanou vodou po rysku. Standardní (kalibrační) roztoky thioninu: Do 25 ml odměrných baněk se postupně pipetuje pracovní roztok thioninu o koncentraci 30 mg.l -1 v množství 1-1, ml. Po doplnění 34

35 destilovanou vodou po rysku se získají standardy o koncentraci 1,2-1,8-2,4-3,6-4,8-6,0 mg.l -1 Standardní (kalibrační) roztoky methylové zeleně: Do odměrných baněk o objemu 25 ml se postupně pipetuje pracovní roztok methylové zeleně o koncentraci 30 mg.l -1 v množství 1-1, ml. Po doplnění destilovanou vodou po rysku se získají standardy o koncentraci 1,2-1,8-2,4-3,6-4,8-6,0 mg.l -1. Pracovní postup a obsluha přístroje Helios epsilon: Pracovní postup: Nejprve se změří absorbance nejkoncentrovanějšího roztoku standardu thioninu (Th) v režimu přístroje VISIONlite SCAN v rozmezí vlnových délek od 400 nm do 700 nm. Při stejném rozsahu vlnových délek se měření opakuje pro nejkoncentrovanější standard methylové zeleně (MZ). Ze získaných křivek se odečtou hodnoty vlnové délky pro maximální absorbanci (maximum křivky) λ 1 a λ 2. Přístroj se přepne do režimu VISIONlite QUANT a při vlnových délkách λ 1 a λ 2 se vždy proměří absorbance obou řad standardů a třikrát neznámý vzorek směsi. Získané hodnoty absorbance A se zaznamenají do přiložené tabulky. Koncentrace [mg.l -1 ] 0 1,2 1,8 2,4 3,6 4,8 6,0 vzorek vzorek vzorek A [1] A [1] A [1] A [1] A [1] A [1] A [1] A [1] A [1] A [1] λ1 = m λ2 = nm thionin metylová zeleň thionin metylová zeleň Obsluha fotometru Helios epsilon: 1 - Přístroj se zapne hlavním vypínačem (je umístěn na levé straně vzadu). 2 - Zapne se počítač. 3 - Před vlastním měřením se přístroj ponechá 30 minut zahřívat. 4 - Na přístroji se zvolí v režimu měření MODE absorbance na displeji se objeví A. 35

36 5 - Z nabízených menu softwaru, které se objeví na obrazovce počítače, se zvolí ikona VISIONlite SCAN, která pro daný roztok umožňuje zaznamenat hodnoty absorbance v závislosti na vlnové délce. 6. Vytvoří se osobní soubor ve Wordu, otevře a dá na lištu. Režim VISIONlite SCAN 1. Do kolonky scan se uvede žádaný rozsah vlnových délek ve kterých má být absorbance měřena (400 nm nm s intervalem 5 nm). V menu Peak Pick se zatrhne Maxima, v menu Spectrophotometer se zaškrtne A, v menu Method se zvolí pokus.msc. 2. Do přístroje se vloží optická kyveta s destilovanou vodou. 3. Měření se zahájí pokynem Measure samples. 4. Na obrazovce se objeví ikona se jménem vzorku Sample name Blank a měření se potvrdí pokynem Measure. Přístroj automaticky změří pozadí ve zvoleném rozsahu vlnových délek 5. Po ukončení měření se na obrazovce objeví okno pro měření vzorků Saple information, do kterého se zaznamená jméno prvního měřeného vzorku (např. Th5). 6. Do přístroje se vloží kyveta s nejkoncentrovanějším standardem thioninu a v okně Saple information se zadá pokyn Measure. Je-li třeba, klikne se na okno Autoscale (upraví se rozsah absorbance grafu). 7. Po ukončení měření je spektrum standardu thioninu automaticky zaznamenáno a na obrazovce se opět objeví okno pro záznam jména měřeného vzorku, například Th6, které se přepíše na MZ5. 8. Do přístroje se vloží kyveta s nejkoncentrovanějším standardem metylové zeleně a zadá se pokyn Measure, čímž dojde opět k záznamu křivky. 9. Měření v režimu SCAN se ukončí pokynem Close. 10. Na zobrazených křivkách obou standardů software automaticky odečte vlnové délky pro maximální absorbanci (okno v dolní části obrazovky). 11. Tyto vlnové délky λ 1 a λ 2 se zaznamenají do tabulky. 12. V nabídce File se klikne na Print Previeu a po otevření okna se klikne na ikonku copy (druhé okno zleva). Do vašeho Word-souboru 36