Středoškolská odborná činnost 2006/2007

Transkript

1 Středoškolská odborná činnost 00/007 Obor 03 chemie Kapilární zónová elektroforéza Autoři: Jana Červinková, Zuzana Ježková MSŠCH, Křemencova 8 Praha, 4. ročník Konzultant práce: prof.rndr.františek Opekar,CSc. (Přírodovědecká fakulta UK, katedra analytické chemie, Praha) Zadavatel práce: Mgr. Jana Dudrová Praha, 00

2 Prohlašujeme tímto, že jsme soutěžní práci vypracovaly samostatně pod vedením prof. RNDr.Františka Opekara,CSc. a uvedly v seznamu literatury veškerou použitou literaturu a další informační zdroje včetně internetu. V Praze dne Červinková Jana Ježková Zuzana

3 Stanovení kationů v minerálních vodách Protože každá balená minerální voda má na sobě nalepenou etiketu s údaji o obsahu jednotlivých iontů, zajímalo nás, jakým způsobem lze tuto analýzu provést a zjistit tak obsah látek v mg/l. Jedním ze způsobů je kapilární zónová elektroforéza, se kterou jsme zkusily zanalyzovat naše zkoumané minerální vody Vincentku, Mattoni, Magnesii a Radenskou a naše výsledky porovnávaly s etiketami. Také jsme pro zajímavost zanalyzovaly a porovnaly studniční vodu z Drast Klecany (okres Praha-východ) s vodou z vodovodu odebrané na Karlově univerzitě. Při měření jsme se zaměřily pouze na kationty K ; Na ; Ca ; Mg ; Li. Kapilární elektromigrační metody Kapilární zónová elektroforéza patří do elektromigračních metod, které jsou založené na elektroforetické migraci iontů v elektrickém poli. Vlastní separace se provádí v kapilárách zhotovených zpravidla z taveného křemene nebo z jiného materiálu (např. PTFE). Kapilární elektromigrační metody vynikají především malou spotřebou vzorku a činidel potřebných pro separaci, velkou účinností separace, velkou rychlostí analýzy a krátkou dobou potřebnou na optimalizaci separačních podmínek. Hlavní nevýhodou je především menší reprodukovatelnost. Kapilární elektromigrační separace se liší především mediem přítomným v separační kapiláře a mechanismem separace. Proto je lze rozlišovat na:. Kapilární zónovou elektroforézu (CZE). Kapilární gelovou elektroforézu (CGE) 3. Micelární elektrokinetickou kapilární chromatografie (MEKC, MECC) 4. Elektrochromatografie v naplněných kapilárách (EC, CEC). Kapilární izoelektrické fokusování (CIEF, IEF). Kapilární izotachoforéza (CITP, ITP) Kapilární zónová elektroforéza (CZE) Prri incip elekttrrofforrézy:: Kapilární elektroforéza se používá pro separace a stanovení anorganických a organických látek, jejichž molekuly mohou nést záporný nebo kladný náboj (např. chloridy, sacharidy, aminokyseliny, aminy atd.). Kapilární zónová elektroforéza (CZE) je vhodná pro separaci a stanovení iontů lišících se svou molekulovou hmotností, tvarem a nábojem. Dochází k dělení molekul s nábojem na základě jejich rozdílných mobilit (elektroforetických pohyblivostí). Nastává proces, kdy elektroosmotický tok separačního roztoku uvnitř kapiláry unáší kladné a záporné ionty k detektoru. Tyto ionty navíc migrují svými rozdílnými elektroforetickými rychlostmi uvnitř roztoku, a tím se vzájemně dělí. Během jednoho experimentu lze dělit, detekovat a stanovit oba dva druhy iontů, kationy i aniony. Metoda CZE je použitelná pouze pro separace a stanovení molekul s nábojem. Nehodí se tedy pro stanovení neutrálních molekul. Separace látek se provádí v kapiláře z taveného křemene. Kapilára je na vnějším povrchu pokryta vrstvou žlutého až hnědého polyimidu, který značně zvyšuje pružnost kapiláry a současně odstraňuje její křehkost. Kapiláru lze tedy ohýbat, aniž by se poškodila nebo dokonce zlomila.

4 Obrázek : Průřez křemennou kapilárou V metodě kapilární elektroforézy (CE) se využívá dvou transportních jevů, elektroforetické migrace iontů a elektroosmotického toku. Elektroforetickou migraci iontů si lze představit jako pohyb iontů v elektrickém poli vlivem elektrostatického přitahování elektrického náboje k opačně nabité elektrodě. ν μ ef, i μ i ef, i π η ri Elektroosmotický tok (elektroosmóza) je druhým využívaným jevem, kdy je v kapiláře vytvořeno elektrické pole vložením napětí několik desítek kilovoltů mezi elektrody na koncích kapiláry. Při naplnění kapiláry vhodným elektrolytem, dochází na vnitřní stěně kapiláry nejprve k hydrolýze siloxanových skupin ( Si O Si ) za vzniku silanolových ( Si OH ) skupin a k následné disociaci vzniklých silanolových skupin. Tím se vnitřní povrch pokryje disociovanými křemičitanovými skupinami ( Si O ) a získá tak negativní náboj. ef, i E Q O Si OH H O OSi O H 3 O Uvolňované protony vytváří pozitivně nabitou vrstvu v roztoku přilehlém k vnitřní stěně kapiláry, kde se nachází přibližně pět silanolových skupin na nm. Po vložení elektrického napětí mezi elektrody na koncích kapiláry dochází k pohybu hydratovaných vodíkových iontů ve vzniklém elektrickém poli směrem ke katodě. Tyto protony obalené molekulami vody s sebou strhávají směrem ke katodě veškerý roztok uvnitř kapiláry, čímž vzniká elektroosmotický tok. Čím je vyšší ph elektrolytu uvnitř kapiláry, tím větší negativní náboj je rozprostřen po vnitřní stěně kapiláry a tím rychlejší elektroosmotický tok pozorujeme. Kromě ph má také na rychlost separačního elektrolytu velký vliv koncentrace. Vyšší koncentrace tlumivého roztoku snižuje potenciál elektrické dvojvrstvy, který generuje nižší elektroosmotickou pohyblivost a vede k nižšímu elektroosmotickému toku. Tedy s nižší koncentrací pozorujeme rychlejší elektroosmotický tok. ν eof μ eof E

5 Do vstupního konce kapiláry se vlivem elektroosmózy nasaje malé množství vzorku. Takové dávkování vzorku pomocí vloženého napětí mezi elektrody se nazývá elektrokinetická dávkování. Ovšem mnohem častěji se používá hydrodynamické dávkování vzorku. Hydrodynamické dávkování: Vialka se vzorkem s ponořenou kapilárou a elektrodou se pneumaticky uzavře a nad hladinu vzorku se přivede stlačený vzduch po dobu několika sekund. Přetlaku lze také dosáhnout manuálním postupem, při němž se vialka se vzorkem mechanicky zvedne tak, aby byla výše než výstupní vialka. Přetlak nad hladinou vzorku natlačí malé množství vzorku do vstupního konce separační kapiláry. Hydrodynamické dávkování má tu výhodu, že vzorek dávkovaný do kapiláry má stejné složení jako vzorek v nádobce. Elektrokinetické dávkování: Oproti hydrodynamickému dávkování je složení vzorku vstupujícího do kapiláry odlišné od složení vzorku v nádobce. Elektrokinetické dávkování preferuje jeden druh iontů, neboť při způsobu dávkování jsou díky svým elektroforetickým rychlostem zvýhodněny kationy a znevýhodněny aniony. Kationy se ze vzorku snaží migrovat svými elektroforetickými rychlostmi směrem do kapiláry, a proto se jich nadávkuje více. Naopak aniony elektroforeticky migrují z kapiláry do vialky se vzorkem a tedy se jich nadávkuje méně. Z toho vyplývá, že se více uplatňuje hydrodynamické dávkování. Obrázek : Schéma hydrodynamického nástřiku Po nadávkování vzorku se vstupní konec kapiláry a elektroda opět ponoří do vstupní nádobky s tlumivým roztokem a připojením separačního napětí několika desítek kilovoltů na elektrody se spustí vlastní analýza vzorku. Po připojení separačního napětí několika desítek kilovoltů je celá zóna vzorku unášena elektroosmotickým tokem separačního elektrolytu směrem ke katodě, tedy k detektoru. Látky s nábojem navíc migrují svými elektroforetickými rychlostmi uvnitř separačního elektrolytu a vytvářejí v kapiláře vlastní zóny. Pokud vzorek obsahuje kladně nabité látky, neutrální a negativně nabité látky, dojde k tomu, že zóna kladně nabitých látek bude rychlejší než neutrální zóna. Naopak zóna negativně nabité látky bude pomalejší než neutrální zóna, protože tento analyt je v separačním prostředí aniontem. Výsledkem separace budou tři zóny tří různých analytů, které doputují do detektoru v různých migračních časech. Pokud by se ve vzorku nacházelo více neutrálních látek, nedocházelo by k jejich vzájemné separaci a všechny by se pohybovaly rychlostí elektroosmotického toku k detektoru v jedné zóně. Metoda kapilární zónové elektroforézy je tudíž nepoužitelná pro separaci a analýzu směsi neutrálních látek. Bude-li vzorek obsahovat více druhů kladně nabitých a více druhů záporně nabitých analytů, které se budou lišit svými elektroforetickými rychlostmi, budou vytvářet vlastní zóny pohybující se rozdílnými pozorovanými rychlostmi a dospějí do detektoru v různých migračních časech. Zóny všech kationtů dorazí do detektoru před zónou

6 neutrálních látek, protože jejich pozorovaná rychlost je větší. Naopak zóny všech aniontů se objeví v detektoru až za zónou neutrálních látek, neboť pozorovaná rychlost aniontů je naopak menší. Vlastnosti separovaných kationtů a aniontů závisejí na daných experimentálních podmínkách (teplotě, viskozitě, iontové síle a ph separačního tlumivého roztoku). ph separačního elektrolytu je velmi důležitý parametr při ovlivňování efektivní elektroforetické pohyblivosti slabě kyselých a zásaditých analytů. V kapilární elektroforéze se k separaci analytů používají tyto detektory: vodivostní detektor, bezkontaktní vodivostní detektor, elektrochemická detekce, detektor s diodovým polem (DAD), hmotnostní spektrometr atd. Měření elektrické vodivosti je založeno na vodivostní detekci. Vodivostní detektor se také s výhodou využívá k detekci sacharidů a aminokyselin, které absorbují UV záření velmi nepatrně. Pro detekci se používá bezkontaktní vodivostní detektor, který měří celkovou vodivost zón separovaných látek a je tedy vhodný pro analýzy anorganických iontů, jež neabsorbují záření ve viditelné a ultrafialové oblasti spektra, a nelze je proto detekovat absorpčním fotometrickým detektorem přímo. Záznamem celé analýzy je tzv. elektroferogram, kdy počet píků odpovídá počtu separovaných zón analytů prošlých detektorem. Poskytuje kvalitativní a kvantitativní informace o analyzovaných látkách. Plocha píku v elektroferogramu jednoznačně udává migrační čas příslušné sloučeniny, z něhož lze vypočítat elektroforetickou pohyblivost příslušného analytu a ta může částečně sloužit k identifikaci analytu. Elektroforetická pohyblivost tedy závisí na povaze analyzované látky a je tedy kvantitativní informací o analytu. Plocha píku v elektroferogramu je úměrná množství příslušného analytu nadávkovaného do separační kapiláry a vztažena na dávkovaný objem vzorku jednoznačně udává koncentraci analyzované látky ve vzorku. Plocha píku nese tudíž kvantitativní informaci o analytu. Pro kvantitativní vyhodnocování elektroferogramu v CE se nejčastěji používá metoda kalibrační křivky nebo metoda standardního přídavku. Metoda kalibrační křivky se provádí tak, že se roztok se vzorkem naředí na několik koncentrací a z naměřených hodnot se sestaví kalibrační křivka. Kalibrace je hledání vztahu mezi odezvou přístroje S a koncentrací analytu c, tj. Sf(c). Metoda standardního přídavku: standardní vzorek je přidáván do analyzovaného vzorku. Metoda je používána pouze v případě lineární závislosti Sf (c).

7 Experri imenttál lníí čásstt:: Příísttrojj Obrázek 3: Schéma aparatury Obrázek 4: Detektor

8 Obrázek : Schéma přístroje pro kapilární elektroforézu Upořádání přístroje pro CE tvoří vstupní nádobka (vialka), separační kapilára a výstupní nádobka. Tyto tři části se musí plnit vhodným separačním elektrolytem. Detekční cela obsahuje dva na sobě nezávislé detekční systémy optický a bezkontaktní vodivostní. Optická část se v tomto případě nepoužívá. Protože námi stanovované kationty neabsorbují UV záření. Vodivostní část se skládá ze semitubulárních (půlkruhových) hliníkových elektrod o tloušťce μm a šířce mm. Vzdálenost je mm. Na první elektrodu je přiváděn střídavý signál o vysoké frekvenci z funkčního generátoru. Ten prochází kapilárou a je snímán druhou elektrodou. Duální detektor umožňuje současnou detekci anorganických i organických iontů a usnadňuje identifikaci látek ve směsi podle toho, jaká část detektoru poskytuje odezvu na danou látku. Separační elektrolyt musí mít malý obsah absorbujících komponent a malou vodivost. Poněvadž žlutě až hnědě zbarvená polyimidová vrstva na vnějším povrchu kapiláry je velmi špatně propustná pro UV a VIS záření, musí se v místě průchodu světelného paprsku z povrchu kapiláry odstranit v horké koncentrované kyselině sírové a omytím vzniklé zuhelnatělé vrstvy ethanolem. Tak vznikne na kapiláře detektorové okénko o délce několika milimetrů s obnaženou křemennou stěnou, avšak kapilára se stane v tomto místě velmi křehkou. Než se začne provádět skutečná analýza vzorku, je vhodné připojit separační napětí několika desítek kilovoltů na platinové elektrody ve vstupní a výstupní vialce po dobu několika minut. Dojde ke stabilizaci elektroosmotického toku v kapiláře a navíc si vnitřní povrch kapiláry přivykne na používaný elektrolyt. Aby se kapilára při separaci příliš nezahřívala, je dobré během experimentu zároveň ověřit zvolené separační napětí. Pro vlastní analýzu je nejdůležitější nadávkování vzorku. Vstupní vialka se vymění za vialku se vzorkem a na elektrody se připojí napětí podobu několika sekund..

9 Obrázek : Detektor Obrázek 7: Hliníkové elektrody Použiitté chemiikálliie Vincentka, Mattoni, Magnesia, Radenska, hydroxid sodný, L-Histidin, -morfolinethansulfonová kyselina, kyselina sírová, ethanol, chlorid vápenatý, hexahydrát chloridu hořečnatého, chlorid sodný, chlorid draselný a monohydrát hydroxidu lithného.

10 Experiimenttállníí podmíínky ph (Mes/His), laboratorní teplota t C U 0kV I 9- μ A f 00kHz Dávkování hydrodynamicky min/s Kapilára byla během experimentu dvakrát zkrácená, ale na separaci to nemělo významný vliv. Celková délka kapiláry / cm Délka kapiláry k detektoru/cm Vnitřní průměr kapiláry/ μ m Vnější průměr kapiláry/ μ m Úprravva vvzzorrkku Při vlastním měření bylo potřeba pracovat s deionizovanou vodou, aby se zamezilo kontaminaci vzorku ionty z vody. Protože minerální vody obsahovaly bublinky, bylo nutné provést sonikaci pomocí ultrazvukové lázně. Tím se zamezilo tomu, aby se kapilára zanesla vzduchovou bublinou, což by způsobovalo vysoký šum základní linie. Úpravu vzorku jsme prováděly tak, že do vialky jsme odpipetovaly 3ml zředěného separačního elektrolytu a řádově desítky µl. Zředěný elektrolyt jsme používalz proto, že čím je elektrolyt zředěnější, tím je rychlost kationtů větší. Přří íprravva sseeparračční ího eel leekkt trrol lyyt tu Jako elektrolyt jsme používaly směs L-Histidinu a -morfolinethansulfonové kyseliny v poměru :, ph elektrolytu bylo,. Tento elektrolyt jsme použily proto, že má nízkou vodivost. Posst tup měěřřeení í Než se začne provádět skutečná analýza vzorku, je vhodné připojit separační napětí několika desítek kilovoltů na platinové elektrody ve vstupní a výstupní vialce po dobu několika minut. Dojde ke stabilizaci elektroosmotického toku v kapiláře a navíc si vnitřní povrch kapiláry přivykne na používaný elektrolyt ( Mes/His). Poté jsme nadávkovaly hydrodynamicky vzorek a zpět připojily vialku se separačním elektrolytem a vložily napětí. Po skončení analýzy jsme promyly kapiláru separačním elektrolytem. Protože se do kapiláry dostaly během měření nečistoty, a tím se retenční čas prodloužil a pozorovaly jsme velký šum základní linie. Proto jsme musely kapiláru regenerovat promytím 0,mol/l NaOH po dobu minut a poté jsme kapiláru promyly vodou a opět naplnily separačním elektrolytem.

11 Výýpoččt tyy navvážžeekk na přří íprravvu rrozzt tokků Pro kvalitativní a kvantitativní stanovení kationtů ve vodách jsme si připravily standardní roztoky těchto kationtů o koncentraci 0,mol/l. V 0ml c 0,mol/l m?g m c V M m ( CaCl ) 0,mol/l 0,0l,99g / mol 0,g m ( MgCl H ) 0,mol/l 0,0l 03,3g / mol, 07g m (NaCl) m (KCl) Název látky Molární hmotnost g/mol CaCl,99 MgCl H O 03,3 NaCl 8,44 KCl 74, LiOH H O 4,9 O 0,mol 0,0l 8,44g / mol 0, 9g 0,mol 0,0l 74,g / mol 0, 373g m ( LiOH H O ) 0, mol 0,0l 4,9g / mol 0, 098 g Řeeděění í rrozzt tokků do odměěrrnýýcch baněěkk zz kkoncceent trraccee 0,,mol/ll na kkoncceent trracci i mol/ /ll 3 ml cz mol/ l 3ml mol/ l cz 0,003mol/ l 3 3ml ml V 0, mol/ l 0,003mol/ l 0ml 0,003mol/ l V, ml 0ml 0, mol/ l V 0, mol/ l 0,003mol/ l ml 0,003mol/ l V 0,7ml ml 0, mol/ l c cv cv ( V V ) 0,003mol 3ml 3 ml

12 Přří íprravva sseeparračční ího eel leekkt trrol lyyt tu Meess/ /Hiss Název látky Vzorec Molární hmotnost g/mol L-Histidin C H 9 N 3O, -morfolinethan CH3NO4S H O 3, sulfonová kyselina c 0 3 mol V 00ml m? m c V M m (His) m(mes) mol 0,l,g / mol, g mol 0,l 3,g / mol, 3g

13 V této minerální vodě jsme stanovovaly Výpočet obsahu K Viincenttka K a Li metodou standardního přídavku. Vyyhodnocceení í beezz přří ídavvkku K měření Retenční čas (s) Plocha píku. 9,, ,, 3. 9,,3999 Vyyhodnocceení í ss přří ídavvkkeem K měření Retenční čas/s Plocha píku. 9, 8,8. 9,7 9, , 8,7373. Vincentka celkem -,3907 Vincentka K - 8,8 Přidáno μ l o c 3 3 M m( K) c V M 3 mol l 39,0983g / mol,79 3 g /μl,3907 g K (8,8-,3907),79 - g,3907,79 8,8-,3907,908 g /μl,908,908 0,908g 9,08mg. Vincentka celkem -, Vincentka K - 9,739 Přidáno μ l o c 3 3 M,. g K (9,739-,)..,79,,79,00 g /μl 9,739 -, g

14 ,00,00 0,g,0mg 3. Vincentka celkem -,3999 Vincentka K - 8,7373 Přidáno μ l o c 3 3 M,3999. g K (8,7373 -,3999)..,79 g 3,3999,79,8978 g /μl 8,7373-,3999,8978,8978 0,8978g 89,78mg medián x,908 rozpětí R,00,8978, interval spolehlivosti L Kn R,3,,888,888,888 0,0888g 8,89mg Vincentka obsahovala 9,08mg/l ± 8, 89 K. Vyyhodnocceení í beezz přří ídavvkku0μl Lii měření Retenční čas (s) Plocha píku. 3,, ,3, ,9,0 Vyyhodnocceení í ss přří ídavvkkeem0μl Lii měření Retenční čas (s) Plocha píku. 34, 8, ,4 7, ,3 8,7

15 Výpočet skutečného množství Li. Vincentka celkem -,497 Vincentka Li - 8,89909 Přidáno μ l o c 3 3 M m c V M 3 ( Li ) 3 mol l,94g / mol,083 g /μl, g Li (8,89909-,497 )..,083-7 g,497,083,337 9,389mg l 8, ,497 0 l / μ. Vincentka celkem -,04 Vincentka Li - 7,948 Přidáno μ l o c 3 3 M,04.. g Li (7,948-,04).,083-7 g,04,083 7,98 3,3mg l 7,948 -,04 0 l / μ 3. Vincentka celkem -,0 Vincentka Li - 8,7 Přidáno μ l o c 3 3 M,0 g Li (8,7-,0),083-7 g,0,083,83,mg l 8,7 -,0 0 l / 3 μ medián x, rozpětí R 3,3-9,3893,90 interval spolehlivosti L Kn R,3 3,90,097, Vincentka obsahovala,mg ±, Li.

16 40 Na 3 30 vodivost / mv 0 K Ca Mg Li cas / s elektroferogram Vincentka elektrolyt Mes/His ph,; separační napětí 0kV, proud μ A, frekvence 00kHz

17 V této minerální vodě jsme stanovovaly metodou kalibrační křivky. K a Mattttonii Na metodou standardního přídavku a Mg Vyyhodnocceení í beezz přří ídavvkku K Výpočet skutečného množství Měření Retenční čas (s) Plocha píku. 9 3,437. 7,9 3, ,4 3,4047 Vyyhodnocceení í ss přří ídavvkkeem K měření Retenční čas (s) Plocha píku. 7,7 7,44.,9 7,03 3.,7 7,3 K. Mattoni celkem - 3,437 Mattoni K - 7,44 Přidáno μ l o c 3 3 M m c V M 3 ( K ) 3 mol l 39,0983g / mol,79 g /μl 3, gk (7,44-3,437).,79 - g,07 7,44-3,437 3,437,79,07,07 0,7g,7mg. Mattoni celkem - 3,4803 Mattoni K - 7,03 Přidáno μ l o c 3 3 M 3, gk (7,03-3,4803)..,79 - g 3,4803,79,88 7,03-3,4803

18 ,88,88 0,88g,88mg 3. Mattoni celkem - 3,4047 Mattoni K - 7,3 Přidáno μ l o c 3 3 M 3, gk (7,3-3,4047).,79 - g 3,4047,79 3,033 7,3-3,4047,033,033 0,33g,33mg medián x,33 rozpětí R,88-,78, interval spolehlivosti L Kn R,3 8,,93,9 Mattoni obsahovala,33mg/l ±,9 Výpočet skutečného množství. K. Vyyhodnocceení í beezz přří ídavvkku Na měření Retenční čas (s) plocha. 09,4. 07,, ,940 Vyyhodnocceení í ss přří ídavvkkeem Na měření Retenční čas (s) plocha. 0,9. 0,4, ,8,8089 Na Mattoni celkem -,4 Mattoni Na -,9 Přidáno μ l o c 3 3 M m c V M ( Na ) 3 3,98978,899 g,4. g Na (,9-,4).,899-7 g

19 ,4,899 9,407,9-,4 9,407 9,407 0,09407g 94,07mg. Mattoni celkem -,7883 Mattoni Na -,93787 Přidáno μ l o c 3 3 M,7883. g Na (,93787-,7883)..,899-7 g,7883,899 9,09, ,7883 9,09 9,09 0,0909g 90,9mg 3. Mattoni celkem -,940 Mattoni Na -,8089 Přidáno μ l o c 3 3 M,940. g Na (,8089-,940 ).,899-7 g 3 9,847,8089 -,940 9,847,940,899 9,847 0,09847g 98,47mg medián x 94,07 rozpětí R 98,47-90,97,3 interval spolehlivosti L Kn R,3 3,9,9 Mattoni obsahovala 94,07 ± 9, 9 Na.

20 Ca Na 8 vodivost / mv K Mg cas / s elektroferogram Mattoni elektrolyt Mes/His ph,; separační napětí 0kV, proud μ A, frekvence 00kHz Výýpoččt tyy prro nařřeeděění í rrozzt tokků hmotnosst t c V c V c V c c V H O V V ml Zásobní roztok Koncentrace ve Hmotnost Mg /g pipetáž mol/l vialce 0,0008,804 8 μl 7,04 30 μl 0,00 7 4,8 μl 0,003 7,9 7 μl,4 0 μl,9 40 μl 0,03 4 7,9 μl Vml 0,mol 0,0008mol ml,0008mol V 0, 07ml ml 0,mol Vml 0,mol 0,00mol ml 0,00mol V 0, ml ml 0,mol Vml 0,mol 0,003mol ml 0,003mol V 0, 7ml ml 0,mol 0 Mg

21 m( Mg m( Mg m( Mg Vml 0,mol 0,03mol ml,03mol V 7, ml ml 0,mol 0 Přří íkkl lad vvýýpoččt tů hmotnosst ti ) c V M ( Mg) 0,0008mol ) c V M ( Mg) 0,00mol ) c V M ( Mg) 0,003mol 0 i Mg l 4,30g / mol,804 l 4,30g / mol 4,8 l 4,30g / mol,4 7 g g 8 g měření Retenční čas (s) Plocha píku. 99,,34. 99,0, ,,994 Y 7 0,74 0,74 Y 7,34 0,74,340 7,78 0,74,089 7,994 0,74,0 3 7 medián x,0 8 rozpětí R,340,089 8,33 8 interval spolehlivosti L Kn R,3 8,33,0809,08,0,0 0,00g,0mg,mg,08,08 0,08g,8mg Mattoni obsahovala, ±,8mg Mg.

22 Vyhodnocení Mg kalibrační křivkou osa Y (plocha píku) osa (obsah Mg v g),43,04-7 4,08 4,8-7,7874 7,9-7,0873,4-0,087,9 - plocha píku 0 0 Kalibrační graf pro Mg y,77x 0,74 0,00,00,00 3,00 4,00 Obsah Mg v g. -

23 V této minerální vodě jsme stanovovaly metodou kalibrační křivky. Magnesiia K a Na metodou standardního přídavku a Vyyhodnocceení í beezz přří ídavvkku K K Retenční čas / s Plocha píku. 70,4,394. 9,9, ,,7889 Vyyhodnocceení í ss přří ídavvkkeem K Mg Výpočet skutečného množství K Retenční čas / s Plocha píku. 70,9, ,7, ,7,3848 K. Magnesia celkem -,394 Magnesia K -,4034 Přidáno μ l o c 3 3 M m c V M 3 ( K ) 3 39,0983,79 g /μl,394 g K (,4034-,394)..,79 g,394,79,4034,394 7,77 g /μl 7,77 7,77 0,0777g 77,7mg. Magnesia celkem -,04 Magnesia K -,9833,04. g K (,9833-,04)..,79,04,79,9833,04 g 7,7 g /μl

24 7,7 7,7 7,7mg 3. Magnesia celkem -,7889 Magnesia K -,3848,7889. g K (,3848-,7889)..,79 g 3,7889,79,3848,7889 7,04 g /μl 7,04 7,04 0,0704g 70,4mg medián x 7,7 rozpětí R 7,77 interval spolehlivosti 7,04 L Kn R 7,3 8,3 7,3 8 9,49 8 9,49 8 9,49 3 0,00949g 9,49mg Magnesia obsahovala 7,7 ± 9,49mg K. 30 Mg vodivost / mv 0 K Ca Na cas/s elektroferogram Magnesia elektrolyt Mes/His ph,; separační napětí 0kV, proud μ A, frekvence 00kHz

25 Výýpoččt tyy prro nařřeeděění í rrozzt tokků hmotnosst t c V c V c V c c V H O V V ml Zásobní roztok Koncentrace ve Hmotnost Mg /g pipetáž mol/l vialce 0,0008,804 8 μl 7,04 30 μl 0,00 7 4,8 μl 0,003 7,9 7 μl,4 0 μl,9 40 μl 0,03 4 7,9 μl m( Mg m( Mg m( Mg Vml 0,mol 0,0008mol ml,0008mol V 0, 07ml ml 0,mol Vml 0,mol 0,00mol ml 0,00mol V 0, ml ml 0,mol Vml 0,mol 0,003mol ml 0,003mol V 0, 7ml ml 0,mol Vml 0,mol 0,03mol ml 0,03mol V 7, ml ml 0,mol 0 Přří íkkl lad vvýýpoččt tů hmotnosst ti ) c V M ( Mg) 0,0008mol ) c V M ( Mg) 0,00mol ) c V M ( Mg) 0,003mol 0 i Mg Mg l 4,30g / mol,804 l 4,30g / mol 4,8 l 4,30g / mol,4 7 g g 8 g Vyhodnocení Mg kalibrační křivkou Mg Retenční čas / s Plocha píku., 8, ,8 3,788 3., 4,8707

26 y y 0,49 x 7 7 x 0,49 x x x 3 8, ,49,93 g /μl 7 3,788 0,49,43 g /μl 7 4,8707 0,49,4 g /μl 7 medián x,4 rozpětí R,93,4 3,9 interval spolehlivosti L Kn R,3 3,9,07,4,07,4,07 0,4g 4mg 0,007g 0,7mg Magnesia obsahovala 4 ± 0,7mg Mg. osa y (plocha píku) osa x (obsah Mg v g),44,8e-08,3,04e-07 4,4483 4,8E-07,379 7,9E-07,477,4E-0,43409,9E-0 7,470 7,9E-0

27 Kalibrační graf pro Mg plocha píku y,8x - 0, ,000,000 4,000,000 8,000 Obsah Mg v g. -

28 V této minerální vodě jsme stanovovaly Ca metodou kalibrační křivky. Radenska K a Na metodou standardního přídavku a Vyyhodnocceení í beezz přří ídavvkku K K Retenční čas / s Plocha píku. 4,0 3,37. 3,8 3, ,0 3,9743 Mg s Vyyhodnocceení í ss přří ídavvkkeem K K Retenční čas / s Plocha píku. 4, 7,93. 4, 7, ,9 7,44 Výpočet skutečného množství K. Redenska celkem - 3,37 Radenska K - 7,93 Přidáno μl o c 3 3 M m( K) c V M ,0983,73 g 3,37 g K (7,93-3,37)..,73 3,37,73 7,93 3,37,03 g /μl,03,03 0,3g 3mg. Rednska celkem - 3,49493 Radenska K - 7,737 3 Přidáno μl o c 3 M 3,49493 g K

29 7,737-3,49493.,73 3,49493,73 7,737 3,49493, g /μl,, 0,g,0mg 3. Radenska celkem - 3,9743 Radenska K - 7,44 3 Přidáno μl o c 3 M 3, g K 7,44-3, ,73 3 3,9743,73 7,44 3,9743,3 g /μl,3,3 0,3g 30mg medián x, rozpětí R,3,03,7 interval spolehlivosti L Kn R,3,7 3, 3, 3, 0,03g 3,mg Radenska obsahovala ± 3, mg/l K. Vyyhodnocceení í beezz přří ídavvkku Na Na Retenční čas / s Plocha píku. 4,8 9,4438., 30, , 30,9 Vyyhodnocceení í ss přří ídavvkkeem Na Na Retenční čas / s Plocha píku., 3,4043.,3 3, , 3,74

30 Výpočet skutečného množství Na. Radenska celkem - 9,4438 Radenska Na - 3, Přidáno μl o c 3 M m( Na) c V M 3 3,98978,899 g 9,4438. g Na 3,4043-9,4438,899 9,4438,899 3,0 g /μl 3,4043 9,4438 3,0 3,0 0,30g 30,0mg. Radenska celkem - 30,3497 Radenska Na - 3, Přidáno μl o c 3 M 30,3497. g Na 3, ,3497,899 30,3497,899 3,99 g /μl 3, ,3497 3,99 3,99 0,399g 39,9mg 3. Radenska celkem - 30,9 Radenska Na - 3,74 3 Přidáno μl o c 3 M 30,9 g Na 3,74-30,9, ,9,899 3,39 g /μl 3,74 30,9

31 3,39 3,39 0,339g 339mg 4,8 medián x 3, rozpětí R 3,39 interval spolehlivosti 4,8 3,0 L Kn R 3,7,3 3,7 0,048g 48,mg 4,8 Radenska obsahovala 30 ± 48, mg/l Na. Na 8 Ca Mg vodivost / mv 4 K cas/s elektroferogram Radenska elektrolyt Mes/His ph,; separační napětí 0kV, proud μ A, frekvence 00kHz

32 Výýpoččt tyy prro nařřeeděění í rrozzt tokků hmotnosst t Mg c V c V c V c c V H O V V ml Zásobní roztok Koncentrace ve Hmotnost Mg /g pipetáž mol/l vialce 0,0008,804 8 μl 7,04 30 μl 0,00 7 4,8 μl 0,003 7,9 7 μl,4 0 μl,9 40 μl 0,03 4 7,9 μl m( Mg Vml 0,mol 0,0008mol ml,0008mol V 0, 07ml ml 0,mol 0 m( Mg m( Mg Vml 0,mol 0,00mol ml,00mol V 0, ml ml 0,mol Vml 0,mol 0,003mol ml,003mol V 0, 7ml ml 0,mol Vml 0,mol 0,03mol ml 0,03mol V 7, ml ml 0,mol 0 0 Přří íkkl lad vvýýpoččt tů hmotnosst tí ) c V M ( Mg) 0,0008mol ) c V M ( Mg) 0,00mol ) c V M ( Mg) 0,003mol 0 í Mg l 4,30g / mol,804 l 4,30g / mol 4,8 l 4,30g / mol,4 7 8 g g g Vyhodnocení Mg kalibrační křivkou Mg Retenční čas / s Plocha píku. 0,4,3. 0,7 9, ,7 9,909 y y 0,49 x 7 7 x 0,49

33 ,3 0,49 x,8 7 9,99 0,49,0 7 x 9,909 0,49,0 7 x 3 medián x,0 rozpětí R,8,0,7 interval spolehlivosti L Kn R,3,7 3,,0,0 0,g mg 3, 3, 0,03g 3,mg Radenska obsahovala ± 3,mg Mg. osa y (plocha píku) osa x (obsah Mg v g),44,8e-08,3,04e-07 4,4483 4,8E-07,379 7,9E-07,477,4E-0,43409,9E-0 7,470 7,9E-0 plocha píku Kalibrační graf pro Mg y,8x - 0, ,000,000 4,000,000 8,000 Obsah Mg v g. -

34 Výýpoččt tyy prro nařřeeděění í rrozzt tokků hmotnosst t c V c V c V c c V H O V V ml Zásobní roztok Koncentrace ve Hmotnost Ca /g pipetáž mol/l vialce 0,0008, 7 μl 7 3,37 30 μl 0, μl 0,003,0 7 μl,4 0 μl 4,8 40 μl 0,03 4, μl Vml 0,mol 0,0008mol ml,0008mol V 0, 07ml ml 0,mol 0 m(ca m(ca m(ca Vml 0,mol 0,00mol ml,00mol V 0, ml ml 0,mol Vml 0,mol 0,003mol ml,003mol V 0, 7ml ml 0,mol Vml 0,mol 0,03mol ml 0,03mol V 7, ml ml 0,mol 0 0 Přří íkkl lad vvýýpoččt tů hmotnosst tí ) c V M ( Ca) 0,0008mol ) c V M ( Ca) 0,00mol ) c V M ( Ca) 0,003mol 0 í Ca Ca l 40,078g / mol, l 40,078g / mol 8 7 l 40,078g / mol,4 g g 7 g Vyhodnocení Ca kalibrační křivkou Ca Retenční čas / s Plocha píku. 9,3 7, ,7 4, ,7 3,79 y y,47 x x,47

35 x x x 3 7,389,47,7 g /μl 4,093,47,99 g /μl 3,79,47,9 g /μl medián x,99 rozpětí R,7,9, interval spolehlivosti L Kn R,3, 8,8,99 8,8,99 8,8 0,99g 99mg 0,088g 8,8mg Radenska obsahovala 99 ± 8,8mg Ca. osa y (plocha piku) osa x (obsah Ca v g) 4,0937,E-07,78 3,37E-07,7097 8,00E-07 9,8873,0E-0,8804,40E-0 3,48 4,80E-0 7,88,0E-0 Kalibrační graf pro Ca 80 y,89x,47 plocha piku ,0,0 4,0,0 8,0,0,0 4,0 Obsah Ca v g. -

36 V této minerální vodě jsme stanovovaly Voda z vodovodu Drastty--Kllecany ((okr.. Praha--východ)) Mg standardního přídavku. vvzzorreekk vvodyy beezz přří ídavvkku Mg Mg Retenční čas (s) Plocha píku. 09,4 3, ,7 3, ,7 3,9 Výpočet skutečného množství vvzzorreekk vvodyy ss přří ídavvkkeem Mg Mg Retenční čas (s) Plocha píku. 09, 9,89 09,4 9, , 8,8889 Mg. Voda Drasty celkem - 3,8907 Voda UK Mg - 9,89 3 Přidáno μl o c 3 M m( Mg ) c V M 3 3 4,30 7,9 g 3, g Mg (9,89-3,8907)..7,9-7 g 3,8907 7,9 4,89 9,89 3,8907 4,89 4,89 0,0489g 4,89mg 4,83mg. Voda Drasty celkem - 3,873 Voda UK Mg - 9, Přidáno μl o c 3 M 3,873.. g Mg (9, ,873) 7,9-7 g

37 3,873 7,9 4,78 9, ,873 4,78 4,78 0,0478g 47,8mg 47,mg 3. Voda Drasty celkem - 3,9 Voda UK Mg - 8, Přidáno μl o c 3 M 3,9... g Mg (8,8889-3,9) 7,9-7 g 3,9 7,9 3,80 8,8889-3,9,80,80 0,08g,8mg medián x 47,mg rozpětí R, 8-4, 83,0 interval spolehlivosti L Kn R,3,0 7, 83 Voda na Drastech obsahovala 47,±7,83mg/l Mg. ( y) Ca vodivost / mv 8 4 Mg K Na cas / s elektroferogram V. měření Voda z Drast Klecany (okr. Praha východ)- elektrolyt Mes/His, separační napět 0kV, proud μ A, frekvence 00kHz

38 V této minerální vodě jsme stanovovaly Výpočet skutečného množství Voda z vodovodu UK Mg standardního přídavku. Vyyhodnocceení í beezz přří ídavvkku Mg Mg Retenční čas Plocha píku. 09,, ,, ,,99 Vyyhodnocceení í ss přří ídavvkkeem Mg Mg Retenční čas Plocha píku. 09,9 7, ,, ,4,84933 Mg. Voda UK celkem -,403 Voda UK Mg - 7,003 3 Přidáno μl o c 3 M m( Mg ) c V M 3 3 4,30 7,9 g,403.. g Mg 7,003-,403 7,9,403 7,9 7,003,403,8 g /μl,8,8 0,08g 8,mg. Voda UK celkem -,3370 Voda UK Mg -,834,3370 g Mg,834-, ,9,3370 7,9,834,3370,78 g /μl

39 ,78,78 0,078g 7,8mg 3. Voda UK celkem -,99 Voda UK Mg -,84933,99. g Mg,84933-,99.. 7,9 3,99 7,9,84933,99,3 g /μl,3,3 0,03g,3mg,47 medián x,78 rozpětí R,8 interval spolehlivosti 8,47 3,3 L Kn R,9 8,3,9 0,0047g,74mg 8,47 8 Voda na UK obsahovala 7,8 ±, 47 mg/l Mg. Ca 4 vodivost / mv 3 K Na Mg cas/s elektroferogram VI. měření voda z vodovodu UK elektrolyt Mes/His, separační napět 0kV, proud μ A, frekvence 00kHz

40 Závěrr Výslledky a porovnáníí vod s ettiikettamii Vincentka (K, Li ) kationt Podle etikety (mg/l) Naměřené hodnoty (mg/l) K 33,0 9,08mg/l ± 8, 89 Li 9,8,±, Mattoni (K, Na, Mg ) kationt Podle etikety (mg/l) Naměřené hodnoty (mg/l) K -,0±,83 Na 0,8 94,±4,7 Mg 0,4,±,8 Magnesia (K, Na, Mg ) kationt Podle etikety (mg/l) Naměřené hodnoty (mg/l) K - 7,7 ± 9, 49 Mg 00,0 4 ± 0, 7 Radenska (K, Na, Mg,Ca ) kationt Podle etikety (mg/l) Naměřené hodnoty (mg/l) K 4,0 ± 3, Na 390,0 30 ± 48, Mg 87,0 ± 3, Ca 30,0 99 ± 8, 8 Námi stanovené hodnoty se dobře shodovaly s hodnotami uvedenými na etiketě. Případné odchylky mohou být způsobeny mechanickým dávkováním. Porovnáníí vody na Drasttech s vodou na UK Z experimentálního měření vyplývá jasný závěr, že voda z vodovodu UK obsahuje podstatně menší množství Mg než voda z Drast u Klecan (viz elektroferogramy). Podle nás je důvod následující: voda z Drast je čerpána ze studně, a tím pádem obsahuje větší množství minerálních látek než voda z centra Prahy. Význam sttanovovaných kattiionttů pro čllověka Draslík (kalium) - Lidské tělo obsahuje dvakrát více K než Na - K je hlavní intracelulární kationt, který váže vodu a účastní se přenosů nervového vzruchu - Jeho hladina je důležitá pro normální svalovou a hlavně srdeční aktivitu - Hyperkalémie způsobená velkým přívodem draslíku; selhání ledvin

41 Vápník (kalcium) - Je základní součástí stavebního materiálu kostí a zubů - Nezbytný pro přenos vzruchů ve svalech, má význam v procesu srážení krve, ovlivňuje propustnost buněčných stěn kapilár Sodík (natrium) - Je hlavním extracelulárním kationtem, je nezbytný pro regulaci iontové rovnováhy, pro udržený osmotického tlaku, brání ztrátám vody, je nutný pro přenos nervového vzruchu, svalová dráždivost - Hladina sodíku a tím i vody v těle je regulována tzv. mineralokortikoidy (aldosteron) - Léčiva, která zvyšují vylučování sodíku z těla a tím i vody dimetika - Nadměrný přísun sodíku potravou může mít negativní účinky edémy, vysoký krevní tlak Hořčík (magnésium) - Je druhý nejdůležitější nitrobuněčný kationt, je součástí kostí - Je důležitou součástí řady enzymů, zpomaluje nervosvalový přenos a snižuje nervovou dráždivost - Nedostatek hořčíku (hypomagnézemie) způsobuje křeče, třes, svalové slabosti, poruchy srdečního rytmu, psychické předráždění, únavu, ospalost - Perorální přípravky obsahují hlavně organické soli (laktát, citronan, vinan) - Jako parenterální přípravek se například používá síran hořečnatý Lithium - Zmírňuje svalové křeče a vnitřní nervozitu - Pomáhá při léčení dny, příznivě působí na štítnou žlázu - Lithium navíc tlumí reakce, které vedou k uvolňování adrenalinu Vincentka Používá se v přírodních léčebných lázních Luhačovice k pitným a inhalačním kůrám při onemocnění dýchacích cest, hlasivek, při chorobách látkové výměny, vředové choroby žaludku, dvanácterníku a jejich pooperačních stavech, vleklých zduření jater, diabetes mellitus, chronická panncreatitis. Pomáhá regenerovat vnitřní prostředí člověka po velkých ztrátách potu, ke kterým dochází při těžké fyzické práci, sportu, pobytu v horkém prostředí a horečnatých onemocnění. Je vhodná pro prevenci zubního kazu dědí a může také sloužit pro uhrazení denní dávky jódu, stačí vypít ml. Je důležitá pro děti a těhotné ženy. Obsahuje biogenní prvky jako je lithium, rubidium, cesium, měď, zinek,vanad, chrom, kobalt ve fyziologickém poměrném zastoupení a je vhodná jako přírodní doplněk výživy pro sportovce, děti, těhotné ženy a rekonvalescenty. Pitná kůra je nejdůležitějším léčebným úkonem. Obsah solí vede k rozpuštění hlenu v dýchacích cestách, žaludku a ve střevech. Většinou se Vincentka podává dvakrát denně před snídaní a před večeří.

42 Magnesia Výjimečnost přírodní minerální vody Magnesia mezi evropskými vodami spočívá ve vysokém obsahu hořčíku a hydrogenuhličitanu při nízkém obsahu vápníku a sodíku. Unikátní minerální kompozice pramenů vyvěrajících v chráněné krajinné oblasti v okolí Karlových Varů, zaručuje vysokou kvalitu a ojedinělou chuť minerální vody Magnesia. Jedním z nejdůležitějších minerálů, nezbytných pro stavbu a funkci těla, je hořčík. Je obsažen v kostech, ve svalech a tělních tekutinách. Je nepostradatelný pro činnost tělesných buněk. K vyčerpání rezerv hořčíku dochází při déle trvajícím stresu, při konzumaci moučníků a bílého pečiva, nadměrném pití alkoholu, rovněž po podávání jednostranných diet na rychlé zhubnutí. Vhodným zajištěním dostatečného přísunu hořčíku je minerální voda Magnesia. Odborné lékařské studie prokázaly, že vysoký obsah hořčíku: napomáhá chránit buňky před toxickými látkami (např. před alkoholem) pomáhá oddalovat fyziologické stárnutí buněk významně podporuje fungování centrálního nervového systému a preventivně působí proti bolestem hlavy i proti migréně a stresu aktivně podporuje srdeční činnost a dýchání relaxačně působí na svalové buňky a udržuje svaly pružné stimuluje enzymatické reakce a pomáhá při trávení Kolik Magnesie denně? Minerální voda Magnesia je nepostradatelná při prevenci civilizačních chorob. Neměla by být opomínána těmi, kdo touží po zdravém a aktivním životě i ve stáří. Jedna třetina denní spotřeby tekutin by měla být pokryta Magnesií. Toto množství se může zvýšit ke a více litrům denně, v závislosti na vyšší spotřebě magnesia v některých údobích života-např. těhotenství, dospívání, nebo při nervovém vypětí.

43 Použitá literatura: F. Opekar, I. Jelínek, P. Rychnovský, Z. Plzák: Základní analytická chemie, Karolinum, Praha 00 K. Štulík a kol.: Analytické separační metody, Karolinum, Praha 004 D.Trčková:Farmakologie pro IV. Ročník, Skripta pro interní použití SZŠ Alšovo nábřeží <9..00> <9..00> <..00>