STANOVENÍ ANORGANICKÉHO UHLÍKU A ORGANICKÉHO UHLÍKU ANALYZÁTOREM FORMACS HT

Transkript

1 STANOVENÍ ANORGANICKÉHO UHLÍKU A ORGANICKÉHO UHLÍKU ANALYZÁTOREM FORMACS HT Anorganický uhlík se v podstatě vyskytuje v podobě uhličitanů, hydrogenuhličitanů, kyseliny uhličité a oxidu uhličitého. Mezi těmito formami existuje jistá rovnováha, která je dána hodnotou ph roztoku, teplotou, tlakem, iontovou sílou atd. Celková hodnota koncentrace anorganického uhlíku v roztoku se nechá stanovit například plynoměrnou iontově-selektivní elektrodou ISE (přímá potenciometrie) a to tak, že se upraví ph roztoku na hodnotu 4,8-5,2. Při této hodnotě je veškerý anorganický uhlík ve formě oxidu uhličitého, který difunduje přes polopropustnou membránu ISE do vnitřního roztoku elektrody ve kterém se rozpouští. Vnitřní kombinovanou elektrodou se pak měří ph, které je závislé na množství oxidu uhličitého prošlého membránou. Častějším způsobem stanovení anorganického uhlíku je jeho převedení na oxid uhličitý v plynné fázi, kde je jako takový detekován. Stanovení organického uhlíku je popsáno ve stovkách různých publikací. Principielně je můžeme rozdělit na suché a mokré. U takzvaného suchého způsobu se nejčastěji spaluje organická látka v proudu kyslíku. Většinou je tato oxidace katalyzována, například oxidem kobaltnato-kobaltitým, oxidem měďnatým, pyrolyzními produkty manganistanu stříbrného, platinou a podobně. U mokrého způsobu stanovení organického uhlíku se prakticky výhradně používá jen oxidace peroxodisíranem draselným s použitím intenzivního ultrafialového záření. V instrumentální technice se k vyhodnocování množství vzniklého oxidu uhličitého používá téměř výhradně nedisperzní infračervené detekce, ať už se jedná o suchý či mokrý způsob. Organický uhlík ve vodách se stanoví přímo ve vzorku, pokud není obsažen anorganický uhlík, nebo z rozdílu celkového (při spalování organické uhlíkaté látky se uhličitany termicky rozloží na CO 2 ) a anorganického uhlíku. Sledování organického uhlíku je důležité jak u odpadních vod (vstup a výstup z biologických čistíren), tak i u vod pitných. 1

2 Princip: Vzorek s anorganickým uhlíkem se nastříkne v proudu 20 % kyslíku (syntetického vzduchu) do kyseliny fosforečné, kde dochází k vytěsnění oxidu uhličitého. Oxid uhličitý je nosným plynem unášen přes kondenzátor vody do měrné kyvety infračerveného nedisperzního detektoru. Signál zde vzniklý absorbcí světla příslušné vlnové délky fotonásobičem je zaznamenáván do počítače. Plocha píku je úměrná množství oxidu uhličitého v kyvetě a tedy množství nadávkovaného anorganického uhlíku do analyzátoru. Stanovení organického uhlíku se provádí dvěmi způsoby. Analýza je založena na detekci oxidu uhličitého vznikajícího spalováním látek na katalyzátoru. Vzorek nadávkovaný do spalovací trubice s oxidem kobaltnatokobaltitým se spálí při teplotě kolem 950 C v proudu kyslíku respektive vzduchu. Vzniklý oxid uhličitý je veden do stejného detektoru, pracujícího v infračervené oblasti spektra. Signál, vzniklý absorpcí záření příslušné vlnové délky, se automaticky registruje jako pík. Plocha píku je přímo úměrná množství vzniklého oxidu uhličitého. Takto se stanoví organický uhlík (OC), respektive celkový uhlík (TC), pokud vzorek obsahuje i anorganický uhlík (IC), který se termicky převede rovněž na oxid uhličitý. Organický uhlík je dán rozdílem obou stanovení. Standardy: Zásobní roztok anorganického uhlíku (ZR-IC) o koncentraci mg.l -1 IC: 2,20613 g uhličitanu sodného předem vysušeného při 280 C a 1,74858 g hydrogen uhličitanu sodného vysušeného při C do konstantní hmotnosti se rozpustí v čerstvé demineralizované vodě, prosté oxidu uhličitého a doplní se touto vodou na objem 500 ml. Takto připravený zásobní roztok vydrží v chladničce několik týdnů. Pracovní roztok anorganického uhlíku (PR-IC) o koncentraci 100 mg.l -1 IC: Pracovní roztok PR-IC se připraví ředěním zásobního roztoku ZR-IC, kdy se pipetuje 25 ml tohoto zásobního roztoku do 250 ml odměrné baňky, načaž se odměrná baňka doplní demineralizovanou vodou (bez oxidu uhličitého) po rysku. 2

3 Kalibrační roztoky (standardy) anorganického uhlíku: Standardy anorganického uhlíku se připraví ředěním pracovního roztoku PR-IC ve 100 ml odměrných baňkách dle následující tabulky I, čerstvou demineralizovanou vodou prostou oxidu uhličitého. Tabulka I: Příprava standardů anorganického uhlíku Standard ( vzorek ) č. Pipetáž PR-IC do 100 ml odměrné baňky [m1] Teoretická koncentrace IC [mg.1-1 ] 1-Vzorek pitné vody Čisté rozpouštědlo reálné vzorky Individuální ředění Nalezená koncentrace [mg.1-1 ] Zásobní roztok organického uhlíku (ZR-OC) o koncentraci mg.l -1 OC: 1,06271 g hydrogenftalanu draselného sušeného při 110 C do konstantní hmotnosti se rozpustí v čerstvé demineralizované vodě, prosté oxidu uhličitého a doplní se touto vodou na objem 500 ml. Takto připravený zásobní roztok vydrží v chladničce několik týdnů. Pracovní roztok organického uhlíku (PR-OC) o koncentraci 100 mg.l -1 OC: Pracovní roztok PR-OC se připraví ředěním zásobního roztoku ZR-OC, kdy se pipetuje 25 ml tohoto zásobního roztoku do 250 ml odměrné baňky a doplní se demineralizovanou vodou bez oxidu uhličitého po rysku. Kalibrační roztoky (standardy) organického uhlíku: Standardy organického uhlíku se připraví ředěním pracovního roztoku PR-OC do 100 ml odměrných baněk dle následující tabulky II. Pozor! Použitá voda nesmí obsahovat oxid uhličitý. 3

4 Tabulka II: Příprava standardů organického uhlíku Standard ( vzorek ) č. Pipetáž ZR-OC do 100 ml odměrné baňky [m1] Teoretická koncentrace OC [mg.1-1 ] 1-Vzorek pitné vody Čisté rozpouštědlo reálné vzorky Individuální ředění Nalezená koncentrace [mg.1-1 ] Pracovní postup: Vzorky pro stanovení organického a anorganického uhlíku musí být čiré a nesmí obsahovat suspendované látky. Jednotlivé standardy, respektive vzorky, objemu cca 6 ml se dávkují do zkumavek (vhodné vypláchnout třikrát příslušným standardem či vzorkem) které se zasunou do příslušných pozic na automatickém dávkovači (číslo v tab.i a tab.ii udává pozici v podavači). Výpočet: Pokud jsou správně zadány koncentrace do tabulky v příslušném softwaru analyzátoru (např. v mg.l -1 C), jsou výsledky vyhodnoceny ve stejných jednotkách včetně směrodatných odchylek. Pozor! Nezapomenout na ředění u reálných vzorků (např. při sledování hodnot z biologických pokusů), případně na korekci skutečné navážky. Úkol: Proveďte měření kalibračních standardů organického a anorganického uhlíku, demineralizované vody (rozpouštědlo), pitné vody a neznámých vzorků z biologických pokusů. Vše dle pokynů vedoucího laboratorního cvičení!!! 4

5 Návod k obsluze analyzátoru 1) Otevřít ventily plynů (tlaková láhev s kyslíkem a se vzduchem). 2) Napnout hadičky peristaltických čerpadel na přístroji Formacs HT a na podavači. 3) Zapnout vypínač nahoře vedle displeje na přístroji Formacs HT delším stiskem (hlavní vypínač na zadní stěně je zapnut trvale). Na displeji svítí Automode Pokud svítí Skalar Analytical FormacsHT ještě jednou krátce zmáčkněte vypínač. Dávkovač (karusel) by měl být trvale zapnut (dále se zapínají pomocí software). 4) Zapnout počítač a tiskárnu. 5) Injekční stříkačkou doplnit 2 ml 2% H 3 PO 4 do IC reaktoru přes septum. 6) Na PC kliknout na ikonku HTAccess2.5Releace. Potom stisknout Esc a zadat přihlašovací jméno a heslo a potvrdit OK. 7) V levém horním rohu obrazovky se objeví Info okno. (Lze otevřít i z okna View jako Info ). 8) Z Windows HT-AccessSoftware:Skalar vybrat nabídku Connection a kliknout na AutoConnect. Otevře se okno Option a v něm Analyser Settings. Zkontrolujte, případně opravte, všechna data v okně Option a potvrďte kliknutím na Send Setting to Analyzer. (V uživatelské úrovni 1 pro studenty předmětu T7SM1 nebo T8BTM je možné změnit pouze Flow on/off ). Tím dojde k zelenému odškrtnutí nastavených parametrů v položce Analyser Settings a k zapnutí podavače a detektoru. Zároveň se spustí topení a všechny funkce analyzátoru. Zhruba za 1,5 hodiny je přístroj připraven k analýze. 9) Než je dosaženo požadovaných parametrů k analýze (teplota reaktoru a detektoru), připravte standardy a vzorky dle tab.i a tab.ii a nalijte do zkumavek. Ty dejte do karuselu dle čísel v tab.i-ii, prvního sloupce. 10) Dále se vytvoří tabulka měření. Z Windows HT se vybere Template a Edit. Otevře se okno Template:Edit. Do dialogového okna Název souboru se vloží kliknutím na T7SM1-TC.tdb tento název a stiskne se otevřít. Tím se otevře okno: Template,Edit:C:ProgramTiles\HTAccess\ 5

6 Operator\Skalar\Template\T7SM1-TC.tdb a zkontrolují se pozice zkumavek do karuselu (názvy a čísla totožné s tab.i,ii), případně se opraví. Například přidá se pozice je-li více jak 8 vzorků k analýze. Zkontroluje se ředění a v Injection (mění se jen u reálných vzorků) se zaškrtne pozice TC, Injection Volumes TC/TN Reactor 100 µ l. Dále se vloží v Element Carbon -SampleTC číslo 3, ExtraSamples na 2, MaxCV na 5. Klikne se na Print a tabulka se vytiskne. Celé se nakonec potvrdí kliknutím na OK. 11) Potom se klikne na Analysis a New. Objeví se Analysis:New a nabídne se Název souboru, v podobě xxyyzza.adb (rok-měsíc-den-a). Dejte Uložit. Naskočí okno Temlate:Open. Dejte T7SM1-TC.tdb a otevřte. Naskočí okno Analysis Klikněte na Graph Peaks a sledujte odezvu nulové linie detektorů. 12) Je-li pec dostatečně vyhřátá a ostatní parametry jsou v pořádku, stiskněte Autozero pokud jsou odezvy příliš vysoké. 13) Je-li vše připraveno k vlastní analýze, spustí se tlačítkem Start analysis v okně Analysis. Objeví se okno Status panel. Zmáčknout Continue, objeví se Message a kliknout na Ano. (Pokud se po spuštění analýzy zaškrtne v okně Analysis možnost Go to Stand-By after Analysis přepne se po skončení analýz všech vzorků v podavači analyzátor automaticky do Stand-by modu, vypne se průtok nosného plynu, topení pecí, ND detektor a dávkovač. Pozor, tuto možnost lze použít, jestliže je jisté, že se po skončení analýzy nebudete dále měřit). 14) Výsledky sledujte průběžně na obrazovce v okně Results nebo Peak 15) Po skončení analýzy se podívejte na výsledky v okně Analysis v podokně Results. Vyberte Calculate results a výsledky budou spočítány. 16) V okně Analysis vyberte Print results a Tisk, čímž vytisknete výsledky analýz. Jestliže, jste zapomněli zvolit Stand-by mod po skončení analýzy, musíte v okně Settings a Stand-By zvolit tlačítko Stand-By On (Analyzátor se přepne do Stand-by modu, vypne se průtok nosného plynu, topení pecí, ND detektor a dávkovač). 6

7 17) Zavřte program HTAccess (Analyzátor musí být přepnutý do modu Stand-By). Vypněte tiskárnu a počítač. 18) Vypněte analyzátor Formacs HT podržením tlačítka On-Off do pípnutí. (Do 8 sekund lze opětovným stisknutím příkaz zrušit). 19) Vyprázdněte všechny zkumavky a důkladně je vymyjte. 20) Uvolnit hadičky na peristaltických pumpách a vývěvou odsát veškerou tekutinu v odpadní hadici!! 25) Uzavřete hlavní ventily tlakových lahví s kyslíkem a vzduchem. Seznam přístrojů, laboratorních pomůcek a chemikálií k úloze: 1 Uhličitan sodný p.a. Na 2 CO 3 MH= 105, Hydrogenuhličitan sodný p.a. NaHCO 3 84, Hydrogenftalan draselný p.a. C 8 H 5 O 4 K 204, Demineralizovaná voda CO 2 prostá H 2 O 18, Kyslík 3.0 (99,9%) O 2 31, Syntetický vzduch uhlovodíků prostý 7 C 12,0107 7

8 1 Analyzátor Formacs HT s podavačem 1 ks 2 Stojan na zkumavky plastový 1 ks 3 Zkumavky do karuselu 20 ks 4 Pipeta nedělená 75,0 ml 2 ks 5 Pipeta nedělená 50,0 ml 2 ks 6 Pipeta nedělená 40,0 ml 2 ks 7 Pipeta nedělená 25,0 ml 2 ks 8 Pipeta nedělená 20,0 ml 2 ks 9 Pipeta nedělená 15,0 ml 2 ks 10 Pipeta nedělená 10,0 ml 2 ks 11 Pipeta nedělená 5,0 ml 2 ks 12 Pipeta nedělená 4,0 ml 2 ks 13 Pipeta nedělená 3,0 ml 2 ks 14 Pipeta nedělená 2,0 ml 2 ks 15 Pipeta nedělená 1,5 ml 2 ks 16 Pipeta nedělená 1,0 ml 2 ks 17 Pipeta nedělená 0,5 ml 2 ks 18 Odměrná baňka 500 ml 3 ks 19 Odměrná baňka 250 ml 2 ks 20 Odměrná baňka 100 ml 14 ks 21 Skleněná tyčinka malá 3 ks 22 Kádinka 25 ml 2 ks 23 Laboratorní lžička nerezová 1 ks 24 Násypka NZ 3 ks 25 Střička PE 1 ks 26 Gumový bezpečnostní balonek 1 ks 27 Exsikátor se silikagelem - společný φ 200 mm 1 ks 28 Tlaková láhev s kyslíkem 1 ks 29 Tlaková láhev se vzduchem 1 ks 30 Redukční kyslíkový ventil 1 ks 31 Redukční vzduchový ventil 1 ks 32 Navažovací lodička velká 3 ks 8