Instrumentální analýza

Transkript

1 Univerzita Jana Evangelisty Purkyně v Ústí nad Labem Přírodovědecká fakulta Studijní opora pro kombinované bakalářské studium Instrumentální analýza

2 Instrumentální analýza jako laboratorní praktikum doplňuje přednášky z předmětu Instrumentální metody. V praktických úlohách se studenti seznámí a osvojí si vybrané metody instrumentální analýzy. Laboratorní praktikum umožní studentům aplikovat poznatky ze širokého spektra chemických disciplín při analýze vzorků a stanovení konkrétních látek. Hlavní témata laboratorních cvičení: elektroanalytické metody (potenciometrie, konduktometrie, ampérometrie, voltametrie, elektrogravimetrie), spektrální metody (UV/Vis a IČ spektrometrie, atomová absorpční spektrometrie), nespektrální optické metody (refraktometrie, polarimetrie), separační metody (extrakce, kapalinová chromatografie). Podmínky pro udělení zápočtu: - absolvování všech předepsaných laboratorních prací, - písemné vypracování, odevzdání a schválení protokolů ze všech absolvovaných prací, protokoly schvaluje cvičící. Povinná literatura: REJNEK, J. a kol.: Cvičení z instrumentální analýzy. Ústí nad Labem: Univerzita J. E. Purkyně v Ústí nad Labem, 1994 (skripta). ČERMÁKOVÁ, L. a kol.: Analytická chemie 2: Instrumentální analýza. Praha: SNTL, 1980, 269 stran. Doporučená literatura: BERKA, A., FELTL, L., NĚMEC, I.: Příručka k praktiku z kvantitativní analytické chemie. Praha: SNTL, 1985, 228 stran. VLÁČIL, F. a kol.: Příklady z chemické a instrumentální analýzy. Praha: SNTL, 1972, 288 stran. ECKSCHLAGER, K., HORSÁK, KODEJŠ, Z.: Vyhodnocování analytických výsledků a metod. Praha: SNTL, 1980, 223 stran. VOHLÍDAL, J., JULÁK, A., ŠTULÍK, K.: Chemické a analytické tabulky. Praha: Grada, 1999, 652 stran

3 Před vlastním provedením úlohy je povinností každého studenta seznámit se s teoretickými aspekty zpracovávané úlohy, s obsluhou používaného přístroje a zařízení, při-pravit si postup výpočtů, potřebných pro úspěšné splnění úlohy, přípravy roztoků a seznámit se s postupem práce. Příprava bude kontrolována před zahájením cvičení. Nedostatečná příprava znamená opakování úlohy, v případě opakované nedostatečné přípravy bude nutné opakovat celé cvičení. Pokyny pro vypracování protokolu Protokol obsahuje: Číslo a název úlohy, datum zpracovávání úlohy v laboratoři (hlavička protokolu ve formě tabulky, uvedena na webových stránkách) Stručné teoretické vysvětlení principů úlohy (s odkazy na použitou literaturu, tak jak je běžné u odborného textu, není akceptována Wikipedie) Pomůcky a chemikálie (výčet skutečně použitých pomůcek a chemikálií). Výpočty a popis přípravy roztoků (jsou přímo v protokolu), a to i v případě, že roztoky jsou již připraveny. Stručný postup práce tak, jak byl skutečně prováděn. Neopisovat však návody ke cvičení!!! V postupu práce nebude také obsažena obsluha přístrojů. Naměřené výsledky budou obsaženy v záznamu z úlohy v tabelárních přehledech (ten je součástí protokolu). Výpočty musí předcházet tabulkám s konečnými výsledky, je uveden vztah, dosazení číselných hodnot do vztahu, numerický výpočet, jednotky. Při nedodržení bude protokol vrácen k přepracování. Statistické zpracování výsledků, nutno dodržet pokyny v předcházejícím odstavci. Všechny výsledky zpracováváte za použití statistického aparátu pro soubor dat s normálním rozdělením na hladině významnosti α = 0,05.Vždy musí být uveden vztah, který je k výpočtu použit, dosazení číselných hodnot a konečné výsledky. Úkoly a závěry podle zadání. Slovní formulace závěrů. Stránky musí být číslované Další zásady grafy zpracovávejte počítačem za použití vhodného programu (např. Excel). Vždy však musí být zvoleno vhodné měřítko, osy označeny s uvedením jednotek, exp. bod pro graf se vyznačuje křížkem, kroužkem, trojúhelníkem, čtverečkem, nikdy ne tečkou. Osa x nezávisle proměnná veličina, osa y závisle proměnná veličina. Experimentální body se vždy prokládají, v případě lineární závislosti přímkou nebo obecně křivkou. Nelze postupovat tak, že propojíte dva sousedící exp. body. Nedodržení zásad pro správnou tvorbu grafu bude vždy znamenat jeho přepracování. Podmínky udělení zápočtu Pro udělení zápočtu musí být splněny všechny níže uvedené podmínky: splnění všech předepsaných úloh, schválení všech protokolů, splnění zápočtového testu (zápočtový test bude plněn v posledním výukovém týdnu letního semestru, případně v prvním týdnu zkouškového období). V případě nesplnění testu bude vypsán náhradní termín.

4 Seznam úloh: 1. Stanovení koncentrace kyseliny ve vzorku potenciometrickou titrací 2. Stanovení obsahu dusičnanových iontů v pitné vodě iontově selektivní elektrodou 3. Stanovení koncentrace kyseliny ve vzorku konduktometrickou titrací 4. Elektrogravimetrické stanovení mědi 5. Stanovení Fe II biampérometrickou titrací 6. Refraktometrické stanovení KCl 7. Polarimetrická analýza sacharidů 8. Spektrofotometrické studium komplexu Fe(II) s 1,10-fenanthrolinem 9. Stanovení kofeinu v nápojích metodou HPLC 10. Stanovení obsahu železa metodou plamenové atomové absorpční spektrometrie 11. Kontrola identity organických polymerů metodou infračervené spektroskopie Hlavička protokolu: Přírodovědecká fakulta UJEP Instrumentální analýza Číslo úlohy: Vypracoval: Název úlohy: Ročník: Obor studia: Podmínky měření: Teplota: Tlak vzduchu: Měřeno dne: Odevzdáno dne: Počet stran: Počet příloh: Hodnotil:

5 ÚLOHA 1: Stanovení koncentrace kyseliny ve vzorku potenciometrickou titrací Příprava: 1. Prostudujte si Nernstovu a Petersovu rovnici, jejich vzájemný vztah a odvození. 2. Zopakujte si druhy elektrod (elektrody prvního a druhého druhu, membránové a redoxní elektrody), konstrukce referentních elektrod a formulace, kterými je definován jejich elektrodový potenciál. 3. Zopakujte si stanovení titru odměrného činidla, průběh titračních křivek u různých neutralizačních titrací. 4. Nastudujte obsluhu digitálního ph/voltmetru, zejména potom jeho kalibraci. 5. Připravte si výpočty pro přípravu používaných činidel a vysvětlení postupu práce při jejich přípravě. Pomůcky: Chemikálie: Voltmetr OP 211/1 Roztok fenolftaleinu Elektromagnetická míchačka Kys. šťavelová dihydrát Elektromagnetické míchadélko Odměrný roztok NaOH c(naoh) = 0,1 mol.dm -3 Kombinovaná elektroda Vzorek kyseliny (základní roztok) Lodička na vážení Pufr ~ 2,14 ph Lžička Pufr ~ 7,02 ph Titrační baňka 3x Nálevka do byrety Stojan s byretou na 25 ml, s kuličkovým uzávěrem Odměrná baňka 250 ml Nálevka do odměrné baňky Pipeta dělená na 1 ml Pipeta dělená na 25 ml Pipeta dělená na 5 ml Kádinka na 50 ml 3x Kádinka na 250 ml 3x Postup práce: 1. Stanovte přesnou koncentraci odměrného roztoku NaOH o přibližné koncentraci 0,1 mol.dm -3. Stanovení na kyselinu šťavelovou s použitím fenolftaleinu proveďte třikrát. Navážka kyseliny šťavelové by měla být na teoretickou spotřebu 20 ml roztoku NaOH. Výpočet navážky mějte připravený před započetím úlohy. Výsledky stanovení titru

6 statisticky vyhodnoťte. 2. Uveďte do činnosti digitální voltmetr OP 211/1. Přístroj nakalibrujte pomocí dvou připravených roztoků pufrů. Kalibraci začněte použitím pufru o vyšším ph. 3. Vzorek kyseliny fosforečné připravte odpipetováním 0,7 cm 3 základního roztoku do odměrné baňky o obsahu 250 cm 3 a doplněním destilovanou vodou po rysku. 4. Do kádinky o obsahu 250 cm 3 odpipetujte 25 cm 3 vzorku, přidejte magnetické míchadélko a kádinku umístěte na magnetickou míchačku. Do kádinky umístěte kombinovanou elektrodu a přidejte destilovanou vodu tak, aby elektroda byla dostatečně ponořena. Zaznamenejte počáteční hodnotu ph. 5. Za stálého míchání přidávejte z byrety odměrný roztok NaOH, jehož přesnou koncentraci jste stanovili. Přidávání provádějte tak dlouho, až ph přesáhne hodnotu 11 a dále se příliš nemění. 6. Celý postup opakujte přesněji třikrát tak, že v okolí bodu ekvivalence budete přidávat odměrný roztok po 0,2 cm 3. Opět po každém přidání odměrného roztoku zaznamenejte hodnotu ph. Výsledky a závěry: 1. Výsledky orientačního i přesného měření zpracujte a sestavte do tabulky Ze tří přesnějších měření sestavte grafy závislostí ph na V, ph/ V na V, 2 ph/ 2 V na V. Ze všech tří grafů každého měření určete body ekvivalence titrací do 1. a 2. stupně a odečtěte objem odměrného činidla (každý odečet vyznačte v příslušném grafu). Výsledky zapište do tabulky Z odečtených hodnot vypočtěte molární koncentraci kyseliny fosforečné v titrovaném roztoku, ve vzorku a hmotnostní koncentraci v % ve vzorku. Výpočty zaznamenejte do tabulky 3. Výsledky statisticky zpracujte do tabulky 3 4. S využitím statistických výpočtů formulujte závěry.

7 Obsluha digitálního ph/voltmetru tračním papírem.

8 ÚLOHA 2: Stanovení obsahu dusičnanových iontů v pitné vodě iontově selektivní elektrodou Příprava: 1. Zopakujte si vztahy pro aktivitu iontů, aktivitní koeficienty a iontovou sílu roztoku. 2. Seznamte se blíže s teorií membránových potenciálů a se základními jevy na membránových rozhraních. 3. Seznamte se s druhy iontově selektivních elektrod a jejich konstrukcí. 4. Nastudujte obsluhu digitálního voltmetru MV Připravte si výpočty pro přípravu používaných činidel a vysvětlení postupu práce při jejich přípravě. Pomůcky: Chemikálie: Dusičnanová elektroda (Crytur 17-17) Základní roztok KNO 3, c w (KNO 3 ) = 1,63057 g.dm -3 Nasycená argentchloridová elektroda Elektronický voltmetr MV 870 Elektromagnetická míchačka Elektromagnetické míchadélko Střička s demineralizovanou vodou Odměrná baňka 250 ml Kádinka 100 ml Pipeta dělená 5 ml Pipeta dělená 25 ml Pipeta dělená 1 ml Pipeta nedělená 50 ml Buničitá vata Postup práce: 1x 7x 10x 1x 1x 1x Roztok Na 2 SO 4, c(na 2 SO 4 ) = 1mol.dm -3, V = 250 ml Roztok H 2 SO 4 o c = 0,3 mol.dm -3, V = 50 ml Vzorek pitné vody Vzorek stolní vody 1. Do sedmi odměrných baněk (250 ml) odměřte pipetou postupně vypočtené množství základního roztoku KNO 3, abyste získali kalibrační roztoky o koncentraci dusičnanových aniontů 2; 5; 10; 20; 50; 100; 200 mg.dm Pro měření kalibrační křivky odpipetujte do kádinky o objemu 100 cm 3 vždy 50 cm 3 roztoku o příslušné koncentraci dusičnanových iontů, přidejte 0,8 cm 3 roztoku Na2 SO 4 pro úpravu iontové síly. Kyselost roztoku upravte několika kapkami konc. kyseliny sírové na hodnotu ph 3-4. U každého připraveného roztoku proměřte rozdíl potenciálů mezi dusičnanovou a nasycenou argentchloridovou elektrodou. Měření provádějte 5x, za stálého míchání na magnetické míchačce. Otáčky imag. míchačky musí být stále stejné. 3. Výsledky měření zaznamenejte do tabulky 1, zpracujte je za použití aparátu matematické statistiky na hladině významnosti =0, Stejným postupem proměřte předložené vzorky vody. Do kádinky o obsahu 100 cm 3 odpipetujte 50 cm 3 pitné vody (stolní vody), přidejte 0,8 cm 3 roztoku Na2 SO 4 pro úpravu iontové síly. Kyselost roztoku upravte několika kapkami konc. kyseliny sírové na hodnotu ph 3-

9 4. Opět změřte rozdíl potenciálů mezi dusičnanovou a nasycenou argentchloridovou elektrodou, ponořenými do tohoto roztoku. Měření každého vzorku proveďte 10x, za stálého míchání na magnetické míchačce. Otáčky imag. míchačky musí být stále stejné. Výsledky a závěry: 1. Výsledky měření potenciálu při použití kalibračních roztoků zaznamenejte do tabulky Sestrojte kalibrační graf závislosti potenciálu dusičnanové elektrody proti nasycené kalomelové elektrodě E prům kalibračních roztoků na log koncentrace dusičnanových iontů. Určete rovnici kalibrační přímky. 3. Změřené hodnoty potenciálu dusičnanové elektrody proti nasycené argentchloridové elektrodě ve vzorcích zaznamenejte do tabulek 2,3. Výpočtem určete množství dusičnanových aniontů v každém ze vzorků. 4. Vyslovte závěry k obsahu dusičnanových iontů v předložených vodách.

10 Digitální ph/mv-metr MV 870 Přístroj se skládá z napěťového sledovače, zesilovače, A/D převodníku a displeje. K napěťovému sledovači se připojuje měrná a srovnávací elektroda. Jeho výstupní odpor umožňuje přímé měření napětí. Zesilovač zesiluje měřený signál, který se analogově digitálním převodníkem mění v digitální. Hodnota se jako číslice zobrazuje na displeji. Postup při měření: 1. V držáku elektrod je uchycena měrná ISE chloridová elektroda (kabelem připojena do zdířky GLAS a srovnávací elektroda (argentchloridová nebo kalomelová), připojená do zdířky REFERENZ. 2. Elektrody ponořte do měřeného roztoku. 3. Zkontrolujte, zda je tlačítko M vypnuté (tlačítko je vysunuto). 4. Přístroj zapněte tlačítkem NETZ na zadní stěně přístroje. 5. Tlačítko ABSOLUT/RELATIV vypněte (tlačítko vysunuto), tlačítko mv zapněte (tlačítko zasunuto), tlačítko 0 14, vypněte (tlačítko vysunuto). 6. Stiskněte tlačítko M (zasunuto) a podle potřeby měřte buď při vysunutém tlačítku 2000 nebo při přesnějším měření toto tlačítko stiskněte do polohy 200 (tlačítko zasunuto). Odečtěte hodnotu napětí v mv na displeji přístroje a hodnotu zapište. 7. Vypněte tlačítko M (tlačítko vysunuto), vyjměte elektrody z roztoku, opláchněte je destilovanou vodou a opatrně osušte kouskem buničité vaty. Pokud v měření pokračujete, řiďte se body 2, 6 zmíněného postupu. 8. Končíte-li měření, po vyjmutí elektrody opláchněte destilovanou vodou, vysušte buničitou vatou, nasaďte na měrnou elektrodu ochrannou čepičku a přístroj tlačítkem NETZ na zadní straně přístroje vypněte..

11 Úloha 3: Stanovení koncentrace kyseliny ve vzorku konduktometrickou titrací Příprava: 1. Prostudujte teorii vodivosti elektrolytů a pojmy specifická a molární vodivost. Zopakujte si Kohlrauschův zákon o neodvislém pohybu iontů. 2. Zopakujte si teorii disociace a pojmy disociační konstanta a disociační stupeň. 3. Zopakujte si otázky spojené se stanovením přesné koncentrace odměrného činidla. 4. Nastudujte způsoby měření vodivosti. 5. Seznamte se s obsluhou konduktometru. 6. Připravte si výpočty pro přípravu používaných činidel a vysvětlení postupu práce při jejich přípravě. Pomůcky: Chemikálie: Konduktometr Roztok fenolftaleinu Vodivostní elektroda Kys. Šťavelová dihydrát Elektromagnetická míchačka Odměrný roztok NaOH c(naoh) = 1 mol.dm -3 Stojan na byretu Vzorek kyseliny (základní roztok) Mikrobyreta na 10 mls teflonovým uzávěrem Střička s destilovanou vodou Nálevka do byrety Lodička na vážení Lžička Kapátko Titrační baňka Pipeta dělená 25 ml Pipeta o objemu 1 ml Odměrná baňka 250 ml Nálevka do odměrné baňky Kádinka 250 ml 3x 4x Postup práce: 1. Proveďte stanovení přesné koncentrace hydroxidu sodného o přibližné koncentraci 1 mol.dm -3. Stanovení na kyselinu šťavelovou a indikátor fenolftalein proveďte 3 x. Navážka kyseliny šťavelové dihydrátu by měla být spočítána a navážena na teoretickou spotřebu 6 ml roztoku NaOH. Výsledky zapište do tab. 1 a statisticky zpracujte. Výpočet navážky mějte připravený před započetím úlohy. 2. Podle návodu uveďte v činnost přenosný konduktometr. 3. Do odměrné baňky objemu 250 cm 3 připravte vzorek odpipetováním 1 cm 3 základního roztoku kyseliny fosforečné. Obsah baňky doplňte po rysku destilovanou vodou, dobře promíchejte.

12 4. Z odměrné baňky odpipetujte 25 cm 3 do vhodné kádinky a doplňte destilovanou vodou tak, aby elektroda pro vodivostní měření byla připravena pro měření podle pokynů pro obsluhu konduktometru. Kádinku s roztokem a vodivostní elektrodou umístěte na magnetickou míchačku a měření provádějte za stálého míchání. Počáteční objem roztoku by měl činit minimálně 200 cm Změřte relativní vodivost původního roztoku. 6. Za stálého míchání přidávejte do kádinky s vodivostní elektrodou z mikrobyrety postupně po 0,1 cm 3 odměrný roztok o koncentraci cca 1 mol.dm -3, jehož přesnou koncentraci jste stanovili. Po každém přidání zaznamenejte do tabulky 2 celkový objem přidaného titračního činidla a hodnotu relativní vodivosti. Přidávání provádějte tak dlouho, dokud z uvedených hodnot nenaleznete zlomy odpovídající bodům ekvivalence vzorku. 7. První titraci považujte za orientační, poté proveďte tři přesná měření. 8. Naměřené hodnoty zapište do tabulek, ke každému měření sestrojte graf závislosti vodivosti na množství přidaného činidla. Výsledky a závěry: 1. Z navážky kyseliny šťavelové a spotřeby odměrného roztoku NaOH vypočtěte přesnou koncentraci odměrného roztoku. Výsledky statisticky zpracujte. 2. Výsledky měření závislosti relativní vodivosti na objemu při daného titračního činidla sestavte do tabulky a vyneste do grafu (v grafech vyznačte odečty BE). 3. Z grafu odečtěte body ekvivalence a vypočtěte koncentraci kyseliny fosforečné v titrovaném a v původním vzorku. Nezapomeňte na faktor zředění. 4. Výsledky zpracujte za použití statistického aparátu a uveďte je v tab Vyslovte závěr o koncentraci stanovované kyseliny.

13 OBSLUHA KONDUKTOMETRU 1. Elektroda je stabilně propojena s konduktometrem a systém je připraven k měření vodivosti. 2. Na přístroji stiskněte tlačítko ON/OFF 3. Na displeji se objeví nápis MEANS READY0.00 S xx.x 0 C 4. PŘÍSTROJ JE TÍMTO PŘIPRAVEN K MĚŘENÍ 5. Elektrodu i se žlutým krytem vložte na 2 min. do kádinky s destilovanou vodou 6. Poté elektrodu vyjměte, opatrně osušte buničitou vatou a ponořte do měřeného roztoku. Elektroda musí být ponořena tak, aby pod hladinou byl i horní vodivostní kroužek (šedočerné zabarvení) ATC 7. Spusťte míchání. Míchadélko nesmí narážet na spodní okraj žlutého krytu. 8. Na displeji se objeví odečítaná hodnota. Odečet proveďte v okamžiku, kdy se v levé horní části displeje objeví nápis READY. 9. Odečet stejným způsobem proveďte po každém přidání titračního činidla. 10. Po dokončení měření elektrodu vyjměte z roztoku, podstavte prázdnou kádinkou. Otočením žlutého krytu proti směru hodinových ručiček uvolněte bajonetový závit a kryt sejměte. 11. Elektrodu opláchněte několikrát destilovanou vodou a vysušte. 12. Po vysušení opět nasaďte žlutý kryt. 13. Tím je elektroda připravena k dalšímu měření. 14. Pokud končíte měření, stisknutím tlačítka ON/OFF přístroj vypnete.

14 ÚLOHA 4: Elektrogravimetrické stanovení mědi Příprava: 1. Zopakujte si Faradayovy zákony o závislosti množství elektrochemicky přeměněné látky na prošlém náboji. 2. Zopakujte si základní pojmy související s elektrolýzou - anoda, katoda, polarizace, depolarizátor, elektrolyzér, galvanický článek, děje anodické a katodické. 3. Zopakujte si výpočet proudového výtěžku. 4. Připravte si výpočty pro přípravu používaných činidel a vysvětlení postupu práce při jejich přípravě. Pomůcky: Chemikálie: Zdroj stejnosměrného napětí Vodný roztok K 4 [Fe(CN) 6 ] c m = 50g.dm -3 Fischerovy elektrody V = 100 ml Magnetické míchadlo s míchadélkem Zředěná H 2 SO 4 (1+1) Kádinka 250 ml 5x Zředěná HNO 3 (1+1) Střička s deionizovanou vodou Ethanol Destička pro kapkovací reakce CuSO 4.5H 2 O Odměrná baňka 250 ml Nálevka do odměrné baňky Pipeta dělaná 25 ml Lodička na vážení Lžička Skleněná tyčinka Digitální voltmetr Digitální ampérmetr Stopky Kapátko Postup práce: 1. Důkladně si prohlédněte uspořádání soupravy pro elektrogravimetrii, do laboratorního protokolu z měření zakreslete pomocí elektrotechnických značek schéma zapojení. 2. Obě Fischerovy elektrody před elektrolýzou opláchněte destilovanou vodou, 96% etanolem, vysušte při teplotě 80 o C a po vychladnutí zvažte. Hmotnosti elektrod zaznamenejte do tab. 1 a 2. Použitý ethanol po skončení všech měření přelijte zpět do připravené zásobní láhve. 3. Elektrody zapojte na elektrolyzér tak, aby elektroda s větším průměrem byla zapojena na záporný pól zdroje. Obě elektrody musí být umístěny koncentricky, nesmějí být vzájemným dotykem zkratovány a po ponoření se nesmějí dotýkat stěn ani dna kádinky. 4. Odvažte vzorek Cu 2+ (CuSO 4.5H 2 O) přesně (na čtyři desetinná místa) v množství 0,7g (navážku zapište do laboratorního protokolu) a rozpusťte v deionizované vodě ve 250 ml odměrné baňce.

15 5. Z připraveného zásobního roztoku odpipetujte 20 ml, přelijte do kádinky o obsahu 250 cm 3 a doplňte destilovanou vodou tak, aby obě elektrody byly ponořeny. 6. Kádinku umístěte na elektromagnetickou míchačku, přidejte magnetické míchadélko, zapněte míchání hlavním vypínačem na pravé straně míchačky, voličem nastavte 450 ot.min -1. Přidejte 10 cm 3 zředěné H2 SO 4 (1+1). 7. Obě elektrody spusťte do roztoku tak, aby byly zcela ponořeny. 8. Zapněte digitální voltmetr a ampérmetr (tlačítka ON OFF), rozsahy obou přístrojů neměňte (voltmetr má nastaven rozsah měření do 20 V, ampérmetr do 10 A). V tomto okamžiku si nechte zapojení a umístění elektrod v roztoku zkontrolovat vyučujícím. Zapněte zdroj a při rozpojeném obvodu nastavte potenciometrem (levý otočný ovladač nad zdířkami přístroje) výstupní napětí 5 V (údaj čtěte na displeji voltmetru). Propojte vodičem opět obvod a pravým ovladačem nastavte protékající proud na hodnotu 0,5 A (údaj čtěte na displeji ampérmetru). 9. Zapište hodnoty napětí a nastaveného proudu. 10. Po odbarvení roztoku elektrolyzujte tak dlouho, dokud při kapkové reakci s hexakyanoželeznatanem draselným nepřestane vznikat hnědá (červenohnědá) sraženina. 11. Po úplném vyloučení mědi zaznamenejte do tab. 1 celkový čas elektrolýzy. Při proudovém stavu vyjměte elektrody. Vypněte hlavní vypínač zdroje, ampérmetr, voltmetr a míchadlo. 12. Elektrody opláchněte destilovanou vodou, ponořte na malý okamžik do kádinky s 96% ethanolem a v sušárně vysušte při teplotě 80 o C. 13. Po vychladnutí obě elektrody zvažte, hmotnosti zaznamenejte do tab. 1 a 2. Z rozdílu hmotnosti katody před elektrolýzou a po elektrolýze vypočtěte množství mědi ve vzorku. Je-li hmotnost anody menší, než před elektrolýzou, neměl elektrolyt správné složení a část platiny se rozpustila. 14. Obě elektrody po skončení měření ponořte na 5 minut do kádinky se zředěnou kyselinou dusičnou (1+1). Potom je opláchněte destilovanou vodou a ponechte na vzduchu oschnout. Po ukončení všech měření vraťte kyselinu do zásobní láhve. 15. Měření proveďte celkem 4 x. Výsledky a závěry: 1) Stanovte množství mědi ve vzorku (hmotnostní zlomek), výsledky statisticky zpracujte a porovnejte s teoretickým množstvím a na základě statistických výpočtů formulujte závěry. 2) Z experimentálně získaných hodnot vypočítejte použitím Faradayových zákonů elektrolýzy hodnotu Faradayovy konstanty. Výpočtem získané hodnoty porovnejte s hodnotou tabelovanou, příčinu rozdílů diskutujte. 3) Zakreslete elektrotechnické schéma zapojení elektrického obvodu pro měření galvanostaticky i potenciostaticky. 4) Napište rovnice všech reakcí, které se odehrávají na obou elektrodách. 5) Napište rovnici reakce rozpouštění mědi ve zředěné kyselině dusičné. 6) Napište rovnici důkazové reakce na přítomnost měďnatých iontů ve vzorku. 7) Z hodnot množství vyloučené mědi vypočtěte podle Faradayova zákona minimální dobu elektrolýzy, prováděné proudem 0,5A za předpokladu, že na katodě probíhá pouze vylučování mědi.

16 ÚLOHA 5: Stanovení Fe II biampérometrickou titrací Příprava: 1. Zopakujte si pojmy polarizační křivka, vlna anodická a katodická, vlna reverzibilní a ireverzibilní. 2. Seznamte se s principy polarografie a voltametrie, ujasněte si pojmy půlvlnový potenciál a limitní difúzní proud. 3. Zopakujte si pojmy elektroda ideálně polarizovatelná a ideálně nepolarizovatelná. 4. Seznamte se s konstrukcí a vyhodnocováním křivek biampérometrických titrací 5. Připravte si výpočty pro přípravu používaných činidel a vysvětlení postupu práce při jejich přípravě. Pomůcky: Chemikálie: Platinové elektrody 2 H 2 SO 4 p.a., konc. Zdroj proudu (plochá baterie 4,5 V) H 2 SO 4 p.a. zředěná (1+1) Panel s el. propojením a potenciometrem FeSO 4.7H 2 O Digitální voltmetr Roztok K 2 Cr 2 O 7 c = 0,017 mol.dm -3 (V=1 dm 3 ) Digitální ampérmetr M(K 2 Cr 2 O 7 ) = 294,184 g.mol -1 Váženka Lžička Elektomagnetická míchačka s míchadélkem Kádinka 100 ml 5 Střička s deionizovanou vodou Odměrná baňka 500 ml 2 ks Nálevka do odměrné baňky Byreta 25 ml ve stojanu Nálevka do byrety Pipeta dělená 10 ml Kapátko Postup práce: 1. Zkontrolujte, zda zapojení obvodu odpovídá schématu znázorněnému na obr. 9 skript Rejnek, J., Kolský, V., Loučka, T., Sobotka, J.: Cvičení z instrumentální analýzy. PF UJEP, Ústí n. L Ponořením platinových elektrod do kádinky s koncentrovanou kyselinou sírovou proveďte jejich aktivaci. Kyselinu v kádince ponechte do provedení všech měření. Po poslední aktivaci (po skončení posledního měření) ji přelijte zpět do zásobní nádoby. 3. Po 10 minutách elektrody vyjměte a opláchněte destilovanou vodou, mechanicky několikrát silně otřete hadříkem. 4. Ze vzorku obsahujícího kationty železnaté odvažte 0,4 až 0,6 g a rozpusťte v kádince o obsahu 100 cm 3 v takovém množství destilované vody, aby obě platinové elektrody byly ponořeny. Snažte se přitom, aby roztoku bylo co nejméně.

17 5. Přidejte 10 cm 3 zředěné H2 SO 4 (1+1). V tomto okamžiku si vyžádejte přítomnost vyučujícího a společně s ním začněte první měření. 6. Spínačem sepněte elektrický obvod. 7. Potenciometrem nastavte velikost odvětveného napětí na hodnotu přibližně 1000 mv. Zapište počáteční hodnotu proudu. 8. Zapněte míchání a do kádinky s rozpuštěným vzorkem přidávejte z byrety postupně po 0,5 nebo 1 cm 3 odměrného roztoku K2 Cr 2 O o koncentraci 0,017 7 mol.dm-3. Po každém přidání zaznamenejte hodnotu proudu. 9. Při měření neměňte experimentální podmínky (míchání, poloha elektrod, ředění, nastavení potenciometru). 10. Měření proveďte jedenkrát orientačně a třikrát přesně. 11. Veškeré hodnoty měření zapište do předepsané tabulky. Výsledky a závěry: 1. Napište rovnici popisující průběh reakce při titraci. 2. Výsledky měření proudu v závislosti na objemu přidaného titračního činidla sestavte do tabulky a vyneste do grafu. 3. Z grafu odečtěte bod ekvivalence a za využití objemu použitého titračního roztoku vypočtěte množství Fe II ve vzorku v procentech a porovnejte s teoretickým výpočtem. 4. Závěry formulujte s využitím statistických výpočtů.. - -

18 ÚLOHA 6: Refraktometrické stanovení KCl Příprava 1. Prostudujte základy refraktometrie - šíření světla hmotným prostředím, odraz a lom světla, absolutní a relativní index lomu a jejich závislost na vlnové délce a teplotě, mezní úhel, princip metody a její použitelnost v analytické instrumentaci. 2. Seznamte se s konstrukcí Abbého refraktometru a se způsobem měření. 3. Připravte si výpočty pro přípravu používaných činidel a vysvětlení postupu práce při jejich přípravě. Pomůcky: Chemikálie: Refraktometr Abbe KCl p.a. Odměrné baňky 25 ml 9 ks Ethanol (ve střičce) Analytické váhy Střička s deionizovanou vodou Nálevky do odměrných baněk 9 ks Pipeta dělená 25 ml Kapátko Lžička Váženka Buničitá vata Postup práce 1. Připravte 100 ml zásobního roztoku KCl ve vodě, který obsahuje 0,25 g KCl v 1 cm 3 roztoku. Přípravu zásobního roztoku popište. Před měřením nechte roztoky vytemperovat na laboratorní teplotu (značné záporné rozpouštěcí teplo). Roztok může být již připraven. 2. Ze zásobního roztoku připravte sadu kalibračních vodných roztoků KCl, které v objemu 25 cm 3 obsahují 0,50; 1,00; 1,50; 2,00; 2,50; 3,00; 3,50 a 4,00 g KCl. Před měřením nechte roztoky vytemperovat na laboratorní teplotu. 3. Změřte indexy lomu destilované vody. Destilovanou vodu na vyleštěnou plochu hranolu naneste třikrát po sobě, po každém nanesení proveďte pět měření. Výsledky měření zaneste do předepsané tabulky 1 a statisticky vyhodnoťte. 4. Stejným způsobem proměřte kalibrační roztoky KCl (vždy 3x nakápnout, každé nakápnutí 3x měřit). Výsledky měření zaneste do tab. 2 a statisticky zpracujte (Všechny výsledky považujte za jediný soubor). 5. Sestrojte graf závislosti indexu lomu na koncentraci KCl v roztoku. K sestrojení kalibračního grafu použijte průměrné hodnoty měření. 6. Změřte indexy lomu dodaného vzorku roztoku KCl. Roztok nakápněte 5x, u každého nakápnutí proveďte tři měření (tab. 3). 7. K vyhodnocení výsledků použijte statistického aparátu. Výsledky a závěry 1. Hodnoty indexů lomu kalibračních roztoků zapište do tabulky 2.

19 2. Sestrojte kalibrační graf jako závislost indexu lomu na koncentraci KCl v roztoku. Uveďte matematickou rovnici kalibrační závislosti. 3. Hodnoty indexů lomu vzorků KCl zapište do tab Určete koncentrace KCl ve vzorcích: - graficky z kalibrační přímky - výpočtem s použitím její rovnice kalibrační přímky. 5. Zjištěné hodnoty koncentrací KCl ve vzorcích zapište do tab.4 a porovnejte výsledky dosažené oběma metodami vyhodnocení pro každý vzorek. 6. Pro formulaci závěrů použijte statistických výsledků.

20 Refraktometr ABBEHO

21

22 ÚLOHA 7: Polarimetrická analýza sacharidů Příprava 1. Prostudujte základy polarimetrie - nepolarizované a polarizované světlo, polarizace světla lomem a odrazem, optická aktivita látek a jejich interakce s polarizovaným světlem, měrná otáčivost, molární otáčivost, vliv teploty a vlnové délky, analytické využití polarimetrie. 2. Seznamte se s konstrukcí polarimetrů (hlavní části a jejich funkce) a se způsobem měření na kruhovém polarimetru. 3. Připravte si výpočty pro přípravu používaných činidel a vysvětlení postupu práce při jejich přípravě. 4. Pomůcky: Chemikálie: Kruhový polarimetr Glukosa p.a. Polarimetrická kyveta Sacharosa p.a M SACHAR = 342,296 g.mol -1 Sodíková výbojka NaOH Odměrné baňky na 25, 50 a 100 ml Nálevky do odměrných baněk Střička s deionizovanou vodou Buničitá vata Kapátko Pipeta dělená 5 ml Postup práce a) Připravte si 50 ml roztoku NaOH o koncentraci 1 mol.dm -3 a) Určení měrné a molární otáčivosti sacharózy ve vodném roztoku 1. Navažte cca 10 g (s přesností na 0,0005 g) sacharózy, navážku spláchněte vodou do odměrné baňky 50 cm 3 a do požadovaného objemu po rozpuštění doplňte opět vodou. 2. Po vytemperování roztoku naplňte tímto roztokem polarimetrickou kyvetu. V kyvetě nesmí být vzduchová bublina. 3. Změřte 5x optickou otáčivost tohoto roztoku na stupnici "360 o ". 4. Body postupu a1) a2) proveďte ještě 2x. 5. Výsledky zapisujte do tabulek Měření 1 - Měření Polarimetrickou kyvetu dokonale propláchněte destilovanou vodou. b) Sledování mutarotace glukózy Čerstvě připravený roztok glukózy mění hodnotu své optické aktivity po určitou dobu (až 24 h) do dosažení ustálené hodnoty. Rychlost změny závisí na ph prostředí. 1. Připravte 25 cm 3 vodného roztoku glukózy o koncentraci 100 g.dm -3. K čirému roztoku glukózy přidejte 1 kapku roztoku NaOH o koncentraci 4% (cca 1M-NaOH) a promíchejte. 2. Od tohoto okamžiku měřte čas.

23 3. Upraveným roztokem glukózy naplňte kyvetu, vložte ji do tubusu polarimetru a v intervalech 30 s měřte okamžité hodnoty optické aktivity do dosažení ustálené hodnoty úhlu. 4. Měření zopakujte ještě 2x. 5. Polarimetrickou kyvetu dokonale propláchněte destilovanou vodou. Výsledky a závěry 1. Hodnoty optické otáčivosti roztoků sacharózy naměřené v úloze a) zapište do tab Vypočítejte hodnoty měrné otáčivosti s a molární otáčivosti m sacharózy. Při výpočtu zaveďte korekci na skutečnou délku kyvety násobením hodnoty naměřeného úhlu poměrem d 0 /d 1 3. Význam těchto symbolů je uveden u vztahu (15), str. 55 skript Rejnek, J.; Kolský, V.; Sobotka J,; Loučka T.: Cvičení z instrumentální analýzy. Skripta PF UJEP, Ústí n. L ). 4. Výsledky statisticky zpracujte. 5. Naměřené hodnoty optické otáčivosti roztoku glukózy zapište do tabulky a zpracujte je graficky jako závislost úhlu rotace na čase. 6. Formulujte závěry, vysvětlete děj, sledovaný v úloze b).

24 Práce s kruhovým polarimetrem a) Osvětlení polarimetru se provádí monochromatickým světlem sodíkové lampy (obr. 1). b) Kruhová stupnice je dělena na 360 o číslování je po deseti stupních. Každý stupeň je rozdělen na 4 dílky, jeden dílek na stupnici představuje 0,25 o. Nonius proti stupnici je dělen na 25 dílků, jeden dílek nonia odpovídá 0,01 o. Čtení na stupnici (obr. 3, 4). Zjistíme, mezi kterými dvěma dílky kruhové stupnice je nula nonia (např. 13,75 o a 14,00 o ). Nižší hodnotu zapíšeme a zjistíme, který dílek nonia se kryje s některým dílkem kruhové stupnice (např. 5. dílek). Výsledná hodnota je tedy 13,75 + 0,05 = 13,80 o. Nalezené hodnoty x v rozmezí 0o Měření probíhá přímým pozorováním lidským okem. Z fyziologického hlediska je velice obtížné stanovit přesně nastavení analyzátoru tak aby osvětlení pole bylo minimální. Proto bývají polarimetry pro přímé pozorování okem zpravidla konstruovány jinak než je ukázáno na obr. Mezi polarizátor a trubici se vzorkem je vložen prvek (např. půlvlnná destička), který pootočí polarizační rovinu části procházejícího svazku o malý úhel. Pozorované zorné pole je potom v důsledku vložení tohoto prvku rozděleno na dvě části s různou intenzitou osvětlení (polostínová metoda). Lidské oko je totiž schopno daleko lépe rozeznat rozdíl jasů dvou sousedních ploch, než maximum nebo minimum jasu plochy jediné. Otáčením analyzátoru potom měníme vzájemný poměr osvětlení v jednotlivých částech a nastavujeme tak aby bylo osvětlení pole homogenní. Polarizátor má zorné pole rozděleno do tří částí. Toto rozdělení umožní přesnější měření úhlu α, kterou odečítáme, když je pole stejnoměrně osvětlené (obr. B). Pokud není v polarimetrické trubici žádný vzorek pozorujeme v třídílném zorném poli plochu stejné intenzity světla (obr. c). Po vložení vzorku do polarimetrické trubice dojde ke změně polarizačního stavu procházejícího světla a v třídílném zorném poli pozorujeme tmavé a světlejší části (Obrázek a,b). Po vložení zkoumaného vzorku se snažíme pomocí měrného šroubu získat v trojdílném zorném poli opět homogenní rozložení intenzity světla. Stupnice přístroje je rozdělena na 360 dílku, přičemž jeden dílek odpovídá 1. Nonius je rozdělen do 20 dílků, přičemž jeden dílek odpovídá 0,05 0.

25 c) Indikace optické rovnováhy (obr. B, 6) Polarimetr s polostínovým zařízením má kruhové zorné pole rozdělené ostrou kolmou čarou na dvě poloviny, které se při otáčení analyzátoru pomocí šroubu (obr. 1) střídavě vyjasňují a zatemňují. Optická rovnováha je dána takovou polohou analyzátoru, při níž jsou obě poloviny zorného pole stejnoměrně zastíněny (ve stejném polostínu). Zorné pole pozorujeme dalekohledem, zaostření obrazu umožňuje vysouvací okulár (je individuální, závisí na citlivosti oka). d) Příprava aparatury Zapněte sodíkovou lampu a nechte ji asi 10 minut zářit, než se ustálí její světelný tok. Výstupní okénko lampy přiložte ke vstupnímu otvoru polarimetru. Dalekohledem zkontrolujte, zda je osa lampy shodná s osou polarimetru. Okulárem zaostřete dělící čáru v zorném poli. S přístrojem ani lampou už dále během celé série měření nehýbejte! e) Plnění polarizační trubice (Při prvním měření se plní destilovanou vodou). Při manipulaci s trubicí dbáme, aby nedošlo k jejímu pádu a rozbití. Polarizační trubice je na obou koncích uzavíratelná kruhovými skleněnými destičkami, upevněnými šroubovými hlavicemi, v nichž je gumové těsnění (obr. 5). Trubice musí být před naplněním pečlivě vyčištěna a vysušena (filtračním papírem) nebo vypláchnuta měřeným roztokem. Totéž se týká i uzavíracích hlavic. Zvlášť pečlivě vyčistíme a vyleštíme sklíčka (měkký hadr nebo filtrační papír). Dbejte na to, aby se sklíčka nepoškrabala. Je nutná opatrnost, aby nedošlo k upuštění sklíček a k jejich rozbití nebo ztrátě! Rovněž je nutné vyloučit ztrátu gumových těsnění! Trubici na jednom konci uzavřete, aby sklíčko právě pevně dosedlo. Přílišným utažením nabývá sklíčko optickou aktivitu, což zatěžuje měření chybou. Trubici opatrně naplňte vzorkem (nalévejte z kádinky, trubici držte za hlavici a vyhněte se dotyku trubice dlaní, který by ohřál vzorek). Trubici zcela naplňte, až má kapalina vypouklý povrch (meniskus), nechte uniknout případné vzduchové bubliny a se strany zasuňte přes otvor sklíčko (ve vodorovné poloze). Sklíčko se nesmí svrchu zvlhčit a nesmí se pod něj dostat vzduch. Sklíčko pak upevněte uzavírací hlavicí. Pohledem proti světlu se přesvědčte, zda v trubici není vzduchová bublina (uzavření trubice by bylo nutno zopakovat).

26 Plnění kyvety (polarimetrické trubice) Vyjmeme čepičku (3), skleněné okénko (5) a pryžové těsnění (4). Trubici uchopíme za konec se závitem (6) a naplníme ji vzorkem až po vrch (meniskus kapaliny bude vyčnívat nad horní okraj kyvety). Na horní okraj trubice nasuneme nebo položíme skleněné okénko přiložíme pryžové těsnění (4) a pomocí vnější čepičky (2) je přišroubujeme k trubici. Obr. A Detail polarimetrické trubice Použitá polarimetrická trubice se v detailech od zobrazené může lišit ). Může chybět výduť na obr. uvedená pod č. 9. f) Kontrola nuly kruhové stupnice Před měřením vlastního vzorku vložte do přístroje polarimetrickou trubici naplněnou destilovanou vodou, uzavřete odklápěcí víko a znovu zaostřete okulárem dalekohledu. Pomocí ovládacího šroubu analyzátoru nastavte polohu optické rovnováhy (obr. B). Teoreticky by se nula nonia měla krýt s nulou kruhové stupnice. Vlivem chyb aparatury i individuálních chyb při odečítání se může nulová poloha poněkud odlišovat. g) Měření polarizace roztoku vzorku Aniž změníte polohu přístroje, vyjměte z něj trubici a podle popsaných zásad plnění v ní nahraďte vodu roztokem vzorku. Trubici se vzorkem vložte opět do přístroje, uzavřete víko a znovu zaostřete okulárem.

27 Obr. B. Zorné pole okuláru nevyrovnáno vyrovnáno nevyrovnáno Schéma kruhového polarimetru

28 Obr. 4 Detail čtení na stupnici polarimetru

29 Obr. 6 Trojdílné zorné pole polarimetru

30 ÚLOHA 9: Spektrofotometrické studium komplexu Fe(II) s 1,10- fenanthrolinem Příprava 1. Zopakujte si základní pojmy z optiky - elektromagnetické záření a jeho šíření absorbujícím prostředím, vlnová délka, kmitočet, zářivý tok, transmitance, propustnost, absorpce, absorptance, absorbance, Beerův zákon, 2. Zopakujte si hlavní části optických přístrojů pro měření ve viditelné oblasti spektra, jejich vlastnosti a použití - zdroje záření a jejich spektrální charakteristiky; monochromátory, jejich hlavní díly a funkce; kyvety (materiál pro oblast UV a VIS); 3. Prostudujte princip činnosti jednopaprskových a dvoupaprskových spektrofotometrů 4. Seznamte se s konstrukcí spektrofotometru Spekol 11 a se způsobem měření absorbance a transmitance na tomto přístroji. 5. Nastudujte chemickou podstatu měření. 6. Připravte si výpočty pro přípravu používaných činidel a vysvětlení postupu práce při jejich přípravě. Pomůcky: Chemikálie: Spektrofotometr Spekol 11 Síran železnato-amonný, (NH 4 ) 2 Fe(SO 4 ) 2.6H 2 O Nástavec EK5 Zásobní roztok c (Fe) = 0,1 mol.dm -3 (V=250 ml) Sada kyvet 2 ks 1,10-fenanthrolin, C 12 H 8 N 2 c w = 1 g.dm -3 Odměrná baňka 100 ml 3 ks Octanový pufr: 13,6 g CH 3 COONa.3H 2 O Nálevky do odměrných baněk 6 ml CH 3 COOH Pipeta dělená 5 ml 2 ks 2 g [NH 3 OH]Cl v 1 dm 3 Byreta se zásobníkem (10 ml) 3 ks Kádinka 100 ml 3 ks Standardní roztok Fe c (Fe 2+ ) = mol.dm -3 Odměrná baňka 25 ml 11 ks Střička s deionizovanou vodou Nálevky do odměrných baněk Kapátko Postup práce a) Příprava roztoků octanový pufr: 13,6 g CH 3 COONa.3H 2 O se rozpustí v 500 ml destilované vody, přidá se 6 ml CH 3 COOH a 2 g [NH 3 OH]Cl a doplní destilovanou vodou do objemu 1dm 3. Pro úlohu je již připraven. standardní roztok Fe: připravuje se ze zásobního roztoku v den provádění úlohy!!!!! výpočty pro přípravu tohoto roztoku mějte připravené před nástupem do cvičení. Uvažujte přípravu 100 ml tohoto roztoku b) Absorpční spektrum komplexu Fe(II) s 1,10-fenanthrolinem 1. Do odměrné baňky na 25 cm 3 odpipetujte 2 cm 3 standardního roztoku Fe(II), 5 cm 3 octanového pufru a 2 cm 3 roztoku činidla, doplňte po značku vodou a promíchejte.

31 2. Po 10 minutách roztok nalijte do kyvety a proměřte absorpční spektrum komplexu, tj. závislost absorbance na vlnové délce v rozsahu vlnových délek nm. V intervalu nm měňte vlnovou délku po 2 nm, v rozsazích nm a nm po 5-10 nm. Při každé vlnové délce nastavte nulovou hodnotu absorbance destilované vody. Výsledky zaznamenejte do tabulky Bod 1 a 2 opakujte ještě jednou. 4. Určete vlnovou délku, při které budete provádět všechna další měření. Hodnotu vlnové délky zaznamenejte pod tab. 1. c) Vybarvování komplexu 1. Na spektrofotometru nastavte vlnovou délku, kterou jste určili v měření b) (vlnová délka, při které je absorbance roztoku maximální) 2. Do kádinky na 50 cm 3 odpipetujte 2 cm 3 stand. roztoku Fe(II), 5 cm 3 octanového pufru, 16 cm 3 deionizované vody, 2 cm 3 roztoku činidla a promíchejte. 3. Od tohoto okamžiku měřte čas. 4. Roztok nalijte do kyvety a v intervalu s měřte okamžité hodnoty absorbance proti vodě, dokud se po sobě následující čtyři hodnoty absorbancí liší. 5. Úkol c) zopakujte ještě jednou. Výsledky zapište do tabulky Z výsledků určete minimální dobu vybarvování komplexu. Tento časový interval dodržujte při přípravě roztoků ve všech dalších úkolech. d) Ověření Beerova zákona Při vlnové délce maximální absorbance, zjištěné v úloze b), proměřte níže uvedené závislosti. Závislost absorbance na koncentraci měřené složky 1. Do 7 odměrných baněk na 25 cm 3 odpipetujte po 5 cm 3 octanového pufru. Do jednotlivých baněk postupně odpipetujte 0; 0,5; 1; 1,5; 2; 2,5 a 3 cm 3 standardního roztoku Fe(II). 2. Do všech baněk přidejte po 1 cm 3 roztoku činidla, obsah baněk doplňte vodou po značku a promíchejte. 3. Po 10 minutách změřte absorbance v kyvetě délky 1 cm. Do srovnávací kyvety nalijte nulový roztok připravené kalibrační řady. Měření každého kalibračního roztoku proveďte 5 x. Naměřené výsledky zapište do tabulky 3 a zpracujte za použití statistického aparátu. Jestliže pracujete podle postupu uvedeného ve skriptech Rejnek, J., Kolský, V., Loučka, T., Sobotka, J.: Cvičení z instrumentální analýzy. PF UJEP, Ústí n. L , bude hodnota absorbance nulového roztoku vždy rovna nule. e) Stanovení celkové koncentrace železa v dodaném vzorku sloučeniny Fe(II,III) 1. K dodanému roztoku vzorku v odměrné baňce na 25 cm 3, přidejte cca 100 mg chloridu hydroxylamonného, 5 cm 3 octanového pufru a 2 cm 3 roztoku činidla, destilovanou vodou doplňte na požadovaný objem. 2. Po 10 min změřte absorbance v kyvetě délky 1 cm proti nulovému roztoku kalibrační křivky. Měření proveďte 10 x. 3. Pipetáž vzorku upravte podle potřeby tak, aby naměřená hodnota absorbance ležela přibližně ve středu kalibrační závislosti a celý postup stanovení zopakujte. Naměřené hodnoty zaznamenávejte do tab. 4. Výsledky a závěry 1. Hodnoty absorbancí při různých vlnových délkách, naměřené v úloze b) zapište do tabulky Závislost A = f( ), naměřenou v úloze b), znázorněte graficky.

32 3. Z grafického záznamu závislosti A = f( ), naměřené v úloze b) určete vlnovou délku maximální absorbance. Při ní provádějte všechna ostatní měření. Vlnová délka pro maximální hodnotu absorbance, max = nm. 4. Hodnoty absorbancí naměřené v úloze c) zapište do tabulky Závislost A = f( ) znázorněte graficky. 6. Z grafu závislosti A = f( ) určete minimální dobu vybarvování komplexu za daných podmínek (ph, teplota). Minimální doba vybarvování komplexu, min = min. 7. Závislost A = f(c), naměřenou v úloze d), zapište do tabulky Závislost A = f(c), naměřenou v úloze d), znázorněte graficky a porovnejte s teoretickým vztahem 43 (str. 103 skript). Graf použijte jako kalibrační křivku při stanovení Fe(II) ve vzorku o neznámém složení. 9. Průměrné hodnoty absorbancí z tabulky 3 použijte pro výpočet molárního absorpčního koeficientu. Výsledky napište do tabulky Koncentraci celkového Fe II v měřeném roztoku (mol.dm -3 ) vyhodnoťte z kalibrační závislosti naměřené v úloze d) - graficky, výsledky uveďte do tab výpočtem s použitím rovnice kalibrační závislosti, výsledky uveďte do tab Koncentraci celkového železa v původním vzorku vypočítejte s ohledem na použitou pipetáž. 12. Na základě statistického zhodnocení výsledků formulujte závěry.

33 Obsluha spektrofotometru SPEKOL 11

34

35

36 ÚLOHA 10: STANOVENÍ KOFEINU V NÁPOJÍCH METODOU HPLC Příprava: 1. Zopakujte si metodiku kapalinové chromatografie po stránce schematické a částečně fyzikálněchemické. 2. Zopakujte si metodu kalibrační křivky a zásady statistického vyhodnocení naměřených výsledků. 3. Připravte si výpočet pro přípravu zásobního roztoku kofeinu o koncentraci 464 µg/ml do odměrné baňky 50ml, včetně postupu přípravy zásobního roztoku. 4. Připravte si výpočty pro přípravu kalibračních roztoků ze zásobního roztoku kofeinu ředěním 5x, 10x, 20x, 40x, 80x a 160x, do vialek o celkovém objemu 1 ml. 5. Zajistěte si na laboratorní cvičení vzorek nápoje obsahující kofein. Podle údajů na obalu nebo podle tabulky v závěru návodu navrhněte u vašeho vzorku potřebné ředění. Úvod : Kofein se vyskytuje v semenech kávovníku arabského (Coffea arabica). Tyto keře jsou pěstovány v Africe, Jižní Americe a v Arábii. Nachází se také v čaji (Camellia sinensis) a kolových ořeších (Cola acuminata), tyto ořechy se využívají při výrobě nápojů kola. V čisté formě se jedná o bílý krystalický prášek. Compound Name (CAS): 1,3,7-trimethylpurine-2,6-dione CAS Number: , CID: 2519 Sumární vzorec: C 8 H 10 N 4 O 2 Pomůcky: Kapalinový chromatograf Thermo Surveyor automatický dávkovač vzorků Surveyor Autosampler Plus kvartérní pumpy s odplyňovací jednotkou Surveryor MS Pump Plus UV-VIS spektrofotometrický detektor s diodovým polem Surveyor PDA Plus chromatografická kolona Kinetex 5 µm C Å, LC Column 100 x 4.6 mm, analytické váhy minishaker mikropipety + špičky stříkačky + stříkačkové filtry vialky 1,8 ml ultrazvuková lázeň mikrofiltrační zařízení odměrné baňky, běžné laboratorní sklo a vybavení K vyhodnocování výsledků použijte program Xcalibur v (Thermo Scientific, San Jose, CA, USA)

37 Chemikálie Deionizovaná voda (H2O) Mr= 18, 0153 g/mol Kofein (C8H10N4O2) Mr= 194,1933 g/mol Methanol pro HPLC (CH3OH) Mr= 32,042 g/mol Vzorek nápoje obsahující kofein Postup práce Příprava zásobního roztoku kofeinu o koncentraci 464 µg/ml : Do 50 ml odměrné suché a čisté baňky připravte zásobní roztok kofeinu o koncentraci 464 µg/ml. K přípravě použijte deionizovanou vodu. Zásobní roztok důkladně promíchejte. Příprava kalibračních roztoků kofeinu: Připravte sérii osmi vialek, včetně zásobního roztoku a deionizované vody. Do ostatních šesti vialek napipetujte pomocí automatické pipety vypočítané množství objemu zásobního roztoku kofeinu a doplňte příslušným objemem destilované vody na celkové množství 1ml. Zásobní roztok se ředí 5x, 10x, 20x, 40x, 80x a 160x. Příprava laboratorního vzorku nápoje U vzorku (po dokonalé homogenizaci) zajistěte odplynění v ultrazvukové lázni a nařeďte v potřebném poměru s deionizovanou vodou. Požadované ředění vzorku proveďte na základě zjištěných údajů na originálním obalu, příp. z tabulky uvedené v závěru návodu. Poté vzorek zfiltrujte přes mikrofiltr a dávkujte do vialky. Podmínky stanovení kapalinovou chromatografií Mobilní fáze: methanol / voda (30 / 70 v/v) Průtok mobilní fáze: 800 µl/min Detekce: 273 nm Objem nástřiku: 10 µl HPLC stanovení Vlastní stanovení proveďte na kapalinovém chromatografu za použití kolony Kinetex 5 µm C Å, LC Column 150 x 4.6 mm, při laboratorní teplotě, isokratickou elucí mobilní fází o složení methanol/voda (30/70 v/v), při objemové průtokové rychlosti 800 µl/min. Dávkovaný objem vzorku činí 10 µl. Měření opakujte třikrát. Návod na obsluhu kapalinového chromatografu 1. Zapněte hlavní vypínač detektoru, čerpadla a autosampleru 2. Připravte mobilní fázi pro chromatografické stanovení (methanol / voda (30 / 70 )) 3. Spusťte PC, program Xcalibur. Instrument setup 4. Promyjte písty čerpadla

38 Zvolte: Surveyor LC Pump > Direct Control: Zkontrolujte, zda je v mobilní fázi D odplyněný vodný roztok methanolu 30% obj. Otevřete vypouštěcí ventil na pumpě Zaškrtněte Take pump under control, nastavte flow 0,8 ml/min - Inlet D 100% a začněte promývání pístů pomocí tlačítka. Po 5 minutách promývání, případně při vzrůstu tlaku ukončete pomocí tlačítka. 5. Písty nesmí pracovat na prázdno. Pokud není v kapiláře mobilní fáze, na vypouštěcí ventil připojte stříkačku a v počátku nasávání vytvořte podtlak. Po dokončení čištění zkontrolujte odplynění fáze (zda-li do pumpy vstupuje mobilní fáze bez bublinek plynu). Uzavřete vypouštěcí ventil. 6. Zkontrolujte, zda je v chromatografu použita kolona Kinetex 2.6 µm C Å, LC Column 150 x 4.6 mm, Ea a zda je správně zapojena (šipky a nápis Flow odpovídá předepsanému směru průtoku). 7. K čištění autosampleru vyberte příkaz v nastavení Autosampleru: Surveyor AS -> Direct Control -> Flush Syringe - zvolte Reservoir FLUSH BOTLE nebo RV1, volume 800µl, flush speed 100µl/s-> apply 8. Připravte sérii vialek s kalibračními roztoky a se zkoumaným vzorkem, vložte do zásobníku a zásobník vložte do přístroje. Pozice v zásobníku jsou číslovány 1-40, zásobník je možné vložit do pozice A-E. Pozice vialek využijete při tvorbě sekvence. 9. Zkontrolujte (nastavte) podmínky měření v Instrument setup (open: Xcalibur/data/vyuka/kofein/ ) Surveyor LC Pump-> Gradient program: 100% mobilní fáze D (30/70 MEOH/H 2 O), čas 10 minut, průtok mobilní fáze 700 µl/min. Surveyor AS ->

39 10. S pomocí vedoucího cvičení naprogramujte seqvenci analýz a spusťte seqvenci. Dávkovaný objem vzorku nastavte 0,01 ml. Je nutné přesné definování gradientového programu v záložce nastavení čerpadla, případně využití programu vytvořeného vedoucím cvičení. 11. Pumpa pracuje v pracovním režimu PSI (max.400bar), vzrůstající tlak je doprovázen zvukovou signalizací (v případě ucpání se nejprve vymění předkolony a teprve následně se musí vyměnit i kolona). V případě činnosti čerpadla bez mobilní fáze může dojít k poškození těsnění pístu. 12. Po proběhnutí analýz identifikujte píky (retenční čas vzorku) a zjistěte množství analyzovaného vzorku odečtením plochy píků. Plochy píků použijte ke konstrukci kalibrační křivky. 13. Na závěr propláchněte 30% vodným roztokem methanolu 14. Vypněte hlavní vypínače detektoru, autosampleru a čerpadla, vyjměte zásobník s vialkami k likvidaci vzorků. Pozor: Před začátkem práce se seznamte s pravidly bezpečnosti zacházení s organickými rozpouštědly! S organickými rozpouštědly nakládejte dle pokynů vedoucího cvičení. Před každým měřením zkontrolujte množství odpadu v láhvi a mobilní fázi! Zpracování výsledků 1) Proveďte identifikaci složek vzorku porovnáním jejich retenčních časů s retenčními časy standardních látek 2) Statisticky vyhodnoťte výsledky kvantitativních měření Závěr: Formulujte každý samostatně na základě získaných výsledků Tab. Obsah kofeinu v nápojích, potravinách a lékových kombinacích 1 bezkofeinová < 5 mg/150 ml káva pražená mg/150 ml instantní mg/150 ml Ledový mg/150 ml čaj instantní mg/150 ml sáčkový mg/150 ml Nápoje (mg/360ml) Coca-Cola 45 mg Pepsi-Cola 38 mg 1 GRUNDMANN, Milan, Lékové interakce s kofeinem I, 2001, s.1. Další údaje o obsahu kofeinu v nápojích naleznete na:

40 ÚLOHA 10: Stanovení obsahu železa metodou plamenové atomové absorpční spektrometrie Příprava: 1. Zopakujte si pojmy absorpce, transmitance, absorbance, zářivý tok, svítivost, rychlost světla, vlnová délka, kmitočet elektromagnetického záření. 2. Ujasněte si význam Lambertova - Beerova zákony pro vyjádření absorpce záření, podmínky za nichž platí a příčiny odchylek od ideálního průběhu. 3. Zopakujte si kalibraci přístroje, jehož princip měření je založen na zjištění závislosti měřené veličiny na koncentraci látky ve vzorku. 4. Zopakujte si zásady statistického vyhodnocení naměřených výsledků 5. Připravte si výpočty pro přípravu používaných činidel a vysvětlení postupu práce při jejich přípravě. Pomůcky: Chemikálie: Odměrné baňky objemu 50 cm 3 9 ks Roztok železa (ρ = 50 g.cm -3 ) ve 2 %-HNO 3 Nastavitelná pipeta BIOHIT 5 cm 3 (připraven a uchováván v chladničce) PE nádoby objemu 100 cm 3 8 ks Deionizovaná voda Nálevka do odměrných baněk 5 ks Analyzovaný vzorek Atomový absorpční spektrometr Spectr AA 20+ s vybavením Tlaková láhev s acetylenem Kompresor na vzduch Byreta 50 ml 3 ks Postup práce: 1) Připravte soubor standardních roztoků železa o objemu 50 cm 3 o hmotnostní koncentraci 1, 2, 3, 4, 5 g.cm -3 pro měření metodou kalibrační křivky (roztoky označte Standard 1 - Standard 5). K přípravě použijte připraveného roztoku železa (ρ = 50 g.cm -3 ) ve 2 %- HNO 3. Výpočty mějte připravené před započetím experimentální práce. 2) Společně s vedoucím cvičení připravte atomový absorpční spektrometr SpectrAA 20+ k měření. Údaje o podmínkách měření zapište do tab. 1. 3) Proveďte měření metodou kalibrační křivky. Jako slepého pokusu použijte deionizovanou vodu, jejíž hodnotu absorbance změřte 10 krát. Poté měřte hodnoty absorbance připravených standardních roztoků Standard 1 - Standard 5 (každý standard také 10 krát). Hodnoty každé série měření statisticky zpracujte (aritmetický průměr absorbance, směrodatná odchylka jednotlivých měření a relativní směrodatná odchylku s R v procentech). Výsledky měření a výpočty zapište do tab. 2. 4) Z výsledků uspořádaných v tab. 2 sestrojte kalibrační přímku jako závislost hodnot absorbance A na hodnotách koncentrace.vyjádřete matematickou rovnici kalibrační přímky.

41 5) Za podmínek, za kterých jste prováděli měření absorbance standardních roztoků, změřte 10x absorbanci neznámého vzorku. Také tyto naměřené hodnoty statisticky zpracujte (aritmetický průměr hodnot absorbance, směrodatná odchylka, relativní směrodatná odchylka a intervaly spolehlivosti). Výsledky měření a vypočtené hodnoty zapište do tab. 3. 6) Podle údajů uvedených v tab. 4 připravte soubor roztoků pro měření metodou standardních přídavků. Do 50 cm 3 odměrné baňky odpipetujte 25 cm 3 vzorku, příslušné množství zásobního roztoku železa o = 50 g. cm -3 a doplňte deionizovanou vodou do objemu 50 cm 3. Tyto roztoky označte symboly ADD 0 - ADD 3. Teoretické hodnoty koncentrace železa v aditivních roztocích mějte připravené před započetím exp.práce. 7) Do grafu vyneste i závislost absorbance na koncentraci železa v roztoku při měření metodou standardních přídavků. Hodnotu absorbance roztoku ADD 0 vyneste v grafu přímo do osy absorbance. Průsečík přímky se zápornou částí osy koncentrace určí hodnotu koncentrace železa v roztoku ADD 0 ( g.cm -3 ). Také v tomto případě vyjádřete rovnici získané přímky. 8) Podle pokynů vedoucího cvičení zadejte parametry potřebné pro měření metodou standardních přídavků. Proměřte postupně absorbanci roztoků ADD 1 až AAD 3 a ADD 0. Měření každého roztoku proveďte 5x. Výsledky měření a vypočtené hodnoty zapište do tab. 5. 9) Statistické výpočty provádějte na hladině významnosti = 0,05. Závěry: 1) Do protokolu uveďte konkrétní údaje o parametrech přístroje. 2) Výsledky i následné výpočty získané při měření zaznamenejte do tabulky 6. 3) Z výsledků uspořádaných v tab. 2 sestrojte kalibrační přímku jako závislost hodnot absorbance A na hodnotách koncentrace. Do téhož grafu vyneste i závislost absorbance na koncentraci železa v roztoku při měření metodou standardních přídavků. 4) Z obou kalibračních metod vypočítejte množství železa v předloženém vzorku, výsledky uveďte do tabulky 6. 5) Porovnejte výsledky měření, kterých bylo dosaženo použitím obou kalibračních metod, vyhodnoťte obě metody (diskutujte graf sestrojený podle bodu 3 závěrů). 6) Rozhodněte o vhodnosti obou forem měření.

42 PIPETOVÁNÍ pístovou automatickou pipetou Používají se pipety s fixním objemem, nebo pipety s kontinuálně volitelným objemem (nastavení se provádí pomocí mikrometrického šroubu). Tolerance pístových pipet pro vodné roztoky je 1%. Dávkování se provádí tlačítkem, které pohybuje pístem ve válci pipety. Vzorek je nabírán do nesmáčivé (polypropylenové) vyměnitelné špičky, takže nepřichází do styku s pipetovacím mechanismem. Tlačítko pipety má tři polohy. V klidu (tlačítko není stisknuto) je v nejvyšší poloze. Lze ho postupně stlačit do dalších dvou (nižších) poloh ke kalibrační zarážce a až k dolní zarážce. Postup práce s pipetou: