UNIVERZITA KARLOVA V PRAZE

UNIVERZITA KARLOVA V PRAZE Přírodovědecká fakulta Katedra analytické chemie VOLTAMETRICKÉ STANOVENÍ 4-NITROBIFENYLU NA RTUŤOVÝM MENISKEM MODIFIKOVANÉ STŘÍBRNÉ PEVNÉ AMALGAMOVÉ ELEKTRODĚ Voltametric Determination of 4-Nitrobiphenyl at a Mercury Meniscus Modified Silver Solid Amalgam Electrode Bakalářská práce studijního oboru Chemie v přírodních vědách Praha 21 Eva Horáková

Abstrakt Tato bakalářská práce se zabývá studiem elektrochemického chování 4-nitrobifenylu (4-NBP), nalezením optimálních podmínek pro jeho stanovení pomocí DC voltametrie (DCV) a diferenční pulzní volumetrie (DPV) na rtuťovým meniskem modifikované stříbrné pevné amalgamové elektrodě (m-agsae). Dalším cílem této práce bylo dosažení co nejnižší meze stanovitelnosti a ověření použitelnosti nově vyvinutých metod ke stanovení 4-NBP v modelovém vzorku pitné vody. Optimální pro stanovení 4-NBP na m-agsae v deionizované vodě je prostředí methanol-acetátový pufr o ph 4,8 (3:7). Při metodě DCV není nutné použití elektrochemickou regeneraci elektrody, při metodě DPV je vhodné použit elektrochemické regenerace pomocí pulzů s následujícími potenciály E reg,1 = mv, E reg,2 = 13 mv. Pro obě metody byly nalezeny lineární koncentrační závislosti proudu píku 4-NBP v koncentračních řádech 1 5, 1 6 a 1 7 mol l 1. Metodou DCV i DPV bylo dosaženo meze stanovitelnosti 2 1 7 mol l 1. Stanovení 4-NBP v pitné vodě bylo provedeno ve směsi modelového vzorku pitné vody a acetátového pufru o ph 4,8 (9:1). Při měření metodou DCV nebyla použita regenerace, při měření metodou DPV byla použita regenerace s výše uvedenými regeneračními potenciály. Pro obě metody byly opět nalezeny lineární závislosti proudu píku 4-NBP na koncentraci v řádu 1 7 mol l 1. Metodou DCV i DPV bylo opět dosaženo meze stanovitelnosti 2 1 7 mol l 1. Abstract The presented bachelor thesis is devoted to study of electrochemical behavior of 4-nitrobiphenyl (4-NBP) and to finding of optimum conditions for its determination using direct current voltammetry (DCV) and differential pulse voltammetry (DPV) at a mercury meniscus modified silver solid amalgam electrode (m-agsae). The aim was to achieve the lowest possible limit of determination and to verify the applicability of the newly developed method for determination of 4-NBP in model samples of drinking water. Methanol-acetate buffer ph 4,8 (3:7) was found as an optimum medium for the determination of 4 NBP at a m-agsae in deionized water. During DCV it is not necessary to apply electrochemical regeneration of the working electrode, during DPV it is proper to apply following regeneration potentials: E reg,1 = mv, E reg,2 = 13 mv. The concentration dependence of the peak current was found to be linear for both methods for 1 5, 1 6 and 1 7 mol l 1 concentration ranges. The limit of determination of 4-NBP both by DCV and by DPV is 2 1 7 mol l 1. The optimum medium for the determination of 4-NBP in drinking water is the mixture of the sample and acetate buffer ph 4,8 in the 9:1 ratio.. During DCV regeneration was not applied, during DPV it was applied with the following regeneration potentials: E reg,1 = mv, E reg,2 = 13 mv. The concentration dependence of the peak current was again linear for both methods in the concentration range 1 7 mol l 1. The limit of determination of 4-NBP in drinking water by both DCV and DPV is 2 1 7 mol l 1 as well. 2

Tato bakalářská práce vznikla v souvislosti s řešením výzkumných záměrů Ministerstva školství, mládeže a tělovýchovy České republiky (projekty MSM 2162857, LC 635 a RP 14/63) a Grantové agentury University Karlovy v Praze (projekt SVV 26124) a z těchto projektů byla také finančně podporována. Prohlášení Tato bakalářská práce byla vypracována na Katedře analytické chemie Přírodovědecké fakulty Univerzity Karlovy v Praze v letech 29 21. Prohlašuji, že jsem tuto bakalářskou práci vypracovala samostatně, pod vedením školitele Prof. RNDr. Jiřího Barka, CSc. a konzultanta Mgr. Vlastimila Vyskočila, Ph.D., a že jsem všechny použité prameny řádně citovala. Jsem si vědoma toho, že případné využití výsledků, získaných v této práci, mimo Univerzitu Karlovu v Praze je možné pouze po písemném souhlasu této univerzity. V Praze dne 4.6.21.. podpis 3

V první řadě bych ráda poděkovala svému školiteli Prof. RNDr. Jiřímu Barkovi, CSc. a konzultantovi Mgr. Vlastimilu Vyskočilovi, Ph.D. za odborné a trpělivé vedení a všem členům katedry za pomoc a cenné připomínky k mé práci. Dále bych ráda poděkovala svým rodičům za to, že mi umožnili studium na vysoké škole a také ostatním svým blízkým za jejich podporu. 4

Předmětová hesla: analytická chemie elektrochemie nitrované aromatické uhlovodíky voltametrie Klíčová slova: 4-nitrobifenyl DC voltametrie diferenční pulzní voltametrie stříbrná tuhá amalgamová elektroda Objective Words: Analytical Chemistry Electrochemistry Nitrated Polycyclic Aromatic Hydrocarbons Voltammetry Key Words: 4-Nitrobiphenyl DC Voltammetry Differential Pulse Voltammetry Silver Solid Amalgam Electrode 5

OBSAH SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ 7 1 ÚVOD 8 1.1 Cíl práce 8 1.2 Nitrované polycyklické aromatické uhlovodíky 8 1.3 Studovaná látka 9 1.4 Použité metody 1 2 EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST 12 2.1 Reagencie 13 2.2 Aparatura 13 2.3 Pracovní elektroda 13 2.4 Pracovní postupy 15 2.5 Zpracování výsledků a statistické vyhodnocení získaných dat 16 2.6 Stálost zásobního roztoku 4-nitrobifenylu 16 3 VOLTAMETRICKÉ STANOVENÍ 4-NITROBIFENYLU NA STŘÍBRNÉ PEVNÉ AMALGÁMOVÉ ELEKTRODĚ 18 3.1 Vliv obsahu methanolu 18 3.1.1 Spektrofotometrické sledování stálosti měřených roztoků 18 3.1.2 Voltametrické sledování stálosti měřených roztoků 22 3.2 Vliv ph 25 3.2.1 DC voltametrie 4-nitrobifenylu 25 3.2.2 Diferenční pulzní voltametrie 4-nitrobifenylu 29 3.3 Vliv použitého pufru 33 3.4 Koncentrační závislost 36 3.4.1 DC voltametrie 4-nitrobifenylu 37 3.4.2 Diferenční pulzní voltametrie 4-nitrobifenylu 41 4 VOLTAMETRICKÉ STANOVENÍ 4-NITROBIFENYLU V PITNÉ VODĚ 45 4.1 DC voltametrie 4-nitrobifenylu v pitné vodě 45 4.2 Diferenční pulzní voltametrie 4-nitrobifenylu v pitné vodě 47 5 ZÁVĚR A DISKUZE 5 6 LITERATURA 51 6

SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ λ vlnová délka [nm] λmax 4-NBP 4-ABP A APAH BR pufr vlnová délka absorpčního maxima [nm] 4-nitrobifenyl 4-aminobifenyl absorbance aminoderiváty polycyklických aromatických uhlovodíků Brittonův-Robinsonův pufr c molární koncentrace [mol l 1 ] cv molární koncentrace ve vodě [mol l 1 ] C. A. S. Chemical Abstract Services DCV DC voltametrie (direct current voltametrie) DPV diferenční pulzní voltametrie E potenciál [mv] Ep Ereg,1 Ereg,2 I Ip IARC LOD m-agsae Mr NPAH PAH potenciál píku [mv] počáteční potenciál regenerace [mv] konečný potenciál regenerace [mv] proud [na] proud (výška) píku [na] International Agency for Research on Cancer mez stanovitelnosti rtuťovým meniskem modifikovaná stříbrná tuhá amalgámová elektroda relativní molekulová hmotnost nitrované polycyklické aromatické uhlovodíky polycyklické aromatické uhlovodíky RSD relativní směrodatná odchylka [%] SD směrodatná odchylka t čas [s; min; den] UV/VIS ultra fialová/viditelná oblast (ultraviolet/visible) V objem [ml] 7

1 ÚVOD 1.1 Cíl práce Tato práce tematicky navazuje na diplomovou práci Radka Štěpána 1, který studoval elektrochemické chování 4-nitrobifenylu na rtuťových elektrodách. Zabývá se studiem elektrochemického chování 4-nitrobifenylu (4-NBP) a nalezením optimálních podmínek pro jeho stanovení pomocí DC voltametrie (DCV) a diferenční pulzní volumetrie (DPV) na rtuťovým meniskem modifikované stříbrné pevné amalgamové elektrodě (m-agsae). Dalším cílem této práce je dosažení co nejnižší meze stanovitelnosti (LOD) a ověření metody ke stanovení koncentrace 4-NBP v modelovém vzorku pitné vody. 1.2 Nitrované polycyklické aromatické uhlovodíky Nitrované polycyklické aromatické uhlovodíky (NPAH) jsou vysoce nebezpečné mutagenní látky. V silně znečištěné atmosféře vznikají NPAH reakcemi PAH s oxidy dusíku, které jsou přítomny v atmosféře. Za specifické toxické účinky aromatických nitrosloučenin zřejmě odpovídají reaktivní nitrované aromatické anion-radikály, které vznikají metabolickými přeměnami a které snadno reagují s buněčnými nukleofily, zejména proteiny a nukleovými kyselinami. Tyto reakce mohou vysvětlit mutagenní a karcinogenní účinky řady aromatických nitrosloučenin bez ohledu na vlastnosti vznikajících APAH, které zpravidla rovněž vykazují silné genotoxické účinky 2. Mono- a dinitro- PAH vykazují několikanásobně větší mutagenitu či karcinogenitu než jejich matečné PAH, takže jejich sledování je v popředí moderní environmentální analytické chemie 3. NPAH byly nalezeny v ovzduší, výfukových plynech, sazích, emisích spaloven, v sedimentech, cigaretovém kouři 2. 8

1.3 Studovaná látka Za laboratorních podmínek v čisté formě má 4-NBP světle žlutou barvu a jemně krystalickou strukturu. Tato látka je obtížně rozpustná ve vodě, dobře se rozpouští v organických rozpouštědlech 4,5. Strukturní vzorec 4-NBP je na obr. 1.1. Mr: 199,21 C.A.S. Name: 1,1 -biphenyl, 4-nitro C.A.S. Registry Number: 92-93-3 Sumární vzorec: C12H9NO2 Bod tání: 114 C Bod varu: 34 C Risk Statements: 45-51 - 53 Safety Statements: 45-53 61 - O N + O Obr. 1.1 Strukturní vzorec studované látky. Studovaná látka je téměř z 8% metabolicky přeměňována na 4-ABP a dalším metabolitem s vysokým podílem zastoupení je 4-hydroxylaminobifenyl 6. Poloha substituentu u 4-NBP v poloze para způsobuje vyšší toxicitu, oproti toxicitě 2-nitrobifenylu a 3-nitrobifenylu 7. Dle IARC 8 je 4-NBP klasifikován ve skupině 3. Zde jsou zařazeny látky, jejichž karcinogenita u člověka nebyla dostatečně prokázána a látky, které nejsou pro zvířata karcinogenní vůbec nebo jen omezeně. 9

Dle vyhlášky 221/24 Sb. zákona 356/23 9 je 4-NBP klasifikován jako látka, pro kterou platí tato omezení: 1. V látkách nebo přípravcích uváděných na trh nebo do oběhu se tato látka nesmí používat v koncentracích,1 % hmot. nebo vyšších. 2. Ustanovení bodu 1 se nevztahuje na odpady obsahující jednu nebo více těchto látek. 3. Látky a přípravky podle bodu 1 se nesmějí prodávat spotřebitelům. 4. Označení obalů látek a přípravků podle bodu 1 musí obsahovat zřetelné a nesmazatelné upozornění: Pouze k odbornému použití. Mezi akutní účinky působení 4-NBP patří podráždění očí a dýchací soustavy, bolest hlavy, zvracení, průjmy a únava. Pracovníci, kteří byli dlouhodobě vystaveni vyšším koncentracím 4-NBP zaznamenali chronické účinky této látky: zasažení periferní a centrální nervové soustavy, jater a ledvin 1, 11. Ze skupiny NPAH byl 4-NBP první sloučeninou, u které bylo pozorováno, že způsobuje rakovinu močového měchýře u psů 12. Přímé karcinogenní účinky 4-NBP na člověka nebyly prokázány. 4-NBP byl používán k výrobě 4-ABP, který vyvolává rakovinu močového měchýře a má kumulativní účinky. Při pokusech na zvířatech byl u psů vlivem 4-NBP pozorován vznik rakoviny močového měchýře 8, 1, 11, 13. 1.4 Použité metody Díky přítomnosti nitroskupiny na aromatickém jádře lze 4-NBP snadno redukovat a stanovovat jej voltametrickými a polarografickými metodami. Vzhledem k toxicitě rtuti a snaze o snížení její spotřeby či její úplně nahrazení 14, je použití amalgamové elektrody vhodnější, než použití rtuťové elektrody a využití polarografické metody. Metodou DCV lze běžně stanovit koncentrace až 1 1 5 mol l 1 a metodou DPV až 1 1 7 mol l 1. Průběh reakce a také elektrochemická aktivita 4-NBP jsou závislé na ph prostředí, ve kterém se měření provádí. 1

V kyselém prostředí se 4-NBP redukuje na 4-ABP dle rovnice na obr. 1.2. V zásaditém prostředí probíhá redukce nitrosloučenin ve dvou stupních, kdy je nejprve přijat jeden elektron a poté tři elektrony. Meziproduktem reakce je anion-radikál a výsledným produktem je 4-hydroxylaminobifenyl. Tato reakce 4-NBP je popsána rovnicemi na obr. 1.3. - O N + O + 4e- + 4H + -H 2 O O N H H N O H H H + 2e- 2H + -H + 2 O N H Obr. 1.2 Redukce 4-NBP v kyselém prostředí. - O N + O + e- N O - O N O - O + 3e - + 4H + -H 2 O N O H H Obr. 1.3 Redukce 4-NBP v zásaditém prostředí. Díky přítomnosti aromatických jader a nitroskupiny lze 4-NBP stanovovat také spektrofotometricky. Této skutečnosti bylo využito ke sledování stability zásobního roztoku. 11

2 EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST 2.1 Reagencie Zásobní roztok 4-NBP o koncentraci 1 1 3 mol l 1 byl připraven rozpuštěním,1992 g čisté látky (99%, Merck) ve 1 ml methanolu (Merck, p.a.). Roztoky o nižších molárních koncentracích byly připravovány přesným ředěním zásobního roztoku methanolem. Všechny roztoky byly skladovány ve tmě za laboratorní teploty. Další použité chemikálie: kyselina boritá (Chemapol, p.a.), kyselina fosforečná (85%, Chemapol, p.a.), kyselina octová (99,8%, Lach-Ner, p.a.), hydroxid sodný (Lach-Ner, p.a.), tetraboritan sodný (Chemapol, p.a.), dihydrát octanu sodného (Chemapol, p.a.), tetrabutylamonium jodid (Lach-Ner, p.a.), kyselina chlorovodíková (35%, Penta), dihydrát dihyrogenfosforečnanu sodného (Chemapol, p.a.), dodecylhydrát hydrogenfosforečnanu sodného (Chemapol, p.a.). Kyselá složka BR pufru byla připravena z 2,774 g H3BO3, 2,7 ml H3PO4 a 2,27 ml CH3COOH doplněných do 1 ml deionizovanou vodou. Koncentrace kyselin v kyselé složce byla,4 mol l 1. Zásaditá složka BR pufru byla připravena z 8 g NaOH a 1 ml deionizované vody. Koncentrace NaOH v zásadité složce BR pufru byla,2 mol l 1. Kyselá složka měla ph 2,16 a zásaditá složka ph 13,3. Mísením kyselé a zásadité složky byly připravovány pufry o příslušném ph. Roztok tetraboritanu sodného o koncentraci c =,5 mol l -1 byl připraven z 1,91 g tetraboritanu sodného doplněním do 1 ml deionizovanou vodou, ph toho roztoku je 9,2. Roztok tetrabutylamonium jodidu, c =,5 mol l -1, byl připraven z 1,9 g tetrabutylamonium jodidu doplněného do 1 ml deionizovanou vodou. Fosfátový pufr o ph 7 a koncentraci c =,1 mol l -1 byl připraven z 8,96 g dodecylhydrátu hydrogenfosforečnanu sodného a z 3,45 g dihydrátu dihydrogenfosforečnanu sodného doplněných do 25 ml deionizovanou vodou. Acetátový pufr o koncentraci c =,25 mol l -1, jehož ph bylo 4,8, byl připraven ze 4,25 g dihydrátu octanu sodného a z 1,77 ml koncentrované kyseliny octové. 12

Borátový pufr o ph 8 byl připravován z kyselé a zásadité složky. Kyselá složka byla připravena z kyseliny chlorovodíkové (c =,1 mol l -1 ) a zásaditá z roztoku tetraboritou sodného (c =,25 mol l -1 ). 2.2 Aparatura Pro všechna voltametrická stanovení byla použita sestava Eco-Tribo Polarograf se softwarem PolarPro 5.1 (vše Polaro-Sensors, Praha, ČR). Software pracoval v operačním systému Windows 98. Měření byla prováděna v tříelektrodovém zapojení. Jako referentní elektroda byla použita kalomelová elektroda (ckcl =,1 mol l 1 ), jako pomocná elektroda byla použita platinová elektroda. Rychlost nárůstu potenciálu pro metodu DCV i DPV byla 2 mv s 1. Při DPV byla šířka pulzu 1 ms a modulační amplituda 5 mv. Spektrofotometrická měření byla prováděna na přístroji Agilent 8453 (Agilent Technologies) se softwarem UV-Visible ChemStation, ver. 9.1, v křemenných kyvetách tloušťky 1 cm a 1 mm. Software pracoval v operačním systému Windows Millenium (Microsoft Corporation, USA). Měření ph bylo prováděno laboratorním ph metrem phm 82 (Radiometer, Copenhagen, Dánsko) s kombinovanou skleněnou elektrodou, nakalibrovaným standardními vodnými kalibračními roztoky o ph 7, a 4, (obojí Radiometer, Copenhagen, Dánsko). 2.3 Pracovní elektroda Vzhledem k vysokému přepětí vodíku jsou vhodnými elektrodami pro měření redukčních procesů amalgamové elektrody. Jako pracovní elektroda byla použita rtuťovým meniskem modifikovaná stříbrná pevná amalgamová elektroda (m-agsae). Amalgám této elektrody je tvořen stříbrem, které je elektrochemicky méně aktivní nežli rtuť. Tato elektroda se svými vlastnostmi podobá visící rtuťové kapkové elektrodě 15. 13

Schéma rtuťovým meniskem modifikované stříbrné pevné amalgamové elektrody je uvedeno na obr. 2.1. d c b a Obr. 2.1 Schéma rtuťovým meniskem modifikované stříbrné pevné amalgamové elektrody. a rtuťový meniskus, b stříbrný amalgám, c skleněná kapilára, d vodivý kontakt. Povrch elektrody byl během měřením obnovován třemi procesy. Amalgamace: Elektroda byla přibližně na 15 s ponořena do kapalné rtuti a pomalu vyndána, čímž se obnovil meniskus elektrody. Amalgamace byla prováděna po 7 dnech nebo po dlouhodobém přerušení práce. Při každé amalgamaci může vzniknout jinak velký meniskus, což může způsobit problémy v reprodukovatelnosti. Elektrochemická aktivace: Elektrochemická aktivace byla prováděna v roztoku KCl (c =,2 mol l 1 ) vložením napětí 22 mv po dobu 3 s. Roztok nebyl v průběhu této operace probubláván dusíkem. Během aktivace dochází k elektrochemickému čištění elektrody odstranění oxidů a adsorbovaných látek z povrchu elektrody. Aktivace byla prováděna po amalgamaci, při pasivovaném povrchu elektrody a při přerušení práce na dobu delší než 1 hodina. Regenerace: Regenerace byla provedena vždy v měřeném roztoku před začátkem měření. Při této operaci se skokově střídá kladný konstantní potenciálu Ereg,1 a záporný konstantní potenciál Ereg,2. Tyto potenciály byly vkládány 14

v intervalu,1 s po dobu 3 s. Možné hodnoty potenciálů Ereg,1 a Ereg,2 odpovídající krajům potenciálového okna byly nalezeny experimentálně a jsou uvedeny v tab. 2.1. Tab. 2.1 Experimentálně zjištěné možné regenerační potenciály pro m-agsae pro jednotlivá ph BR pufru. ph Ereg,1[mV] Ereg,2[mV] 2 3 11 3 2 12 4 15 13 5 1 135 6 1 145 7 1 155 8 5 16 9 17 1 17 11 5 18 12 1 185 ph ph BR pufru Ereg,2 koncový regenerační potenciál Ereg,1 počáteční regenerační potenciál 2.4 Pracovní postupy Z hlediska stálosti měřeného roztoku byla snaha pracovat ve směsi methanol-pufr (3:7). Při voltametrických stanoveních bylo proto odpipetováno příslušné množství zásobního roztoku 4-NBP v methanolu (c = 1 1 3 mol l 1 ) do 1 ml odměrné baňky, přidán methanol do celkového objemu 3 ml, a následně doplněno použitým pufrem o daném ph po rysku. Slepý roztok byl vždy připraven z 3 ml metanolu doplněných do 1 ml použitým pufrem o daném ph. Připravený roztok byl promíchán a převeden do voltametrické měřící nádobky. Roztok byl zbaven kyslíku probubláváním dusíkem po dobu 5 minut. Poté byly zaznamenány voltametrické křivky. Každá křivka byla změřena pětkrát. Všechna měření byla provedena za laboratorní teploty. 15

2.5 Zpracování výsledků a statistické vyhodnocení získaných dat Výška píku při DCV byla měřena od přímky vzniklé prodloužením lineární části voltamogramu před nástupem vlny. Výška píku při DPV byla měřena od spojnice minim po jeho stranách. K provádění potřebných výpočtů a tvorbě grafů uvedených v této práci byly použity programy Origin Pro 8 (OriginLab Corporation, USA) a Microsoft Excel 27 (Microsoft Corporation, USA). Statistické vyhodnocení opakovatelnosti voltametrických měření na m-agsae bylo provedeno dle zavedených chemometrických norem pro tento typ souboru dat 16. Konfidenční a predikční pásy (na hladině významnosti,5) 17 u kalibračních přímek byly vyhodnoceny a sestrojeny pomocí programu Origin Pro 8 (OriginLab Corporation, USA). Mez stanovitelnosti (LOD) byla vypočtena jako desetinásobek směrodatné odchylky deseti měření 4-NBP o koncentraci odpovídající nejnižšímu bodu příslušné kalibrační přímky 16. 2.6 Stálost zásobního roztoku 4-nitrobifenylu Stálost zásobního roztoku 4-NBP o koncentraci 1 1 3 mol l 1 v methanolu byla sledována spektrofotometricky v křemenných kyvetách o tloušťce 1 mm. Referentní kyveta byla naplněna methanolem. Každý den byly měřeny 3 nezávisle na sobě připravené roztoky a pro každý tento roztok bylo absorpční spektrum změřeno třikrát. Hodnota absorbance byla vypočítána jako aritmetický průměr těchto celkem devíti naměřených hodnot. Protože hodnota absorbance při λ = 2 nm, kde látka vykazovala absorpční maximum, byla přibližně 2,9, tj. v oblasti, kde spektrofotometr již neposkytuje jednoznačně spolehlivé výsledky, byla stálost zásobního roztoku studované látky sledována při vlnové délce λmax = 36 nm, při které bylo druhé absorpční maximum. Absorpční spektrum studované látky je na obr. 2.2. Výsledky měření absorbance jsou uvedeny v tab. 2.2. 16

A [AU] Tab. 2.2 Stálost zásobního roztoku 4-NBP (c = 1 1 3 mol l 1 ) v methanolu měřena v 1 mm kyvetě. Číselné hodnoty udávají absorbanci analyzovaného roztoku a relativní hodnotu absorbance v % proti hodnotě absorbance čerstvě připraveného roztoku. Dny 1 2 8 28 6 A 1,559 1,545 1,547 1,597 1,577 1,565 % 1 99,1 99,2 12,4 11,2 1,4 A absorbance analyzovaného roztoku % relativní hodnota koncentrace proti hodnotě čerstvě připraveného roztoku Z této tabulky je patrné, že zásobní roztok 4-NBP (c = 1 1 3 mol l 1 ) v metanolu je při skladování ve tmě při laboratorní teplotě stálý po dobu minimálně 6 dnů. 3 2 1 2 3 4 5 6 [nm] Obr. 2.2 Absorpční spektrum roztoku 4-NBP (c = 1 1 3 mol l 1 ) v methanolu měřené v křemenné kyvetě tloušťky 1 mm proti methanolu. 17

3 VOLTAMETRICKÉ STANOVENÍ 4-NITROBIFENYLU NA STŘÍBRNÉ PEVNÉ AMALGAMOVÉ ELEKTRODĚ 3.1 Vliv obsahu methanolu Vzhledem k malé rozpustnosti 4-NBP ve vodě, je nutné pracovat ve smíšeném prostředí voda-methanol. Měření byla proto provedena pro poměry objemů methanolu (objem samotného methanolu a zásobního roztoku 4-NBP) a BR pufru: 1:9, 2:8, 3:8 a 1:1, při koncentraci 4-NBP 1 1 4 mol l 1. Měřené roztoky byly vždy připraveny z 1 ml zásobního roztoku 4-NBP, 2 ml methanolu a doplněním do 1 ml BR pufrem. Roztoky byly měřeny proti slepému vzorku, který byl připraven stejným způsobem jako měřené roztoky, a ve kterých byl roztok 4-NBP nahrazen metanolem. Pro každý poměr byla provedena dvě měření v prvním experimentu byla použita pouze kyselá složka pufru a ve druhém pouze zásaditá. 3.1.1 Spektrofotometrické sledování vlivu obsahu methanolu Měření bylo prováděno v křemenné kyvetě tloušťky 1 cm. Bylo sledováno absorpční maximum a jeho změna v závislosti na čase v časových intervalech 1 minuta po dobu 15 minut. Při použití kyselé složky BR pufru se jako nejméně vhodný pro svou nízkou stabilitu jevil poměr k BR pufru 1:9. Při tomto měření byl patrný pokles absorbance, tak jak ukazuje obr. 3.1. Závislost absorpčního maxima při vlnové délce 314 nm na čase je také uvedena v tab. 3.1. 18

A [AU] A [AU] Tab. 3.1 Závislost absorbance 4-NBP (c = 1 1 4 mol l 1 ) při vlnové délce 314 nm na čase. Poměr methanolu ke kyselé složce BR pufru 1:9. t [min] 1 2 3 4 5 6 7 A 1,259 1,255 1,234 1,223 1,191 1,167 1,157 1,157 % 1, 99,6 98, 97,1 94,6 92,7 91,9 91,9 t [min] 8 9 1 11 12 13 14 15 A 1,14 1,124 1,11 1,1 1,73 1,53 1,39 1,18 % 9,5 89,3 88,1 87, 85,2 83,6 82,5 8,8 t čas, ve kterém byla měřena absorbance A absorbance při vlnové délce 314 nm % relativní absorbance 1,5 2 1,,5 1, 2 4 6 8 1 12 14 16 t [min] 2 3 4 5 6 nm Obr. 3.1 Absorpční spektra 4-NBP (c = 1 1 4 mol l 1 ) měřená v intervalech 1 minuta po dobu 15 minut. Poměr methanolu ke kyselé složce BR pufru 1:9. Vložena závislost absorbance na čase. Pro ostatní poměry methanolu a kyselé složky BR pufru byly signály absorbance stabilní a vhodné pro měření. Při použití zásadité složky BR pufru byl nejméně vhodný poměr methanolu k BR pufru 1:9 a nevhodný byl také poměr 2:8. Při těchto měřeních byl zaznamenán pokles absorbance. Závislost absorpčního maxima pro poměr 1:9 při vlnové délce 314 nm na čase je uvedena v tab. 3.2 a na obr. 3.2. 19

A [AU] A [AU] Závislost absorpčního maxima pro poměr 2:8 při vlnové délce 315 nm na čase je uvedena v tab. 3.3 a na obr. 3.3. Tab. 3.2 Závislost absorbance 4-NBP (c = 1 1 4 mol l 1 ) při vlnové délce 314 nm na čase. Poměr methanolu k zásadité složce BR pufru 1:9. t [min] 1 2 3 4 5 6 7 A 1,22 1,12 1,,894,83,724,659,67 % 96,9 87,5 79,4 71, 63,8 57,5 52,3 48,2 t [min] 8 9 1 11 12 13 14 15 A,569,537,513,492,473,459,448,438 % 45,2 42,7 4,7 39,1 37,5 36,4 35,5 34,8 t čas, ve kterém byla měřena absorbance A absorbance při vlnové délce 314 nm % relativní absorbance 1,5 1, 1,5, 2 4 6 8 1 12 14 16 t [min] 2 3 4 5 6 nm Obr. 3.2 Absorpční spektra 4-NBP (c = 1 1 4 mol l 1 ) měřená v intervalech 1 minuta po dobu 15 minut. Poměr methanolu k zásadité složce BR pufru 1:9. Vložena závislost absorbance na čase. 2

A [AU] A [AU] Tab. 3.3 Závislost absorbance 4-NBP (c = 1 1 4 ) při vlnové délce 315 nm na čase. Poměr methanolu k zásadité složce BR pufru 2:8. t [min] 1 2 3 4 5 6 7 A 1,385 1,362 1,316 1,273 1,23 1,187 1,143 1,95 % 11, 18,1 14,5 11,1 97,6 94,3 9,8 87, t [min] 8 9 1 11 12 13 14 15 A 1,61 1,12,974,941,91,871,839,89 % 84,2 8,3 77,4 74,7 71,6 69,2 66,6 64,2 t čas, ve kterém byla měřena absorbance A absorbance při vlnové délce 314 nm % relativní absorbance 1,5 1, 1,5, 2 4 6 8 1 12 14 16 t [min] 2 3 4 5 6 [nm] Obr. 3.3 Absorpční spektra 4-NBP (c = 1 1 4 mol l 1 ) měřená v intervalech 1 minuta po dobu 15 minut. Poměr methanolu k zásadité složce BR pufru 2:8. Vložena závislost absorbance na čase. Pro poměry 3:7 a 1:1 methanolu k zásadité složce BR pufru a koncentraci 4-NBP 1 1 4 mol l 1 absorbance v absorpčních maximech neklesala. Výsledkem těchto měření bylo zjištění, že v rámci stability 4-NBP v roztocích o různých složeních základních elektrolytů, je nejvhodnější poměr metanolu k BR pufru 3:7 až 1:1. 21

3.1.2 Voltametrické sledování vlivu obsahu methanolu Voltametrické sledování vlivu obsahu methanolu bylo použito k ověření trendů, které se projevily při spektrofotometrických měření, a ke zjištění, zda je vhodnější měřit při poměru methanolu k BR pufru 1:1 nebo 3:7. Měření bylo provedeno metodou DCV i DPV. Výsledky měření ukazují voltamogramy na obr. 3.4 (kyselá složka BR pufru, metoda DCV), 3.5 (kyselá složka BR pufru, metoda DPV), 3.6 (zásaditá složka BR pufru, metoda DCV) a 3.7 (zásaditá složka BR pufru, metoda DPV). Obr. 3.4 Voltamogramy 4-NBP (c = 1 1 4 mol l 1 ) měřené metodou DCV s regenerací na m-agsae v časových intervalech 11 s v základním elektrolytu připraveném z methanolu a kyselé složky BR pufru ve vzájemných poměrech 1:9 ( ), 2:8 ( ), 3:7( ) a 1:1( ). Vložena závislost Ip na čase. Ereg,1, Ereg,1 viz tab. 2.1. 22

I [na] I p [na] I [na] I p [na] -25-2 -15 1:1 3:7 2:8 1:9-175 -15-125 -1-75 -5-25 -1 1 2 3 4 5 t [s] -5 2-2 -4-6 -8 E [mv] Obr. 3.5 Voltamogramy 4-NBP (c = 1 1 4 mol l 1 ) měřené metodou DPV s regenerací na m-agsae v časových intervalech 135 s v základním elektrolytu připraveném z methanolu a kyselé složky BR pufru ve vzájemných poměrech 1:9 ( ), 2:8 ( ), 3:7 ( ) a 1:1 ( ). Vložena závislost Ip na čase. Ereg,1, Ereg,1 viz tab. 2.1. -4-35 -3 1:1 3:7 2:8 1:9-14 -12-1 -8-6 -4-25 -2 1 2 3 4 5 6 t [s] -2-15 -1-5 -2-4 -6-8 -1-12 -14-16 -18 E [mv] Obr. 3.6 Voltamogramy 4-NBP (c = 1 1 4 mol l 1 ) měřené metodou DCV s regenerací na m-agsae v časových intervalech 11 s v základním elektrolytu připraveném z methanolu a zásadité složky BR pufru ve vzájemných poměrech 1:9 ( ), 2:8 ( ), 3:7 ( ) a 1:1 ( ). Vložena závislost Ip na čase. Ereg,1, Ereg,1 viz tab. 2.1. 23

I [na] I p [na] -4-35 -3-25 1:1 3:7 2:8 1:9-3 -25-2 -15-1 -5-2 1 2 3 4 5 6 t [s] -15-1 -5-3 -4-5 -6-7 -8-9 -1-11 E [mv] Obr. 3.7 Voltamogramy 4-NBP (c = 1 1 4 mol l 1 ) měřené metodou DPV s regenerací na m-agsae v časových intervalech 135 s v základním elektrolytu připraveném z methanolu a zásadité složky BR pufru ve vzájemných poměrech 1:9 ( ), 2:8 ( ), 3:7 ( ) a 1:1 ( ). Vložena závislost Ip na čase. Ereg,1, Ereg,1 viz tab. 2.1. Při měřeních, ve kterých byla použita pouze kyselá složka BR pufru metodou DCV, vykazoval nejvyšší signál roztok metanolu a složky BR pufru 3:7. Nejméně stabilní byl signál při poměru 1:9 stejně, jako tomu bylo při spektrofotometrických měřeních. Signál při poměru 1:1 byl stabilní, ale nízký. Při měření metodou DPV v prostředí kyselé složky BR pufru se také jako nejvhodnější ukázal poměr methanolu a BR pufru 3:7 a jako nejméně vhodný poměr 1:9 Pro měření metodou DCV a použití pouze zásadité složky BR pufru měl nejstabilnější odezvu roztok, v němž byl poměr methanolu a BR pufru 1:1. Při použití pouze zásadité složky a měření metodou DPV se jako nevhodnější jevil poměr 3:7 a jako nejméně vhodný 1:9. Poměr 1:1 nevyhovoval velikostí odezvy a poměr 2:8 poskytoval nestabilní odezvu. Z těchto měření vyplynulo, že na stabilitu a velikost odezvy má vliv obsah metanolu v základním elektrolytu. Na základě výsledků experimentů byl jako nejvhodnější zvolen poměr metanolu a BR pufru 3:7. 24

3.2 Vliv ph 3.2.1 DC voltametrie 4-nitrobifenylu Vliv ph na elektrochemické chování 4-NBP (c = 1 1 4 mol l 1 ) metodou DCV na m-agsae byl sledován v prostředí BR pufru o ph 2, až 12, a poměru methanolu k BR pufru 3:7. Voltamogramy 4-NBP (c = 1 1 4 mol l 1 ) naměřené při různém výsledném ph* (ph roztoku vzniklého smísením methanolu a BR pufru o daném ph) jsou zobrazeny na obr. 3.8. Zjištěné Ip 4-NBP a Ep 4-NBP v závislosti na ph* jsou uvedeny v tab. 3.4. Grafická závislost Ep 4-NBP na ph* roztoku je znázorněna na obr. 3.9. Metodou lineární regrese byl pro závislost potenciálu píku Ep 4-NBP na ph* roztoku v rozmezí 2,4 12, vypočten vztah: Ep [mv] = 49,79 ph* 139,81 (korel. koef.,9942) 25

I 1 2 3 4 5 6 7 2 na 8 9 1 11-2 -4-6 -8-1 -12 E [mv] Obr. 3.8 Voltamogramy 4-NBP (c = 1 1 4 mol l 1 ) naměřené metodou DCV s regenerací na m-agsae v prostředí methanol-br pufr (3:7) o ph* 2,4 (1); 3,4 (2); 4,4 (3); 5,4 (4); 6,4 (5); 7,5 (6); 8,4 (7); 9, (1,1); 1,1 (9); 11,1 (1); 12, (11). Ereg,1, Ereg,1 viz tab. 2.1. 26

E p [mv] Tab. 3.4 Závislost výšky (Ip) a polohy (Ep) píků 4-NBP (c = 1 1 4 mol l 1 ) na ph* změřená metodou DCV s regenerací (Ereg,1, Ereg,1 viz tab. 2.1) na m-agsae. 1,2 indexy vztahující se k prvnímu a druhému píku; _ pík není přítomen. ph* Ip 1 [na] Ip 2 [na] Ep 1 [mv] Ep 2 [mv] 2,4 213 _ 246 _ 3,4 232 _ 313 _ 4,4 264 _ 347 _ 5,4 279 _ 399 _ 6,4 297 _ 48 _ 7,5 31 _ 515 _ 8,4 349 _ 559 _ 9, 289 _ 599 _ 1,1 267 _ 651 _ 11,1 187 272 686 897 12, 156 16 726 915-8 -7-6 -5-4 -3-2 2 4 6 8 1 12 ph* Obr. 3.9 Závislost Ep 4-NBP (c = 1 1 4 mol l 1 ) na ph*. Hodnoty byly zjištěny metodou DCV s regenerací (Ereg,1, Ereg,1 viz tab. 2.1) na m-agsae při poměru methanolu k BR pufru 3:7. Jako optimální pro další měření byl zvolen roztok, k jehož přípravě byl použit BR pufr o ph 8. Při měření bez regenerace byla RSD výšky píku 4-NBP (c = 1 1 4 mol l 1 ) 3,9%. 27

I p [na] Při sledování opakovatelnosti, pro které byly použity regenerační potenciály uvedené tab. 2.1, byla RSD výšky píku 4-NBP (c = 1 1 4 mol l 1 ) 13,7%. Výška píku 4-NBP (c = 1 1 4 mol l 1 ) při opakovaných měření a regeneračních potenciálech Ereg,1 = 16 mv a Ereg,2 = 4 mv klesala s časem, přičemž RSD byla 4,2%. Tyto regenerační potenciály byly zvoleny jako optimální po několika pokusech, při nichž byly regenerační potenciály voleny na krajích píku a krajích okna a použity jejich různé kombinace. Výšky píků 4-NBP (c = 1 1 4 mol l 1 ) při sledování opakovatelnosti v prostředí methanol-br pufr o ph 8 metodou DCV jsou znázorněny na obr. 3.1. -3-25 -2-15 -1-5 5 1 15 2 N Obr. 3.1 Závislost výšky píku 4-NBP (c = 1 1 4 mol l 1 ) na pořadovém čísle měření. Hodnoty zjištěny metodou DCV na m-agsae v prostředí methanol-br pufr o ph 8 (3:7). N označuje počet měření a Ip výšku píku; - měření s regenerací (Ereg,1 = 5 mv, Ereg,2 = 15 mv); - měření s optimální regenerací (Ereg,1 = -16 mv, Ereg,2 = 4 mv); - měření bez regenerace. Lze tedy konstatovat, že k měření 4-NBP metodou DCV v prostředí methanol-br pufr o ph 8 (3:7) nejsou nutné regenerace. 28

3.2.2 Diferenční pulzní voltametrie 4-nitrobifenylu Vliv ph na elektrochemické chování 4-NBP (c = 1 1 4 mol l 1 ) metodou DPV na m-agsae byl sledován v prostředí methanol-br pufr o ph 2, až 12, (3:7). Voltamogramy 4-NBP (c = 1 1 4 mol l 1 ) naměřené při různém výsledném ph* (ph roztoku vzniklého smísením methanolu a BR pufru o daném ph) jsou zobrazeny na obr. 3.11. Zjištěné Ip 4-NBP a Ep 4-NBP v závislosti na ph* jsou uvedeny v tab. 3.5. Grafická závislost Ep 4-NBP na ph* roztoku je znázorněna na obr. 3.12. Metodou lineární regrese byl pro závislost potenciálu píku Ep 4-NBP na ph* roztoku v rozmezí 2,4 12, vypočten vztah: Ep [mv] = 48,66 ph* 14,65 (korel. koef.,9974) 29

Obr. 3.11 Voltamogramy 4-NBP c = 1 1 4 mol l 1 naměřené metodou DPV s regenerací na m-agsae v prostředí methanol-br pufr (3:7) o ph* 2,4 (1); 3,4 (2); 4,4 (3); 5,4 (4); 6,4 (5); 7,5 (6); 8,4 (7); 9, (1,1); 1,1 (9); 11,1 (1); 12, (11). Ereg,1, Ereg,1 viz tab. 2.1. 3

E p [mv] Tab. 3.5 Závislost výšky (Ip) a polohy (Ep) píků 4-NBP (c = 1 1 4 mol l 1 ) na ph* změřená metodou DPV s regenerací (Ereg,1, Ereg,1 viz tab. 2.1) na m-agsae. ph* Ilim [na] Ep [mv] 2,4 187 23 3,4 27 267 4,4 248 36 5,4 294 36 6,4 312 421 7,5 336 499 8,4 321 537 9, 322 555 1,1 37 62 11,1 377 667 12, 271 693-8 -7-6 -5-4 -3-2 -1 2 4 6 8 1 12 ph* Obr. 3.12 Závislosti Ep 4-NBP (c = 1 1 4 mol l 1 ) na ph*. Hodnoty byly zjištěny metodou DPV s regenerací (Ereg,1, Ereg,1 viz tab. 2.1) na m-agsae při poměru methanolu k BR pufru 3:7. Jako optimální pro další měření byl zvolen roztok, k jehož přípravě byl použit BR pufr o ph 8. Při měření bez regenerace byla RSD výšky píku 4-NBP (c = 1 1 4 mol l 1 ) 6,7%. 31

I p [na] Když byly použity regenerační potenciály uvedené v tab. 2.1, byla RSD výšky píku 4-NBP (c = 1 1 4 mol l 1 ) 5,8%. Výška píku 4-NBP (c = 1 1 4 mol l 1 ) při opakovaných měřeních a regeneračních potenciálech Ereg,1 = 9 mv a Ereg,2 = 3 mv s časem klesala, přičemž RSD byla 2,%. Tyto regenerační potenciály byly zvoleny jako optimální po několika pokusech, při nichž byly regenerační potenciály voleny na krajích píku a krajích okna a použity jejich různé kombinace. Vývoje výšek píků 4-NBP (c = 1 1 4 mol l 1 ) měření opakovatelnosti v prostředí methanol-br pufr o ph 8 (3:7) metodou DPV jsou znázorněny na obr. 3.13. -3-25 -2-15 -1-5 5 1 15 2 N Obr. 3.13 Závislost výšky píku 4-NBP (c = 1 1 4 mol l 1 ) na pořadovém čísle měření. Hodnoty zjištěny metodou DPV na m-agsae v prostředí methanol-br pufr o ph 8 (3:7). N označuje počet měření a Ip výšku píku; - měření s regenerací (Ereg,1 = 5 mv, Ereg,2 = 15 mv); - měření s optimální regenerací (Ereg,1 = 9mV, Ereg,2 = 3 mv); - měření bez regenerace. Lze tedy konstatovat, že k měření DPV 4-NBP v prostředí methanol-br pufr o ph 8 (3:7) je vhodné aplikovat regeneraci (Ereg,1 = 9mV, Ereg,2 = 3 mv). 32

I p [na] 3.3 Vliv použitého pufru Přestože z předchozích měření vyplynulo, že optimální pro měření je BR pufr o ph 8 a methanol (7:3), při měření koncentrační závislosti se ukázalo, že při snížení koncentrace 4-NBP na 1 6 mol l 1 a níže, není možné voltamogramy vyhodnotit. Při měření metodou DPV je tento problém patrnější. Ke kladnější patě píku 4-NBP přiléhá další pík, jehož velikost se při snižování koncentrace studované látky nemění a je znemožněno vyhodnocení píků (viz obr. 3.14). Tento pík zřejmě odpovídá nějaké nečistotě v použitém základním elektrolytu. Tento problém by vyřešen použitím acetátového pufru, který byl vybrán po sérii měření, ve kterých byly měřeny voltamogramy těchto základních elektrolytů: roztok tetraboritanu sodného (c =,5 mol l 1 ; ph 9,2), fosfátový pufr (c =,1 mol l 1 ; ph 7), BR pufr (ph 8), acetátový pufr (c =,25 mol l 1 ; ph 4,8), borátový pufr (ph 8) a tetrabutylamonium jodid (c =,5 mol l 1 ), viz obr. 3.15. -5-4 5-3 4 3-2 2 1-1 -1-2 -3-4 -5-6 -7-8 E p [mv] Obr. 3.14 Voltamogramy 4-NBP naměřené metodou DPV s regenerací na m-agsae v prostředí methanol-br pufr o ph 8 (3:7). c (4-NBP): (1); 4 1 6 (2); 6 1 6 (3); 8 1 6 (4); 1 1 6 (5) mol l 1. Ereg,1 = 9mV, Ereg,2 = 3 mv. 33

I p [na] -5-4 -3 1-2 -1 3 2 6 5 4-1 -2-3 -4-5 -6-7 -8-9 -1 E p [mv] Obr. 3.15 Voltamogramy základních elektrolytů naměřené metodou DPV s regenerací na m-agsae. Poměr methanol-voda 3:7. 1 tetrabutylamonium jodid (c =,5 mol l 1 ), 2 BR pufr (ph 8), 3 fosfátový pufr (c =,1 mol l 1 ; ph 7), 4 acetátový pufr (c =,5 mol l 1 ; ph 9,2), 5 tetraboritan sodný (c =,5 mol l 1 ; ph 9,2), 6 borátový pufr (ph 8). Ereg,1 = mv a Ereg,2 = 12 mv Pouze u acetátového pufru byla linie základního elektrolytu bez nečistot a bez píků, které by byly blízko hodnotě Ep 4-NBP. Acetátový pufr měl i vhodnou šířku potenciálového okna. Jelikož byl zvolen nový základní elektrolyt, byla pro něj ověřena opakovatelnost měření tak jako v předchozích experimentech pro obě metody 2 měření bez regenerace a 2 měření s regenerací. RSD výšky píku 4-NBP (c = 1 1 4 mol l 1 ) metodou DCV bez regenerace byla 2,8% a pro měření s regenerací (Ereg,1 = mv, Ereg,2 = 13 mv) 4,6%. Výšky píků 4-NBP (c = 1 1 4 mol l 1 ) v prostředí methanol-acetátový pufr o ph 4,8 (3:7) změřené metodou DCV jsou uvedeny na obr. 3.16. 34

I p [na] -5-4 -3-2 -1 5 1 15 2 N Obr. 3.16 Závislost výšky píku 4-NBP (c = 1 1 4 mol l 1 )na pořadovém čísle měření. Hodnoty zjištěny metodou DCV na m-agsae v prostředí methanol-acetátový pufr o ph 4,8 (3:7). N označuje počet měření a Ip výšku píku; - měření s regenerací (Ereg,1 = mv, Ereg,2 = 13 mv); - měření bez regenerace. RSD výšky píku 4-NBP (c = 1 1 4 mol l 1 ) metodou DPV bez regenerace byla 7,1% a pro měření s regenerací (Ereg,1 = mv, Ereg,2 = 13 mv) 2,1%. Výšky píků 4-NBP (c = 1 1 4 mol l 1 ) v prostředí methanol-acetátový pufr o ph 4,8 (3:7) změřené metodou DPV jsou znázorněny na obr. 3.17. 35

I p [na] -7-6 -5-4 -3-2 -1 5 1 15 2 N Obr. 3.17 Závislost výšky píku 4-NBP (c = 1 1 4 mol l 1 ) na pořadovém čísle měření. Hodnoty zjištěny metodou DPV na m-agsae v prostředí methanol-acetátový pufr o ph 4,8 (3:7). N označuje počet měření a Ip výšku píku; - měření s regenerací (Ereg,1 = mv, Ereg,2 = 13 mv); - měření bez regenerace. Z provedených měření vyplynulo, že pro měření v prostředí methanol-acetátový pufr o ph 4,8 (3:7) metodou DCV není nutné použít regenerace a pro měření metodou DPV je vhodné použít regeneraci s potenciály Ereg,1 = mv, Ereg,2 = 13 mv. 3.4 Koncentrační závislosti Na základě výše uvedených skutečností bylo jako optimální zvoleno prostředí methanol-acetátový pufr o ph 4,8 (3:7). Pro měření metodou DCV nebyla použita regenerace a při měření metodou DPV byly použity regenerační potenciály Ereg,1 = mv, Ereg,2 = 13 mv. 36

I p [na] 3.4.1 DC voltametrie 4-nitrobifenylu Závislosti Ip 4-NBP na koncentraci byly proměřeny na m-agsae v prostředí methanol-acetátový pufr o ph 4,8 (3:7) v koncentračním rozmezí (2-1) 1-5 mol l 1 (obr. 3.18), (2-1) 1 6 mol l 1 (obr. 3.2) a (2-1) 1 7 mol l 1 (obr. 3.22) bez použití regenerace. -5-4 -3-2 6 3 5-1 4 2 1-2 -3-4 -5-6 -7-8 E p [mv] Obr. 3.18 Voltamogramy naměřené metodou DCV bez regenerace na m-agsae v prostředí methanol-acetátový pufr o ph 4,8 (3:7). c(4-nbp): (1); 2 1 5 (2); 4 1 5 (3); 6 1 5 (4); 8 1 5 (5); 1 1 5 (6) mol l 1. 37

I p [na] I p [na] -4-3 -2-1 2 4 6 8 1 c [1-5 mol.l -1 ] Obr. 3.19 Závislost proudu píků 4-NBP Ip na koncentraci 4-NBP v rozmezí (2-1) 1 5 mol l 1. Měřeno technikou DCV bez regenerace na m-agsae v prostředí methanol-acetátový pufr o ph 4,8 (3:7). konfidenční pás; predikční pás. -4-35 -3 6 5-25 4-2 -15-1 -5 1 3 2-1 -2-3 -4-5 -6-7 -8 E p [mv] Obr. 3.2 Voltamogramy naměřené metodou DCV bez regenerace na m-agsae v prostředí methanol-acetátový pufr o ph 4,8 (3:7). c(4-nbp): (1); 2 1 6 (2); 4 1 6 (3); 6 1 6 (4); 8 1 6 (5); 1 1 6 (6) mol l 1. 38

I p [na] I p [na] -3-25 -2-15 -1-5 2 4 6 8 1 c [1-6 mol.l -1 ] Obr. 3.21 Závislost proudu píků 4-NBP Ip na koncentraci 4-NBP v rozmezí (2-1) 1 6 mol l 1. Měřeno technikou DCV bez regenerace na m-agsae v prostředí methanol-acetátový pufr o ph 4,8 (3:7). konfidenční pás; predikční pás. -12-1 6 5-8 -6 2 3 4-4 1-1 -2-3 -4-5 -6 E p [mv] Obr. 3.22 Voltamogramy naměřené metodou DCV bez regenerace na m-agsae v prostředí methanol-acetátový pufr (3:7; ph 4,8). c(4-nbp): (1); 2 1 7 (2); 4 1 7 (3); 6 1 7 (4); 8 1 7 (5); 1 1 7 (6) mol l 1. 39

I p [na] -5-4 -3-2 -1 2 4 6 8 1 c [1-7 mol.l -1 ] Obr. 3.23 Závislost proudu píků 4-NBP Ip na koncentraci 4-NBP v rozmezí (2-1) 1 7 mol l 1. Měřeno technikou DCV bez regenerace na m-agsae v prostředí methanol-acetátový pufr o ph 4,8 (3:7). konfidenční pás; predikční pás. Závislost výšky píku na koncentraci má lineární charakter. Parametry kalibračních přímek a mez stanovitelnosti jsou uvedeny v tab. 3.6. Metodou DCV bylo pro 4-NBP bylo dosaženo meze stanovitelnosti c = 2 1 7 mol l 1, RSD výšky píku 1 měření při c (4-NBP) = 5 1 7 mol l 1 byla 2,7%. Tab. 3.6 Parametry kalibračních přímek stanovení 4-NBP metodou DCV bez regenerace na m-agsae v prostředí methanol-acetátový pufr o ph 4,8 (3:7). Koncentrace [mol l 1 ] Směrnice [na mol 1 l] Úsek [na] Korelační koeficient LOD [mol l 1 ] (2 1) 1 5-4,5 1 6 37,4,9945 - (2 1) 1 6-2,7 1 6 -,22,9736 - (4 1) 1 7-5,2 1 6,53,985 2 1 7 4

I p [na] 3.4.2 Diferenční pulzní voltametrie 4-nitrobifenylu Závislosti Ip 4-NBP na koncentraci 4-NBP byly proměřeny na m-agsae v prostředí methanol-acetátový pufr o ph 4,8 (3:7) v koncentračním rozmezí (2-1) 1 5 mol l 1 (obr. 3.24), (2-1) 1 6 mol l 1 (obr. 3.26) a (4-1) 1 7 mol l 1 (obr. 3.28) s použitím regenerace (Ereg,1 = mv, Ereg,2 = 13 mv). -6 6-5 5-4 -3 4-2 3-1 2 1-1 -2-3 -4-5 -6-7 E p [mv] Obr. 3.24 Voltamogramy 4-NBP naměřené metodou DPV s regenerací na m-agsae v prostředí methanol-acetátový pufr o ph 4,8 (3:7). c(4-nbp): (1); 2 1 5 (2); 4 1 5 (3); 6 1 5 (4); 8 1 5 (5); 1 1 5 (6) mol l 1. Ereg,1 = mv, Ereg,2 = 13 mv. 41

I p [na] I p [na] -6-5 -4-3 -2-1 2 4 6 8 1 c [1-5 mol.l -1 ] Obr. 3.25 Závislost proudu píků Ip 4-NBP na koncentraci v rozmezí (2-1) 1 5 mol l 1. Měřeno technikou DPV s regenerací na m-agsae v prostředí methanol-acetátový pufr o ph 4,8 (3:7). Ereg,1 = mv, Ereg,2 = 13 mv; konfidenční pás; predikční pás. -5-4 6 5-3 4-2 -1 3 2 1-1 -2-3 -4-5 -6-7 -8 E p [mv] Obr. 3.26 Voltamogramy 4-NBP naměřené metodou DPV s regenerací na m-agsae v prostředí methanol-acetátový pufr (3:7). c(4-nbp): (1); 2 1 6 (2); 4 1 6 (3); 6 1 6 (4); 8 1 6 (5); 1 1 6 (6) mol l 1. Ereg,1 = mv, Ereg,2 = 13 mv. 42

I p [na] I p [na] -4-35 -3-25 -2-15 -1-5 2 4 6 8 1 c [1-6 mol.l -1 ] Obr. 3.27 Závislost proudu píků Ip 4-NBP na koncentraci v rozmezí (2-1) 1 6 mol l 1. Měřeno technikou DPV s regenerací na m-agsae v prostředí methanol-acetátový pufr o ph 4,8 (3:7). Ereg,1 = mv, Ereg,2 = 13 mv; konfidenční pás; predikční pás. -14-12 6-1 -8-6 3 5 4 2 1-4 -1-2 -3-4 -5-6 E p [mv] Obr. 3.28 Voltamogramy 4-NBP naměřené metodou DPV s regenerací na m-agsae v prostředí methanol-acetátový pufr o ph 4,8 (3:7). c(4-nbp): (1); 2 1 7 (2); 4 1 7 (3); 6 1 7 (4); 8 1 7 (5); 1 1 7 (6) mol l 1. Ereg,1 = mv, Ereg,2 = 13 mv. 43

I p [na] -5-4 -3-2 -1 2 4 6 8 1 c [1-7 mol.l -1 ] Obr. 3.29 Závislost proudu píků Ip 4-NBP na koncentraci 4-NBP v rozmezí (2-1) 1 7 mol l 1. Měřeno technikou DPV s regenerací na m-agsae v prostředí methanol-acetátový pufr (3:7; ph 4,8). Ereg,1 = mv, Ereg,2 = 13 mv; konfidenční pás; predikční pás. Závislost výšky píku na koncentraci má lineární charakter. Parametry kalibračních přímek a mez stanovitelnosti jsou uvedeny v tab. 3.7. Metodou DPV bylo pro 4-NBP bylo dosaženo meze stanovitelnosti c = 2 1 7 mol l 1, RSD výšky píku 1 měření při c (4-NBP) = 5 1 7 mol l 1, byla 5,1%. Tab. 3.7 Parametry kalibračních přímek stanovení 4-NBP metodou DPV s regenerací na m-agsae v prostředí methanol-acetátový pufr 3:7. Ereg,1 = mv, Ereg,2 = 13 mv. Koncentrace [mol l 1 ] Směrnice [na mol 1 l] Úsek [na] Korelační koeficient LOD [mol l 1 ] (2 1) 1 5-6,1 1 6 64,5,9794 - (2 1) 1 6-3,6 1 6,2,997 - (4 1) 1 7-5,7 1 6 1,55,975 2 1 7 44

4 VOLTAMETRICKÉ STANOVENÍ STUDOVANÉ LÁTKY V PITNÉ VODĚ Koncentrační závislost stanovení 4-NBP v pitné vodě byla proměřena metodami DCV a DPV na m-agsae v koncentračním rozmezí (2-1) 1-7 mol l 1. Modelové roztoky o koncentracích cv (4-NBP): ; 1 1 7 ; 2 1 7 ; 4 1 7 ; 6 1 7 ; 8 1 7 a 1 1 7 mol l -1 byly připraveny ze zásobního roztoku 4-NBP (c = 1 1 3 mol l 1 ) v methanolu a z pitné vody. Z modelových roztoků 4-NBP v pitné vodě bylo odpipetováno 9 ml do odměrné baňky a doplněno do 1 ml acetátovým pufrem o ph 4,8. Každá křivka byla změřena třikrát. 4.1 DC voltametrie 4-nitrobifenylu v pitné vodě Koncentrační závislost 4-NBP v pitné vodě byla proměřena na m-agsae v prostředí acetátového pufru v koncentračním rozmezí (2-1) 1 7 mol l 1. Na obr. 4.1 jsou zaznamenány voltamogramy 4-NBP v pitné vodě naměřené metodou DCV bez regenerace na m-agsae, kalibrační závislost je uvedena na obr. 4.2. 45

I p [na] I p [na] -2-18 -16-14 7 6-12 -1-8 4 3 5-6 1 2-4 -1-2 -3-4 -5 E p [mv] Obr. 4.1 Voltamogramy 4-NBP v pitné vodě naměřené metodou DCV na m-agsae bez regenerace v prostředí modelový vzorek-acetátový pufr o ph 4,8 (9:1). cv(4-nbp): (1); 1 1 7 (2); 2 1 7 (3); 4 1 7 (4); 6 1 7 (5); 8 1 7 (6); 1 1 7 (7) mol l 1. -7-6 -5-4 -3-2 -1 2 4 6 8 1 c v [1-7 mol.l -1 ] Obr. 4.2 Závislost proudu píků Ip 4-NBP na koncentraci v pitné vodě v rozmezí (2-1) 1 7 mol l 1. Měřeno technikou DCV bez regenerace na m-agsae v prostředí modelový vzorek-acetátový pufr o ph 4,8 (9:1). konfidenční pás; predikční pás. 46

Parametry kalibrační přímky a mez stanovitelnosti jsou uvedeny v tab. 4.1. Metodou DCV bylo pro 4-NBP v pitné vodě dosaženo meze stanovitelnosti cv = 2 1 7 mol l 1, RSD výšky píku 1 měření při c = 5 1 7 mol l 1 byla 4,%. Tab. 4.1 Parametry kalibrační přímky stanovení 4-NBP v pitné vodě metodou DCV na m-agsae v prostředí acetátového pufru. Koncentrace Směrnice Úsek LOD Korelační koeficient [mol l 1 ] [na mol 1 l] [na] [mol l 1 ] (2 1) 1 7 6, 1 6,13,9983 2 1 7 4.2 Diferenční pulzní voltametrie 4-nitrobifenylu v pitné vodě Koncentrační závislost 4-NBP v pitné vodě byla proměřena na m-agsae v prostředí acetátového pufru v koncentračním rozmezí (2-1) 1 7 mol l 1. Na obr. 4.3 jsou zaznamenány voltamogramy 4-NBP v pitné vodě naměřené metodou DPV s regenerací (Ereg,1 = mv, Ereg,2 = 13 mv) na m-agsae, kalibrační závislost je uvedena na obr. 4.4. 47

I p [na] I p [na] -2-18 -16-14 -12-1 7 5 4 3 2 1 6-8 -6-1 -2-3 -4-5 E p [mv] Obr. 4.3 Voltamogramy 4-NBP v pitné vodě naměřené metodou DPV na m-agsae s regenerací v prostředí modelový vzorek-acetátový pufr o ph 4,8 (9:1). cv(4-nbp): (1); 1 1 7 (2); 2 1 7 (3); 4 1 7 (4); 6 1 7 (5); 8 1 7 (6); 1 1 7 (7) mol l 1. Ereg,1 = mv, Ereg,2 = 13 mv. -7-6 -5-4 -3-2 -1 2 4 6 8 1 c v [1-7 mol.l -1 ] Obr. 4.4 Závislost proudu píků Ip 4-NBP na koncentraci v pitné vodě v rozmezí (2-1) 1 7 mol l 1. Měřeno technikou DPV s regenerací na m-agsae v prostředí modelový vzorek-acetátový pufr o ph 4,8 (9:1). Ereg,1 = mv, Ereg,2 = 13 mv; konfidenční pás; predikční pás. 48

Parametry kalibrační přímky a mez stanovitelnosti jsou uvedeny v tab. 4.2. Metodou DPV bylo pro 4-NBP bylo dosaženo meze stanovitelnosti cv = 2 1 7 mol l 1 a RSD 1 měření výšky píku při c = 5 1 7 mol l 1 3,9%. Tab. 4.2 Parametry kalibrační přímky stanovení 4-NBP v pitné vodě metodou DPV na m-agsae v prostředí acetátového pufru s regenerací. Ereg,1 = mv, Ereg,2 = 13 mv. Koncentrace [mol l 1 ] Směrnice [na mol 1 l] Úsek [na] Korelační koeficient LOD [mol l 1 ] (2 1) 1 7 6,2 1 6,48,999 2 1 7 49

5 ZÁVĚR A DISKUZE Při stanovení 4-NBP metodami DPV a DCV na m-agsae bylo zjištěno, že látka poskytuje v závislosti na ph jeden až dva píky. Byly nalezeny optimální podmínky pro stanovení v koncentračním rozmezí 1 1 4 až 4 1 7 mol l 1. Jako nejvhodnější bylo zvoleno prostředí methanol-acetátový pufr o ph 4,8 v poměru 3:7. Pro toto optimální prostředí byly u obou metod nalezeny meze stanovitelnosti 4-NBP. Byly ověřeny možnosti stanovení 4-NBP v pitné vodě metodami DCV a DPV na m-agsae v koncentračním rozsahu (2-1) 1 7 mol l 1 a nalezeny meze stanovitelnosti. Meze stanovitelnosti všech měření jsou uvedeny v tab. 5.1. V této tabulce jsou uvedeny také meze stanovitelnosti 4-NBP na HMDE převzaté z diplomové práce Radka Štěpána 1. Tab. 5.1 Srovnání použitých technika a získaných výsledků. * - výsledky převzaté z diplomové práce Radka Štěpána 1. Matrice Deionizovaná voda Technika Mez stanovitelnosti [mol l 1 ] DCV na m-agsae 2 1 7 DPV na m-agsae 2 1 7 DCV na HMDE* 3,8.1 8 DPV na SMDE* 2,5.1 8 Pitná voda DCV na m-agsae 2 1 7 DPV na m-agsae 2 1 7 5

6 LITERATURA 1. Štěpán, R.; Diplomová práce. PřF UK, Praha 21 2. Moreira, J. C. ; Barek, J.: Analysis of Carcinogenic Nitrated Polycyclic Aromatic-Hydrocarbons a Review. Nova 18, 362 367 (1995) 3. Zielinska, B.; Samy, S.: Analysis of Nitrated Polycyclic Aromatic Hydrocarbons. Anal.Bioanal.Chem. 386, 883-891 (26) 4. 4-nitrobiphenyl, URL: http://www.inchem.org/documents/icsc/icsc/eics139 5.htm, staženo 15.4.21 5. 4-nitrobiphenyl, URL: http://www.chemicalbook.com/chemicalproductpr operty_en_cb7482649.htm, staženo 1.4.21 6. Ning, S.; Xiaobai, X.: Reductive Metabolism of 4-Nitrobiphenyl by Rat Liver Fraction. Carcinogenesis 6, 1233-1234 (1997) 7. Liubimova, I. K.; Abilev, S. K.; Migachev, G. I.: Interaction between Mutagenic Activity and Chemical Structure in a Series of Biphenyl Derivatives. Genetika 31, 268-272 (1995) 8. Anonymous: IARC Monographs on the Evalution of Carcinogenic Risk of Chemicals to Human, Vol. 4: Some Aromatic Amines, Hydrazine and Related Substances, N-Nitroso Compounds and Miscellaneous Alkylating Agents, p.113. IARC, Lyon 1974. 9. Ministerstvo životního prostředí. Vyhláška 221/24 Sb.: Zákon č.356 ze dne 23. září 23 o chemických látkách a chemických přípravcích a o změně některých zákonů. Praha 24. 1. URL: http://www.epa.gov/ttn/atw/hlthef/nitrobip.html, staženo 15.4.21 11. 4-nitrobiphenyl Awareness Training, URL: http://www.einstein.yu.edu/ehs /osha%2regulated/4-nitrobiphenyl.pdf, staženo 15.4.21 12. Deichmann, W. B. ; Macdonald, W. M.; Coplan, M. M.: Paranitrobiphenyl, a new bladder carcinogen in the dog. Ind. Med. Surg. 27, 634 637 (1958) 13. Maixnerová, L.; Pecková, K.; Barek, J.; Klímová, H.: Stanovení amonibifenylů v pitné a v říční vodě HPLC s elektrochemickou detekcí pomocí borem dopované diamantové filmové elektrody. Chem. Listy 14, 191-196 (21) 51

14. URL: http://www.europarl.europa.eu/meetdocs/24_29/documents/pr /585/585664/585664cs.pdf, staženo 1.5.21 15. Barek, J.; Yosypchuk, B.: Vlastnosti pevných a pastových amalgamových pracovních elektrod odlišné od elektrod z kovové rtuti. Chem. Listy 13, 284 285 (29) 16. Harvey, D.: Modern Analytical Chemistry, p.96. The McGraw-Hill Companies, Toronto 2 17. Matthias, O.: Chemometrics: Statistics and Computer Application in Analytical Chemistry, 2nd Ed., p. 194. Wiley-VCH, Weinheim 27 18. Novotný, L.; Yosypchuk, B.: Pevné stříbrné amalgamové elektrody. Chem. Listy 94, 1118-112 (2) 19. Marcinková, A.: Diplomová práce. PřF MU, Brno 27 2. Daňhel, A.; Pecková, K.; Čížek, K.; Barek, J.; Zima, J.; Yosypchuk, B.; Navrátil, T.: Voltametrické stanovení genotoxických dinitronaftalenů pomocí rtuťovým meniskem modifikované stříbrné pevné amalgamové elektrody. Chem. Listy 11, 144-149 (27) 21. Novotný, L.; Yosypchuk, B.: Voltametrické stanovení Cu, Pb, Cd, Zn a Tl pomocí stříbrné pevné amalgamové elektrody. Chem. Listy 96, 756-76 (22) 22. Lund, H.; Hammerich, O.: Organic Electrochemistry, 4th Ed., p. 389-39. Marcel Dekker, New York 21 23. Meloun, M.; Militký, J.: Statistická analýza experimentálních dat, str. 26. Academia, Praha 24 24. Ryšánek, P.; Vyskočil, V.; Barek, J.; Pecková, K.; Zima, J.: Polarographic and Votammetric Determination of 2,2 -Dinitrobiphenyl. V knize: Sensing In Electroanalysis, Vol.3, p. 177-187. University of Pardubice, Pardubice 28 25. Barek, J.; Pecková, K.: Nové možnosti elektrochemického monitorování genotoxických a ekotoxických organických látek. Chem. Listy 14, 41s 44s (21) 26. Ševčík, J. G. K.: Metodologie měření v analytické chemii, str. 51 62. Karolinum, Praha 1996 52