Univerzita J. E. Purkyn v Ústí nad Labem Fakulta životního prostedí Vybrané úlohy z instrumentální analýzy Autor: Ing. Sylvie Grötschelová Spoluautoi: Dr. Ing. Pavel Kurá, Doc. PhDr. Jaroslav Rejnek CSc.
Obsah Úvod... 3 1 Obecné zásady práce v laboratoi...4 1.1 Vedení záznam v laboratoi...4 1.2 Chyby mení...4 1.3 Vyjadování analytických výsledk...5 2 Elektrochemické stanovení rozpuštného kyslíku...7 2.1 Stanovení salinity ve vzorku vody...8 2.2 Kalibrace pístroje pro stanovení kyslíku...8 2.3 Stanovení rozpuštného kyslíku ve vzorku vody...9 2.4 Protokol...9 3 Diferenní pulsní polarografie...10 3.1 Seznámení se s pístrojem 797 VA Computrace...12 3.2 Stanovení barviv E 122 a E 124 v limonádách...12 3.3 Protokol...13 4 Stanovení celkového dusíku ve vod po mineralizaci...14 4.1 Jednotka DigiPROBE...14 4.2 Mineralizace vzorku vody...15 4.3 Stanovení celkového dusíku...15 4.4 Protokol...15 5 Titraní stanovení Cl - iont...16 5.1 Stanovení titru odmrného roztoku AgNO 3...17 5.2 Stanovení chloridových iont ve vzorku vody...17 5.3 Protokol...17 6 Kapalinová chromatografie...18 6.1 Spuštní pístroje...18 6.2 Spuštní slepého pokusu...19 6.3 Mení kalibraní závislosti...19 6.4 Stanovení BTEX ve vzorku vody...19 6.5 Protokol...20 7 Stanovení železa metodou plamenové AAS...21 7.1 Píprava...23 7.2 Postup práce...24 7.3 Závry...25 Literatura... 30 2
Úvod Skripta Vybrané úlohy z instrumentální analýzy jsou urena studentm z obor Ochrana životního prostedí v prmyslu a Odpadové hospodáství na Fakult životního prostedí a vybraných obor na Pírodovdecké fakult Univerzity Jana Evangelisty Purkyn v Ústí nad Labem. Cílem tchto skript je seznámit studenty se zásadami správné laboratorní praxe vetn zásad pro vyhodnocování mení a prezentaci výsledk. V praktické ásti jsou uvedeny podrobné pracovní návody pro vybrané úlohy z instrumentální analýzy. Jsou zde zahrnuty techniky, které jsou k dispozici v laboratoích KTEV FŽP a KCH PF UJEP, jako jsou spektrální metody, elektrochemické metody, chromatografické metody aj. 3
1 Obecné zásady práce v laboratoi 1.1 Vedení záznam v laboratoi Každá laborato, která poskytuje služby v oblasti analýzy vzork, musí vést záznamy o evidenci vzork. Zadávané vzorky jsou evidovány pod interním íslem laboratoe, vzorky se analyzují jako anonymní a souasn se vyhotoví prvodní list, do kterého se zapisují konené namené hodnoty. Po zanalyzování všech zadaných parametr se podle prvodního listu vystaví protokol. Záznamy z mení v analytické laboratoi by mly být zapisovány do deník nebo sešit, ne na volné listy. Deníky musí být autentické, pehledné, srozumitelné a musí obsahovat veškeré výpoty dležité pro pípravu i vyhodnocení namených hodnot. Dále je nutné zapisovat ední vzork, navážky vzork, pípravu kalibraních standard apod. Pokud je poteba odstranit chybu v záznamu, je nutné ji opravit tak, aby bylo itelné pvodní íslo i text, a zmna musí být podepsána osobou, která zmnu provedla a musí být doplnna datem opravy. Jestliže jsou vzorky meny na pístroji, který vyhodnocuje namená data a ukládá je do samostatných soubor, je dležité zapsat si do deníku i záznamu název souboru, aby bylo možné jej kdykoliv dohledat. 1.2 Chyby mení Výsledky získané opakovaným mením se obvykle liší a liší se obvykle též od skutené hodnoty. Rozdíl hodnoty zjištné od hodnoty skutené oznaujeme jako chybu mení. Výsledky chemických analýz mohou být zatíženy chybami náhodnými, soustavnými nebo hrubými. Náhodné (statistické) chyby vznikají jako výsledek velkého potu malých a zcela nepravidelných, tzv. elementárních chyb, k nimž dochází náhodn pi jednotlivých operacích analytického postupu, pop. pi meních, tj. pi zjišování hodnot, z nich se vypoítává výsledek. Náhodnými chybami je zatíženo každé stanovení, vyskytují se nepravideln a bývají obyejn malé. Soustavné (systematické) chyby mají stálý, pravidelný charakter a zkreslují výsledky vždy v uritém smru, ímž zpsobují, že uritá analytická metoda poskytuje nap. výsledky soustavn vyšší, nebo nižší. Jejich píinou je nedokonalý 4
prbh chemické reakce, která je základem dané analytické metody, dále nevyhovující istota chemikálií, nepesnost pístroje, nevhodná kalibrace apod. Soustavné chyby lze nejlépe prokázat analýzou referenního materiálu a porovnáním výsledku se skutenou hodnotou. Hrubé chyby vznikají obvykle z nedopatení nebo jsou zavinny malou pelivostí pracovníka, který rozbor provádl, ale mohou být také zpsobeny nevhodnou volbou postupu. Výskyt hrubé chyby vždy velmi závažn ohrozí správnost koneného výsledku, a proto výsledky stanovení, o nichž se lze domnívat, že mohou být hrubou chybou zatíženy, vyluujeme a nepoužije jich k výpotu koneného výsledku. Podle toho, jaký pevažující charakter mají chyby, které zatžují uritou analýzu, rozeznáváme výsledky správné a výsledky pesné. Správné jsou takové výsledky, které se v prmru dobe shodují se skutenou hodnotou (jsou zatíženy jen náhodnými chybami). Pesné jsou výsledky, které se vzájemn dobe shodují, ale mohou se od skutené hodnoty lišit o soustavnou chybu. 1.3 Vyjadování analytických výsledk SN EN ISO/IEC 17025:25 požaduje, aby laboratoe vyhodnocovaly nejistotu svých mení. Nejistotu je možno vyjádit jako smrodatnou odchylku nebo vypotený násobek smrodatné odchylky. Pi urování nebo odhadování nejistoty konkrétního postupu a analytu je teba zajistit, aby odhad bral explicitn v úvahu všechny možné zdroje nejistoty a vyhodnotil významné složky. Mnoho rzných faktor zpsobuje, že se výsledek analytického mení tém jist odchyluje od skutené hodnoty. Napíklad vliv teploty midla objemu, odražené a rozptýlené svtlo ve spektroskopických pístrojích, zmny elektrického zdroje, interpretace postupu analytikem a nedokonalé výtžnosti extrakce mohou potenciáln ovlivnit výsledek. Pokud je to rozumn možné, musí se takové chyby minimalizovat externí kontrolou nebo pímo korigovat napíklad použitím vhodného korekního koeficientu. Není však možné získat pesnou odchylku jednotlivého výsledku mení od (neznámé) skutené hodnoty. Z tohoto dvodu se musí odhadovat pravdpodobný rozsah odchylky (nejistota). Hodnota výsledku mení y spolu s nejistotou mení se uvádí nejastji ve tvaru y±u, kde U je rozšíená nejistota charakterizující interval hodnot, ve kterém leží skutená hodnota veliiny y s uritou apriorní pravdpodobností. Jako hodnota 5
této pravdpodobnosti se volí nejastji 0,95. Doporuovaný formát zápisu konkrétního výsledku x s pimeným potem platných íslic je následující: (Výsledek): x ± U, tedy nap. celkový dusík: 3,52 ± 0,14 % (hm.) Pro práci v laboratoí v tzv. regulované sfée (oblast ochrany zdraví lidí, oblast ochrany životního prostedí aj.) platí pomrn striktní pravidla a bývají v nich zavedeny formální systémy jakosti. Nejbžnjší jsou v souasné dob systémy jakosti podle normy SN EN ISO/IEC 17025:25, podle kterých pracují tzv. akreditované laboratoe (je vhodný pro laboratoe provádjící rutinní analýzy) a systém tzv. správné laboratorní praxe SLP (good laboratory practice, GLP) vhodný spíše pro provádní nerutinních studií. 6
2 Elektrochemické stanovení rozpuštného kyslíku Obsah rozpuštného kyslíku je dležitým ukazatelem istoty v souvislosti s jejím zneištním biogenními prvky a organickými látkami. Stanovení obsahu rozpuštného kyslíku lze provádt bu velmi pracnou jodometrickou titrací nebo v souasné dob velmi rychle a pohodln potenciometricky s membránovou sondou. Metoda využívá sondy, která se skládá z dvojice kovových elektrod a vhodného elektrolytu, které jsou od meného prostedí oddleny tenkou selektivní membránou z plastu. Funkce membrány spoívá v tom, že nepropouští vodu ani iontov rozpuštné látky, ale propouští pouze plyny, a z nich jen kyslík reaguje s elektrodami. Vzhledem k potenciálovému rozdílu mezi elektrodami kyslík difundující membránou je na katod redukován na hydroxidové ionty a na anod vcházejí do roztoku kovové ionty. Takto vznikající proud je pímo úmrný transportní rychlosti kyslíku membránou a vrstvou elektrolytu, a tedy i parciálnímu tlaku rozpuštného kyslíku ve vzorku vody za dané teploty a daného atmosférického tlaku. Propustnost membrány pro plyny se znan mní s teplotou, proto vtšina moderních pístroj zmnu teploty kompenzuje. Metoda se používá pro stanovení rozpuštného kyslíku ve všech druzích vod. Pednostn je použitelná tam, kde selhává jodometrická metoda, tj. u vod siln zbarvených i velmi zakalených nebo u vod s obsahem látek, které vážou jod. Vlastní práce Stanovení salinity ve vzorku vody Kalibrace pístroje pro stanovení kyslíku Stanovení množství kyslíku ve vzorku vody Obr. Multifunkní pistroj firmy inolab 7
2.1 Stanovení salinity ve vzorku vody Jelikož nkteré vzorky obsahují vtší množství solí (vtší než 1 g.l -1 ), které ovlivují namenou hodnotu množství kyslíku, je poteba ped stanovením kyslíku provést stanovení salinity. Namená hodnota se musí zadat do pístroje. Rozsah hodnot pro salinitu se pohybuje v rozmezí od 0 do 70. K pístroji inolab pipojíme vodivostní elektrodu. Poté ji ponoíme do meného roztoku. Pomocí kláves a nastavíme na displeji stavový symbol Sal. Zárove se zobrazí hodnota namené salinity. Za stálého míchání vykáme na ustálení mené hodnoty. Po stanovení salinity odpojíme vodivostní idlo a zapojíme kyslíkovou sondu. 2.2 Kalibrace pístroje pro stanovení kyslíku Kyslíkové elektrody stárnou. Tyto zmny mají vliv na strmost kyslíkové elektrody. Výsledkem je zobrazení nepesných hodnot mení. Kalibrací se urí aktuální hodnota strmosti elektrody a uloží se do pamti pístroje. Vtšinou se kalibruje v pravidelných intervalech jednou za dva týdny. Kalibrace se provádí ve vzduchu nasyceném vodními parami v kalibraní nádobce OxiCal-SL. Po kalibraci pístroj automaticky vyhodnotí aktuální stav elektrody a její relativní strmost. Vyhodnocení se zobrazí na displeji. Relativní strmost nemá vliv na správnost mení. Její nízké hodnoty ukazují, že v brzké dob dojde k vyerpání elektrolytu a elektroda bude muset být regenerována. Hodnoty relativní strmosti se pohybují v rozmezí 0,6 až 1,25. K pístroji pipojíme kyslíkovou elektrodu. Destilovanou vodou ovlhíme houbiku v kalibraní nádobce. Nesmí být mokrá. Do této nádobky vložíme kyslíkovou elektrodu a upevníme ji. Na pístroji opakovan stiskneme klávesu CAL, dokud se na displeji nezobrazí režim kalibrace. Poté stiskneme klávesu RUN ENTER a na displeji zane blikat symbol AR. Jakmile je dosaženo ustálené hodnoty, pestane na displeji AR blikat. Pokud kalibrace je ukonena, na displeji se zobrazí hodnota zjištné relativní strmosti. Stisknutím klávesy M pejdeme do režimu mení reálných vzork. 8
2.3 Stanovení rozpuštného kyslíku ve vzorku vody Nejprve opakovan stiskneme klávesu CAL, dokud se na displeji nezobrazí symbol Sal. Pomocí kláves a nastavíme na displeji namenou hodnotu salinity. Stisknutím klávesy M pejdeme zpátky do režimu mení. Do 250 ml kádinky odpipetujeme 100 ml vzorku vody a ponoíme elektrodu do roztoku. Z pístroje zaznamenáme hodnotu a mení opakujeme ješt 6x. Poté zmíme obsah kyslíku v pitné vod, také celkem 7x. Namené hodnoty zprmrujeme a vypoítáme smrodatnou odchylku stanovení. 2.4 Protokol Protokol musí obsahovat: Název práce Princip Použité chemikálie a pístroje Výpoty Závr 9
3 Diferenní pulsní polarografie Polarografie je voltmetrická metoda s jednou polarizovatelnou a jednou nepolarizovatelnou elektrodou. Jako polarizovatelnou elektrodu volíme v klasickém provedení rtuovou kapkovou elektrodu, nepolarizovatelnou elektrodou je bu velkoplochá rtuová elektroda (rtuové dno) nebo nkterá z bžných referentních elektrod. Závislost proudu na potenciálu znázoruje polarografická kivka: E 1/2 je tzv. plvlnový potenciál, který je pro danou látku konstantní. Tvar polarizaní kivky závisí jen na polarizaci rtuové kapkové elektrody, která zase závisí na složení roztoku. Polarizaní kivka má ti oblasti: a) oblast polarizace: vložené naptí nedosahuje hodnoty potebné k prbhu elektrochemické reakce. Proud je proto prakticky nulový. Nepatrná hodnota proudu se nazývá nabíjecí nebo kapacitní proud. b) oblast depolarizace: proud je zpsoben redukcí látky na katod nap. Cu 2+ + 2e - Cu. Píslušné inidlo se nazývá depolarizátor (Cu 2+, Zn 2+, Ag + ). c) oblast limitního difúzního proudu: úbytek pemnných látek v okolí elektrody se vyrovnává difúzí. Velikost limitního difúzního proudu udáváme výškou vlny. Obr. Polarizaní kivka 10
Každý depolarizátor snižuje polarizaci jinou mrou, což se projeví rzným umístním vlny na ose naptí. Polohu vlny posuzujeme podle tzv. plvlnového potenciálu E 1/2 (tj. difúzní proud dosáhne poloviní hodnoty limitního I). E 1/2 má konstantní hodnotu nezávislou na koncentraci depolarizátoru (hodnoty jsou tabelovány). Je-li v roztoku více složek s dostaten odlišnými hodnotami E 1/2 (o 0,2 V), vytváí každá složka svou vlastní vlnu. Získáme tak polarografické spektrum. U vtšiny analýz je nutno odstranit kyslík z roztoku, protože se redukuje na katod a jeho polarografické maximum zastíní kivky jiných složek. Proto do roztoku zavádíme inertní plyn, nap. dusík. Diferenní pulsní polarografie je mnohem citlivjší metodou než klasická polarografie. Použitím visící kapkové elektrody s mechanickým odtrháváním kapek se výrazn snižuje spoteba rtuti. Naptí vkládané mezi polarizovatelnou a srovnávací elektrodu se mní po malých pírstcích. Na konci každého pírstku naptí je vložen obdélníkový napový impuls. Proud je men vždy ped zaátkem pulsu a ped jeho koncem a je zjištna diference mezi tmito proudy I. Tato diference se vynáší v závislosti na vkládaném naptí. Vlastní práce Seznámení se s pístrojem 797 VA Computrace Stanovení barviv E 122 a E 124 v limonádách Obr. Polarograf 797 VA Computrace 11
3.1 Seznámení se s pístrojem 797 VA Computrace Nejprve zapneme polarograf, pustíme bombu s dusíkem a zapneme poíta. Tlak na dusíkové láhvi musíme bhem mení kontrolovat. Oteveme soubor pro mení a oteveme soubor barviva. Pokud je metoda již aktivní, pekontrolujeme parametry pístroje uvedené v tabulce. Nejprve ve složce Windows oteveme složku Working Metod specifications, poté Edit parameters. Pod záložkou Voltametric a Determination jsou uvedená data. Tabulka 1. Parametry k pístroji CA computrace Initial purge time (s) 30 Equilibration time (s) 5 Mode Differential Pulse Electrode HMDE Start potential (V) - 0,2 End potential (V) - 0,9 Pulse amplitude (V) 0,05005 Pulse time (s) 0,04 Voltage step (V) 0,005951 Voltage step time (s) 0,4 3.2 Stanovení barviv E 122 a E 124 v limonádách Stanovení barviv E 122 (Azorubin) a E 124 (Ponceau 4R) je vhodné provádt metodou standardních pídavk, kdy se do roztoku limonády pidává známé množství barviva v nkolika opakováních. Do polarografické nádobky odpipetujeme 50 ml 0,1 M octanu amonného (blank). Po probublání a promení blanku pidáme do roztoku 200 µl limonády. Vzorek probubláme a promíme. Pak do polarografické nádobky pidáme10 µl 0,001 M barviva E 122 a 20 µl 0,001 M barviva E 124. Vzorek opt probubláme a promíme. Pídavek opakujeme ješt jednou. Po skonení mení vyhodnotíme namená data pomocí Excelu a vypoítáme množství barviva v mg.l -1. M 122 = 502,4 g.mol -1 M 124 = 604,48 g.mol -1 12
3.3 Protokol Protokol musí obsahovat: Název práce Princip Použité chemikálie a pístroje Výpoty Závr 13
4 Stanovení celkového dusíku ve vod po mineralizaci Obsah celkového dusíku ve vod je dán soutem koncentrací dusíku všech anorganických a organických dusíkatých slouenin obsažených ve vzorku. Zjištní hodnoty obsahu celkového dusíku je dležité pi stanovení látkové dusíkové bilance povrchových vod a biologických istírenských zaízení odpadních vod. V pitných vodách se hodnota celkového dusíku nestanovuje. Obsah celkového dusíku se udává jako hmotnostní koncentrace v mg.l -1. Pi fotometrickém stanovení celkového dusíku metoda spoívá v tom, že amoniakální dusík, dusitany a etné sloueniny s organicky vázaným dusíkem pítomné ve zkoušeném vzorku se oxidují na dusinany, které jsou v dalším reakním kroku redukovány na dusitany. Celkový dusík je tedy sumárn stanovován jako dusitanový dusík. Oxidace a mineralizace vzorku alkalickým roztokem peroxodisíranu probíhá v mineralizaní nádobce pi teplot 120 o C. Následná redukce dusinan na dusitany probíhá v redukní kolonce, která obsahuje pomdné kadmium. Vlastní práce Seznámení se s mineralizaní jednotkou DigiPROBE Mineralizace vzorku vody Stanovení celkového dusíku 4.1 Jednotka DigiPROBE Popis a použití mineralizaní jednotky je popsán v samostatném návodu v laboratoi. Po prostudování daného návodu nastavíme jednotlivé parametry rozkladu. V operaním menu nastavíme teplotu rozkladu 120 o C, dobu vytápní na 60 minut a ukonení zahívání na OFF. 14
4.2 Mineralizace vzorku vody Do dvou rozkladných nádobek odpipetujeme 25 ml vzorku vody a pidáme do každé 0,5 g peroxodisíranu draselného naváženého s pesností na 1 mg. Vzorky vložíme do rozkladné jednotky a necháme je pi 120 o C mineralizovat 80 minut. Po skonení mineralizace vyjmeme vzorky z rozkladné jednotky a umístíme je do stojanu v digestoi. Rozložené vzorky pevedeme do 50 ml odmrných bank a doplníme destilovanou vodou po rysku. Vzorky uchováme do píštích laboratoí. 4.3 Stanovení celkového dusíku Ze zásobního roztoku 1000 mg.l -1 NO - 3 odpipetujeme x, y, z ml roztoku do 50 ml odmrných bank, aby koncentrace v jednotlivých bakách byla 25, 50, 100, 150 mg.l -1 NO - 3. Z tchto pipravených roztok odpipetujeme po 1 ml roztoku do reakních ampulí od firmy Merck. K tomu opatrn pidáme 1 ml roztoku N-3K. Reakní ampuli uzaveme a promícháme. Necháme ji 10 minut reagovat, poté promíme kalibraní body na spektrofotometru. Z rozložených vzork odpipetujeme 1 ml roztoku do reakních ampulí. K tomu opt opatrn pidáme 1 ml roztoku N-3K. Reakní ampuli uzaveme a promícháme. Necháme ji 10 minut reagovat, vzorky promíme na spektrofotometru pi vlnové délce 338 nm a vypoítáme množství dusíku ve vzorku. 4.4 Protokol Protokol musí obsahovat: Název práce Princip Použité chemikálie a pístroje Výpoty Závr 15
5 Titraní stanovení Cl - iont Chloridové ionty se titrují odmrným roztokem dusinanu stíbrného v siln kyselém prostedí za vzniku málo rozpustného chloridu stíbrného v pítomnosti kombinované stíbrné elektrody. Metoda je vhodná pro stanovení chlorid ve vodách barevných i zakalených, ve kterých by barevný pechod v bod ekvivalence byl tžko postehnutelný. Pi stanovení probíhá tato reakce: Ag + + Cl AgCl ( s ) Vlastní práce Seznámení se s pístrojem Titrino 794 Stanovení titru odmrného roztoku AgNO 3 Stanovení chloridových iont ve vzorku vody Obr. Automatický titrátor Titrino 794 16
5.1 Stanovení titru odmrného roztoku AgNO 3 Do malé kádinky odvážíme 0,5 g základní látky chloridu sodného s pesností 0,1 mg. Navážku kvantitativn pevedeme do 100 ml odmrné baky a doplníme po rysku destilovanou vodou. Z pipraveného zásobního roztoku odpipetujeme 1 ml NaCl do 150 ml kádinky a naedíme pibližn na 100 ml destilovanou vodou a okyselíme jednou až temi kapkami HNO 3 (1+1). Do kádinky ponoíme elektrodu s míchadlem a pomocí poítae spustíme titraci. Množství titraního inidla si zapíšeme a opakujeme titraci ješt dvakrát. Z namených hodnot vypoítáme pesnou koncentraci AgNO 3 a výsledek uvedeme jako prmr. 5.2 Stanovení chloridových iont ve vzorku vody Do 150 ml kádinky odpipetujeme 100 ml odpadní vody, okyselíme a ztitrujeme. Podle množství spotebovaného titraního inidla (mlo by být 8 až 12 ml) odpipetujeme vtší nebo menší množství meného vzorku. Pokud se spoteba inidla pohybuje již v uvedeném intervalu, opakujeme stanovení ješt dvakrát. Z namených hodnot vypoítáme prmrné množství chloridových iont v mg.l -1. M NaCl = 58,443 g.mol -1 M Cl = 35,453 g.mol -1 5.3 Protokol Protokol musí obsahovat: Název práce Princip Použité chemikálie a pístroje Výpoty Závr 17
6 Kapalinová chromatografie Vysokoúinná kapalinová chromatografie (high-performance liquid chromatography - HPLC) patí mezi separaní metody pro oddlování složitých smsí látek. Vysokých úinností separace se ve srovnání s klasickou kolonovou kapalinovou chromatografií dosahuje použitím stacionárních fází zakotvených na malých ásticích pravidelného tvaru a jednotné velikosti, které homogenn vyplují kolonu. Samotný separaní proces probíhá na základ rzné intenzity interakce dlených látek se stacionární fázou. Stacionární fáze je v kontaktu s mobilní fází zabezpeující transport separovaných látek, které se uvolní se stacionární fáze nebo s ní vbec neinterakují. Prtok mobilní fáze pes kolonu je zabezpeen vysokotlakou pumpou proto se tato metoda oznauje i pojmem vysokotlaká kapalinová chromatografie HPLC. Dávkují se malá množství vzorku, ádov desítky až stovky mikrolitr. Vlastní práce Spuštní pístroje, nastavení parametr pro prtok a složení mobilní fáze Spuštní slepého pokusu Mení kalibraní závislosti pro standardy BTEX (benzen, toluen, etylbenzen, xyleny) Stanovení BTEX ve vzorku vody 6.1 Spuštní pístroje Zapnou se postupn hlavní vypínae v poadí pumpa, detektor, interface, odplyova mobilní fáze (degasér), poíta. Po nabhnutí operaního systému Windows se z plochy spustí program D-7000. V programu se stlaí ikonka i pro inicializaci systému. Poté se oteve menu File, Open a vloží se metoda Labaky_BTEX a tabulka vzork sample table Labaky_BT. Pekontroluje se prtok a složení mobilní fáze podle pokyn vyuujícího. Poté se zapne vysokotlaká pumpa a spustí se okno pro sbr dat data acquisition. 18
6.2 Spuštní slepého pokusu Po ustálení základní linie se pomocí 1 ml stíkaky nastíkne isté rozpouštdlo (methanol), aby se ovila jeho istota i vliv na tvar chromatografického záznamu. V pípad opakovaného výskytu neistot se po analýze standard (bod 2.3) urí jestli se jedná o stanovované látky BTEX. Když áno, zjistí se plochy pík pro jednotlivé BTEX v slepém pokusu, které se odetou od zjištných hodnot pro jednotlivé standardy a neznámý vzorek vody. 6.3 Mení kalibraní závislosti Ze zásobního roztoku o koncentraci 5000 ppm (v/v) se edním do metanolu pipraví sada kalibraních roztok smsi BTEX o koncentracích 50 mg/l, 100 mg/l, 200 mg/l, 400 mg/l, 800 mg/l. Hustoty jednotlivých BTEX pro pepoet ppm (v/v) na mg/l jsou uvedeny v tabulce 1. Jednotlivé standardy se nastíknou dvakrát pomocí 1 ml stíkaky do kapalinového chromatografu. Mí se retenní as jednotlivých BTEX a prmrná plocha ze dvou mení, která se získá vyhodnocením chromatografického záznamu integrací pro jednotlivé píky. Namené hodnoty retenních as, ploch a prmrné hodnoty ploch pro jednotlivé BTEX se sepíšou do tabulky. Ze získaných hodnot ploch pro jednotlivé koncentrace BTEX a známých koncentrací se sestrojí kalibraní závislost. 6.4 Stanovení BTEX ve vzorku vody Z neznámého vzorku vody se tikrát nastíkne 20 µl pomocí 1 ml stíkaky. Pomocí retenních as se zjistí pítomnost BTEX v neznámém vzorku, která se oví srovnáním UV-Vis spekter jednotlivých BTEX v neznámém vzorku se spektry namenými pro standardy BTEX. Po identifikaci jednotlivých BTEX v neznámém vzorku uvedeným postupem se vyhodnotí plochy pro jednotlivé BTEX a vypote se prmrná hodnota ze tí mení. Z kalibraní kivky se odeítá graficky i výpotem koncentrace BTEX v neznámém vzorku ze vztahu: y = ax + b 19
kde y plocha píku jednotlivých BTEX pro danou koncentraci x koncentrace (mg/l) jednotlivých standard BTEX a smrnice kalibraní kivky b úsek na osy y 6.5 Protokol Protokol musí obsahovat: Název práce Princip Použité chemikálie Popis použitého pístroje a chromatografického systému (typ, kolona, složení mobilní fáze, prtok) Výpoty - píprava kalibraních standard, sestrojení a graf kalibraní kivky Výsledek výpoet množství jednotlivých BTEX v neznámém vzorku vody Závr Tabulka 2. Hustoty BTEX Aromát Mrná hmotnost (g/cm 3 ) Benzen 0,879 Toluen 0,867 EtBe 0,867 Xyleny 0,869 20
I = I 0.e -ε.n.l (1) 7 Stanovení železa metodou plamenové AAS Princip metody atomové absorpní spektrometrie (AAS) je založen na mení absorpce elektromagnetického záení volnými atomy v plynném stavu. Volné atomy v plynném stavu jsou podle Kirchhoffova zákona schopny absorbovat záení tch vlnových délek, které samy vyzaují. Za normální teploty je vtšina atom absorbujícího prostedí v základním energetickém stavu. Je-li takovýto soubor vystaven úinkm elektromagnetického záení, jsou jím nejsilnji absorbovány áry, které odpovídají pechodu valenních elektron ze základního stavu do nkterého z excitovaných stav. Tyto áry jsou oznaovány jako rezonanní áry. Je-li atom prvku vystaven psobení svazku paprsk elektromagnetického záení píslušné vlnové délky, mže dojít k absorpci svtelného kvanta a atom pechází do excitovaného stavu. Pro absorpci záení platí obecn Lambert-Beerv zákon, který mžeme pro árové spektrum psát ve tvaru kde I0 a I je intenzita elektromagnetického záení ped a po pr- chodu absorbujícím prostedím, je atomový absorpní koeficient (je charakteristický pro danou vlnovou délku), n je poet volných atom daného prvku v jednotce objemu a l je délka absorbující vrstvy. V AAS míme zeslabení papesku elektromagnetického záení po prchodu analytickým prostedím. Pro analytické úely se matematický vztah výše uvedeného Lambert-Beerova zákona upravuje. Zlogaritmováním vztahu získáme výraz pro absorbanci A = log(i/i 0 ) = 2,303.ε.n.l (2) Ze vztahu je zejmé, že absorbance je pímo úmrná koncentraci atom n a délce absorbující vrstvy l. Konstantou úmrnosti je absorpní koeficient, jehož hodnota závisí na zpsobu vyjádení koncentrace. Z uvedeného je zejmé, že metoda AAS je metodou srovnávací, pi níž se výsledek získává porovnáním signálu vzorku se signálem srovnávacích roztok. Složení srovnávacích roztok se pitom pizpsobuje složení vzork tak, aby do postupu kalibrace byly zahrnuty rušivé vlivy. Pokud má studovaný vzorek jednoduché složení, je možné provést kalibraci metodou kalibraní kivky. V tomto pípad se pipraví isté roztoky stanovovaného prvku nebo modelové srovnávací 21
roztoky, které napodobují chemickým složením roztoky vzork. Koncentraní oblast tchto standard musí být volena tak, aby mení bylo provádno v lineární ásti závislosti absorbance na koncentraci prvku v roztoku. Po promení absorbance jednotlivých standard je nutno sestrojit kalibraní kivku, tj. graficky vynést závislost zmené absorbance na koncentraci prvku ve standardních roztocích. Zmením absorbance analytu lze potom z kalibraní kivky odeíst pímo koncentraci sledovaného prvku v analytu. Pokud má matrice vzorku komplikovanjší charakter a nedovoluje pípravu složitjších srovnávacích roztok, nebo pokud složení matrice není známo, je nutné použít kalibraní metodu standardních pídavk. Také tuto metodu je možné použít pouze v oboru koncentrací, které odpovídají lineární ásti píslušné kalibraní kivky. Pi této kalibraní metod se z analytu odpipetují tyi alikvotní podíly, ke tem se pidají známá množství stanovovaného prvku (je-li množství stanovovaného prvku ve vzorku x, budou vhodné pídavky x/2, x a 2x). Všechny ti roztoky se doplní na stejný objem rozpouštdlem a zmí se jejich hodnoty absorbance. Namené hodnoty absorbance se vynesou do grafu proti pidaným koncentracím a závislost se extrapoluje. Prseík, který získáme prodloužením pímky do záporné ásti osy koncentrací udává koncentraci stanovovaného prvku v analytu. Výsledek lze také vyhodnotit numericky (potom postaí pouze roztok s jedním pídavkem) ze vztahu c A c 1 p A = (3) A2 A1 kde A 1 je absorbance roztoku bez pídavku, A 2 je absorbance roztoku s pídavkem o koncentraci cp. Moderní pístroje umožují zpracovávat výsledky, vetn sestrojování kalibraních graf, poítaovou technikou. 22
Obr. Atomový absorpní spektrometr 7.1 Píprava 1. Zopakujte si pojmy absorpce, transmitance, absorbance, záivý tok, svítivost, rychlost svtla, vlnová délka, kmitoet elektromagnetického záení. 2. Ujasnte si význam Lambertova - Beerova zákony pro vyjádení absorpce záení, podmínky za nichž platí a píiny odchylek od ideálního prbhu. 3. Zopakujte si kalibraci pístroje, jehož princip mení je založen na závislosti mené veliiny na koncentraci látky ve vzorku. 4. Zopakujte si zásady statistického vyhodnocení namených výsledk 23
Pomcky: Odmrné baky 50 cm 3-5 ks Dlená pipeta 1, 5 a 10 cm 3 PE nádoby 100 cm 3-8 ks Nálevka do odm. bank - 5 ks Atomový absorpní spektrometr Spectr AA 20+ s vybavením Kompresor na vzduch Byreta 50 cm 3 se stojanem - 3 ks Chemikálie: Roztok železa (w = 10 µg.cm -3 ) ve 2 %-HNO3 Deionizovaná voda Analyzovaný vzorek Tlaková láhev s acetylenem 7.2 Postup práce 1) Pipravte soubor standardních roztok železa o objemu 50 cm 3 o hmotnostní koncentraci 1, 2, 3, 4, 5 µg.cm -3 pro mení metodou kalibraní kivky (roztoky oznate Standard 1 - Standard 5). 2) Podle pokyn (skripta Rejnek, J., Kolský, V., Louka, T., Sobotka, J.: Cviení z instrumentální analýzy. PF UJEP, Ústí n. L. 1993. Str. 60-72) pipravte atomový absorpní spektrometr k mení. Údaje o podmínkách mení zapište do tab. 1. 3) Provete mení metodou kalibraní kivky. Jako slepého pokusu použijte deionizovanou vodu, jejíž hodnotu absorbance zmte 10 krát. Poté mte hodnoty absorbance pipravených standardních roztok Standard 1 - Standard 5 (každý standard také 10 krát). U každé série mení vypoítejte aritmetický prmr absorbance, smrodatnou odchylku s jednotlivých mení a relativní smrodatnou odchylku s R v procentech. Výsledky mení a výpoty zapište do tab. 2. 4) Za podmínek, za kterých jste provádli mení absorbance standardních roztok, zmte 10x absorbanci neznámého vzorku. Z namených hodnot vypoítejte aritmetický prmr hodnot absorbance, smrodatnou odchylku, relativní smrodatnou odchylku a interval spolehlivosti. Výsledky mení a vypotené hodnoty zapište do tab. 3. 5) Podle údaj uvedených v tab. 4 pipravte soubor roztok pro mení metodou standardních pídavk. Tyto roztoky oznate symboly ADD 0 - ADD 3. Požadované roztoky získáte odpipetováním píslušného množství neznámého 24
vzorku a pídavného roztoku železa a doplnním do požadovaného objemu deionizovanou vodou. 6) Beze zmny parametr pístroje, které byly nastaveny v kroku 3 provete mení metodou standardních pídavk. Promte postupn absorbanci roztok ADD 1 až ADD 0. Mení každého roztoku provete 5x. Výsledky mení a vypotené hodnoty zapište do tab. 5. 7.3 Závry 1) Do protokolu uvete konkrétní údaje o parametrech pístroje. 2) Výsledky i následné výpoty získané pi mení zaznamenejte do tabulky 6. 3) Z výsledk uspoádaných v tab. 2 sestrojte kalibraní pímku jako závislost hodnot absorbance a na hodnotách koncentrace c. Vyjádete matematickou rovnici kalibraní pímky. Do téhož grafu vyneste i závislost absorbance na koncentraci železa v roztoku pi mení metodou standardních pídavk. Hodnotu absorbance roztoku ADD 0 vyneste v grafu pímo do osy absorbance. Prseík pímky se zápornou ástí osy koncentrace urí hodnotu koncentrace železa v roztoku ADD 0 (µg.cm -3 ). Také v tomto pípad vyjádete rovnici získané pímky. 4) Z obou kalibraních metod vypoítejte množství železa v pedloženém vzorku, výsledky uvete do tabulky 6. 5) Porovnejte výsledky mení, kterých bylo dosaženo použitím obou kalibraních metod, vyhodnote ob metody. 25
Protokol z laboratorní úlohy Stanovení železa metodou plamenové atomové absorpní spektrometrie Jméno: Datum: Tab. 1 Parametry atomového absorpního spektrometru Typ pístroje Varian SpectrAA 20+ Žhavící proud zdroje Šíka štrbiny Vlnová délka Plamen Prtok oxidovadla Prtok paliva Doba mení Výška hoáku ma nm nm vzduch - acetylen dílek dílek s mm 26
Tab. 2 S 0 Výsledky mení standardních roztok pro konstrukci kalibraní pímky c a 1 a 2 a 3 a 4 a 5 a s S R µg.cm -3 a 6 a 7 a 8 a 9 a 10 % S 1 S 2 S 3 S 4 S 5 Smrnice Koncentrace pi absorbanci Vysvtlivky: S 0 - S 5 - slepý vzorek a standardní roztoky, a 1 - a 10 - absorbance slepého a standardních roztok, a - prmrná hodnota absorbance, s - smrodatná odchylka jednotlivých mení, s R - relativní smrodatná odchylka. 27
Tab. 3 Hodnoty absorbance vzorku získané mením metodou kalibraní kivky a vypotené hodnoty koncentrace železa ve vzorku a j a 2 a 3 a 4 a 5 Q j = Q 2 = a 6 a 7 a 8 a 9 a 10 a = c = µg.cm -3 s = µg.cm -3 s R = % L 1 ( c )= µg.cm -3 s R = % L 1 = L 2 ( c )= µg.cm -3 L 2 = Vysvtlivky: a 1 - a 10 - absorbance vzorku, a - prmrná hodnota absorbance, s - smrodatná odchylka jednotlivých mení, s R - relativní smrodatná odchylka, L 1, L 2 - dolní a horní mez intervalu spolehlivosti pro hodnoty absorbance a hodnoty koncentrace s = Tab. 4 Píprava roztok pro mení metodou standardních pídavk Roztok V V 1 V 2 c i cm 3 cm 3 cm 3 µg.cm -3 ADD 1 30 5 25 ADD 2 30 10 20 ADD 3 30 20 10 ADD 0 30 / 30 Vysvtlivky: V - objem odpipetovaného vzorku, V 1 - objem pídavného roztoku železa o koncentraci w = 10 g.cm -3,, V k - objem deionizované vody, potebné k doplnní roztoku do objemu 60 cm 3, c i - teoretická koncentrace železa v roztoku 28
Tab. 5 Hodnoty absorbance získané mením metodou standardních pídavk a vypotené hodnoty koncentrace železa ve vzorku Roztok a j a 2 a 3 a 4 a 5 a s R c i ADD 1 % ADD 2 ADD 3 ADD 0 % µg.cm -3 k = c o = µg.cm -3 s o = µg.cm -3 s R o = % L 1 ( c )= µg.cm -3 L 2 ( c )= µg.cm -3 Vysvtlivky: a 1 - a 5 - absorbance vzorku, a - prmrná hodnota absorbance, s - smrodatná odchylka jednotlivých mení, s R - relativní smrodatná odchylka, L 1, L 2 - dolní a horní mez intervalu spolehlivosti pro hodnoty koncentrace, k - smrnice pímky, c i - teoretická koncentrace železa v roztoku, c o - hodnota obsahu železa ve vzorku ADD O, s R o - relativní smrodatná odchylka vztažená k hodnot c o, s o - smrodatná odchylka jednotlivých mení vztažená k hodnot c o Tab. 6 Porovnání hodnot mení obsahu železa v neznámém vzorku metodou kalibraní kivky a metodou standardních pídavk Metoda Koncentrace Smrnice mení c s s R k g.cm -3 g.cm -3 % Kalibraní pímka Stand. pídavky Závry: 29
Literatura 1. J. Zýka a kolektiv: Analytická píruka 2, SNTL/ALFA Praha 1980 2. M. Suchánek a kol.: Validace analytických metod, EURACHEM-R Praha 1998 3. M. Suchánek: KVALIMETRIE 12. Prvodce jakostí v analytické chemii, EURACHEM-R Praha 2003 4. SN EN ISO/IEC 17025 Posuzování shody Všeobecné požadavky na zpsobilost zkušebních a kalibraních laboratoí, eský normalizaní institut 2005 5. SN EN 25814 Jakost vod: Stanovení rozpuštného kyslíku, Elektrochemická metoda s membránovou sondou, eský normalizaní institut 1995 6. Z. Holzbecher, Churáek a kol.:analytická chemie, SNTL Praha 1989 7. manuál k titrátoru Titrino 794 od firmy Metrohm 8. P. Klouda: Moderní analytické metody, nakladatelství Pavel Klouda, 2003 30