S (KT & Geochemie) Optimalizace podmínek měření a práce s S Teoretický základ úlohy: 1: OPTIMLIZCE PRCOVNÍCH PODMÍNEK Jedním z prvních úkolů při práci s atomovým absorpčním spektrometrem (S) je vždy nalezení (později již jen nastavení a ověření) optimálních přístrojových parametrů pro stanovení zadaného prvku. Nastavením těchto podmínek máme dosáhnout co nejvyšší citlivosti stanovení a zároveň minimalizovat interference rušivých složek matrice, pokud je to změnou přístrojových parametrů možné. Jde o tyto parametry: vlnová délka (při které měříme; je uvedena v přístrojovém manuálu; u řady prvků můžeme volit z několika čar; zpravidla volíme nejcitlivější čáru) šířka spektrálního intervalu (je uvedena pro příslušnou vlnovou délku daného prvku v manuálu; selektivita vs. citlivost stanovení) žhavicí proud výbojky s dutou katodou (HCL) (opět doporučen výrobcem; kompromisem mezi životností výbojky a citlivostí měření) vycentrování výbojek v optické ose pomocí otočných šroubů na patici výbojek a přesné nastavení vlnové délky pro zajištění maximální intenzity záření plamenový profil (hledá se optimální výška plamene od ústí hořáku, ve které prochází měřicí paprsek atomizačním prostředím; viz ilustrační obrázek) účinnost zmlžování (poloha tříštivé kuličky před ústím nasávací kapiláry) složení plamene (poměr oxidantu - vzduchu a paliva - acetylenu) 2: URČENÍ KONCENTRCE VZORKU Po nastavení optimálních parametrů pro stanovení daného prvku je možné začít vlastní stanovení. Metodu kalibračního grafu použijeme v případě, kdy máme sadu velkého počtu vzorků, u kterých známe dobře složení matrice. To využijeme pro přípravu odpovídajících kalibračních standardů. Metodu standardního přídavku použijeme v případě, kdy máme sadu menšího počtu vzorků, u kterých složení matrice neznáme dostatečně nebo je variabilní. 3: CHEMICKÉ INTERFERENCE Jestliže stanovujeme např. Ca v přítomnosti l, nebo Cr v přítomnosti Fe, musíme pracovat v plameni acetylen - oxid dusný. Tyto prvky spolu tvoří tzv. termostabilní sloučeniny. Pro jejich disociaci je třeba větší množství energie, než je schopen dodat plamen acetylen - vzduch. Energie dodávaná plamenem acetylen oxid dusný je ale až příliš velká, dochází tak zároveň k nežádoucí ionizaci vápníku. Pro stanovení vápníku proto musíme do zmlžovaného roztoku přidat tzv. ionizační pufr. 1
S (KT & Geochemie) Optimalizace podmínek měření a práce s S Přístroje a pomůcky: spektrometr S 3 (Zeiss-Jena, Německo); odměrné nádobí S obsluhou přístroje S 3 vás seznámí dozor praktika. Chemikálie: standardní roztoky Zn 2+ a Ca 2+ o koncentraci 100 µg ml 1, standardní roztok l 3+ o koncentraci 1000 µg ml 1 a standardní roztok K + obsahující 100 000 µg ml 1 K + Úkoly: Proměřte vliv vybraných parametrů na stanovení zinku a vápníku metodou atomové absorpční spektrometrie (S). 1. Optimalizujte pracovní podmínky stanovení Zn: a) Vyneste do grafu závislost absorbance na výšce paprsku nad hranou hořáku (tzv. plamenový profil) a zvolte optimální pozici hořáku pro uvažované stanovení. b) Vyneste do grafu závislost absorbance na průtoku paliva (mění se poměr palivo : oxidant). 2. Určete koncentraci Zn 2+ ve vzorku metodou kalibračního grafu a metodou standardního přídavku a porovnejte vybrané parametry těchto stanovení. a) Zjistěte obsah Zn 2+ ve vzorku a charakteristickou koncentraci (způsobí signál = 0,0044) pro stanovení Zn 2+ (za aktuálních podmínek měření) odečtem z kalibrační přímky (graf závislosti absorbance na koncentraci Zn 2+ v kalibračních standardech, v lineární části proložený přímkou). b) Zjistěte obsah Zn 2+ v daném vzorku metodou standardního přídavku (graf závislosti absorbance na koncentraci přídavku Zn 2+ do roztoku vzorku). c) Porovnejte směrnice obou stanovení a diskutujte vlivy matrice a další odlišnosti. 3. Diskutujte chemické interference při stanovení Ca 2+. Vyneste do jednoho grafu závislost absorbance Ca na koncentraci přítomného hliníku pro oba plameny (C 2 H 2 vzduch a C 2 H 2 N 2 O) a získané výsledky diskujte. Pracovní postup: Připravte si a seřaďte nejprve všechny roztoky dle následujícího podrobného návodu. Všechna měření budou provedena pod dohledem dozoru praktika v jednom časovém bloku. 1: OPTIMLIZCE PRCOVNÍCH PODMÍNEK PRO STNOVENÍ Zn 2+ Ze zásobního roztoku připravte 100 ml roztoku Zn 2+ o koncentraci 0,5 µg ml 1 s přídavkem 1 ml koncentrované HNO 3. Do pracovní polohy spektrometru nastavíme zinkovou výbojku s dutou katodou. Nastavení vlnové délky, šířky spektrálního intervalu a žhavícího proudu výbojky provedeme dle doporučení výrobce (λ = 213,9 nm, Δλ = 0,5 nm, I HCL = 5 m). Přesvědčíme se, zda je v přístroji umístěn správný hořák pro plamen acetylen - vzduch a zapálíme plamen. Provádíme v přítomnosti dozoru praktika!!!. Přístroj vynulujte při zmlžování deionizované vody. Nulování se provádí po každé změně pracovních parametrů. 2
S (KT & Geochemie) Optimalizace podmínek měření a práce s S a) Nyní zmlžujte připravený roztok Zn 2+ o koncentraci 0,5 µg ml 1 při různé výšce paprsku nad horní hranou hořáku v rozsahu 0-12 mm (s krokem 2 mm). Stupnice je dělena v milimetrech. Po každé změně pozice hořáku před měřením absorbance Zn vynulujte přístroj na deionizovanou vodu. Na základě vyhodnocení právě získané závislosti vraťte hořák do polohy, ve které jste dosáhli maximální absorbance a přístroj znovu vynulujte na deionizovanou vodu. b) Postupným zmlžováním roztoku Zn 2+ při různém průtoku acetylenu změřte závislost absorbance na poměru průtoku palivo : oxidant. Regulátorem průtoku acetylenu upravujte průtok v rozmezí 50-90 l hod 1 (s krokem 10 l hod 1 ). Po každé změně průtoku acetylenu musíte přístroj opět vynulovat na deionizovanou vodu. Průtok vzduchu zůstane po celou dobu měření konstantní na hodnotě 57 l hod -1. Na základě právě získané závislosti vraťte průtok acetylenu na hodnotu odpovídající maximální citlivosti a přístroj znovu vynulujte na deionizovanou vodu. 2: URČENÍ KONCENTRCE Zn 2+ VE VZORKU a) Pro metodu kalibračního grafu si připravte následující roztoky Zn 2+ o koncentraci 0,0; 0,1; 0,2; 0,3; 0,4 a 0,5 µg ml 1, každý s přídavkem 1 ml koncentrované HNO 3 (roztok o koncentraci 0,5 µg ml 1 použijte z minulých měření 1a) a 1b) ). b) Pro metodu standardního přídavku pipetujte z dodaného vzorku 10,0 ml roztoku do 4 odměrných baněk o objemu 100 ml. Do všech přidejte1 ml koncentrované HNO 3. Odměrnou baňku č. 1 pak doplňte deionizovanou vodou. Do odměrných baněk č. 2, 3 a 4 pipetujte jednotlivé přídavky ze zásobního roztoku obsahujícího 100 ppm Zn 2+ tak, aby výsledná koncentrace přídavku Zn 2+ v baňkách činila 0,1; 0,2 a 0,3 µg ml 1. Nastavte přístrojovou nulu na deionizovanou vodu a postupně proměřte všechny připravené relevantní roztoky. Mezi nimi vždy zmlžujte několik sekund deionizovanou vodu. Pro stanovení metodou kalibračního grafu zřeďte váš vzorek desetkrát deionizovanou vodou opět s přídavkem 1 ml koncentrované HNO 3 a změřte. 3: CHEMICKÉ INTERFERENCE PŘI STNOVENÍ Ca 2+ Připravte si 4 roztoky obsahující výslednou koncentraci Ca 2+ 5,0 µg ml 1 a K + 2000 µg ml 1 se vzrůstající koncentrací l 3+ : 0, 10, 50 a 100 µg ml 1 (všechny roztoky by opět měly obsahovat 1 ml koncentrované HNO 3 ). Nastavte přístrojovou nulu na deionizovanou vodu a proměřte všechny 4 roztoky (λ = 422,7 nm, Δλ = 0,5 nm, I HCL = 10 m). Mezi roztoky vždy zmlžujte několik sekund deionizovanou vodu. Po skončení měření nechte nebulizér asi dvě minuty proplachovat deionizovanou vodou. Plamen vypneme a po vychladnutí hořák pro plamen acetylen vzduch vyjmeme. Nasadíme hořák pro plamen acetylen oxid dusný, vertikálním posunem změníme polohu hořáku na výšku paprsku nad hranou hořáku 7 mm. Plamen zapálí dozor praktika!!! Nastavte nulu přístroje na deionizovanou vodu a proměřte postupně znovu absorbance všech roztoků Ca 2+. Po skončení měření nechte nebulizér opět asi dvě minuty proplachovat deionizovanou vodou. Plamen vypne dozor praktika!!! 3
VÝSLEDKOVÝ LIST S Optimalizace podmínek měření a práce s S Příjmení, jméno: Turnus číslo: Studijní obor: Přepracovat a doplnit (+ datum): Úloha vypracována dne: Datum odevzdání protokolu: V pořádku dne: Úkol: Proměřit vliv vybraných parametrů na stanovení zinku a vápníku metodou S. Chemikálie, přístroje, pomůcky a pracovní postup: Viz návod k úloze. Tab. 1a) Hodnoty absorbance pro různé výšky optického paprsku nad hranou hořáku: h (mm) 0 2 4 6 8 10 12 Zvolená optimální hodnota h = mm. Tab. 1b) Hodnoty absorbance pro různé průtoky acetylenu: Q (l hod 1 ) 50 60 70 80 90 Zvolená optimální hodnota Q = l hod 1. Tab. 2a) Kalibrační závislost Zn 2+ : λ = nm; Δλ = nm; I HCL-Zn = m c Zn 2+ (ppm) 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 bsorbance 10 zředěného roztoku vzorku =. Tab. 2b) Metoda standardního přídavku: c přídavku Zn 2+ (ppm) 0,0 0,1 0,2 0,3 Tab. 3) Vliv l 3+ na signál vápníku: λ = nm; Δλ = nm; I HCL-Ca = m c l 3+ (ppm) 0 10 50 100 (plamen acetylen - vzduch) (plamen acetylen - N 2 O) Grafy vynesených závislostí z hodnot v Tab. 1a); Tab. 1b); Tab. 2a); Tab. 2b) a Tab. 3 na zvláštním listu přiložte k tomuto výsledkovému listu. Do grafů 2a a 2b vyznačte přímky, kterými jste proložili lineární části závislostí, a způsob odečtení koncentrace vzorku. Výpočet koncentrace vzorku: 1/2
VÝSLEDKOVÝ LIST S Optimalizace podmínek měření a práce s S Příjmení, jméno: Úloha vypracována dne: Výsledky a závěr: 1a) Diskuze k plamenovému profilu: (Proč volíte optimál. výšku a jaké částice analytu v této výšce převažují?) 1b) Diskuze k závislosti absorbance na poměru palivo / oxidant: 2a) Obsah Zn 2+ iontů ve vzorku zjištěný metodou kalibrační přímky je ppm. Charakteristická koncentrace pro toto stanovení je µg ml 1 Zn 2+. 2b) Obsah Zn 2+ iontů ve vzorku zjištěný metodou std. přídavku je ppm. 2c) Porovnání směrnic obou stanovení ( 2a) a 2b) ) a diskuze odlišností, vlivů matrice a vhodnosti použití: 3) Diskuze závislostí absorbance Ca na koncentraci l 3+ pro oba typy plamene: Zdůvodněte rozdílný pokles absorbance Ca v přítomnosti hliníku a uveďte, jakou funkci má přidaný draslík. 2/2