Ć ć INSTRUMENTALNE METODY ANALIZY ś ćgalaxy.agh.edu.pl/~kca/ima_zaoczne_wykladI.pdf · Wykład 1 – dr hab. in Ŝ. Bogusław Ba ś ... 2.Atomowa spektrofotometria absorpcyjna

2013-03-04

1

INSTRUMENTALNE METODY ANALIZY

B. Baś „Instrumentalne metody analizy” B. Baś „Instrumentalne metody analizy”

Regulamin ćwiczeń „ Instrumentalne metody analizy”

1. Ćwiczenia rozpoczynają się o godzinie określonej w harmonogramie zajęć.

2. Na ćwiczeniach obowiązuje podział na grupy laboratoryjne.

3. Wszystkie ćwiczenia rozpoczynają się sprawdzianem pisemnym (kolokwium).

4. Warunkiem zaliczenia danego ćwiczenia jest uzyskanie pozytywnej oceny zkolokwium, czynny udział w trakcie wykonywania ćwiczenia oraz opracowanie iprzedłoŜenie prowadzącemu pisemnego sprawozdania.

5. Uzyskanie oceny niedostatecznej z kolokwium nie wyklucza (w uzasadnionychprzypadkach) udziału studenta w ćwiczeniu, jednakŜe warunkiem jegozaliczenia jest zdanie wiadomości teoretycznych w zakresie i terminiewyznaczonym przez prowadzącego.

6. Warunkiem otrzymania zaliczenia jest uzyskanie pozytywnyc h ocen zewszystkich ćwiczeń.

7. W przypadku gdy student nie uzyska ocen pozytywnych w pierwszym terminieze wszystkich ćwiczeń przysługuje mu prawo do dwóch terminówpoprawkowych.

8. Regulamin ćwiczeń dopuszcza zdawanie dodatkowego materiałuteoretycznego jedynie z dwóch nie zaliczonych ćwiczeń.

B. Baś „Instrumentalne metody analizy”

ROZKŁAD ZAJ ĘĆz przedmiotu INSTRUMENTALNE METODY ANALIZY

IV rok studiów niestacjonarnych WIMiC rok akademicki 2012/2013

WYKŁADY

DATA GODZ

02.03.2013sobota 900 −−−− 1130 Wykład 1 – dr hab. inŜ. Bogusław Baś

Sala 118 budynek A3

03.03.2013niedziela 900 −−−− 1130 Wykład 2 – dr hab. inŜ. Bogusław Baś

Sala 118 budynek A3

06.04.2013sobota 900 −−−− 1130 Wykład 3 – dr hab. Jan Migdalski, prof. AGH

Sala 118 budynek A3


Sala 416 budynek A3


Sala 118 budynek A3

04.05.2013sobota

1815 −−−− 1945 Wykład 6 – dr hab. Jan Migdalski, prof. AGHSala 416 budynek A3


Sala 118 budynek A3

dr hab. in Ŝ. Bogusław Ba ś A-3, IVp, pok. 407 [email protected]; tel. (12) 617 25 29; kom. 604 61 6 5 74


ZAJĘCIA LABORATORYJNE

DATA GODZGRUPA

1 2 3

13.04.2013sobota

900 −−−− 1300 1EN 4JM

1400 −−−− 1800 1EN

14.04.2013niedziela

900 −−−− 1300 2BB 3JK

1400 −−−− 1800 2BB

04.05.2013sobota

900 −−−− 1300 3JK 2BB

1400 −−−− 1800 3JK

05.05.2013niedziela

900 −−−− 1300 4JM 1EN

1400 −−−− 1800 4JM

08.06.2013sobota

900 −−−− 1300

1400 −−−− 1800 Zajęcia zaliczeniowe grupy: 1; 2 i 3

Tematy ćwiczeń:1.Przygotowanie próbek do analizy dr inŜ. Ewa Niewiara (EN)2.Atomowa spektrofotometria absorpcyjna ASA dr hab. inŜ. Bogusław Baś (BB)3.Potencjometria mgr inŜ. Justyna Kupis (JK)4.Spektrofotometria klasyczna dr hab. Jan Migdalski, prof. AGH (JM)


Grupa 11. Bogacz Anna2. Dziadek Michał3. Dziedzic El Ŝbieta4. Faron Paulina5. Filak Krzysztof6. Frączyk Wioleta7. Głuc Artur8. Gniazdowski Andrzej9. Górnisiewicz Jacek10. Łyso ń Kamil11. Zapiórkowska Patrycja

Grupa 2

1. Błachut Szymon2. Czopek Szymon3. Jagusiak Piotr4. Kędzior Katarzyna5. Lekka Maria6. Litak Dariusz7. Miodo ński Rafał8. Stareńczak Damian9. Tejchma Michał10. Włosowicz MaciejGrupa 3

1. Baster Michał2. Graczak Małgorzata3. Kału Ŝyńska Barbara4. Maj Karol5. Nawracaj Józef6. Płaszewska Agnieszka7. Sapalski Sławomir8. Soszko Łukasz9. Swieczkowska Natalia10. Szostakiewicz Magdalena11. Świerkosz Mateusz12. Tomsia Monika13. Wiecha Karol


Źródła informacji:

• wykład (http://galaxy.uci.agh.edu.pl/~kca/)

• skrypt AGH W.W. Kubiak, J. Gołaś „Instrumentalne metody analizy chemicznej" Wyd. Nauk. "Akapit" 2006

1) M. Jarosz „Nowoczesne techniki analityczne” Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, W-wa 2006.

2) J. Minczewski, Z. Marczenko „Chemia analityczna” T.1 i T.2, Wyd. Nauk. PWN W-wa 2008

3) D.A. Skoog, D.M. West, F.J. Holler, S.R. Crouch „Podstawy chemii analitycznej” T.1 i T.2 (tłum. E. Bulska i in.) Wyd. Nauk. PWN W-wa 2007

dr hab. inŜ. Bogusław Baś A3 IVp pok.407; tel. 25-29, 604 616 574

2013-03-04

2

CHEMIA ANALITYCZNA

Interdyscyplinarna nauka zajmująca się opracowaniem oraz praktycznym zastosowaniem metod pozwalających na określenie ze znaną precyzj ą i dokładno ścią składu chemicznego obiektów materialnych.

Przedmiotem analityki jest:

Informacja o rodzaju i zawartości składników włącznie z ich przestrzennym uporządkowaniem i rozmieszczeniem, a takŜe zmianami w czasie.

Wynikiem badań analitycznych jest informacja uzyskiwana poprzez materialne lub energetyczne oddziaływanie na badany obiekt.


Analiza jako ściowa – to identyfikacja pierwiastków i związków obecnych w próbce.

Analiza ilo ściowa – to określenie zawartości (stęŜenia) składnika(-ów) w próbce.

Analit – to składnik (indywiduum chemiczne) próbki, który jest oznaczany w danym procesie analitycznym.

Oznaczenie – jest procesem, w którym wyznacza się zawartość (stęŜenie) danego składnika (analitu) w badanej próbce.

Matryca – pozostała cześć materiału lub próbki, w których znajduje się analit.

Interferenty – to substancje, które w czasie analizy powodują powstawanie błędów systematycznych przez zwiększenie lub zmniejszenie sygnałów analitu lub tła.


WIELKOŚĆ PRÓBKI

Wielkość próbki często stanowi podstawę klasyfikacji na typy przeprowadzanych analiz.

Techniki stosowane w przypadku bardzo małych próbek są zupełnie róŜne od technik odpowiednich dla próbek w skali makro.

Wielko ść próbki Skala analizy

> 0.1 g makro

0.01 – 0.1 g semimikro

0.0001 – 0.01 g mikro

< 10-4 g ultramikro

Klasyfikacja analiz wg wielkości próbki


RODZAJE SKŁADNIKÓW

Składniki oznaczane w procedurach analitycznych mogą bardzo znacznie róŜnić się stęŜeniem.

Ogólny problem związany z oznaczaniem śladów polega na tym, Ŝe wiarygodność wyniku zwykle drastycznie spada wraz ze zmniejszeniem się zawartości analitu.

Poziom analitu Typ składnika

1% – 100% główny

100 µg/g – 1% poboczny

1 ng/g – 100 µg/g śladowy

< 1 ng/g ultraśladowy

ZaleŜność błędu międzylaboratoryjnego od stęŜenia analitu


ANALITYKA SKŁADU

– określa skład próbki tj. jakie substancje i w jakiej ilości występują w próbce.

Chromatogram fosrofo-organicznych insektycydów

Widmo mas wzorcowej próbki skały metody ICP MS


2013-03-04

3

ANALITYKA ROZMIESZCZENIA

– określa jakie jest rozmieszczenie przestrzenne w skalimakro poszczególnych składników próbki.

Cu

Al

Si


ANALITYKA STRUKTURALNA– określa jakie jest rozmieszczenie przestrzenne w skali

atomowej poszczególnych składników próbki.

Zn

Anhydraza węglanowa

- jeden z najszybciej działających enzymów. Jedna cząsteczka enzymu katalizuje 104 - 106 cząsteczek CO2 w ciągu 1 s.

w tkankach; wysokie stęŜenie CO2

w płucach; niskie stęŜenie CO2

CO2 + H2O HCO3-Anhydraza węglanowa

HCO3- CO2 + H2O

Anhydraza węglanowa


ANALITYKA PROCESOWA

Zmiany stęŜeń składników próbki w czasie. Zastosowanie:

� kontrola procesów przemysłowych

� badanie procesów zachodzących w środowisku naturalnym

� badanie procesów zachodzących w organizmach Ŝywych

� badanie przebiegu reakcji i procesów chemicznych


ANALIZA ELEMENTARNA- określa skład pierwiastkowy próbki tzn. jakie pierwiastki i w jakich

ilościach występują w badanym obiekcie, często ogranicza się do kilku a nawet jednego pierwiastka.

ANALIZA SZCZEGÓŁOWA- oznaczany jest skład obiektu badanego z uwzględnieniem

związków chemicznych - ogranicza się do kilku a nawet jednego związku.

ANALIZA SPECJACYJNA- identyfikacja i ilościowe oznaczanie róŜnych fizycznych i

chemicznych form (indywiduów) danego pierwiastka występujących w badanym obiekcie analizy.



2013-03-04

4


PROCES ANALITYCZNY

OBIEKT POMIARU

PRÓBKA

SYGNAŁ

WYNIK POMIARU

WYNIK ANALIZY

INFORMACJA

ZMIENNEUKRYTE

BADANYOBIEKT

PROBLEM

STRATEGIA POBIERANIA

PRÓBKI

POBIERANIE

PRÓBKI

PRZYGOTOWANIE PRÓBKI

POMIAR

REJESTRACJA/OCENA

KALIBRACJA

INTERPRETACJA

PERCEPCJA ROZWIĄZANIE

PROBLEMU

SYSTEMPOMIAROWY

METODY

CHEMO-

METRYCZNE


Obiekt badany Próbka

Próbka pomniejszona i homogeniczna

Próbka roztworzona- obiekt pomiaru


Pomiar Sygnał

Sygnał zarejestrowany Wynik analizy

Co2O3 2.4 ± 0.2%

Al 2O3 24.4 ± 0.8%

SiO2 54.5 ± 1.5%

Ba0 4.6 ± 0.4%


BADANY OBIEKT


WYBÓR METODY ANALITYCZNEJ

Wymagane jest zdobycie jak najszerszych informacji na temat badanego obiektu oraz pobranej próbki, dlatego naleŜy określić:

- co będzie przedmiotem oznaczenia, czy jest to jedna lub wielesubstancji

- jaki jest stan skupienia badanego materiału

- jaki jest przewidywany zakres stęŜenia analitu i czy będzie onulegał znaczącym zmianom

- jakie są chemiczne, fizyczne i biologiczne właściwości matrycy

- czy komponenty zawarte w próbce mogą powodować interferencje

- ile próbek ma być przebadanych i w jakich odstępach czasowych, czy będą to krótkie serie, badanie długofalowe, czy teŜ np.monitorowanie procesów w środowiska


2013-03-04

5

- jaka ilość próbki będzie dostępna i czy moŜe ona uleczniszczeniu podczas analizy

- ile wynosi czas pojedynczej analizy i czy jest on parametrem krytycznym (np. w oznaczeniach klinicznych) oraz czy próbkamoŜe ulegać zmianom w czasie

- jaka jest dopuszczalna niepewność otrzymywanych wyników ze szczególnym uwzględnieniem precyzji i dokładności

- jakie są dodatkowe wymagania dotyczące jakości wyników, czy metoda musi zostać zwalidowana

- jakich dodatkowych informacji oczekuje się od zleceniodawcy

Wybór konkretnej metody to zwykle kompromis pomiędzy poŜądaną jakością wyników, moŜliwościami ekonomicznymi i czasowymi analityka.

WYBÓR METODY ANALITYCZNEJ cd.


Poprawne wykonanie analizy chemicznej z zastosowani em techniki instrumentalnej wymaga pełnego zrozumienia :

- zasady fizykochemicznej , na której oparta jest wybrana metoda instrumentalna

- praw fizycznych , stanowiących podstawę pracy instrumentu pomiarowego

- ogranicze ń wynikających z zastosowania metody pomiarowej


PRZEGLĄD METOD ANALITYCZNYCH

METODA SYGNAŁWIELKOŚĆ MIERZONA

UWAGI

Analiza wagowa Masa Ilość analitu Podstawowa metoda ilościowa

Miareczkowanie Objętość titranta Ilość analituPunkt końcowy wykrywany wizualnie lub metodami instrumentalnymi

PotencjometriaSiła elektromotoryczna

Aktywność pH, elektrody jonoselektywne

Konduktometria Przewodnictwo StęŜenie

Kulometria Ładunek Ilość analitu

Elektrograwimetria Masa Ilość analituMasa substancji wyelektrolizowanej z roztworu

Woltamperometria Prąd StęŜenie KER -polarografia

Woltamperometria stripingowa

Prąd StęŜenie Analiza śladów


PRZEGLĄD METOD ANALITYCZNYCH

METODA SYGNAŁWIELKOŚĆ MIERZONA

UWAGI

Spektrofotometria NatęŜenie światła StęŜenie UV - ViS

Spektroskopia emisyjnaNatęŜenie linii spektralnej

StęŜeniePółilościowa metoda przeglądowa

Fotometria płomieniowaNatęŜenie linii rezonansowej

StęŜenieŁatwo wzbudzalne metale (Na, K, Ca)

Atomowa Spektrometria Adsorpcyjna

NatęŜenie linii spektralnej

StęŜenieNajczęściej stosowana metoda analizy śladowej

Spektrometria masowaPromień trajektorii cząstki i natęŜenie linii

Ilość analitu ICP MS - analiza śladowa

Analiza aktywacyjna

Intensywność kwantów γ, aktywacja neutronami

Ilość analitu Metoda niedestrukcyjna


PRECYZJA WYBRANYCH METOD ANALITYCZNYCH

ICP-MS

Aktywacja neutronowa

Kulometria

ASA płomień

Spektrofotometria

Analiza miareczkowa

Analiza wagowa

Technika RSD [%]

Woltamperometriastripingowa

Woltamperometriaimpulsowa

10-3

10-2

10-1

100

101


ZAKRES STOSOWALNO ŚCI

ppm


2013-03-04

6

CZAS POMIARU


PROCES ANALITYCZNY

OBIEKT POMIARU

PRÓBKA

SYGNAŁ

WYNIK POMIARU

WYNIK ANALIZY

INFORMACJA

ZMIENNEUKRYTE

BADANYOBIEKT

PROBLEM


PRÓBKI

POBIERANIE

PRÓBKI


POMIAR

REJESTRACJA/OCENA

KALIBRACJA

INTERPRETACJA


PROBLEMU

SYSTEMPOMIAROWY

METODY

CHEMO-

METRYCZNE


PRÓBKA ANALITYCZNA

Analiza chemiczna jest zwykle przeprowadzana dla niewielkiej części obiektu badanego nazywanego próbką.

Niezbędnym, wstępnym krokiem w kaŜdym procesie analitycznym jest pobranie próbki.

Sposób pobrania próbki decyduje o ostatecznym wyniku analizy.

Pobranie próbki

- to operacja w wyniku, której uzyskiwana jest próbka reprezentatywna dla obiektu badanego i określonego celu analizy

- rozróŜnia się czynne i bierne pobieranie prób.

Technika bierna jest oparta na swobodnym przepływie cząsteczek analitu z badanego medium do medium ad(ab)sorbującego, w wyniku róŜnicy potencjału chemicznego analitu w obu mediach.


POBRANIE PRÓBKI

Pobieranie próbki (próbki reprezentatywnej) jest procesem, w którym wydziela się niewielką porcję materiału w taki sposób, Ŝe odzwierciedla ona skład całego analizowanego materiału.

Bez względu na sposób i warunki pobrania próbki analityk musi być pewien, Ŝe próbka analityczna reprezentuje całość badanego materiału.

Pobieranie próbek jest często najtrudniejszym etapem całego procesu analitycznego i wprowadza najwięcej błędów.


Specjalne techniki stosowane są do ciągłego pobierania próbek oraz do próbek biologicznych i mikrobiologicznych.

Właściwości badanego obiektu wpływające na sposób pobraniai postępowania z próbką:

� stan skupienia (ciało stałe, ciecz, gaz)� skład fazowy� jednorodność

� wielkość� twardość

� lotność� trwałość


Wielkość próbki, P, którą naleŜy pobrać z obiektu ciągłego zaleŜy od zakresu oznaczalności, A, metody analitycznej i zawartości, G,oznaczanego składnika w próbce:

A - zakres oznaczalności metody (uwzględnia czynności związane z przygotowaniem próbki)

G - zawartość oznaczanego składnika w próbce (mx - masa oznaczanego składnika, my - masa matrycy próbki)

][gG

AP =

yx

x

mm

mG

+=


2013-03-04

7

Wielkość próbki, n, którą naleŜy pobrać z obiektu dyskretnego, N, (np. tabletki) moŜe być określona w sposób uproszczony metodą pierwiastka kwadratowego:

Bardziej wiarygodne wyniki dają obliczenia wielkości próbki oparte ometody statystyczne.

Metody statystyczne wymagają przyjęcia poziomu ufności orazokreślenia jaka ilość obiektów pobranych do analizy moŜe przekraczaćgraniczne stęŜenie oznaczanej substancji.

Nn=


STRATEGIE POBIERANIA PRÓBKI

Losowe pobieranie próbek- próbki są pobierane w sposób losowy z całego obiektu badanego (duŜa liczba próbek).

Systematyczne pobieranie próbek- próbki są pobierane w oparciu o zadany

schemat geometryczny lub czasowy.

Warstwowe pobieranie próbek- obiekt badany dzielony jest na szereg części (warstw), z kaŜdej warstwy dalsze pobieranie próbek odbywa się w sposób losowy.

Reprezentatywne pobieranie próbek- podobnie jak dla metody warstwowej badany obiekt dzielony jest na

szereg warstw, ale pobieranie próbek z warstw jest prowadzone tak aby kaŜda warstwa była reprezentowana proporcjonalnie do swojej wielkości.


ETYKIETOWANIE PRÓBEK

- pojemniki z próbkami muszą być zaopatrzone w etykiety zawierające następującą informację:

- miejsce pobrania próbki (dokładna lokalizacja)- czas pobrania próbki (data, godzina)- ilość pobranych próbek (szczególnie w przypadku pobierania

wielu próbek)

- metoda stabilizacji lub konserwacji próbki

- dla jakiej metody analitycznejpróbka jest pobrana;

- informacje dodatkowe(kto pobrał, opis próbki itd.)


- muszą być wykonane z materiału obojętnego, nie oddziałującego z próbką (takŜe przez adsorpcj ę i absorpcj ę)

- muszą mieć wystarczającą wytrzymałość aby nie ulec uszkodzeniu podczas napełniania, transportu i przechowywania

POJEMNIKI NA PRÓBKI

Najczęściej stosowane pojemniki i naczynia laboratoryjne wytwarzane są ze szkła, kwarcu, porcelany i tworzyw sztucznych.

Na naczynia szklane stosuje się:

- szkło zwykłe, sodowo-wapniowe

- szkło laboratoryjne typu Jena G 20

- szkło boro-krzemowe typu Pyrex

- szkło kwarcowe (stopiony kwarc).


PRZECHOWYWANIE PRÓBEK

- obniŜona temperatura, do ok. 4°C- głębokie zamroŜenie do -20°C (-40°C), a nawet temperatury

ciekłego azotu- liofilizacja- zastosowanie stabilizatorów (konserwantów) oraz innych

substancji przeciwdziałających zmianom składu próbki

np. zakwaszenie - metoda zapobiegania adsorpcji śladów metali cięŜkich na ścianach naczynia.

Próbki powinny być analizowane najwcześniej jak to jest moŜliwe.

JeŜeli konieczne jest przechowywanie stosowane są następujące warunki:


PROCES ANALITYCZNY

OBIEKT POMIARU

PRÓBKA

SYGNAŁ

WYNIK POMIARU

WYNIK ANALIZY

INFORMACJA

ZMIENNEUKRYTE

BADANYOBIEKT

PROBLEM


PRÓBKI

POBIERANIE

PRÓBKI


POMIAR

REJESTRACJA/OCENA

KALIBRACJA

INERPRETACJA


PROBLEMU

SYSTEMPOMIAROWY

METODY

CHEMO-

METRYCZNE


2013-03-04

8

PRÓBKI RZECZYWISTE

W analizie próbek rzeczywistych przeszkadza obecność matrycy .

Matryca moŜe zawierać związki podobne pod względem właściwości fizycznych i chemicznych do analitu

Mogą one reagować z tymi samymi odczynnikami co analit lub teŜ mogą powodować powstawanie sygnału, który trudno odróŜnić od sygnału analitu.

Efekty przeszkadzające oznaczeniu analitu, wywołane obecnością obcych związków w matrycy nazywa się efektami matrycy .

Mogą być one wywołane nie tylko składem samej próbki, ale równieŜ odczynnikami i rozpuszczalnikami uŜytymi na kaŜdym etapie przygotowania próbki.

Skład matrycy moŜe się zmieniać w czasie.


USUNIĘCIE INTERFERENCJI

Indywidua inne niŜ oznaczany analit, które wpływają na wynik pomiaru, nazywane są interferentami .

Eliminacja interferencji jest jednym z trudniejszych wyzwań dla analityka, gdyŜ powinien on zastosować takie postępowanie, które umoŜliwi oddzielenie analitu od interferentów przed pomiarem.

Techniki analityczne, które dotyczą oznaczania tylko jednego składnika (analitu) nazywa się specyficznymi .

Techniki analityczne, które dotyczą oznaczania ograniczonej liczby analitów nazywa się selektywnymi .


OPERACJE PRZYGOTOWANIA PRÓBKI

- homogenizacja i pomniejszanie

- suszenie lub liofilizacja

- rozdrabnianie (materiały lite: młyny agatowe, z tlenku cyrkonu, azotku boru, korundu; materiały biologiczne: homogenizatory z PTFE chłodzone ciekłym azotem)

- podział próbki

- rozkład próbek (spopielanie, rozpuszczanie, roztwarzanie, stapianie i spiekanie)

- rozdzielanie i zatęŜanie (ekstrakcja, wymiana jonowa, zatęŜanie na nośniku, ekstrakcja do fazy stałej)

- odwaŜanie i odmierzanie


MINERALIZACJA SUCHA (spopielanie)

W układzie otwartym

- ogrzewanie próbki (w piecu muflowym lub płomieniem palnika) do temperatury 450 – 550°C ( a nawet 1000°C ) w tyglu (porcelanowym, kwarcowym lub platynowym) do całkowitego rozkładu substancji organicznej (ok. 3 godz.).

ZALETY:

niska ślepa próba, wielkość próbki dowolna.

WADY:straty składników lotnych, moŜliwe straty mechaniczne, długi czas procesu, proces dwustopniowy (otrzymany popiół musi być rozpuszczony/roztworzony).


Metoda polega na spaleniu małej ilości substancji organicznej (~20mg) w zamkniętej kolbie wypełnionej tlenem.

Gazowe produkty spalenia są ilościowo absorbowane w wodzie (lub roztworze kwasu) nalanej na dno kolby.

W układzie zamkni ętym (bomba tlenowa)


MINERALIZACJA MOKRA (w systemie otwartym)- polega na ogrzewaniu próbki w kwasach utleniających, które roztwarzają jej składniki nieorganiczne, a organiczne utleniają do CO2, wody i innych lotnych produktów.

Najczęściej stosowane kwasy i ich mieszaniny to:

HNO3 + H2O2 - próbki biologiczneHNO3 + H2SO4 - uniwersalna

HNO3 + HCl - woda królewska - uniwersalnaHNO3 + HClO4 - próbki biologiczne, wybuchowa

HF - próbki nieorganiczneHNO3 + HF - uniwersalnaHClO4 - próbki biologiczne, wybuchowa


2013-03-04

9

ŹRÓDŁA BŁ ĘDÓW PODCZAS ROZPUSZCZANIA

Niecałkowite rozpuszczenie próbki- w idealnym przypadku stosowany odczynnik powinien rozpuścić całą próbkę, a nie tylko sam analit. Próby ilościowego wyługowania analitu z nierozpuszczonej pozostałości są zwykle nieudane.

Straty analitu przez ulatnianie- podczas rozpuszczania w stęŜonych kwasach ulatniają się: CO2; SO2; H2S; H2Se; H2Te; SiF4 i BF3. Z gorącego HCl ulatniają się: SnCl4; GeCl4; SbCl3; AsCl3 i HgCl2. Obecność jonów Cl- w H2SO4 i HClO4 powoduje straty lotnych związków: Bi; Mn; Mo; Tl; V i Cr.

Wprowadzanie analitu jako zanieczyszczenia rozpuszc zalnika- zwykle masa roztworu potrzebnego do rozpuszczenia próbki przekracza masę próbki o jeden lub dwa rzędy wielkości.

Reakcje rozpuszczalnika ze ścianami naczynia- szczególnie istotne w analizie śladów.


MINERALIZACJA UV- stosowana do próbek ciekłych zawierających substancje organiczne.

Próbka naświetlana jest lampą kwarcową (150 - 400 W; 250 nm).

Zwykle do próbki dodaje się substancję utleniającą: H2O2 lub/i HNO3.

MINERALIZACJA MIKROFALOWA- podobna do mineralizacji „na mokro” w kwasach, ale energia jest dostarczana bezpośrednio do próbki.

Do roztwarzania mikrofalowego stosuje się zwykle fale 2 450 MHz i moc 600 - 700 W.

Próbka adsorbuje energię mikrofal w stopniu zaleŜnym od wsp. pochłaniania: 0.6 – kwarc; 1.5 – teflon; 10.6 - szkło boro-krzemowe; 1570 – woda.

Mikrofale s ą promieniowaniem niejonizuj ącym, wywołuj ą ruchy molekularne przez migracj ę jonów i rotacj ę dipoli, nie powoduj ą zmian struktury molekularnej.


STAPIANIE

Trudne do roztworzenia materiały (skały i minerały tlenkowe fosforanowe, krzemianowe i glinokrzemianowe, czy niektóre stopy Ŝelaza) są zamieniane w łatwo rozpuszczalne związki na drodze stapiania z topnikami.

Ze względu na korozyjne działanie topnika stapianie prowadzi się w moŜliwie krótkim czasie i w jak najniŜszej temperaturze.

SPIEKANIE-to rozkład próbek przy uŜyciu minimalnej ilości topnika i w

temperaturze niŜszej niŜ temperatura stapiania.

Spiekanie prowadzi się z Na2CO3 lub mieszaninie Na2CO3 + K2CO3

z dodatkiem CaO, MgO i ZnO względnie Na2O2.

Wadą obu procesów jest znaczna kontaminacja, wprowadzenie dopróbki znacznej zawartości soli i straty składników lotnych.


Topnik tt°C Tygiel Zastosowanie

Na2CO3

Na2CO3 z KNO3

KClO3; Na2O2

NaOH lub KOH

Na2O2

B2O3

851

318

380

577

Pt

Pt (nie z Na2O2), Ni

Au, Ag, Ni

Fe, teflon

Pt

Próbki zawierające krzemiany, glin, fosforany i siarczany

Próbki zawierające S, As, Sb, Cr, itd.

Krzemiany, węglik krzemu, róŜne minerały

Siarczki, nierozpuszczalne w kwasach, stopy Fe, Ni, Cr, Mo, W, stopy platyny z Cr, Sn, Zr

Krzemiany i tlenki do oznaczeń metali alkalicznych

Do stapiania i spiekania stosowane są naczynia z metaliszlachetnych: platyna, iryd, rod, ruten, pallad, złoto, srebro i ich stopyjak równieŜ z metali nieszlachetnych: nikiel, cyrkon, tantal, molibden anawet Ŝelazo.


METODY ROZDZIELANIA I ZAT ĘśANIA

- dwie całkowicie wymieszane substancja mogą zostać rozdzielone jeŜeli róŜnią się co najmniej jedną właściwością fizykochemiczną.

Podstawa rozdzielania Metoda

Lotność Destylacja, Rafinacja

Współczynnik podziału Chromatografia, Ekstrakcja

Równowaga wymiany Wymiana jonowa

Aktywność powierzchniowa Chromatografia, Rafinacja piany

Geometria cząsteczki Filtracja, Dializa, Elektrodializa

Migracja Elektroforeza

Rozpuszczalność Strącanie

Potencjał rozkładu Elektroliza


EKSTRAKCJA

- to technika rozdzielania mieszanin substancji, selektywnie przenoszonych między dwiema niemieszającymi się fazami ciekłymi lub między fazą ciekłą i stałą.

Ekstrakcja rozpuszczalnikowa

- jest oparta na ekstrakcji niepolarnych, nienaładowanych cząstek z roztworu wodnego do niemieszającego się z nim rozpuszczalnika organicznego lub ekstrakcji polarnych lub zjonizowanych cząstek z rozpuszczalnika organicznego do roztworu wodnego.

Ekstrakcja do fazy stałej- roztwór próbki przepuszcza się przez warstwę sorbentu w takich warunkach, Ŝe albo analit zostaje zatrzymany, a składniki matrycy wymyte, albo na odwrót – zatrzymane są składniki matrycy, a analit zostaje wymyty.


2013-03-04

10

PRAWO PODZIAŁU NERNSTA

W stałej temperaturze i pod stałym ciśnieniem substancja, S, ulega podziałowi między dwa określone i niemieszające się rozpuszczalniki zawsze w tym samym stosunku. Stosunek stęŜeń równowagowych w obu fazach nazywany jest stałą podziału, KD, i opisany wyraŜeniem:

aq

orgD S

SK

][

][=

Wartość KD jest niezaleŜna od całkowitego stęŜenia substancji rozpuszczonej.


WYMIANA JONOWA

- jest procesem, w którym jony substancji rozpuszczonejw fazie ruchomej mogą ulegać wymianie na przeciwjonyobdarzone takim samym ładunkiem i związane z przeciwnie naładowanymi grupami, chemicznie związanymi z fazą stacjonarną.

Faza stacjonarna jest zwykle polimerowym, przepuszczalnym ciałem stałym (Ŝywice organiczne) lub modyfikowaną krzemionką.

wymiana kationowa :

wymiana anionowa :

Dobry jonit powinna cechować duŜą pojemność, wysoka szybkość reakcji wymiany oraz odporność chemiczna.

( ) ++−++− +⇔+ nHXRXHnR nn

n

( ) −−+−−+ +⇔+ nClYRYClnR nn

n


- to proces, w którym roztwór pod wpływem wywieranego, wysokiego ciśnienia przenika przez półprzepuszczalną membranę, podczas gdy rozdzielane składniki stałe pozostają na membranie.

W zaleŜności od wielkości porów membrany przez membranę moŜe przenikać tylko rozpuszczalnik, lub cząstki o określonej wielkości.

ULTRAFILTRACJA

Stosowane średnice porów membran to 0.1 - 1 µm i ciśnienia 10 - 30 MPa.

zatrzymane cząstki

pory w membranie


- polega na usuwaniu małych cząsteczek lub jonów z roztworów koloidalnych za pomocą półprzepuszczalnej membrany, która zatrzymuje cząstki koloidalne a „przepuszcza” małe jony i cząstki.

Przyspieszenie rozdziału ma miejsce gdy proces prowadzony jest w polu elektrycznym - elektrodializa .

DIALIZA


- jest metodą rozdzielania wykorzystującą róŜnice szybkości migracjinaładowanych indywiduów przez buforowane medium, w polu elektrycznym prądu stałego.

Szybkość ruchu cząstek jest funkcją ich ładunku, wielkości i kształtu. Po pewnym czasie rozdzielane elektroforetycznie naładowane cząstki tworzą oddzielne strefy.

Roztwór buforowy jest ośrodkiem przewodzącym elektryczność zapewnia teŜ stałość pH.

Elektroforeza prowadzona jest na specjalnych elektroforetycznych papierach, octanie celulozy i Ŝelach (agar-agar).

ELEKTROFOREZA


Roztwory

Roztwory stosowane w praktyce analitycznej moŜna podzielić na kilka grup, a mianowicie:

- roztwory o przybliŜonym składzie, słuŜą do operacji analitycznych takich jak roztwarzanie analizowanej próbki, rozdzielanie składników itp.

- roztwory mianowane oraz roztwory wzorcowe o ściśle określonym stęŜeniu danego jonu lub związku chemicznego

- roztwory buforowe o określonym stęŜeniu, słuŜące jako wzorce pH i/lub do utrzymywania stałego pH

- inne roztwory, o ogólnym zastosowaniu jak np. roztwory do mycia naczyń laboratoryjnych, usuwania zanieczyszczeń itp.


2013-03-04

11

W standartowej analizie na zawartość składników głównych stosuje się odczynniki o stopniu czystości czysty do analizy(cz.d.a. ), purum pro analysi (pa), analytical grade (ar).

Odczynniki

Do celów specjalnych jak analiza śladów produkowane są odczynniki o wysokim stopniu czystości np. Suprapur®.

Dla potrzeb poszczególnych technik produkowane są odczynniki o specjalnej czystości takie jak spektralnie czyste czy o czystości chromatograficznej.

Dodatkowo stosowane są specjalne procedury oczyszczania odczynników, jak: krystalizacja, destylacja, ekstrakcja, strącanie zanieczyszczeń na nośnikach, oczyszczanie na jonitach lub elektrolityczne wydzielanie.


ZASADY POSTĘPOWANIA Z ODCZYNNIKAMI

1. Zawsze stosuje się odczynniki o najwyŜszej czystości do danego oznaczenia. Opakowania powinny być jak najmniejsze.

2. Pojemnik zamyka się natychmiast po pobraniu odczynnika.

3. Nakrętkę pojemnika trzyma się w palcach i nigdy nie odkłada np. stół laboratoryjny.

4. Nie wolno wprowadzać z powrotem do opakowania niezuŜytego odczynnika.

5. Do opakowania z odczynnikiem nie wolno wprowadzać sprzętu jak łopatki, łyŜeczki itp. Odczynnik odsypuje się z pojemnika, podobnie w przypadku roztworów odlewa się odpowiednią jego ilość.

6. Po rozsypaniu odczynnika czy rozlaniu roztworu naleŜy natychmiast posprzątać miejsce pracy.

7. NaleŜy się stosować do lokalnych wymagań prawnych opisujących zasady utylizacji odczynników i ścieków.


Dostępne są kompletne systemy laboratoryjne do oczyszczania wody takie jak: Milli-Q, Direct-Q, Super-Q (Millipore LabWater Products, USA).

WODA

Tradycyjne metody oczyszczania takie jak wielokrotna destylacja i wymiana jonowa są obecnie uzupełnione przez metody wykorzystujące procesy membranowe takie jak odwrotna osmoza, ultrafiltracja czy elektrodializa.

Systemy Milli-Q są wyposaŜone w mierniki przewodnictwa, lampy UV (obniŜenie zanieczyszczeń organicznych < 5 ppb), filtr 5 kDa.


POMIAR MASY (waŜenie)

W większości procedur analitycznych stosowane są wagi analityczne , w przypadku kiedy nie jest konieczna bardzo dokładna znajomość masy stosowane są wagi laboratoryjne .

Najczęściej stosowane są wagi analityczne charakteryzujące się maksymalnym obciąŜeniem od 160 do 200 g i precyzją ± 0.1 mg.

Wagi półmikroanalityczne charakteryzują się maksymalnymobciąŜeniem w zakresie od 10 do 30 g i precyzją ± 0.01 mg.

Wagi mikroanalityczne charakteryzują się maksymalnym obciąŜeniem w zakresie od 1 do 3 g i precyzją ± 0.001 mg (1 µg).

W tradycyjnych wagach równoramiennych typowe były dwie szalki zawieszone na dźwigni umieszczonej na ostro zakończonym łoŜysku noŜowym, wspierającym dźwignię w środkowym jej punkcie. Zgodnie z zasadą odwaŜniki umieszcza się na lewej szalce, waŜone przedmioty na prawej szalce.


ELEKTRONICZNA WAGA ANALITYCZNA

Wagi elektroniczne wyposaŜone są w system serwosterujący czyli urządzenie, w którym przepływ prądu o niewielkim natęŜeniu powoduje powrót układu mechanicznego do pozycji wyjściowej.

Wagi elektroniczne mają z reguły system tarowania. Tara jest to masa pustego naczynka na próbkę. Tarowanie jest to proces zerowania wagi, gdy naczynie jest postawione na szalce wagi.


Korygowanie bł ędu wynikaj ącego z ró Ŝnicy g ęstości

Znaczna róŜnica gęstości waŜonego przedmiotu i gęstości odwaŜników jest powodem błędu waŜenia.

Ten błąd wynika z róŜnicy w sile wyporu powietrza wywieranej na przedmiotach o róŜnej gęstości.

Poprawkę na wypór hydrostatyczny dla wag elektronicznych oblicza się z równania:

W1 – skorygowana masa waŜonego przedmiotu

W2 – masa odwaŜników wzorcowychdx – gęstość waŜonego przedmiotudodw – gęstość odwaŜnikówdpow – gęstość powietrza (1.2 mg·cm3)

−+=

odw

pow

x

pow

d

d

d

dWWW 221


2013-03-04

12

Wpływ temperatury

PowaŜnym źródłem błędów jest waŜenie przedmiotu, którego temperatura róŜni się znacznie od temperatury otoczenia.

RóŜnica temperatur powoduje, Ŝe:

- wytworzone w wyniku róŜnicy temperatur ruchy powietrza wpływają na efekt wyporu szalki i umieszczonego na niej przedmiotu.

- ogrzane powietrze znajdujące się wewnątrz pojemnika z waŜoną substancją ma mniejszą masę niŜ ta sama objętość powietrza w niŜszej temperaturze.

Błędy wynikające z waŜenia substancji, które nie zostały schłodzone do temp. pokojowej, mogą dochodzić nawet do 10%.

W przypadku wag elektronicznych znaczącym źródłem błędu moŜe być ładunek elektrostatyczny, ten problem jest szczególnie istotny przy małej wilgotności powietrza.


POMIAR OBJĘTOŚCI

Precyzyjne odmierzanie objętości jest równie waŜne jak pomiar masy.

Jednostką objętości jest litr (L), definiowany jako jeden decymetr sześcienny.

Mililitr (mL) stanowi jedną tysięczną litra (0.001 L) i jest jednostką stosowaną wtedy gdy operuje się niewielką objętością.

Mikrolitr (µL) stanowi 10-6 L lub 10-3 mL.

Zarówno objętość zajmowana przez dana ciecz, jak i pojemność naczyń, w których znajduje się ciecz, zaleŜą od temperatury.

Współczynnik rozszerzalności rozcieńczonych roztworów wodnych to w przybliŜeniu 0.025% / oC.

W przypadku odmierzania objętości cieczy organicznychkonieczne jest stosowanie poprawki dla róŜnicy temperatur < 1 oC.


Kalibrowanie naczy ń miarowychKalibrowanie szkła miarowego polega na pomiarze masy cieczy

(wody destylowanej) o znanej gęstości i o znanej temperaturze, zawartej w kalibrowanym naczyniu lub z niego wylanej.

Podczas kalibrowania naleŜy zawsze pamiętać o poprawce związanej z gęstością odwaŜników i wody.

W praktyce laboratoryjnej dokonuje się:- kalibrowania pipet miarowych

- kalibrowania biuret- kalibrowania kolb miarowych- wyznacza się współmierność kolby i pipety (zastosowanie przy

dzieleniu próbki na jej podwielokrotności)

np. pipeta 50 mL x 10 porcji do kolby na 500 mL, przy menisku dolnym stawiamy kreskę. Pobieranie porcji roztworu za pomocą tej samej pipety stanowi dokładnie jedną dziesiątą objętości kolby.


KONTAMINACJA

Kontaminacja (zanieczyszczenie) - dotyczy niekontrolowanej zmiany stęŜenia oznaczanego pierwiastka w próbce, która ma miejsce w trakcie procesu analitycznego.

Kontaminacja jest głównym źródłem niedokładności w śladowej analizie elementarnej.

Problem kontaminacji jest szczególnie istotny gdy:

- oznaczane stęŜenie jest niŜsze od 1 ppm

- oznaczany pierwiastek występuje w wysokim stęŜeniu

- oznaczany pierwiastek występuje w lotnych związkach.


Środowisko laboratoryjne i personel

Prowadzenie operacji i analizy w czystym pomieszczeniu (clean room) lub komorze z laminarnym przepływem powietrza.

Czyste pomieszczenia klasyfikowane są na podstawie ilości cząstekpyłu na ft3 (klasa: 100 000, 10 000, 1 000 i 100).

Czyste pomieszczenia stawiają skrajnie wysokie wymagania wobec personelu - jedynie wysoko wykwalifikowani pracownicy w odpowiednim ubraniu mają wstęp.

np. kaŜdy człowiek pozostający w spoczynku „emituje” ok. 6 000 000 cząstek pyłu w ciągu godziny, natomiast juŜ poruszający się wolno ok. 20 razy więcej!!!

ŹRÓDŁA KONTAMINACJIśrodowisko, urządzenia i sprzęt laboratoryjny, odczynniki chemiczne, personel, mikroorganizmy, itp.


MYCIE SZKŁA LABORATORYJNEGO

Przykładowa procedura:

1. umycie w alkalicznym roztworze detergentu

2. staranne opłukanie w wodzie dejonizowanej

3. zanurzenie w 6 M HCl (60°C) przez 3 dni lub przez 7 dni (25°C)

4. staranne opłukanie w wodzie dejonizowanej

5. zanurzenie w 6 M HCl (60°C) przez 3 dni lub przez 7 dni (25°C)

6. kilkakrotne opłukanie w wodzie dejonizowanej

7. kondycjonowanie w 0.05 M HNO3 przez co najmniej 7 dni lub do momentu uŜycia

8. kilkakrotne opłukanie w wodzie dejonizowanej przed uŜyciem.


2013-03-04

13

PROCES ANALITYCZNY

OBIEKT POMIARU

PRÓBKA

SYGNAŁ

WYNIK POMIARU

WYNIK ANALIZY

INFORMACJA

ZMIENNEUKRYTE

BADANYOBIEKT

PROBLEM


PRÓBKI

POBIERANIE

PRÓBKI


POMIAR

REJESTRACJA/OCENA

KALIBRACJA

INERPRETACJA


PROBLEMU

SYSTEMPOMIAROWY

METODY

CHEMO-

METRYCZNE


Instrumentalne metody analityczne umoŜliwiają uzyskanie jakościowych i / lub ilościowych informacji o badanej próbce.

W czasie pomiaru analitycznego rejestruje się sygnały , które są odpowiedzią na róŜnego rodzaju procesy zachodzące w badanym układzie jak:

- reakcje chemiczne

- reakcje elektrochemiczne

- oddziaływania promieniowania elektromagnetycznego z próbką

- reakcje termiczne

- zjawiska na granicy faz

Metody pomiaru dzieli się na:

- chemiczne i fizyczne

- klasyczne i instrumentalne

- bezwzględne (absolutne) i porównawcze (względne)


Metody bezwzgl ędne (absolutne)

- są to metody nie wymagające wzorcowania i są z reguły oparte na reakcjach chemicznych przebiegających całkowicie i zgodnie ze znaną stechiometrią.

Metoda Wielko ść mierzona

Grawimetria masa produktów reakcji strącania

Miareczkowanie objętość titranta

Gazometria objętość gazu

Kulometria ładunek

Elektrograwimetria masa substancji wydzielonej na elektrodzie

Termograwimetria ubytek masy


Metody po średnie

Wymagają kalibracji względem znanych wzorców. Do metod porównawczych naleŜy większość metod instrumentalnych, w przypadku których mierzony parametr jest funkcją stęŜenia analitu.

kalibracja - proces, w którym wyznaczana jest zaleŜność funkcyjna pomiędzy mierzonym sygnałem a wielkością określającą ilość oznaczanego składnika na podstawie danych obarczonych błędami przypadkowymi.

Numeryczne wyraŜenie kalibracji polega na wyznaczeniu funkcji pomiarowej , F, zwanej takŜe funkcją kalibracyjną

y - mierzony sygnał (SEM, prąd, natęŜenie promieniowania itp.)x - wielkość związana z ilością oznaczanej substancji (stęŜenie, masa itp.)

)(xFy =


Wynik pomiarów rzeczywistych

sygnał uŜyteczny

szum

tło

sygnał mierzony


Źródła szumów elektrycznych

- szumy związane z procesem fizykochemicznym

- szumy związane z przetwarzaniem sygnału

- szumy elektryczne

Szumy z róŜnych źródeł (nieskorelowane) sumują się zgodnie z zaleŜnością:

∑= 2it UU


2013-03-04

14

KaŜdy pomiar wytwarza, oprócz sygnałów poŜądanych, nazywanych sygnałami analitycznymi, takŜe sygnały niepoŜądane, nazywane szumami i dryftem.

Zarówno szumy, jak i dryft są fluktuacjami przypadkowymi i nie zawierają informacji analitycznych.

Poziom szumów bada się bez analitu wywołującego sygnał a ich wartość wyznacza się:

- mierząc róŜnicę między najwyŜszą i najniŜszą wartością szumów

- obliczając wartość odchylenia standardowego dla n wartości sygnałów szumu.


Metody redukcji szumów

- metody a priori (stosowane przed i w trakcie pomiaru):

- ekranowanie, uziemianie

- separacja, filtracja

- symetryzacja, układy róŜnicowe

- odsprzęganie, ograniczenie pasma przenoszonych częstotliwości

- metody a posteriori (stosowane po zarejestrowaniu sygnału):

- wygładzanie,

- filtracja cyfrowa,

- „odszumianie”


- filtry wielomianowe

- metody oparte na transformacji Fouriera

- eliminacja „szpilek”

METODY WYGŁADZANIA

WYGŁADZANIE

- metody poprawy stosunku sygnału do szumu stosowane do sygnałów cyfrowych


Metoda u średniania przedziałowego

- polega na zastępowaniu centralnego punktu przesuwającego się po krzywej przedziału złoŜonego z nieparzystej liczby punktów pomiarowych (3, 5, 7, ...) przez średnią przedziałową.


Wygładzanie FFT- transformacja Fouriera - funkcja f(t) w domenie czasowej moŜe

zostać przekształcona w swoją reprezentację o domenie częstotliwościowej g(ω) przy pomocy transformacji danej wzorem:

g f t e dti t( ) ( )ωπ

ω=−∞

+∞

∫1

2

f t g e di t( ) ( )= −

−∞

+∞

∫1

2πω ωω

transformacja odwrotna dana jest wzorem:

w reprezentacji częstotliwościowej (widmie) wartości funkcji dla częstotliwości szumów są zerowane, następnie transformacja odwrotna odtwarza sygnał bez szumów.


g f t e dti t( ) ( )ωπ

ω=−∞

+∞

∫1

2f t g e di t( ) ( )= −

−∞

+∞

∫1

2πω ωω

funkcja f(t) w domenie czasowej

po transformacja Fouriera


2013-03-04

15

Woltamogramy ołowiu z zakresu 0 - 70 µM zaburzone szumem periodycznym.

Woltamogramy ołowiu wygładzone metodą FFT.


KOREKCJA TŁA

- dla większości instrumentalnych metod analitycznych dla uzyskania prawidłowych wyników analizy naleŜy dokonać korekcji tła

- jedną z metod korekcji jest odejmowanie tła.

Odejmowane tło moŜe być uzyskane poprzez niezaleŜny pomiar lub zostać wygenerowane:

- tło eksperymentalne (zmierzone dla ślepej próby lub innego roztworu o matrycy identycznej z próbką)

- tło wygenerowane (liniowe styczne, wykładnicze, wielomianowe lub uzyskane w wyniku zastosowania procedur fitujących)


Tło wykładnicze Tło liniowe


PROCES ANALITYCZNY

OBIEKT POMIARU

PRÓBKA

SYGNAŁ

WYNIK POMIARU

WYNIK ANALIZY

INFORMACJA

ZMIENNEUKRYTE

BADANYOBIEKT

PROBLEM


PRÓBKI

POBIERANIE

PRÓBKI


POMIAR

REJESTRACJA/OCENA

KALIBRACJA

INERPRETACJA


PROBLEMU

SYSTEMPOMIAROWY

METODY

CHEMO-

METRYCZNE


Kalibrowanie i wyznaczanie st ęŜenia

W idealnym przypadku mierzona wielkość sygnału, Y, jest wprost proporcjonalna do stęŜenia (zawartości) analitu cA:

Mierzona wartość, Y, powinna się zmieniać w znany i odtwarzalny sposób. Procedura wyznaczania wartości parametru, k, nazywa się kalibrowaniem .

AkcY =


Odwrotna postać funkcji kalibracyjnej:

nosi nazwę funkcji analitycznej , która jest wprost wykorzystywana do obliczenia poszukiwanego stęŜenia analitu.

)(1 yFx −=

Dla większości metod analitycznych nie jest znana teoretyczna postać funkcji pomiarowej.

Zwykle znana jest tylko jej przybliŜona postać, która nie moŜe być podstawą oznaczeń analitycznych (jest natomiast przydatna w określeniu typu funkcji - liniowa, kwadratowa, wykładnicza itp.).


2013-03-04

16

W praktyce wyznaczenie funkcji kalibracyjnej przebiega w trakcieprocesu kalibracji empirycznej (doświadczalnej). W tym celu naleŜy:

- dokonać szeregu pomiarów w roztworach standardowych o róŜnymstęŜeniu substancji oznaczanej - zwykle 3-10 roztworów

- pomiar w kaŜdym roztworze standardowym powtarzany jest conajmniej 2-krotnie, a do dalszej interpretacji wykorzystywana jest ichwartość średnia (po odrzuceniu błędów grubych)

- aby wyniki oznaczenia uzyskane na podstawie kalibracji byłypoprawne matryca próbki i roztworów standardowych powinna byćidentyczna


Otrzymany drogą eksperymentu zestaw par liczb (x i; y i)

x i - stęŜenie roztworu wzorcowego

y i - uśredniona warto ść sygnału

stanowi dane kalibracyjne.

Wys

okość

piku

[A

]µ

StęŜenie [ M]µ

y = 0.00998x + 0.033r = 0.9987

0.0

0 20 40 60

0.2

0.4

0.6

0.8StęŜenie Cd2+ [µM]

x i

Średni prąd piku [µA]

y i

0 0.0401

10 0.1251

20 0.2256

30 0.3269

40 0.4478

50 0.5258

60 0.6511

70 0.7163

Sygnał od próbki

Interpolowane stęŜenieanalitu w próbce


Typ funkcji pomiarowej (kalibracyjnej) jest zwykle zakładany na podstawie modelu teoretycznego.

Punkty krzywej kalibrowania wykazują pewien rozrzut, wynikający z błędów przypadkowych np. przy przygotowywaniu wzorców, szumów w obwodzie pomiarowym itd.

Przez punkty pomiarowe wykreśla się lini ę najlepszego dopasowania , znaną jako linia regresji .

Linia regresji (funkcja kalibracyjna) jest najczęściej dopasowywana metod ą najmniejszych kwadratów .

W metodzie najmniejszych kwadratów poszukiwana jest taka funkcja pomiarowa, F(x), aby suma kwadratów odchyleń danych kalibracyjnych od wyznaczanej funkcji była minimalna:

2

1

))((min i

n

ii xFy −∑

=


Współczynnik korelacji liniowej

Współczynnik korelacji , r, wskazuje na stopień liniowości zaleŜności między x i y.

( ) ( )2/1

1

2

1

2

1

))([(

−

−

−−=

∑∑

∑=

=

=

=

=

=

Ni

ii

Ni

ii

i

Ni

ii

yyxx

yyxx

r

Zakres moŜliwych wartości r wynosi -1 ≤ r ≤ 1.

Wartość 1 wskazuje na idealną korelacj ę liniow ąmiędzy x i y, podczas gdy wartość 0 wskazuje na brak takiej korelacji.


Regresja liniowa (y = F(x) = a + bx )

Regresja liniowa umoŜliwia obliczenie nachylenia, b, i punktu przecięcia z osią rzędnych, a, linii o najlepszym dopasowaniu.

W metodzie najmniejszych kwadratów, zakłada się Ŝe znaczące są jedynie błędy związane z pomiarem sygnału (y) natomiast błędy związane z pomiarem stęŜenia (x) moŜna pominąć.

Odchylenia poszczególnych punktów w kierunku osi y od obliczonej linii regresji nazywane są resztami y .

Metoda najmniejszych kwadratów minimalizuje sumę kwadratów reszt yprzez przyrównanie ich do zera podczas wyprowadzania równań opisujących nachylenie, b, i przecięcie linii regresji, a.

2

1

))((min i

n

ii bxay +−∑

=

reszty y


Odpowiednio nachylenie, b, i punkt przecięcia z osią y, a.

Stosując dodatkowe równania moŜna obliczyć ponadto:

- szacunkowe odchylenie standardowe dla nachylenia, b, i punktuprzecięcia, a

- szacunkowe odchylenie standardowe mas lub stęŜeń analituwyznaczonych z krzywej kalibracji

- granice przedziału ufności dla mas lub stęŜeń analitu przywybranym przedziale ufności

- granice wykrywalności analitu

( )∑

∑=

=

=

=

−

−−=

Ni

ii

i

Ni

ii

xx

yyxx

b

1

2

1

))([(

xbya −=


2013-03-04

17

PORÓWNANIE ZE WZORCEM - kalibracja jednopunktowa

StęŜenie analitu w próbce, cx, dające sygnał, sx, jest obliczane napodstawie sygnału, ss, otrzymanego dla roztworu standardowego ostęŜeniu, cs, mierzonego w tych samych warunkach pomiarowych:

pod warunkiem, Ŝe:

- stęŜenie analitu w próbce i w roztworze standardowym jest podobne

- matryca próbki i roztworu standardowego jest prawie identyczna

- wyraz wolny liniowej funkcji pomiarowej stosowanej metody analitycznej nie róŜni się istotnie od zera

cc s

sxs x

s

= ⋅


METODA DODATKU WZORCA

StęŜenie analitu w próbce jest obliczane na podstawie zmiany sygnału po dodaniu do próbki wzorca analitu.

Objętość dodawanego wzorca powinna być zaniedbywalnie mała w stosunku do objętości próbki.

Dodatek moŜe być pojedynczy lub wielokrotny .

Metoda daje prawidłowe wyniki, jeŜeli wyraz wolny liniowej funkcji pomiarowej nie róŜni się istotnie od zera.

Metoda dodatku wzorca jest szczególnie przydatna gdy odtworzenie matrycy próbki jest trudne lub niemoŜliwe.


METODA DODATKU PRÓBKI

StęŜenie analitu w próbce jest obliczane na podstawie zmianysygnału roztworu standardowego po dodatku próbki.

Metoda jest przydatna gdy stęŜenie analitu w próbce jest bardzowysokie lub gdy rozcieńczenie matrycy próbki eliminuje pochodząceod niej interferencje.

METODA WZORCA WEWNĘTRZNEGO

Wzorzec wewn ętrzny to substancja odniesienia, chemicznie i fizycznie podobna do analitu, której dodaje się do próbek, wzorców i ślepych prób.

Wykres kalibracyjny obrazuje zaleŜność stosunku sygnałów analitu i wzorca wewnętrznego od stęŜenia analitu.

Stosowna jest do eliminacji wpływu parametrów operacyjnych metody na odpowiedź analitu.


JeŜeli zbiór wyników pomiarów (analizy) zawiera zmienne ukrytemoŜna do nich sięgnąć stosując metody chemometryczne .

Chemometria - dziedzina chemii wykorzystująca matematykę, rachunek prawdopodobieństwa, statystykę, informatykę oraz teorię podejmowania decyzji do optymalizacji procedur eksperymentalnych w celu uzyskania maksymalnej ilości uŜytecznych informacji o obiekcie badań na podstawie analizy danych.

Zawarto ść wit. B 2, mg/g

Analiza skupieńDane

Zaw

artość

wit.

B1,

mg/

g


PROCES ANALITYCZNY

OBIEKT POMIARU

PRÓBKA

SYGNAŁ

WYNIK POMIARU

WYNIK ANALIZY

INFORMACJA

ZMIENNEUKRYTE

BADANYOBIEKT

PROBLEM


PRÓBKI

POBIERANIE

PRÓBKI


POMIAR

REJESTRACJA/OCENA

KALIBRACJA

INERPRETACJA


PROBLEMU

SYSTEMPOMIAROWY

METODY

CHEMO-

METRYCZNE


W ramach procedury analitycznej chemicy przeprowadzają zwykle od 2 do 5 powtórze ń pomiaru dla danej próbki, gdyŜ pojedyncza analiza nie dostarcza Ŝadnych informacji o zmienno ści wyników .

Powtórzenia stanowią próbkę (statystyczną) o określonym rozmiarze, złoŜoną z wyników uzyskanych w toku analizy w dokładnie taki sam sposób.

Powtórzenia mogą się równieŜ odnosić do pojedynczych pomiarów wykonanych dla kilku próbek analizowanego materiału

Wartość centralną serii ( ) powtórzonych pomiarów zwykle utoŜsamiana jest ze średnią, modą lub medianą.(xp – wartość prawdziwa)

x


2013-03-04

18

Najczęściej stosowaną miarą wartości centralnej jest średnia ( ).

Średnią zwaną równieŜ średni ą arytmetyczn ą, uzyskuje się, dzieląc sumę powtórzonych wyników pomiarów przez liczbę powtórzeń (N) w serii:

x

N

xx

N

ii∑

== 1

Mediana jest wynikiem środkowym w uporządkowanej rosnąco lub malejąco serii powtórzeń. Dla parzystej liczby wyników wartość mediany wyznacza średnia środkowej pary wyników.

Moda – wartość najczęściej pojawiająca się w zbiorze wyników.

Rozrzut wyników (R) (rozstęp) jest róŜnicą między największą i najmniejszą wartością w zbiorze. Zastosowanie jedynie dla pomiarów o małej liczbie powtórzeń (N).


Precyzja - charakteryzuje powtarzalność pomiarów czyli rozrzut wyników uzyskanych w dokładnie taki sam sposób .

Precyzję serii powtórzonych wyników charakteryzują trzy powszechnie uŜywane parametry: odchylenie standardowe , wariancjaoraz współczynnik zmienno ści .

Parametry te są funkcjami odchyleń od średniej, d i, czyli róŜnic między wynikiem powtórzenia i wartością średnią.

xxd ii −=

- odchylenie od średniej oblicza się z pominięciem znaku.

Dokładno ść – wskazuje jak blisko wartości prawdziwej (oczekiwanej) lub wzorcowej znajduje się uzyskany wynik pomiaru.

Ilościowo wyraŜa ją błąd pomiaru .


Ilustracja dokładności oraz precyzji

MoŜliwe jest uzyskanie bardzo precyzyjnych wyników z wartością średnią o małej dokładności lub dokładnej wartości średniej dla wyników o małej precyzji.


Błąd – określa róŜnicę między wartością zmierzoną a wartością prawdziwą. Często niewłaściwie utoŜsamiany jest on z oszacowaną niepewno ścią pomiaru lub procedury eksperymentalnej.

Błąd bezwzgl ędny , E, pomiaru pewnej wielkości (x) to róŜnica między wartością zmierzoną (x i) a wartością prawdziwą (xp).

pi xxE −=

- znak błędu bezwzględnego informuje, czy uzyskana wartość jest większa czy mniejsza od wartości prawdziwej.

Błąd wzgl ędny , Er, pomiaru uzyskuje się dzieląc błąd bezwzględny (E) przez wartość prawdziwą (xp). W zaleŜności od wielkości wyniku błąd względny moŜe być wyraŜony w procentach, częściach na tysiąc itd.

%100⋅−

=p

pir x

xxE


RODZAJE BŁĘDÓW W PRAKTYCE LABORATORYJNEJ

Błąd przypadkowy (losowy, nieokreślony) – odpowiada za mniej lub bardziej symetryczny rozrzut wyników wokół wartości średniej.Błędy przypadkowe determinują precyzję pomiaru.

Błąd systematyczny (określony) – generuje istotną róŜnicę między wartością średnią serii pomiarów a wartością prawdziwą. Jest powodem istotnego zawyŜenia/zaniŜenia wszystkich wyników danej serii pomiarów.

RozróŜnia się trzy rodzaje błędów systematycznych:

a) błędy instrumentalne – spowodowane są wadliwym działaniem przyrządu pomiarowego, niewłaściwą kalibracją, uŜytkowaniem itd.

b) błędy metody – powstają wskutek odstęp od przewidywanego chemicznego lub fizycznego zachowania analitu

c) błędy osobowe – są wynikiem niedbałości, nieuwagi lub innych ograniczeń eksperymentatora


RozróŜnia się błędy systematyczne stałe oraz proporcjonalne .

Błędy stałe nie zaleŜą od wielkości próbki. Błędy proporcjonalnerosną lub maleją wraz z jej wielkością.

Błąd gruby (skrajne) – pojawiają się zwykle sporadycznie, wyraźnie zawyŜają lub zaniŜają określony wynik. Są często wynikiem błędów osobowych (niedbałości, ewidentnej pomyłki).

Jednym z testów sprawdzenia czy wynik pomiaru nie jest obciąŜony błędem grubym jest test Deana-Dixona . Po stwierdzeniu, Ŝe jeden z wyników znacznie róŜni się od pozostałych oblicza się parametr Q:

x1 – wynik wątpliwy, x2 – wynik mu najbliŜszy, R – rozrzut wyników.

Wynik wątpliwy odrzuca się jeŜeli obliczony parametr Q jest większy niŜ wartość krytyczna odczytana z tabeli dla danego poziomu istotności.

R

xxQ 12 −

=


2013-03-04

19

Odchylenie standardowe populacji

- jest miarą precyzji wyników populacji

Odchylenie standardowe próbki

- opis niewielkiej próbki wyników

( )N

xN

ii∑

=−

= 1

2µσ

( )1

1

2

−

−=∑

=

N

xxN

ii

σ


Błąd standardowy jest odwrotnie proporcjonalny do pierwiastka kwadratowego z liczby wyników uŜytej do obliczeń średniej.

Średnia z 4 pomiarów jest razy bardziej precyzyjna niŜ pojedynczy wynik z serii pomiarowej.

Odchylenie standardowe, σ, często podawane jest w postaci względnej RSD (sr).

RSD pomnoŜone przez 100% nazywane jest współczynnikiem zmienności, CV.

24 =

%100⋅=x

sCV

x

ssRSD r ==


Sposób obliczenia odchylenia standardowego wielkości złoŜonej, która wyznaczona została na podstawie dwóch lub większej liczby wielkości pomiarowych o określonych odchyleniach standardowych.

...22 +++= ssss bay

Przedział ufno ści , CI, to zakres liczbowy, w którym z określonym prawdopodobieństwem znaleźć moŜna wyznaczoną eksperymentalnie wartość średniej populacji, µ.

Przedział ufności dla średniej, x, z N powtórzonych pomiarów wyznacza się na podstawie wartości, t, którą odczytuje się z tablic t-Studenta.

N

tsx±=µCI dla


Cyfry znacz ące (z definicji) w rozwaŜanej liczbie to wszystkie cyfry tej liczby wraz z pierwszą cyfrą obarczoną niepewnością.

Reguły określania liczby cyfr znaczących:

- zera występujące na początku liczby nie są cyframi znaczącymi

- zera występujące na końcu liczby poza zerem bezpośrednio za przecinkiem najczęściej nie są cyframi znaczącymi

- wszystkie pozostałe cyfry, w tym zera między niezerowymi cyframi są znaczące.

dla sumy i róŜnicy: 3.4 + 0.020 + 7.31 = 10.730 = 10.7

dla mnoŜenia/dzielenia reguła brzmi: wynik oblicze ń ma tyle cyfr znaczących, ile wyraz z najmniejsz ą liczb ą cyfr znacz ących .

Zaokr ąglanie wyników – w przypadku liczby zakończonej cyfrą 5 wynik zaokrąglenia zakończony jest cyfrą parzystą np.

0.635 = 0.64 i 0.625 = 0.62


NIEPEWNOŚĆ POMIARU- w sposób sumaryczny przedstawia niepewności wszystkich

etapów postępowania analitycznego.

niepewno ść typu A- metoda szacowania niepewności na podstawie pomiarów

statystycznych.

niepewno ść typu B- inne niŜ statystyczne metody szacowania niepewności:

- wcześniejsze doświadczenia i wyniki podobnych badań

- specyfikacje instrumentów, odczynników, naczyń miarowych

- niepewność obliczona na podstawie materiałów odniesienia.


ŹRÓDŁA NIEPEWNOŚCI ANALIZY ILO ŚCIOWEJ

- niepełne zdefiniowanie analitu

- pobieranie próbek

- nieilościowy przebieg procesu rozdzielania / zatęŜania

- kontaminacja

- wpływ warunków środowiskowych na procedurę analityczną

- niepewność przyrządów pomiaru masy i objętości

- wartości przypisane wzorcom i materiałom odniesienia

- wartości stałych wykorzystywanych w obliczeniach

- przybliŜenia i załoŜenia upraszczające w procedurze pomiarowej

- błędy przypadkowe, błędy osobowe odczytu wyników


2013-03-04

20

PROCES ANALITYCZNY

OBIEKT POMIARU

PRÓBKA

SYGNAŁ

WYNIK POMIARU

WYNIK ANALIZY

INFORMACJA

ZMIENNEUKRYTE

BADANYOBIEKT

PROBLEM


PRÓBKI

POBIERANIE

PRÓBKI


POMIAR

REJESTRACJA/OCENA

KALIBRACJA

INERPRETACJA


PROBLEMU

SYSTEMPOMIAROWY

METODY

CHEMO-

METRYCZNE


Walidacja metodanalitycznych


Rozrzut wyników analitycznych

Materiał Pierwiastek Liczba laboratoriów

Rozstęp wyników

Liście tytoniu Oriental CTA-OTL-1

CrCsNiPb

43174340

0.038 – 11.6 µg/g0.117 – 11.8 µg/g48.20 – 8083 µg/g0.051 – 19.5 µg/g

Uwagi:

- rozstęp wyników analiz wykonywanych przez róŜne laboratoria np. uczestniczących w porównaniach międzylaboratoryjnych moŜe sięgać nawet kilku rz ędów wielko ści

- generalnie, za rozrzut wyników odpowiedzialne są błędy analityczne.


Walidacja metod analitycznych (wg ISO)

- to proces ustalania parametrów charakteryzujących sprawność działania i ograniczeń metody oraz sprawdzenie jej przydatności do określonych celów.

Na ich (parametrów) podstawie określa się czy metoda spełniastawiane przed nią wymagania związane z zamierzonym zastosowaniem wyników analitycznych.

Pojecie „walidacja” obejmuje szerszy zakres zagadnień niŜ testowanie , które polega jedynie na znajdowaniu błędów i nieprawidłowości systemu, tj. róŜnic pomiędzy wynikami spodziewanymi a uzyskanymi.

Walidacja pozwala uzyskać pewność, Ŝe proces analizy przebiega w sposób rzetelny i daje wiarygodne wyniki.


Etapy procesu walidacji

- określenie celu metody analitycznej i jej zakresu

- zdefiniowanie testowanych parametrów oraz kryteriów ich akceptacji

- ustalenie planu i przebiegu eksperymentów walidacyjnych

- sprecyzowanie wymagań co do sprzętu

- przygotowanie odczynników i roztworów wzorcowych

- eksperymenty walidacyjne i korekta parametrów metody

- interpretacja wyników

- sprawdzenie kryteriów akceptacji

- opracowanie standardowej procedury operacyjnej (SPO)

- określenie kryteriów rewalidacji

- sporządzenie raportu


Walidacji (rewalidacji) metody analitycznej dokonuje si ę:

- przed jej wprowadzeniem do rutynowej praktyki laboratoryjnej

- w przypadku zmiany warunków w jakich metoda była sprawdzona lub w przypadku zmiany samej metodyki.

Badanie wiarygodności wyniku oznaczenia obejmuje całość postępowania analitycznego, poczynając od etapu pobrania próbki.

Warunki uzyskania wiarygodnych wyników walidacji :

- stosowanie odczynników, roztworów i substancji porównawczych o odpowiedniej, znanej czystości (np. CRM)

- stosowanie sprawnej i sprawdzonej aparatury

- wykonanie badań przez personel o odpowiednich kwalifikacjach

- dokumentowanie kaŜdego etapu procesu walidacyjnego.


2013-03-04

21

Testy stosowane do oceny wiarygodności wyników oznaczenia:

- zgodności wyników oznaczeń równoległych

- zgodności wyników uzyskanych dwoma niezaleŜnymi metodami

- wykonanie porównań międzylaboratoryjnych

- zastosowanie metody dodatku roztworu wzorcowego (odzysk)

- porównanie uzyskanych wyników oznaczenia z wynikami analizy materiałów odniesienia (CRM)

W celu zapewnienia odpowiedniego poziomu pewności wyniku pomiaru stosuje się zwykle kombinację dwu lub więcej, niezaleŜnych, dobrze scharakteryzowanych metod analitycznych.


Wzorce stosowane w analityce

wzorce podstawowe – są stosowane do kalibracji instrumentów isystemów pomiarowych w celu zapewnienia długoterminowejwiarygodności i rzetelności procedury pomiarowej.

wzorce chemiczne – substancje chemiczne o wysokiej czystości i znanym stechiometrycznym składzie. (Wzorce pierwotne i wtórne )

materiał odniesienia (RM) – stosowany w celu wykazania dokładności, rzetelności i porównywalności wyników analitycznych.

certyfikowany lub standardowy materiał odniesienia (CRM / SRM) - materiał odniesienia, którego jedną lub więcej wartości określonych właściwości certyfikowano (atestowano) za pomocą obowiązującej procedury, opatrzony certyfikatem, wydanym przez odpowiednią instytucję (np. BAS Bureau of Analytical Standards). MoŜe zawierać jeden lub więcej certyfikowanych składników.


Podstawowe kryteria walidacji :

- specyficzność / selektywność

- dokładność

- precyzja (powtarzalność i odtwarzalność)

- czułość, zakres i liniowość

- granica wykrywalności

- granica oznaczalności

- elastyczność metody.

Badanie elastyczności (stabilności) metody powinno udowodnić niezawodność analizy po wprowadzeniu niewielkich (celowych) zmian parametrów procesu.

JeŜeli pomiar jest wraŜliwy na zmianę warunków to powinny one być odpowiednio kontrolowane i dokładnie opisane w procedurze.


Selektywno ść metody analitycznej- definiuje się jako moŜliwość oznaczenia jednego składnika (lub

grupy składników) wobec innych, w złoŜonej próbce rzeczywistej, bez interferencji składników towarzyszących.

Specyficzno ść metody analitycznej- metoda jest idealnie selektywna (specyficzna ), gdy w złoŜonej mieszaninie sygnał, Yi, jest generowany tylko przez analit i, czyli:

w przypadku próbek rzeczywistych jest wiele substancji, które mogą wpływać na wartość sygnału:

( )ii xfY =

( )NBAii xxxxfY ,...,,,=w takim przypadku mówi się o interferencjach poszczególnych

składników próbki na sygnał analitu.


∑=

==N

Ajjj

ii

j

i

xa

xa

Y

YjiSel ),(

Selektywność metody charakteryzuje się za pomocą współczynnika selektywności, Sel(i, j ):

ai, aj – czułość metody wobec analitu, i, oraz substancji, j.x i, x j – stęŜenie (ilość) analitu, i, oraz substancji, j.

W procesie okre ślania selektywno ści nale Ŝy:- rozpoznać czynniki nie interferujące, obecne w analizowanej próbce

- zminimalizować ilość składników przeszkadzających przez ich oddzielenie lub zamaskowanie

- dokładnie kontrolować obecność substancji przeszkadzających.


Dokładno ść

- to stopień zgodności pomiędzy wynikiem oznaczonym, x i, lub średnia, x, z n oznaczeń a prawdziwą zawartością analitu w badanej próbce, ζ. RozróŜnia się dwa przypadki:

1) Dokładność pojedynczego oznaczenia, x i, (ζ - jest nieznane) określa się jako błąd systematyczny:

2) Dokładność w odniesieniu do metody. Określa się na podstawie wartości, x, z n wyników uzyskanych na tej samej próbce i tą samą metodą a badaną próbką jest CRM, w której prawdziwa zawartość analitu, ζ, jest dokładnie znana.

xxE ixi−±= 100% ⋅=

x

EE i

i

x

xlub

ζ−±= xEx

lub 100% ⋅=ζ

xx

EE


2013-03-04

22

Dokładno ść metody wyznacza si ę:- przeprowadzając analizę próbki, w której zawartość analitu jest dokładnie znana

- przez porównanie wyników uzyskanych walidowaną metodą z wynikami otrzymanymi metodą referencyjną, której dokładność jest powszechnie znana

- badając odzysk znanej ilości analitu dodanego do matrycy, nie zawierającej substancji oznaczanej

- wyznaczając odzysk znanej ilości analitu dodanego do badanej próbki.

Odzysk analituW tym celu, próbkę badaną dzieli się na dwie równe części i do

jednej dodaje się znaną ilość analitu, s i. Po przeprowadzeniu całego procesu analitycznego z próbką bez dodatku, x, i z próbką z dodatkiem analitu, x + s i, oblicza się odzysk, R.


s i - oznaczona ilość analitu

Obie próbki (x oraz x + s i) muszą być analizowane tą samą metodą i w tych samych warunkach.

Odzysk zaleŜy od rodzaju matrycy, zastosowanej proceduryanalitycznej i od stęŜenia analitu w próbce.

Akceptowalny wg AOAC (Association of Official Analytical Chemists) średni odzysk w zaleŜności od stęŜenia analitu w próbce.

StęŜenie analitu Średni odzysk [%]

1% 97 – 103

0.1% 95 – 105

100 ppm 90 – 107

10 – 0.1 ppm 80 – 110

10 ppb 60 – 115

1 ppb 40 – 120

( ) ( )%100⋅−+=

i

i

s

xsxR


Precyzja- to wielkość charakteryzująca rozrzut wyników uzyskiwanych przy wielokrotnym oznaczaniu danego składnika konkretną metodą w zdefiniowanych warunkach.

Miarą precyzji jest najczęściej odchylenie standardowe, s, względne odchylenie standardowe, RSD, lub współczynnik zmienności, CV.

Precyzja obejmuje dwa pojęcia: powtarzalno ść i odtwarzalno ść.

a) metoda dokładna i precyzyjna; b) precyzyjna ale niedokładna;c) metoda dokładna ale nieprecyzyjna; d) metoda niedokładna i nieprecyzyjna


Powtarzalno ść

- wyraŜa precyzję oznaczeń wykonanych w krótkim odstępie czasu, przez tego samego analityka i w tych samych warunkach (te same odczynniki, ten sam sprzęt itd.).

W ramach badań powtarzalności wyznacza się wartość średnią, przedział ufności, odchylenie standardowe, względne odchylenie standardowe czy współczynnik zmienności uzyskanych wyników.

Odtwarzalno ść

- pozwala ocenić, czy metoda prowadzi do tych samych rezultatów w róŜnych laboratoriach, z róŜnymi analitykami, na innym sprzęcie i w innych warunkach, przy zachowaniu tych samych wymagań.

W przypadku oceny odtwarzalności badania są prowadzone analogicznie jak w przypadku powtarzalności i wyznaczane są te same parametry statystyczne: wartość średnią, przedział ufności itd..

Typowe relacje (c-CV): 1000ppm – 5%; 1ppm – 16%; 1ppb – 45%


Liniowo ść metody analitycznejZaleŜność Y = f(c) dla badanej próbki jest prostoliniowa tylko w

ograniczonym zakresie, stąd wyróŜnia się dwa zakresy:

- dynamiczny zakres wskazań przyrządu- liniowy zakres wskazań (zakres roboczy)

Przy niskich stęŜeniach zakres liniowy ograniczony jest dolną granicą oznaczalności, QL, (wpływ szumów i efekty matrycy).

Koniec zakresu prostoliniowego to punkt, w którym odchylenie od prostoliniowości przekracza 3%, czyli:

Yteor - wartość wyznaczona metodą najmniejszych kwadratówYrzecz - sygnał rzeczywisty wyznaczony eksperymentalnie

Innym kryterium liniowości wskazań jest współczynnik korelacji, r. Przyjmuje się, Ŝe dla 3 powtórzeń krzywej kalibracji z pięcioma roztworami dla kaŜdej krzywej r > 0.999.

teorrzeczteor YYY 03.0=−


Czułość metody analitycznej

- to nachylenie krzywej kalibracji, stąd czułość określa zmianę sygnału analitycznego, Y, na skutek zmiany stęŜenia, c, analitu lub jego ilości.

Im większa zmiana sygnału przy małej zmianie stęŜenia analitu, tym większa czułość pomiaru.

c

Ya

∆∆=


2013-03-04

23

Granica wykrywalno ści (detection limit, DL)

- to najmniejsze, wykrywalne stęŜenie analitu, xDL, generującego sygnał, YDL, który moŜe być statystycznie odróŜniony od sygnału ślepej prób, Yb.

Sygnał, YDL, określany jest eksperymentalnie w ten sposób, Ŝe n-krotnie mierzy się sygnał ślepej próby, Yb, i oblicza wartość średniej, Yb, oraz odchylenie ślepej próby, sb. Stąd sygnał na granicy wykrywalności:

Granicę wykrywalności, xDL, wyraŜa równanie:

a - czułość metody

bbDL sYY 3+=

a

sx b

DL

3=


Granica oznaczalno ści (quantification limit, QL)

- to stęŜenie analitu, xQL, generującego sygnał, YQL, znajdujący się w dolnym, prostoliniowym zakresie krzywej kalibracyjnej, taką precyzją, aby wartość współczynnika zmienności CV ≤ 10%.

Granicę wykrywalności, xQL, wyraŜa równanie:

a

sx b

QL

10=

W przypadku analiz, w których matryca wywiera znaczny wpływ na wartość sygnału ślepej próby, Yb, obliczając wartości xDL i xQLuwzględnia się wartość sygnału, Yb.

a

sYx bb

DL

3+=

a

sYx bb

QL

10+=


- przedmiot i zakres walidacji- opis przeprowadzonego eksperymentu (metody)- rodzaj oznaczanego analitu(-ów) i typ matrycy

- uŜywane odczynniki, wzorce, materiały odniesienia itd.- opis stosowanej aparatury (typ, klasa, producent)

- parametry pomiaru- obliczenia i testy statystyczne- reprezentatywne wykresy

- kryteria akceptacji- kryteria rewalidacji

- względy bezpieczeństwa- podsumowanie i wnioski.

Raport z przebiegu walidacji metody analitycznej- jest sporządzany po zakończeniu prac laboratoryjnych i zawiera:


SPEKTROSKOPIA

- jest nauką zajmującą się oddziaływaniem promieniowania elektromagnetycznego z materią.

W metodach spektroanalitycznych wykorzystuje się pomiar natęŜenia promieniowania absorbowanego lub emitowanegoprzez cząsteczki lub atomy.


Promieniowanie elektromagnetyczne

Promieniowanie elektromagnetyczne ma charakter fali o określonej długości, częstości, prędkości rozchodzenia się oraz amplitudzie.

Promieniowanie świetlne oznacza ściśle zakres światła widzialnego, czasami obejmuje takŜe zakres nadfioletu i podczerwieni.

W przeciwieństwie do fal akustycznych światło nie wymaga medium transportującego.

Teoria korpuskularna opisuje promieniowanie elektromagnetyczne jako zbiór ściśle określonych porcji energii lub cząstek, nazywanych fotonami lub kwantami.

Podobna dwoistość występuje w przypadku strumienia elektronów, protonów i innych cząstek elementarnych, dla których obserwuje się interferencję, dyfrakcję czyli efekty typowe dla fali.


Właściwo ści falowe promieniowania

Fala elektromagnetyczna to rozchodzące się w czasie i przestrzeni spójne oscylacje pól elektrycznego i magnetycznego.

Płaszczyzna oscylacji pola elektrycznego jest prostopadła do płaszczyzny drgań pola magnetycznego.

Płasko spolaryzowana falaporuszająca się wzdłuŜ osi X.

Amplituda fali jest wielkością wektorową i określa siłę polaelektrycznego lub magnetycznego w punkcie maksimum fali.

Długość fali, λ, jest to liniowa odległość pomiędzy kolejnymi maksimami i minimami fali.

2013-03-04

24


Okres fali elektromagnetycznej, p, jest to czas w sekundach potrzebny do przejścia kolejnych maksimów lub minimów fali przez punkt w przestrzeni.

Częstość, ν, jest to liczba oscylacji wektora pola elektrycznego w jednostce czasu (1 s), równa 1/p.

Jednostką częstości jest herz (Hz), 1 Hz = 1 s-1.

Częstość wiązki promieniowania elektromagnetycznego nie zaleŜyod ośrodka w jakim rozchodzi się promieniowanie.


Iloczyn częstości, ν, i długości fali, λ, odpowiada prędkości, u, rozchodzenia się fali, wyraŜanej w jednostkach długości na jednostkę czasu (cm·s-1 lub m·s-1).

λυ ⋅=uZarówno prędkość rozchodzenia się jak i długość fali zaleŜą

od rodzaju ośrodka.

Światło porusza się z największą prędkością w próŜni:

W ośrodkach materialnych światło porusza się z prędkością mniejszą niŜ, c, z powodu oddziaływania pola elektromagnetycznego z elektronami obecnymi w atomach i cząsteczkach danego ośrodka.

11018 1000.31000.3 −− ⋅⋅=⋅⋅== scmsmc υλ


Stosunek prędkości rozchodzenia się fali w próŜni, c, do prędkości fali w ośrodku materialnym, u, to tzw. bezwzględny współczynnik załamania, n.

u

cn =

Zakres długości fal promieniowania elektromagnetycznego obejmuje bardzo krótkie fale promieniowania kosmicznego, (λ ~10-14 m) po długie fale radiowe (λ ~106 m).

Współczynnik załamania, n, określa efektywność oddziaływania promieniowania elektromagnetycznego z ośrodkiem.

Inną wielkością opisującą promieniowanie elektromagnetyczne jest liczba falowa, ν, definiowana jako liczba fal na jeden centymetr i równa 1/λ. Jednostką ν jest cm-1.


h - stała Plancka (energia razy czas); 6.626·10-34 J·s

Zgodnie z tą zaleŜnością atom lub cząsteczka absorbuje lub emituje promieniowanie tylko o ściśle określonej energii, E = hν.

chc

hhE υλ

υ ===

Korpuskularna natura promieniowania

Energię fotonu, E, moŜna powiązać z długością fali, częstością i liczbą falową zaleŜnością Plancka:

Moc promieniowania, P, wyraŜana w watach (W), określa energię wiązki padającej na określoną powierzchnię w jednostce czasu.

NatęŜenie wiązki to moc przypadająca na jednostkę kąta bryłowego.


Pomiary spektroskopowe

Przed dostarczeniem energii indywidua chemiczne występują głównie w stanie o niŜszej energii, czyli w stanie podstawowym .

Dostarczenie energii powoduje przejście do stanu o wyŜszej energii, czyli do stanu wzbudzonego .

Wyniki pomiarów w spektroskopii przedstawia się zwykle w postaci graficznej jako widmo , czyli zaleŜność natęŜenia promieniowania absorbowanego (emitowanego) od jego częstości lub długości fali.


Proces absorpcjiPrawo absorpcji, znane jako prawo Lamberta-Beera lub jako

prawo Beera , opisuje ilościowo osłabienie promieniowania w zaleŜności od stęŜenia absorbujących cząsteczek, c, oraz długości drogi optycznej, b, na której absorpcja zachodzi.

W wyniku oddziaływania fotonów z absorbującymi cząsteczkami natęŜenie promieniowania zmniejsza się od wartości I0 do wartości I.

Transmitancja, T, roztworu oznacza tą część promieniowania, która została „przepuszczona” przez roztwór.

Transmitancję wyraŜa się zwykle w procentach:

%100%0

⋅=I

IT

2013-03-04

25


I prawo absorpcji (prawo Lamberta,1760 (Bouguer,1729))

Wiązka promieniowania monochromatycznego po przejściu przez jednorodny ośrodek absorbujący o grubości b ulega osłabieniu:

kbeII −⋅= 0

stąd:

k – współczynnik absorpcji

AkbI

I==0ln lub

A – absorbancja; a = 0.4343k

def. absorbancja jest proporcjonalna do grubości warstwy absorbującej, b, jeśli wiązka promieniowania monochromatycznego przechodzi przez jednorodny ośrodek absorbujący.

Tab

I

IA

1loglog 0 ===


II prawo absorpcji (prawo Bouguera-Lamberta-Beera, 1852)

JeŜeli współczynnik absorpcji rozpuszczalnika jest równy zeru, to wiązka promieniowania monochromatycznego po przejściu przez jednorodny roztwór substancji absorbującej o stęŜeniu, c, ulega osłabieniu:

kbceII −⋅= 0stąd:

a (ε) – właściwy (molowy) wsp. absorpcji, [L·g-1 ·cm-1] ([L·mol-1 ·cm-1])

bcabcI

IA ε=== 0log

Molowy współczynnik absorpcji w maksimum absorpcji jest wielkością charakterystyczną dla danej substancji. 10 < ε < 10 000. Dla niektórych związków kompleksowych metali przejściowych: 10 000 < ε < 50 000.


III prawo absorpcji (prawo addytywno ści absorpcji )

Absorbancja roztworu wieloskładnikowego równa się sumie absorbancji poszczególnych składników:

∑=

=++=n

iiAAAA

121 ...

Promieniowanie monochromatyczne to promieniowanie o ściśle określonej długości fali lub częstości.

W praktyce nie jest moŜliwe do wydzielenia.


Ograniczenia w stosowaniu prawa Lamberta-Beera

W praktyce spotyka się ujemne i dodatnie odchylenia od prawa L-B.

1) Ograniczenia podstawowe:

- prawa absorpcji są spełnione jedynie dla roztworów rozcieńczonych, c <10-2 mol/L, wówczas ε nie zaleŜy od wsp. załamania światła n.

- przejście wzbudzonej cząsteczki X* do stanu podstawowego X jest moŜliwe poprzez emisję kwantu hν’ (fluorescencję) przez co transmisja moŜe być zawyŜona. (X* → X + ciepło + h ν’)

2) Czynniki chemiczne:

- reakcje chemiczne zachodzące w roztworze (dysocjacja, hydroliza, uboczna reakcja kompleksowania jonu, itd.).

3) Czynniki aparaturowe:

- brak monochromatyczności wiązki- występowanie promieniowania rozproszonego.


Pomiar transmitancji i absorbancji

Badany roztwór musi być umieszczony w odpowiednim pojemniku, naczynku lub kuwecie.

Zmniejszenie, często bardzo istotne, natęŜenia promieniowania moŜe być związane z jego odbiciem od ścianek naczynia, od powierzchni duŜych cząsteczek lub cząstek stałych (np. pyłu) lub rozproszeniem .

W celu kompensacji porównuje się natęŜenie promieniowania po przejściu przez roztwór próbki, Ir, z natęŜeniem promieniowania po przejściu przez identyczne naczynie z rozpuszczalnikiem lub roztworem „ślepej próby”, Isp.

r

sp

I

I

I

IA loglog 0 ≈=


Spektrofotometry jednowi ązkowe

2013-03-04

26


Spektrofotometry dwuwi ązkowe


ATOMOWA SPEKTROMETRIA ABSORPCYJNA

- najczęściej stosowana metoda instrumentalna w chemii analitycznej zwłaszcza w analizie śladów (Atomic Absorpion Spectrometry - AAS )

Spektrometria - wykorzystywane jest oddziaływanie promieniowania elektromagnetycznego z zakresu UV-VIS (190–700 nm) z atomami .

Atomowa - ze względu, Ŝe sygnałem analitycznym jest osłabieniemierzonego natęŜenia promieniowania na skutek absorpcji , stąd Absorpcyjna .

Pierwszy komercyjny spektroskop ASA - Perkin-Elmer US A w 1961r.


Zasada metody

Absorpcja promieniowania o długości fali charakterystycznej dla danego pierwiastka przez atomy uzyskane w wyniku dysocjacji termicznej próbki.

Metoda oparta na dwóch prawach

Prawo Kirchoffa – jeŜeli układ atomów silnie emituje promieniowanie o określonej długości fali to takŜe silnie adsorbuje promieniowanie o tej samej długości fali.

Prawo Lamberta–Beera - absorbancja promieniowania przez ośrodek materialny jest proporcjonalna do długości drogipromieniowania w tym ośrodku oraz do stęŜenia atomów analitu.

bcTI

IA α=== 1

loglog 0


Warunkiem absorpcji jest, aby róŜnica energii pomiędzy stanem podstawowym a wzbudzonym była równa energii padającego kwantu promieniowania:

Stan wzbudzony atomu jest niekorzystny energetycznie i po czasie ok.10-8 s atom powraca do stanu podstawowego emitując energię w postacikwantu promieniowania o tej samej energii co kwant zaabsorbowany.

νhEE =− 01


Spektrometr absorpcji atomowej Źródło promieniowania

Lampy emitujące wąskie linie atomowe oznaczanego pierwiastka,

- lampy z katodą wnękową jedno- i wielopierwiastkowe (Hollow Cathode Lamp -HCL)

- bezelektrodowe lampy wyładowcze z generatorem częstości radiowej (Elctrodeless Discharge Lamp -EDL).

Lampa HCl Lampa EDL


2013-03-04

27

Modulator

- w najprostszej wersji, to mechaniczne urządzenie (wiatraczek), które cyklicznie przesłania, na ułamek sekundy, promieniowanie pochodzące z lampy.

UmoŜliwia pomiar emisji własnej atomizera (płomień, rozgrzana rurka grafitowa), w ten sposób eliminuje się promieniowanie emitowane przez atomizer.

Atomizer

- wytworzenie odpowiedniej ilości atomów w stanie podstawowympoprzez dostarczenie im energii termicznej.


Ze względu na sposób atomizacji, wyróŜnia się trzy podstawowe techniki w metodzie ASA :

a) technikę płomieniow ą (F AAS )

b) technikę elektrotermiczn ą (ET AAS )

c) technikę wodorkow ą i zimnych par .

Atomizer płomieniowy (F AAS )tytanowy palnik zasilany zwykle acetylenem (paliwo) i powietrzem

lub podtlenkiem azotu (utleniacz) -temperatura odpowiednio 2100-2400 i 2600-2800 0C.

W skład atomizera płomieniowego wchodzą: rozpylacz , komora mieszania i głowica palnika .

Przepływ gazu powoduje zassanie do komory mieszania roztworu próbki i wytworzenie aerozolu gaz – ciecz .


Technika F AAS- palnik jest wyposaŜony w komorę mieszania, w której następujewytworzenie aerozolu.

ok. 10% pobranej próbki trafia do głowicy palnika i ulega atomizacji, pozostała część to ścieki usuwane poza układ atomizera.

dla stęŜenia soli > 2% moŜe dochodzić do krystalizacji w komorze mieszania i w szczelinie palnika.

minimalna objętość roztworu dla techniki F AAS to ok. 500 µµµµl.


Atomizer elektrotermiczny (ET AAS )

- podstawowa róŜnica w stosunku do atomizera (F AAS ) to sposób dostarczenia energii niezbędnej do atomizacji próbki.

Pierwszy komercyjny przyrząd ET AAS - Perkin-Elmer 1969r.

Elementem, na który dozowana jest próbka, jest rurka grafitowa(kuweta grafitowa ) mocowana w kontaktach grafitowych, ogrzewana oporowo, działająca według określonego programu czasowego i temperaturowego.


Elementy grafitowe atomizera elektrotermicznego mogą mieć róŜny kształt i wielkość.

NajwyŜszą czułość oznaczenia uzyskuje się stosując kuwetypokryte grafitem pyrolitycznym i posiadające platform ę L’vova .

DuŜa gęstość pyrolitycznego grafitu ogranicza dyfuzję analitu w głąb materiału kuwety.

Platforma L’vova zapewnia równomierny rozkład temperaturyna jej powierzchni, co gwarantuje atomizację całej próbki w jednym czasie.


Program pracy kuwety grafitowej składa się z 4 podstawowych etapów

1. odparowania rozpuszczalnika (dla próbki 5 - 50 µl; czas odparowania ok. 60 s; temperatura nieco wyŜsza od temp. wrzenia rozpuszczalnika)

2. rozkładu termicznego próbki (rozkład organicznych składników matrycy w temperaturze od kilkuset do 16000C w czasie 10 - 50 s)

3. atomizacji (temp. 1400 – 16000C do kilku sekund)

4. wygrzewania kuwety (oczyszczenie kuwety - odparowanie pozostałości próbki, temp. maks. do kilku sekund)

Oprócz temperatury i czasu pracy atomizera, programowany jest takŜe przepływ gazu obojętnego przez wnętrze rurki grafitowej


2013-03-04

28

Procesy atomizacji termicznej- odparowanie rozpuszczalnika i krystalizacja soli

- dysocjacja termiczna związków do wolnych atomów- absorpcja promieniowania przez atomy.

ponadto- wzbudzenie atomów- emisję promieniowania- jonizację

oraz interferencje- interferencje fizyczne- interferencje chemiczne

- interferencje spektralne


Interferencje zwi ązane z analitem

Interferencje fizyczne

- spowodowane są procesami zachodzącymi przy wprowadzaniu próbki, rozpylaniu, desolwatacji i odparowaniu

- o ich poziomie decydują m.in. fizyczne właściwości roztworu (lepkość, gęstość, napięcie powierzchniowe), stosowanie palnych rozpuszczalników, itd.

- mają miejsce przede wszystkim w metodach wykorzystujących bezpośrednie rozpylenie roztworu – nebulizacj ę.

- jedynym skutecznym sposobem ich eliminacji jest dobór wzorców o właściwościach fizyczne zbliŜonych do właściwości roztworu próbki.




Interferencje chemiczne w fazie stałej

- są specyficzne dla danego analitu. Mają wpływ na procesy zachodzące w czasie reakcji, których celem jest wytworzenie wolnych atomów lub jonów elementarnych.

- to m.in. reakcje asocjacji, które obniŜają stęŜenie atomów (jonów) oznaczanego pierwiastka poprzez tworzenie trudno-dysocjujących połączeń (tlenki, wodorotlenki, fosforany, siarczany czy krzemiany)

- w praktyce stosuje się trzy sposoby eliminacji:

- podnosząc temperaturę atomizacji

- stosując substancje uwalniaj ące, tzn. dodając do roztworu próbki substancje, które w procesie atomizacji będą wiązać przeszkadzające składniki

- wykonując analizę metodą dodatku wzorca



Interferencje chemiczne w fazie gazowej

- to procesy jonizacji oznaczanego atomu. Widmo atomów pierwiastka róŜni się całkowicie od widma jego jonów.

- jonizacja atomów w płomieniu jest procesem, którego stan równowagimoŜe być opisany za pomocą prawa działania mas

- obecność pierwiastków łatwo ulegających jonizacji, np. potasu, moŜe zmniejszyć efektywność jonizacji pierwiastków trudniej jonizujących, np. wapnia

- w celu ich eliminacji stosuje się bufory jonizacyjne .

Bufory jonizacyjne to substancje łatwo jonizujące, zawierają najczęściej: K, Na, Li , Cs lub Rb, których obecność w płomieniu powoduje wytworzenie duŜej liczby elektronów i cofni ęcie jonizacji atomów analitu.

Atomizery: par zimnych (CV AAS ) i wodorkowy (HG AAS )

- ilościowe oznaczenie rtęci (technika par zimnych) oraz szeregu pierwiastków tworzących lotne (w temp. pokojowej) wodorki: As, Bi, Ge, Pb, Sb, Se, Sn, Te (technika wodorkowa).

Pomiar jest realizowany w trzech etapach:

1. chemiczna reakcja generowania wodorków (redukcja borowodorkiem sodowym NaBH4 w środowisku kwaśnym)

2. transport gazowych wodorków do atomizera

3. atomizacja wodorków.


Monochromator- słuŜy do wyodrębnienia wybranego pasma o odpowiedniej

długości fali z wiązki promieniowania emitowanego przez lampę i atomizer.

Detektor- urządzenie (fotopowielacz) słuŜące do zamiany energii

elektromagnetycznej (promieniowania) na energię elektryczną (prąd) proporcjonalną do intensywności promieniowania.

Inne- soczewki, zwierciadła, układy elektroniczne, zliczające,

uśredniające i rejestrujące.

Układy optyczne- jedno- i dwuwiązkowe


2013-03-04

29

Metoda ASA wymaga wykonania kalibracji, czyli przygotowania serii roztworów wzorcowych o znanym stęŜeniu analitu, przeprowadzenia pomiaru absorbancji dla tych roztworów i wykreślenia krzywej kalibracyjnej A = f (c).

Ab

sorb

anc

ja

StęŜenie wzorca [mg/L]

0.1

00.50.1 1.0 1.5 2.0

0.5

1.0

1.5

Liniowa zaleŜność absorbancjiod stęŜenia wzorca

Warunki oznaczenia: technika płomieniowa długość fali - 285.2 nm szczelina - 0.7 mm

bcTI

IA α=== 1

loglog 0

A - absorbancjaI0, I - natęŜenie promieniowania padającego i przechodzącego przez próbkę T - transmitancja/przepuszczalność α - molowy współczynnik absorpcjic - stęŜenia substancji absorbującej b - grubość warstwy absorbującej.


Metoda dodatku wzorca

- stosowana, gdy występują interferencje chemiczne.

JeŜeli, interferencje chemiczne nie występują, dla tych samych stęŜeń wzorców i dodatków, krzywa kalibracyjna i krzywa z dodatkiem wzorca są równoległe.


StęŜenie charakterystyczne - określa w ASA takie stęŜenie pierwiastka, wyraŜone w mg/L, które powoduje 1% absorpcji, czyli daje wartość absorbancji równą 0.0044.

Dla danego pierwiastka moŜna tę wartość wyliczyć mierząc absorbancję wzorca i podstawiając uzyskany wynik do wzoru:

StęŜenie wzorca x 0,0044Czułość =

Mierzona absorbancja

Znajomość stęŜenia charakterystycznego pozwala takŜe na określenie zakresu liniowości oznaczenia danego pierwiastka.


Granica wykrywalno ści - to takie stęŜenie pierwiastka, przy którym stosunek sygnału do szumu wynosi 3.

StęŜenie wzorca x 3 SDGranica wykrywalno ści =

Średnia absorbancja

Dla dwóch pierwiastków o tym samym stęŜeniu charakterystycznym 1 mg/L (0,0044 jedn. absorbancji), granice wykrywalności mogą się róŜnić, co wynika z kształtu rejestrowanego sygnału.


Podstawowe ograniczenia metody ASA:

� konieczność częstej wymiany lamp

� konieczność stosowania roztworów

� stęŜenie całkowite soli w technice płomieniowej < 2%

� występowanie interferencji.

Zalety metody ASA:

� uniwersalność;

� selektywność;

� dokładność i precyzja;

� łatwość automatyzacji;

� dobrze zdefiniowane interferencje i sposoby ich eliminacji.


DZIĘKUJĘ!


Documents

Ć ć INSTRUMENTALNE METODY ANALIZY ś ćgalaxy.agh.edu.pl/~kca/ima_zaoczne_wykladI.pdf · Wykład 1 – dr hab. in Ŝ. Bogusław Ba ś ... 2.Atomowa spektrofotometria absorpcyjna