CHEMICZNA ANALIZA INSTRUMENTALNAgalaxy.agh.edu.pl/~kca/adg-wyk-pop.pdf · •skrypt AGH W.W. Kubiak, J. Gołaś „Instrumentalne metody analizy chemicznej" Wyd. Nauk. "Akapit" 2006

2020-03-04

1

CHEMICZNA ANALIZA

INSTRUMENTALNA

W I B. Baś „Chemiczna analiza instrumentalna”

AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZAim. Stanisława Staszica w Krakowierocznik: 1980 - 1985

Ś.†P. prof. dr hab. inż. Roman Pampuch(1927 -2017)

Ś.†P. prof. dr hab. inż. Wiesław Ptak(1941-2004)

Ś.†P. mgr Anna Maria Pustówka(1949-2011)

AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZAim. Stanisława Staszica w Krakowierocznik: 1980 - 1985

11.1984

08.1983

07.1982

02.1985

1983-1984

Centrum Naukowo-Produkcyjne Mikroelektroniki Hybrydoweji Rezystorów „UNITRA-TELPOD” Kraków ul. Lipowa 4

technolog: 10.1985 – 03.1987r.

Projekt: linii technologicznej odzyskusrebra w galwanizerni

Wojskowa Szkoła Służb Zakwaterowania i Budownictwa, Giżycko

Przedsiębiorstwo Usług i Ekspertyz Naukowo-Technicznych„PROGRESS” Sp. z o.o. Kraków, ul. Lenartowicza 14

Projektant-konstruktor i specjalista ds. produkcji: 1988 - 1995

Bezinwazyjny system pomiaru ciśnienia parcjalnego tlenu we krwi tętniczej1991 -akceptacja Ministerstwa Zdrowia, wdrożony do produkcji

Przedsiębiorstwo Usług i Ekspertyz Naukowo-Technicznych„PROGRESS” Sp. z o.o. Kraków, ul. Lenartowicza 14

Projektant-konstruktor i specjalista ds. produkcji: 1988 - 1995

Ratunkowy system lokalizacji rozbitków – boja PSB 9011994 -akceptacja Polskiego Ratownictwa Okrętowego wdrożony do produkcji

Prom MF Jan Heweliusz zatonął 14 stycznia 1993r.

2020-03-04

2

Katedra Chemii Analitycznej – kilka lat wstecz…

Katedra Chemii Analitycznej – pracownicy

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” 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.) PWN W-wa 2007

prof. dr hab. inż. Bogusław Baś

A-3 IVp. pok. 410; tel. 12 617 25 29, 12 617 24 73


Harmonogramy ćwiczeń laboratoryjnych (2019/2020)

Data

Czwartek

godz. 945 – 1200

Grupa 1 Grupa 2 Grupa 3

05.03.2020 1MS 2KF 3BB

12.03.2020 2KF 5EN 4MS

19.03.2020 3KF 4MS 5EN

26.03.2020 4MS 3KF 1EN

02.04.2020 5EN 1MS 2KF

Prowadzący zajęcia laboratoryjne:

BB – prof. dr hab. inż. Bogusław Baś (bud. A-3, pok. 410)

KF – dr inż. Katarzyna Fendrych (bud. A-3, pok. 415)

EN – dr inż. Ewa Niewiara (bud. A-3, pok. 419A)

MS – dr inż. Małgorzata Suchanek (bud. A-3, pok. 415)

W I B. Baś „Chemiczna analiza instrumentalna” W I B. Baś „Chemiczna analiza instrumentalna”

2020-03-04

3


CHEMIA ANALITYCZNA

Interdyscyplinarna nauka zajmująca się opracowaniem oraz

praktycznym zastosowaniem metod pozwalających na określenie

ze znaną precyzją i dokładnością składu chemicznego obiektów

materialnych.

Przedmiotem analityki jest:

Informacja o rodzaju i zawartości składników włącznie z ich

przestrzennym uporządkowaniem i rozmieszczeniem, a także

zmianami w czasie.

Wynikiem badań analitycznych jest informacja uzyskiwana

poprzez materialne lub energetyczne oddziaływanie na badany

obiekt.


LICZBA ZNANYCH ZWIĄZKÓW CHEMICZNYCH

źródło: CHEMICAL ABSTRACT SYSTEM (CAS)

(01/10/2019r. godz. 20.31)

Liczba znanych substancji chemicznych (organicznych i nieorganicznych):

68 162 477 (67 770 473 02.10.2018r.) = 392 004

Liczba znanych reakcji chemicznych (jednoetapowych i wieloetapowych):

110 087 052 (od 1840r.)

Liczba związków chemicznych dostępnych w obrocie handlowym:

ok. 75 000 000

Liczba związków chemicznych podlegających uregulowaniom prawnym:

389 075

JAK DOTRZEĆ DO AKTUALNYCH DANYCH?

http://web.cas.org/cgi-bin/regreport.pl


Wzrost zaludnienia i produkcji chemikaliów


Pierwszy przepis prawny dotyczący ochrony środowiska


2020-03-04

4

Pierwszy przepis prawny dotyczący ochrony środowiska


Ziemi nie odziedziczyliśmy

po naszych Ojcach,

a jedynie pożyczyliśmy

od naszych Dzieci !


Rozwój technologii wytwarzania

cytrynianu sildenafilu (VIAGRATM)

E = 1300

1990E = 100

1994

E = 22

1997

E = 6

2004

E = 4

aktualnie


Skrócone zasady „Zielonej Chemii”


ROZRZUT WYNIKÓW ANALITYCZNYCH

Materiał Pierwiastek Liczba

laboratoriów

Rozstęp wyników

Liście tytoniu

Oriental

CTA-OTL-1

Cr

Cs

Ni

Pb

43

17

43

40

0.038 – 11.6 μg/g

0.117 – 11.8 μg/g

48.20 – 8083 μg/g

0.051 – 19.5 μg/g

Uwagi:

- rozstęp wyników analiz wykonywanych przez różne laboratoria np.

uczestniczących w porównaniach międzylaboratoryjnych może sięgać

nawet kilku rzędów wielkości

- generalnie, za rozrzut wyników odpowiedzialne są błędy analityczne.


Analiza jakościowa – to identyfikacja pierwiastków i związków

obecnych w próbce.

Analiza ilościowa – to określenie zawartości (stężenia) 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

(stężenie) 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.

2020-03-04

5


WIELKOŚĆ PRÓBKI

Wielkość próbki często stanowi podstawę klasyfikacji na typy

przeprowadzanych analiz.

Techniki stosowane w przypadku bardzo małych próbek są

zupełnie różne od technik odpowiednich dla próbek w skali makro.

Wielkość 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 różnić się stężeniem.

Ogólny problem związany z oznaczaniem śladów polega na tym,

że 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

Zależność błędu od

stężenia analitu


ANALITYKA SKŁADU

– określa skład próbki tj. jakie substancje i

w jakiej ilości występują w próbce.

Chromatogram fosforo-

organicznych insektycydów

Widmo mas wzorcowej próbki skały metody ICP MS


ANALITYKA ROZMIESZCZENIA

– określa jakie jest rozmieszczenie przestrzenne w skali

makro poszczególnych składników próbki.

Cu

Al

Si


ANALITYKA STRUKTURALNA

– określa jakie jest rozmieszczenie przestrzenne w skali

atomowej poszczególnych składników próbki (np. ustalenie

budowy cząsteczki ciała stałego).

Zn

Anhydraza węglanowa

- jeden z najszybciej działających enzymów.

Jedna cząsteczka enzymu katalizuje

104 - 106 cząsteczek CO2 w ciągu 1 s.

w tkankach; wysokie stężenie CO2

w płucach; niskie stężenie CO2

CO2 + H2O HCO3-Anhydraza węglanowa

HCO3- CO2 + H2O

Anhydraza węglanowa


ANALITYKA PROCESOWA

Zmiany stężeń składników próbki w czasie. Zastosowanie:

− kontrola procesów przemysłowych

− badanie procesów zachodzących w środowisku naturalnym

− badanie procesów zachodzących w organizmach żywych

− badanie przebiegu reakcji i procesów chemicznych

2020-03-04

6

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 często ogranicza się do kilku a

nawet jednego związku.

ANALIZA SPECJACYJNA

- identyfikacja i ilościowe oznaczanie różnych fizycznych i chemicznych form (indywiduów) danego pierwiastka

występujących w badanym obiekcie analizy.


ZNACZENIE SPECJACJI I JEJ SPECYFIKA

Wzajemne oddziaływanie

elementów środowiska

Obieg rtęci w środowisku



TYPOWA PROCEDURA

ANALIZY


PROCES ANALITYCZNY

OBIEKT POMIARU

PRÓBKA

SYGNAŁ

WYNIK POMIARU

WYNIK

ANALIZY

INFORMACJA

ZMIENNE

UKRYTE

BADANY

OBIEKTPROBLEM

STRATEGIA POBIERANIA

PRÓBKI

POBIERANIE

PRÓBKI

PRZYGOTOWANIE PRÓBKI

POMIAR

REJESTRACJA/OCENA

KALIBRACJA

INTERPRETACJA

PERCEPCJA ROZWIĄZANIE

PROBLEMU

SYSTEM

POMIAROWY

METODY

CHEMO-

METRYCZNE

2020-03-04

7


WYBÓR METODY ANALITYCZNEJ

Wymagane jest zdobycie jak najszerszych informacji na temat

badanego obiektu oraz pobranej próbki, dlatego należy określić:

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

substancji

- jaki jest stan skupienia badanego materiału

- jaki jest przewidywany zakres stężenia analitu i czy będzie on

ulegał 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 też np.

monitorowanie procesów w środowiska


- jaka ilość próbki będzie dostępna i czy może ona ulec

zniszczeniu podczas analizy

- ile wynosi czas pojedynczej analizy i czy jest on parametrem

krytycznym (np. w oznaczeniach klinicznych) oraz czy próbka

może 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

pożądaną jakością wyników, możliwościami ekonomicznymi i

czasowymi analityka.

WYBÓR METODY ANALITYCZNEJ


BADANY

OBIEKT

PRÓBKI RZECZYWISTE

W analizie próbek rzeczywistych przeszkadza obecność matrycy.

Matryca może zawierać związki podobne pod względem

właściwości fizycznych i chemicznych do analitu

Mogą one reagować z tymi samymi odczynnikami co analit lub też

mogą powodować powstawanie sygnału, który trudno odróżnić 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

również odczynnikami i rozpuszczalnikami użytymi na każdym etapie

przygotowania próbki.

Skład matrycy może się zmieniać w czasie.


INTERFERENCJE

Indywidua inne niż oznaczany analit, które wpływają na wynik

pomiaru, nazywane są interferentami.

Eliminacja interferencji jest jednym z trudniejszych wyzwań dla

analityka, gdyż powinien on zastosować takie postępowanie, które

umożliwi 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.


Poprawne wykonanie analizy chemicznej z zastosowaniem

techniki instrumentalnej wymaga pełnego zrozumienia:

zasady fizykochemicznej, na której oparta jest wybrana metoda

instrumentalna

praw fizycznych, stanowiących podstawę pracy instrumentu

pomiarowego

ograniczeń wynikających z zastosowania metody pomiarowej.

2020-03-04

8

KALIBROWANIE I POMIAR STĘŻENIA

W idealnym przypadku mierzona wielkość sygnału, Y, jest wprost

proporcjonalna do stężenia (zawartości) analitu cA:

Mierzona wartość, Y, powinna się zmieniać w znany i odtwarzalny

sposób. Procedura wyznaczania wartości parametru, k, nazywa się

kalibrowaniem.

OCENA WIARYGODNOŚCI WYNIKU

Żaden wynik analityczny nie jest kompletny bez oceny jego

wiarygodności.

Analityk zobowiązany jest podać, w jaki sposób przeprowadzona

została ocena niepewności przypisanej obliczonemu wynikowi.

AkcY


WYNIK ANALIZY CHEMICZNEJ

Wynikiem rzetelnej analizy chemicznej jest informacja o stężeniu

(zawartości) oznaczanego składnika oraz o oszacowanym błędzie

tego oznaczenia. Najczęściej wynik podawany jest w postaci:

x - średnia, co najmniej dwóch niezależnych wyników równoległych analiz wyrażona w jednostkach stężenia (zawartości)

oznaczanego składnika.

±ε - dokładność wyniku podana w formie przedziału ufności lub

inaczej wyrażonego błędu.

x


Cyfry znaczące (z definicji) w rozważanej 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 różnicy: 3.4 + 0.020 + 7.31 = 10.730 = 10.7

dla mnożenia/dzielenia reguła brzmi: wynik obliczeń ma tyle cyfr

znaczących, ile wyraz z najmniejszą liczbą cyfr znaczących.

Zaokrąglanie wyników – w przypadku liczby zakończonej cyfrą 5

wynik zaokrąglenia zakończony jest cyfrą parzystą np.

0.635 = 0.64 i 0.625 = 0.62


BŁĘDY W ANALIZIE

CHEMICZNEJ


W ramach procedury analitycznej chemicy przeprowadzają zwykle

2 - 5 powtórzeń pomiaru dla danej próbki, gdyż pojedyncza analiza

nie dostarcza żadnych informacji o zmienności wyników.

Powtórzenia stanowią próbkę (statystyczną) o określonym

rozmiarze, złożoną z wyników uzyskanych w toku analizy w dokładnie

taki sam sposób.

Powtórzenia mogą się również odnosić do pojedynczych pomiarów

wykonanych dla kilku próbek analizowanego materiału

Wartość centralną serii ( ) powtórzonych pomiarów zwykle

utożsamiana jest ze średnią, modą lub medianą.

(xp – wartość prawdziwa)

x


Najczęściej stosowaną miarą wartości centralnej jest średnia ( ).

Średnią zwaną również średnią arytmetyczną, uzyskuje się, dzieląc

sumę powtórzonych wyników pomiarów przez liczbę powtórzeń (N) w

serii:

x

N

x

x

N

i

i 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 różnicą między największą i

najmniejszą wartością w zbiorze.


2020-03-04

9

Precyzja - charakteryzuje powtarzalność pomiarów czyli rozrzut

wyników uzyskanych w dokładnie taki sam sposób.

Precyzję serii powtórzonych wyników charakteryzują trzy

powszechnie używane parametry: odchylenie standardowe, wariancja

oraz współczynnik zmienności.

Parametry te są funkcjami odchyleń, di, od średniej czyli różnic

między wynikiem powtórzenia i wartością średnią.

xxd ii

- odchylenie od średniej oblicza się z pominięciem znaku

Dokładność – wskazuje jak blisko wartości prawdziwej (oczekiwanej)

lub wzorcowej znajduje się uzyskany wynik pomiaru.

Ilościowo wyraża ją błąd pomiaru.


Ilustracja dokładności oraz precyzji

Możliwe jest uzyskanie bardzo precyzyjnych wyników z wartością

średnią o małej dokładności lub dokładnej wartości średniej dla

wyników o małej precyzji.


Błąd – określa różnicę między wartością zmierzoną a wartością

prawdziwą.

Błąd bezwzględny, E, pomiaru pewnej wielkości (x) to różnica

między wartością zmierzoną (xi) a wartością prawdziwą (xp).

pi xxE

- znak błędu bezwzględnego informuje, czy uzyskana wartość jest

większa czy mniejsza od wartości prawdziwej.

Błąd względny, Er, pomiaru uzyskuje się dzieląc błąd bezwzględny (E)

przez wartość prawdziwą (xp). W zależności od wielkości wyniku błąd

względny może być wyrażony w procentach, częściach na tysiąc itd.

%100

p

pi

rx

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 różnicę między

wartością średnią serii pomiarów a wartością prawdziwą. Jest powodem

istotnego zawyżenia/zaniżenia wszystkich wyników danej serii pomiarów.

Rozróżnia się trzy rodzaje błędów systematycznych:

a) błędy instrumentalne – spowodowane są wadliwym działaniem

przyrządu pomiarowego, niewłaściwą kalibracją, użytkowaniem itd.

b) błędy metody – powstają wskutek odstępstw od przewidywanego

chemicznego lub fizycznego zachowania analitu

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

ograniczeń eksperymentatora


Odchylenie standardowe próbki

- opis niewielkiej próbki wyników

1

1

2

N

xxN

i

i

x

ssRSD r

Błąd standardowy jest odwrotnie proporcjonalny do pierwiastka

kwadratowego z liczby wyników użytej do obliczeń średniej.

Średnia z 4 pomiarów jest razy bardziej precyzyjna niż

pojedynczy wynik z serii pomiarowej.

Odchylenie standardowe, σ, często podawane jest w postaci

względnej RSD (sr).

24


ŹRÓDŁA NIEPEWNOŚCI ANALIZY ILOŚCIOWEJ

niepełne zdefiniowanie analitu

pobieranie próbek

nieilościowy przebieg procesu rozdzielania / zatężania

kontaminacja

wpływ warunków środowiskowych na procedurę analityczną

niepewność przyrządów pomiaru masy i objętości

wartości przypisane wzorcom i materiałom odniesienia

wartości stałych wykorzystywanych w obliczeniach

przybliżenia i założenia upraszczające w procedurze pomiarowej

błędy przypadkowe, błędy osobowe odczytu wyników


2020-03-04

10


ZASADY PRACY W

LABORATORIUM

CHEMICZNYM


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 najwyższej 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 nie zużytego

odczynnika.

5. Do opakowania z odczynnikiem nie wolno wprowadzać sprzętu jak

łopatki, łyżeczki itp. Odczynnik odsypuje się z pojemnika, podobnie

w przypadku roztworów odlewa się odpowiednią jego ilość.

6. Po rozsypaniu odczynnika czy rozlaniu roztworu należy

natychmiast posprzątać miejsce pracy.

7. Należy się stosować do lokalnych wymagań prawnych opisujących

zasady utylizacji odczynników i ścieków.


POMIAR MASY (ważenie)

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 obciążeniem od 160 do 200 g i precyzją ± 0.1 mg.

Wagi półmikroanalityczne charakteryzują się maksymalnym

obciążeniem w zakresie od 10 do 30 g i precyzją ± 0.01 mg.

Wagi mikroanalityczne charakteryzują się maksymalnym

obciążeniem 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 łożysku

nożowym, wspierającym dźwignię w środkowym jej punkcie. Zgodnie

z zasadą odważniki umieszcza się na lewej szalce, ważone

przedmioty na prawej szalce.


ELEKTRONICZNA WAGA ANALITYCZNA

Wagi elektroniczne wyposażone są w system serwosterujący czyli

urządzenie, w którym przepływ prądu o niewielkim natężeniu

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.


ZASADY UŻYTKOWANIA WAGI ANALITYCZNEJ

1. Ważone przedmioty należy ustawiać na szalce wagi jak

najbardziej centralnie.

2. Należy chronić wagę przed działaniem substancji powodujących

korozję.

3. Należy zachować szczególną ostrożność przy ważeniu cieczy.

4. Należy utrzymywać wagę w należytej czystości. W przypadku

konieczności usunięcia rozsypanej substancji (kurzu) stosuje się

pędzelek o delikatnym włosiu.

5. Nie należy ważyć przedmiotów o temperaturze przewyższającej

temperaturę pokojową.

6. Należy używać pincet, aby uniknąć pochłaniania wilgoci przez

ważone przedmioty czy ich zatłuszczenia.

2020-03-04

11


Korygowanie błędu wynikającego z różnicy gęstości

Znaczna różnica gęstości ważonego przedmiotu i gęstości

odważników jest powodem błędu ważenia.

Ten błąd wynika z różnicy w sile wyporu powietrza wywieranej na

przedmiotach o różnej gęstości.

Poprawkę na wypór hydrostatyczny dla wag elektronicznych

oblicza się z równania:

W1 – skorygowana masa ważonego

przedmiotu

W2 – masa odważników wzorcowych

dx – gęstość ważonego przedmiotu

dodw – gęstość odważników

dpow – gęstość powietrza (1.2 mg·cm3)

odw

pow

x

pow

d

d

d

dWWW 221


Wpływ temperatury

Poważnym źródłem błędów jest ważenie przedmiotu, którego

temperatura różni się znacznie od temperatury otoczenia.

Różnica temperatur powoduje, że:

- wytworzone w wyniku różnicy temperatur ruchy powietrza

wpływają na efekt wyporu szalki i umieszczonego na niej

przedmiotu.

- ogrzane powietrze znajdujące się wewnątrz pojemnika z

ważoną substancją ma mniejszą masę niż ta sama objętość

powietrza w niższej temperaturze.

Błędy wynikające z ważenia substancji, które nie zostały

schłodzone do temp. pokojowej, mogą dochodzić nawet do 10%.

W przypadku wag elektronicznych znaczącym źródłem błędu

może być ładunek elektrostatyczny, ten problem jest szczególnie

istotny przy małej wilgotności powietrza.


Wyposażenie stosowane przy ważeniu

Masa wielu substancji stałych zmienia się wraz z wilgotnością

powietrza, co wynika przede wszystkim z absorbowania mierzalnych

ilości wilgoci.

Doprowadzenie próbki lub naczynia do stałej masy wymaga kilku

następujących po sobie operacji: ogrzewania, chłodzenia i ważenia,

które należy powtarzać aż do osiągnięcia zgodności pomiędzy

kolejnymi wynikami ważenia w zakresie od 0.2 do 0.3 mg.

Substancje stałe są najczęściej

suszone i przechowywane w

naczynkach wagowych, ze szlifem

wykonanym na zewnętrznej lub

wewnętrznej powierzchni naczynka.


Eksykatory i substancje suszące

Powszechnie stosowanym sposobem

suszenia substancji stałych jest ich ogrzewanie

w suszarkach.

W celu zapobieżenia wtórnemu pochłanianiu

wody w trakcie chłodzenia wysuszone

substancje przechowuje się w eksykatorach.

Eksykator jest naczyniem przeznaczonym

do suszenia substancji lub naczyń, a także

do przechowywania ich po wysuszeniu.

Do najczęściej stosowanych środków

suszących zalicza się: chlorek wapnia,

siarczan wapnia, bezwodny chloran

magnezu czy pentatlenek fosforu.


POMIAR OBJĘTOŚCI

Precyzyjne odmierzanie objętości jest równie ważne 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, zależą od temperatury.

Współczynnik rozszerzalności rozcieńczonych roztworów

wodnych to w przybliżeniu 0.025% / oC.

W przypadku odmierzania objętości cieczy organicznych

konieczne jest stosowanie poprawki dla różnicy temperatur < 1 oC.


Naczynia oraz sprzęt laboratoryjny można z punktu widzenia ich zastosowań podzielić na trzy zasadnicze grupy:

naczynia niemiarowe

- zlewki, parownice, lejki, szkiełka zegarkowe, naczyńka wagowe

itp. - służące do wykonywania konkretnych operacji w trakcie

procedury analitycznej.

naczynia „półmiarowe”

- cylindry, menzurki do odmierzania żądanej objętości cieczy.

naczynia miarowe

- o ściśle określonej objętości.

http://pl.wikipedia.org/w/index.php?title=Plik:Exsiccator_hg.jpg&filetimestamp=20090417115547http://pl.wikipedia.org/w/index.php?title=Plik:Exsiccator_hg.jpg&filetimestamp=20090417115547

2020-03-04

12


Precyzyjne odmierzanie objętości

Do pomiaru objętości stosowane są pipety, biurety i kolby miarowe.

Pipety i biurety są naczyniami kalibrowanymi „na wylew”, natomiast

kolby miarowe są naczyniami kalibrowanymi „na wlew”.

Pipeta miarowa służy do odmierzania ściśle określonej objętości,

najczęściej w zakresie od 0.5 do 200 mL.

Pipety z podziałką są tak kalibrowane, że umożliwiają odmierzanie

dowolnej objętości do maksymalnej pojemności pipety, która może się

zmieniać w zakresie od 0.1 do 25 mL.

Pipety Eppendorfa pozwalają na odmierzanie mikrolitrowych

objętości cieczy.

Pipety automatyczne służą do dozowania żądanej objętości

roztworu do wielu naczyń.

Pipety sterowane z poziomu mikrokontrolera i napędzane silnikiem

elektrycznym.


a) pipeta miarowa

b) pipeta Mohra z podziałką

c) pipeta serologiczna

d) mikropipeta Eppendorfa

e) pipeta Ostwalda-Folina

f) pipeta kapilarna (lambda)

a) pipeta automatyczna o zmiennej

objętości 100 – 1000 μL.

b) ręczna, sterowana komputerowo

pipeta automatyczna


Naczynia szklane mogą być klasy A lub klasy B.

Naczynia klasy A są najwyższej jakości i są

produkowane ze szkła borokrzemianowego Pyrex

lub Kimax. Naczynia klasy B mają dokładność ok.

dwukrotnie mniejszą.

Biurety są urządzeniami pozwalającymi na

odmierzanie ściśle określonej objętości cieczy

w zakresie objętości biurety. Ich precyzja jest

znacznie lepsza od precyzji pipet.

Kolby miarowe o objętości od

5 mL do 5 L są kalibrowane tak,

aby określić objętość roztworu

w kolbie po tzw. dopełnieniu

„do kreski”.


Zapobieganie błędom paralaksy

Górna powierzchnia słupa

cieczy w wąskiej szyjce naczynia

miarowego charakteryzuje się

krzywizną czyli meniskiem.

Menisk to zakrzywiona

powierzchnia roztworu na granicy

ciecz-powietrze.

Dolny poziom menisku jest

uznawany jako punkt odniesienia

przy kalibrowaniu i stosowaniu

naczyń miarowych.

Błąd paralaksy oznacza

pozorną zmianę poziomu

powierzchni słupa cieczy wraz ze

zmianą położenia obserwatora.

12.70

12.60

13.50


Kalibrowanie naczyń miarowych

Kalibrowanie 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 należy zawsze pamiętać o poprawce

związanej z gęstością odważników 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.


Sprawdzanie wiarygodności naczyń miarowych

- przy odmierzaniu roztworów nieprzejrzystych, gdy kreska

kalibracyjna jest zrównywana z górnym meniskiem roztworu

- jeżeli naczynie legalizowane zostaje w jakiś sposób odkształcone

(np. końcówka pipety została ukruszona)

- przy stosowaniu naczyń miarowych z tworzyw sztucznych, które

w miarę upływu czasu mogą ulegać samoistnemu odkształceniu

- w przypadkach stosowania mikropipet, które nie zachowują

stałości parametrów i powinny być okresowo sprawdzane

(przynajmniej raz w tygodniu).

http://pl.wikipedia.org/w/index.php?title=Plik:Burette.svg&filetimestamp=20070814153345http://pl.wikipedia.org/w/index.php?title=Plik:Burette.svg&filetimestamp=20070814153345http://pl.wikipedia.org/w/index.php?title=Plik:Messkolben.jpg&filetimestamp=20081111200304http://pl.wikipedia.org/w/index.php?title=Plik:Messkolben.jpg&filetimestamp=20081111200304

2020-03-04

13

- chemia analityczna, zakres i podstawowe pojęcia

- typowa procedura analityczna, proces analityczny

- zasady wyboru metody analitycznej

- cyfry znaczące, zasady zaokrąglania wyników

- rodzaje błędów w praktyce laboratoryjnej

- źródła niepewności analizy ilościowej

- odczynniki chemiczne zasady postępowania

- pomiary masy: wagi, zasady ważenia

- pomiary objętości: naczynia miarowe, kalibrowanie naczyń

miarowych

Podsumowanie


Documents

CHEMICZNA ANALIZA INSTRUMENTALNAgalaxy.agh.edu.pl/~kca/adg-wyk-pop.pdf · •skrypt AGH W.W. Kubiak, J. Gołaś „Instrumentalne metody analizy chemicznej" Wyd. Nauk. "Akapit" 2006