Instrumentální analýzy

E M

Instrumentální analýzy

Pavel Janoš

([email protected])

1

Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí

E M

Analytická chemie – metody, přístroje a strategie pro získávání informací o složení a podstatě látek v pozorované části reality.

Úkoly analytické chemie:• - prokázání přítomnosti látek, identifikace• - stanovení množství• - určení struktury, charakteru, forem (speciace)• - studium interakcí s okolím, atd.

Analytická chemie

2


E M

Základní rozdělení:

• kvalitativní

• klasická

• kvantitativní

• instrumentální

3

Podle konvence se mezi klasické (= neinstrumentální) metody zařazují metody vážkové (gravimetrické) a odměrné (titrační).


E M

Stanovení obsahu barviva Azorubin (E 122) v nápojích

• Princip: Absorbance (intenzita zbarvení) je přímo úměrná koncentraci barviva (Lambert-Beerův zákon).

• Krok 1: Pomocí řady roztoků o známé koncentraci barviva určíme závislost absorbance na koncentraci – provedeme kalibraci.

• Krok 2: Změříme absorbanci neznámého vzorku (limonády). Pomocí výše uvedené závislosti určíme koncentraci barviva.

Příklad 1:

4


E M

Příklad 2:

Princip: Potenciál chloridové iontově selektivní elektrody (ISE) je závislý na koncentraci chloridů (zde přímo úměrný - zjednodušení).

• Krok 1: Pomocí řady roztoků o známé koncentraci chloridů určíme závislost potenciálu na koncentraci chloridů – provedeme kalibraci.

• Krok 2: Ponoříme ISE do měřeného roztoku (vzorku) a změříme potenciál. Pomocí výše uvedené závislosti určíme koncentraci chloridů.

5

Stanovení chloridů pomocí iontově selektivní elektrody

Stanovení chloridů pomocí ISE

0

200

400

600

800

1000

1200

0 20 40 60 80 100 120

koncentrace chloridů (mg/l)

pote

nciá

l (m

V)


E M

Obecné charakteristiky analytické metody:

• Selektivita, specifičnost: Schopnost stanovit (identifikovat) danou látku (analyt) ve směsi s jinými látkami. „Odolnost“ proti rušivým vlivům. Schopnost přisoudit měřený signál stanovované látce.

• Mez detekce: Nejmenší množství (koncentrace) analytu, které poskytne signál, který lze odlišit od signálu pozadí, od šumu. Konvenčně se bere trojnásobek „šumu“, šum se vyjadřuje ve formě směrodatné odchylky.

MD = 3 s

• Mez stanovení (mez stanovitelnosti, mez kvantifikace): Takové množství (koncentrace) analytu, které poskytne signál, který lze využít k dostatečně přesné kvantifikaci

MS = 10 s


E M

Obecné charakteristiky analytické metody:

• PRECISION = PRECIZNOST (těsnost shody mezi indikacemi nebo naměřenými hodnotami veličiny získanými opakovanými měřeními na stejném objektu nebo na podobných objektech za specifikovaných podmínek)

(opakovatelnost, reprodukovatelnost)

• ACCURACY = PŘESNOST (těsnost shody mezi naměřenou hodnotou

veličiny a pravou hodnotou měřené veličiny)

• Citlivost: Směrnice kalibrační závislosti.• Linearita, lineární rozsah, pracovní rozsah• Robustnost


E M

Vlastnosti výsledku analytického stanovení:

• chyba a nejistota

Nejistota se vyjadřuje ve formě intervalu, o němž můžeme s dostatečně vysokou pravděpodobnosti předpokládat, že v něm leží správná hodnota. (Obdoba intervalu spolehlivosti.)

Např.:

c (NO3-) = (48,6 ± 0,7) mg/l

Celková nejistota se skládá z mnoha dílčích příspěvků


E M

Klasický popis měření

skutečná hodnotaskutečná hodnota

systematicksystematická á chybachyba

náhodná náhodná chybachyba

y


E M

Popis měření s nejistotou

y hodnotahodnota

rorozzšířená šířená nejistotanejistota

kombinovaná kombinovaná standardní nejistotastandardní nejistota


E M

Diagram příčin a následků

Homogenizace Vvz

d mvzVýtěžnost wsuš

Výsledekw BaP

Cvz

m(brutto)

kalibraceopakovatel.

linerita

pipet. podíl

teplotaopak.kalibrace

celk. objem

teplotaopak.kalibrace

m(tára)


linerita

m(tára)


linerita

m(brutto)


linerita

opak. sušení

teplotadoba suš.

opakovatelnost

kalibrace

teplota

opakovatel.

kalibrace

ředění

příprava kal. standardůlinearita

opak. měření ploch píkůteplota

kalibrace opakovatel.

slepý pokus

měření ploch píků

kontaminace

opakovatelnost

opakovatelnost


E M

Vztah mezi přesností (nejistotou) stanovení a koncentrací analytu

0

1 0

2 0

3 0

4 0

5 0

0 2 4 6 8

- l o g C

RS

D [

%]

H o r w i t z o v a k ř i v k a

0,1505)(2C

C)log0,5(12RRSD


E M

Srovnání klasických a instrumentálních metod:

KLASICKÉ

• vyšší obsah analytu• nízká selektivita, • nutnost předběžných úprav• pomalé,pracné• manuální• primární metody (gravimetrie)• vysoká spolehlivost• jednoduchý princip, dobře

zvládnuté• levné

INSTRUMENTÁLNÍ

• stopová množství• vysoká selektivita• vysoce výkonné• automatizované• metody poměrové (nutná

kalibrace)• nižší přesnost• složité – „black-box“• vysoké pořizovací náklady

(často i provozní)


E M

Charakteristické rysy současné analytické chemie:

• využití fyzikálních metod• instrumentace• computerizace• automatizace• robotizace• miniaturizace („on-chip“)• výkonnost (nižší meze stanovení, vyšší rozlišení, kratší

doba analýz, multielementární metody, …)• management a systémy jakosti


E M

Rozdělení instrumentálních metod

• Optické/spektrální metody (emisní spektrální analýza (ICP-OES), atomová absorpční spektrometrie (AAS), spektrofotometrie (UV/Vis), IČ spektrometrie, Ramanova spektrometrie, rtg. analýza, refraktometrie polarimetrie hmotnostní spektrometrie)

• Separační metody (chromatografické, elektromigrační)

• Elektroanalytické metody (potenciometrie, polarografie, konduktometrie, coulometrie)

• Radioanalytické metody

• Termická analýza, pyrolyzní metody

Documents

Instrumentální analýzy