Stanovení obsahu mědi ve víně coulometricky na analyzátoru EcaFlow 150 GLP 3 5
1
2
4
1 průtokové schéma, 2 měřící cela EcaCell C 353,3 drţák filtru, 4 peristaltické čerpadlo, 5 hadičky s proudícími roztoky
Úkoly: 1) Seznámení s metodou 2) Charakteristika vína 3) Stanovení obsahu mědi ve víně a) Příprava kalibračních roztoků b) Příprava vzorku k analýze c) Příprava přístroje na měření d) Kalibrace a stanovení obsahu Cu ve vzorku vína 4) Vyhodnocení analýzy
Přístroje a zařízení Automaticky elektrochemický analyzátor EcaFlow 150 GLP, kompaktní průtoková cela s pracovní porézní uhlíkovou elektrodou E53 Au, digitální váhy, ultrazvuková lázeň
Chemikálie Síran měďnatý CuSO4. 5H2O (M= 249,69 g.mol-1), elektrolyt R - 013 (<1% HCl, destilovaná voda)
Sklo Kádinka 100 ml (1x), kádinka 400 ml (1x), odměrná baňka 1000 ml (2x), odměrná baňka 50 ml (2x), odměrná baňka 100 ml (1x), lodička (1x), pipetovací balonek (1x), chemická lţička (1x), pipeta dělená 5 ml (1x), injekční stříkačka
1) Seznámení s metodou Princip Stanovení je zaloţeno na měření náboje, který je nutný k úplné chemické přeměně stanovovaného analytu, v případě mědi se jedná o redukci. Pro stanovení koncentrace látky se vyuţívá v coulometrii Faradayova zákona. Pouţívá se ampérostatické zapojení, takţe analýza probíhá za konstantního proudu, tzv. stabilním (generačním) proudem. Účinná látka se vytváří (generuje) tak dlouho, aţ je potenciál indikační elektrody roven potenciálu v bodě ekvivalence, nebo se zaznamená potenciometrická titrační křivka, která se graficky vyhodnotí. Faradayův zákon:
𝑚=
𝑀∙𝑄 𝑧∙𝐹
m………. hmotnost elektrolyzované sloţky [g] M………. molární hmotnost [g.mol-1] Q………. elektrický náboj [C] z………. počet elektronů vyměňovaných při elektrodovém ději F………. Faradayova konstanta (96 484, 56 C.mol-1) Ke coulometrické titraci a jejímu vyhodnocení se pouţívá přístroj EcaFlow 150 GLP. Pro zvýšení citlivosti přístroje se vyuţívá technika nahromadění. Analyt se nejprve nahromadí na měrné elektrodě a aţ pak se rozpustí. Během hromadění se roztok vzorku promíchává s roztokem elektrolytu. Pokud se na rozpouštění pouţívá konstantní
proud,
hovoří
se
o
galvanostatické
rozpouštěcí
(stripping)
chronopotenciometrii (SCP). Způsob nahromadění a rozpouštění je závislý na charakteru vzorku. Pokud má analyt podobné vlastnosti jako elektrolyt, pouţívá se potenciostatické nahromadění (nahromadění za konstantního potenciálu). Metoda SCP je dvojfázová analytická metoda, při které se v prvním kroku vyloučí na povrch pracovní elektrody stanovovaný analyt z proudícího vzorku a ve 2
druhé fázi je analyt rozpuštěn konstantním proudem a zaznamená se změna potenciálu elektrody v průběhu rozpouštění. Změna potenciálu je závislá na čase, z křivky lze určit přechodový čas, který je roven době potřebné na rozpuštění analytu. Naměřené hodnoty se ukládají do paměti počítače. Původní závislost E = f(t) je transformována derivací na f(E) = dt/dE a vlny v původním záznamu se změní na píky. Plocha píků udává přechodový čas, ze kterého lze pak pomocí integrace vypočítat koncentraci analytu ve vzorku. V případech, kdy se kov nevylučuje kvantitativně na elektrodu, je pouţívána metoda kalibrační přímky.
2) Charakteristika vína Víno je alkoholický nápoj, výjimečně nealkoholický, který vzniká kvašením plodů révy vinné. Vína se rozlišují podle barvy, obsahu cukru, vyzrálosti a technologie zpracování. Základní a nejznámější je dělení na vína bílá, růţová a červená. Odhaduje se, ţe vína obsahují aţ 400 – 600 různých sloučenin v celkovém koncentraci 0,8 – 1,2 g.dm-3. Mezi tyto látky patří:
Voda: obsah je aţ 80%, záleţí na odrůdě révy.
Alkohol: je hlavním nositelem chuti, jedná se o ethanol, který vzniká kvašením cukru. Dále můţe obsahovat v malém mnoţství methanol a vyšší alkoholy, které jsou ve víně neţádoucí a způsobují bolesti hlavy. Obvyká koncentrace ethanolu se pohybuje v rozmezí 9 - 15% na litr.
Barviva: jsou obsaţena ve slupce hroznů. Odrůdy bílého vína obsahují flavonoidy a xantofyly. Modré odrůdy obsahují antokyany a jejích obsah můţe být aţ 3 g.l-1.
Aromatické látky: jedná se zejména o estery, které vznikají sloučením alkoholů
a
kyselin.
Mezi
nejvýznamnější
patří
ethylacetáty,
isoamylacetáty a ethylformiáty. Tyto látky jsou důleţité pro vůni, chuť a celkový odrůdový charakter vína.
Třísloviny: obsah můţe být aţ 2 g.l-1. Víno obsahuje nejvíce taninu, coţ je polyfenolická látka.
Fenolické látky: červená vína obsahují 800 – 4000 mg na litr fenolických látek, zejména flavonoidních látek.
Vitamíny: mnoţství vitamínů se liší podle odrůdy a je ovlivněno technologickou výrobou. Nejvíce jsou ve víně obsaţeny B vitamíny 3
(B1, B2, B5, B6, B12, PP), v malém mnoţství obsahuje víno i vitamin C.
Cukry: v hroznech lze najít glukosu a fruktosu v poměru 1:1.
Tuky: jsou ve víně neţádoucí. Vrstvička vosku na povrchu zabraňuje odparu vody a vniknutí škodlivých mikroorganismů.
Kyseliny: víno obsahuje především kyselinu vinnou, v menším mnoţství kyselinu jablečnou a mléčnou. Obsah kyselin se pohybuje v rozmezí 5 – 8 g na litr.
Dusíkaté látky: Jejich obsah je 0,5- 1 g na litr. Jedná se zejména o proteiny, polypeptidy, aminokyseliny a organické dusíkaté látky.
Minerály: jejich obsah je ovlivněn půdními podmínkami a způsobem hnojení révy. Nejvíce víno obsahuje tyto minerály K, Ca, Mg, Fe, Mn,P a Cu.
3) Stanovení obsahu mědi ve víně Měďnaté ionty se vyloučí jako kov na pracovní elektrodě E53 Au, která je naplněna vzorkem vína. Dochází tedy k redukci mědi podle rovnice: 𝐶𝑢2+ + 2𝑒 − → 𝐶𝑢0 Pro stanovení se vyuţívá metoda SCP, coţ znamená, ţe vyloučená měď se rozpustí konstantní proudem, zaregistruje se signál - chronopotenciogram a vypočítá se koncentrace mědi ve vzorku.
a) Příprava kalibračních roztoků Na analytických vahách se naváţí 100,0 mg CuSO4. 5H2O, rozpustí se v destilované vodě, převede do odměrné baňky na 1000 ml a doplní destilovanou vodou po rysku. Z toho roztoku se připraví kalibrační sada o koncentracích 1000, 1500 a 2000 µg.l-1 do odměrných baněk na 100 ml (koncentrace 1000 µg.l-1) a 50 ml (koncentrace 1500 a 2000 µg.l-1) a doplní se po rysku elektrolytem R-013. Jako slepý vzorek (blank) se pouţije elektrolyt. b) Příprava vzorku k analýze Vzorek vína se nechá po dobu 10 minut odplynit v ultrazvukové lázni a pak je připraven na analýzu. 4
c) Příprava přístroje na měření 1. Zapneme přístroj EcaFlow 150 GLP. 2. Zapneme počítač. 3. Spustíme program EcaFlow Autosampler. 4. V okně NASTAVENÍ
, v záloţce VŠEOBECNÉ zvolíme číslo metody-
metodu č. 53 Stanovení Cu ve vínech a stiskneme „OK“.
5. V záloţce MĚŘENÍ změníme hodnotu průtoku na 6 ml/min a stiskneme „OK“. 6. Okno NASTAVENÍ PARAMETRŮ zavřeme kliknutím na „OK“. 7. Barevně označené hadičky ponoříme do příslušných roztoků: MODRÁ
ČERVENÁ
ŢLUTÁ
roztok elektrolytu R – 013
blank
standard Cu
8. Přítlačné ramínko čerpadla zacvakneme do pracovní polohy. 9. Pod drţák filtru umístíme kádinku a v hlavním okně klikneme na moţnost „NAPLNĚNÍ“. 10. Odstraníme kádinku a zapojíme obě hadičky cely. 11. V hlavním okně klikneme na moţnost „PREPARACE“ (spustí se příprava elektrody na měření).
5
12. V okně
NASTAVENÍ
,
v záloţce
VŠEOBECNÉ
nastavíme
BEZKALIBRAČNÍ MÓD MĚŘENÍ a přepneme na měření pozadí PŘED KAŢDÝM MĚŘENÍM.
13. V záloţce VZORKY nadefinujeme přípravné měření kliknutím na moţnost PŘIDAT. Měření pojmenujeme PŘÍPRAVNÉ MĚŘENÍ, v moţnosti opakovat dáme 3, zaškrtneme moţnost „ANALYZUJ“ a klikneme na „OK“.
6
14. opět klikneme na „OK“ (aby se zavřelo okno s hlavní nabídkou), pak na moţnost SPUSTIT
a následně na START, tím se spustí přípravné měření.
15. Během měření se objeví nápis „ZMĚŇTE NA NÁDOBU Č. 1“, aniţ bychom cokoliv měnili, klikneme na „OK“.
16. Po ukončení měření se zobrazí křivka. Zaklikneme vlevo dole moţnost Cu. 7
Objeví se kurzory odpovídající rozsahu mědi. Leţí-li pík v rozsahu kurzorů, můţeme přejít na kalibraci a analýzu vzorku. 17. Nejprve si definujeme vzorek na analýzu, potom přístroj nastavíme na měření kalibrace.
18.
Opět klikneme na NASTAVENÍ
, na záloţku VZORKY a moţnost
PŘIDAT. Vzorek pojmenujeme, nastavíme počet měření na 3, zaškrtneme moţnost „ANALYZUJ“ a klikneme na „OK“.
8
19. V okně VZORKY klikneme pravým tlačítkem myši na se opakovalo přípravné měření.
9
, tím zabráníme, aby
20. Pak
klikneme
KALIBRAČNÍCH
na
moţnost
PŘÍDAVKŮ
VŠEOBECNÉ, a
měření
přepneme
pozadí
na
techniku
S KAŢDÝM
NOVÝM
VZORKEM NEBO STANDARDEM.
21. Pak klikneme na záloţku KALIBRACE, v levém okně nastavíme Cu , v pravém µg/l. Klikneme na „OK“.
10
22. Ţlutou hadičku zasuneme do standardu č. 1, modrá a červená jsou v elektrolytu, a klikneme na moţnost SPUSTIT
, nastavíme počet měření
na 3 a klikneme na START, tím odstartujeme kalibraci.
11
23. Během měření nás přístroj vyzve k výměně standardů. Nejprve standard vyměníme a pak potvrdíme kliknutím na „OK“.
12
24. Po ukončení kalibrace vhodně nastavíme kurzory. 25. Ţlutou hadičku ponoříme do analyzovaného vzorku vína, klikneme na moţnost SPUSTIT
a následně na moţnost START.
26. Po skončení měření nastavíme kurzory i u analyzovaného vzorku. V hlavním okně programu, klikneme na moţnost ZÁVISLOSTI a zkontrolujeme přesnost měření. 27. V okně SHOW RESULTS
nalezneme naměřené hodnoty.
28. Ukončení práce s přístrojem je následující: a) Z jednotlivých roztoků vyjmeme hadičky a ponoříme je do kádinky s destilovanou vodou. Hadičky cely odpojíme a injekční stříkačkou z nich vysajeme zbylou kapalinu. b) V hlavním okně programu klikneme na moţnost NAPLNĚNÍ. Dojde k promytí hadiček. c) Po skončení promytí vypneme program. Hadičky dáme do prázdné kádinky a „vycvakneme“ ramínko čerpadla. Pod drţák filtru umístíme prázdnou kádinku. d) Přístroj vypneme.
4) Vyhodnocení analýzy V této úloze se pouţívá metoda kalibrační přímky. Hodnoty koncentrace mědi ve víně zapíšeme a zdůvodníme moţné chyby ve stanovení.
13
