Extrakce Slouží k izolaci, oddělení analytu nebo skupin látek s podobnými vlastnostmi od matrice a ostatních látek, které nejsou předmětem analýzy (balasty). Extrakce je založena na ustavení rovnováhy pro daný analyt mezi dvě navzájem nemísitelné složky. Extrakce z kapaliny do kapaliny (L-L extrakce, vytřepávání) Extrakce z pevné látky do kapaliny (S-L, selektivní rozpuštění) Extrakce z kapaliny na pevnou látky (L-S, selektivní sorpce, extrakce pevnou fází) Extrakce z kapaliny do plynné fáze (L-G, strhávání těkavých analytů proudem inertního plynu) Extrakce z plynu na pevnou fázi (G-S, selektivní sorpce) Dělení podle způsobů provedení -Jednostupňová extrakce - mnohastupňuvá extrakce - kontinuální extrakce
Rovnováha v systému kapalina - kapalina
Rozdělovací konstanta charakterizuje každou látku v systému voda – organické rozpouštědlo při určité teplotě a tlaku. Její hodnota by pro extrahovanou látku měla být vyšší něž jedna. Cílem extrakce je vyextrahovat co nejvíce dané složky s co nejmenším počtem kroků a s co nejmenší spotřebou rozpouštědla.
Účinnost po jedné extrakci
Účinnost n-opakovaných extrakcí
Provedení extrakce -Pokud látku nelze extrahovat, je nutné převést ji do extrahovatelné formy - Rozpuštědla používané při extrakci se nesmí spolu mísit Výsledný komplex má nulový náboj Tento komplex má náboj je nutné ho dál převést na neutrální reakcí s ClO4-
Extrakce pevnou fází
Sorbenty: K zachycování látek na sorbentu a jejich zakoncentrování se využívají fyzikálně chemické interakce: -Van Der Waalsovi interakce („nepolární interakce“) např. aromáty - vodíkové vazby a interakce dipól-dipól („polární interakce“) např. OH- skupina alkoholů - iontově-výměnné interakce (přitažlivé síly mezi opačnými náboji) Prodávají se sorbenty s těmito specifickými vlastnostmi
Velmi často se SPE užívá k extrakci nepolárních látek z vody a biologických materiálů:
Polární fáze
Iontově výměnné interakce:
Hmotnostní spektrometrie Mass spectrometry = MS Separační metoda, která umožňuje převedení analytu ionizovanou plynnou fázi (ionty v plynné fázi) a vzniklé ionty jsou pak separovany podle poměru hmotnosti a náboje (m/z).
Jde o velmi komplikovaný proces, který by se dal zjednodušit: • odpaření vzorku • ionizace • urychlení iontu do analyzátoru • separace iontů hmotnostním filtrem • detekce iontů Při ionizaci molekuly obvykle dochází ke komplikovaným ion-molekulovým reakcím, ale základní děje lze vyjádřit takto:
Celý proces akcelerace iontů a separace podle poměru m/z musí probíhat ve vysokém vákuu (10-4 až 10-8 Pa) aby bylo zabráněno vzájemným kolizím vzniklých iontů. Instrumentace MS
Kvadrupólový analyzátor
Detektory iontů Elektronový násobič
Detektor s konverzní dynodou a fotonásobičem
Hmostnostní spektrum Závislost relativní intenzity iontového proudu na podílu m/z. Relativní intenzita nejinenzivnějšího iontu je 100%
Analytické využití: -Kvalitativní i kvantitativní analýza – rychlá a citlivá metoda - identifikace sloučenin (zejména organické sloučeniny). Spektra naměřené lze porovnávat s knihovnou spekter (tj. bez standardu lze identifikovat látky přítomné ve vzorku). - Nejčastěji se užívá ve spojení s jinou separační metodou (GC, LC)
Elektrochemické metody Elektrochemické metody využívají závislosti elektrocheckého chování roztoků na jejich složení a koncentraci. Základem všech elektrochemických metod je ELEKTROCHEMICKÝ ČLÁNEK – soustava v níž je analyzovaný roztok v kontaktu s elektrodami Galvanický článek – elektrochemický článek je zdrojem napětí jako důsledku dějů, které probíhají na elektrodách Elektrolytický článek – elektrochemický článek, kdy působením elektrické energie dodané z vnějšku dochází k úplné elektrolýze
Rozdělení elektrochemických metod • Metody založené na elektrodovém ději
• Metody založené na měření elektrochemických vlastností roztoku
Potenciometrie
Elektroda = heterogenní elektrochemický systém tvoření alespoň dvěma fázemi. Jedna fáze je vodič I. třídy – kov, druhá fáze vodič II. třídy – roztok iontů
Elektrodový děj – je redoxní reakce umožňující přenos náboje mezi fázemi elektrody, které patří mezi vodiče různých tříd. Dohoda: elektrodový děj se zapisuje chemickou rovnící ve směru redukce
Nernstova rovnice Rovnice definující potencíál elektrody E
n.... počet vyměňovaných elektronů při elektrodovém ději
Druhy elektrod elektrody prvního druhu - na nich probíhá pouze jedna chemická reakce, patří sem kovové nebo plynové elektrody.
Potencíál elektrody závisí na koncentraci kovových iontů v roztoku elektrody druhého druhu - jejich elektrochemický potenciál je určen kombinací dvou reakcí, patří sem například kalomelová nebo chloridostříbrná elektroda. Jsou tvořeny kovem pokryté vrstvičkou své málo rozpustné soli a ponořený do roztoku aniontů této soli
Potenciál argentchloridové elektrody a kalomelové elektrody závisí na koncetraci chloridových iontů v roztoku.
Elektrody iontově – selektivní ISE Iontově selektivní elektrody využívají vzniku potenciál na membráně selektivně proupstné pro určité ionty. Ionty, které mohou vstupovat do membrány, způsobují vznik potenciálového rozdílu mezi povrchem membrány a okolním roztokem.
Potenciál ISE závisí pouze na koncentraci stanovovaných iontů v roztoku
Skleněná elektrody – měření pH Skleněná elektrody je pH selektivní elektroda. Je tvořená baničkou z elektrodového skla s vnitřním roztokem o stálém pH a koncentrací chloridových iontů, ve kterém je ponořena argentchloridová elektroda Na povrchu elektrody probíhá iontově-výměnná reakce:
Potenciál skleněné elektrody závisí na pH měřeného roztoku Pro měření pH je nutné elektrodu vždy nakalibrovat na standardní rozotky o známém pH. Kalibruje se vždy na dva standardní roztoky o známém pH.
Existují ISE elektrody na stanovení dalších iontů v roztocích: F-, Ca2+, Cl-, NO3-.
Další využití potenciometrie – potenciometrické titrace Indikace BE objektivní metdou, namísto indikátorů. Vhodné k titraci
Voltametrie a polarografie Mezi dvojici elektrod v roztoku vkládáme měnící se napětí a sleduje se procházející proud. Jedna z dvojice elektrod je tzv. polarizovatelná elektroda. Polarizovatelná elektroda slouží jako měrná elektroda, druhá elektroda ne srovnávací (nepolarizovatelná). Ze závislosti proudu na napětí (I-E křivky) je možné provést kvalitativní analýzu (druh elektroaktivní látky – analytu v roztoku) a kvantitativní analýzu (koncentraci elektroaktivní látky v roztoku).
Polarografie – využívá rtuťovou kapkovou elektrodu (Heyrovský) Voltametrie – využívá pevné elektrody, stacionární rtuťové elektrody apod.
Polarizace elektrod článkem teče menší (žádný) proud než odpovídá napětí na elektrodách, kdyby v něm byly pouze vodiče I. třídy – důsledek toho, že některý krok elektrodového procesu je za daných podmínek pomalý (neprobíhá vůbec); koncentrační polarizace, aktivační polarizace. Polarizovatelné elektrody: např. elektrody s malým povrchem; Nepolarizovatelné elektrody: např. elektrody velkoplošné a elektrody II. druhu; Depolarizátory: látky, které se při určitém potenciálu mohou oxidovat či redukovat (depolarizují elektrodu), takže elektrodou může téci proud. Depolarizátor je analyt, který stanovujeme.
I-E křivky Pokud je přítomná oxidovaná forma látka – katodická I-E křivka
Pokud je přítomná redukovaná forma látky – anodická I-E křivka
Klasická polarografie
Polarografická vlna
Pracuje se metodou • kalibrační křivky • standardního přídavku
Kvantitativní analýza – výška polarizační vlny je úměrná koncentraci Kvalitativní analýza – půlvlnový potenciál
E1/2 – potenciál v polovině výšky vlny je pro každou elektroaktivní látku charakteristický a dá se najít v tabulkách.
Analytické využití: • stanovení kovů ve vodách, potravinách, složkách ŽP, stopová analýza • analýza tenzidů • analýza organických látek (pesticidy, léčiva apod.) Dnes existují polarografické a voltametrické techniky, které umožňují stanovit 1012 mol/l elektroaktivní látky. Voltametrie také umožňuje analýzu DNA.
Konduktometrie
Vodivost (G,) vyjadřuje schopnost roztoku elektrolytu vést elektrický proud.
Vodivost je závislá na geometrických parametrech vodiče, takže je nutné zavést tzv. měrnou vodivost κ (kapa).
• Konduktometrická titrace Indikace BE na základě změn vodivostí v průběhu titrace. Má smysl pouze tehdy, kdy dochází k výrazným změnám vodivosti před nebo za bodem ekvivalence. Nejčastěji se využívá u neutralizačních titrací.
Monitoring složek životního prostředí Monitorování životního prostředí chápeme jako dlouhodobé měření a vyhodnocování vybraných parametrů nejen zdrojů biosféry, ale i všech produktů civilizace - lidské činnosti
