AAS
(KATA & Geochemie)
Optimalizace podmínek měření a práce s AAS Teoretický základ úlohy: 1:
OPTIMALIZACE PRACOVNÍCH PODMÍNEK
Jedním z prvních úkolů při práci s atomovým absorpčním spektrometrem (AAS) je vždy nalezení (později již jen nastavení a ověření) optimálních přístrojových parametrů pro stanovení zadaného prvku. Nastavením těchto podmínek máme dosáhnout co nejvyšší citlivosti stanovení a zároveň minimalizovat interference rušivých složek matrice, pokud je to změnou přístrojových parametrů možné. Jde o tyto parametry: • vlnová délka (při které měříme; je uvedena v přístrojovém manuálu; u řady prvků můžeme volit z několika čar; zpravidla volíme nejcitlivější čáru) • šířka spektrálního intervalu (je uvedena pro příslušnou vlnovou délku daného prvku v manuálu; selektivita vs. citlivost stanovení) • žhavicí proud výbojky s dutou katodou (HCL) (opět doporučen výrobcem; kompromisem mezi životností výbojky a citlivostí měření) • vycentrování výbojek v optické ose pomocí otočných šroubů na patici výbojek a přesné nastavení vlnové délky pro zajištění maximální intenzity záření • plamenový profil (hledá se optimální výška plamene od ústí hořáku, ve které prochází měřicí paprsek atomizačním prostředím; viz ilustrační obrázek) • účinnost zmlžování (poloha tříštivé kuličky před ústím nasávací kapiláry) • složení plamene (poměr oxidantu - vzduchu a paliva - acetylenu) 2:
URČENÍ KONCENTRACE VZORKU
Po nastavení optimálních parametrů pro stanovení daného prvku je možné začít vlastní stanovení. Metodu kalibračního grafu použijeme v případě, kdy máme sadu velkého počtu vzorků, u kterých známe dobře složení matrice. To využijeme pro přípravu odpovídajících kalibračních standardů. Metodu standardního přídavku použijeme v případě, kdy máme sadu menšího počtu vzorků, u kterých složení matrice neznáme dostatečně nebo je variabilní. 3:
CHEMICKÉ INTERFERENCE
Jestliže stanovujeme např. Ca v přítomnosti Al, nebo Cr v přítomnosti Fe, musíme pracovat v plameni acetylen - oxid dusný. Tyto prvky spolu tvoří tzv. termostabilní sloučeniny. Pro jejich disociaci je třeba větší množství energie, než je schopen dodat plamen acetylen - vzduch. Energie dodávaná plamenem acetylen – oxid dusný je ale až příliš velká, dochází tak zároveň k nežádoucí ionizaci vápníku. Pro stanovení vápníku proto musíme do zmlžovaného roztoku přidat tzv. ionizační pufr.
1
AAS
(KATA & Geochemie)
Optimalizace podmínek měření a práce s AAS Přístroje a pomůcky:
AAspektrometr AAS 3 (Zeiss-Jena, Německo); odměrné nádobí S obsluhou přístroje AAS 3 vás seznámí dozor praktika.
Chemikálie: standardní roztoky Zn2+ a Ca2+ o koncentraci 100 µg·ml–1, standardní roztok Al3+ o koncentraci 1000 µg·ml–1 a standardní roztok K+ obsahující 100 000 µg·ml–1 K+
Úkoly:
Proměřte vliv vybraných parametrů na stanovení zinku a vápníku metodou atomové absorpční spektrometrie (AAS).
1. Optimalizujte pracovní podmínky stanovení Zn: a) Vyneste do grafu závislost absorbance na výšce paprsku nad hranou hořáku (tzv. plamenový profil) a zvolte optimální pozici hořáku pro uvažované stanovení. b) Vyneste do grafu závislost absorbance na průtoku paliva (mění se poměr palivo : oxidant). ve vzorku metodou kalibračního grafu 2. Určete koncentraci Zn2+ a metodou standardního přídavku a porovnejte vybrané parametry těchto stanovení. a) Zjistěte obsah Zn2+ ve vzorku a charakteristickou koncentraci (způsobí signál A = 0,0044) pro stanovení Zn2+ (za aktuálních podmínek měření) odečtem z kalibrační přímky (graf závislosti absorbance na koncentraci Zn2+ v kalibračních standardech, v lineární části proložený přímkou). b) Zjistěte obsah Zn2+ v daném vzorku metodou standardního přídavku (graf závislosti absorbance na koncentraci přídavku Zn2+ do roztoku vzorku). c) Porovnejte směrnice obou stanovení a diskutujte vlivy matrice a další odlišnosti. 3. Diskutujte chemické interference při stanovení Ca2+. Vyneste do jednoho grafu závislost absorbance Ca na koncentraci přítomného hliníku pro oba plameny (C2H2 – vzduch a C2H2 – N2O) a získané výsledky diskujte.
Pracovní postup: Připravte si a seřaďte nejprve všechny roztoky dle následujícího podrobného návodu. Všechna měření budou provedena pod dohledem dozoru praktika v jednom časovém bloku. 1:
OPTIMALIZACE PRACOVNÍCH PODMÍNEK PRO STANOVENÍ Zn2+
Ze zásobního roztoku připravte 100 ml roztoku Zn2+ o koncentraci 0,5 µg·ml–1 s přídavkem 1 ml koncentrované HNO3. Do pracovní polohy AA spektrometru nastavíme zinkovou výbojku s dutou katodou. Nastavení vlnové délky, šířky spektrálního intervalu a žhavícího proudu výbojky provedeme dle doporučení výrobce (λ = 213,9 nm, Δλ = 0,5 nm, IHCL = 5 mA). Přesvědčíme se, zda je v přístroji umístěn správný hořák pro plamen acetylen - vzduch a zapálíme plamen. Provádíme v přítomnosti dozoru praktika!!!. Přístroj vynulujte při zmlžování deionizované vody. Nulování se provádí po každé změně pracovních parametrů.
2
AAS
(KATA & Geochemie)
Optimalizace podmínek měření a práce s AAS
a) Nyní zmlžujte připravený roztok Zn2+ o koncentraci 0,5 µg·ml–1 při různé výšce paprsku nad horní hranou hořáku v rozsahu 0 - 12 mm (s krokem 2 mm). Stupnice je dělena v milimetrech. Po každé změně pozice hořáku před měřením absorbance Zn vynulujte přístroj na deionizovanou vodu. Na základě vyhodnocení právě získané závislosti vraťte hořák do polohy, ve které jste dosáhli maximální absorbance a přístroj znovu vynulujte na deionizovanou vodu. b) Postupným zmlžováním roztoku Zn2+ při různém průtoku acetylenu změřte závislost absorbance na poměru průtoku palivo : oxidant. Regulátorem průtoku acetylenu upravujte průtok v rozmezí 50 - 90 l·hod–1 (s krokem 10 l·hod–1). Po každé změně průtoku acetylenu musíte přístroj opět vynulovat na deionizovanou vodu. Průtok vzduchu zůstane po celou dobu měření konstantní na hodnotě 57 l·hod-1. Na základě právě získané závislosti vraťte průtok acetylenu na hodnotu odpovídající maximální citlivosti a přístroj znovu vynulujte na deionizovanou vodu. 2:
URČENÍ KONCENTRACE Zn2+ VE VZORKU a) Pro metodu kalibračního grafu si připravte následující roztoky Zn2+ o koncentraci 0,0; 0,1; 0,2; 0,3; 0,4 a 0,5 µg·ml–1, každý s přídavkem 1 ml koncentrované HNO3 (roztok o koncentraci 0,5 µg·ml–1 použijte z minulých měření 1a) a 1b) ). b) Pro metodu standardního přídavku pipetujte z dodaného vzorku 10,0 ml roztoku do 4 odměrných baněk o objemu 100 ml. Do všech přidejte1 ml koncentrované HNO3. Odměrnou baňku č. 1 pak doplňte deionizovanou vodou. Do odměrných baněk č. 2, 3 a 4 pipetujte jednotlivé přídavky ze zásobního roztoku obsahujícího 100 ppm Zn2+ tak, aby výsledná koncentrace přídavku Zn2+ v baňkách činila 0,1; 0,2 a 0,3 µg·ml–1.
Nastavte přístrojovou nulu na deionizovanou vodu a postupně proměřte všechny připravené relevantní roztoky. Mezi nimi vždy zmlžujte několik sekund deionizovanou vodu. Pro stanovení metodou kalibračního grafu zřeďte váš vzorek desetkrát deionizovanou vodou opět s přídavkem 1 ml koncentrované HNO3 a změřte. 3:
CHEMICKÉ INTERFERENCE PŘI STANOVENÍ Ca2+
Připravte si 4 roztoky obsahující výslednou koncentraci Ca2+ 5,0 µg·ml–1 a K+ 2000 µg·ml–1 se vzrůstající koncentrací Al3+: 0, 10, 50 a 100 µg·ml–1 (všechny roztoky by opět měly obsahovat 1 ml koncentrované HNO3). Nastavte přístrojovou nulu na deionizovanou vodu a proměřte všechny 4 roztoky (λ = 422,7 nm, Δλ = 0,5 nm, IHCL = 10 mA). Mezi roztoky vždy zmlžujte několik sekund deionizovanou vodu. Po skončení měření nechte nebulizér asi dvě minuty proplachovat deionizovanou vodou. Plamen vypneme a po vychladnutí hořák pro plamen acetylen – vzduch vyjmeme. Nasadíme hořák pro plamen acetylen – oxid dusný, vertikálním posunem změníme polohu hořáku na výšku paprsku nad hranou hořáku 7 mm. Plamen zapálí dozor praktika!!! Nastavte nulu přístroje na deionizovanou vodu a proměřte postupně znovu absorbance všech roztoků Ca2+. Po skončení měření nechte nebulizér opět asi dvě minuty proplachovat deionizovanou vodou. Plamen vypne dozor praktika!!!
3
VÝSLEDKOVÝ LIST – AAS – Optimalizace podmínek měření a práce s AAS
Příjmení, jméno:
Úloha vypracována dne:
Turnus číslo:
Datum odevzdání protokolu:
Studijní obor: Přepracovat a doplnit (+ datum):
V pořádku dne:
Úkol: Proměřit vliv vybraných parametrů na stanovení zinku a vápníku metodou AAS.
Chemikálie, přístroje, pomůcky a pracovní postup: Viz návod k úloze. Tab. 1a) Hodnoty absorbance pro různé výšky optického paprsku nad hranou hořáku: h (mm) 0 2 4 6 8 10
12
A Zvolená optimální hodnota h = _____ mm. Tab. 1b) Hodnoty absorbance pro různé průtoky acetylenu: Q (l·hod–1) 50 60 70
80
90
A Zvolená optimální hodnota Q = _____ l·hod–1. Tab. 2a) Kalibrační závislost Zn2+: λ = _____ nm; Δλ = _____ nm; IHCL-Zn = ___ mA cZn2+ (ppm) 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4
0,5
A Absorbance 10 × zředěného roztoku vzorku A = _____. Tab. 2b) Metoda standardního přídavku: cpřídavku Zn2+ (ppm) 0,0
0,1
0,2
0,3
A Tab. 3)
Vliv Al3+ na signál vápníku: λ = _____ nm; Δλ = _____ nm; IHCL-Ca = ___ mA cAl3+ (ppm) 0 10 50
100
A (plamen acetylen - vzduch) A (plamen acetylen - N2O) Grafy vynesených závislostí z hodnot v Tab. 1a); Tab. 1b); Tab. 2a); Tab. 2b) a Tab. 3 na zvláštním listu přiložte k tomuto výsledkovému listu. Do grafů 2a a 2b vyznačte přímky, kterými jste proložili lineární části závislostí, a způsob odečtení koncentrace vzorku.
Výpočet koncentrace vzorku:
1/2
VÝSLEDKOVÝ LIST – AAS – Optimalizace podmínek měření a práce s AAS
Příjmení, jméno:
Úloha vypracována dne:
Výsledky a závěr: 1a) Diskuze k plamenovému profilu: (Proč volíte optimál. výšku a jaké částice analytu v této výšce převažují?)
1b) Diskuze k závislosti absorbance na poměru palivo / oxidant:
2a) Obsah Zn2+ iontů ve vzorku zjištěný metodou kalibrační přímky je ________ ppm. Charakteristická koncentrace pro toto stanovení je ________ µg·ml–1 Zn2+. 2b) Obsah Zn2+ iontů ve vzorku zjištěný metodou std. přídavku je ________ ppm. 2c) Porovnání směrnic obou stanovení ( 2a) a 2b) ) a diskuze odlišností, vlivů matrice a vhodnosti použití:
3)
Diskuze závislostí absorbance Ca na koncentraci Al3+ pro oba typy plamene: Zdůvodněte rozdílný pokles absorbance Ca v přítomnosti hliníku a uveďte, jakou funkci má přidaný draslík.
2/2
