PŘÍRUČKA SPRÁVNÉHO ZPRACOVÁNÍ VÝSLEDKŮ A TVORBY PROTOKOLŮ
TATO PŘÍRUČKA VZNIKLA V RÁMCI PROJEKTU FONDU ROZVOJE VYSOKÝCH ŠKOL
FRVŠ G6 1442/2013
PŘEDMLUVA
Milí studenti, vyhodnocení výsledků a vytvoření protokolu z laboratorního cvičení je velice důležitá část práce analytického chemika. V předložené příručce se dozvíte jak správně přistupovat k vyhodnocování výsledků a jakým způsobem vypracovat protokol. Příručka je psána přehledně a krátce pro snadnou orientaci v textu. Věříme, že tyto informace pro vás budou přínosné a usnadní vám úspěšně absolvovat laboratorní cvičení. Přejeme vám hodně zdaru při práci v laboratoři a následném vyhotovování protokolů.
Mgr. Eva Marková Mgr. Hana Švecová
2
OBSAH
1. Základní schéma protokolu .............................................................................................................. 4 2. Obsah jednotlivých částí protokolu.................................................................................................. 4 2.1. Hlavička protokolu ................................................................................................................... 4 2.2. Úkol .......................................................................................................................................... 4 2.3. Stručný princip metody, chemické reakce ............................................................................... 4 2.4. Pomůcky a chemikálie ............................................................................................................. 5 2.5. Pracovní postup ........................................................................................................................ 5 2.6. Vyhodnocení výsledků ............................................................................................................. 5 2.6.1. Výpočty ........................................................................................................................ 5 2.6.2. Chemické rovnice ........................................................................................................ 8 2.6.3. Grafy ............................................................................................................................ 8 2.6.4. Tabulky ...................................................................................................................... 10 2.7. Závěr....................................................................................................................................... 10 2.8. Přílohy .................................................................................................................................... 10
Příloha - Vzorové protokoly .............................................................................................................. 11
3
1. ZÁKLADNÍ SCHÉMA PROTOKOLU 1. Hlavička protokolu 2. Teoretická část a) úkol b) stručný princip metody, chemické reakce 3. Experimentální část a) pomůcky a chemikálie b) pracovní postup c) vyhodnocení výsledků 4. Závěr 5. Přílohy
2. OBSAH JEDNOTLIVÝCH ČÁSTÍ PROTOKOLU 2.1. HLAVIČKA PROTOKOLU název práce celé jméno studenta studijní obor a ročník datum laboratorního cvičení
Př.: Stanovení kyseliny askorbové jodometrickou titrací Př.: Jan Novák Př.: analytická chemie, 2. ročník Př.: 1. 3. 2013
2.2. ÚKOL Zadání úkolu (příp. úkolů) laboratorního cvičení. Př.: Stanovení kationtů v neznámém vzorku. Stanovení přesné koncentrace Ca2+a Mg2+ iontů ve vzorku říční vody.
2.3. STRUČNÝ PRINCIP METODY, CHEMICKÉ REAKCE Princip obsahuje seznámení s danou metodou - stručně a výstižně popisuje, jak daná metoda funguje. Většina analytických metod využívá chemických reakcí. Všechny chemické rovnice, které jsou v principu uvedeny, musí být vyčíslené!!! Obrázky či schematická znázornění aparatur mohou být zahrnuty buď v principu metody, nebo mohou tvořit samostatnou část, vždy však musí být řádně popsány!!! Př.: 5 (COOH)2 + 2 MnO4- + 6 H+ → 10 CO2 + 8 H2O + 2 Mn2+
4
2.4. POMŮCKY A CHEMIKÁLIE Musí obsahovat všechny pomůcky a chemikálie, které byly během laboratorního cvičení použity. Pro větší přehlednost mohou být vypsány zvlášť pomůcky a zvlášť chemikálie. U roztoků se uvádí jejich složení (koncentrace) včetně jednotek! Př.: Pomůcky - kádinky, váženka, dělící nálevka, pipety, vařič, varná baňka, apod. Chemikálie - roztok hydroxidu draselného (0,5 mol/l), methyloranž (0,1 %), destilovaná voda, hexan, apod. Jednotky lze uvádět v jakémkoliv SPRÁVNÉM tvaru: Př.: 2 mmol/l 2 mmol∙l-1 2∙10-3 mol/l, apod.
2.5. PRACOVNÍ POSTUP Pracovní postup se píše v 1. os. jednotného čísla v minulém čase, např.: udělal/a jsem, změřil/a jsem, navážil/a jsem, apod. Musí obsahovat všechny úkony, jak byly vámi postupně prováděny, včetně všech navážek, časů, reakčních podmínek apod. Celý pracovní postup by měl být psán tak, aby podle něj bylo možné experiment kýmkoliv jiným zopakovat. Není vhodné pracovní postup kopírovat z návodu!!!
2.6. VYHODNOCENÍ VÝSLEDKŮ Vyhodnocení výsledků je nejdůležitější částí protokolu. Musí obsahovat veškeré informace a údaje, které jsou potřeba k získání výsledku. Zahrnuje všechny výpočty (včetně výpočtů, které jste měli provádět jako přípravu na laboratorní cvičení, např. navážky), příslušné tabulky a grafy v závislosti na tom, jakou práci jste ve cvičení prováděli. Spektrum či jiný přímý záznam z přístroje, který byl během cvičení získán, se zahrnuje do části vyhodnocení výsledků nebo se přikládá jako samostatná příloha. Záznam z přístroje musí být vždy součástí protokolu!
2.6.1. Výpočty Při vypracování protokolu je nutné uvést celý postup výpočtu. Bez kompletního postupu výpočtu není možné dohledat chybu v případě nesprávného výsledku!!! Každý výpočet musí obsahovat zápis všech veličin včetně veličiny, kterou chceme vypočítat. Symboly proměnných se píší 5
kurzívou, na rozdíl od symbolů jednotek. JEDNOTKY jsou samozřejmostí každého výpočtu!!! Následuje kompletní výpočet - základní vzorec, u něhož jsou uvedeny i příslušné dolní indexy, dosazení do rovnice (ideálně v základních jednotkách) a nakonec výsledek, u něhož NESMÍ chybět jednotky!!! Rovnice a vzorce se tvoří v programu Microsoft Word následovně: vložení → symboly → rovnice (Microsoft Office starší než 2007) vložení → rovnice (Microsoft Office 2007 a vyšší) Př.: Výpočet hmotnosti NaOH cNaOH = 0,1 mol/l VNaOH = 500 ml = 0,5 l MNaOH = 40 g/mol mNaOH = ?
= ∙ ∙ = 0,1 ∙ 0,5 ∙ 40 = 2g
Pozor na zápisy typu: ∙ = ∙
kde musí být jasně uvedeno, ke kterým roztokům se indexy 1 a 2 vztahují. Vhodnější je místo číselných indexů uvádět přímo vzorce či symboly jednotlivých látek (viz příklad výše).
a) Zaokrouhlování
Zaokrouhluje se vždy až konečný výsledek celého výpočtu. Zaokrouhlováním dílčích výsledků se zbytečně zvětšuje chyba konečného výsledku! Často bývá v návodu cvičení požadavek, aby byl výsledek zaokrouhlen na čtyři platné číslice (což je obvyklé u látkové koncentrace odměrných roztoků ve volumetrii). Př.: 0,00045671923 → 0,0004567 POZOR na zápis zaokrouhleného výsledku!!!
0,0004567 mol/l Špatně
4,567.10-4 mol/l Správně
b)Výpočet chyby výsledku
Na výsledky analytických stanovení mají vliv různé chyby, mimo jiné i ty, jejichž příčiny mnohdy ani nelze zjistit. Chyba je ukazatelem nesouladu mezi výsledkem stanovení (měřením) a 6
skutečným obsahem (hodnotou měřené veličiny) sledované složky ve vzorku. Při analytickém stanovení je důležité tyto chyby počítat a uvádět do protokolu. Počítáme chybu absolutní a relativní. Absolutní chyba (di) je algebraický rozdíl mezi nalezeným výsledkem (xi) a skutečnou hodnotou (µ) = −
Relativní chyba (ei) je vztažena ke skutečné (správné) hodnotě. Relativní chyba je veličinou nepojmenovanou, obvykle uváděnou v procentech. =
∙
=
∙
[%]
c) Kalibrační přímka
Kalibrační přímka je v analytické chemii nejpoužívanější kalibrační model popisující závislost měřeného signálu (závisle proměnná) na koncentraci analytu (nezávisle proměnná). Regresní analýza lineární závislosti má za úkol určit odhady koeficientů a (posunutí) a b (směrnice), které charakterizují regresní (kalibrační) přímku, vyjádřenou rovnicí: !="+$
Předpokládá se, že nezávisle proměnná x je prakticky bez chyby nebo alespoň s chybou podstatně menší, než je chyba závisle proměnné y. Dosazením hodnoty změřeného signálu neznámého vzorku (např. absorbance) do rovnice kalibrační přímky a následným výpočtem se získá koncentrace analytu v neznámém vzorku. ! = %&, & − , % … kalibrační model (měřeným signálem y je absorbance vzorku A, nezávisle proměnnou x je koncentrace Fe v mg/ml):
Př.: Výpočet obsahu železa v neznámém vzorku ' = %&, &( − ,
%
Pro absorbanci analyzovaného vzorku A = 0,406 je výpočet pro koncentraci Fe: (=
) ,* +, ,
(= ,
%&,&
%-
&./0 mg/ml = 2,398 mg/l
Koeficient determinace (R2) udává, jaký podíl rozptylu v pozorování závisle proměnné se podařilo regresí vysvětlit (větší hodnoty znamenají větší úspěšnost regrese). V modelu lineární regrese leží hodnota R2 v intervalu <0,1>.
7
d) Směrodatná odchylka
Pokud se provádí několik opakovaných měření, je třeba počítat směrodatnou odchylku (s), která je mírou přesnosti série paralelních výsledků. Je-li směrodatná odchylka malá, výsledky jsou si podobné. Velká směrodatná odchylka ukazuje na odlišné výsledky. Směrodatná odchylka se vypočítá podle vzorce: 7=8
kde:
9−
9
:) <
− ;-&
n - počet měření xi - naměřená hodnota ; - aritmetický průměr
2.6.2. Chemické rovnice Výpočet obsahu analytu, zejména ve volumetrii, je založen na správně VYČÍSLENÉ chemické rovnici. Rovnice je nezbytná pro správné určení tzv. titračního faktoru! Př.: 5 (COOH)2 + 2 MnO4- + 6 H+ → 10 CO2 + 8 H2O + 2 Mn2+ =>?@AB = ∙ =)D@@E-F C
2.6.3. Grafy K tvorbě grafů doporučujeme použít program Microsoft Excel podle následujících pokynů:
a) Popis grafu
Každý graf musí obsahovat název, ten může být uveden buď přímo v grafu, nebo jako popis pod grafem, případně nad ním. Nikdy nesmí chybět popisy os a kromě bezrozměrných veličin také jednotky!!!
8
Př.: ŠPATNĚ
SPRÁVNĚ
14,00
Titrační křivka kyseliny fosforečné
12,00 10,00 pH
8,00 6,00 4,00 2,00 0,00 0,0
5,0
10,0
14,00 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00 0,0
15,0
5,0
10,0
15,0
Objem NaOH (ml)
b) Prokládání dat
Všechny grafy jsou tvořeny zásadně bodové, pouze se značkami. Nikdy nejsou jednotlivé body spojovány křivkami! V případě kalibračních závislostí jsou body prokládány lineární regresní přímkou, u které musí být uvedena i regresní rovnice a hodnota spolehlivosti R2 (podrobnosti v kapitole Lineární regrese kalibrační přímky).
Postup tvorby kalibrační přímky: V programu Microsoft Excel vytvořte bodový graf, poté klikněte pravým tlačítkem myši na libovolný bod závislosti a vyberte možnost přidat spojnici trendu → typ trendu lineární a zaškrtnete možnosti zobrazit rovnici regrese a hodnotu spolehlivosti R2. Pokud je potřeba najít průsečík dvou lineárních závislostí, vždy je potřeba vypočítat ho z regresních rovnic! Př.: SPRÁVNĚ
ŠPATNĚ Kalibrační závislost pro železo 1
0,8 Absorbance
0,8 Absorbance
Kalibrační závislost pro železo
1
0,6 0,4
0,6 0,4
0,2
0,2
0
0 0
0,002
0,004
Koncentrace (mg/ml)
0,006
0
0,001 0,002 0,003 0,004 0,005 0,006 Koncentrace (mg/ml)
y = 172,2x - 0,007 R² = 0,998
9
2.6.4. Tabulky Každá tabulka v protokolu by měla být hlavně přehledná. Musí být označena názvem, případně číslem (pokud je v protokolu více tabulek). Sloupce a řádky musí být popsány a kromě bezrozměrných veličin musí být uvedeny jednotky. Př.: Tabulka 1: Standardizace manganistanu draselného kyselinou šťavelovou Titrace číslo
Hmotnost kyseliny šťavelové (g)
Spotřeba manganistanu (ml)
Koncentrace manganistanu (mol/l)
1 2 3
0,0943 0,0947 0,0952
14,0 14,9 14,8
0,0214 0,0202 0,0204
Průměr:
0,0207
2.7. ZÁVĚR Závěr by měl obsahovat shrnutí všech poznatků, které byly během laboratorního cvičení získány. V případě úloh, kdy je prováděno stanovení obsahu analytu ve vzorku, se uvádí v závěru číselná hodnota výsledku v požadovaných jednotkách včetně směrodatné odchylky, pokud byl vzorek měřen opakovaně. V případě stanovení analytu v reálné matrici je důležité uvést i hodnoty deklarované (pokud jsou dostupné), aby mohla být ověřena správnost měření. Pokud je známa správná (referenční) hodnota obsahu analytu, uvede se v závěru také vypočtená hodnotu absolutní a relativní chyby konečného výsledku. V případě, že se během měření vyskytly nečekané komplikace (např.: nefungoval přístroj), je dobré tuto skutečnost také zmínit. Chybné či odlehlé výsledky je nutné v závěru patřičně okomentovat a zdůvodnit.
2.8. PŘÍLOHY Obrázky, nákresy, případně vytištěná spektra, které není možné zařadit do některé z výše uvedených částí protokolu, se přikládají jako příloha.
10
Určení základních parametrů půdy 10.1.2011 Jana Nováková Analytická chemie Úkol:
Stanovení přijatelného fosforu
Stanovení přijatelného fosforu Pomůcky: Erlenmayerova baňka, váhy, odměrný válec, ultrazvuk, stojan, kruh na filtraci, nálevka, filtrační papír, kádinky, zábrusové zkumavky, vařič, vodní lázeň, pipety Chemikálie: vzorek půdy (jemnozem I), eluční roztok – mléčnanový pufr (pH 3,7), činidlo – molybdenan amonný, reduktans – síran hydrazinu, destilovaná voda, základní roztok fosforu Pracovní postup: 1. Do Erelenmayerovy baňky jsem navážila 5 g půdy, přelila 250 ml elučního roztoku a po dobu 1 hodiny sonifikovala na ultrazvukové lázni. 2. Po usazení jsem roztok zfiltrovala, prvních 10 ml jsem vylila. 3. Z filtrátu jsem odpipetovala 25 ml do zábrusové zkumavky, přidala 1 ml činidla a 1 ml reduktans a promíchala. 4. Základní roztok fosforu jsem 100x zředila (10 ml do 1000 ml odměrné baňky). 5. Ze základního roztoku jsem si připravila kalibrační sadu: odpipetovala jsem postupně 0, 4, 8, 12, 16 a 20 ml základního roztoku do zábrusových zkumavek, do každé zkumavky jsem přidala 1 ml neředěného elučního roztoku a doplnila vodou na 25 ml. 6. Přidala jsem 1 ml činidla a 1 ml reduktans, promíchala a všechny zkumavky, včetně vzorku, jsem vložila do vroucí vodní lázně a zahřívala 30 min. (od počátku varu). 7. Po ochlazení jsem roztoky fotometrovala při 690 nm proti slepému pokusu. Vyhodnocení: Kalibrace:
Standard 1 Standard 2 Standard 3 Standard 4 Standard 5
Koncentrace (mg/kg půdy)
Absorbance
20 40 60 80 100
0,105 0,212 0,345 0,455 0,588
11
Kalibrační závislost 0,7
Absorbance
0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0 20 y = 0,006x - 0,021 R² = 0,998
•
40
60
80
100
120
Koncentrace (mg/kg půdy)
vzorek byl naředěn 1:1 do 25 ml odměrné baňky, jeho absorbance po zředění byla 0,374
Výpočet: y = 0,006x – 0,021 0,374 = 0,006x – 0,021 x = 65,83 mg/kg ve zředěném vzorku => 131,67 mg/kg Závěr: Pomocí fotometrie při 690 nm jsem stanovila obsah přijatelného fosforu v předloženém vzorku půdy na 131,67 mg P/kg půdy.
12
Využití moderních analytických metod v analýze kovů 11.1.2011 Jana Nováková Analytická chemie Úkol: Voltametrické stanovení mědi v oceli Pomůcky: EKO-TRIBO polarograf, vařič, polarografické nádobky, pipety, kádinky, mikropipety,
hodinové sklo, váhy, váženka, odměrná baňka, stojan, kruh na filtraci, nálevka, filtrační papír Chemikálie: kyselina chlorovodíková (zředěná 1:1), kyselina dusičná (zředěná 1:1), kyselina chloristá (70%), uhličitano-vinanový pufr (0,2M–K2CO3 + 0,4M–NaKC4H4O6 + 0,2M–HCl), redestilovaná voda, vzorek oceli Pracovní postup: 1. Navážený vzorek oceli (0,2032 g) jsem rozpustila v 25 ml kyseliny chlorovodíkové (1:1) v kádince pod hodinovým sklem. 2. Po rozpuštění jsem přidala 5 ml kyseliny dusičné (1:1) a 2 ml kyseliny chloristé (70%) na rozpuštění karbidů a opatrně jsem odpařila do sucha. 3. Odparek jsem rozpustila v 10 ml kyseliny chlorovodíkové (1:1), vytvořenou sraženinu jsem odfiltrovala a filtrát jsem doplnila vodou v odměrné baňce na 50 ml. 4. V připraveném roztoku jsem stanovovala měď voltametricky podle dále uvedeného postupu.
Stanovení mědi: 1. Do polarografické nádobky jsem odpipetovala 10 ml uhličitano-vinanového pufru a 10 ml destilované vody. 2. Takto připravený základní elektrolyt jsem 5 minut probublala dusíkem. 3. Měď jsem stanovovala anodickou stripping voltametrií (ASV) v pracovním režimu DPstripping-HDME, jejíž parametry jsou uvedeny níže:
Vyhodnocení: • navážený vzorek (0,2032 g) byl po rozpuštění převeden do 50 ml odměrné baňky
13
1. měření: 1,77·10-7 g....................0,2 ml x g.....................50 ml x = 4,425·10-5 g 2. měření: 9,05·10-7 g....................0,5 ml x g.....................50 ml x = 9,05·10-5 g
Výsledky: 0,2032 g.......................100 % 6,7375·10-5 g....................x % x = 0,033 %
Závěr: Metodou anodické stripping voltametrie (ASV) jsem stanovila obsah mědi v předložené oceli na 0,067 mg, což dopovídá 0,033 %.
14
