T7SM1-TC-new-a.doc
STANOVENÍ ANORGANICKÉHO UHLÍKU A ORGANICKÉHO UHLÍKU ANALYZÁTOREM FORMACS H T Anorganický
uhlík
se
v
podstatě
vyskytuje
v
podobě
uhličitanů,
hydrogenuhličitanů, kyseliny uhličité a oxidu uhličitého. Mezi těmito formami existuje jistá rovnováha, která je dána hodnotou pH roztoku, teplotou, tlakem, iontovou sílou atd. Celková hodnota koncentrace anorganického uhlíku v roztoku
se
nechá
stanovit
například
plynoměrnou
iontově-selektivní
elektrodou ISE (přímá potenciometrie) a to tak, že se upraví pH roztoku na hodnotu 4,8 - 5,2. Při této hodnotě je veškerý anorganický uhlík ve formě oxidu uhličitého, který difunduje přes polopropustnou membránu ISE do vnitřního roztoku elektrody ve kterém se rozpouští. Vnitřní kombinovanou elektrodou se pak měří pH, které je závislé na množství oxidu uhličitého prošlého membránou. Častějším způsobem stanovení anorganického uhlíku je jeho převedení na oxid uhličitý v plynné fázi, kde je jako takový detekován. Stanovení organického uhlíku je popsáno ve stovkách různých publikací. Principielně je můžeme rozdělit na suché a mokré. U takzvaného suchého způsobu se nejčastěji spaluje organická látka v proudu kyslíku. Většinou je tato oxidace katalyzována, například oxidem kobaltnato-kobaltitým, oxidem měďnatým,
pyrolyzními
produkty
manganistanu
stříbrného,
platinou
a
podobně. U mokrého způsobu stanovení organického uhlíku se prakticky výhradně používá jen oxidace peroxodisíranem draselným s použitím intenzivního ultrafialového záření. V instrumentální technice se k vyhodnocování množství vzniklého oxidu uhličitého používá téměř výhradně nedisperzní infračervené detekce, ať už se jedná o suchý či mokrý způsob. Organický uhlík ve vodách se stanoví přímo ve vzorku, pokud není obsažen anorganický uhlík, nebo z rozdílu celkového (při spalování organické uhlíkaté látky se uhličitany termicky rozloží na CO 2 ) a anorganického uhlíku. Sledování organického uhlíku je důležité jak u odpadních vod (vstup a výstup z biologických čistíren), tak i u vod pitných.
1
T7SM1-TC-new-a.doc
Princip: Vzorek s anorganickým uhlíkem se nastříkne v proudu 20 % kyslíku (syntetického vzduchu) do kyseliny fosforečné, kde dochází k vytěsnění oxidu uhličitého. Oxid uhličitý je nosným plynem unášen přes kondenzátor vody do měrné kyvety infračerveného nedisperzního detektoru. Signál zde vzniklý absorbcí světla příslušné vlnové délky fotonásobičem je zaznamenáván do počítače. Plocha píku je úměrná množství oxidu uhličitého v kyvetě a tedy množství nadávkovaného anorganického uhlíku do analyzátoru. Stanovení organického uhlíku se provádí dvěmi způsoby. Analýza je založena na detekci oxidu uhličitého vznikajícího spalováním látek na katalyzátoru. Vzorek nadávkovaný do spalovací trubice s oxidem kobaltnatokobaltitým se spálí při teplotě kolem 950°C v proudu kyslíku respektive vzduchu. Vzniklý oxid uhličitý je veden do stejného detektoru, pracujícího v infračervené oblasti spektra. Signál, vzniklý absorpcí záření příslušné vlnové délky, se automaticky registruje jako pík. Plocha píku je přímo úměrná množství vzniklého oxidu uhličitého. Takto se stanoví organický uhlík (OC), respektive celkový uhlík (TC), pokud vzorek obsahuje i anorganický uhlík (IC), který se termicky převede rovněž na oxid uhličitý. Organický uhlík je dán rozdílem obou stanovení.
Standardy: Zásobní roztok anorganického uhlíku (ZR-IC) o koncentraci 1 000 mg.l - 1 IC: 2,20613 g uhličitanu sodného předem vysušeného při 280°C a 1,74858 g hydrogen hmotnosti
uhličitanu se
sodného
rozpustí
v
vysušeného
čerstvé
při
95 - 100°C
demineralizované
do
vodě,
konstantní
prosté
oxidu
uhličitého a doplní se touto vodou na objem 500 ml. Takto připravený zásobní roztok vydrží v chladničce několik týdnů. Pracovní roztok anorganického uhlíku (PR-IC) o koncentraci 100 mg.l - 1 IC: Pracovní roztok „PR-IC“ se připraví ředěním zásobního roztoku „ZR-IC“, kdy se pipetuje 25 ml tohoto zásobního roztoku do 250 ml odměrné baňky, načaž
se
odměrná
baňka
doplní
demineralizovanou
uhličitého) po rysku.
2
vodou
(bez
oxidu
T7SM1-TC-new-a.doc
Kalibrační roztoky (standardy) anorganického uhlíku: Standardy anorganického uhlíku se připraví ředěním pracovního roztoku „PR-IC“ ve 100 ml odměrných baňkách dle následující tabulky I, čerstvou demineralizovanou vodou prostou oxidu uhličitého.
Tabulka I: Příprava standardů anorganického uhlíku Standard ( vzorek ) č.
Pipetáž „PR-IC“ do 100 ml odměrné baňky [m1]
Teoretická koncentrace IC [mg.1-1]
1-Vzorek pitné vody
—
—
2
10
10
3
25
25
4
50
50
5
75
75
6
100
100
7-Čisté rozpouštědlo
—
0
13-20 reálné vzorky
Individuální ředění
—
Nalezená koncentrace [mg.1-1]
Zásobní roztok organického uhlíku (ZR-OC) o koncentraci 1 000 mg.l - 1 OC: 1,06271 g hydrogenftalanu draselného sušeného při 110° C do konstantní hmotnosti
se
rozpustí
v
čerstvé
demineralizované
vodě,
prosté
oxidu
uhličitého a doplní se touto vodou na objem 500 ml. Takto připravený zásobní roztok vydrží v chladničce několik týdnů. Pracovní roztok organického uhlíku (PR-OC) o koncentraci 100 mg.l - 1 OC: Pracovní
roztok
„PR-OC“
se
připraví
ředěním
zásobního
roztoku
„ZR-OC“, kdy se pipetuje 25 ml tohoto zásobního roztoku do 250 ml odměrné baňky a doplní se demineralizovanou vodou bez oxidu uhličitého po rysku. Kalibrační roztoky (standardy) organického uhlíku: Standardy organického uhlíku se připraví ředěním pracovního roztoku „PR-OC“ do 100 ml odměrných baněk dle následující tabulky II. Pozor! Použitá voda nesmí obsahovat oxid uhličitý.
3
T7SM1-TC-new-a.doc
Tabulka II: Příprava standardů organického uhlíku Standard ( vzorek ) č.
Pipetáž „ZR-OC“ do Teoretická 100 ml odměrné baňky koncentrace OC [m1] [mg.1 - 1 ]
1-Vzorek pitné vody
—
—
8
10
10
9
25
25
10
50
50
11
75
75
12
100
100
7-Čisté rozpouštědlo
—
0
13-20 reálné vzorky
Individuální ředění
—
Nalezená koncentrace [mg.1 - 1 ]
Pracovní postup: Vzorky pro stanovení organického a anorganického uhlíku musí být čiré a nesmí obsahovat suspendované látky. Jednotlivé standardy, respektive vzorky, objemu cca 6 ml se dávkují do zkumavek (vhodné vypláchnout třikrát příslušným standardem či vzorkem) které se zasunou do příslušných pozic na automatickém dávkovači (číslo v tab.I a tab.II udává pozici v podavači).
Výpočet: Pokud jsou správně zadány koncentrace do tabulky v příslušném softwaru analyzátoru
(např.
v mg.l - 1 C),
jsou
výsledky vyhodnoceny ve stejných
jednotkách včetně směrodatných odchylek. Pozor! Nezapomenout na ředění u reálných vzorků (např. při sledování hodnot z biologických pokusů), případně na korekci skutečné navážky.
Úkol: Proveďte měření kalibračních standardů organického a anorganického uhlíku, demineralizované vody (rozpouštědlo), pitné vody a neznámých vzorků z biologických pokusů. Vše dle pokynů vedoucího laboratorního cvičení !!!
4
T7SM1-TC-new-a.doc
Návod k obsluze analyzátoru 1)
Otevřít ventily plynů (tlaková láhev s kyslíkem a se vzduchem).
2)
Napnout hadičky peristaltických čerpadel na přístroji Formacs
HT
a na
podavači. 3) Zapnout vypínač nahoře vedle displeje na přístroji Formacs H T delším stiskem (hlavní vypínač na zadní stěně je zapnut trvale). Na displeji svítí „Automode“ Pokud svítí „Skalar Analytical FormacsHT“ ještě jednou krátce zmáčkněte vypínač. Dávkovač (karusel) by měl být trvale zapnut (dále se zapínají pomocí software). 4)
Zapnout počítač a tiskárnu.
5)
Injekční stříkačkou doplnit 2 ml 2% H 3 PO 4 do IC reaktoru přes septum.
6)
Na PC kliknout na ikonku „HTAccess2.5Releace“. Potom stisknout „Esc“ a zadat přihlašovací „jméno“ a „heslo“ a potvrdit „OK“.
7)
V levém horním rohu obrazovky se objeví „Info“ okno. (Lze otevřít i z okna „View“ jako „Info“).
8)
Z „Windows HT-AccessSoftware:Skalar“ vybrat nabídku „Connection“ a kliknout na“AutoConnect“. Otevře se okno „Option“ a v něm „Analyser Settings“. Zkontrolujte, případně opravte, všechna data v okně „Option“ a potvrďte kliknutím na „Send Setting to Analyzer“. (V uživatelské úrovni 1 pro studenty předmětu T7SM1 nebo T8BTM je možné změnit pouze „Flow on/off“). Tím dojde k zelenému odškrtnutí nastavených parametrů v položce „Analyser Settings“ a k zapnutí podavače a detektoru. Zároveň se spustí topení a všechny funkce analyzátoru. Zhruba za 1,5 hodiny je přístroj připraven k analýze.
9)
Než je dosaženo požadovaných parametrů k analýze (teplota reaktoru a detektoru), připravte standardy a vzorky dle tab.I a tab.II a nalijte do zkumavek. Ty dejte do karuselu dle čísel v tab.I-II, prvního sloupce.
10) Dále se vytvoří tabulka měření. Z „Windows HT“ se vybere „Template“ a „Edit“. Otevře se okno „Template:Edit“. Do dialogového okna „Název souboru“ se vloží kliknutím na „T7SM1-TC.tdb“ tento název a stiskne se „otevřít“. Tím se otevře okno: „Template,Edit:C:ProgramTiles\HTAccess\
5
T7SM1-TC-new-a.doc
Operator\Skalar\Template\T7SM1-TC.tdb”
a
zkontrolují
se
pozice
zkumavek do karuselu (názvy a čísla totožné s tab.I,II), případně se opraví. Například přidá se pozice „21-30“ je-li více jak 8 vzorků k analýze. Zkontroluje se ředění a v „Injection“ (mění se jen u reálných vzorků)
se
zaškrtne
pozice
“ TC“,
„Injection
Volumes“
„TC/TN
Reactor 100 µ l. Dále se vloží v „Element „Carbon“-SampleTC“ číslo „3“, „ExtraSamples“ na 2, „MaxCV“ na 5. Klikne se na „Print“ a tabulka se vytiskne. Celé se nakonec potvrdí kliknutím na „OK“. 11) Potom se klikne na „Analysis“ a „New“. Objeví se „Analysis:New“ a nabídne se „Název souboru“, v podobě “xxyyzzA.adb“ (rok-měsíc-den-A). Dejte „Uložit“. Naskočí okno „Temlate:Open“. Dejte „T7SM1-TC.tdb“ a otevřte. Naskočí okno „Analysis“ Klikněte na „Graph Peaks“ a sledujte odezvu nulové linie detektorů. 12) Je-li pec dostatečně vyhřátá a ostatní parametry jsou v pořádku, stiskněte „Autozero“ pokud jsou odezvy příliš vysoké. 13) Je-li vše připraveno k vlastní analýze, spustí se tlačítkem „Start analysis“ v okně „Analysis“. Objeví se okno „Status panel“. Zmáčknout „Continue“, objeví se „Message“ a kliknout na „Ano“. (Pokud se po spuštění analýzy zaškrtne v okně „Analysis“ možnost „Go to Stand-By after Analysis“ přepne se po skončení analýz všech vzorků v podavači analyzátor automaticky do Stand-by modu, vypne se průtok nosného plynu, topení pecí, ND detektor a dávkovač. Pozor, tuto možnost lze použít, jestliže je jisté, že se po skončení analýzy nebudete dále měřit). 14) Výsledky sledujte průběžně na obrazovce v okně „Results“ nebo „Peak“ 15) Po
skončení
analýzy
se
podívejte
na
výsledky
v okně
„Analysis“
v podokně „Results“. Vyberte „Calculate results“ a výsledky budou spočítány. 16) V okně „Analysis“ vyberte „Print results“ a „Tisk“, čímž vytisknete výsledky analýz. Jestliže, jste zapomněli zvolit Stand-by mod po skončení analýzy, musíte v okně „Settings“ a „Stand-By“ zvolit tlačítko „Stand-By On“ (Analyzátor se přepne do Stand-by modu, vypne se průtok nosného plynu, topení pecí, ND detektor a dávkovač).
6
T7SM1-TC-new-a.doc
17) Zavřte program „HTAccess“(Analyzátor musí být přepnutý do modu Stand-By). Vypněte tiskárnu a počítač. 18) Vypněte analyzátor Formacs H T podržením tlačítka „On-Off“ do pípnutí. (Do 8 sekund lze opětovným stisknutím příkaz zrušit). 19) Vyprázdněte všechny zkumavky a důkladně je vymyjte. 20) Uvolnit hadičky na peristaltických pumpách a vývěvou odsát veškerou tekutinu v odpadní hadici!! 25) Uzavřete hlavní ventily tlakových lahví s kyslíkem a vzduchem.
Seznam přístrojů, laboratorních pomůcek a chemikálií k úloze: 1
Uhličitan sodný p.a.
Na 2 CO 3
2
Hydrogenuhličitan sodný p.a.
NaHCO 3
84,00661
3
Hydrogenftalan draselný p.a.
C8H5O4K
204,2212
4
Demineralizovaná voda CO 2 prostá
H2O
18,01528
5
Kyslík 3.0 (99,9%)
O2
31,9988
6
Syntetický vzduch uhlovodíků prostý C
12,0107
7
7
MH= 105,98844
T7SM1-TC-new-a.doc
1
Analyzátor Formacs HT s podavačem
1 ks
2
Stojan na zkumavky plastový
1 ks
3
Zkumavky do karuselu
4
Pipeta nedělená
75,0 ml
2 ks
5
Pipeta nedělená
50,0 ml
2 ks
6
Pipeta nedělená
40,0 ml
2 ks
7
Pipeta nedělená
25,0 ml
2 ks
8
Pipeta nedělená
20,0 ml
2 ks
9
Pipeta nedělená
15,0 ml
2 ks
10
Pipeta nedělená
10,0 ml
2 ks
11
Pipeta nedělená
5,0 ml
2 ks
12
Pipeta nedělená
4,0 ml
2 ks
13
Pipeta nedělená
3,0 ml
2 ks
14
Pipeta nedělená
2,0 ml
2 ks
15
Pipeta nedělená
1,5 ml
2 ks
16
Pipeta nedělená
1,0 ml
2 ks
17
Pipeta nedělená
0,5 ml
2 ks
18
Odměrná baňka
500 ml
3 ks
19
Odměrná baňka
250 ml
2 ks
20
Odměrná baňka
100 ml
14 ks
21
Skleněná tyčinka malá
22
Kádinka
23
Laboratorní lžička nerezová
1 ks
24
Násypka NZ
3 ks
25
Střička PE
1 ks
26
Gumový bezpečnostní balonek
1 ks
27
Exsikátor se silikagelem - společný
28
Tlaková láhev s kyslíkem
1 ks
29
Tlaková láhev se vzduchem
1 ks
30
Redukční kyslíkový ventil
1 ks
31
Redukční vzduchový ventil
1 ks
32
Navažovací lodička velká
3 ks
20 ks
3 ks 25 ml
φ 200 mm
8
2 ks
1 ks
