Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně

Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně FAKULTA TECHNOLOGICKÁ

LABORATORNÍ CVIČENÍ ZE SPECIÁLNÍCH METOD INSTRUMENTÁLNÍ ANALÝZY

Interní skriptum pro studijní obor „Řízení technologických rizik“

Ing. J osef HOUSER, Ph.D.

Ústav inženýrství ochrany životního prostředí

Zlín 2010

OBSAH

Stanovení fosforu: A) Stanovení rozpuštěných anorganických orthofosforečnanů…..…..

3

B) Stanovení veškerého rozpuštěného fosforu……………………...….

6

Stanovení dusičnanů přímou potenciometrií ………………………………

11

Stanovení dusitanů absorpční spektroskopií ………………….…………..

17

Coulometrické stanovení amonných iontů s biamperometrickou indikací

23

Fotometrické stanovení dvou látek ve směsi bez separace …….…….……

33

Stanovení vápníku, hořčíku a celkové tvrdosti vody fotometrickou titrací

40

Stanovení anorganického a organického uhlíku a celkového vázaného dusíku analyzátorem formacs HT .…….…… …….…….…….…….…….…

49

Stanovení ethanolu v reálných vzorkách plynovou chromatografií. ………. 58

2

STANOVENÍ

FOSFORU

V odpadních ale i povrchových vodách se fosfor vyskytuje v různých formách.

Z

fosforečnany,

hlediska

analytického

stanovení

takzvané

orthofosforečnany,

rozlišujeme

anorganické

hydrolyzovatelné

fosforečnany

(např. polyfosforečnany z prášků do myček nádobí) a fosfor vázaný v organických látkách. Všechny tyto formy fosforu způsobují zátěž životního prostředí, hned po organickém uhlíku a dusíku a nemalou měrou se podílí na eutrofizaci recipientu. Na druhou stranu, absence fosforu v odpadních vodách znemožňuje její biologické čistění a fosfor se musí dodávat (např. městská čistírna odpadních vod v Göteborgu po zavedení bezfosfátových pracích prostředků). V případě biologického čistění průmyslových odpadních vod se většinou používá směšování s městskými odpadními vodami. Rozpustnost anorganických fosforečnanů je velmi závislá na složení vzorku (přítomnost Ca 2 + , Mg 2 + , NH 4 + ) a na hodnotě pH. Například při pH=5 je v roztoku obsaženo 97,99 % H 2 PO 4 − , 1,91 % HPO 4 2 − a 0,10 % H 3 PO 4 , ale při pH=11 je již zastoupeno 96,53 % HPO 4 2 − a 3,47 % PO 4 3 − . Při stanovení fosforu je nezbytně nutné, aby nebylo při mytí laboratorního skla používáno tenzidů, které obsahují fosfáty, jež se adsorbují na povrchu skla a poskytují vyšší a nesprávné výsledky stanovení.

A) Stanovení rozpuštěných anorganických orthofosforečnanů

Princip: Jedná se o sumu H 3 PO 4 + H 2 PO 4 − + HPO 4 2 − + PO 4 3 − . V prostředí kyseliny sírové dochází k reakci s molybdenanem amonným za vzniku kyseliny molybdátofosforečné. Reakce je katalyzována antimonitými ionty. Redukcí kyselinou askorbovou přechází žlutý komplex na fosfomolybdenovou modř. Bez ředění lze stanovení použít v rozsahu koncentrací 0,1 - 4,0 mg.l - 1 PO 4 3 − . PO 4 3 - + (NH 4 ) 2 MoO 4

→ (NH 4 ) 3 [P(Mo 3 O 1 0 ) 4 ] → fosfomolybdenová modř

3

Činidla: Roztok molybdenanu:

14,4 ml koncentrované kyseliny sírové (96 %) se za

chlazení a míchání přidá ke 30 ml destilované vody. Po ochlazení na 20º C se ke směsi opatrně přidají roztoky a + b + c a doplní se touto vodou po rysku ve 100 ml odměrné baňce. Roztok se uchovává v Erlenmayerově baňce ve tmě a chladu. Roztok a:

1,00 g kyseliny amidosulfonové NH 2 SO 3 H se rozpustí v 10 ml

destilované vody. Roztok b:

1,25 g tetrahydrátu molybdenanu amonného, (NH 4 ) 6 Mo 7 O 2 4 . 4 H 2 0

se rozpustí ve 20 ml destilované vody. Roztok c:

V 10 ml destilované vody se rozpustí 0,0345 g hemihydrátu vinanu

antimonylo-draselného SbOKC 4 H 4 O 6 . ½ H 2 O. POZOR! PRUDKÝ JED! Roztok kyseliny askorbové – 10 %:

2,00 g kyseliny askorbové se rozpustí v

18 ml destilované vody. Roztok se připravuje vždy čerstvý.

Standardy: Zásobní roztok fosforečnanu o koncentraci 200 mg.l

-1

PO 4 3 - :

0,14329 g dihydrogenfosforečnanu draselného vysušeného při 105º C se rozpustí v demineralizované vodě, doplní touto vodou na objem 500 ml. Případně se konzervuje se 1 ml chloroformu. Pracovní roztok fosforečnanu o koncentraci 10 mg.l

-1

PO 4 3 - :

5 ml zásobního roztoku fosforečnanu o koncentraci 200 mg.l - 1 PO 4 3 - se pipetuje do 100 ml odměrné baňky a demineralizovanou vodou se doplní po rysku. Kalibrační roztoky (standardy): Do 25 ml odměrných baněk se postupně dávkuje (z byrety) pracovní roztok fosforečnanu o koncentraci 10 mg.l - 1 PO 4 3 - , v množství 0,0 až 8,0 ml dle tabulky I a přidá se demineralizovaná voda na objem cca 20 ml.

4

Tabulka I: Příprava standardů PO 4 3- z pracovního roztoku a destilované vody standard

c

objem pracovního roztoku objem destilované vody

PO4 3 -

č

[ mg.l - 1 ]

[ ml ]

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

0,0 0,1 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0

0,0 0,2 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0

[ ml ] cca cca cca cca cca cca cca cca cca cca

20 20 19 18 17 16 15 14 13 12

Pracovní postup: Do 25 ml odměrné baňky se pipetuje 20 ml vzorku V 1 (případně méně) nebo 20 ml standardu (pracovní roztok z byrety + voda dle tabulky I). Přidá se 1,5 ml roztoku molybdenanu, promíchá se a přidá se 0,5 ml roztoku kyseliny askorbové. Po doplnění vodou po rysku a promíchání se nechá 10 minut stát. Poté se měří na spektrometru při vlnové délce 700 nm v 1 cm kyvetách. Pozor, zbarvení je stálé pouze 60 minut!

Výpočet: Získané Koncentrace

hodnoty

absorbance

orthofosforečnanů

se ve

zpracují vzorku

se

metodou získá

lineární

regrese.

z regresní

hodnoty

s přihlédnutím k pipetáži vzorku a k navážce KH 2 PO 4 na zásobní roztok. c

PO34−

= cregr. ∗

n st. 20 ∗ 0,14329 V1

kde: - koncentrace fosfore č nanu ve vzorku

[mg.l - 1 ]

cregr.

- hodnota získaná z grafu metodou lineární regrese

[mg.l - 1 ]

nst.

- navážka KH 2 PO 4 na zásobní roztok fosfore č nanu

[g]

V1

-

c

PO34−

pipetáž vzorku

[ml]

5

B) Stanovení veškerého rozpuštěného fosforu

Princip: Veškerý rozpušt ě ný fosfor se stanoví jako orthofosfore č nan ( č ást A ) po oxida č ní mineralizaci vzorku s kyselinou sírovou a peroxodisíranem draselným (rozsah stanovení 0,2 - 8,0 mg.l - 1 PO 4 3 - ).

Činidla: 3,75 M Kyselina sírová: Do 80 ml destilované vody se opatrn ě p ř idá 20,8 ml 96 % H 2 SO 4 . 5,0 M Hydroxid sodný: 40 g NaOH se rozpustí ve 140 ml destilované vody a po ochlazení se doplní touto vodou na objem 200 ml. 2,0 M Hydroxid sodný: Do 100 ml odm ě rné ba ň ky se dá 50 ml destilované vody a opatrn ě a za stálého míchání se pipetuje 40 ml 5,0 M NaOH. Po temperaci se doplní destilovanou vodou po rysku. Roztok fenolftaleinu - 1%: V 50 ml 90 % spektrálního ethanolu se rozpustí asi 0,5 g fenolftaleinu. Peroxodisíran draselný:

Komer č ní krystalický preparát K 2 S 2 O 8

Pracovní postup mineralizace: Do t ř í mineraliza č ních ban ě k o objemu 250 ml se pipetuje po 10 ml roztoku vzorku V 2 ( roztok se p ř ipraví navážením cca 1,0000 g pracího prášku do my č ky nádobí a rozpušt ě ním v 50 ml destilované vody ve 100 ml odm ě rné ba ň ce. Po sonifikaci se ba ň ka doplní destilovanou vodou po rysku. Po d ů kladném promíchání se odpipetuje 5 ml tohoto roztoku do nové, 100 ml odm ě rné ba ň ky a op ě t se po dopln ě ní d ů kladn ě promíchá), p ř idá se 10 ml 3,75 M H 2 SO 4 a 1,5 g peroxodisíranu draselného, p ř idá se 1 sklen ě ná perla, zakryje se nálevkou s krátkým stonkem a mineralizuje se alespo ň 1 hodinu 6

v topném hnízd ě , dokud siln ě zahušt ě ná sm ě s není č irá! Po ochlazení se opatrn ě p ř idá asi 10 ml vody, 10 ml 5 M NaOH, 2 kapky roztoku fenolftaleinu a neutralizuje se do slab ě r ů žového zbarvení 2 M NaOH. Poté se p ř idá kapka kyseliny sírové na odbarvení roztoku (pH < 8,2). Roztok se p ř evede do 100 ml odm ě rné ba ň ky a doplní se destilovanou vodou po rysku. U vzorku s maximáln ě 8 mg.l - 1 fosforu vyjád ř eného jako PO 4 3 - se pipetuje 20 ml tohoto mineralizovaného roztoku V 3 do 25 ml odm ě rné ba ň ky a pokra č uje se dle pracovního postupu "A" (stanovení orthofosfore č nanu). U p ř edpokládané

vyšší

mineralizovaného

koncentrace

roztoku

V3.

se

pipetuje

Pokud

jsou

úm ě rn ě

o č ekávány

menší

množství

vysoké

hodnoty

koncentrací je vhodn ě jší snížit již pipetáž vzorku V 2 k vlastní mineralizaci.

Výpočet: Nam ěř ené hodnoty se zpracují obdobn ě jako v p ř edchozím p ř ípad ě .

c P = c regr. ∗

n st . 100 20 100 1 1 30,973761 ∗ ∗ ∗ ∗ ∗ ∗ 0,14329 V2 V3 5 10 n vz. 94,971361

kde:

cP

- koncentrace veškerého fosforu v pevném vzorku

[mg.g - 1 ]

cregr.

- hodnota získaná z grafu metodou lineární regrese

[mg.l - 1 ]

nst.

- navážka KH 2 PO 4 na zásobní roztok fosfore č nanu

[g]

V2

-

pipetáž vzorku k mineralizaci

[ml]

V3

-

pipetáž mineralizovaného vzorku

[ml]

nvz.

- navážka vzorku pracího prášku

[g]

Úkol: Dle

zadání

vyu č ujícího

se

provedou

n ě která

stanovení.

Nap ř íklad

stanovení ortofosfore č nan ů v pitné vod ě a stanovení veškerého rozpušt ě ného fosforu v pracím prášku do my č ky nádobí.

7

Návod k obsluze přístroje - SPEKOL 10 s EKA nástavcem 1. Na levé stran ě Spekolu 10 p ř epnout klapku do polohy "O". 2.

Zapnout zdroj Spekolu 10 sí ť ovým vypína č em " I ".

3.

Nechat asi 15 minut zah ř ívat.

4.

Nastavit vlnovou délku bubínkem na hodnotu 700 nm a na krytu fotocely posunout rukoje ť na doraz, ve sm ě ru ozna č eném č erven ě (p ř i vlnové délce nad 620 nm).

5.

Zapnout č erpadlo a do kyvety na č erpat destilovanou vodu zmá č knutím pá č ky nástavce EKA do mezipolohy.

6.

Na levé stran ě Spekolu zkontrolovat p ř epnutí klapky v poloze "O".

7.

Na pravé stran ě Spekolu p ř epnout p ř epína č na zesílení "1".

8.

Na pravé stran ě Spekolu oto č it po odaretování potenciometrem "O" tak, aby ru č i č ka ukazovala nulovou hodnotu propustnosti ( ϑ %).

9.

Na levé stran ě Spekolu p ř epnout klapku do polohy "I".

10. Na pravé stran ě Spekolu oto č it, po odaretování, potenciometrem " ∠  " tak, aby ru č i č ka ukazovala 100%-ní hodnotu propustnosti. Pokud nejde hodnotu nastavit, pokra č ovat dle bodu 6,8,9 a 10 p ř i zesílení "10", respektive "100". 11. Bod 6, 8, 9 a 10 provést ješt ě jednou pro kontrolu. 12. Z kyvety od č erpat destilovanou vodu zmá č knutím pá č ky nástavce EKA do spodní polohy a poté na č erpat (pá č ka nástavce EKA v mezipoloze) do kyvety standardní roztok respektive vzorek a ode č íst hodnotu absorbance. P ř i č erpání je nutno kyvetu vždy n ě kolikrát promýt m ěř eným roztokem. 13. Po prom ěř ení všech vzork ů kyvetu d ů kladn ě promýt destilovanou vodou (alespo ň 10 krát) a v kyvet ě nechat destilovanou vodu !! 14. Vypnout Spekol sí ť ovým vypína č e " I " na stabilizovaném zdroji.

8

Seznam přístrojů, laboratorních pomůcek a chemikálií k úloze: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43

Spekol 10 s nástavcem EKA a 1 cm kyvetou Topné hnízdo LTHS 250 Stoj an na pipety PP Pipeta nedělená, tvar válcově rozšířený Pipeta nedělená, tvar válcově rozšířený Pipeta nedělená, tvar válcově rozšířený Pipeta nedělená, tvar válcově rozšířený Pipeta nedělená, tvar válcově rozšířený Pipeta nedělená, tvar válcově rozšířený Pipeta nedělená, tvar válcově rozšířený Pipeta nedělená, tvar válcově rozšířený Pipeta nedělená, tvar válcově rozšířený Pipeta nedělená, tvar válcově rozšířený Pipeta nedělená, tvar válcově rozšířený Pipeta nedělená, tvar rovný Pipeta nedělená, tvar válcově rozšířený - na kal Pipeta dělená Pipeta dělená Pipeta dělená Odměrná baňka NZ 19/23 na zásobní roztok Odměrná baňka na pracovní roztok Odměrná baňka - PE zátka, na 5 M hydroxid sodný Odměrná baňka - PE zátka, na 2 M hydroxid sodný Odměrná baňka - skleněná zátka, na 3,75 M k. sírovou Odměrná baňka Odměrná baňka Odměrný válec - nízký Odměrný válec - vysoký Odměrný válec - vysoký Odměrný válec - vysoký Baňka varná Byreta rovná, bez kohoutu - na 2 M NaOH Byreta s postraním kohoutem - na pracovní roztok Nálevka na byretu Nálevka s krátkým stonkem na varnou baňku Skleněná tyčinka malá Erlenmayerova baňka NZ 14/23 Erlenmayerova baňka NZ 29/32 Kádinka Kádinka Kádinka Kádinka Kádinka

9

250 ml 50,0 ml 30,0 ml 25,0 ml 20,0 ml 15,0 ml 10,0 ml 5,0 ml 3,0 ml 2,0 ml 1,5 ml 1,0 ml 0,5 ml 4,0 ml 10,0 ml 5,0 ml 1,5 ml 500 ml 100 ml 1000 ml 1000 ml 1000 ml 100 ml 25 ml 10 ml 10 ml 25 ml 50 ml 250 ml 25 ml 25 ml φ 25 mm φ 40 mm 200 mm 25 ml 100 ml 25 ml 50 ml 150 ml 250 ml 400 ml

1 ks 3 ks 1 ks 2 ks 1 ks 1 ks 7 ks 1 ks 3 ks 3 ks 1 ks 1 ks 1 ks 1 ks 1 ks 1 ks 1 ks 1 ks 1 ks 1 ks 1 ks 1 ks 1 ks 1 ks 5 ks 16 ks 1 ks 1 ks 1 ks 1 ks 6 ks 1 ks 1 ks 2 ks 6 ks 6 ks 1 ks 1 ks 2 ks 3 ks 1 ks 1 ks 1 ks

44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61

Laboratorní lžička PP Násypka s NZ14/23 pH papírky Kopisť nerezová Lodička porcelánová - velká Lodička porcelánová - malá Střička PE Centropen 2846 permanent CE Gumový bezpečnostní balonek Gumové prsty Skleněné perly Držák byrety dvoj itý Stoj an kovový Svorka kovová Kruh varný - velký Exsikátor s náplní silikagelu Brýle ochranné Indikátorová láhev na FF

100 mm 100 ml

1 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 1 1 2 1

ks ks bal ks ks ks ks ks ks pár sada ks ks ks ks ks ks ks

1

Peroxodisíran draselný p.a.

K2S2O8

2

Kyselina askorbová ČsL. 3

C6H8O6

176,12412

3

Kyselina amidosulfonová p.a.

NH 2 SO 3 H

97,09476

4

Tetrahydrát molybdenanu amonnitého p.a.

(NH 4 ) 6 Mo 7 O 24 .4 H 2 0

1235,85772

5

Hemihydrát vinanu antimonylo-draselného p.a.

SbOKC 4 H 4 O 6 . ½H 2 O

333,9363

6

Dihydrogen fosforečnan draselný p.a.

KH 2 PO 4

136,085541

7

Kyselina sírová p.a.

H 2 SO 4

98,07948

8

Hydroxid sodný p.a.

NaOH

39,99711

9

Fenolftalein p.a.

C 20 H 14 O 4

318,32276

10 4-nitrofenol p.a. 11 Chloroform p.a.

NO 2 C 6 H 4 OH

139,10884

CHCl 3

119,37674

12 Ethylalkohol pro UV spektroskopii

CH 3 CH 2 OH

46,06844

PO 4 3-

94,971361

P

30,973761

10

MH= 270,3238

STANOVENÍ

DUSIČNANŮ

PŘÍMOU

POTENCIOMETRIÍ

Dusi č nany se vyskytují ve všech typech vod. Dusi č nany je nutno stanovit v den odb ě ru, není-li to možné, je nutné vzorky konzervovat p ř ídavkem chloroformu v dávce 2 až 4 ml na litr vzorku. Obsah dusi č nan ů ve vodách se udává zpravidla hmotnostní koncentrací, a to jako NO 3 - nebo N-NO 3 - , v mg.l - 1 . Norma p ř ipouští nejvyšší koncentraci iont ů NO 3 - v pitné vod ě 50 mg.l - 1 (respektive c(NO 3 - )/50 + c(NO 2 - )/3 ≤ 1), pro balené vody platí stále 50 mg.l - 1 NO 3 - , pro kojence pouze 15 mg.l - 1 . Pro stanovení dusi č nan ů ve vodách existují desítky metod. Žádnou z dosud navrhovaných metod nelze ozna č it za absolutn ě nejsprávn ě jší a za universální. Jednotlivé metody mají i r ů znou citlivost a r ů zný rozsah stanovení. Pokud se stanovují i další ionty, nap ř íklad dusitany, sírany, fosfore č nany, fluoridy a chloridy

je

vhodné

použít

izotachoforetické

stanovení

nebo

investi č n ě

náro č n ě jší stanovení iontovou chromatografií. Uzan č ní rozhod č í metodou je fotometrické stanovení s kyselinou salicylovou, které je však č asov ě náro č né. Stanovení dusi č nan ů p ř ímou potenciometrií s iontov ě selektivní elektrodou (ISE) je rychlejší a elegantn ě jší nežli použití spektrofotometrických metod. P ř esnost a citlivost stanovení je však více závislá na celkovém složení analyzovaného vzorku.

Princip: Je-li dusi č nanová ISE pono ř ena do roztoku dusi č nan ů , vzniká na ní potenciál, úm ě rný aktivit ě dusi č nanových iont ů podle Nernstovy rovnice:

E = E o ± 2,303 ∗

RT ∗ log a − NO3 F

Pokud jsou v roztoku p ř ítomny i jiné ionty je zapot ř ebí jejich vliv eliminovat, nebo ť platí vztah dle Nikolského:

E = E o ± 2,303 ∗

RT ∗ log (a − + k i ∗ a1i / n i ) NO 3 F 11

kde: E

- potenciál iontov ě selektivní elektrody

Eo

- standardní potenciál specifický pro danou elektrodu a exp. podmínky

R

- plynová konstanta (8,31433 J.K - 1 .mol - 1 )

T

- absolutní teplota (-273,15°C)

F

- Faradayova konstanta (96 484,56 C.mol - 1 )

a N O 3 - - aktivita dusi č nan ů ai

- aktivita interferujícího iontu

ni

- náboj interferujícího iontu

ki

- koeficient selektivity dusi č nanové elektrody k interferujícímu iontu i . Selektivitu dusi č nanové elektrody 07-35 firmy Crytur, charakterizují

koeficienty selektivity, které jsou uvedeny v následující tabulce II. Tabulka II: Koeficienty selektivity interferujících látek pro ISE 07-35 Crytur ion

ki

ion

ki

NO 2 -

3,6 .10 - 2

HCO 3 -

4,1 .10 - 4

Cl -

5,0 .10 - 3

CH 3 COO -

5,7 .10 - 4

Br -

7,5 .10 - 1

ClO 3 -

1,8 .10 0

I-

1,0 .10 1

ClO 4 -

1,0 .10 3

Ve v ě tšin ě reálných roztok ů nejsou našt ě stí p ř ítomny chloristany ani chlore č nany, takže s jejich p ř ípadnou interferencí není t ř eba v ě tšinou po č ítat. Rušící vliv ostatních iont ů je t ř eba eliminovat. Nap ř íklad síran st ř íbrný v p ř ídavném roztoku odstra ň uje vlivy halogenid ů , sulfid ů , kyanid ů a jiných iont ů ,

tvo ř ících

se

st ř íbrnými

ionty

málo

rozpustné

soli.

Kyselina

amidosulfonová odstra ň uje dusitan a zárove ň upravuje pH roztoku. Síran amonný udržuje zhruba konstantní iontovou sílu u všech m ěř ených roztok ů a zárove ň má i pufra č ní vlastnosti. Pokud se provádí m ěř ení u vod nap ř íklad z kolonové denitrifikace, je t ř eba p ř edem upravit hodnotu pH na cca 4, jelikož tyto vody mohou být siln ě alkalické (pH až 10) a p ř ídavný roztok nesta č í upufrovat pot ř ebné pH. Rovn ě ž se musí dát pozor na vysokou a hlavn ě m ě nící se solnost vzork ů , jež ovliv ň uje velikost aktivitního koeficientu. Pokud vzorek obsahuje p ř íliš chlorid ů , musí se odstranit srážením s oxidem st ř íbrným. 12

Činidla: P ř ídavný roztok: 52,85 g síranu amonného a 30,00 g kyseliny amidosulfonové se rozpustí v nasyceném roztoku síranu st ř íbrného (cca 10 g.l - 1 ) a stejným roztokem se doplní na objem 1 000 ml.

Standardy:. Zásobní roztok dusi č nanu o koncentraci 1 000 mg.l - 1 NO 3 - : 1,63057 g KNO 3 p ř edem vysušeného p ř i 105 0 C do konstantní hmotnosti se rozpustí ve vod ě a doplní na objem 1 000 ml. P ř idá se 1 ml chloroformu na stabilizaci. Zásobní roztok dusi č nanu o koncentraci 200 mg.l - 1 NO 3 - : 20 ml zásobního roztoku dusi č nanu draselného o koncentraci 1000 mg.l - 1 NO 3 - se doplní destilovanou vodou do 100 ml odm ě rné ba ň ky po rysku. Kalibra č ní roztoky: Do 100 ml odm ě rné ba ň ky se pipetuje zásobní roztok dusi č nanu o koncentraci 1000 mg.l - 1 NO 3 - , respektive 200 mg.l - 1 NO 3 - dle tabulky III a po dopln ě ní destilovanou vodou po rysku se d ů kladn ě promíchá. Tabulka III: P ř íprava standardních roztok ů dusi č nan ů ze zásobních roztok ů standard

c NO3-

pipetáž zás. roztok ů v ml do 100 ml odm ě rné ba ň ky

č

[mg.l - 1 ]

c N O 3 - = 1 000 mg.l - 1

c N O 3 - = 200 mg.l - 1

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

1 000 500 200 100 50 20 10 5 2 1

100 !! 50 10 0,5 -

100 !! 25 10 5 1 0,5

13

Pracovní postup: a) Kalibrace 1. Do vysoké kádinky o objemu 50 ml se vloží magnetické míchadlo a pipetuje se 15 ml kalibra č ního roztoku (standardu) s nejvyšší koncentrací NO 3 - a opatrn ě se p ř idá 1,5 ml p ř ídavného roztoku. 2. Kádinka se umístí na elektromagmetickou mícha č ku. 3. Pomocí držáku elektrod se umístí do roztoku dusi č nanová a referentní elektroda. Zapne se míchání. POZOR!! Otá č ky b ě hem celého m ěř ení musí být konstantní!! 4. Ob ě elektrody se p ř ipojí k m ěř ícímu p ř ístroji. 5. Nastaví se MODE na REL MV. 6. Stiskne se Clear/READ MV. 7. Po 3 minutách se ode č te na displeji p ř ístroje hodnota EMS v mV. 8. Po ode č tení EMS č lánku se elektrody z roztoku vytáhnou, dokonale opláchnou destilovanou vodou a lehce se osuší filtra č ním papírem (nejlépe jemným papírovým kapesní č kem). 9. Osušená

dusi č nanová

a

referentní

elektroda

se

vloží

do

dalšího

standardního roztoku (op ě t s p ř ídavným roztokem) a postupuje se dle bodu 7 a 8 až se zm ěř í všechny standardy. 10. Na semilogaritmický papír se vynese koncentrace NO 3 - proti potenciálu

č lánku u jednotlivých standard ů . Koncentrace NO 3 - na logaritmickou osu, potenciál v mV na lineární osu.

b) Měření vzorků o neznámé koncentraci NO 3 1. Do kádinky o objemu 50 ml se vloží magnetické míchadlo a pipetuje se 15 ml vzorku a 1,5 ml p ř ídavného roztoku. 2. Kádinka se op ě t umístí na elektromagmetickou mícha č ku. 3. Pomocí držáku elektrod se umístí do roztoku dusi č nanová a referentní elektroda. Zapne se míchání. POZOR!! Otá č ky musí být stejné jako p ř i m ěř ení kalibrace. 4. Po 3 minutách se na displeji p ř ístroje ode č te hodnota EMS v mV. 5. Po ode č tení EMS č lánku se elektrody z roztoku vytáhnou, dokonale opláchnou destilovanou vodou a lehce se osuší papírovým kapesní č kem. 14

6. Osušená dusi č nanová a referentní elektroda se vloží do dalšího m ěř eného roztoku (op ě t s p ř ídavným roztokem) a postupuje se dle bodu 4 až 5 a prom ěř í se všechny vzorky. 7. Koncentrace NO 3 - v mg.l - 1 se ode č te z kalibra č ní k ř ivky E = f(c) s p ř ihlédnutím k danému ř ed ě ní vzorku. Pokud se musí reálné vzorky ř edit, z d ů vodu vysoké koncentrace (c > 1000 mg.l - 1 ), ř edí se tak, aby hodnoty ležely ve strmé č ásti k ř ivky, kde je dosaženo v ě tší p ř esnosti stanovení. 8. Na p ř ístroji se p ř epne MODE na STD BY, odpojí se ob ě opláchnuté elektrody a uloží se do uchovávacího roztoku.

Výpočet: Hodnoty koncentrací dusi č nan ů se ode č tou z kalibra č ní k ř ivky s ohledem na skute č nou navážku dusi č nanu draselného p ř i p ř íprav ě zásobního roztoku dusi č nanu o koncentraci 1000 mg.l - 1 NO 3 - a na p ř ípadná ř ed ě ní vzork ů . c

NO3−

= c regr. ∗

n st. ∗ fz 1,63057

kde:

cNO3-

- koncentrace dusi č nan ů ve vzorku

[ mg.l - 1 ]

cregr.

- regresní hodnota získaná z kalibra č ní závislosti

[ mg.l - 1 ]

nst.

- navážka standardní látky

[ g ]

fz

- faktor ř ed ě ní

[ 1 ]

Úkol: Provést m ěř ení kalibra č ních standard ů , sestrojit kalibra č ní závislost E = f(log c) a stanovit koncentraci dusi č nan ů v neznámém reálném vzorku. V protokolu se uvádí k ř ivka kalibra č ní závislosti a regresní hodnoty z po č íta č ového zpracování výsledk ů , nikoliv ode č tem z k ř ivky sestrojené na semilogaritmickém papíru. Na osu x je nutno vynést logaritmy koncentrace a k ř ivku proložit polynomem 2. ř ádu. Rovn ě ž se uvádí hodnota korela č ního koeficientu.

15

Seznam přístrojů, laboratorních pomůcek a chemikálií k úloze: 1

Anal yzát or i ont ů model 901, Or i on Res ear ch Inc.,USA

1 ks

2

Dus i čnanová ISE Cr yt ur 07-35, M onokr ys t al y n.p. T ur nov

1 ks

3

Dvoj i t á kal omel ová el ekt r oda, Or i on Res ear ch Inc., USA

1 ks

4

El ekt r omagnet i cká mí chačka OP 912/ 3

1 ks

5

M agnet i cké mi kr omí chadl o

6

St at i v el ekt r od Or i on Res ear ch Inc.,USA

1 ks

7

St oj an na pi pet y PP

1 ks

8

Pi pet a neděl ená, t var vál cově r ozš í ř ený,

5 0 ml

1 ks

9


2 5 ml

1 ks

10


2 0 ml

1 ks

11


1 5 ml

13 ks

12


1 0 ml

2 ks

13


5 ml

1 ks

14


1 ml

1 ks

15

Pi pet a neděl ená,

1 / 2 ml

2 ks

16

Odměr ná baňka

1 0 0 0 ml

1 ks

17

Odměr ná baňka

1 0 0 ml

11 ks

18

Navažovací l odi čka vel ká

1 ks

19

Skl eněná t yči nka mal á

1 ks

20

K ádi nka vys oká

21

K ádi nka

22

Labor at or ní l ži čka PP

1 ks

23

Nás ypka

1 ks

24

pH papí r ky

1 bal

25

K opi s ť ner ezová

1 ks

26

St ř i čka PE

1 ks

27

Gumový bezpečnos t ní bal onek

1 ks

28

Exs i kát or - s pol ečný

29 30

10 ks

5 0 ml

13 ks

2 5 0 ml

1 ks

φ 2 0 0 mm

Pi nzet a pl as t ová

1 ks 1 ks

Labor at or ní br ýl e

3 ks MH=

1

Dus i čnan dr as el ný p.a.

2

K ys el i na ami dos ul f onová p.a.

NH 2 SO 3 H

3

Sí r an amonný p.a.

( NH 4 ) 2 SO 4

132,1406

4

Sí r an s t ř í br ný p.a.

Ag 2 SO 4

311,8000

5

Chl or of or m

CHCl 3

1 1 9 ,3 7 6 7 4

K NO 3

NO 3 N

16

-

101,10324 97,09476

6 2 ,0 0 4 9 4 1 4 ,0 0 6 7 4

STANOVENÍ

DUSITANŮ

ABSORPČNÍ

SPEKTROSKOPIÍ

Dusitany bývají obsaženy ve všech typech vod. Koncentrace dusitan ů v podzemních a povrchových vodách je zpravidla velmi malá ( ř ádov ě setiny až desetiny mg.l - 1 ), v odpadních splaškových vodách pom ě rn ě v ě tší ( ř ádov ě jednotky až desítky mg.l - 1 ). Jako p ř echodný č len v cyklu dusíku vznikají dusitany ve vodách zpravidla p ř i biochemické redukci dusi č nan ů nebo p ř i biochemické oxidaci amoniakálního dusíku. Z tohoto d ů vodu pat ř í dusitany (podobn ě jako amoniakální dusík) mezi významné indikátory fekálního zne č išt ě ní p ř írodních vod. Norma p ř ipouští maximální koncentraci dusitan ů pro balené vody 0,1 mg.l - 1 , pro pitné vody platí, že c(NO 3 - )/50+c(NO 2 - )/3 ≤ 1. Indikátorovou hodnotu dusitany ztrácejí, jestliže jsou anorganického p ů vodu; dusitany mohou totiž vznikat ve vodách i chemickou redukcí dusi č nan ů s kovy, nap ř . v podzemních vodách obsahujících železo, mangan nebo ve vodách stagnujících v kovovém potrubí. Dusitany mohou ve vodách vznikat z dusi č nan ů také fotochemickou cestou. Proto je d ů ležité posuzovat indikátorovou hodnotu dusitan ů v pitné vod ě komplexn ě , tj. v souvislosti s mikrobiologickým rozborem, místním ohledáním terénu v okolí analyzované vody a obsahem dalších indikátor ů fekálního zne č išt ě ní. Dusitany jsou zdravotn ě závadné, protože zp ů sobují methaemoglobinaemii. dusitan ů

Stanovení povrchových

a

je

odpadních

nezbytnou

sou č ástí

splaškových

vod

rozboru a

při

pitných

analytické

vod.

U

kontrole

biologických č istíren je stanovení dusitan ů sou č ástí dusíkových bilancí. Dusitany jsou ve vod ě velmi nestálé, proto je nutno vzorky vody analyzovat ihned po odb ě ru. Není-li to možné, je nutno vzorky konzervovat (2 ml až 4 ml chloroformu na l litr) a uchovávat v chladnu. Obsah dusitan ů ve vodách se zpravidla udává hmotnostní koncentrací NO 2 - nebo N-NO 2 - v mg.l - 1 . Metody stanovení dusitan ů ve vodách využívají schopnosti kyseliny dusité diazotovat aromatické aminy, nej č ast ě ji sulfonované. Diazoniové soli, které p ř i reakci vznikají, jsou kopulovány s jiným arylaminem za vzniku azobarviva, vhodného pro spektrofotometrické vyhodnocení.

17

Princip: Dusitany se oby č ejn ě stanovují absorp č ní spektroskopií, po reakci s kyselinou sulfanilovou a N- (l-naftyl) -ethylendiamindihydrochloridem (NED). Sulfanilová kyselina je diazotována v prost ř edí hydrogensíranu draselného kyselinou dusitou (z dusitan ů ve vzorku) na diazoniovou s ů l. Takto vzniklá diazoniová s ů l je dále kopulována s N-(1-naftyl)-ethylendiaminem na č ervené diazobarvivo. Intenzita vzniklého zbarvení je úm ě rná koncentraci dusitan ů v analyzovaném vzorku vody. Stanovení ruší nerozpušt ě né látky, zákal, silná oxida č ní a reduk č ní

č inidla, železo, trichloramin a mo č ovina. Neodstraní-li se zákal filtrací ani odst ř ed ě ním, je nutno vzorek č i ř it suspenzí hydroxidu hlinitého, č ímž se odstraní i rušivý vliv železa ( Č SN 83 0540, č ást ll., 1985 ). B ě hem stanovení dusitan ů probíhají tyto chemické reakce:

H+ NH2 + HNO2

HO 3S

-O3S

N

HO3S

+

+ NH2

N +

N

+

N

-O 3S

CH2 CH2

NH

N

18

+ NH3

CH2 CH2

N + 2 H2O

H+ + 2 Cl

-

NH2 + 2 HCl

Činidla: Diazota č ní roztok: 0,865 g sulfanilové kyseliny a 6,8 g hydrogensíranu draselného se rozpustí v destilované vod ě a touto vodou se doplní na objem 250 ml. Kopula č ní roztok: Ve

100 ml

destilované

vody

se

rozpustí

0,040 g

dihydrochloridu

N-(1-naftyl)-ethylendiaminu (NED). Roztok se uchovává v tmavé láhvi a ve tm ě , kdy je stálý asi 1 m ě síc.

Standardy: Zásobní roztok o koncentraci cca 100 mg.1 - 1 NO 2 - : 0,14996 g dusitanu sodného p ř edem vysušeného p ř i 105°C se rozpustí v destilované vod ě a doplní do 1000 ml. Konzervuje se 1 ml chloroformu na 1000 ml. Uchovávaný v chladu a ve tm ě je stálý asi 1 m ě síc. Koncentrace dusitan ů tohoto zásobního roztoku v mg.l - 1 se vypo č te ze skute č né navážky a procentuálního zastoupení č isté složky komer č ního preparátu (stanoveno manganometricky). Pracovní roztok o koncentraci cca 1 mg.1 - 1 NO 2 - : 5 ml zásobního roztoku se doplní na objem 500 ml destilovanou vodou. P ř ipravuje se vždy č erstvý! Kalibra č ní roztoky (standardy): Do odm ě rné ba ň ky o objemu 25 ml se pipetuje pracovní roztok dusitanu dle tabulky IV a doplní se destilovanou vodou po rysku.

Tabulka IV:

P ř íprava standard ů (kalibra č ních roztok ů ) dusitan ů .

pipetáž pracovního roztoku v ml do 25 ml odm ě rné ba ň ky

20

15

10

5

obsah dusitan ů v mg.l - 1

0,8

0,6

0,4

0,2

19

3

2

1

0

0,12 0,08 0,04 0,00

Pracovní postup: K 15 ml č irého vzorku respektive kalibra č ního roztoku (standardu) o koncentraci c N O 2 - ≤ 0,8 mg.l - 1 se v odm ě rné ba ň ce objemu 25 ml p ř idá 1,5 ml diazota č ního roztoku, promíchá se a nechá se 10 minut stát. P ř idá se 1,5 ml kopula č ního roztoku a op ě t se promíchá. Nechá se dalších 20 minut stát, doplní se vodou po rysku, promíchá a m ěř í se absorbance p ř i vlnové délce 550 nm na spekolu 11 s pr ů to č nou kyvetou EAPW. Zbarvení je stálé 24 hodin. Ke každému vzorku se provádí slepý pokus jen s diazota č ním nebo kopula č ním roztokem. Získané hodnoty absorbance p ř íslušných standard ů se vynesou do grafu proti koncentraci dusitan ů .

Výpočet: Hmotnostní koncentrace NO 2 - ve vzorku v mg.l - 1 se ur č í z kalibra č ního grafu s p ř ihlédnutím k ř ed ě ní vzorku p ř ed stanovením a k procentuálnímu zastoupení dusitan ů v komer č ním preparátu. c NO − = c regr . ∗ 2

n st. 1 ∗ fz ∗ ∗% 0,14996 100

NaNO 2

kde: cNO2-

- koncentrace dusitan ů

[mg.l - 1 ]

cregr.

- regresní hodnota koncentrace dusitan ů

[mg.l - 1 ]

nst.

- navážka standardní látky na zásobní roztok

fz

- faktor ř ed ě ní

[ g ] [ l ]

% NaNO2 - procentuální zastoupení NaNO 2 v komer č ním preparátu

[%]

Úkol: Provést

m ěř ení

kalibra č ních

standard ů

dusitan ů ,

sestrojit

kalibra č ní

závislost c = f(A) a stanovit koncentraci dusitan ů v neznámém reálném vzorku.

20

Návod k obsluze přístroje – SPEKOL 11 s průtočnou kyvetou 01. Zapnout na laboratorním stole elektrické jisti č e na 220 V. 02. Zapnout Spekol 11 tisknutím sí ť ového vypína č e " ~ ". Blikají diody T, E, C, CAL, FL, KIN. 03. Nechat asi 15 minut zah ř ívat. 04. Nastavit vlnovou délku bubínkem na hodnotu 550 nm. 05. Posunout rukoje ť na krytu fotocely ve sm ě ru ozna č eném mod ř e (p ř i vlnové délce 340 - 620 nm) až na doraz. 06. Spustit peristaltické č erpadlo a zdroj nap ě tí pro ovládání sání a jehlu pono ř it do destilované vody. Na p ř ední stran ě kyvetového nástavce zmá č kneme č ervený knoflík, č ímž dojde k vy č erpání roztoku z kyvety. Poté prstem ucpeme otvor sání na pravé stran ě kyvetového nástavce, č ímž dojde k nadávkování vody do kyvety. Postup opakujeme cirka 5x. 07. P ř i plné kyvet ě stisknout tla č ítko E na Spekolu. Za č ne blikat dioda R . 08. Stisknout

tla č ítko

R,

po

krátké

dob ě

(max.

10

sec.)

dojde

k

automatickému vynulování a na displeji se rozsvítí " 0.000 ", p ř ípadn ě " OFL ". V tom p ř ípad ě pá č ku v levém dolním rohu p ř ístroje p ř epneme ze st ř ední polohy "

" do polohy spodní " Θ " a znovu zmá č kneme tla č ítko "

R ". Na displeji se objeví hodnota " 0.000 ". 09. Zaclonit kyvetu (pá č ku v levém dolním rohu p ř ístroje p ř epnout do horní polohy "  "). Na displeji se objeví blikající " 9999 " (není t ř eba provád ě t). 10. P ř epnout pá č ku zp ě t. Na displeji se zobrazí hodnota " 0.000 ". 15. Hodnoty absorbance se ode č ítají na displeji pro každý standard a vzorek. Ke každému vzorku se zm ěř í i hodnota slepého pokusu p ř íslušného vzorku. 16. Po prom ěř ení všech standard ů a vzork ů a pe č livém promytí optické kyvety destilovanou vodou vypnout peristaltické č erpadlo a zdroj nap ě tí pro ovládání. 17. Vypnout SPEKOL 11 sí ť ovým vypína č em " ~ ". 18. Vypnout jisti č e č . 1 a č . 5.

21

Seznam přístrojů, laboratorních pomůcek a chemikálií k úloze:

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Spekol 11 s nástavcem EAPW a 1cm pr. kyvetou Peristaltická pumpa a zdroj nap ě tí Pístoventilový dávkova č kopula č ního roztoku Pístoventilový dávkova č diazota č ního roztoku Stojan na pipety PP Pipeta ned ě lená Pipeta ned ě lená Pipeta ned ě lená Pipeta ned ě lená Pipeta ned ě lená Pipeta ned ě lená Pipeta ned ě lená Odm ě rná ba ň ka Odm ě rná ba ň ka Odm ě rná ba ň ka Navažovací lodi č ka velká Sklen ě ná ty č inka malá Kádinka Kádinka Brýle laboratorní Násypka NZ 12 pH papírky Kopis ť nerezová St ř i č ka PE Gumový bezpe č nostní balonek Exsikátor se silikagelem Dusitan sodný p.a. Kyselina sulfanilová p.a. Hydrogensíran draselný p.a. N-(1-naftyl)-ethylendiamin .2HCl p.a. Pentahydrát thiosíranu sodného p.a. Manganistan draselný p.a. J odid draselný p.a. Škrob rozpustný p.a. Dichroman draselný p.a. Chloroform p.a.

22

NaNO 2 H 2 NC 6 H 4 SO 3 H KHSO 4 C 1 2 H 1 4 N 2 .2HCl Na 2 S 2 O 3 .5H 2 O KMnO 4 KI (C 6 H 1 0 O 5 )n K 2 Cr 2 O 7 CHCl 3 NO 2 -

2 ml 2 ml 20 ml 15 ml 10 ml 5 ml 3 ml 2 ml 1 ml 500 ml 1 000 ml 25 ml 65 mm 20 cm 25 ml 400 ml

φ 100 mm

1 ks 1 ks 1 ks 1 ks 1 ks 1 ks 10 ks 1 ks 2 ks 1 ks 1 ks 1 ks 1 ks 1 ks 18 ks 1 ks 6 ks 3 ks 1 ks 3 ks 1 ks 1 bal 1 ks 1 ks 1 ks 1 ks

MH= 6 8 ,9 9 5 3 1 1 7 3 ,1 9 0 7 2 1 3 6 ,1 6 9 8 4 2 5 9 ,1 7 4 3 2 1 5 8 ,1 0 9 7 4 1 5 8 ,0 3 3 9 4 9 1 6 6 ,0 0 2 7 7 1 6 2 ,1 4 0 6 2 9 4 ,1 8 4 6 1 1 9 ,3 7 6 7 4 4 6 ,0 0 5 5 4

COULOMETRICKÉ STANOVENÍ AMONNÝCH BIAMPEROMETRICKOU INDIKACÍ

IONTŮ

S

Coulometrie je metoda založená na m ěř ení elektrického náboje pot ř ebného na elektrochemickou reakci. Pokud podléhá elektrochemické reakci p ř ímo stanovovaná látka, mluvíme o přímé coulometrii , pokud se elektrochemickým procesem na elektrod ě vyrábí složka (titra č ní č inidlo), která reaguje se stanovovanou látkou, mluvíme o coulometrické titraci . Coulometrii lze provád ě t za konstantního proudu (coulometrická titrace), nebo p ř i konstantním vloženém potenciálu (potenciostatická coulometrie, prediktivní coulometrie). Ve všech p ř ípadech je t ř eba zjistit množství prošlého elektrického náboje. Vztah

mezi

elektrickým

Q

nábojem

a

hmotností

elektrochemicky zreagovala udává Faraday ů v zákon: m =

látky

m,

která

MH ⋅ Q MH ⋅ I ⋅ t = z⋅F z⋅F

kde: m

- hmotnost zreagované látky

[g] [g.mol - 1 ]

MH - molární hmotnost Q

- elektrický náboj prošlý č lánkem

[C]

I

- elektrický proud prošlý č lánkem

[A]

t

- č as po který prochází č lánkem el. proud

[s]

z

- nábojové č íslo elektrochemické reakce

[1]

F

- Faradayova konstanta (96 484,56)

[C.mol - 1 ]

P ř i coulometrické titraci za konstantního potenciálu, kde se proud s č asem snižuje se na zjišt ě ní elektrického náboje oby č ejn ě používá integrátoru, nebo grafické metody (prediktivní coulometrie). Množství elektrického náboje je též možno zjistit pomocí, do série zapojeného, chemického coulometru, nap ř íklad na st ř íbro (zjiš ť uje se hmotnost vylou č eného st ř íbra), na t ř askavý plyn (zjiš ť uje se objem vodíku a kyslíku), na jod (vylou č ený jod se titruje thiosíranem). V p ř ípad ě coulometrické titrace za konstantního proudu se náboj zjistí pouhým vynásobením č asu a proudu.

23

Princip: Stanovení amonných iont ů coulometrickou titrací, nap ř . v mineralizátu po Kjeldahlizaci, je založeno na reakci s bromnanem, který vzniká v alkalickém prost ř edí (pH = 8,5−9,0) z bromu, coulometricky vyrobeného z bromidu. 2 Br − − 2 e − → Br 2 Br 2 + 2 OH − → BrO − + Br − + H 2 O 2 NH 3 + 3 BrO − → N 2 + 3 Br − + 3 H 2 O Dosažení bodu ekvivalence je indikováno biamperometricky nár ů stem indika č ního proudu, kdy nadbyte č ný bromnan depolarizuje indika č ní katodu. Dosáhne-li indika č ní proud nastavené hodnoty, dojde k automatickému ukon č ení coulometrické titrace. 2 BrO − + H 2 O + 2 e − → 2 Br Biampérometrie

je

založena

−

+ 2 OH −

na

sledování

protékajícího

proudu

při

konstantním vloženém potenciálu na dv ě polarizovatelné, oby č ejn ě platinové, elektrody. Princip lze vysv ě tlit na základ ě anodicko-katodické polariza č ní k ř ivky. Velikost protékajícího proudu je závislá na pom ě ru koncentrace redukované a oxidované formy depolarizátoru. Je-li p ř ítomna pouze jedna forma, je protékající proud tém ěř nulový. Velikost závisí dále na vloženém potenciálu (otázka reversibility el. d ě je). Jedná se vlastn ě o speciální p ř ípad voltametrie. Ukon č ení titrace je vlastn ě vždy až za bodem ekvivalence. P ř ebyte č ný bromnan je využit u dalšího vzorku, který je op ě t p ř etitrován. Ale vždy stejn ě . Proto je nutné, aby byly mezi jednotlivými nást ř iky dodrženy stále stejné

č asové intervaly a to pokud možno co nejmenší.

Přístroje a příslušenství: Coulometrický

titrátor

s

biampérometrickou

indikací

bodu

ekvivalence

Coulometr SL-02, JZD agrokombinát Slušovice, Č R Elektroda platinová – genera č ní katoda s m ů stkem EPt 35, JZD agrokombinát Slušovice, Č R

24

Elektroda platinová – genera č ní anoda EPt 41, JZD agrokombinát Slušovice, Č R Elektroda platinová – kombinovaná EPt 42, JZD agrokombinát Slušovice, Č R Elektromagnetická mícha č ka POLAMED, Type MM5, Polsko Dávkovací pipeta Labpipete 200 o objemu 200 µ l Upravený kalkulátor MR 4100, Tesla Rožnov k.p., Vrchlabí, Č R

Roztoky a činidla: Anodový roztok: V 1 litru teplé destilované vody se rozpustí 200 g KBr, 100 g NaHCO 3 a 8 g K 2 CO 3 . Výsledné pH = 8,6 až 8,8 je možno upravit p ř ídavkem K 2 CO 3 . Katodový roztok: 10 g KBrO 3 se rozpustí v 80 ml destilované vody a p ř idá se 20 ml anodového roztoku.

Standardy: Zásobní roztok amoniakálního dusíku o koncentraci 1 000 mg.l - 1 : 1,17925 g

síranu

amonného,

vysušeného

při

105°C

do

konstantní

hmotnosti, se rozpustí v redestilované vod ě a doplní se v odm ě rné ba ň ce na objem 250 mililitr ů . Pracovní roztok A o koncentraci 500 mg.l - 1 : 100 ml zásobního roztoku se pipetuje do 200 ml odm ě rné ba ň ky a doplní destilovanou vodou po rysku. Pracovní roztok B o koncentraci 50 mg.l - 1 : 10 ml zásobního roztoku se pipetuje do 200 ml odm ě rné ba ň ky a doplní destilovanou vodou po rysku. Standardní (kalibra č ní) roztoky: P ř ipraví se ř ed ě ním pracovního roztoku A . Do 25 ml odm ě rných ban ě k se pipetuje 5 – 4 – 3 ml pracovního roztoku A a doplní se destilovanou vodou po rysku. Takto získané standardy obsahují 100 – 80 – 60 mg.l - 1 dusíku.

25

Zbývající standardy se p ř ipraví ř ed ě ním pracovního roztoku B . Do 25 ml odm ě rných ban ě k se pipetuje (25) – 20 – 15 – 10 – 5 ml pracovního roztoku B a doplní se destilovanou vodou po rysku. Standardy obsahují 50 – 40 – 30 –

20 – 10 mg.l - 1 dusíku.

Pracovní postup a obsluha přístroje: Funkce titrátoru: Zdroj genera č ního proudu dodává po celou dobu titrace genera č ním elektrodám konstantní proud I g e n . Velikost tohoto proudu lze volit v rozmezí 0 – 9 mA a to skokov ě po 1 mA pomocí oto č ného č íslicového p ř epína č e, umíst ě ného

na

č elním

panelu

coulometru

(8-obr.1.).

Úrove ň

tohoto

genera č ního proudu je indikována mA-metrem (7), umíst ě ným vedle p ř epína č e. Na č elním panelu coulometru umíst ě ný µΑ-metr (3) registruje indika č ní proud I i n d protékající indika č ními elektrodami p ř i konstantním vloženém nap ě tí U v l o ž . Pomocí levého p ř epina č e (14) na zadním panelu coulometru (obr.2) lze nastavit vložené nap ě tí U v l o ž v rozmezí 0 – 990 mV, skokov ě po 10 mV. Pomocí pravého p ř epína č e (13) na zadním panelu coulometru lze nastavit komparovanou úrove ň proudové odezvy v rozsahu 0 – 5 µΑ, op ě t skokov ě a to 0,1 µΑ.

po

V

záv ě ru

vlastní

coulometrické

titrace dochází

k

nár ů stu

indika č ního proudu a v okamžiku kdy je dosaženo nastavené komparované hodnoty I ko m = I i n d dojde k zastavení genera č ního proudu I g e n , k zastavení

č asu a tím k ukon č ení coulometrické titrace. Dojde-li ke snížení indika č ního proudu na hodnotu I i n d ≤ 0,8 . I ko m , dojde op ě t

ke

spušt ě ní

coulometrické

titrace.

nadávkováním vzorku č i standardu.

26

Snížení

se

docílí

op ě tovným

Obr.1 Čelní panel coulometru SL-02

Obr.2 Zadní panel coulometru SL-02

27

Pracovní postup: Konektor obou pár ů elektrod se zapojí do zdí ř ky (17) na zadní stran ě titrátoru. Platinová genera č ní katoda se naplní katodovým roztokem pomocí PE injek č ní st ř íka č ky. Do zdí ř ek (15 a 16) se zapojí konektory od upraveného kalkulátoru MR 4100. Do zdí ř ky (15) konektor s 5-ti linkou (obsahuje č ervený vodi č ). Potom se zkontoluje nastavení parametr ů na coulometru SL - 02: Ig en

=

5 mA

palcová p ř edvolba (8) nastavena na „ 5 “

U v l o ž = 120 mV


I k o m = 2,5 µΑ


Do kádinky se vloží míchadlo a 50 ml anodového roztoku. Kádinka se zafixuje na elektromagnetické mícha č ce a do roztoku se opatrn ě pono ř í elektrody (katoda nejblíže st ř edu nádobky). Zapne se míchání, které je t ř eba udržovat b ě hem celé práce konstantní a to p ř i otá č kách cca 200 až 300 za minutu. Topení je trvale vypnuto!!! Na p ř ipojeném kalkulátoru se zkontroluje nastavení p ř epína čů : OFF-ON

do polohy

″ OFF ″

Am-ALARM-PM

do polohy

″ ALARM ″

Nyní se zapne sí ť ový vypina č (9). Po cca 15 sekundách by se na displejích (1, 2) m ě ly objevit nuly, na displeji kalkulátoru je rovn ě ž nula. Pokud ne, zmá č kne se na kalkulátoru tla č ítko TC a po 15 sekundách jsou na displejích coulometru i kalkulátoru nuly. Od zapnutí coulometru SL−02 b ě hem asi 5 minut nar ů stá výchylka na mikroampérmetru, až dosáhne cca poloviny stupnice. Po rozsvícení signalizace „EKVIVALENCE“ (4) se údaj stopek na displeji (1) p ř episuje do prvního

ř ádku pomocného displeje (2) a stopky se nulují. Na mikroampérmetru je nulová výchylka. P ř i uvád ě ní coulometru SL-02 do provozu, kdy je v titra č ní nádobce nový anodový roztok, se po ur č itou dobu po p ř ipojení k elektrické síti (max. 5 minut) zapne zdroj genera č ního proudu. Tím se nagenerovává p ř ebytek č inidla, se kterým se v následujících m ěř eních pracuje.

28

Stiskne se tla č ítko „TC“. Tím je zajišt ě no, že další údaj m ěř ení se p ř epíše z displeje (1) do prvního ř ádku pomocného vynulovaného displeje (2). P ř ístroj je tak p ř ipraven k dávkování standard ů č i vzork ů .

1) Měření amoniakálního dusíku pomocí výpočtu z Faradayova zákona Do

kádinky

s anodovým

roztokem

se

pomocí

vhodného

dávkova č e

nadávkuje takové množství vzorku, aby na jeho titraci bylo pot ř eba 30 až 90 sekund. Dávkování tohoto objemu se provede 3x bezprost ř edn ě po sob ě a z pr ů m ě rné hodnoty č asu se vypo č te koncentrace amonných iont ů .

2) Měření amoniakálního dusíku metodou kalibrační přímky Špi č ka dávkova č e s nejmén ě koncentrovaným standardem p ř íslušné ř ady se pono ř í asi 5-10 mm pod hladinu anodového roztoku v titra č ní nádobce a pomalu se dávkuje standard. Po nást ř iku poklesne výchylka mikroampermetru. Sou č asn ě zhasne signalizace „EKVIVALENCE“, za č ne nar ů stat údaj stopek na displeji a na miliampérmetru je výchylka odpovídající nastavené hodnot ě . Po dosažení p ů vodní výchylky µA-metru se zastaví stopky, jejich poslední údaj se p ř epíše do prvního ř ádku pomocného displeje a stopky se nulují. Sou č asn ě se rozsvítí signalizace „EKVIVALENCE“, ru č i č ka mikroampérmetru klesne na nulu. Tím je titrátor p ř ipraven k dalšímu nást ř iku. Ústí mikropipety se ot ř e tamponem a op ě t naplní standardem. Opakuje se nást ř ik standardu. Pro snížení po č tu nást ř ik ů a dosažení dostate č né p ř esnosti m ěř ení je nutné dodržet stejné intervaly mezi jednotlivými nást ř iky, proto se opakuje nást ř ik bezprost ř edn ě po ukon č ení titrace (rozsvícení kontrolky „EKVIVALENCE“). Údaje z displeje se postupn ě zapisují do pomocného displeje. Po zapsání do t ř etího ř ádku se další údaj p ř epíše do prvního ř ádku atd. Na pomocném displeji jsou tedy zobrazeny poslední t ř i č asové údaje m ěř ení. Proto je lepší zapisovat údaje do tabulky V a odlehlou hodnotu p ř i výpo č tu vylou č it. Další hodnoty pot ř ebné pro sestrojení kalibra č ní závislosti se zjistí stejným postupem s dalším standardem z ř ady standard ů . Stejn ě se pracuje i s neznámým vzorkem. Koncentrace dusíku ve vzorku se zjistí z kalibra č ní závislosti (obr.3). 29

Tabulka V: Hodnoty č asu coulometrické titrace amonných iont ů s biamperometrickou indikací p ř i V=200µl, I g e n =5mA, I k o m =2,5µA, U v l o ž =120mV c[mg.l -1 ]

t [s]

10 10 10 20 20 20 30 30 30

c[mg.l -1 ]

t [s]

40 40 40 50 50 50 60 60 60

c[mg.l -1 ]

t [s]

80 80 80 100 100 100 vzorek vzorek vzorek

t [s]

75 50 t = a + (1/ K) . c R = 0,9998

25 0 0

20

40

60

80

100

-1

c [mg.l ] Obr.3 Kalibrační přímka coulometrického stanovení-hodnoty z tab.V

Výpočty: 1)

c N = m ⋅ 103 ⋅

106 MH ⋅ I ⋅ t ⋅ 103 ⋅ 106 = = K⋅t V z⋅F⋅V

kde: [mg.l - 1 ]

cN

- koncentrace dusíku

V

- objem dávkovaného standardu č i vzorku

2) Z kalibrace dosazením do rovnice regresní p ř ímky.

30

[µl]

Úkol: 1)

Dávkujte n ě kolikrát neznámý vzorek a dosazením hodnot do Faradayova zákona vypo č t ě te kolik mg amoniakálního dusíku zreagovalo p ř i jedné coulometrické titraci vzorku a jaká je koncentrace amoniakálního dusíku ve vzorku.

2)

Dávkujte n ě kolikrát (alespo ň 3 krát) každý standard a získané hodnoty

č as ů pe č liv ě zaznamenejte do tabulky. Zhotovte kalibra č ní p ř ímku coulometrické titrace amoniakálního dusíku v rozsahu 10 - 100 mg.l - 1 . Dávkuje se 200 µl vzorku, (I g e n = 5 mA, I k o m = 2,5 µA). 3)

Stanovte

množství

amoniakálního

dusíku

v

neznámém

vzorku

po

kjeldahlizaci metodou kalibra č ní p ř ímky.

S ezn a m ch emi k á l i í a l a b o ra to rn í ch p o mů cek k ú l o ze: 1

Uhli č itan draselný p.a.

K 2 CO 3

2

Hydrogenuhli č itan sodný p.a.

NaHCO3

84,00661

3

Bromid draselný p.a.

KBr

119,0023

4

Bromi č nan draselný p.a.

KBrO 3

167,0005

5

Síran amonný p.a.

(NH 4 ) 2 SO 4

132,1406

6

Kyselina dusi č ná p.a.

HNO 3

63,01288

N

14,00674

H

1,00794

31

MH = 138,2055

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43

Odměrná baňka NZ 29/32 pro anodový roztok Odměrná baňka NZ 14/23 pro síran amonný Odměrná baňka NZ 14/23 pro pracovní roztok Odměrná baňka NZ 14/23 pro standardy Násypka NZ 14/23 Kádinka Kádinka vysoká Stoj an na pipety PP Odměrný válec Odměrný válec Pinzeta PP Lodička navažovací Lžička laboratorní nerezová Stoj ánek dávkovačů Střička PE Balonek pipetovací Pipeta tvar válcově rozšířený Pipeta tvar válcově rozšířený Pipeta tvar válcově rozšířený Pipeta tvar válcově rozšířený Pipeta tvar válcově rozšířený Pipeta tvar válcově rozšířený Pipeta tvar válcově rozšířený Pipeta tvar válcově rozšířený Pipeta tvar válcově rozšířený Pipeta tvar válcově rozšířený Pipeta tvar válcově rozšířený Inj ekční stříkačka PE s tupou j ehlou pro plnění elektrody Reagenční láhev PE Skleněná tyčinka Exsikátor s náplní silikagelu Váženka Kádinka Kádinka Násypka NZ14 Míchadlo magnetické malé Klema Kruh malý Držák elektrod Centropen 2846 Kopisť nerezová Brýle laboratorní Dávkovač

32

2000 ml 250 ml 200 ml 25 ml ∅ =40mm 25 ml 100 ml ∅ =180mm 5 ml 50 ml 200 mm 65 mm 200 mm 250 ml 25 ml 1 ml 1,5 ml 2 ml 3 ml 4 ml 5 ml 10 ml 15 ml 20 ml 25 ml 100 ml 10 ml 100 ml 180 mm ∅=100mm ∅=40 mm 250 ml 400 ml ∅=40 mm ∅=40 mm

200 mm 200 µl

1 ks 1 ks 2 ks 12 ks 1 ks 12 ks 1 ks 1 ks 1 ks 1 ks 1 ks 1 ks 1 ks 1 ks 1 ks 1 ks 3 ks 1 ks 2 ks 1 ks 1 ks 2 ks 2 ks 1 ks 1 ks 1 ks 1 ks 1 ks 1 ks 1 ks 1 ks 1 ks 1 ks 1 ks 1 ks 1 ks 1 ks 1 ks 1 ks 1 ks 1 ks 3 ks 1 ks

FOTOMETRICKÉ

STANOVENÍ DVOU SEPARACE

LÁTEK

VE

SMĚSI

BEZ

Spektroskopické metody d ě líme na atomové a molekulové, jež jsou založeny

na

interakci

atom ů

respektive

molekul

s elektromagnetickým

vln ě ním. Absorbovaná kvanta energie vyvolají u molekul p ř echody valen č ních elektron ů (molekulová absorp č ní spektroskopie, oblast UV-VIS, rozmezí asi 200 až 760 nm), č i zm ě ny vibra č ních a rota č ních stav ů (infra č ervená a Ramanova spektroskopie). Molekulová absorp č ní spektroskopie je asi nejvíce používaná spektrální metoda. Používá se b ě žn ě pro stanovení barevných látek a látek, jež se na barevné p ř evedou chemickými reakcemi. Nap ř íklad stanovení dusitan ů , amonných iont ů a celé ř ady dalších látek. Stanovení látek ve sm ě si, nap ř . dvousložkové, se však používá velice z ř ídka a č asto se místo toho volí složit ě jší

postup,

jako

nap ř íklad

separace.

Více

p ř ednášky

SMIA.

Za

p ř ipomenutí snad stojí to, že p ř i m ěř ení transmitance se nejedná o podíl propušt ě ného toku zá ř ení ku vstupujícímu toku zá ř ení, ale propušt ě ného toku zá ř ení u vzorku ku propušt ě ného toku zá ř ení u slepéhp pokusu. Proto se nastavuje nulová a 100 % propustnost na slepý pokus.

Princip: Stanovení je založeno na tom, že absorbance je aditivní veli č ina. Provádíme-li tedy m ěř ení dvousložkové sm ě si, jejichž absop č ní k ř ivky se

č áste č n ě p ř ekrývají,

při

dvou

vlnových

délkách,

odpovídající oby č ejn ě

absorp č ním maxim ů m a známe-li molární absorban č ní koeficienty obou látek p ř i t ě chto vlnových délkách, m ů žeme jejich koncentrace pom ě rn ě lehce vypo č ítat. Bouguer-Lambert-Beer ů v zákon m ů žeme napsat ve tvaru:

n

A λ1 = ∑ a iλ1 ∗ c i ∗ l i =1

kde:

A - absorbance a - koncentra č ní absoprp č ní koeficient c – koncentrace l - optická délka kyvety λ – vlnová délka

33

Provedeme-li tedy m ěř ení absorbance vzorku dvousložkové sm ě si p ř i vlnové délce λ 1 a λ 2 , získáme p ř íslušné hodnoty absorbance A λ 1 a A λ 2 . Z kalibra č ních závislostí jednotlivých č istých složek p ř i obou vlnových délkách ode č teme sm ě rnice tg α , které p ř i jednotkové optické délce kyvet odpovídají absorban č nímu koeficientu a λ . Vlnové délky zjistíme ze závislosti A = f( λ ). Oby č ejn ě se volí vlnové délky odpovídající p ř íslušným maxim ů m.

Přístroje a příslušenství: Spektrofotometr Spekol, Carl Zeiss, Jena, BRD, respektive Helios epsilon, Thermo Elektron Corporation, USA ob ě s kyvetou optické délky 1 cm..

Standardy: Zásobní roztok thioninu o koncentraci 600 mg.l - 1 : Naváží se cca 0,06000 g vysušeného thioninu, rozpustí se v malém množství destilované vody a v odm ě rné ba ň ce se doplní touto vodou na 100 ml. Zásobní roztok methylové zelen ě o koncentraci 600 mg.l - 1 : Cca 0,06000 g vysušené methylové zelen ě se rozpustí v destilované vod ě , kvantitativn ě se p ř evede do 100 ml odm ě rné ba ň ky a doplní se touto vodou po rysku. Pracovní roztok thioninu o koncentraci 30 mg.l - 1 : 5 ml zásobního roztok thioninu o koncentraci 600 mg.l - 1 se napipetuje do 100 ml odm ě rné ba ň ky a doplní destilovanou vodou po rysku. Pracovní roztok methylové zelen ě o koncentraci 30 mg.l - 1 : Do 100 ml odm ě rné ba ň ky se pipetuje 5 ml zásobního roztoku methylové zelen ě o koncentraci 600 mg.l - 1 a doplní se destilovanou vodou po rysku. Standardní (kalibra č ní) roztoky thioninu: Do 25 ml odm ě rných ban ě k se postupn ě pipetuje pracovní roztok thioninu o koncentraci 30 mg.l - 1 v množství 1 - 1,5 - 2 - 3 - 4 - 5 ml. Po dopln ě ní

34

destilovanou

vodou

po

rysku

1,2 - 1,8 - 2,4 - 3,6 - 4,8 - 6,0 mg.l

se

získají

standardy

o

koncentraci

-1

Standardní (kalibra č ní) roztoky methylové zelen ě : Do odm ě rných ban ě k o objemu 25 ml se postupn ě pipetuje pracovní roztok methylové zelen ě o koncentraci 30 mg.l - 1 v množství 1 - 1,5 - 2 - 3 - 4 - 5 ml. Po dopln ě ní destilovanou vodou po rysku se získají standardy o koncentraci 1,2 - 1,8 - 2,4 - 3,6 - 4,8 - 6,0 mg.l - 1 .

Pracovní postup a obsluha přístroje Helios epsilon: Pracovní postup: Nejprve se zm ěř í absorbance nejkoncentrovan ě jšího roztoku standardu thioninu (Th) v režimu p ř ístroje „VISIONlite SCAN“ v rozmezí vlnových délek od 400 nm do 700 nm. P ř i stejném rozsahu vlnových délek se m ěř ení opakuje

pro

nejkoncentrovan ě jší

standard

methylové

zelen ě

(MZ).

Ze

získaných k ř ivek se ode č tou hodnoty vlnové délky pro maximální absorbanci (maximum k ř ivky) λ 1 a λ 2 . P ř ístroj se p ř epne do režimu „VISIONlite QUANT“ a p ř i vlnových délkách λ 1 a λ 2 se vždy prom ěř í absorbance obou ř ad standard ů a t ř ikrát neznámý vzorek sm ě si. Získané hodnoty absorbance A se zaznamenají do p ř iložené tabulky. Koncentrace [mg.l-1]

λ1 = …m λ2 = …nm

0

1,2

1,8

2,4

3,6

4,8

6,0

A [1]

A [1]

A [1]

A [1]

A [1]

A [1]

A [1]

vzorek vzorek vzorek A A A [1] [1] [1]

thionin metylová zeleň thionin metylová zeleň

Obsluha fotometru Helios epsilon: 1 - P ř ístroj se zapne hlavním vypína č em (je umíst ě n na levé stran ě vzadu). 2 - Zapne se po č íta č . 3 - P ř ed vlastním m ěř ením se p ř ístroj ponechá 30 minut zah ř ívat. 4 - Na p ř ístroji se zvolí v režimu m ěř ení „MODE“ absorbance – na displeji se objeví „A“.

35

5 - Z nabízených menu softwaru, které se objeví na obrazovce po č íta č e, se zvolí

ikona

„ VISIONlite SCAN “,

která

pro

daný

roztok

umož ň uje

zaznamenat hodnoty absorbance v závislosti na vlnové délce. 6. – Vytvo ř í se osobní soubor ve Wordu, otev ř e a dá na lištu.

Režim „VISIONlite SCAN 1.

Do kolonky „ scan “ se uvede žádaný rozsah vlnových délek ve kterých má být absorbance m ěř ena (400 nm - 700 nm s intervalem 5 nm). V menu „ Peak Pick“ se zatrhne „ Maxima “, v menu „Spectrophotometer“ se zaškrtne „A“ , v menu „Method“ se zvolí „pokus.msc“ .

2.

Do p ř ístroje se vloží optická kyveta s destilovanou vodou.

3.

M ěř ení se zahájí pokynem „ Measure samples“.

4.

Na obrazovce se objeví ikona se jménem vzorku „ Sample name“ „Blank“ a m ěř ení se potvrdí pokynem „Measure“ . P ř ístroj automaticky zm ěř í pozadí ve zvoleném rozsahu vlnových délek

5.

Po ukon č ení m ěř ení se na obrazovce objeví okno pro m ěř ení vzork ů

„Saple information“ , do kterého se zaznamená jméno prvního m ěř eného vzorku (nap ř . Th5). 6.

Do p ř ístroje se vloží kyveta s nejkoncentrovan ě jším standardem thioninu a v okn ě „Saple information“ se zadá pokyn „ Measure“. Je-li t ř eba, klikne se na okno „Autoscale“ (upraví se rozsah absorbance grafu).

7.

Po

ukon č ení

m ěř ení

je

spektrum

standardu

thioninu

automaticky

zaznamenáno a na obrazovce se op ě t objeví okno pro záznam jména m ěř eného vzorku, nap ř íklad Th6, které se p ř epíše na MZ5. 8.

Do p ř ístroje se vloží kyveta s nejkoncentrovan ě jším standardem metylové zelen ě a zadá se pokyn „ Measure“ , č ímž dojde op ě t k záznamu k ř ivky.

9.

M ěř ení v režimu SCAN se ukon č í pokynem „Close“ .

10. Na zobrazených k ř ivkách obou standard ů software automaticky ode č te vlnové délky pro maximální absorbanci (okno v dolní č ásti obrazovky). 11. Tyto vlnové délky λ 1 a λ 2 se zaznamenají do tabulky. 12. V nabídce „File“ se klikne na „Print Previeu“ a po otev ř ení okna se klikne na ikonku „copy“ (druhé okno zleva). Do vašeho „Word-souboru“

36

se vloží p ř íkazem „Ctrl“+“V“ a soubor se uloží. Dále se zav ř e soubor

„VISIONlite scan print preview “. 13. M ěř ení v režimu SCAN je tímto ukon č eno a tato č ást software se uzav ř e p ř e „File“ a „Exit“ .

Další měření jsou prováděna v režimu „VISIONlite QUANT 1 - Z nabízených menu softwaru, která se objeví na obrazovce po č íta č e, se zvolí ikona „VISIONlite QUANT“ . 2 - Do p ř ístroje se vloží kyveta s destilovanou vodou. 3 - Zvolí se metoda „Test.mqa“ v okn ě „Method“ a „Linear throught zero“ v okn ě “Curve type“ . 4 - V kolonce „Wavelength “ se zadá první hodnota vlnové délky λ 1 , která byla ode č tena v režimu „SCAN“ . 5 - M ěř ení se zahájí pokynem „ Measure standards“. 6 - V okn ě „Calibration“ na obrazovce se objeví „Blank“ a potvrdí se pokynem „Measure“. Tím je p ř ístroj p ř ipraven k m ěř ení standard ů . 7 – Op ě t se objeví okno „Calibration“ , kde je první m ěř ení (slepý pokus) s koncentracé „0“ . Klikne se na „Measure“ . 8 - Do okna na obrazovce „Standard data“ se zaznamenají jednotlivé hodnoty koncentrací všech standard ů z první série (nap ř . thioninu, 0-5) a klikne se na „Measure Standard“ a dále v „Calibration“ na „Measure“ . 9 - Do p ř ístroje se postupn ě vkládají kyvety s p ř ipravenými roztoky standard ů thioninu, prom ěř í se jejich absorbance a její hodnoty se z obrazovky zaznamenají do p ř iložené tabulky. Klikne se na „Measure Standard“ a v

„Calibration“ na „Measure“ a postupn ě se zm ěř í všechny standardy. Poté se objeví se kalibra č ní k ř ivka, která se uloží do Word-souboru p ř es „File“ a „Print Previeu“ , kdy po otev ř ení okna se op ě t klikne na ikonku „copy“ (druhé okno zleva). 10 - V horní lišt ě na obrazovce se p ř epne režim „Go to samples mode“ 11 - Do p ř ístroje se vloží kyveta s neznámým vzorkem a m ěř ení se zahájí pokynem „Measure samples“ . V „Sample information“ do „Result

filename“ se napíše „VZ“ , „Sample“ „1“ a spustí se „Measure“ , potom 2 a 3, č ímž se vzorek 3x zm ěř í. 37

12 – Tabulka hodnot se dá do bloku a zkopíruje se do Word-souboru. Potom se ukon č í pokynem „Close“ . 13 - Hodnoty absorbance se zaznamenají do tabulky. Ve „FILE“ se klikne na

„Print Preview“ . 14 - Režim ve „VISIONlite Quant“ se p ř epne do „Go to calibration mode“. 15 - Stejným zp ů sobem jako pro thionin se p ř i této vlnové délce λ 1 prom ěř í absorbance všech standardních roztok ů metylové zelen ě a 3x neznámý vzorek. 16 - Nyní se v kolonce „ Wavelength “ se zadá druhá hodnota vlnové délky λ 2 , která byla ode č tena v režimu „SCAN“ . 17 - Obdobn ě jako v bodech 5 - 14 se prom ěř í p ř i vlnové délce λ 2 ob ě série standard ů , 3x neznámý vzorek a jednotlivé hodnoty absorbance se zaznamenají do tabulky. 18 – Vypne se v okn ě „File“ pokynem „Exi“t a uloží se soubor ve Wordu a zkopíruje se na váš Flash disk.

Výpočty: Koncentrace se vypo č tou ze získaných hodnot ř ešením dvou rovnic o dvou neznámých:

A λ1 = a Tλ1 ∗ c T + a λM1 ∗ c M = tg α Tλ1 ∗ c T + tg α λM1 ∗ c M

A λ2 = a λT2 ∗ c T + a λM2 ∗ c M = tg α λT2 ∗ c T + tg α λM2 ∗ c M

Úkol: 1)

Prom ěř te absorbanci roztoku thioninu: A = f(λ T ).

2)

Prom ěř te absorbanci roztoku methylové zelen ě : A = f(λ M ).

3)

Zvolte 2 vhodné vlnové délky.

4)

Prove ď te m ěř ení A=f(c T ) p ř i λ 1 pro roztok thioninu 38

5)

Prove ď te m ěř ení A=f(c M ) p ř i λ 1 pro roztok methylové zelen ě

6)

Prove ď te m ěř ení A=f(c T ) p ř i λ 2 pro roztok thioninu

7)

Prove ď te m ěř ení A=f(c M ) p ř i λ 2 pro roztok methylové zelen ě

8)

Sestrojte kalibra č ní p ř ímky z hodnot m ěř ení 4) až 7) a ode č t ě te hodnoty sm ě rnic (absorban č ních koeficient ů ). Zm ěř te absorbanci sm ě sného vzorku p ř i vlnových délkách λ 1 a λ 2 a

9)

vypo č t ě te koncentrace thioninu a methylové zelen ě v tomto vzorku.

S e z n a m c h e mi k á l i í a l a b o r a t o r n í c h p o mů c e k k ú l o z e : 1

Thionin p.a.

C 1 2 H 1 0 ClN 3 S

2

Methylová zeleň p.a.

C 2 7 H 3 5 B r ClN 3

MH =

2 6 3 ,7 4 6 7 2 5 1 6 ,9 4 3 7 2

1

Odměrná baňka NZ 14/23

100 ml

4 ks

2


25 ml

13 ks

3

Nálevka

4

Kádinka

5

Stoj an na pipety PP

6

Lodička navažovací

7

Lžička laboratorní nerezová

8

Střička PE

9

Balonek pipetovací

10

∅ =40mm 25 ml

1 ks 13 ks 1 ks

30 mm

2 ks

200 mm

1 ks

250 ml

1 ks

50 ml

1 ks

Pipeta tvar válcově rozšířený

1 ml

2 ks

11


1,5 ml

2 ks

12


2 ml

2 ks

13


3 ml

2 ks

14


4 ml

2 ks

15


5 ml

2 ks

16


10 ml

2 ks

17

Skleněná tyčinka

200 mm

2 ks

18

Exikátor s náplní silikagelu

∅ =100mm

1 ks

19

Váženka

∅=40 mm

2 ks

20

Centropen 2846

1 ks

21

Brýle laboratorní

2 ks

39

STANOVENÍ VÁPNÍKU, HOŘČÍKU A CELKOVÉ TVRDOSTI VODY FOTOMETRICKOU TITRACÍ

Tvrdost vody je dána obsahem vápenatých a ho ř e č natých iont ů . Jsou-li tyto ionty p ř ítomny ve form ě HCO 3 - , mluvíme o p ř echodné tvrdosti (zah ř átím se vylu č ují jako nerozpustné uhli č itany; kotelní kámen, sanýtr atd.). Jsou-li nap ř íklad ve form ě chlorid ů č i síran ů , nedochází zah ř átím k vylu č ování jejich solí a mluvíme o tvrdosti stálé. Sou č tem obou tvrdostí je pak tvrdost celková. Jednotkou tvrdosti je mmol.l - 1 . Pozor, d ř íve používaný mval.l - 1 se uvádí jako mmol chemických ekvivalent ů na litr, což je hodnota dvojnásobná nežli pouhý mmol na litr. Ve staré literatu ř e se m ů žeme setkat s udáváním tvrdosti v r ů zných jednotkách, takzvaných stupních. Nap ř íklad jeden stupe ň n ě mecký (10 mg.l - 1 CaO), francouzký (10 mg.l - 1 CaCO 3 ), anglický (též britský č i Clark ů v, což je 1 grain CaCO 3 na galon vody, č ili 64,79891 mg na 4,54609 l ), americký (rovn ě ž 1 grain CaCO 3 na galon, ale americký, který má pouze 3,78541 litru) atd. 1 milimol chemických ekvivalent ů na litr = ½ mmol.l - 1 = 1 mval.l - 1 = 0,343° amerického = 0,286° anglického = 0,200° francouzkého = 0,355° n ě meckého respektive 0,050° ruského. Ur č ování celkové tvrdosti se provádí stanovením obsahu Ca 2 + a Mg 2 + . Stará Clarkova metoda byla založena na titraci mýdlovým roztokem do doby vzniku p ě n ě ní vzorku (vápenatá mýdla jsou nerozpustná a tudíž se neprojeví jako PAL). Další hojn ě používanou metodou bylo stanovení dle Warthy-Pfeiffera. K m ěř enému roztoku se p ř idala sm ě s hydroxidu a uhli č itanu sodného známé alkality. Po vylou č ení uhli č itanu vápenatého a hydroxidu ho ř e č natého se zjistila zbytková alkalita ve filtrátu a z rozdílu se vypo č ítala tvrdost. Tyto nepohodlné metody byly pozd ě ji vyst ř ídány metodami chelatometrickými. Pro stanovení tvrdosti vody lze použít i iontov ě selektivní elektrodu, která je citlivá na vápenaté a ho ř e č naté ionty. V poslední dob ě se dává p ř ednost metod ě AAS, která je metodou rozhod č í pro pitné a povrchové vody. Místo tvrdosti je dnes ú č eln ě jší uvád ě t množství jednotlivých iont ů .

40

Kyselina ethylendiamintetraoctová (EDTA) tvo ř í s ionty Ca 2 + , resp. Mg 2 + pevné rozpustné komplexy. Pro svoji malou rozpustnost se používá její disodná s ů l pod obchodními názvy: Chelaton 3, Komplexon III atd. Jako indikátor se používá Murexid resp. Eriochromová č er ň T. Tyto metalochromní indikátory se vyzna č ují tím, že tvo ř í komplexy s t ě mito ionty kov ů , jež mají jiná zbarvení nežli p ů vodní indikátory. Jejich konstanty stability jsou nižší, nežli konstanty stability p ř íslušných kov ů s EDTA. Stanovení není zcela selektivní, nebo ť p ř i titraci Ca 2 + a Mg 2 + se titrují i n ě které jiné ionty, p ř edevším Sr 2 + a Ba 2 + . Proto se v n ě kterých normách udává tvrdost vody pro ionty Ca 2 + , Mg 2 + , Sr 2 + a Ba 2 + . Jsou-li Ca 2 + a Mg 2 + ionty již vázány do pevn ě jších komplex ů (maskovány), není je možno tímto zp ů sobem stanovit a musí se provést destrukce organického ligandu, nap ř íklad mikrovlnnou mineralizací vzorku.

Princip: Chelaton 3 reaguje s Ca 2 + a Mg 2 + ionty p ř i pH = 10 za vzniku pevných komplexních solí. Jako indikátor se použije Eriochromová č er ň T. Barevný p ř echod je z vínové barvy do modré. Místo vizuálního barevného p ř echodu se použije

kontinuální

m ěř ení

absorbance

(p ř ípadn ě

transmitance)

a

bod

ekvivalence se ode č te z grafu (obr.4), č ímž se získá vyšší p ř esnost stanovení. Na ose x jsou milivolty odpovídající zm ě n ě absorbance, na ose y je spot ř eba titra č ního č inidla. Je vid ě t, že v p ř ípad ě první titrace bylo použito zhruba t ř etinové množství indikátoru, nežli ve druhém p ř ípad ě , p ř i č emž spot ř eba titra č ního č inidla je v obou p ř ípadech stejná. První p ř ímková č ást k ř ivky odpovídá druhé reakci, konkávní č ást reakci t ř etí, kdy se vlastn ě vytitrovává stanovovaný ion vázaný v komplexu s indikátorem. T ř etí č ást k ř ivky je vlastn ě stav za bodem ekvivalence, kdy dochází pouze k ř ed ě ní již vytitrovaného vzorku. Takto se stanovuje tvrdost vody. Chemismus stanovení je následující: Me 2 +

+

H 2 Ind 2 - → MeInd +

2H +

Me 2 +

+

H2Y2-

→ MeY 2 - +

2H +

H2Y2-

→ MeY 2 - +

H 2 Ind 2 -

MeInd +

41

+

H+

Je-li pH v ě tší jak 12, dojde k vysrážení hydroxidu ho ř e č natého a vápenaté ionty se stanoví titrací na Murexid jako indikátor z č erveného do fialového zbarvení. Bod ekvivalence se ur č í stejným zp ů sobem jako v p ř edchozím p ř ípad ě (obr.5). Množství Mg 2 + iont ů se vypo č ítá z rozdíl ů spot ř eb titra č ního č inidla u obou stanovení.

Obr.5 Obr.4

Titrace na murexid

Titrace na eriochromovou čerň T

Přístroje a příslušenství: Automatický titrátor T 50 M terminal s byretou o objemu 10 ml a s fotometrickým nástavcem (Phototrode DP5) pro registraci fotometrických titra č ních k ř ivek (f. Mettler Toledo).

Roztoky a činidla: Roztok chelatonu 3 o koncentraci 0,025 mol.l - 1 : 9,30592 g chelatonu 3 se rozpustí a doplní destilovanou vodou na objem 1 000 ml. Ústojný roztok (pufr) pro stanovení vápenatých iont ů : 5,35 g NH 4 Cl se rozpustí asi ve 200 ml destilované vody a p ř idá se 35 ml 25 % roztoku amoniaku a doplní se destilovanou vodou na objem 500 ml.

42

Roztok hydroxidu sodného o koncentraci 1 mol.l - 1 : 20 g hydroxidu sodného se opatrn ě rozpustí v destilované vod ě a po ochlazení se doplní touto vodou na objem 500 ml. Roztok hydroxidu sodného o koncentraci 0,1 mol.l - 1 : 2 g hydroxidu sodného se opatrn ě rozpustí v 50 ml destilované vody a po ochlazení se doplní touto vodou na objem 500 ml. Kyselina chlorovodíková (1:10): Do

100 ml

destilované

vody

se

dávkuje

10 ml

36 %

kyseliny

chlorovodíkové. Murexid - sm ě s s chloridem sodným 1:100: 0,10 g indikátoru se smíchá s 10 g vysušeného chloridu sodného. Sm ě s se jemn ě rozet ř e v porcelánové misce (sm ě s v pevném stavu se používá vzhledem k malé stabilit ě murexidu v roztoku). Eriochromová č er ň T - 0,2 % roztok v methanolu: 40 mg látky se rozpustí ve 20 ml methylalkoholu. Methylová č erve ň - 0,1 % roztok v ethylalkoholu: 20 mg látky se rozpustí ve 20 ml spektrálního alkoholu.

Standardy: Standardní roztok o koncentraci 0,025 mol.l - 1 Ca 2 + : Do 150 ml kádinky se vloží 0,25023 g CaCO 3 p.a., vysušeného do konstantní hmotnosti p ř i 105°C, p ř idá se 20 ml destilované vody a 5 ml kyseliny chlorovodíkové (1:10) a nechá se pod hodinovým sklem cca 5 minut pova ř it. Po ochlazení se roztok neutralizuje hydroxidem sodným (0,1 mol.l - 1 ) na methyl č erve ň jako indikátor. Poté se doplní na objem 100 ml destilovanou vodou v odm ě rné ba ň ce.

43

Pracovní postup a obsluha přístroje: Obsluha titrátoru: 1.

Na č elním panelu vpravo naho ř e zapn ě te titrátor. Rovn ě ž zapn ě te po č íta č

(je-li k dispozici) a spus ť te program „LabX“. Na dotykovém ovládacím panelu zapn ě te p ř ístroj a p ř ihlaste se na „ú č et“ jako „T8SM2“ s heslem „STUDENT“ a následn ě zmá č kn ě te „login“. 2.

Po p ř ihlášení titrátor ov ěř uje p ř ipojenou elektrodu a typ nainstalovaného

titra č ního č inidla. V obou p ř ípadech stiskn ě te na dotykové obrazovce tla č ítko „OK“. Po ov ěř ení se na obrazovce objeví dva nastavené programy, které budete používat b ě hem cvi č ení a to TVRDOST a VAPNIK . 3.

Stiskn ě te „TVRDOST“ a v okn ě „ID1“ stiskn ě te „abc“ a napište název

vzorku, standardu respektive slepého pokusu (max 30 znak ů ). Potvr ď te stiskem „OK“. 4.

Zmá č kn ě te „START“. Objeví se infopanel, kde odklikn ě te „OK“. Tím se

spustí míchání s odpo č tem č asu do vlastní titrace. Po skon č ení titrace se objeví spot ř eba v mililitrech kterou si zapíšete pro výpo č et. V okn ě „Results“ máte možnost si prohlédnout k ř ivku a spot ř ebu. Vra ť te se do infopanelu. 5.

Vše opakujte ješt ě 2x pro titraci standardu (standardizace chelatonu 3

o koncentraci cca 0,025 mol.l - 1 ) 6.

Vše opakujte 2-3x pro titraci slepého pokusu.

7.

Vše opakujte 3x pro titraci vzorku pitné vody.

8.

Nyní stiskn ě te v infopanelu „VAPNIK“ a v okn ě „ID1“ stiskn ě te „abc“ a

napište název vzorku, standardu respektive slepého pokusu (maximáln ě 30 znak ů ). 9.

Opakujte 3x jako v bod ě 4 pro titraci slepého pokusu a vzorku pitné vody

(3x), tentokráte pro vápník s Murexidem.. 10. P ř es „OK“ a „OK“ se vrátíte na po č átek do okna „Home“. 11. Po skon č ení titrací si nechte od vyu č ujícího vše zkontrolovat a až potom vše ř ádn ě umyjte. 12. Opakuj titraci pro slepý pokus (2x-3x) 44

Stanovení p ř esné koncentrace chelatonu 3 o koncentraci cca 0,025 mol.l - 1 : - Do

titra č ní

nádobky

se

postupn ě

dávkují

2 ml

standardního

roztoku

vápenatých iont ů o koncentraci 0,025 mol.l - 1 , 5 ml pufru, 5 kapek roztoku indikátoru eriochromové č erni T a p ř idá se destilovaná voda na celková objem cca 50 ml. - Titra č ní nádobka se opatrn ě vloží do titrátoru a zafixuje. - Provede se standardizace titra č ního č inidla dle bodu „obsluha titrátoru“. - Stejn ě se provede slepý pokus, kde se místo standardu dávkuje destilovaná voda. Všechny titrace se provádí t ř ikrát, tedy jak vlastní stanovení, tak i slepý pokus. Stanovení Ca 2 + a Mg 2 + - Do titra č ní nádobky se postupn ě dávkuje 10 ml vzorku, nap ř íklad pitné vody (dle

obsahu

iont ů

maximáln ě

30 ml),

5 kapek

roztoku

indikátoru

eriochromové č erni T, 5 ml pufru a p ř idá se destilovaná voda na objem cca 50 ml. - Titra č ní nádobka se opatrn ě vloží do titrátoru a zafixuje. - Provede se titrace dle bodu „obsluha titrátoru“, celkem t ř ikrát. Slepý pokus se neprovádí, nebo ť je totožný z p ř edešlé standardizace. Stanovení Ca 2 + - P ř i stanovení Ca 2 + iont ů se do titra č ní nádobky pipetuje 10 ml vzorku (op ě t dle obsahu iont ů ve vzorku, cca od 5 ml do 30 ml), 5 ml roztoku hydroxidu sodného

o

koncentraci

1 mol.l - 1 ,

na špi č ku

kopist ě indikátoru

(sm ě s

murexidu s chloridem sodným) a po rozpušt ě ní se p ř idá destilovaná voda na objem cca 50 ml. - Titra č ní nádobka se vloží opatrn ě do titrátoru, zafixuje se a provede se titrace op ě t dle bodu „obsluha titrátoru“. - Stejn ě se provede i slepý pokus, kde se místo vzorku, respektive standardu dávkuje destilovaná voda. Všechny titrace se provádí t ř ikrát, tedy jak vlastní stanovení, tak i slepý pokus.

45

Výpočty:

c t = 0,025 ⋅

c

c

n CaCO3

Vs 0,25023 C − C 0 ⋅

1000 V

Ca 2 +

= 40,078 ⋅ c t ⋅ (B − B0 ) ⋅

Mg 2 +

= 24,305 ⋅ c t ⋅ [(A − A 0 ) − (B − B0 )] ⋅

TV = c t ⋅ (A − A 0 ) ⋅

1000 V

1000 V

kde: c t .....…..koncentrace titra č ního č inidla (Chelatonu 3) n

CaCO 3 …navážka

standardu uhli č itanu vápenatého

[mol.l - 1 ] [g]

V s .....…..objem pipetovaného standardu

[ml]

C.....…...spot ř eba titra č ního č inidla p ř i stanovení standardu

[ml]

C 0 ....…...spot ř eba na slepý pokus p ř i stanovení standardu

[ml]

c Ca2 + .....koncentrace vápenatých iont ů

[mg.l - 1 ]

B......…..spot ř eba titra č ního č inidla p ř i stanovení na murexid

[ml]

B 0 ...…....spot ř eba titra č ního č inidla na slepý pokus

[ml]

V.....…...objem pipetovaného vzorku p ř i stanovení

[ml]

c Mg2 + ...koncentrace ho ř e č natých iont ů

[mg.l - 1 ]

A.....…...spot ř eba titr. č inidla p ř i stanovení na eriochrom č er ň T

[ml]

A 0 ....…...spot ř eba titr. č inidla na slepý pokus

[ml] [mmol.l - 1 ]

TV……...tvrdost vody

46

Úkol: 1)

Prove ď te standardizaci odm ě rného roztoku chelatonu 3 o koncentraci cca 0,025 mol.l - 1 .

2)

Stanovte množství Ca 2 + iont ů , Mg 2 + iont ů v reálných vzorcích pitných, respektive minerálních vod.

3)

Stanovte tvrdost vody v reálných vzorcích pitných nebo minerálních vod.

P.S.: Hodnocení vod dle celkové tvrdosti v milimolech chemických ekvavalentů na litr: 0,0 – 1,5

velmi m ě kká

1,5 – 3,0

m ě kká

3,0 – 6,0

st ř edn ě m ě kká

6,0 – 9,0

tvrdá

9,0 – 18,0

velmi tvrdá

Tabulka VII: Údaj o kvalitě pitných vod na Zlínsku v roce 2000. (převzato z denního tisku)

47

Seznam chemikálií a laboratorních pom ů cek k úloze: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28

Chelaton 3 p.a. Uhličitan vápenatý p.a. Hydroxid sodný p.a. Chlorid amonný p.a. Hydroxid amonný p.a. 25 % Kyselina chlorovodíková p.a. 36 % Murexid ind. Eriochromová čerň T ind. Methylová červěň ind. Chlorid sodný p.a. Methylalkohol p.a. Ethylalkohol pro UV spektroskopii

C 1 0 H 1 4 N 2 O 8 Na 2 . 2 H 2 O MH= 3 7 2 ,2 3 6 9 4 CaCO 3 1 0 0 ,0 8 6 9 NaOH 3 9 ,9 9 7 1 1 NH 4 Cl 5 3 ,4 9 1 2 NH 4 OH 3 5 ,0 4 5 8 4 HCl 3 6 ,4 6 0 6 4 C 8 H 8 O 6 N 6 .H 2 O 3 0 2 ,2 0 1 2 4 C 2 0 H 1 2 N 3 NaO 7 S 4 6 1 ,3 8 1 0 7 C 1 5 H 1 4 N 3 O 2 Na 2 9 1 ,2 8 0 4 5 NaCl 5 8 ,4 4 2 4 7 CH 3 OH 3 2 ,0 4 1 8 6 CH 3 CH 2 OH 4 6 ,0 6 8 4 4 Ca 4 0 ,0 7 8 Mg 2 4 ,3 0 5

Titrátor T50M s příslušenstvím Titrační nádobka Odměrný válec vysoký Odměrný válec široký Odměrná baňka NZ 19/26 Odměrná baňka NZ 19/26 (pufr a 2x NaOH) Odměrná baňka NZ 14/23 Kádinka nízká Kádinka vysoká Násypka skleněná NZ 14/23 Pipetovací bezpečnostní balonek Laboratorní lžička nerezová Kopisť nerezová Navažovací lodička porcelánová Střička PE Láhev reagenční s dvojitým zábrusem (HCl) Láhev reagenční s Murexidem Láhev reagenční s Eriochromovou černí T Pipeta nedělená, tvar válcově rozšířený Pipeta nedělená, tvar válcově rozšířený Pipeta nedělená, tvar válcově rozšířený Váženka na CaCO3 Váženka na Chelaton 3 Pipeta nedělená, tvar válcově rozšířený Hodinové sklo Skleněná tyčinka malá Exsikátor s náplní silikagelu (společný s L08 + L09) Láhev indikátorová

48

Mettler Toledo 100 ml 5 ml 10 ml 1 000 ml 500 ml 100 ml 600 ml 150 ml Ø = 40 mm 50 ml 20 cm 15 cm 60 mm 250 ml 100 ml 100 ml 100 ml 25,0 ml 10,0 ml 5,0 ml 30x30 mm 30x30 mm 2,0 ml Ø =100 mm 250 mm Ø =100 mm 25 ml

1 ks 3 ks 1 ks 1 ks 1 ks 3 ks 1 ks 1 ks 1 ks 1 ks 1 ks 1 ks 1 ks 1 ks 1 ks 1 ks 1 ks 1 ks 1 ks 2 ks 1 ks 1 ks 1 ks 1 ks 1 ks 1 ks 1 ks 1 ks

STANOVENÍ ANORGANICKÉHO A ORGANICKÉHO UHLÍKU A CELKOVÉHO VÁZANÉHO DUSÍKU ANALYZÁTOREM FORMACS H T Anorganický uhlík se vyskytuje v podob ě uhli č itan ů , hydrogenuhli č itan ů , kyseliny uhli č ité a oxidu uhli č itého. Mezi t ě mito formami existuje jistá rovnováha, která je p ř edevším dána hodnotou pH roztoku. Celková hodnota koncentrace anorganického uhlíku v roztoku se nechá nap ř íklad stanovit plynom ě rnou iontov ě -selektivní elektrodou (ISE) p ř i pH roztoku 4,8 - 5,2, kdy je veškerý anorganický uhlík ve form ě oxidu uhli č itého. Č ast ě jším a p ř esn ě jším zp ů sobem stanovení anorganického uhlíku je jeho p ř evedení na oxid uhli č itý v plynné fázi, kde je jako takový detekován. Stanovení organického uhlíku je nej č ast ě ji provád ě no na suché cest ě , kdy se organická látka spaluje v proudu kyslíku. V ě tšinou je tato oxidace katalyzována, nap ř íklad oxidem kobaltnato-kobaltitým, platinou a podobn ě . U mokrého zp ů sobu stanovení organického uhlíku se organická látka oxiduje peroxodisíranem

draselným

v kyselém

prost ř edí

s použitím

UV

zá ř ení.

V sou č asné dob ě se k vyhodnocování množství vzniklého oxidu uhli č itého používá tém ěř výhradn ě nedisperzní infra č ervené detekce. Organický uhlík ve vodách se stanoví p ř ímo ve vzorku, pokud není obsažen anorganický uhlík, nebo z rozdílu celkového (p ř i spalování org. látek se uhli č itany termicky rozloží na CO 2 ) a anorganického uhlíku. V organické elementární analýze se organicky vázaný dusík stanovuje v ě tšinou suchým zp ů sobem. Bu ď hydrogena č n ě , kdy finálním produktem je amoniak, jež se stanovuje nap ř íklad pomocí ISE, nebo oxida č ním zp ů sobem kdy vzniklé oxidy dusíku se dále redukují, nap ř íklad na elementární m ě di, za vzniku plynného dusíku, jehož objem se m ěř í. Stanovení dusíku mokrým zp ů sobem dle Kjeldahla se oby č ejn ě neprovádí, protože dusík ve form ě nitro, nitrozo, azo, azoxy a hydrazo je nejprve nutné redukovat

na

aminoskupiny.

Dusík

v heterocyklických

slou č eninách

lze

stanovit velice obtížn ě , nebo ť závisí nejen na po č t ů dusíku v kruhu, ale i na typu slou č eniny jako takové. Tato metoda se však č asto používá p ř i stanovení dusíku v biologických materiálech a v odpadních vodách.

49

Se zavedením chemiluminiscen č ního detektoru (CLD) se používá tém ěř výhradn ě oxida č ního suchého zp ů sobu stanovení, kdy je dusíkatá látka oxidována

na

oxid

dusnatý,

který

se

po

reakci

s

ozonem

detekuje

chemiluminiscen č ním detektorem. Jedním ze st ě žejních kritérií p ř i sledování pochodu biologického č ist ě ní odpadních vod je obsah organicky vázaného uhlíku a celkového vázaného dusíku (organicky i anorganicky vázaný). Uhlík spolu s dusíkem a fosforem zp ů sobuje eutrofizaci vod recipientu s neblahým dopadem na životní prost ř edí.

Princip: Vzorek s anorganickým uhlíkem se nast ř íkne v proudu 20 % kyslíku (vzduchu) do kyseliny fosfore č né, kde dochází k vyt ě sn ě ní oxidu uhli č itého. Oxid uhli č itý je nosným plynem unášen p ř es kondenzátor vody do m ě rné kyvety infra č erveného nedisperzního detektoru. Signál zde vzniklý absorbcí sv ě tla p ř íslušné vlnové délky je zaznamenáván do po č íta č e. Plocha píku je úm ě rná množství oxidu uhli č itého vzniklého z nadávkovaného vzorku. Stanovení organického uhlíku je založena na detekci oxidu uhli č itého vznikajícího spalováním látek na katalyzátoru. Vzorek nadávkovaný do spalovací trubice s oxidem kobaltnato-kobaltitým se spálí p ř i teplot ě kolem 950°C v proudu 20 % kyslíku. Vzniklý oxid uhli č itý je veden do stejného detektoru, pracujícího v infra č ervené oblasti spektra. Signál, vzniklý absorpcí zá ř ení p ř íslušné vlnové délky, se automaticky registruje jako pík. Plocha píku je p ř ímo úm ě rná množství vzniklého oxidu uhli č itého. Takto se stanoví organický uhlík (OC), respektive celkový uhlík (TC). Pokud vzorek obsahuje i anorganický uhlík (IC), který se v peci termicky p ř evede rovn ě ž na oxid uhli č itý je organický uhlík dán rozdílem obou stanovení (OC = TC – IC). Stanovení

vázaného

dusíku

je

založeno

na

katalytickém

spalování

a tepelném rozkladu dusíkatých látek, kdy finálním produktem je oxid dusnatý, který se detekuje v chemiluminiscením detektoru. Tento oxid v detektoru reaguje s ozonem, p ř i č emž se uvol ň ují fotony, které se m ěř í fotonásobi č em. Výhodou katalytického zp ů sobu je to, že lze prakticky 100% stanovit i dusík obsažený v amoniaku, dusitanech a dusi č nanech. 50

→

R - N + O2

CO 2 + H 2 O + NO

NO + O 3

→ NO 2 * + O 2

NO 2 *

→ NO 2 + h ν

Optimální teplota spalování je okolo 950 o C, tedy p ř i stejné teplot ě jako p ř i spalování organických uhlíkatých látek. Za t ě chto pracovních podmínek je jednozna č n ě preferována tvorba NO bez ohledu na chemickou vazbu dusíku ve vzorku. Dokonce i oxidované formy, jako jsou dusi č nany a dusitany, p ř echázejí ve spalovací trubici na NO. Z pece je veden nosný plyn se vzorkem, již ve form ě oxidu dusnatého, p ř es membránovou suši č ku do vlastního detektoru, který je umíst ě n za NDIR detektorem. Samotný detektor je tvo ř en generátorem ozonu a speciáln ě konstruovanou reak č ní komorou pro reakci ozonu s NO na NO 2 * . Intenzita emitované zá ř ení je m ěř ena fotonásobi č em. Zesílený signál z fotonásobi č e je pr ů b ě žn ě p ř enášen do po č íta č e a zpracován p ř íslušným softwarem.

Standardy a roztoky: Zásobní roztok organického uhlíku (ZR-OC) o koncentraci 1 000 mg.l - 1 OC: 1,06271 g hydrogenftalanu draselného sušeného p ř i 110° C do konstantní hmotnosti

se

rozpustí

v

č erstvé

demineralizované

vod ě ,

prosté

oxidu

uhli č itého a doplní se touto vodou na objem 500 ml. Takto p ř ipravený zásobní roztok vydrží v chladni č ce n ě kolik týdn ů . Zásobní roztok anorganického uhlíku (ZR-IC) o koncentraci 1 000 mg.l - 1 IC: 2,20613 g uhli č itanu sodného p ř edem vysušeného p ř i 280°C a 1,74858 g hydrogenuhli č itanu hmotnosti

se

sodného

rozpustí

v

vysušeného

č erstvé

při

95 - 100°C

demineralizované

vod ě ,

do

konstantní

prosté

oxidu

uhli č itého a doplní se touto vodou na objem 500 ml. Takto p ř ipravený zásobní roztok vydrží v chladni č ce n ě kolik týdn ů . Zásobní roztok síranu amonného (ZR-NH4) o koncentraci 1 000 mg.l - 1 N: 0,471704 g (NH 4 ) 2 SO 4 se rozpustí v demineralizované vod ě prosté oxidu uhli č itého a doplní se touto vodou na objem 100 ml.

51

Zásobní roztok dusi č nanu (ZR-NO3) o koncentraci 1 000 mg.l - 1 N: 0,72189 g KNO 3 se rozpustí v demineralizované vod ě prosté oxidu uhli č itého a doplní se touto vodou na objem 100 ml. Zásobní roztok kyseliny nikotinové (ZR-NA) o koncentraci 50 mg.l - 1 N: 0,08789 g C 6 H 5 NO 2 se rozpustí v demineralizované vod ě a doplní na objem 200 ml. Standard obsahuje 257,25 mg.l - 1 OC. Kontrolní standard kyseliny nikotinové (KS-NA 10) o koncentraci 10 mg.l - 1 N: P ř ipraví se ř ed ě ním 5 ml zásobního roztoku „ZR-NA" do 25 ml odm ě rné ba ň ky. (Standard obsahuje 51,45 mg.l - 1 OC). Pracovní roztok anorganického uhlíku (PR-IC) o koncentraci 100 mg.l - 1 IC: Pracovní roztok „PR-IC“ se p ř ipraví ř ed ě ním zásobního roztoku „ZR-IC“, kdy se pipetuje 25 ml tohoto zásobního roztoku do 250 ml odm ě rné ba ň ky, na č ež

se

odm ě rná

ba ň ka

doplní

demineralizovanou

vodou

(bez

oxidu

uhli č itého) po rysku. Pracovní

roztok

(PR-OCN)

organického

uhlíku

a

vázaného

dusíku

o

koncentraci 100 mg.l - 1 OC a 40 mg.l - 1 N: Pracovní roztok „PR-OCN“ se p ř ipraví ř ed ě ním zásobních roztok ů , kdy se do 250 ml odm ě rné ba ň ky pipetuje 25 ml zásobního roztoku „ZR-OC“, 5 ml zásobního roztoku „ZR-NH4“ a 5 ml zásobního roztoku „ZR-NO3“ na č ež se odm ě rná

ba ň ka

doplní

po

rysku

demineralizovanou

vodou

bez

oxidu

uhli č itého. Kalibra č ní roztoky organického uhlíku a vázaného dusíku (standardy): P ř ipraví

se

ř ed ě ním

pracovního

roztoku

„PR-OCN“

a

dopln ě ním

demineralizovanou vodou bez oxidu uhli č itého dle následující tabulky VIII Kalibra č ní roztoky (standardy) anorganického uhlíku: Standardy anorganického uhlíku se p ř ipraví ř ed ě ním pracovního roztoku „PR-IC“ ve 100 ml odm ě rných ba ň kách dle následující tabulky IX, č erstvou demineralizovanou vodou prostou oxidu uhli č itého.

52

Tabulka VIII: P ř íprava sm ě sných standard ů organického uhlíku a dusíku. Pipetáž Teoretická Standard „PR-OCN“ do koncentrace ( vzorek ) 100ml OB [ml] OC [mg.1-1] č. 1-Vzorek — — pitné vody 2 10 10 3 25 25 4 50 50 5 75 75 6 100* 100 7-Čisté — — rozpouštědlo 13-KS-NA 10 — 51,45 14-17 Vzorek — — reálný

Teoretická koncentrace N [mg.1-1]

Nalezená koncentrace OC [mg.1-1]

Nalezená koncentrace N [mg.1-1]

— 4 10 20 30 40 — 10 —

Tabulka IX: P ř íprava standard ů anorganického uhlíku Standard ( vzorek ) č.

Pipetáž „PR-IC“ do 100 ml odm ě rné ba ň ky [m1]

Teoretická koncentrace IC [mg.1-1]

1-Vzorek pitné vody

—

—

8 9 10 11 12 7-Čisté rozpouštědlo 14-17 reálné vzorky

10 25 50 75 100* — Individuální ředění

10 25 50 75 100 0 —

Nalezená koncentrace IC [mg.1-1]

* - není třeba připravovat, již je hotovo jako PR-OCN a PR-IC.

Pracovní postup: Vzorky pro stanovení uhlíku a dusíku musí být č iré a nesmí obsahovat suspendované látky. Jednotlivé standardy, respektive vzorky, objemu cca 6 ml se dávkují do zkumavek (je vhodné vypláchnout zkumavky t ř ikrát malým množstvím p ř íslušného standardu č i vzorku) které se zasunou do p ř íslušných pozic na automatickém dávkova č i (karuselu). Standardy a vzorky se vkládají do podava č e dle ozna č ení v tab.I a tab.II ( č íslo standardu č i vzorku v prvním sloupci udává pozici v podava č i).

53

Výpočet: Pokud jsou správn ě zadány koncentrace do tabulky v p ř íslušném softwaru analyzátoru

(nap ř .

v mg.l - 1 ),

jsou

výsledky

vyhodnoceny

ve

stejných

jednotkách v č etn ě sm ě rodatných odchylek. Nesmí se však zapomenout na

ř ed ě ní u reálných vzork ů , jejichž hodnoty bývají velice č asto podstatn ě vyšší (nap ř . p ř i sledování hodnot z biologických pokus ů ). Ř ed ě ní je nutno zadat do p ř íslušné kolonky v softwaru k jednotlivým vzork ů m.

Úkol: Prove ď te m ěř ení kalibra č ních standard ů organického uhlíku a standard ů celkového vázaného dusíku, jakož i kalibra č ních standard ů anorganického uhlíku. Rovn ě ž prove ď te stanovení neznámých vzork ů ; demineralizované vody (jakožto rozpoušt ě dlo), pitné vody a reálných vzork ů ; studni č ní voda, ř í č ní voda, podzemní voda, voda z biologických aerobních pokus ů , z biologických anaerobních pokus ů a voda z denitrifika č ních pokus ů . Vše dle pokyn ů vedoucího laboratorního cvi č ení !!!

Návod k obsluze analyzátoru 1)

Otev ř ít ventily plyn ů (tlaková láhev s kyslíkem a se vzduchem).

2)

Napnout hadi č ky peristaltických č erpadel na p ř ístroji Formacs

HT

a na

podava č i. 3)

Zapnout vypína č naho ř e vedle displeje na p ř ístroji Formacs H T delším stiskem (hlavní vypína č na zadní st ě n ě je zapnut trvale). Na displeji svítí „Automode“ Pokud svítí „Skalar Analytical FormacsHT“ ješt ě jednou krátce zmá č kn ě te vypína č . Dávkova č (karusel) a dusíkový detektor ND 25 by m ě li být trvale zapnuty (dále se zapínají pomocí software).

4)

Zapnout po č íta č a tiskárnu.

5)

Injek č ní st ř íka č kou doplnit 2 ml 2% H 3 PO 4 do IC reaktoru p ř es septum.

6)

Na PC kliknout na ikonku „HTAccess2.5Releace“. Potom stisknout „Esc“ a zadat p ř ihlašovací „jméno“ a „heslo“ a potvrdit „OK“.

7)

V levém horním rohu obrazovky se objeví „Info“ okno. (Lze otev ř ít i z okna „View“ jako „Info“). 54

8)

Z „Windows HT-AccessSoftware:Skalar“ vybrat nabídku „Connection“ a kliknout na“AutoConnect“. Otev ř e se okno “Option“ a v n ě m „Analyser Settings“. Zkontrolujte, p ř ípadn ě opravte, všechna data v okn ě „Option“ a potvr ď te kliknutím na „Send Setting to Analyzer“. (V uživatelské úrovni 1 pro studenty p ř edm ě tu T7SMI je možné zm ě nit pouze „Flow on/off“). Tím dojde k zelenému odškrtnutí nastavených parametr ů v položce „Analyser Settings“ a k zapnutí podava č e a ND detektoru. Zárove ň se spustí topení a všechny funkce analyzátoru. Zhruba za 1,5 hodiny je p ř ístroj p ř ipraven k analýze.

9)

Než je dosaženo požadovaných parametr ů k analýze (teplota reaktoru a detektor ů ), p ř ipravte standardy a vzorky dle tab.I a tab.II a nalijte do zkumavek. Ty dejte do karuselu dle č ísel v tab.I a tabII prvního sloupce.

10) Dále se vytvo ř í tabulka m ěř ení. Z „Windows HT“ se vybere „Template“ a „Edit“. Otev ř e se okno „Template:Edit“. Do dialogového okna „Název souboru“ se vloží kliknutím na „T7SMI-RTR.tdb“ tento název a stiskne se

„otev ř ít“.

Tím

se

otev ř e

okno:

„Template,Edit:C:ProgramTiles\

HTAccess\ Operator\Skalar\Template\T7SMI-RTR.tdb” a zkontrolují se pozice zkumavek do karuselu (názvy a č ísla totožné s tab.I-II), p ř ípadn ě se opraví. Nap ř íklad zruší se pozice „16“ a p ř idají se další vzorky od

č ísla 21 do č ísla 30. Zkontroluje se ř ed ě ní a v „Injection“ (m ě ní se jen u reálných vzork ů ) se zaškrtne pozice “ ⁪ TC, ⁪ IC a ⁪ TN, „Injection Volumes“ „TC/TN Reactor 50 µ l a „IC Reactor 100 µ l . Dále se vloží v okn ě „Element“ „Nitrogen“, respektive „Carbon“; „SampleTN“ a rovn ě ž „SampleTC“ a „SampleIC“ č íslo „3“, „ExtraSamples“ všude 2, „MaxCV“ ve všech 4 polí č kách 5. Klikne se na „Print“ a tabulka se vytiskne a p ř iloží k protokolu. 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 podob ě “xxyyzzA.adb“ (rok-m ě síc-denpo ř adové č íslo ve tvaru písmene abecedy). Dejte „Uložit“. Nasko č í okno „Temlate:Open“.

Dejte

„T7SMI-RTR.tdb“

a

otev ř te.

Nasko č í

okno

„Analysis“ Klikn ě te na „Graph Peaks“ a sledujte odezvu nulové linie detektor ů .

55

12) Je-li pec dostate č n ě vyh ř átá a ostatní parametry jsou v po ř ádku, stiskn ě te „Autozero“ pokud jsou odezvy p ř íliš vysoké (nad 20 000). 13) Je-li vše p ř ipraveno k vlastní analýze, spustí se tla č ítkem „Start analysis“ v okn ě

„Analysis“.

Objeví

se

okno

„Status

panel“.

Zmá č knout

„Continue“, objeví se „Message“ a kliknout na „Ano“. (Pokud se po spušt ě ní analýzy zaškrtne v okn ě „Analysis“ možnost „Go to Stand-By after Analysis“ p ř epne se po skon č ení analýz všech vzork ů v podava č i analyzátor automaticky do Stand-by modu, vypne se pr ů tok nosného plynu, topení pecí, ND detektor a dávkova č . Pozor, tuto možnost lze použít, jestliže je jisté, že se po skon č ení analýzy nebudete dále m ěř it). 14) Výsledky sledujte pr ů b ě žn ě na obrazovce v okn ě „Results“ nebo „Peak“ 15) Po

skon č ení

analýzy se podívejte na výsledky v okn ě „Analysis“

v podokn ě „Results“. Vyberte „Calculate results“ a výsledky budou spo č ítány. 16) V okn ě „Analysis“ vyberte „Print results“ a „Tisk“, č ímž vytisknete výsledky analýz (p ř iloží se k protokolu). 17) Jestliže, jste zapomn ě li nebo nemohli (z d ů vodu neznalosti po č tu vzork ů ) zvolit Stand-by mod po skon č ení analýzy, musíte v okn ě „Settings“ a „Stand-By“ zvolit tla č ítko „Stand-By On“ (Analyzátor se p ř epne do Stand-by modu, vypne se pr ů tok nosného plynu, topení pecí, ND detektor a dávkova č ). 18) Zav ř ete program „HTAccess“(Analyzátor musí být p ř epnutý do modu Stand-By, viz bod 13 respektive 17, jinak po vypnutí z ů stane zapnutý ND detektor). Vypn ě te tiskárnu a po č íta č . 19) Vypnout analyzátor Formacs H T podržením tla č ítka „On-Off“ do pípnutí. (Do 8 sekund lze op ě tovným stisknutím p ř íkaz zrušit). 20) Uvolnit hadi č ky na peristaltických pumpách a výv ě vou odsát veškerou tekutinu v odpadní hadici!! 21) Vyprázdnit všechny zkumavky a d ů kladn ě je vymýt. 22) Uzav ř te hlavní ventily tlakových lahví s kyslíkem a vzduchem. 23) Pokud je t ř eba, lze nastavit automatické zapnutí p ř ístroje (nap ř íklad v 6 hodin a od 8 h již realizovat analýzy). Platí jen pro studenty 5.ro č níku!

56

Seznam p ř ístroj ů , laboratorních pom ů cek a chemikálií k úloze: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28

Uhličitan sodný p.a. Hydrogenuhličitan sodný p.a. Hydrogenftalan draselný p.a. Dusičnan draselný p.a. Síran amonný p.a. Kyselina nikotinová p.a. Kyselina fosforečná p.a. Demineralizovaná voda CO2 prostá Kyslík 3.0 (99,9%) Syntetický vzduch uhlovodíků prostý

Na2CO3 NaHCO3 C8H5O4K KNO3 (NH4)2SO4 C6H5NO2 H3PO4 H2O O2

MH= 105,98844

84,00661 204,2212 101,10324 132,1406 123,10944 18,01528 31,9988

C N Analyzátor Formacs HT s podavačem Stojan na zkumavky plastový Zkumavky do karuselu Pipeta nedělená Pipeta nedělená Pipeta nedělená Pipeta nedělená Pipeta nedělená Pipeta nedělená Odměrná baňka Odměrná baňka Odměrná baňka Odměrná baňka Odměrná baňka Reagenční láhev Navažovací lodička malá Navažovací lodička velká Skleněná tyčinka malá Kádinka Laboratorní lžička nerezová Laboratorní kopisť Násypka NZ Střička PE Gumový bezpečnostní balonek Exsikátor se silikagelem - společný Tlaková láhev s kyslíkem a redukčním ventilem Tlaková láhev se vzduchem a redukčním ventilem Laboratorní brýle

57

12,0107 14,00674

75,0 ml 50,0 ml 25,0 ml 10,0 ml 5,0 ml 1,0 ml 500 ml 250 ml 200 ml 100 ml 25 ml 250 ml

250 ml

φ 200 mm

1 ks 1 ks 20 ks 2 ks 2 ks 4 ks 2 ks 3 ks 2 ks 2 ks 2 ks 1 ks 11 ks 1 ks 1 ks 4 ks 5 ks 1 ks 1 ks 1 ks 1 ks 1 ks 1 ks 1 ks 1 ks 1 ks 1 ks 3 ks

STANOVENÍ

Plynová

ETHANOLU V REÁLNÝCH VZORKÁCH PLYNOVOU CHROMATOGRAFIÍ

elu č ní

chromatografie

je

jednou

z

nejvíce

používaných

separa č ních technik. Sm ě s látek se injektuje do chromatografu a z obdrženého záznamu se získají údaje pro kvalitativní i kvantitativní analýzu. Podle druhu separovaných látek č asto volíme vhodný detektor. Nap ř íklad plamennoioniza č ní,

který je

citlivý k v ě tšin ě

organických

látek,

ale nedetekuje

nap ř íklad formaldehyd a sirouhlík (proto se č asto využívá jako vhodné rozpoušt ě dlo), katarometr (vhodný pro dusík, oxid uhli č itý, ale málo citlivý), detektor elektronového záchytu (pro organické látky obsahující halogen) č i velmi citlivý hmotnostní detektor.

Princip: Princip stanovení látek ve sm ě si pomocí plynové chromatografie je založen na separaci látek a jejich detekci v p ř íslušném detektoru. Jak již bylo

ř e č eno, pro plamenno-ioniza č ní detektor je mírou kvantity plocha elu č ního píku (u úzkých nechvostujících pík ů i jejich výška). Vyhodnocování se provádí nej č ast ě ji

metodou

kalibra č ní

p ř ímky,

p ř ípadn ě

metodou

standardního

p ř ídavku.

Přístroje a příslušenství: Plynový chromatograf Chrom 5 s plamenno-ioniza č ním detektorem (FID), Laboratorní p ř ístroje, Praha, Č R Liniový zapisova č TZ 4601, Laboratorní p ř ístroje, Praha, Č R Integrátor CI-100, Laboratorní p ř ístroje, Praha, Č R Mikrodávkova č 801 RNE, Hamilton AG, Bonaduz, Švýcarsko Tlakové láhve se stla č enými plyny; dusík 4.8 nebo argon 4.8, Linde, Č R Tlaková láhev s vodíkem 4.0, Linde, Č R Kompresorový agregát 1JSK46.4, Chirana, Stará Turá, Slovensko Chromatografická kolona φ 3 mm x 1.200 mm s porapack Q (0,16-0,20 mm).

58

Standardy: Roztok ethylalkoholu o koncentraci cca 5 % objemových: Do 100 ml odm ě rné ba ň ky se pipetuje 5 ml bezvodého ethanolu pro UV spektroskopii a doplní se destilovanou vodou po rysku.

Standardy

cca 1,0 - 0,8 - 0,6 - 0,4 - 0,2 % objemových

Do 25 ml odm ě rných ban ě k se postupn ě pipetuje roztok ethylalkoholu o koncentraci cca 5 % obj. v dávce 5 – 4 – 3 – 2 – 1 ml a doplní se destilovanou vodou po rysku.

Pracovní postup a obsluha přístroje: - Spustí se plynový chromatograf a nastaví se optimální hodnoty podle zadání. - Nastaví se pr ů tok vodíku do plamenno-ioniza č ního detektoru na 30 ml. - Nastaví se pr ů tok na 500 ml min - 1 a nosný plyn na p ř etlak 0,4.10 5 Pa. - Zapne se integrátor CI-100 a postupuje se dle manuálu: - Do injektoru se postupn ě dávkuje 5 µ l jednotlivých standard ů . Plochy resp. výšky pík ů se zanesou do tab.X a sestrojí se kalibra č ní závislost (obr.6) - Poté se dávkují reálné vzorky (nezapomenout na ř ed ě ní) a z hodnot lineární regrese kalibra č ní p ř ímky se vypo č ítají objemová procenta ethylalkoholu.

Tabulka

X:

Závislost plochy píku a výšky ethylalkoholu při dávkování 5 µ l.

n

koncentrace [obj.%]

1

1,0

2

0,8

3

0,6

4

0,4

5

0,2

6

0,0

7

vzorek měření 1.

8

vzorek měření 2.

výška píku [mm]

vzorek měření 3. 9

vzorek průměr

59

píku

na

obj emové

koncentraci

plocha píku [integrální jednotka]

Obr.6 Kalibrační závislost stanovení ethylalkoholu

Zkrácená verze manuálu integrátoru CI 100 - zapnout si ť ový vypina č ON - stisknout tla č ítko LIST (výpis parametr ů ) - Parametr 3 upravit následovn ě :

PAR - 3 - VAL - 1000 - VAL

(dojde k zastavení integrace po 10,00 minutách) - Parametr 4 upravit následovn ě : PAR - 4 - VAL - 200 - VAL (vylou č ení pík ů s integrální plochou pod 200) - Parametr 7 upravit následovn ě :

PAR - 7 - VAL - 100 - VAL

(citlivost sklonu nulové linie) - Parametr 10 upravit následovn ě : PAR - 10 - VAL - 014 - VAL (rozsah) - Parametr 11 upravit následovn ě : PAR - 11 -VAL - 001 - VAL (automatické m ěř ení šumu a p ř íprava ke startu) - LIST - (výpis všech nových parametr ů ) - TEST - 4 - (m ě lo by být 50 až 200 jednotek - RES ) - ST - vzorkování nulové linie (první linie, další provádí parametr 11 sám) - LF - posunutí papíru o 1 ř ádek - RUB - VAL - ruší zadaný parametr - BASE - svítí - nulová linie záznamu - FRONT - svítí - integrace nár ů stu píku - INJ - start záznamu (manuáln ě , jinak spouští plynový chromatograf sám) - BACK - svítí - integrace sestupu píku - RES - ukon č ení záznamu, tisk záznamu po zm ě n ě parametr ů (1,2,4) 60

Výpočty: c vz = c reg ⋅ f z ⋅ kde: c v z .....koncentrace ethanolu ve vzorku

[% objemová]

c r e g ....regresní hodnota koncentrace ethanolu ve vzorku

[% objemová]

fz

faktor zřeďovací

[1]

Úkol: 1) Sestrojte kalibra č ní k ř ivku ethylalkoholu (v objemových %). 2) Stanovte objemová procenta ethylalkoholu v reálném vzorku.

S e z n a m c h e mi k á l i í a l a b o r a t o r n í c h p o mů c e k k ú l o z e : 1 Ethanol pro UV spektroskopii

CH 3 CH 2 OH

2 Destilovaná voda

MH = 46,06844

H2O

18,01528

1


25 ml

5 ks

2


100 ml

2 ks

3

Nálevka

4

Kádinka vysoká

5

Zkumavka

6 ks

6

Stojan na pipety PP

1 ks

7

Střička PE

250 ml

1 ks

8

Balonek pipetovací

25 ml

1 ks

9

Petriho miska

10


1 ml

2 ks

11


2 ml

1 ks

12


3 ml

1 ks

13


4 ml

1 ks

14


5 ml

2 ks

15

Skleněná tyčinka

180 mm

1 ks

16

Laboratorní stojánek na zkumavky

1 ks

17

Centropen 2846

1 ks

18

Brýle laboratorní

3 ks

∅ 40 mm 1 ks 25 ml

1 ks

∅ 60 mm 1 ks

61

Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně

Recommend Documents