2016-11-16

1

D R H AB . I N Ż . R O B E R T P I E C H

CHEMIA ANALITYCZNA

ŹRÓDŁA INFORMACJI

- wykład

- skrypt: W.W.Kubiak, J.Gołaś (ed), „ Instrumentalne

metody analizy chemicznej” Wyd. AKAPIT, Kraków 2005

- skrypt: Z. Kowalski, W.W. Kubiak, J. Migdalski;

„Instrumentalne metody analizy chemicznej -

Laboratorium modułowe” Wyd. AGH Kraków 1991 (SU 1276)

- W.Szczepaniak „Metody instrumentalne w analizie chemicznej”, PWN 2002

- instrukcje do ćwiczeń

- literatura uzupełniająca do poszczególnych tematów.

• sieć: http://galaxy.uci.agh.edu.pl/~kca/

WARUNKI ZALICZENIA

• Laboratorium – kolokwia, sprawozdania i obecności

• Seminarium – aktywny udział, kolokwium i obecności

• Wykład

• Egzamin ustny (wiedza z wykładu i laboratorium)

Ocena końcowa przedmiotu:

= 0.1 x średnia ocena z seminariów + 0.4 x średnia ocena z

ćwiczeń + 0.5 x ocena z egzaminu.

REGULAMIN ZAJĘĆ LABORATORYJNYCH

• Ćwiczenia w Katedrze Chemii Analitycznej można wykonywać jedynie w terminach ustalonych harmonogramem zajęć.

• Ćwiczenia rozpoczynają się od kolokwium pisemnego, punktualnie o godzinie podanej w rozkładzie zajęć. Spóźnienie studenta na zajęcia może spowodować, że nie zostanie dopuszczony do zajęć z powodu braku pozytywnie ocenionego kolokwium. Zakres materiału obowiązujący do danego ćwiczenia podany jest w harmonogramie zajęć.

• Z każdego ćwiczenia student może uzyskać maksymalnie 10 punktów, tj. 7 punktów za kolokwium oraz 3 punkty za terminowo oddane sprawozdanie z ćwiczenia.

• Warunkiem dopuszczenia do wykonywania ćwiczenia, jest uzyskanie minimum 3 punktów z kolokwium. W przypadku stwierdzenia braku przygotowania, student nie będzie dopuszczony do zajęć praktycznych bez prawa do ich odrobienia w innym terminie.

• W trakcie zajęć student jest zobowiązany notować uzyskiwane wyniki eksperymentów w formularzu sprawozdania.

• Podsumowaniem ćwiczenia jest sprawozdanie, które należy opracować samodzielnie, starannie i wyczerpująco. Powinno ono obejmować opis przeprowadzonych doświadczeń, wyniki pomiarów, obliczenia oraz komentarz a także uwzględniać wskazówki prowadzącego ćwiczenie. Sprawozdanie należy złożyć na zajęciach w następnym tygodniu.

• Podstawą otrzymania zaliczenia jest obecność na wszystkich zajęciach oraz uzyskanie minimum 50% wartości sumy punktów możliwych do uzyskania z zajęć laboratoryjnych w trakcie semestru.

• Każde opuszczenie sali ćwiczeń przez studenta powinno być zgłoszone prowadzącemu zajęcia.

• Podczas ćwiczeń należy przestrzegać regulaminu pracowni oraz zasad BHP, a po ich zakończeniu uporządkować stanowiska pomiarowe i przekazać je prowadzącemu zajęcia. Na zajęciach obowiązkowe jest ubranie ochronne - fartuchy i okulary.

• Dodatkowe materiały do wybranych ćwiczeń oraz formularze sprawozdań dostępne są na stronie internetowej Katedry

2016-11-16

2

• Obowiązuje zaliczenie min. 8 tematów

Jeden termin poprawkowy – z niezaliczonego tematu

(konieczne dla osób które nie mają zaliczonych 8

tematów),

bądź dowolnie wybranego tematu (dla osób które mają

min 8 tematów zaliczonych).

ZASADY PRACY W LABORATORIUM

CHEMICZNYM

BEZPIECZEŃSTWO PRACY W LABORATORIUM

• należy poznać miejsca gdzie znajdują się urządzenia do płukania oczu, koc gaśniczy, prysznic, gaśnica itd.

• należy zawsze zakładać okulary ochronne i fartuchy !!!

• znaczna ilość stosowanych w laboratorium chemicznym

odczynników jest szkodliwa, toksyczna, żrąca itd.

• w żadnym wypadku nie wolno uruchamiać urządzeń ani wykonywać doświadczeń bez zgody prowadzącego

• w laboratorium chemicznym nie wolno pracować w pojedynkę

• nie wolno wnosić ani spożywać pożywienia i napojów w

laboratorium

• w przypadku pobierania płynów za pomocą pipety należy stosować pompki i gruszki gumowe

• należy usuwać roztwory i substancje zgodnie z instrukcjami

(stosować się do lokalnych przepisów)

• roztworów metali ciężkich i organicznych rozpuszczalników nie wolno w żadnym przypadku wylewać do kanalizacji !!!

A jak bezpiecznie używać tego?

Od tego jest karta

charakterystyki !

2016-11-16

3

KARTA CHARAKTERYSTYKI

NIEBEZPIECZNEJ SUBSTANCJI

CHEMICZNEJ

• Ustawa o substancjach i preparatach chemicznych:

• Art.5.2. Niedopuszczalne jest stosownie w działalności

zawodowej substancji niebezpiecznych i preparatów

niebezpiecznych bez posiadania karty charakterystyki.

• Art.7.1. Osoba stosująca substancję niebezpieczną lub

preparat niebezpieczny ma obowiązek zapoznania się z kartą

charakterystyki

KARTA CHARAKTERYSTYKI NIEBEZPIECZNEJ SUBSTANCJI CHEMICZNEJ

• Identyfikacja substancji/mieszaniny

• Identyfikacja zagrożeń

• Skład i informacja o składnikach

• Środki pierwszej pomocy

• Postępowanie w przypadku pożaru

• Postępowanie w przypadku niezamierzonego uwolnienia do środowiska

• Postępowanie z substancją/preparatem i jej/jego magazynowanie

• Kontrola narażenia i środki ochrony indywidualnej

• Właściwości fizyczne i chemiczne

• Stabilność i reaktywność

• Informacje toksykologiczne

• Informacje ekologiczne

• Postępowanie z odpadami

• Informacje dotyczące transportu

• Informacje dotyczące przepisów prawnych

• Inne informacje

ZASADY PRACY Z ODCZYNNIKAMI

• Zawsze stosuje się odczynniki o najwyższej czystości do danego oznaczenia. Opakowania powinny być jak najmniejsze.

• Pojemnik zamyka się natychmiast po pobraniu odczynnika.

• Nakrętkę pojemnika trzyma się w palcach i nigdy nie odkłada

np. stół laboratoryjny.

• Nie wolno wprowadzać z powrotem do opakowania niezużytego odczynnika.

• Do opakowania z odczynnikiem nie wolno wprowadzać sprzętu jak łopatki, łyżeczki itp. Odczynnik odsypuje się z

pojemnika, podobnie w przypadku roztworów odlewa się

odpowiednią jego ilość.

• Po rozsypaniu odczynnika czy rozlaniu roztworu należy natychmiast posprzątać miejsce pracy.

• Należy się stosować do lokalnych wymagań prawnych

opisujących zasady utylizacji odczynników i ścieków.

• Aparatura

Jak używać przyrządów ?

Jak obsłużyć coś takiego ?

Warto zapoznać się z instrukcją obsługi

2016-11-16

4

ANALITYKA (ANALYTICAL SCIENCE)

Interdyscyplinalna nauka zajmująca się tworzeniem i praktycznym zastosowaniem metod pozwalających na

określenie ze znaną precyzją i dokładnością składu chemicznego układów materialnych.

Przedmiotem analityki jest:

• informacja o rodzaju i ilości składników włącznie z ich

przestrzennym uporządkowaniem i rozmieszczeniem a

także zmianami w czasie,

• metodyka niezbędna do uzyskania informacji o składzie,

Wynikiem badań analitycznych jest informacja

uzyskiwana poprzez materialne lub energetyczne oddziaływanie na badany obiekt.

ZAKRESY ANALITYKI

Analityka składu – określa skład próbki tj. jakie substancje i w jakiej ilości występują w próbce.

Analityka procesowa – bada zmiany stężeń składników próbki w czasie.

Zastosowanie:

• kontrola procesów przemysłowych,

• badanie procesów zachodzących w środowisku naturalnym,

• badanie procesów zachodzących w organizmach żywych,

• badanie przebiegu reakcji i procesów chemicznych.

Analityka rozmieszczenia – określa jakie jest rozmieszczenie

przestrzenne w skali makro poszczególnych składników

próbki.

Zanieczyszczenie Krakowa pyłami

pm10

Analityka strukturalna – określa jakie jest rozmieszczenie przestrzenne w skali atomowej poszczególnych składników

próbki (ustalenie budowy cząsteczki, ciała stałego, cieczy)

białko (tRNA)

kofeina

dolomit

2016-11-16

5

POJĘCIA – ANALIT, ANALIZA, MATRYCA, INTERFERENTY

Analit – oznaczany lub wykrywany składnik próbki w procesie

analitycznym; może to być jon, związek chemiczny, pierwiastek lub inne indywiduum w zależności od postawionego celu

analizy.

Analiza – zespół czynności prowadzących do ustalenia składu chemicznego jakościowego i ilościowego badanej substancji

(surowca, produktu, próbki).

• analiza ilościowa i jakościowa,

• analiza klasyczna i instrumentalna.

• Analiza jakościowa – to identyfikacja pierwiastków i

związków obecnych w próbce

• Analiza ilościowa – to określenie zawartości (stężenia) składnika(ów) obecnych w próbce

• Analiza instrumentalna – to metody w których informację

analityczną uzyskuje się za pomocą aparatury pomiarowej

• Analiza klasyczna – to metody wykorzystujące pomiar masy

osadu otrzymanego w toku analizy (analiza wagowa,

metody wagowe) lub objętości roztworu mianowanego zużytego w reakcji z oznaczanym składnikiem (analiza

miareczkowa)

ANALIZA ELEMENTARNA

• określa skład pierwiastkowy próbki tzn. jakie pierwiastki i w

jakich ilościach występują w badanym obiekcie, często ogranicza się do kilku a nawet jednego pierwiastka.

ANALIZA SZCZEGÓŁOWA

• oznaczany jest skład obiektu badanego z

uwzględnieniem związków chemicznych – ogranicza się do kilku a nawet jednego związku.

ANALIZA SPECJACYJNA

• dokonuje się identyfikacji i ilościowego oznaczenia różnych fizycznych i chemicznych form (indywiduów)

danego pierwiastka występujących w badanym obiekcie analizy.

ZNACZENIE ANALIZY SPECJACYJNEJ

(na przykładzie arsenu)

Obieg arsenu w przyrodzie

Powietrze

Atmosfera

Wody

Hydrosfera

Gleba

Litosfera

Organizmy

żywe

Biosfera

• Matryca – pozostała część materiału lub próbki w których zawarty jest analit.

• Interferenty – to substancje które w czasie analizy mogą

powodować powstawanie błędów systematycznych poprzez zwiększenie lub zmniejszenie sygnałów analizy

analitu lub tła.

Próbka

Analiza jakościowa

Analiza strukturalna

Analiza specjacyjna

Analiza ilościowa

Analiza procesowa

Analiza rozmieszczenia

Co ?

Jaka struktura ?

Kiedy ?

Ile ?

W jakiej postaci ?

Gdzie ?

2016-11-16

6

METODY OKREŚLANIA ILOŚCI SKŁADNIKA

• ZAWARTOŚĆ – ilość składnika (wyrażona w jednostkach masy, objętości lub w molach)

zawarta w próbce.

• STĘŻENIE – zawartość składnika w ściśle

określonej ilości próbki.

Stężenie Równanie definicyjne Jednostka

Procent masowy % mas.

Część na milion ppm

Część na miliard ppb

Stężenie molowe M, mol/dm3

Stężenie normalne val/dm3

Stężenie

masowo- objętościowe

g/dm3, g/ml

mg/ml

Ułamek molowy mol/mol

100 yx

x

mm

m

1000000 yx

x

mm

m

1000000000 yx

x

mm

m

yx

x

v

n

yx

x

vz

n

yx

x

v

m

yx

x

nn

n

ZAKRESY ZAWARTOŚCI OZNACZANYCH SKŁADNIKÓW

% SKŁADNIK

100 102 Składniki główne

10

1

100

Składniki uboczne

0.1

0.01

0.001

10-3

Miliślady

0.0001

0.00001

0.000001

10-6

Mikroślady

0.0000001

0.00000001

0.000000001

10-9

Nanoślady

0.0000000001

0.00000000001

0.000000000001

10-12

Pikoślady

0.0000000000001

0.00000000000001

0.000000000000001

10-15

Femtoślady

0.0000000000000001

0.00000000000000001

0.000000000000000001

10-18

Attoślady

Pojedyncze cząstki

UPROSZCZONA KLASYFIKACJA ZAWARTOŚCI OZNACZANYCH SKŁADNIKÓW

Próbki zawierają składniki znacznie różniące się zawartością

Zawartość analitu Typ składnika

100% – 1% główny

1% – 0,01% (100 µg/g) poboczny

100 µg/g – 1ng/g śladowy

< 1ng/g ultraśladowy

główne

poboczne

ślady

ultraślady

1ng/g 100µg/g 1% 100%

ZAKRES STOSOWALNOŚCI WYBRANYCH METOD

ppb ppm

Technika DL \ [%]

10-10

10-9

10-8

10-7

10-6

10-5

10-4

10-3

10-2

Analiza wagowa

Analiza miareczkowa

Spektrofotometria

Woltamperometria

impulsowa

Woltamperometria

stripingowa

ASA płomień

ASA piec grafitowy

Aktywacja neutronowa

ICP-MS

CZAS POMIARU W WYBRANYCH TECHNIKACH ANALITYCZNYCH

Technika / Czas

[min] 1 10 100

Analiza wagowa

Analiza miareczkowa

Spektrofotometria

Woltamperometria

impulsowa

Woltamperometria

stripingowa

ASA

Kulometria

Aktywacja neutronowa

ICP-MS

2016-11-16

7

PRECYZJA WYBRANYCH METOD ANALITYCZNYCH

RSD% 10-3 10-2 10-1 100 101

Analiza wagowa

Analiza miareczkowa

Spektrofotometria

Woltamperometria

impulsowa

Woltamperometria

stripingowa

ASA

Kulometria

Aktywacja neutronowa

ICP-MS

WYNIK ANALIZY CHEMICZNEJ

Wynikiem rzetelnej analizy chemicznej jest informacja o ilości

oznaczanego składnika oraz o oszacowanej niepewności tego oznaczenia (czasami błędzie). Najczęściej wynik podawany jest

w postaci:

gdzie:

• xsr – średnia co najmniej dwóch niezależnych wyników równoległych analiz wyrażona w jednostkach zawartości lub stężenia oznaczanego składnika,

• ± ε – niepewność wyniku podana w formie przedziału ufności (na zdefiniowanym poziomie istotności – zwykle 0.95) lub innego estymatora.

srx

• niepewność oznaczenia ε podawana jest najczęściej w postaci jednej cyfry znaczącej (np. 0.03) a w

wyjątkowych przypadkach (z dokładnością) dwóch cyfr znaczących,

• liczba określająca dokładność określa także ilość miejsc

znaczących wyniku:

• np. 2.34 ± 0.04 mg Cu lub 0.34 ± 1 wzgl. % Cu

Cyfry znaczące – przypomnienie

Cyfry znaczące (w zapisie dziesiętnym danej liczby) – wszystkie

jej cyfry bez początkowych zer.

Przykłady:

12,42

0,000124

0,1600

4,74*10-5

307,30

Przykłady zaokrąglania wartości wyniku:

wynik niepewność poprawny rozszerzona zapis

12,345 0,2451 12,34 ± 0,25

0,010234 0,00033500 0,01023 ± 0,00034

45,378 0,3250002 45,38 ± 0,33

1879,34 20,234 187,9 ± 2,0

17,889 0,4845 17,89 ± 0,48

Przykład - WYNIKI ANALIZY STOPU Al-Mg(PRÓBKA 21/96-A)

• Al 94.1 ± 0.2 % Mg 4.53 ± 0.04 %

• Cr 1100 Fe 2300 Mn 1700 Si 3000 Zn 1800 O 1600

(± 80 – 150 ppm)

• Cu 820 Ni 710 Ti 900 Pb 230 Sn 290

(± 10 – 20 ppm)

• B 72 Ca 15 Cd 31 Co 12 Mo 20 C 80 H 21

(± 2 – 4 ppm)

• Na 8 V 5 W 4 Cl 7 N 9 P 8

(± 0.5 – 1 ppm)

2016-11-16

8

KRYTERIA WYBORU METODY ANALITYCZNEJ

Kluczem do wykonania poprawnej analizy chemicznej jest jasne i wyczerpujące sformułowanie wymagań. Wybór metody

analitycznej na podstawie ściśle zdefiniowanego zlecenia

stanowi istotny etap procesu analitycznego i wymaga rozważenia kilku aspektów.

Po pierwsze istotne jest zdobycie jak największej ilości informacji

na temat badanego obiektu oraz pobranej z niego próbki, to

znaczy:

• co będzie przedmiotem oznaczenia, czy jest to jedna czy wiele

substancji

• jaki jest stan skupienia badanego materiału,

• jaki jest przewidywany zakres stężeń i czy będzie on ulegał znaczącym zmianom,

• jakie są chemiczne, fizyczne i biologiczne właściwości matrycy,

• czy komponenty zawarte w próbce mogą powodować

interferencje,

• jaka ilość próbki będzie dostępna i czy może ona ulec

zniszczeniu podczas analizy,

• czasowych, czy będą to krótkie serie, badanie długofalowe czy też związane z monitorowaniem procesów lub środowiska,

• jaki jest czas wykonania pojedynczej analizy i czy jest on

parametrem krytycznym (np. w oznaczeniach klinicznych czas

odpowiedzi może decydować o życiu lub zdrowiu pacjenta) oraz czy próbka może ulegać zmianom w czasie,

• jaka jest dopuszczalna niepewność otrzymywanych wyników

ze szczególnym uwzględnieniem precyzji i dokładności,

• jakie są dodatkowe wymagania dotyczące jakości wyników, m. in. czy metoda musi zostać zwalidowana.

Wybór konkretnej metody to zwykle kompromis pomiędzy pożądaną

jakością wyników, możliwościami ekonomicznymi i niezbędnym czasem

na wykonanie analizy.

ETAPY PROCESU ANALITYCZNEGO

PROCES ANALITYCZNY

OBIEKT POMIARU

PRÓBKA

SYGNAŁ

WYNIK POMIARU

WYNIK

ANALIZY

INFORMACJA

ZMIENNE

UKRYTE

BADANY

OBIEKT PROBLEM

STRATEGIA POBIERANIA

PRÓBKI

POBIERANIE

PRÓBKI

PRZYGOTOWANIE PRÓBKI

POMIAR

REJESTRACJA/OCENA

KALIBRACJA

INERPRETACJA

PERCEPCJA ROZWIĄZANIE

PROBLEMU

SYSTEM

POMIAROWY

METODY

CHEMO-

METRYCZNE

• Postępowanie analityczne:

• etapy: badany obiekt do wyniku analizy,

• Metoda analityczna:

• etapy: od przygotowania próbki (czasami poboru) do interpretacji

wyniku,

• Zasada pomiaru:

• etap: pomiar.

2016-11-16

9

BADANY OBIEKT

PRÓBKA PRÓBKA POMNIEJSZONA

I HOMOGENICZNA

PRÓBKA ROZTWORZONA

(OBIEKT POMIARU)

POMIAR

SYGNAŁ

SYGNAŁ ZAREJESTROWANY

WYNIK POMIARU

Co2O3 – 2.4 ± 0.2%

Al2O3 – 24.4 ± 0.8%

SiO2 – 54.5 ± 1.5%

BaO – 4.6 ± 0.4%

WYNIK ANALIZY

Parametry procesu analitycznego

• Dokładność (accuracy),

• Precyzja (precision),

• Czułość (sensitivity),

• Zakres liniowości (linear range),

• Granica wykrywalności (detection limit),

• Granica oznaczalności (determination limit),

• Selektywność (selectivity),

• Specyficzność (specifity),

• Powtarzalność (repeatability),

• Odtwarzalność (reproducibility).

2016-11-16

10

POMIAR MASY

W większości procedur analitycznych stosowane są wagi analityczne, w przypadku kiedy nie jest konieczna

bardzo dokładna znajomość masy stosowane są wagi laboratoryjne.

Najczęściej stosowane są:

Wagi analityczne charakteryzujące się maksymalnym obciążeniem od 160 do 200 g

i rozdzielczością ± 0.1 mg.

Wagi półmikroanalityczne charakteryzują się maksymalnym obciążeniem w zakresie od 10 do 30 g

i rozdzielczością ± 0.01 mg.

Wagi mikroanalityczne charakteryzują się maksymalnym obciążeniem w zakresie od 1 do 3 g

i rozdzielczością ± 0.001 mg (1 μg).

W tradycyjnych wagach równoramiennych typowe

były dwie szalki zawieszone na dźwigni umieszczonej na ostro zakończonym łożysku nożowym,

wspierającym dźwignię w środkowym jej punkcie.

Zgodnie z zasadą:

• odważniki umieszcza się na lewej szalce,

• ważone przedmioty na prawej szalce.

ELEKTRONICZNA WAGA ANALITYCZNA

• Wagi elektroniczne wyposażone są w

system serwosterujący czyli urządzenie,

w którym przepływ prądu o niewielkim

natężeniu powoduje powrót układu mechanicznego do pozycji wyjściowej.

• Wagi elektroniczne mają z reguły

system tarowania.

• Tara jest to masa pustego naczynka na próbkę.

• Tarowanie jest to proces zerowania

wagi, gdy naczynie jest postawione na szalce wagi.

UŻYTKOWANIE WAGI ANALITYCZNEJ

1. Ważone przedmioty należy ustawiać na szalce wagi jak

najbardziej centralnie.

2. Należy chronić wagę przed działaniem substancji powodujących korozję.

3. Należy zachować szczególną ostrożność przy ważeniu cieczy.

4. Należy utrzymywać wagę w należytej czystości. W przypadku

konieczności usunięcia rozsypanej substancji (kurzu) stosuje się pędzelek o delikatnym włosiu.

5. Nie należy ważyć przedmiotów o temperaturze przewyższającej temperaturę pokojową.

6. Należy używać pincet, aby uniknąć pochłaniania wilgoci przez ważone przedmioty oraz ich zatłuszczenia.

7. Waga powinna stać z dala od źródeł ciepła i na stabilnym

blacie, być wypoziomowana, wilgotność powietrza z zakresu 20 – 80%

Korygowanie błędu wynikającego z różnicy gęstości (wyporność statyczna)

Próbka ważona w powietrzu ma inną masę niż próbka ważona w próżni.

Znaczna różnica gęstości ważonego przedmiotu i gęstości odważników jest powodem błędu ważenia. Ten błąd wynika z różnicy w sile wyporu powietrza wywieranej na przedmiotach o różnej gęstości. Poprawkę na wypór hydrostatyczny dla wag elektronicznych oblicza się z równania:

𝑊1 = 𝑊2 + 𝑊2(𝑑𝑝𝑜𝑤

𝑑𝑥−

𝑑𝑝𝑜𝑤

𝑑𝑜𝑑𝑤)

W1 – skorygowana masa ważonego przedmiotu

W2 – masa odważników wzorcowych

dx – gęstość ważonego przedmiotu

dodw – gęstość odważników

dpow – gęstość powietrza (1.2 mg·cm3)

Przykład:

masa pustego naczynka = 7,4500 g, po wprowadzeniu roztw. o

gęstości 0,87 g/cm3 – 8,9500 g

Gęstość odważników wynosi d = 8,0 g/cm3

Zatem masa cieczy:

8,9500 – 7,4500 = 1,5000 g

Siła wyporu działająca na puste i naczynie z cieczą jest taka sama zatem uwzględniamy tylko siłę działającą ma masę

ważonej cieczy:

𝑊1 = 1,5000 + 1,5000

0,0012

0,87−

0,0012

8,0= 1,50𝟏𝟖𝑔

2016-11-16

11

Wpływ temperatury

Poważnym źródłem błędów jest ważenie

przedmiotu, którego temperatura różni się znacznie

od temperatury otoczenia.

Różnica temperatur powoduje, że:

• wytworzone w wyniku różnicy temperatur ruchy powietrza wpływają na efekt wyporu szalki i

umieszczonego na niej przedmiotu.

• ogrzane powietrze znajdujące się wewnątrz

pojemnika z ważoną substancją ma mniejszą

masę niż ta sama objętość powietrza w niższej temperaturze.

Błędy wynikające z ważenia substancji, które nie zostały schłodzone do temp. otoczenia, mogą dochodzić nawet

do 10%.

Ładunek elektrostatyczny, (w przypadku wag elektronicznych) może być znaczącym

źródłem błędu, szczególnie istotny przy

małej wilgotności powietrza.

Magnetyzm masa próbki jest zależna od jej pozycji na szalce gdy ważony jest materiał

magnetyczny. Obiekty magnetyczne i materiały

podatne magnetycznie mogą się przyciągać wzajemnie.

Grawitacja wyniki ważenia mogą różnić się

między sobą, gdy ulega zmianie wysokość, na

której odbywa się ważenie (np. przeniesienie wagi z parteru na 15-te piętro).

Wyposażenie stosowane przy ważeniu

Masa wielu substancji stałych zmienia się wraz z wilgotnością

powietrza, co wynika przede wszystkim z absorbowania

mierzalnych ilości wilgoci.

Doprowadzenie próbki lub naczynia do stałej masy

wymaga kilku następujących po sobie operacji: ogrzewania, chłodzenia i ważenia, które należy powtarzać aż do osiągnięcia

zgodności pomiędzy kolejnymi wynikami ważenia w zakresie od

0.2 do 0.3 mg.

Substancje stałe są najczęściej suszone i przechowywane

w naczynkach wagowych, ze szlifem wykonanym na zewnętrznej i wewnętrznej powierzchni naczynka.

Eksykatory i substancje suszące

Powszechnie stosowanym sposobem suszenia substancji stałych

jest ich ogrzewanie w suszarkach.

• W celu zapobieżenia wtórnemu pochłanianiu wody w trakcie

chłodzenia wysuszone substancje przechowuje się w

eksykatorach.

Eksykator jest naczyniem przeznaczonym do suszenia substancji

lub naczyń, a także do przechowywania ich po wysuszeniu.

Do najczęściej stosowanych środków suszących zalicza się:

• chlorek wapnia,

• siarczan wapnia,

• bezwodny chloran magnezu,

• pentatlenek fosforu.

POMIAR OBJĘTOŚCI

Precyzyjne odmierzanie objętości jest równie ważne jak pomiar masy.

• Jednostką objętości jest litr (L), definiowany jako jeden

decymetr sześcienny.

• Mililitr (mL) stanowi jedną tysięczną litra (0.001 L) i jest jednostką

stosowaną wtedy gdy operuje się niewielką objętością.

• Mikrolitr (μL) stanowi 10-6 L lub 10-3 mL.

• Zarówno objętość zajmowana przez daną ciecz, jak i

pojemność naczyń, w których znajduje się ciecz, zależą od

temperatury.

• Współczynnik rozszerzalności rozcieńczonych roztworów

wodnych to w przybliżeniu 0.025% / oC.

• W przypadku odmierzania objętości cieczy organicznych

konieczne jest stosowanie poprawki dla różnicy temperatur

< 1 oC.

2016-11-16

12

Naczynia oraz sprzęt laboratoryjny można z punktu widzenia ich zastosowań podzielić na trzy zasadnicze grupy:

• naczynia niemiarowe - zlewki, parownice, lejki, szkiełka

zegarkowe, naczyńka wagowe itp. - służące do wykonywania konkretnych operacji w trakcie procedury analitycznej.

• naczynia „półmiarowe” cylindry, menzurki do odmierzania

żądanej objętości cieczy.

• naczynia miarowe - o ściśle określonej objętości.

Precyzyjne odmierzanie objętości

• Do pomiaru objętości stosowane są pipety, biurety i kolby miarowe. Pipety i biurety są naczyniami kalibrowanymi „na wylew”, natomiast kolby miarowe są naczyniami kalibrowanymi „na wlew”.

• Pipeta miarowa służy do odmierzania ściśle określonej objętości, najczęściej w zakresie od 0.5 do 200 mL.

• Pipety z podziałką są tak kalibrowane, że umożliwiają odmierzanie dowolnej objętości do maksymalnej pojemności pipety, która może się zmieniać w zakresie od 0.1 do 25 mL.

• Pipety automatyczne służą do dozowania żądanej objętości roztworu do wielu naczyń.

• Pipety sterowane z poziomu mikrokontrolera i napędzane silnikiem elektrycznym.

a) pipeta miarowa

b) pipeta Mohra z podziałką (wielomiarowa)

c) pipeta serologiczna (wielomiarowa)

d) mikropipeta Eppendorfa

e) pipeta Ostwalda-Folina

f) pipeta kapilarna (lambda)

a) pipeta automatyczna o zmiennej

objętości

b) ręczna, sterowana komputerowo

pipeta automatyczna

a

b

Biurety są urządzeniami pozwalającymi na

odmierzanie ściśle określonej objętości cieczy

w zakresie objętości biurety. Ich precyzja jest

znacznie lepsza od precyzji pipet.

Kolby miarowe o objętości od 5 mL do 5 L są

kalibrowane tak, aby określić objętość

roztworu w kolbie po tzw. dopełnieniu „do kreski”.

Naczynia szklane mogą być klasy A lub klasy B. Naczynia

klasy A są najwyższej jakości i są produkowane ze szkła

borokrzemianowego Pyrex lub Kimax. Naczynia klasy B mają dokładność ok. 2-krotnie mniejszą.

Zapobieganie błędom paralaksy

Górna powierzchnia słupa cieczy w wąskiej szyjce naczynia miarowego

charakteryzuje się krzywizną czyli

meniskiem.

• Menisk to zakrzywiona

powierzchnia roztworu na granicy

ciecz-powietrze. Dolny poziom menisku jest uznawany jako punkt

odniesienia przy kalibrowaniu i

stosowaniu naczyń miarowych.

• Błąd paralaksy oznacza pozorną zmianę poziomu powierzchni słupa

cieczy wraz ze zmianą położenia

obserwatora.

Kalibrowanie naczyń miarowych

• Kalibrowanie szkła miarowego polega na pomiarze masy cieczy (wody destylowanej) o znanej gęstości i o znanej temperaturze, zawartej w kalibrowanym naczyniu lub z niego wylanej.

• Podczas kalibrowania należy zawsze pamiętać o poprawce związanej z gęstością odważników i wody.

• W praktyce laboratoryjnej dokonuje się:

• kalibrowania pipet miarowych,

• kalibrowania biuret,

• kalibrowania kolb miarowych,

• wyznacza się współmierność kolby i pipety (zastosowanie przy dzieleniu próbki na jej podwielokrotności).

np. pipeta 50 mL x 10 porcji do kolby na 500 mL, przy menisku dolnym stawiamy kreskę. Pobieranie porcji roztworu za pomocą tej samej pipety stanowi dokładnie jedną dziesiątą objętości kolby.

2016-11-16

13

Sprawdzanie wiarygodności naczyń miarowych

• przy odmierzaniu roztworów nieprzejrzystych, gdy kreska kalibracyjna jest zrównywana z górnym meniskiem roztworu,

• jeżeli naczynie legalizowane zostaje w jakiś sposób

odkształcone (np. końcówka pipety została ukruszona),

• przy stosowaniu naczyń miarowych z tworzyw sztucznych, które w miarę upływu czasu mogą ulegać samoistnemu

odkształceniu,

• w przypadkach stosowania mikropipet, które nie zachowują stałości parametrów i powinny być okresowo sprawdzane

(przynajmniej raz w tygodniu).

Podsumowanie

• chemia analityczna, zakres i podstawowe pojęcia

• proces analityczny

• kryteria wyboru metody analitycznej

• wagi, zasady ważenia

• pomiary objętości, naczynia miarowe

• kalibrowanie naczyń miarowych

• odczynniki chemiczne - zasady postępowania

• karta charakterystyki