Moduláris korszerű szakmai gyakorlatok vegyipari területre. Műszeres analitika TÁMOP /1-2F Műszeres analitika. II/14.

Átírás

1 Moduláris korszerű szakmai gyakorlatok vegyipari területre Műszeres analitika TÁMOP /1-2F Műszeres analitika II/14. évfolyam tanulói jegyzet MuSz14_tj.indd :36:08

2 A kiadvány a TÁMOP /1-2F azonosító számú projekt keretében jelenik meg. Szerző: Sőre Ferenc, Tihanyi Péter Lektorálta: Vámos István Borító és tipográfia: Új Magyarország Fejlesztési Terv Arculati kézikönyv alapján A mű egésze vagy annak részletei az üzletszerű felhasználás eseteit ide nem értve oktatási és tudományos célra korlátozás nélkül, szabadon felhasználhatók. A tananyagfejlesztés módszertani irányítása: Observans Kft. Budapest, Igazgató: Bertalan Tamás Tördelés: Király és Társai Kkt. Cégvezető: Király Ildikó MuSz14_tj.indd :36:08

3 Tartalomjegyzék Bevezetés...7 Mérési adatok értékelése...8 A mérési hiba...8 Valódi és várható érték...8 A hibák fajtái...8 A szórás...9 Párhuzamos mérési adatok értékelése...9 Mérési eredmény megadása...10 A relatív hiba...10 Kalibráció Egyenes illesztése mérési pontokhoz Excel programmal Ellenőrző feladatok Optikai mérések elmélete Refraktometria Az Abbe-féle refraktométer...16 Fotometria spektrofotometria Ultraibolya (UV) és látható (VIS) spektrofotometria...17 Fotométer, spektrofotométer...17 A Lambert Beer-törvény...18 Ellenőrző feladatok Optikai mérések gyakorlat 1. ciklus gyakorlat Üdítőital vagy szörp cukortartalmának meghatározása refraktometriás módszerrel gyakorlat Színezékoldat koncentrációjának meghatározása spektrofotometriás módszerrel gyakorlat Acetonoldat abszorpció maximumának és összetételének meghatározása spektrofotometriás módszerrel gyakorlat Nitrition meghatározása spektrofotometriás módszerrel gyakorlat Kétkomponensű minta fotometriás meghatározása gyakorlat Reakciósebesség fotometriás meghatározása...31 Ellenőrző feladatok Optikai mérések elmélete Infravörös spektrometria...34 Készülékek...34 A belső standard használata...36 Fluoreszcens spektrometria (Fluorimetria) A standard addíció használata Ellenőrző feladatok Fotometriás módszer validálása PETRIK TISZK TÁMOP /1-2F MuSz14_tj.indd :36:08

4 A validálás fogalma Mikor van szükség validálásra? Az analitikai módszer teljesítményjellemzői Pontosság, helyesség (Accuracy, Trueness)...43 Precizitás, ismételhetőség és reprodukálhatóság...44 Szelektivitás, specifikusság, azonosság...46 Kimutatási határ (Detection Limit), meghatározási határ (Quantitation Limit)...46 Mérési tartomány, lineáris tartomány...47 Robosztusság, állékonyság (Robustness)...48 Visszanyerési tényező (Recovery)...48 Ellenőrző feladatok...50 Optikai mérések gyakorlat 2. ciklus gyakorlat Csapadékminta ph-jának fotometriás meghatározása gyakorlat Minta CaCO3 tartalmának meghatározása belső standard kalibrációval, IR spektrometriásan gyakorlat Vas meghatározása tiocianátos módszerrel spektrofotometriásan, standard addícióval gyakorlat Üdítőital kinintartalmának fluorimetriás meghatározása gyakorlat Szerves anyag meghatározása FTIR méréssel /A gyakorlat Validálási részfeladat kimutatási és meghatározási határ /B gyakorlat Validálási részfeladat precizitás /C gyakorlat Validálási részfeladat pontosság /D gyakorlat Validálási részfeladat visszanyerés /E gyakorlat Validálási részfeladat mérési tartomány...72 Ellenőrző feladatok Elektrokémiai mérések gyakorlat gyakorlat PH mérés hidrogén érzékeny-üvegelektróddal gyakorlat Jodidiontartalom-meghatározás, jodidérzékeny membránelektróddal, kalibrációs módszerrel gyakorlat Fluoridiontartalom-meghatározás, fluoridérzékeny elektróddal, kalibrációs módszerrel gyakorlat Karbonáttartalom-meghatározás, hidrogénérzékeny üvegelektróddal, automata titrálón gyakorlat Foszforsavtartalom-meghatározás, hidrogénérzékeny üvegelektróddal, sav-bázis titrálással gyakorlat Sósavtartalom-meghatározás pufferaddíciós módszerrel gyakorlat Vastartalom-meghatározás, redoxi titrálással gyakorlat Hidrokinontartalom-meghatározás redoxi titrálással gyakorlat Kénsavtartalom-meghatározás konduktometriás titrálással gyakorlat Kálium-kloridtartalom-meghatározás a vezetőképesség mérésével gyakorlat Víztartalom-meghatározás Karl-Fischer módszerrel gyakorlat Cinktartalommeghatározás stripping polarográfiásan Műszeres analitika tanulói jegyzet II/14. évfolyam MuSz14_tj.indd :36:08

5 Kromatográfiás módszer gyakorlat gyakorlat Minta oldószer tartalmának azonosítása a retenciós idők alapján gyakorlat Minta metanol-etanol tartalmának meghatározása kalibrációs módszerrel gyakorlat Minta-oldószertartalom meghatározása belső standard módszerrel gyakorlat Minta oldószertartalomának meghatározása addíciós módszerrel gyakorlat Oszlop minősítése, felbontóképesség és tányérszám mérése gyakorlat Minta összetevőinek azonosítása tömegspektrometriás detektorral gyakorlat Minta anion-összetételének azonosítása gyakorlat Minta aniontartalmának meghatározása kalibrációs módszerrel gyakorlat Minta szalicilsav-tartalmának meghatározása, kalibrációs módszerrel gyakorlat Parabeneket tartalmazó minta parabentartalmának meghatározása, kalibrációs módszerrel gyakorlat Minta aminosav összetételének azonosítása PETRIK TISZK TÁMOP /1-2F MuSz14_tj.indd :36:08

6 MuSz14_tj.indd :36:08

7 Bevezetés A 14. évfolyamon a laboratóriumi gyakorlatok tartalma műszeres analitika. A kémiai elemzésnek ez az ága ma már nélkülözhetetlen a legkülönbözőbb területeken: vegyszerek ellenőrzése, folyamatok szabályozása, gyógyszerek, élelmiszerek, környezeti minták vizsgálata. Ahol csak lehet, ezeket alkalmazzák előnyeik miatt: objektivitás, gyorsaság, automatizálhatóság. A tanév folyamán megismerkedünk a műszeres analitika főbb ágaival, az elméleti ismereteken kívül gyakorlatokon keresztül is. A tananyagcsomag a tanulói jegyzeten kívül a tananyag megértését, szemléltetését segítő tanári prezentációkat is tartalmaz, amik az iskola belső hálózatáról letölthetők. Ismerni kell a fogalmakat, összefüggéseket és tudni kell ezeket alkalmazni. Ezek ellenőrzésére feladatok találhatók a tanulói jegyzetben. Leírás alapján a méréseket egyedül vagy csoportosan el kell végezni. A vizsgálatról mindenkinek egyénileg jegyzőkönyvet kell készíteni (minta a későbbiekben), amiben minden benne van, ami a mérés megismétléséhez kell. A tanulói jegyzetben a tananyag fontos elemeit, a példákat és a tanulási tippeket különböző ikonok jelölik. Ikon Jelentés A fejezet célmeghatározása. Figyelmesen olvassa el, így megismeri a fejezet fókuszpontjait! Az ismeretek elsajátítását megkönnyítik a példák. Az ikon mellett érdekességeket, példákat, gyakorlati életből vett esetleírásokat talál. Az ikon fontos, jól megjegyzendő, megtanulandó ismereteket jelez pl. a mérések elve. Az ikon mellett olyan gondolatébresztő, kérdéseket, felvetéseket, problémákat talál, amelyek megválaszolásával elmélyülhet a témában. Az ikon a házi feladatot, otthoni munkát jelöli. PETRIK TISZK TÁMOP /1-2F MuSz14_tj.indd :36:09

8 Mérési adatok értékelése A témakör célja Ismerje meg az adatfeldolgozás alapfogalmait. Értse a hibák fajtáinak különbségét, összefüggéseit. Tudja a tanult fogalmakat, összefüggéseket önállóan használni az adatai értékelésére. A tanítási egységet befejező tanuló rendelkezzen olyan szakmai készségekkel, képességekkel, szakmai ismeretekkel, attitűdökkel, kompetenciákkal, amelyek lehetővé teszik, hogy a mérési adatokat feldolgozza és dokumentálja. A mérési hiba Valódi és várható érték Egy kémiai elemzés célja mindig valamely vizsgált anyag egy vagy több komponensének minőségi vagy mennyiségi meghatározása. A valódi értéket abszolút pontossággal nem tudjuk megmérni, csak közelíteni a mérésekkel. Több mérést végezve, az átlag reményeink szerint a valódi értéket egyre jobban közelíti. A mért értékek átlaga a várható érték ( x ), ami nem azonos a valódi értékkel: x n i = = 1 n x i A hibák fajtái A hiba a valódi és a mért érték eltérése, különbsége. Több párhuzamos mérést végezve a várható érték egyre kevésbé ingadozik, ezt láttuk az előző ábrán. A várható értéket rendszeres és véletlen hibák terhelhetik. Ezek viszonyát mutatja a következő ábra: 1.1. ábra. A hibák fajtái A véletlen hiba, aminek az okát nem ismerjük, általunk figyelembe nem vett tényezők okozzák. Ilyenek: a hőmérséklet változása, a hálózati feszültség ingadozása, súrlódás, huzat, stb. Ezek ingadozása több mérésnél kiegyenlítődik. 8 Műszeres analitika tanulói jegyzet II/14. évfolyam MuSz14_tj.indd :36:09

9 A rendszeres hibák oka felderíthető, így ezek csökkenthetők. Gyakori rendszeres hiba az arányos hiba: pl. egy óra minden nap 1 percet siet. Rendszeres hiba pl. a parallaxis hiba (ld. ábra), az elmozduló skála okozta eltérés. Felülről vízszintesen alulról kevesebbnek látjuk. a helyes értéket, többnek látjuk, 1.2. ábra. A parallaxis hiba Egy másik csoportosítás szerint van objektív és szubjektív hiba. Szubjektív hiba, amiről a mérést végző személy tehet (ilyen a parallaxis hiba is). Objektív, amiről a mérő személy nem tehet, a készülék, eszköz hibája, pontatlansága (pontatlan büretta vagy óra, stb.). A szórás A szórás (σ) a párhuzamos mérési eredmények közötti eltérés jellemzésére szolgál; a várható értékek körüli mérési eredmények szoros vagy laza csoportosulását jellemzi. Gyakorlatban a korrigált tapasztalati szórással (s, sd) becsüljük. A korrigált tapasztalati szórás (s, más néven standard deviáció, sd) számítása: A szórás jelentése s = n i = 1 2 ( x x ) i n ábra. A normális eloszlás sűrűségfüggvénye x ±s határok közé esik a mért értékek kb. 2/3-a (68,2%-a) x ±2 s határok közé esik a mért értékek 95,5%-a x ±3 s határok közé esik a mért értékek 99,7%-a A szórás alkalmazása: a méréseknek az átlagtól való eltérését, ez által a mérések megbízhatóságát jellemezzük vele. Párhuzamos mérési adatok értékelése Az előbbiek alapján belátható, hogy egy méréshez tartozó adatok közül azok, amelyek ± 3 s tartományon kívül esnek, durva mérési hibákból erednek, valószínűleg jobb, ha elhagyjuk azokat. 1. mintafeladat Egy mérésre a következő számértékek adódtak: 11,2; 11,3; 11,1; 10,4. Számítsa ki az átlagot, a szórást, ha kell, hagyjon el adatot! PETRIK TISZK TÁMOP /1-2F MuSz14_tj.indd :36:09

10 x = 11,0 s = 0,41. Az utolsó adat gyanúsan messze van az átlagtól. Számítsuk ki az átlagot és a szórást annak elhagyásával! x = 11,2 s = 0,10. Az utolsó adat a x ±3 s tartományon kívül van, helyes volt az elhagyás. Mérési eredmény megadása A mérési eredmény számértékén és mértékegységén kívül a megbízhatósága is fontos lehet. Mennyi a mérésünk megbízhatósága? Attól függ, milyen biztonsággal/valószínűséggel szeretnénk, hogy a tényleges érték a megadott tartományba essék. Általában a 95%-os biztonság megfelelő. Ebben az esetben általánosan: x ±2 s az eredmény. 2. mintafeladat Az előző mérési adatokból (11,2; 11,3; 11,1; 10,4) adjuk meg az eredményt a megbízhatóság jelölésével! Az átlag és a szórás értéke: x = 11,2 s = 0,10. x = 11,2 ± 0,2 (95%-os szinten) Ebből adódik, hogy nincs is értelme több tizedesre megadni, hiszen a mérés megbízhatósága nem indokolja. A relatív hiba A relatív hiba az abszolút hiba eredményhez viszonyított értéke. Legtöbb esetben ez fontosabb, mint az abszolút hiba. A relatív hiba mértékeként a tapasztalati szórásnak (s, sd) az átlaghoz viszonyított %-os értékét használjuk: sd rsd = 100% x 3. mintafeladat Az előbbi feladat esetében: x = 11,2 s = 0,10 x = 11,2 ± 0,2 (95%). Számítsuk ki a relatív szórást, és az eredményt adjuk meg azzal: rsd = 1,8 % Az eredmény tehát: x = 11,2 ± 1,8% (95%-os szinten). Kalibráció Az analitikai jel és a koncentráció összefüggése általában nem adható meg elméleti alapon egzakt módon, így tapasztalati összefüggéseket használunk. A leggyakoribb módszer, hogy ismert koncentrációjú oldatokat készítünk, azokat a műszerrel megmérjük, a kapott értékeket analitikai jel koncentráció diagramon ábrázoljuk, a pontokhoz görbét (egyszerű esetben egyenest) illesztünk. 10 Műszeres analitika tanulói jegyzet II/14. évfolyam MuSz14_tj.indd :36:10

11 Az így kapott tapasztalati összefüggést nevezzük analitikai mérőgörbének (kalibrációs diagramnak). Az ábrázolás és görbe (függvény) illesztése történhet kézi módszerrel, mm-papíron vagy egy erre alkalmas számítógépes szoftverrel. Egyenes illesztése mérési pontokhoz Excel programmal A következőkhöz számítógépre van szükség, a kipróbálás, illetve a begyakorlás e nélkül nem lehetséges. 4. mintafeladat Az oldatsorozat tagjai: 20, 40, 60, 80 és 100 mg/dm 3 koncentrációjúak. Ezekre és az ismeretlenre rendre a következő jel értékeket kaptuk: 0,156; 0,302; 0,468; 0,620; 0,768; 0,555. Illesszünk egyenest a mérési adatokhoz és határozzuk meg az ismeretlent! Az Excel program elindítása után beírjuk az adatainkat két oszlopba: c, mg/dm 3 analitikai jel 20 0, , , , ,768??? 0,555 A kalibrációs adatokat kijelöljük (az ábrán szürke mezőben) és elindítjuk a diagramvarázslót. A lépések a következők: 1. A pontdiagramból az első altípust választjuk. Tovább gomb. 2. A Tovább gombot megnyomjuk. 3. Beírjuk a diagramcímet és a koordináták neveit, mértékegységeit. 4. (diagram a munkalapon) Befejezés. 5. Kattintsunk duplán a szürke területre és a területnél a nincs -et jelöljük be, majd OK. 6. Bökjünk az Adatsor 1 feliratra, majd a Delete gombbal töröljük. 7. Az egér jobb gombjával kattintsunk valamelyik mérési pontra és a legördülő menüből válasszuk a Trendvonal felvételét. 8. Válasszuk a Lineárist, az Egyebeknél jelöljük be az Egyenlet látszik a diagramon-t és az R 2 értéke látszik a diagramon-t, majd OK. PETRIK TISZK TÁMOP /1-2F MuSz14_tj.indd :36:10

12 A kész diagram: Leolvasás a diagramról kb. 72 mg/dm ábra. Az analitikai mérőgörbe (egyenes) illesztése Az ismeretlen koncentrációjának meghatározása történhet: grafikusan (ld. az ábrán) vagy az egyenes egyenletéből számítva. Az analitikai mérőgörbén a következőket látjuk: analitikai jel = 0,0077 c+0,0002 és R 2 = 0,9996 Behelyettesítve az ismeretlenre kapott jelet (0,555) az egyenletből c kiszámítható: 0,555 = 0,0077 c+0,0002 c = 72,05 mg/l 72 mg/dm 3 R 2 értéke azt jellemzi, hogy az egyenes mennyire szorosan illeszkedik a pontokhoz, minél közelebb van 1-hez, annál jobb. Ellenőrző feladatok 1. Mi a tényleges és a várható érték, a mérési hiba? 2. Mi a különbség a véletlen és a rendszeres hiba között? 12 Műszeres analitika tanulói jegyzet II/14. évfolyam MuSz14_tj.indd :36:10

13 3. Miből látszik a rendszeres hiba a kalibrációs egyenesen/görbén? 4. A valódi érték meghatározását zavarja-e a rendszeres hiba a kalibrációs görbe felvétele esetén? Válaszát indokolja! 5. A mérés során a következő értékeket kapta: 9,8; 9,7; 9,5; 10,2. Számoljon átlagot és szórást, ha kell, hagyjon el adatot! Adja meg az eredményt a megbízhatósági tartomány jelölésével 95%-os megbízhatóság esetére! 6. A következő mérési hibákat sorolja be a táblázat rovataiba (csak a számát írja be)! 1. parallaxis hiba 2. elcsúszott hőmérőskála 3. változó hőmérséklet 4. ingadozó hálózati feszültség 5. siető óra objektív szubjektív rendszeres véletlen PETRIK TISZK TÁMOP /1-2F MuSz14_tj.indd :36:10

14 7. A kalibráció során az oldatsorozat tagjaira (2, 4, 6, 8 és 10 mg/dm 3 koncentráció) és az ismeretlenre rendre a következő analitikai jel értékeket kapta: 0,149; 0,312; 0,453; 0,596; 0,754; 0,543. Számológéppel, vagy, ha van, számítógéppel készítse el a kalibrációs egyenest! Számítsa ki az eredményt a kapott képletből! Az ebben a fejezetben tanultakat a mérések csaknem mindegyikénél használni fogjuk. A tananyag részletesebben megtalálható a szakirodalom-jegyzék 1. pontja alatti könyvben a oldalakon: Sőre, Tihanyi, Vámos (1999): Laboratóriumi gyakorlatok, Budapest: Képzőművészeti Kiadó. 14 Műszeres analitika tanulói jegyzet II/14. évfolyam MuSz14_tj.indd :36:10

15 Optikai mérések elmélete 1. A témakör célja Ismerje meg az optikai mérések alapvető fogalmait. Értse meg az optikai jelenségeket összefüggéseikben. Tudja, hogy a jelenségek az összefüggések alapján milyen gyakorlati feladatok megoldására használhatók. Refraktometria A fény-anyag kölcsönhatásokon belül alapvetően két nagy területről kell beszélnünk: 1. a fény az anyagon kívülről érkezik valamilyen fényforrásból; 2. a fény az anyagi közegben keletkezik: emissziós jelenségek. Nézzük az 1. esetet! A fény másik homogén közeg határához érve két részre oszlik: 2.1. ábra. Fényvisszaverődés és fénytörés A törésmutató (n) egy hányados, a törési szög (β) és a beesési szög (α) sinusának hányadosa (Snellius Descartestörvény), és a két közegben mérhető fényterjedési sebesség hányadosa: Általánosságban az n 2,1 a második közegnek az első közegre vonatkoztatott törésmutatója. A vákuum törésmutatója 1, de rendszerint a levegőre vonatkoztatott törésmutatót adunk meg, ami majdnem megegyezik a vákuumra vonatkoztatott értékkel. Ha optikailag sűrűbb közegből a fénysugár optikailag ritkább közegbe lép, akkor a beesési szög meghatározott értékén túl a határfelületről teljesen visszaverődik. Azt a beesési szöget, amelynél a fénysugár éppen érintőlegesen halad, a teljes reflexió határszögének nevezzük (α H ). Ekkor a törési szög 90. Mivel sin 90 = 1, a Snellius Descartestör vény a következőképpen egyszerűsödik: n 2,1 = 1/sin α H. A teljes visszaverődés az alapja a délibáb jelenségének, ez teszi lehetővé a fény vezetését (üvegszálas fénykábel) és a törésmutató mérését is.. PETRIK TISZK TÁMOP /1-2F MuSz14_tj.indd :36:10

16 Az Abbe-féle refraktométer Az Abbe-féle refraktométer legfontosabb része a termosztálható prizmatest. Ez két azonos, nagy törésmutatójú ólomüvegből készült prizma, melyek közé rétegezzük a mérendő anyagot. A tulajdonképpeni mérés a felső prizmával történik. Méréskor billenthető tükör segítségével fénynyalábot irányítunk a prizmákra. A második prizmából kilépő és a távcsőbe jutó fénynyalábban a teljes visszaverődés határszögének a látótér sötét és világos része közti határvonal felel meg. Ha a prizmát úgy állítjuk be, hogy a látótér sötét és világos részének határvonala a távcső fonálkeresztjére essék, a skálán közvetlenül leolvashatjuk a törésmutatót (n = 1,3 1,7). A másik skálája cukoroldat %-os szárazanyag tartalmát mutatja ábra. Abbe-féle refraktométer vázlata Az Abbe-féle refraktométert általában fehér fénnyel világítjuk meg. Ilyenkor azonban a sötét határvonal nem éles, hanem a színszóródás miatt szivárványszínű spektrumsávból áll. Ennek megszüntetésére a készülékbe kompenzátort (Amici prizmák) építenek be, ami megszünteti ezt. Fotometria spektrofotometria A fény elektromágneses hullám. Ebből az emberi szem által érzékelhető tartomány a látható fény (VIS). Az ultraibolya (UV) tartományt szemünk nem érzékeli. Az elektromágneses hullámok jellemzésére a hullámhosszt (λ, nm), frekvenciát (ν, Hz) használjuk. Az elektromágneses hullámok csökkenő frekvencia és energia, növekvő hullámhossz szerint: kozmikus sugárzás, γ-sugárzás, Röntgen-sugárzás, UV, VIS, IR, mikrohullám, rádióhullám fény. Az abszorpciós spektrofotometria (fotometria) az anyagok fényelnyelő képességét vizsgálja. 16 Műszeres analitika tanulói jegyzet II/14. évfolyam MuSz14_tj.indd :36:11

17 Ultraibolya (UV) és látható (VIS) spektrofotometria A következőkben csak a spektrofotometria molekula-spektroszkópiai módszerével foglalkozunk. Az UV- VIS tartományban a molekulák kötő elektronjai gerjesztődnek. Az elnyelési színkép jellemző az anyagra és annak szerkezetére, de a széles sávok miatt minőségi azonosításra egymagában nem alkalmas. Transzmittancia (T): az áteresztett fény hányada: T = I/I 0 Abszorbancia (A): A = I I 0 = 1 T = 100 T % Fotométer, spektrofotométer Egy- és kétfényutas spektrofotométereket használunk ábra. Egyfényutas spektrofotométer elvi vázlata Jelmagyarázat: M monokromátor, D detektor Az egyfényutas spektrofotométerben csak egy küvetta helyezhető el, így egymás után mérhető a vakpróba és a minta által áteresztett fény intenzitása. Fényforrás: látható fény tartományára többnyire wolfram lámpa, UV tartományban deutérium-lámpa. Monokromátor: az összetett fényt hullámhossz szerint felbontja. Régebben prizmákat, ma főként optikai rácsot (egyszerű készülékben esetleg színszűrőt) használnak. Küvetta: mintatartó eszköz. Többnyire 1 cm-es fényút hossz. Látható tartományban üvegből vagy műanyagból készül, UV-tartományban kvarc küvettát használunk. Detektor: a fénysugárzást elektromos jellé alakítja fotocella, fotodióda (diódasor), fotoelektronsokszorozó. A kétfényutas spektrofotométerben két küvetta helyezhető el, így majdnem egyszerre mérhető a minta és a vakpróba által áteresztett fény intenzitása ábra. Kétfényutas spektrofotométer elvi vázlata Jelmagyarázat: M monokromátor, D detektor A spektrofotométerben folytonosan tudjuk változtatni a mintára jutó fény hullámhosszát. A fotométerekben csak meghatározott hullámhosszak állíthatók be (színszűrők, LED [fényemittáló dióda] fényforrás). PETRIK TISZK TÁMOP /1-2F MuSz14_tj.indd :36:11

18 A Lambert Beer-törvény A Lambert Beer-törvény szerint az abszorbancia egyenesen arányos a koncentrációval: I I 0 = A = ε c, ahol ε a moláris abszorpciós együttható, l az úthossz (rétegvastagság), c a vizsgált oldat koncentrációja. Fényáteresztéssel kifejezve: A = lgt; T=I/I 0, ahol I 0 és I rendre a beeső és az átbocsátott fény intenzitása, T pedig a transzmittancia (többnyire %-ban adják meg). A Lambert Beer-törvénytől eltéréseket okozhat: a fényszóródás, kis fényfelbontó képesség, kémiai okok (túl tömény oldat, ph-hatás). Ellenőrző feladatok 1. Mi a törésmutató (vázlat, képlet, a betűk jelentése)? 2. Mire használható a törésmutató mérése? 3. Rajzolja fel egy abszorpciós fotométer elvi vázlatát, nevezze meg részeit! 4. Soroljon fel fotometriás detektorokat! 18 Műszeres analitika tanulói jegyzet II/14. évfolyam MuSz14_tj.indd :36:11

19 5. Mi az előnye a diódasoros detektornak? 6. A spektrumban mi hordozza a minőségi információt és mi a mennyiségit? 7. Ismertesse a Lambert Beer-tövényt (képlet, a betűk jelentésével)! 8. Egy spektrofotométert használ két diák. Egyikük észreveszi, hogy transzmittancia üzemmódban van és javasolja, kapcsoljanak abszorbanciára. Átkapcsolnak és ugyanannyit jelez a műszer. Lehet, hogy elromlott, mondja egyikük. Lehet-e ugyanannyi a transzmittancia és az abszorbancia? Válaszát számítással igazolja! Az ebben a fejezetben tárgyalt ismereteket használjuk az Optikai mérési gyakorlatok 1. ciklus során, de a későbbiekben is. A tananyag bővebben megtalálható a szakirodalom-jegyzék 1. pontja alatti könyvben a oldalakon: Sőre, Tihanyi, Vámos (1999): Laboratóriumi gyakorlatok, Budapest: Képzőművészeti Kiadó. PETRIK TISZK TÁMOP /1-2F MuSz14_tj.indd :36:11

20 Optikai mérések gyakorlat 1. ciklus A témakör célja Mérések, gyakorlatok végzése: a refraktometriás, fotometriás, spektrofotometriás mérések köréből, hogy ismerje a műszerek működését és képes legyen használni azokat. Mérési adatok feldolgozása, eredmény értékelése. Az így szerzett tudás készíti fel: egy általános laboratóriumi mérés (vegyipari munkahelyen) végzésére, annak dokumentálására. Az első ciklus során 6 mérést kell elvégezni és egy elmaradt vagy rosszul sikerült mérés pótlására van mód. 20 Műszeres analitika tanulói jegyzet II/14. évfolyam MuSz14_tj.indd :36:11

21 1. gyakorlat Üdítőital vagy szörp cukortartalmának meghatározása refraktometriás módszerrel Feladat A laboratóriumban üdítőitalok cukortartalmát ellenőrzik. Az Ön feladata, hogy refraktometriás módszerrel hasonlítsa össze és ellenőrizze különböző márkájú üdítők cukortartalmát. A munkájáról készült jegyzőkönyvben adja meg a mérési eredményei alapján az egyes minták cukortartalmát és ezt vesse össze a címkén feltüntetett cukortartalommal. Információs lap A gyakorlat elvégzésére rendelkezésére álló idő: 3 óra (3 45 perc). A beadás határideje: legkésőbb a következő alkalom (általában a következő hét). Szükséges anyagok: cukor törzsoldat (500 g/dm 3 szacharóz), ioncserélt víz. Szükséges eszközök: büretták fogóval, állvánnyal, kb. 20 cm 3 -es kémcsövek dugóval, kémcsőállvány, refraktométer. A mérés elve: az üdítőital vagy szörp oldott anyag tartalma nagyrészt a cukorból adódik, a törésmutatót az határozza meg. Vizsgálandó minta: személyenként egy tiszta, száraz, névvel ellátott kb. 20 cm 3 -es kémcsövet adjon be, a visszakapott kémcső tartalmát homogenizálja. A vizsgálat menete 1. Öttagú kalibrálóoldat-sorozatot kell készíteni. Egy-egy kb. 20 cm 3 -es tiszta, száraz kémcsőbe 1,0; 2,0; 3,0; 4,0; illetve 5,0 cm 3 törzsoldatot mérjen bürettából. A kémcsövek tartalmát ioncserélt vízzel 10,0 cm 3 -re egészítse ki, ledugaszolva homogenizálja! 2. a refraktométert szükség esetén tisztítsa meg, a kezelési útmutató alapján állítsa be, az ioncserélt víz törésmutatóját mérje meg! 3. az oldatsorozat tagjainak és az ismeretlen(ek)nek a törésmutatóját mérje meg, a mérési adatokat táblázatba (összetétel, törésmutató) jegyezze fel! 4. A készüléket tisztítsa meg, és a többi eszközt is tisztán tegye el! Számítások A mérési adataiból készítsen kalibrációs diagramot, vízszintesen a koncentrációk g/l-ben (kiszámítandók!), függőlegesen a törésmutatók (skálabeosztás!) legyenek! Kézi egyenes illesztés esetén (mm-papír), a leolvasás grafikusan történik. Ha számítógépes programmal (pl. MS Excel) végzi, elsőfokú (egyenes) trendvonalat illesszen, írassa ki az egyenletet és az R 2 értékét is! Ebben az esetben az eredményt az egyenes egyenletéből számítsa (vagy a programmal számíttassa) ki! A mérés dokumentálása a jegyzőkönyv tartalmazza: a mérés elvét, vázlatos leírását; a szükséges anyagokat az R- és S-mondatokkal; a szükséges eszközöket, műszert; a mérési beállításokat és adatokat; a számításokat (pontosság, áttekinthetőség); az eredményeket táblázatosan, a mérés pontosságának megfelelően kerekítve. Minta megnevezése Minta megnevezése 1. A minta elemzés szerinti cukortartalma Az üdítő címkéjén feltüntetett cukortartalom Eltérés %-a 2. A diagramot mellékelje a jegyzőkönyvhöz. PETRIK TISZK TÁMOP /1-2F MuSz14_tj.indd :36:12

22 Megjegyzés: A munka során használt anyagok nem mérgezőek, de nagyon ragadósak, ügyeljen a tiszta munkakörnyezetre! Értékelési szempontok: az eredmény helyessége (pontosság, kerekítés, mértékegység) 60%; a munkavégzés szakszerűsége, biztonsága 10%; a jegyzőkönyv tartalma, áttekinthetősége 10%; a kiértékelés minősége 10%; határidőre való beadás 10%. A házi feladat teljesítése javíthat az érdemjegyen (10%). Az üdítőital vagy szörp cukortartalma fontos adat, az energiatartalom nagy részét ez adja, cukorbetegek számára is fontos információ. A termékek cukortartalmát refraktometriásan szokták meghatározni, erre utal a refr.%. Házi feladat: üdítős és szörpös palackokon keressen adatokat üdítők, illetve szörpök öszszetételére, cukortartalmára vonatkozóan, a címkéket tegye el, hozza be az iskolába! 22 Műszeres analitika tanulói jegyzet II/14. évfolyam MuSz14_tj.indd :36:12

23 2. gyakorlat Színezékoldat koncentrációjának meghatározása spektrofotometriás módszerrel Feladat A laboratóriumban textilipari színezékfürdők színezéktartalmát ellenőrzik. Az Ön feladata, hogy spektrofotometriás módszerrel ellenőrizze, illetve mérje meg különböző színezékfürdők színezéktartalmát. A munkájáról készült jegyzőkönyvben adja meg a mérési eredményei alapján az egyes minták színezéktartalmát és ezt vesse össze az előírás szerinti színezéktartalommal. Információs lap A gyakorlat elvégzésére rendelkezésére álló idő: 3 óra (3 45 perc). A beadás határideje: legkésőbb a következő alkalom (általában a következő hét). Szükséges anyagok: színezék, ioncserélt víz. Szükséges eszközök: gyorsmérleg, 100 és 250 cm 3 -es mérőlombikok, kis tölcsér, büretta, fogóval, állvánnyal, üveg vagy műanyag küvetta, spektrofotométer. A mérés elve: a színezék látható (VIS) tartományban található elnyelési maximumán az oldat abszorbanciája arányos a színezéktartalommal. Vizsgálandó minta: egy névvel ellátott 100 cm 3 -es mérőlombikot adjon be (a bürettába töltött színezék törzsoldattal együtt), a visszakapott lombik tartalmát ioncserélt vízzel állítsa jelre, homogenizálja! A vizsgálat menete 1. A színezékből készítsen 250 cm 3 törzsoldatot (0,4 g/dm 3 színezék)! 2. Öttagú oldatsorozatot készítsen: 2, 4, 6, 8, illetve 10 cm 3 törzsoldatot mérjen bürettából egy-egy 100 cm 3 -es mérőlombikba! A lombikokat ioncserélt vízzel töltse jelig, homogenizálja! 3. a spektrofotométert kapcsolja be, bemelegedés után a kezelési útmutató segítségével végezze el a mérést! 4. a küvettába ioncserélt vizet töltve vegyen fel alapvonalat! 5. a legtöményebb oldattal átöblítve, majd megtöltve a küvettát vegye fel a színezék oldat elnyelési spektrumát látható tartományban 400 és 750 nm között! 6. Keresse meg az elnyelési maximumot a spektrumban, a hullámhosszat jegyezze fel! 7. az oldatsorozat tagjainak és az ismeretlen(ek)nek az abszorbanciáját az elnyelési maximum hullámhosszán mérje meg, a mérési adatokat jegyezze fel vagy nyomtassa ki! 8. A készüléket tisztítsa meg, és a többi eszközt is tisztán tegye el! Számítások A mérési adataiból készítsen kalibrációs diagramot, vízszintesen a koncentrációk g/dm 3 -ben (kiszámítandók!), függőlegesen az abszorbanciák legyenek! Kézi egyenes illesztés esetén (mm-papír), a leolvasás grafikusan történik. Ha számítógépes programmal (pl. MS Excel) végzi, elsőfokú (egyenes) trendvonalat illesszen, írassa ki az egyenletet és az R 2 értékét is! Ebben az esetben az eredményt az egyenes egyenletéből számítsa (vagy a programmal számíttassa) ki! Az eredményt (g/dm 3 ) számítsa át az eredeti, hígítás előtti térfogatra, és a tanultaknak megfelelő kerekítse! PETRIK TISZK TÁMOP /1-2F MuSz14_tj.indd :36:12

24 A mérés dokumentálása a jegyzőkönyv tartalmazza: a mérés elvét, vázlatos leírását, a szükséges anyagokat az R- és S-mondatokkal, a szükséges eszközöket, műszert, a mérési beállításokat és adatokat, a számításokat (pontosság, áttekinthetőség), az eredményeket táblázatosan, a mérés pontosságának megfelelően kerekítve. Minta megnevezése Minta megnevezése 1. A minta elemzés szerinti színezék tartalma, g/l Az előírás szerinti színezéktartalom, g/l Eltérés %-a 2. A diagramot mellékelje a jegyzőkönyvhöz! Megjegyzés: a színezékek között lehetnek mérgezőek, egyéni védőeszköz használata (gumikesztyű) kötelező. Értékelési szempontok az eredmény helyessége (pontosság, kerekítés, mértékegység) 60%; a munkavégzés szakszerűsége, biztonsága 10%; a jegyzőkönyv tartalma, áttekinthetősége 10%; a kiértékelés minősége 10%; határidőre való beadás 10%. A házi feladat teljesítése javíthat az érdemjegyen (10%). Különböző (pl. textil) festési eljárások során vízoldható színezék(ek)et alkalmaznak. Az oldat hatóanyag tartalma a használat során csökken. A megfelelő festési eredmény eléréséhez az oldat színezéktartalmát be kell állítani, ezért szükséges a koncentráció meghatározása. Házi feladat: az interneten keresse meg néhány színezék abszorpciós spektrumát, a képet mentse el, az URL címet jegyezze fel! 24 Műszeres analitika tanulói jegyzet II/14. évfolyam MuSz14_tj.indd :36:12

25 3. gyakorlat Acetonoldat abszorpció maximumának és összetételének meghatározása spektrofotometriás módszerrel Feladat Egy kórházi laboratóriumban többek között előkészített (desztillálással dúsított) vizeletminták vizsgálata folyik. Az Ön feladata, hogy spektrofotometriás módszerrel ellenőrizze, illetve mérje meg különböző minták aceton tartalmát! A munkájáról készült jegyzőkönyvben adja meg a mérési eredményei alapján az egyes minták aceton tartalmát és ezt vesse össze a határértékkel (éhgyomorra max. 50 mg/dm 3 a jó érték). Információs lap A gyakorlat elvégzésére rendelkezésére álló idő: 3 óra (3 45 perc). A beadás határideje: legkésőbb a következő alkalom (általában jövő hét). Szükséges anyagok: aceton törzsoldat (10 mg aceton/cm 3 ), ioncserélt víz. Szükséges eszközök: 50 cm 3 -es mérőlombikok, kis tölcsér, büretta, fogóval, állvánnyal, kvarc küvetta, spektrofotométer. A mérés elve: az aceton UV tartományban található elnyelési maximumán az oldat abszorbanciája arányos az aceton tartalommal. Vizsgálandó minta: egy névvel ellátott mérőlombikot adjon be, a visszakapott lombik tartalmát (50 cm 3 -ből lett dúsítva!) ioncserélt vízzel állítsa jelre, homogenizálja! A vizsgálat menete 1. Készítsen öttagú oldatsorozatot: 3, 6, 9, 12, illetve 15 cm 3 törzsoldatot mérjen bürettából egy-egy 50 cm 3 -es mérőlombikba! A lombikokat ioncserélt vízzel töltse jelig, homogenizálja! 2. a spektrofotométert kapcsolja be, bemelegedés után a kezelési útmutató segítségével végezze el a mérést! 3. a kvarc küvettába ioncserélt vizet töltve vegyen fel alapvonalat! 4. a legtöményebb oldattal átöblítve, majd megtöltve a küvettát vegye fel az aceton elnyelési spektrumát UV-tartományban 200 és 400 nm között! 5. Keresse meg az elnyelési maximumot a spektrumban, a hullámhosszat jegyezze fel! 6. az oldatsorozat tagjainak és az ismeretlen(ek)nek az abszorbanciáját az elnyelési maximum hullámhosszán mérje meg, a mérési adatokat jegyezze fel vagy nyomtassa ki! 7. A készüléket kikapcsolja ki, a küvettát és a többi eszközt megtisztítva tegye el! Számítások A mérési adataiból készítsen kalibrációs diagramot, vízszintesen a koncentrációk mg/dm 3 -ben (kiszámítandók!), függőlegesen az abszorbanciák legyenek! Kézi egyenes illesztés esetén (mm-papír), a leolvasás grafikusan történik! Ha számítógépes programmal (pl. MS Excel) végzi, elsőfokú (egyenes) trendvonalat illesszen, írassa ki az egyenletet és az R 2 értékét is! Ebben az esetben az eredményt az egyenes egyenletéből számítsa (vagy a programmal számíttassa) ki! Az eredményt (mg/dm 3 ) számítsa át az eredeti, hígítás előtti térfogatra, és a tanultaknak megfelelő kerekítse! PETRIK TISZK TÁMOP /1-2F MuSz14_tj.indd :36:12

26 A mérés dokumentálása a jegyzőkönyv tartalmazza: a mérés elvét, vázlatos leírását; a szükséges anyagokat az R- és S-mondatokkal; a szükséges eszközöket, műszert; a mérési beállításokat és adatokat; a számításokat (pontosság, áttekinthetőség); az eredményeket táblázatosan, a mérés pontosságának megfelelően kerekítve. Minta jelzése Minta jelzése 1. A minta elemzés szerinti acetontartalma A megengedett acetontartalom Döntés (megfelel vagy sok) 2. A diagramot mellékelje a jegyzőkönyvhöz. Megjegyzés: az aceton mérgező, irritáló, gyúlékony anyag, a híg oldat, amivel dolgozunk, nem ártalmas. Értékelési szempontok: az eredmény helyessége (pontosság, kerekítés, mértékegység) 60%; a munkavégzés szakszerűsége, biztonsága 10%; a jegyzőkönyv tartalma, áttekinthetősége 10%; a kiértékelés minősége 10%; határidőre való beadás 10%. A házi feladat teljesítése javíthat az érdemjegyen (10%). Fontos adat lehet az acetontartalom: szennyvíz vagy 3 vizelet esetén (éhgyomorra max. 50 mg/dm a jó érték). Házi feladat: az interneten keresse meg az aceton UV abszorpciós spektrumát, a képet mentse el, az URL címet jegyezze fel! 26 Műszeres analitika tanulói jegyzet II/14. évfolyam MuSz14_tj.indd :36:13

27 4. gyakorlat Nitrition meghatározása spektrofotometriás módszerrel Feladat Az ÁNTSZ egyik laboratóriumában vízminták vizsgálata folyik. Az Ön feladata, hogy spektrofotometriás módszerrel mérje meg különböző minták nitrition tartalmát. A munkájáról készült jegyzőkönyvben adja meg a mérési eredményei alapján az egyes minták nitrition tartalmát és ezt vesse össze a határértékkel (határértéke ivóvízben 0,5 mg/dm 3 )! Információs lap A gyakorlat elvégzésére rendelkezésére álló idő: 3 óra (3 45 perc). A beadás határideje: legkésőbb a következő alkalom (általában jövő hét). Szükséges anyagok: Saltzman-reagens, nátrium-nitrit, ioncserélt víz, nátrium-nitrit törzsoldat (nátrium-nitritből 0,15 g/1000 cm 3 ), nátrium-nitrit munkaoldat (a törzsoldat 10-szeres hígítása, 0,01 mg/cm 3 a nitritionra). Szükséges eszközök: 250 és 50 cm 3 -es mérőlombikok, büretta, fogóval, állvánnyal, üveg vagy műanyag küvetta, spektrofotométer. A mérés elve: a nitritionok savas közegben diazotálják a szulfanil-amidot, a keletkező diazóniumsó N-(1-naftil)-etiléndiaminnal (NEDA) azoszínezékké kapcsolódik. Az oldat színintenzitása meghatározott ph-értéken arányos a nitritionkoncentrációval. A reakciók egyenletei: + NO H 3 O+ + 4 H 2 O diazóniumsó + + H 2 O + H 3 O+ azoszínezék Vizsgálandó minta: egy névvel ellátott mérőlombikot adjon be (a bürettába töltött munkaoldattal együtt)! PETRIK TISZK TÁMOP /1-2F MuSz14_tj.indd :36:13

28 A vizsgálat menete 1. a visszakapott mérőlombik tartalmához adjon hozzá 30 cm 3 Saltzman-reagenst, ioncserélt vízzel állítsa jelre, homogenizálja! 2. vakpróbát és öttagú oldatsorozatot készítsen: 0,0; 2,0; 4,0; 6,0; 8,0; illetve 10,0 cm 3 munkaoldatot mérjen bürettából egy-egy 50 cm 3 -es mérőlombikba! A lombikok tartalmához adjon hozzá 30 cm 3 Saltzman-reagenst, ioncserélt vízzel állítsa jelre, homogenizálja! A 0 cm 3 -es oldat a vakpróba. 3. a spektrofotométert kapcsolja be, bemelegedés után a kezelési útmutató segítségével végezze el a mérést! 4. A küvettába a vakpróbát töltve nullázza a készüléket 540 nm hullámhosszon! 5. az oldatsorozat tagjainak és az ismeretlen(ek)nek az abszorbanciáját ugyanezen a hullámhosszon mérje, az adatokat jegyezze fel vagy nyomtassa ki! 6. A készüléket kapcsolja ki, a küvettát és a többi eszközt megtisztítva tegye el! Számítások A mérési adataiból készítsen kalibrációs diagramot, vízszintesen a koncentrációk mg/dm 3 -ben (kiszámítandók!), függőlegesen az abszorbanciák legyenek! Kézi egyenes illesztés esetén (mm-papír), a leolvasás grafikusan történik. Ha számítógépes programmal (pl. MS Excel) végzi, elsőfokú (egyenes) trendvonalat illesszen, írassa ki az egyenletet és az R 2 értékét is! Ebben az esetben az eredményt az egyenes egyenletéből számítsa (vagy a programmal számíttassa) ki! Az eredményt NO mg/dm3 2 -ben kapjuk, ennek alapján a vizet minősítjük (alkalmas-e ivóvíznek). A mérés dokumentálása a jegyzőkönyv tartalmazza: a mérés elvét, vázlatos leírását, a szükséges anyagokat az R- és S-mondatokkal, a szükséges eszközöket, műszert, a mérési beállításokat és adatokat, a számításokat (pontosság, áttekinthetőség), az eredményeket táblázatosan, a mérés pontosságának megfelelően kerekítve. Minta jelzése Minta jelzése 1. A mintaelemzés szerinti nitrition-tartalma Az ivóvíz nitrition-tartalom határértéke Döntés (megfelel vagy sok) 2. A diagramot mellékelje a jegyzőkönyvhöz. Megjegyzés: A nitritek mérgezőek, ezért az anyag kimérésekor egyéni védőfelszerelés (gumikesztyű) használata kötelező. Értékelési szempontok: az eredmény helyessége (pontosság, kerekítés, mértékegység) 60%; a munkavégzés szakszerűsége, biztonsága 10%; a jegyzőkönyv tartalma, áttekinthetősége 10%; a kiértékelés minősége 10 %; határidőre való beadás 10%. A házi feladat teljesítése javíthat az érdemjegyen (10%). A nitrition-tartalom a vizekben fontos adat, mivel a nitrition erősen mérgező, határértéke ivóvízben 0,5 mg/dm 3. Házi feladat: nézzen utána a szakirodalomban (pl. biztonsági adatlap), milyen hatásai vannak a nátrium-nitritnek, mennyire mérgező (LD50)! 28 Műszeres analitika tanulói jegyzet II/14. évfolyam MuSz14_tj.indd :36:14

29 5. gyakorlat Kétkomponensű minta fotometriás meghatározása Feladat Egy üzemben Al-ötvözetből készült tárgyakat (pl. karabinereket) lila színűre eloxálnak. A fürdőben a megfelelő színt két színezék (kék és vörös) keverésével állítják elő. A használat során nemcsak csökken a fürdő színezék tartalma (halványodik), de színe is eltolódik a vörös felé. A koncentrációkat meg kell határozni, hogy a fürdő frissítésekor a két anyag megfelelő arányban kerülhessen majd bele. Az Ön feladata, hogy spektrofotometriás módszerrel mérje meg különböző kádakból vett minták kétféle színezék tartalmát. A munkájáról készült jegyzőkönyvben adja meg a mérési eredményei alapján az egyes minták kétféle színezék tartalmát és ezt vesse össze az előírás szerinti értékkel! Információs lap A gyakorlat elvégzésére rendelkezésére álló idő: 3 óra (3 45 perc). A beadás határideje: legkésőbb a következő alkalom (általában a következő hét). Szükséges anyagok: két színezék, pufferoldat a ph-beállításhoz, színezék törzsoldatok (0,1 g/dm 3 -es, készen van). Szükséges eszközök: gyorsmérleg, 100 cm 3 -es mérőlombikok, 2 büretta, fogóval, állvánnyal. A mérés elve: két alkalmas hullámhosszon mérve a két színezék koncentrációja egymás mellett meghatározható (két ismeretlenes egyenletrendszer). Vizsgálandó minta: a két bürettába töltött törzsoldatot névvel ellátott 100 cm 3 -es mérőlombik(ok)kal beadjuk. A visszakapott lombik tartalmát (10,0 cm 3 ) a pufferoldattal jelre állítjuk, homogenizáljuk. A vizsgálat menete 1. Két külön kalibrálóoldatot készítünk a törzsoldatok 10-szeres hígításával (a két törzsoldatból 10,0 10,0 cm 3 -t kimérünk bürettával egy-egy 100 cm 3 -es mérőlombikba és pufferoldattal jelig töltjük, homogenizáljuk). 2. Bekapcsoljuk a fotométert és bemelegedés után a műszer leírása segítségével elvégezzük a mérést. 3. A küvettába a pufferoldatot töltve a látható tartományban ( nm) alapvonalat veszünk fel. 4. az egyik színezék spektrumát felvesszük, megkeressük rajta az elnyelési maximumot, leolvassuk és feljegyezzük a hullámhosszat (λ 1 ) és az abszorbanciát (A 11 ), majd a spektrumot elmentjük. 5. Felvesszük a másik színezék spektrumát, megkeressük rajta az elnyelési maximumot leolvassuk és feljegyezzük a hullámhosszat (λ 2 ) és az abszorbanciát (A 22 ), leolvassuk az első színezék elnyelési maximumánál (λ 1 ) is az abszorbanciát (A 21 ). 6. visszatöltjük az első színezék spektrumát, leolvassuk a második színezék elnyelési maximumánál (λ 2 ) is az abszorbanciát (A 12 ). Ezzel a kalibráció kész. 7. az ismeretlen(ek) spektrumát is felvesszük és a spektrumról a λ 1 és λ 2 hullámhossznál (ez nem feltétlenül az elnyelési maximumnál lesz!) leolvassuk az abszorbanciát (A m1 és A m2 ). 8. A készüléket kikapcsoljuk, a küvettát és a többi eszközt megtisztítva eltesszük. Számítások A számítás alapjául a következő összefüggések szolgálnak: A m1 = v 1 A 11 /10+v A 21 /10, ahol v 1 az 1. törzsoldatból kapott térfogat cm 3 -ben, A m2 = v 1 A 12 /10+v 2 A 22 /10, ahol v 2 a 2. törzsoldatból kapott térfogat cm 3 -ben. Az eredményt cm 3 -ben kapjuk, ezt át kell számítani a tanultaknak megfelelő kerekítéssel mg/dm 3 -re. PETRIK TISZK TÁMOP /1-2F MuSz14_tj.indd :36:14

30 A mérés dokumentálása a jegyzőkönyv tartalmazza: a mérés elvét, vázlatos leírását, a szükséges anyagokat az R- és S-mondatokkal, a szükséges eszközöket, műszert, a mérési beállításokat és adatokat, a számításokat (pontosság, áttekinthetőség), az eredményeket táblázatosan, a mérés pontosságának megfelelően kerekítve. Minta jelzése Minta jelzése A minta elemzés szerinti 1. sz. színezéktartalma Eltérés %-a az 1. sz. színezékre A minta elemzés szerinti 2. sz. színezéktartalma Eltérés %-a a 2. sz. színezékre A diagramot mellékelje a jegyzőkönyvhöz Megjegyzés: a színezékek között lehetnek mérgezőek, egyéni védőeszköz használata (gumikesztyű) kötelező. Értékelési szempontok: az eredmény helyessége (pontosság, kerekítés, mértékegység) 60 %; a munkavégzés szakszerűsége, biztonsága 10 %; a jegyzőkönyv tartalma, áttekinthetősége 10 %; a kiértékelés minősége 10 %; határidőre való beadás 10 %. A házi feladat teljesítése javíthat az érdemjegyen (10%). Színezéskor a megfelelő színt gyakran két színezék (pl. kék és vörös) keverésével állítják elő. A használat során nemcsak a fürdő színezék tartalma csökken (halványodik), hanem színe is eltolódhat valamelyik irányban. Ahhoz, hogy a fürdő frissítésekor a két anyag megfelelő arányban kerülhessen majd bele, a koncentrációkat meg kell határozni. Házi feladat: 1. a fürdő színeltolódása alapján mondja meg, melyik színezék erősebben poláris molekulájú: a kék vagy a vörös! Válaszát indokolja! 2. Számítsa ki, hány kg színezék kell 5 m 3 a fürdő frissítéséhez, ha az eredeti összetétel mindkét anyagból 0,2 g/dm 3 volt! 30 Műszeres analitika tanulói jegyzet II/14. évfolyam MuSz14_tj.indd :36:14

31 6. gyakorlat Reakciósebesség fotometriás meghatározása Feladat Új munkahelyén reakciók sebességét vizsgálják. Ön elsőként azt kapja feladatául, hogy egy ismert reakció sebességét határozza meg spektrofotometriás módszerrel. Főnöke ennek a munkájának alapján dönt arról, milyen munkát bíz Önre. A munkájáról készült jegyzőkönyvben adja meg a reakciósebességet a vizsgálat három különböző időpontjára! Információs lap A gyakorlat elvégzésére rendelkezésére álló idő: 3 óra (3 45 perc). A beadás határideje: legkésőbb a következő alkalom (általában jövő hét). Szükséges anyagok: etanol, cc. kénsav, KMnO 4, ioncserélt víz. Szükséges eszközök: gyorsmérleg, 50 cm 3 -es mérőlombik, automata pipetta, üveg vagy műanyag küvetta, spektrofotométer látható tartományban. A mérés elve: az elnyelési maximum hullámhosszán mérve a színes anyag koncentrációja, illetve annak változási sebessége meghatározható. Vizsgálandó minta: mindenki maga állítja össze a kapott feladatlap alapján. A vizsgálat menete: 1. Készítse el az alábbi oldatokat A oldat: 50,00 cm mol/dm 3 koncentrációjú KMnO 4 oldat (hígítással készítjük 10 2 mol/dm3 koncentrációjúból). B oldat: főzőpohárban kb. 20 cm 3 ioncserélt víz + 10 cm 3 cc. H 2 SO cm 3 absz. etanolt elegyítsen. Lehűlés után mossa át egy 50 cm 3 -es mérőlombikba és állítsa jelre. 2. Kapcsolja be a fotométert és bemelegedés után a műszer leírása segítségével végezze el a mérést! 3. vegye fel a KMnO 4 -oldat spektrumát nm között és állapítsa meg λ max értékét. A koncentrációból és a mért abszorbanciából számolja ki a faktort! (Ez a reakciósebesség kiszámításához szükséges.) 4. a műszeren állítsa be a λ max értékét. Ha van a műszeren RATE, illetve TimeScan üzemmód, időtartamnak 15 percet, késleltetésnek 30 s-ot állítson be! 5. Mérjen ki egy tiszta, száraz, 20 cm 3 -es főzőpohárba 5,00 cm 3 A oldatot és adjon hozzá 2,00 cm 3 ioncserélt vizet! Egy másik száraz kis főzőpohárba mérjen ki 2,00 cm 3 B oldatból! 6. A következőket 30 másodperc alatt kell elvégeznie: 7. Hirtelen mozdulattal öntse az A oldatot a B-hez, és ezzel egy időben indítsa el a mérést (a stoppert, vagy a műszeren, ha van RATE, illetve TimeScan üzemmód, a programot)! Keverje meg az elegyet, öblítse át, majd töltse fel a küvettát, helyezze a műszerbe és zárja le annak fedelét! 8. az abszorbanciát 15 percen keresztül pontosan percenként olvassa le, vagy, ha van lehetőség a készüléken, akkor folyamatosan mérje (RATE, illetve TimeScan üzemmód)! Számítások A percenkénti mérési adatokat foglalja táblázatba, az abszorbanciák mellett a kiszámított koncentrációk is legyenek benne! Készítsen diagramot: a koncentrációkat ábrázolja az idő függvényében! (RATE, illetve TimeScan üzemmód esetén megfelelően módosítva a felvételt, az ordináta automatikus újra skálázásával nyomtassa ki azt!) Számítsa ki a reakciósebességet 3 tetszőlegesen felvett időpillanatban! PETRIK TISZK TÁMOP /1-2F MuSz14_tj.indd :36:14

32 A mérés dokumentálása a jegyzőkönyv tartalmazza: a mérés elvét, vázlatos leírását; a szükséges anyagokat az R- és S-mondatokkal; a szükséges eszközöket, műszert; a mérési beállításokat és adatokat; a számításokat (pontosság, áttekinthetőség); az eredményeket táblázatosan, a mérés pontosságának megfelelően kerekítve. Időpont megjelölése, perc Abszorbancia KMnO 4 koncentráció Reakciósebesség Megjegyzés: A tömény kénsav maró, a KMnO 4 és az etanol mérgező, az egyéni védőeszközök (gumikesztyű, védőszemüveg) használata kötelező. Értékelési szempontok: az eredmény helyessége (pontosság, kerekítés, mértékegység) 60%; a munkavégzés szakszerűsége, biztonsága 10%; a jegyzőkönyv tartalma, áttekinthetősége 10%; a kiértékelés minősége 10%; határidőre való beadás 10%. A házi feladat teljesítése javíthat az érdemjegyen (10%). A szervetlen anyagok között a KMnO 4 az egyik legerősebb színű anyag. A Mn 2+ -ionok kimutatása illetve mérése is ebben a formában történik. Néhány tized mg/dm 3 koncentráció még mérhető így. Házi feladat: Keressen adatot a KMnO 4 elnyelési maximum hullámhosszára, az abszorbanciára (a koncentráció ismeretében), illetve spektrumára! A forrást is jegyezze fel! 32 Műszeres analitika tanulói jegyzet II/14. évfolyam MuSz14_tj.indd :36:15

33 Ellenőrző feladatok 1. Refraktometriás cukortartalom-mérést végeztünk. Az oldatsorozat tagjai 50, 100, 150, 200 és 250 g/dm 3 cukortartalmúak. A törésmutatók rendre: 1,3378; 1,3431; 1,3476; 1,3528 és 1,3571. A víz törésmutatója 1,3332, az üdítőé 1,3492 volt. Hány g/dm 3 a vizsgált üdítő cukortartalma? 2. Színezéktartalmat mértünk fotometriásan. Állítsa a helyes időrendi sorrendbe a műveleteket (a sorszám mellé a művelet betűjelét írja): A) fotométer kikapcsolása, B) ismeretlen kiszámítása a kalibrációból, C) kalibrációs egyenes készítése, D) oldatok abszorbanciáinak mérése, E) oldatsorozat készítése, F) színezék kimérése, G) törzsoldat készítése! cm 3, 10 mg/cm 3 acetontartalmú törzsoldatot kell készíteni. Hány g acetont kell kimérni? 4. Két színezéket mértünk egymás mellett. Mérési adataink a következők: A 11 = 1,100; A 12 = 0,200; A 21 = 0,100; A 22 = 0,800; A m1 = 0,400; A m2 = 0,620. A kalibrálóoldataink (100 cm 3 ) cm 3 színezék törzsoldatból készültek. A vizsgált oldat 100 cm 3 -e hány cm 3 1., illetve 2. színezék törzsoldatból készíthető el? 5. Adjon választ a következő kérdésekre a diagram és a számolások alapján! Milyen módon függ a reakciósebesség a KMnO 4 koncentrációtól? Hogyan változik a koncentráció, illetve a reakciósebesség az idő függvényében? PETRIK TISZK TÁMOP /1-2F MuSz14_tj.indd :36:15

34 Optikai mérések elmélete 2. A témakör célja Ismerje meg az FTIR-mérés alapvető fogalmait. Értse meg a fluoreszcenciás mérés elvét. Tudja a standard addíció és a belső standard fogalmát, alkalmazásának célját. Infravörös spektrometria A molekulát alkotó atomok egymáshoz képest kis amplitúdójú mozgást (rezgés = vibráció, forgás = rotáció) végeznek. Ezeket az elektromágneses sugárzás IR tartománya képes gerjeszteni. Ez azt jelenti, hogy egy adott molekula a ráeső IR sugárzásból a saját rezgéseire jellemző frekvenciájú sugárzást elnyeli, a besugárzó IR spektrumban abszorpciós sáv(ok) jelennek meg. Ilyen mozgások a kötések megnyúlása, összehúzódása, kötésszögek változása, torzulása, a molekula kapcsolódó részeinek kaszáló mozgása, csavarodása stb. Ez a rezgés azonban nem jelenti a molekula elmozdulását, vagyis a molekula tömegközéppontja egy helyben marad. Egy háromtagú atomcsoport néhány vegyérték- és deformációs rezgését szemlélteti az alábbi ábra: szimmetrikus aszimmetrikus ollózó kaszáló torziós bólogató vegyértékrezgések 3.1. ábra. Molekularezgések fajtái deformációs rezgések A gyakorlati spektrometria elsősorban molekulák szerkezetvizsgálatára (minőségi analízis), de menynyiségi analízisre is használható (Lambert Beer-törvény). A szerkezetvizsgálat alapja az, hogy a molekula egyes funkciós csoportjainak függetlenül attól, hogy milyen molekulában fordulnak elő jellemző elnyelési sávjai vannak. Alapvetően vegyértékrezgéseket és deformációs rezgéseket különböztetünk meg. A deformációs rezgések gerjesztéséhez nagyobb energia szükséges, így ezek a sávok a spektrum magasabb hullámszámú tartományában találhatók meg. Készülékek Az első generációs ún. diszperziós készülékek felépítése hasonló a hagyományos spektrofotométerekhez (fényforrás, minta-referencia tér, monokromátor, detektor, erősítő, kijelző). Lényeges különbség, hogy az optikai elemek (küvetták) nem készülhetnek hagyományos üveg-kvarc anyagból, hanem többnyire KBr-kristályból (melyeknél légnedvesség-mentességet kell biztosítani). Ezen készülékek jel/zaj viszonya nem túl jó. Az újabb Fourier-traszformációs spektrométerek működési elve alapvetően más és részletes tanulmányozása túlmutat e jegyzet lehetőségein. Igen röviden: a spektrumot két lépésben kapjuk meg. Az első lépés az ún. interferogram felvétele, majd ezt a második lépésben átalakítjuk spektrummá (az itt nem részletezett) Fourier-traszformációval. A készülék legfontosabb egysége az interferométer. Felfedezője Michelson (1891). A fényforrásból 45 -os beesési szöggel a fényosztóra jut a fénysugár. Ez egy féligáteresztő tükör, mely a fénysugárzás 34 Műszeres analitika tanulói jegyzet II/14. évfolyam MuSz14_tj.indd :36:15

35 kb. 50%-át átengedi egy mozgó tükör felé, a másik 50%-át pedig visszaveri az álló tükörre. A sugarak a mozgó és álló tükörről visszaverődve a fényosztón újra találkoznak és interferálnak a két fényút útkülönbségének megfelelően ábra. Michelson-interferométer A mozgó tükör pillanatnyi helyzetét egy He-Ne lézer segítségével érzékelhetjük. A mai FTIRspektrofotométerek többnyire egysugárutas felépítésűek, tehát a háttér (oldószer) és a minta spektrumát időben egymás után kell felvenni. A hagyományos és FTIR-módszer közötti különbséget egy hasonlattal érzékeltetve úgy lehetne elképzelni, hogy a sugárforrás egy zongora. A diszperziós készülékeknél egyenként ütjük le a billentyűket, egymás után szólalnak meg a hangok. A Fourier-transzformációs készülékben az összes billentyűt egyszerre ütjük le és később, matematikai segédeszközökkel válogatjuk szét a rezonancia-válaszfüggvényt. Az IR spektrumok megfejtése nagy gyakorlatot kíván. A spektrumfejtéssel nem kívánunk részletesen foglalkozni (ma már nagyon megkönnyítik a munkát a számítógépes adatbázisok, minta-spektrumok). Ismerkedésként lássunk az alábbiakban egy egyszerű spektrumot. Hullámszám cm ábra. A toluol IR spektruma (aromás gyűrű 3000; C=C 1600 és 1475 cm-1) A minta többféle módon elkészíthető, különböző anyagok esetén más-más lehet a célszerű. 1. Hagyományos oldat küvettában: az oldószer és a küvetta IR-ben átlátszó legyen (a legjobb oldószer a CCl és a CS ); 4 2 rétegvastagság a küvettában legfeljebb 0,1 mm. PETRIK TISZK TÁMOP /1-2F MuSz14_tj.indd :36:15

36 2. Szilárd hígítás : a szilárd anyagot összedörzsöljük IR-ben átlátszó szilárd anyaggal (pl. KBr-dal) és pasztillázzuk. 3. Vékony fóliát készítünk: oldatból vagy olvadékból, esetleg mechanikai úton (pl. nyújtás). 4. Gázok mérése gázküvettában (átvezetéses feltöltés): a fény úthossz mm, tükrökkel növelhető. A belső standard használata A szilárd minták esetében a pasztillázásos módszernél a kis mintamennyiség (néhány mg) kis pontosságú bemérést, ezáltal pontatlan eredményt ad. A belső standard megoldás a problémára. Minden mintához és standardhez azonos arányban hozzáadunk egy másik anyagot (pl. CaCO 3 mérésnél CaSO 4 2H 2 O-t). Így a mérendő és a belső standard abszorbanciája ugyan függ a beméréstől, de a hányadosuk nem. Ezt az eljárást elterjedten alkalmazzák a kromatográfiában is. Mintafeladat CaCO 3 -ot mértünk belső standard módszerrel. Az alábbi táblázat tartalmazza a mérési adatokat. Egészítse ki a táblázatot, illesszen egyenest a méréshez és számítsa ki a minta CaCO 3 tartalmát! Megoldás 2 2 CaCO 3 % A 1 ( C O 3 ) A 2 ( C O 3 ) A 1 /A ,153 0, ,356 0, ,594 0,552? (minta) 0,486 0,658 CaCO 3 % A 1 ( C ) A 2 ( S ) A 1 /A 2 2 O 3 2 O ,153 0,685 0, ,356 0,523 0, ,594 0,552 1,076? (minta) 0,486 0,658 0, Műszeres analitika tanulói jegyzet II/14. évfolyam MuSz14_tj.indd :36:16

37 Az egyenes egyenlete: y = 0,0213x+0,0205 Megoldva: x = 33,7%. Fluoreszcens spektrometria (Fluorimetria) Fluoreszcencia: az a jelenség, amikor egyes anyagok az elnyelt fény egy részét kisebb energiájú (más színű) fényként visszasugározzák az elnyeléssel csaknem egyidejűleg ( s-on belül). A fluoreszcencia jelensége régen ismert. (A késleltetett fénykibocsátás [akár több s vagy min] a foszforeszcencia.) Az elnyelt fény része (általában kisebb hányada) hővé alakul, a többi fényként távozik. Ha az anyag UV fényt nyelt el és a látható tartományban sugároz, olyan, mintha világítana. Hétköznapjainkból is ismerősek ezek az anyagok: ilyen a fénycső belső oldalán lévő fénypor, a szövegkiemelésre használt tollak festékanyaga, az optikai fehérítők (mosószerben) és a bankjegyek UV-fényben látszó jelzései (biztonsági elemei). A fluoreszkáló anyagok érzékenyen és szelektíven mérhetőek, hiszen a szokásos elnyelési hullámhossz-maximum mellett a kibocsátási hullámhossz-maximum is jellemző az anyagra (ld. ábra). PETRIK TISZK TÁMOP /1-2F MuSz14_tj.indd :36:16

38 3.4. ábra. A kinin elnyelési (piros vonal) és kibocsátási (sárga vonal) spektruma 3.5. ábra. A fluoriméter vázlata Jelmagyarázat: M 1 = gerjesztő fény monokromátora, K = küvetta, M 2 = kibocsátott fény monokromátora, D = detektor, E+K = erősítő + kijelző A fluoreszcens fénysugárzás intenzitása arányos a besugárzó fény intenzitásával, az okozott abszorpcióval és a koncentrációval. Egy adott emissziós hullámhosszon a kibocsátott fény intenzitása a következőképpen írható fel: I = k I 0 ε c, ahol c: a minta koncentrációja, ε: az elnyelés (besugárzás) hullámhosszán érvényes moláris abszorpciós koefficiens, I 0: a besugárzó monokromatikus fény intenzitása, k: pedig arányossági tényező (a küvettára és a műszerre jellemző állandókat és a vizsgálandó vegyület ún. kvantumhasznosítását összegzi). A standard addíció használata A standard addíció a szokásos kalibráció helyett használható módszer. A mintához a mérendő anyagból ismert (mért) mennyiséget hozzáadunk, így tudjuk, mennyivel nő a koncentráció. Olyankor előnyös az alkalmazása, ha összetett, sokféle anyagot tartalmazó mintánk van. Kiértékelés: a kalibrációs egyenes az x tengely negatív tartományában kimetszi az eredményt. 38 Műszeres analitika tanulói jegyzet II/14. évfolyam MuSz14_tj.indd :36:16

39 3.6. ábra. A standard addíció kiértékelése Ellenőrző feladatok 1. Milyen lényeges különbség van az IR valamint az UV és VIS spektrumok keletkezése (a létrehozó folyamatok) között? UV VIS:... IR: Mi az eltérés a hagyományos és az FTIR spektrométerek között? 3. Mire jó a belső standard? Mi a használatának elvi alapja? PETRIK TISZK TÁMOP /1-2F MuSz14_tj.indd :36:16

40 4. Hogyan lehet a különböző halmazállapotú anyagokból mintát készíteni? Szilárd:... Folyékony:... Gáz: Mire használható az IR spektrum? Írjon néhány felhasználást! 6. Mi a fluoreszcencia? Miért szelektív és érzékeny módszer a fluorimetria? 40 Műszeres analitika tanulói jegyzet II/14. évfolyam MuSz14_tj.indd :36:17

41 7. Mi a standard addíció lényege? Milyen esetekben előnyös az alkalmazása? Az ebben a fejezetben tanult ismereteket használjuk az optikai mérések 2. ciklus során. A tananyag megtalálható a szakirodalom-jegyzék 1. pontja alatti könyvben. Standard addíció a 42., illetve IR spektrometria a oldalakon: Sőre, Tihanyi, Vámos (1999): Laboratóriumi gyakorlatok, Budapest: Képzőművészeti Kiadó. PETRIK TISZK TÁMOP /1-2F MuSz14_tj.indd :36:17

42 Fotometriás módszer validálása A témakör célja Ismerje meg a validálás alapfogalmait, szükségességét. Értse a validálási fogalmak közötti összefüggéseket. Tudja a tanult fogalmakat, összefüggéseket önállóan használni validálási részfeladat megtervezésére. A tanítási egységet befejező tanuló rendelkezzen olyan szakmai készségekkel, képességekkel, szakmai ismeretekkel, attitűdökkel, kompetenciákkal, amelyek lehetővé teszik, hogy validálási részfeladatot végezzen. A validálás fogalma Az analitikai laboratóriumokkal szemben támasztott igények megkövetelik, hogy a laboratóriumok mérési eredményei: megbízhatóak, ellenőrizhetőek és visszakereshetőek legyenek (dokumentálás!). A validálás egy eljárás, amiben a tanulmányozzuk a módszer teljesítmény-jellemzőit és igazoljuk, hogy a módszer alkalmas az adott analitikai alkalmazásra. Mikor van szükség validálásra? Validálásra a következő esetekben lehet szükség: új módszer bevezetése, meglévő módszer adaptációja, szabványmódszer kiterjesztése (más anyag, mátrix), eszközvásárlás, másik műszer, új analitikus akkreditáció. Az analitikai eljárás célja a validálás jellemzőinek megbecsülése. Az analitikai módszer teljesítményjellemzői A tipikus validálási jellemzők a következők (zárójelben az angol kifejezés): pontosság (Accuracy); precizitás (Precision); ismételhetőség (Repeatability); kibővített ismételhetőség (Intermediate Precision); reprodukálhatóság (Reproducibility); szelektivitás (Selectivity), specifikusság (Specificity), azonosság (Identity); kimutatási határ (Detection Limit); 42 Műszeres analitika tanulói jegyzet II/14. évfolyam MuSz14_tj.indd :36:17

43 meghatározási határ (Quantitation Limit); mérési tartomány (Range); linearitás (Linearity); robosztusság, állékonyság (Robustness); visszanyerési tényező (Recovery). Pontosság, helyesség (Accuracy, Trueness) A hétköznapi szóhasználatban gyakran keveredik a pontosság és a precizitás fogalma. A két dolog a szaknyelvben mást jelent. A különbséget szemlélteti a következő ábra: Precíz, de pontatlan Pontos, de nem precíz Nem precíz, nem pontos Precíz és pontos A mért és a névleges (elfogadott, vagy megállapodás szerinti hiteles) érték % os eltérését tekintjük a mérési eljárás pontosságának, helyességének. A referenciaanyag igazolt koncentrációjának és a mért koncentrációnak az eltérését az igazolt koncentráció százalékában megadva kapjuk a pontosságot. A pontosság megállapításához tanácsos legalább 9 meghatározást végezni, minimum 3 koncentráció értéken, ami lefedi a vizsgált tartományt (pl. 3 koncentráció, a teljes analitikai eljárás 3 3 ismétlésével). Mintafeladat 1. Határozza meg a pontosságot a következő adatok alapján! Töltse ki a táblázat üres részeit és döntsön, hogy megfelel-e, ha a követelmény rsd 2%! Ügyeljen az előjelekre! Tényleges koncentráció [mg/ Eredmények dm 3 ] átlag 0,500 Mért [mg/dm 3 ] 0,489 0,512 0,509 0,506 0,504 0,504 Eltérés [mg/dm 3 ] Eltérés [%] 0,800 Mért [mg/dm 3 ] 0,791 0,798 0,816 0,788 0,797 0,798 Eltérés [mg/dm 3 ] Eltérés [%] 1,100 Mért [mg/dm 3 ] 1,099 1,103 1,125 1,099 1,106 1,106 Eltérés [mg/dm 3 ] Eltérés [%] PETRIK TISZK TÁMOP /1-2F MuSz14_tj.indd :36:17

44 Megoldás A kitöltött táblázat: Tényleges koncentráció [mg/ Eredmények dm 3 ] átlag 0,500 Mért [mg/dm 3 ] 0,489 0,512 0,509 0,506 0,504 0,504 Eltérés [mg/dm 3 ] 0,011 0,012 0,009 0,006 0,004 0,004 Eltérés [%] 2,2 2,4 1,8 1,2 0,8 0,8 0,800 Mért [mg/dm 3 ] 0,791 0,798 0,816 0,788 0,797 0,798 Eltérés [mg/dm 3 ] 0,009 0,002 0,016 0,012 0,003 0,002 Eltérés [%] 1,1 0,3 2,0 1,5 0,4 0,3 1,100 Mért [mg/dm 3 ] 1,099 1,103 1,125 1,099 1,106 1,106 Eltérés [mg/dm 3 ] 0,001 0,003 0,025 0,001 0,006 0,006 Eltérés [%] 0,1 0,3 2,5 0,1 0,6 0,6 A pontosság megfelelő. Precizitás, ismételhetőség és reprodukálhatóság A precizitás az azonos, homogén minták mérése közti különbséget fejezi ki. Jellemző értékként a mérések szórását használják. Az ismételhetőség és a reprodukálhatóság különböző körülmények között végzett méréseket jellemeznek. Ismételhetőség: az azonos körülmények (azonos hely, analitikus, műszer, beállítások) közt rövid időn belül mért értékek eltérése. Az ismételhetőség megállapításához: legalább 9 meghatározást kell végezni, lefedve a vizsgált tartományt, pl. 3 koncentráció, a teljes analitikai eljárás 3 3 ismétlésével vagy 6 meghatározást a vizsgálatnak megfelelő 100% koncentrációnál. Reprodukálhatóság: egyforma, szabványosított, standardizált módszer, de másik laboratóriumban, így más analitikus, műszer, beállítások mellett, lehet hosszú idő múlva a mérés. 44 Műszeres analitika tanulói jegyzet II/14. évfolyam MuSz14_tj.indd :36:17

45 Kiterjesztett ismétlőképesség (Intermediate precision): az egy laboratóriumon belüli változásokat fejezi ki különböző nap, más analitikus, más műszer, felszerelés. Ha csak az eltérő napok hatását szeretnénk tudni, szokásos vizsgálata: egy hétig vagy nem folyamatos munkarend esetén 5 napig minden nap az aznap készített 3 különböző (a vizsgált tartományt lefedő) koncentrációjú standard mérése 1 ismétléssel. Mintafeladatok 2. Határozza meg az ismétlőképességet a következő adatok alapján! Töltse ki a táblázat üres részeit és döntsön, hogy megfelel-e, ha a követelmény rsd 2%! Koncentráció [mg/dm 3 ] Mérési eredmények [mg/dm 3 ] átlag szórás rsd [mg/dm 3 ] [mg/dm 3 ] [%] 0,500 0,4894 0,5122 0,5094 0,5060 0,5040 0,800 0,7910 0,7976 0,8157 0,7878 0,7969 1,100 1,0986 1,103 1,1248 1,0993 1,1064 Megoldás A kitöltött táblázat: Koncentráció [mg/dm 3 ] átlag szórás rsd [mg/dm 3 ] [mg/dm 3 ] [%] 0,500 0,5042 0,0089 1,77 0,800 0,7978 0,0108 1,35 1,100 1,1064 0,0108 0,98 A relatív szórás mindhárom koncentráció esetében kisebb 2 %-nál, tehát megfelel. 3. Határozza meg a kiterjesztett ismétlőképességet a következő adatok alapján! Töltse ki a táblázat üres részeit és döntsön, hogy megfelel-e, ha a követelmény rsd 3% Koncentráció Mérési eredmények [mg/dm 3 ] átlag szórás rsd [mg/dm 3 ] [mg/dm 3 ] [mg/dm 3 ] [%] 0,500 0,4852 0,4780 0,5084 0,4902 0,4894 0,800 0,7878 0,8190 0,8124 0,7752 0,7982 1,100 1,0993 1,1207 1,1220 1,0546 1,0988 Megoldás A kitöltött táblázat: Koncentráció átlag szórás rsd [mg/dm 3 ] [mg/dm 3 ] [mg/dm 3 ] [%] 0,500 0,4903 0,0112 2,24 0,800 0,7985 0,0178 2,23 1,100 1,0991 0,0273 2,48 A relatív szórás mindhárom koncentráció esetében kisebb 3%-nál, tehát megfelel. PETRIK TISZK TÁMOP /1-2F MuSz14_tj.indd :36:18

46 Szelektivitás, specifikusság, azonosság A szelektivitás azt jellemzi, hogy a módszer, ami több alkotót is mér, mennyire képes azok között különbséget tenni. A zavaró összetevő növelheti, csökkentheti, vagy torzíthatja a jelet. A zavaró hatásokat a mátrixkomponenseknek a kalibrálóoldathoz adásával tanulmányozhatjuk. Specifikus az a módszer, ami csak az adott komponenst méri, azaz teljesen szelektív. Azonosság: a jel csak a meghatározandó anyagtól származik, nem valami ahhoz fizikailag vagy kémiailag hasonló anyagtól. Kimutatási határ (Detection Limit), meghatározási határ (Quantitation Limit) Kimutatási határ az a legalacsonyabb mennyiség vagy koncentráció, amit az analitikai eljárás érzékelni képes (tehát meg tud különböztetni a vakmintától), de mennyiségileg meghatározni már nem. Általában az a legkisebb koncentráció, amire kapott jel értéke a vakmintára kapott átlagos jeltől a vakminta szórásának (ezt tekintjük zajnak) háromszorosával különbözik. A méréshez 10 független vakmintát készítünk. Mérjük az ezekre kapott jelet! Számítsuk a jel szórását, ebből és a kalibrációs függvény meredekségéből (érzékenység) a képlet szerint számoljuk a kimutatási határt: svak cl = 3, ahol c S L : a kimutatási határ, s vak : a vakmintára kapott jel szórása, S: az érzékenység (nem lineáris függvénynél a 0 koncentrációnál). Az így meghatározott kimutatási határnál mérve 33% relatív szórásra számíthatunk. Meghatározási határ az a legalacsonyabb mennyiség vagy koncentráció, amit az analitikai eljárás mennyiségileg meghatározni képes, a megadott precizitással (relatív szórással). Általában a 10% a maximális szórás, amit elfogadnak. Ha a jel a koncentráció lineáris függvénye és a szórás nem változik (szűk tartományban elfogadható feltételezés), akkor a meghatározási határ az a legkisebb koncentráció, amire kapott jel értéke a vakmintára kapott átlagos jeltől a vakminta szórásának tízszeresével különbözik. A kimutatási határ mérésekor kapott adatok felhasználásával számítjuk a képlet alapján: 10 s vak c Q= ahol S C Q : a meghatározási határ, s vak : a vakmintára kapott jel szórása, S: az érzékenység (nem lineáris függvénynél a 0 koncentrációnál). 46 Műszeres analitika tanulói jegyzet II/14. évfolyam MuSz14_tj.indd :36:18

47 Az így meghatározott kimutatási határnál mérve 10% relatív szórásra számíthatunk. Mintafeladat 4. Határozzuk meg a kimutatási és a meghatározási határt! A kalibrációs görbe függvénye: A = 0,0104 c 2 +0,2207 c, a vakpróba szórása 0,0007. Megoldás A kalibrációs görbe függvénye alapján az érzékenység c = 0-nál: S = 0,2207/(mg/l). 0,0095 mg/l 0,032 mg/l Mérési tartomány, lineáris tartomány Mérési tartomány: az a koncentráció-tartomány, amin belül a mérés a kívánalmaknak megfelelő minőségben végezhető. A mérésnél alkalmazható tartomány kiválasztása többféle módon történhet: Érzékenység változása alapján, azt a koncentrációt fogadjuk el a tartomány felső határának, aminél az érzékenység a kezdeti érték meghatározott részére (pl. felére vagy harmadára) csökken. A szórások alapján, azt a tartományt választjuk, amin belül a szórás nem nagyobb, mint az elvárás. A lineáris tartomány az egyenes illesztés minősége alapján is megítélhető, de pontosabb, megbízhatóbb eredményt adnak az erre a célra használható próbák, amelyekkel itt nem foglalkozunk. Mintafeladatok 5. Határozzuk meg a mérési tartományt a következő kalibrációs görbe alapján! PETRIK TISZK TÁMOP /1-2F MuSz14_tj.indd :36:18

48 A felső határ az az érték legyen, ahol az érzékenység a kezdetinek a felére csökken! Megoldás A kalibrációs görbe (másodfokú polinom) differenciál-hányados függvénye: (A = 0, ,0104 c). Az érzékenység ebből számítható. A kezdeti érzékenység A (0) = 0,2207. A fele érzékenység: A (c 1 ) = 0,11035 Eredmény: c 1 = 5,30 mg/dm Határozzuk meg a mérési tartományt a következő mérési adatok alapján! Rajzoljon szórásgörbét a koncentráció függvényében (célszerű a logaritmikus lépték)! Válassza ki a megfelelő tartományt, ha az elvárás max. 3% szórás! konc. rsd % konc. rsd % konc. rsd % 0,003 nem ért. 0,300 1,80 2,000 2,0 0, ,500 1,77 3,000 3,5 0, ,800 1,35 5, , ,100 0,98 7, ,100 3,0 1,500 1,20 10, Megoldás 0,1 3,0 mg/l a megfelelő. Robosztusság, állékonyság (Robustness) Azt mutatja meg, hogy a módszer mennyire tűri a zavaró hatásokat; a mérési paraméterek (pl. ph, ionerősség, hőmérséklet stb.) megváltoztatása mennyire befolyásolja a kapott jel nagyságát. Célszerű a módszerfejlesztés korai szakaszában elvégezni. Visszanyerési tényező (Recovery) Környezeti mérések során gyakran nem tudjuk a jelenlévő anyag teljes mennyiségét mérni (pl. kioldási, extrakciós veszteség, anyag visszamarad a mátrixban), ezért a visszanyerés hatásfokát az adott körülményekre meg kell mérni. 48 Műszeres analitika tanulói jegyzet II/14. évfolyam MuSz14_tj.indd :36:19

49 Visszanyerési tényező: az az arány, ami megmutatja, hogy a mintában lévő mérendő anyag hányadrészét (vagy hány %-át) tudjuk megmérni. R: a visszanyerés; c i : mért érték; c ref : várt érték. c R = c i ref, ahol A várt értéket irodalmi adatok, vagy a hozzáadott (spike, surrogate standard) anyagok mennyisége adja. Mintafeladat 7. Egy talajminta két, egyenként 1,5 g-os részletét vizsgáltuk. Az egyikből készített 100 cm 3 talajkivonatban 0,8 mg/l vastartalmat mértünk. A másik részlethez hozzáadtunk 0,5 cm 3 0,2 mg/cm 3 vastartalmú oldatot. A talajkivonatot abból is 100 cm 3 -re töltöttük fel. Ebben az oldatban 1,7 mg/l vastartalmat mértünk. Számítsa ki a talaj vastartalmát (ppm = mg/kg) és a visszanyerési tényezőt! Megoldás Az első részletből készült 100 cm 3 -ben volt 0,08 mg Fe. A második részlethez adtunk 0,5 cm 3 0,2 mg/cm 3 = 0,1 mg vasat. A második részletből készült 100 cm 3 -ben volt 0,17 mg Fe. Ez 0,09 mg-mal több, mint az első, tehát a hozzáadott 0,1 mg vasból ennyit sikerült visszanyerni. A visszanyerés 0,9, azaz 90%. c R = c i ref 0, 09 mg = 0, 1 mg = 0,9 PETRIK TISZK TÁMOP /1-2F MuSz14_tj.indd :36:19

50 Ellenőrző feladatok 1. Hogyan merült fel az igény a validálásra? 2. Mit jelent a validálás? 3. Soroljon fel néhány validálási jellemzőt! 4. Állítsa párba a magyar és angol elnevezéseket! Írja az üres mezőbe az angol kifejezés megfelelő betűjelét! 1. Kimutatási határ a) Accuracy 2. Mérési tartomány b) Detection Limit 3. Pontosság c) Range 4. Visszanyerési tényező d) Recovery 5. Mi a különbség a pontosság és a precizitás között? 50 Műszeres analitika tanulói jegyzet II/14. évfolyam MuSz14_tj.indd :36:19

51 6. Mit tud mondani a következő három adathalmaz a pontosságáról és precizitásáról? a) b) c) a)... b)... c) Mi a különbség az ismételhetőség és a reprodukálhatóság között? 8. Állítsa növekvő sorrendbe a következőket: kiterjesztett ismételhetőség, reprodukálhatóság, ismételhetőség! Válaszát indokolja! 9. Mit jelent a kimutatási határ? Miért a szórás 3-szorosát választották? PETRIK TISZK TÁMOP /1-2F MuSz14_tj.indd :36:19

52 10. Egy mérés érzékenysége S = 0,185/(mg/l), a vakpróba szórása 0,0009. Hány mg/l a meghatározási határ? (0,049 mg/l) 11. Hogyan lehet a mérési tartományt meghatározni? a)... b) Egy talajminta két, egyenként 1 g-os részletét vizsgáltuk. Az egyikből készített 100 cm 3 talajkivonatban 1 mg/l vastartalmat mértünk. A másik részlethez hozzáadtunk 0,4 cm 3 0,2 mg/ cm 3 vastartalmú oldatot. A talajkivonatot abból is 100 cm 3 -re töltöttük fel. Ebben az oldatban 1,7 mg/l vastartalmat mértünk. Számítsa ki a visszanyerési tényezőt! (0,88) 52 Műszeres analitika tanulói jegyzet II/14. évfolyam MuSz14_tj.indd :36:19

53 Optikai mérések gyakorlat 2. ciklus A témakör célja Mérések, gyakorlatok végzése: a FTIR spektrofotometriás és fluorimetriás mérések köréből ismerje a műszerek működését és képes legyen használni azokat, belső standard és standard addíció alkalmazása, hogy ismerjen és tudjon használni kevéssé általános mérési módokat. Mérési adatok feldolgozása, eredmény értékelése. Validálási részfeladat végzése. Ezzel a tevékenységgel szerzett tudás készíti fel egy általános laboratóriumi mérés (vegyipari munkahelyen) végzésére, annak dokumentálására. A tanítási egységet befejező tanuló rendelkezzék olyan szakmai készségekkel, képességekkel, szakmai ismeretekkel, attitűdökkel, kompetenciákkal, amelyek lehetővé teszik, hogy az igényesebb, összetettebb optikai méréseket egyedül vagy csoportban szakszerűen elvégezze, a mérést kiértékelje és dokumentálja. A második ciklus során 6 mérést kell elvégezni és egy elmaradt vagy rosszul sikerült mérés pótlására van mód. PETRIK TISZK TÁMOP /1-2F MuSz14_tj.indd :36:19

54 7. gyakorlat Csapadékminta ph-jának fotometriás meghatározása Feladat Egy iskola környezetvédő szakköre csapadékminták ph-ját kívánja vizsgálni. Az Ön feladata, hogy egy egyszerű fotometriás módszert ellenőrizzen. Információs lap A gyakorlat elvégzésére rendelkezésére álló idő: 3 óra (3x45 perc). A beadás határideje: legkésőbb a következő alkalom (általában jövő hét). Szükséges anyagok: metilvörös-indikátor, pufferoldatok ph = 4,2 és ph = 5,5. Szükséges eszközök: 100 cm 3 -es mérőlombikok, büretta, fogóval, állvánnyal, spektrofotométer látható tartományban, üveg vagy műanyag küvetta. A mérés elve: két alkalmas hullámhosszon mérve az indikátor két formájának (savas és lúgos) koncentrációja egymás mellett meghatározható (két ismeretlenes egyenletrendszer), ebből a ph számítható. Vizsgálandó minta: névvel ellátott 100 cm 3 -es mérőlombikot beadunk. A visszakapott lombik tartalmából 20,0 cm 3 -t főzőpohárba töltünk, hozzáadunk bürettából 1,0 cm 3 indikátoroldatot. A vizsgálat menete 1. Két külön kalibrálóoldatot készítsen: az indikátorból bürettával mérjen ki 5,0 5,0 cm 3 -t egy-egy 100 cm 3 -es mérőlombikba és a ph = 4,2 illetve a ph = 5,5 pufferoldattal töltse jelig, homogenizálja! 2. Három további ismert ph-jú pufferoldattal (pl. ph = 4,4, ph = 4,7 és ph = 5,0) is ugyanezt tegye (5,0 5,0 cm 3 indikátort lombikban 100 cm 3 -re töltsön a pufferrel)! 3. Kapcsolja be a fotométert és bemelegedés után a műszer leírása segítségével végezze el a mérést! 4. A küvettába ioncserélt vizet töltve a látható tartományban ( nm) vegyen fel alapvonalat! 5. vegye fel a ph = 4,2 indikátor spektrumát, keresse meg rajta az elnyelési maximumot, olvassa le és jegyezze fel a hullámhosszat (λ 1 ) és az abszorbanciát (A 11 ), majd a spektrumot mentse el! 6. vegye fel a ph = 5,5 indikátor spektrumát, keresse meg rajta az elnyelési maximumot olvassa le és jegyezze fel a hullámhosszat (λ 2 ) és az abszorbanciát (A 22 ), olvassa le és jegyezze fel a ph = 4,2 indikátor elnyelési maximumánál (λ 1 ) is az abszorbanciát (A 21 )! 7. töltse vissza a ph = 4,2 indikátor spektrumát, olvassa le és jegyezze fel a ph = 5,5 indikátor elnyelési maximumánál (λ 2 ) is az abszorbanciát (A 12 )! Ezzel a kalibráció kész. 8. az ismeretlen(ek) spektrumát is vegye fel és a spektrumról a λ 1 és λ 2 hullámhossznál (ez nem feltétlenül az elnyelési maximumnál lesz!) olvassa le és jegyezze fel az abszorbanciákat (A m1 és A m2 )! 9. A készüléket kapcsolja ki, a küvettát és a többi eszközt megtisztítva tegye el! 54 Műszeres analitika tanulói jegyzet II/14. évfolyam MuSz14_tj.indd :36:20

55 Számítások A két különböző ph értéken (esetünkben ph = 4,2 és ph = 5,5) felvett spektrum leolvasott abszorbancia értékeiből hányadost képezünk (h 1 = A 11 /A 12 és h 2 = A 21 /A 22 ). A minta abszorbancia értékeiből is hányadost képezünk ( A m1 /A m2 ). Az adatainkból táblázatot készítünk, a rovatokba a megfelelő számértékek kerülnek: ph λ λ 1 (ph = 4,2 elny. max.) λ 2 (ph = 5,5 elny. max.) hányados 4,2 A 11 A 12 h 1 = A 11 /A 12 5,5 A 21 A 22 h 2 = A 21 /A 22 ismeretlen A m1 A m2 h m = A m1 /A m2 A kalibrálóoldatok ph értékeit (esetünkben ph = 4,2 és ph = 5,5) ábrázoljuk a hányadosok függvényében logaritmikus skálát használva! Kézi egyenes illesztés esetén (mm-papír), a leolvasás grafikusan történik! Ha számítógépes programmal (pl. MS Excel) végezzük, elsőfokú (egyenes) trendvonalat illesszünk, írassuk ki az egyenletet! Ebben az esetben az eredményt az egyenes egyenletéből számítjuk (vagy a programmal számíttatjuk) ki. A mérés dokumentálása a jegyzőkönyv tartalmazza: a mérés elvét, vázlatos leírását; a szükséges anyagokat az R- és S-mondatokkal; a szükséges eszközöket, műszert; a mérési beállításokat és adatokat; a számításokat (pontosság, áttekinthetőség); az eredményeket táblázatosan, a mérés pontosságának megfelelően kerekítve. Minta megnevezése Minta megnevezése A minta vizsgálat szerinti ph-ja A spektrumokat és a diagramot mellékelje a jegyzőkönyvhöz. Megjegyzés: A vegyszerekkel végzett munkák során, egyéni védőeszköz (gumikesztyű, szemüveg) használata kötelező. A mérés hordozható LED fotométerrel is végezhető, a ph = 4,2 és ph = 5,5 indikátor vizsgálatát végezhetjük laboratóriumban, a helyszínen már csak a csapadékminta két hullámhosszon (két LED-del) való mérése szükséges. Értékelési szempontok az eredmény helyessége (pontosság, kerekítés, mértékegység) 60%; a munkavégzés szakszerűsége, biztonsága 10%; a jegyzőkönyv tartalma, áttekinthetősége 10%; a kiértékelés minősége 10%; határidőre való beadás 10%. A házi feladat teljesítése javíthat az érdemjegyen (10%). A csapadékok ph-ja fontos adat. ph < 5,5 esetén beszélünk savas csapadékról. A savas csapadék károkat okozhat a természetes és az épített környezetben. Házi feladat: Nézzen utána a szakirodalomban, milyen indikátorok jöhetnek szóba a mérni kívánt tartományban (ph = 3 6)! Jegyezze fel az adatokat és a forrást! PETRIK TISZK TÁMOP /1-2F MuSz14_tj.indd :36:20

56 8. gyakorlat Minta CaCO 3 tartalmának meghatározása belső standard kalibrációval, ir spektrometriásan Feladat Egy laboratóriumban porminták összetételét vizsgálják. A Ön feladata porfesték minták CaCO 3 tartalmának mérése IR spektrometriásan, belső standard alkalmazásával. Információs lap A gyakorlat elvégzésére rendelkezésére álló idő: 3 óra (3 45 perc). A beadás határideje: legkésőbb a következő alkalom (általában jövő hét). Szükséges anyagok: standard, ismert CaCO 3 -tartalmú anyagok (pl. 10, 30 és 50%), ezek készen vannak, KBr. Szükséges eszközök: analitikai mérleg, dörzsmozsár, FTIR spektrométer, pasztillázó. A mérés elve: a többkomponensű keverék összetevőinek abszorbanciáját a vizsgált két anyagra jellemző (infravörös spektrumú) elnyelési helyeken mérjük. A meghatározandó kalcium-karbonát abszorbanciáit a belső standardként használt (a mintában, illetve a standardokban azonos mennyiségben lévő) kalcium-szulfát abszorbanciához viszonyítjuk. Ezzel a pasztillakészítés során fellépő pontatlanságokból eredő hibákat kiküszöböljük. Vizsgálandó minta: a névvel ellátott, tiszta, száraz bemérőedénybe kiadott porminta. A vizsgálat menete 1. az ismert kalcium-karbonát tartalmú porkeverékekből külön-külön mérje ki a megadott mennyiséget analitikai mérlegen, a szükséges (általában szoros) mennyiségű KBr-ot mindegyikhez mérje hozzá! 2. Mozsárban gondosan dörzsölje el, ezek lesznek a kalibrálókeverékek! 3. A mintá(ka)t is így kell előkészíteni. 4. Készítsen egy hátteret is, ez csak KBr-ot tartalmaz hasonló mennyiségben! 5. Mindegyikből készítse el a pasztillát (1 háttér, 3 standard és a minták)! 6. A pasztillatartóba tegye a hátteret, helyezze be a készülékbe! Vegye fel a hátteret! 7. A továbbiakban egymás után vegye fel a standard pasztillák és a minták spektrumát! 8. minden spektrumban keresse meg a karbonátra jellemző 875 cm 1 körüli és a szulfát-ionra jellemző 602 cm 1 körüli hullámszámú csúcsot! 9. A kiválasztott csúcsok magasságát (az abszorbanciát) olvassa le, jegyezze fel! Számítások A standardok értékeiből készítse el a következő táblázatot, a rovatokba a megfelelő számértékek kerüljenek: 2 2 CaCO 3 % A 1 ( C O 3 ) A 2 ( S O 4 ) A 1 /A ismeretlen A két hullámszámon mért abszorbanciák hányadosa az összetétellel egyértelmű összefüggésben van. A függvényt egyenessel közelítse, az ismeretlen összetételét abból számítsa! Kézi egyenes illesztés esetén (mm-papír), a leolvasás grafikusan történik. Ha számítógépes programmal (pl. MS Excel) végezzük, elsőfokú (egyenes) trendvonalat illesszünk, írassuk ki az egyenletet és az R2 értékét is! Ebben az esetben az eredményt az egyenes egyenletéből számítjuk (vagy a programmal számíttatjuk) ki. Lehetséges, hogy az FTIR saját szoftvere elvégzi ezt nekünk így, vagy esetleg csúcs alatti területek használatával. 56 Műszeres analitika tanulói jegyzet II/14. évfolyam MuSz14_tj.indd :36:20

57 A mérés dokumentálása a jegyzőkönyv tartalmazza: a mérés elvét, vázlatos leírását; a szükséges anyagokat az R- és S-mondatokkal; a szükséges eszközöket, műszert; a mérési beállításokat és adatokat; a számításokat (pontosság, áttekinthetőség); az eredményeket táblázatosan, a mérés pontosságának megfelelően kerekítve. A minta megnevezése, jele 1. A minta elemzés szerinti CaCO 3 tartalma Az minta gyártási bizonylatában szereplő CaCO 3 - tartalom Eltérés %-a 2. A spektrumokat és a diagramot mellékelje a jegyzőkönyvhöz. Megjegyzés: A standard és a mintaanyagok is már tartalmazzák a belső standard anyagot (CaSO 4 2 H 2 O), hogy a mérés az időkereten belül elvégezhető legyen. Az igazi méréseknél azt is a mérést végző, előkészítő személy keveri hozzá. A méréshez használt anyagok, vegyszerek kevéssé veszélyesek, de poruk belégzése kerülendő. Értékelési szempontok az eredmény helyessége (pontosság, kerekítés, mértékegység) 60%; a munkavégzés szakszerűsége, biztonsága 10%; a jegyzőkönyv tartalma, áttekinthetősége 10%; a kiértékelés minősége 10%; határidőre való beadás 10%. A házi feladat teljesítése javíthat az érdemjegyen (10%). A módszer alkalmas különböző minták (pl. kőzet, ásvány, festék, cement) CaCO 3 tartalmának meghatározására. Házi feladat: A szakirodalomban (írott vagy internet) fellelhető spektrumok alapján állapítsa meg, lehetne-e más hullámszám(ok)on végezni a mérést! A hullámszám(ok)on kívül a forrást is jegyezze fel! PETRIK TISZK TÁMOP /1-2F MuSz14_tj.indd :36:21

58 9. gyakorlat Vas meghatározása tiocianátos módszerrel spektrofotometriásan, standard addícióval Feladat A laboratóriumban, ahol dolgozik, talajmintákat elemeznek. Az Ön feladata a talajminták híg savban oldódó vastartalmának meghatározása spektrofotometriásan standard addícióval. Információs lap A gyakorlat elvégzésére rendelkezésére álló idő: 3 óra (3 45 perc). A beadás határideje: legkésőbb a következő alkalom (általában jövő hét). Szükséges anyagok: vas törzsoldat (0,2 mg Fe 2+ /cm 3 ), vas munkaoldat (20 µg Fe 2+ /cm 3 ), 200 g/l KSCN oldat, 0,1 mol/ dm 3 -es HCl, cc. HNO 3, 5 %-os H 2 O 2, ioncserélt víz, szűrőpapír. Szükséges eszközök: bemérőedény, analitikai mérleg, szárítószekrény, 50 és 100 cm 3 -es mérőlombikok, tölcsérek, szűrőkarika, állvány, automata pipetta, pipetta, üveg vagy műanyag küvetta, spektrofotométer. A mérés elve: A vasionok háromértékű formája rodanid (tiocianát) ionnal sötétvörös komplexet alkot: Fe SCN [Fe(SCN) 6 ]3 Ennek abszorbanciája a látható tartományban található elnyelési maximumán arányos az oldat vas(iii)-ion tartalmával. Vizsgálandó minta: egy tiszta, száraz, névvel ellátott, bemérőedényt analitikai mérlegen mérjen le, adja be talajmintáért. A vizsgálat menete: 1. a visszakapott bemérőedényt (csukott fedéllel) analitikai mérlegen mérje le, a tömeget jegyezze fe! A mintát keverje meg vegyszeres kanállal, és kb. a felét vigye át egy főzőpohárba, néhány cm 3 ioncserélt vízzel a kanalat öblítse bele! 2. a bemérőedényt a minta maradékával (csukott fedéllel) ismét mérje le, a tömeget jegyezze fel, majd (nyitott tetővel) tegye be szárítószekrénybe száradni 105 C-ra! 3. a minta főzőpohárba került részét kb. 25 cm 3 0,1 mol/dm 3 -es HCl-oldattal keverje fel, hagyja ülepedni! Az oldat tisztáját szűrőpapíron szűrje egy 100 cm 3 -es mérőlombikba! A sósavas mosást ülepítést szűrést további kétszer cm 3 -rel végezze el! A mérőlombikba 10 csepp cc. HNO 3 -at, 1,0 cm 3 5%-os H 2 O 2 -ot és 5,0 cm 3 tiocianát-oldatot adjon, majd ioncserélt vízzel töltse jelig! Ez a mintaoldat. 4. Öttagú oldatsorozatot készítsen: 0; 1,0; 2,0; 3,0 illetve 4,0 cm 3 munkaoldatot mérjen automata pipettával egy-egy 50 cm 3 -es mérőlombikba! Mindegyikbe pipettázzon 10,0 cm 3 az előző pont szerint előkészített mintaoldatot, majd ioncserélt vízzel állítsa jelre és homogenizálja! 5. a spektrofotométert kapcsolja be, bemelegedés után a kezelési útmutató segítségével végezze el a mérést! 6. A küvettába desztillált vizet töltve a készüléket 500 nm hullámhosszra állítva nullázza! 7. az oldatsorozat tagjainak abszorbanciáját ugyanezen a hullámhosszon mérje, az adatokat jegyezze fel vagy nyomtassa ki! 8. A készüléket kapcsolja ki, a küvettát és a többi eszközt megtisztítva tegye el! 9. a szárítószekrényből kivett talajminta (másik rész) tömegét mérje meg és jegyezze fel a tömegállandóság elérése után! Számítások: A mérési adataiból készítsen standard addíciós diagramot, vízszintesen a koncentráció-növekedések mg/l-ben (kiszámítandók!), függőlegesen az abszorbanciák legyenek! A 0 koncentráció-növekedés, azaz az y tengely az addícionálatlan mintának felel meg. A pontokhoz illesztett egyenes az x-tengely negatív részén kimetszi az eredményt (természetesen pozitív!). Kézi egyenes illesztés esetén (mm-papír), a leolvasás grafikusan történik. Ha számítógépes programmal (pl. MS Excel) végzi, elsőfokú (egyenes) trendvonalat illesszen, írassa ki az egyenletet és az R 2 értékét is! Ebben az esetben az eredményt az egyenes egyenletéből számítsa (vagy a programmal számíttassa) ki! Az eredményt mg/l-ben kapja, de ezt át kell számítani és mg Fe/kg-ban (ppm) kell megadni a száraz talajminta tömegéhez viszonyítva! 58 Műszeres analitika tanulói jegyzet II/14. évfolyam MuSz14_tj.indd :36:21

59 A mérés dokumentálása a jegyzőkönyv tartalmazza: a mérés elvét, vázlatos leírását; a szükséges anyagokat az R- és S-mondatokkal; a szükséges eszközöket, műszert; a mérési beállításokat és adatokat; a számításokat (pontosság, áttekinthetőség); az eredményeket táblázatosan, a mérés pontosságának megfelelően kerekítve. Minta jelzése Minta jelzése 1. A minta elemzés szerinti összes Fe-tartalma 2. A kalibrációs diagramot mellékelje a jegyzőkönyvhöz! Megjegyzés: a vegyszerekkel való munka során kötelező az egyéni védőfelszerelés (gumikesztyű, védőszemüveg) használata, a tömény savval fülke alatt dolgozzunk. Értékelési szempontok az eredmény helyessége (pontosság, kerekítés, mértékegység) 60%; a munkavégzés szakszerűsége, biztonsága 10%; a jegyzőkönyv tartalma, áttekinthetősége 10%; a kiértékelés minősége 10%; határidőre való beadás 10%. A házi feladat teljesítése javíthat az érdemjegyen (10%). A talaj vastartalma fontos a növények és más élőlények számára, a kevés és sok is káros lehet. Házi feladat: A szakirodalomban nézzen utána a mérés alapjául szolgáló komplex stabilitásának! A stabilitási állandó értékét és a forrást (könyv) jegyezze fel! PETRIK TISZK TÁMOP /1-2F MuSz14_tj.indd :36:22

60 10. gyakorlat Üdítőital kinintartalmának fluorimetriás meghatározása Feladat Ön egy élelmiszervizsgáló laboratóriumban dolgozik. Feladata többek között üdítőitalok kinintartalmának meghatározása, ellenőrzése. Információs lap A gyakorlat elvégzésére rendelkezésére álló idő: 3 óra (3 45 perc). A beadás határideje: legkésőbb a következő alkalom (általában jövő hét). Szükséges anyagok: kinin, 0,05 mol/dm 3 -es kénsav, kinintartalmú üdítőital. Szükséges eszközök: 50 ml-es és 100 ml-es mérőlombikok, automata pipetta, spektrofluoriméter, négyoldalas kvarcküvetta A mérés elve: a kinin aromás gyűrűje, ultraibolya fény hatására (450 nm környékén), intenzíven fluoreszkál. Az emittált fluoreszcens fény erőssége, nagyon híg kininoldatok esetén, arányos lesz a kinin koncentrációjával. A kinin képlete Vizsgálandó minta: üdítőital (tonik), amiből mindenki (külön-külön) 100 cm 3 térfogatú 1000-szeres hígítást készít (a 0,05 mol/dm 3 -es kénsavoldattal) és azt kivételre névvel ellátva beadja. A visszakapott lombik tartalmát ismét jelig tölti 0,05 mol/dm 3 -es kénsavoldattal. A vizsgálat menete 1. Készítsen kinin törzsoldatot: 100 mg kinint 0,05 mol/dm 3 -es kénsavban oldjon fel, és töltse jelre egy 100 ml-es mérőlombikban! A törzsoldat 1 mg/ml kinin tartalmú. 2. Készítsen kalibrálóoldat-sorozatot a törzsoldat hígításával (0,05 mol/dm 3 -es kénsavval) ml térfogatban 20, 40, 60, 80, illetve 100 µg/l koncentrációval! 3. Kapcsolja be a spektrofluorimétert és a xenon lámpát, indítsa el a számítógépes szoftvert! 4. A készülék tesztjének lefutása után, a kvarcküvettába töltsön a 100 µg/l koncentrációjú kinin oldatból! 5. Ha van rá mód, vegye fel a spektrumot, kerestesse meg a műszerrel az optimális gerjesztési és mérési hullámhosszat, ezeket jegyezze fel! 6. A mennyiségi üzemmódban állítsa be az előzőekben kapott értékeket (gerjesztési és mérési hullámhossz)! 7. Az oldatsorozat tagjainak és a mintáknak a fénykibocsátását mérje meg! 8. a xenonlámpát kapcsolja ki! Ha van mód rá, az adatokat nyomtassa ki, ha nincs, jegyezze fel, és a készüléket kapcsolja ki! 9. A küvettát és az eszközöket megtisztítva tegye el! Számítások: A mérési adataiból készítsen kalibrációs diagramot, vízszintesen a koncentrációk µg/l-ben, függőlegesen az emissziók legyenek! Kézi egyenes illesztés esetén (mm-papír), a leolvasás grafikusan történik. Ha számítógépes programmal (pl. MS Excel) végzi, elsőfokú (egyenes) trendvonalat illesszen, írassa ki az egyenletet és az R 2 értékét is! Ebben az esetben az eredményt az egyenes egyenletéből számítsa (vagy a programmal számíttassa) ki! Természetesen, ha a gép szoftvere mindezt megteszi helyettünk, ezzel nincs dolgunk. 60 Műszeres analitika tanulói jegyzet II/14. évfolyam MuSz14_tj.indd :36:22

61 A mérés dokumentálása a jegyzőkönyv tartalmazza: a mérés elvét, vázlatos leírását; a szükséges anyagokat az R- és S-mondatokkal; a szükséges eszközöket, műszert; a mérési beállításokat és adatokat; a számításokat (pontosság, áttekinthetőség); az eredményeket táblázatosan, a mérés pontosságának megfelelően kerekítve. Minta megnevezése Minta megnevezése 1. A minta elemzés szerinti kinin tartalma Az üdítő címkéjén feltüntetett kinintartalom Eltérés %-a 2. A diagramot, illetve amit a szoftverrel kinyomtatott, mellékelje a jegyzőkönyvhöz! Megjegyzés: a vegyszerekkel való munka során kötelező az egyéni védőfelszerelés (gumikesztyű, védőszemüveg) használata, a tömény savval fülke alatt dolgozzunk. Ügyeljünk rá, hogy végig ugyanazt a küvettát használjuk, és mindig azonos helyzetben tegyük a készülékbe! Értékelési szempontok az eredmény helyessége (pontosság, kerekítés, mértékegység) 60%; a munkavégzés szakszerűsége, biztonsága 10%; a jegyzőkönyv tartalma, áttekinthetősége 10%; a kiértékelés minősége 10%; határidőre való beadás 10%. A házi feladat teljesítése javíthat az érdemjegyen (10%). A kinin, a kínafa kérgében található alkaloid, üdítőitalok (pl. tonik) és gyógyszerek alkotórésze. Érzékenyen és szelektíven mérhető fluorimetriásan. Házi feladat: Nézzen utána, milyen gyógyszerként használják a kinint, és milyen hatásai lehetnek (még)! A forrást jegyezze fel! PETRIK TISZK TÁMOP /1-2F MuSz14_tj.indd :36:22

62 11. gyakorlat Szerves anyag meghatározása FTIR méréssel Feladat Egy laboratóriumban szerves anyagok azonosítása történik. Ön, mint új munkatárs, a feladattal és a készülékkel való ismerkedés céljából gyakorló és vizsgafeladatként egyszerű vegyületek azonosítását kapja. Információs lap A gyakorlat elvégzésére rendelkezésére álló idő: 3 óra (3 45 perc) A beadás határideje: legkésőbb a következő alkalom (általában jövő hét). Szükséges anyagok: szerves anyagok (alkoholok, észterek, aceton), kloroform. Szükséges eszközök: cseppentő, gyorsmérleg, kis főzőpoharak, KBr-küvetta, FTIR spektrofotométer. A mérés elve: szerves anyagok az IR spektrumuk alapján bizonyos korlátok között azonosíthatók. Vizsgálandó minta: a főnök (esetünkben a tanár) által megadott sorszámmal ellátott üvegben lévő folyadék. A vizsgálat menete 1. Kapcsolja be a készüléket! 2. a KBr-küvettát töltse meg az oldószerrel (CHC l3 ), és a küvettát a tartóval helyezze be a készülékbe! 3. Vegye fel a hátteret! 4. A küvettából a CHC l3 -ot öntse a hulladékgyűjtőbe, és töltse fel a mintával! 5. Vegye fel a spektrumot és mentse el! A küvettát a kloroformmal öblítse ki, és tegye el! 6. a spektrum nagyobb csúcsainak hullámszámai alapján próbálja meg behatárolni a vegyület típusát (lánc jellege, funkciós csoportok)! 7. az azonosított csúcsokra és néhány további nagyobb csúcsra írja rá a hullámszámot és az abszorbanciát, a spektrumot nyomtassa ki! 8. Keressen a számítógépen hasonló spektrumokat! 9. Az azonosítás a normált spektrumok segítségével történhet (ld. számítások). Számítások A saját anyaga spektruma adataiból készítsen táblázatot: A csúcs sorszáma A csúcs sorszáma A csúcs hullámszáma cm 1 A csúcs abszorbanciája A csúcs normált abszorbanciája Lehetőleg legyen 6 8 csúcs, de legalább 3 4. A normált abszorbancia rovatba kerülő érték kiszámítása: minden abszorbanciát elosztunk a legnagyobb abszorbanciával (így abból 1 lesz, a többi kisebb). Ugyanezt elvégezzük a gyanúsított anyagokkal is (amelyeknek a spektrumát hasonlónak látjuk). Két anyagot akkor tekinthetünk azonosnak, ha a csúcsok hullámszáma és a normált abszorbanciák egy tűréshatáron belül megegyeznek. Tűréshatárnak tekintsük a hullámszámnál az ±5 cm 1 -t, a normált abszorbanciáknál a ±5%-ot! 62 Műszeres analitika tanulói jegyzet II/14. évfolyam MuSz14_tj.indd :36:22

63 A mérés dokumentálása a jegyzőkönyv tartalmazza: a mérés elvét, vázlatos leírását; a szükséges anyagokat az R- és S-mondatokkal; a szükséges eszközöket, műszert; a mérési beállításokat és adatokat; a számításokat (pontosság, áttekinthetőség); az eredményeket táblázatosan, a mérés pontosságának megfelelően kerekítve. Minta csúcs hullámszáma cm 1 1. Referencia anyag csúcs hullámszáma Eltérés, cm 1 Minta csúcs abszorbancia Referencia anyag abszorbancia Eltérés %-a 2. A spektrumokat mellékelje a jegyzőkönyvhöz! Megjegyzés: A vegyszerekkel való munka során kötelező az egyéni védőfelszerelés (gumikesztyű, védőszemüveg) használata, az illékony anyagokkal fülke alatt dolgozzunk. Ügyeljünk rá, hogy a KBr-küvettát mindig azonos helyzetben tegyük a készülékbe! Értékelési szempontok az eredmény helyessége (pontosság, kerekítés, mértékegység) 60%; a munkavégzés szakszerűsége, biztonsága 10%; a jegyzőkönyv tartalma, áttekinthetősége 10%; a kiértékelés minősége 10%; határidőre való beadás 10%. A házi feladat teljesítése javíthat az érdemjegyen (10%). A korszerű készülékek is ugyanilyen elv alapján azonosítják a vizsgált anyagot, csak az összehasonlítást egy szoftver végzi, a spektrumokat egy könyvtárból veszi, amiben akár több tízezer vagy százezer anyag is lehet. A lehetséges anyagokról listát ad, az azonosság valószínűsége (%) szerint csökkenő sorba rendezve. A mérő vagy a kiértékelő személy feladata eldönteni, melyik az igazi, hiszen a gép gondolkodni nem tud helyettünk. Házi feladat: A vizsgált anyag IR spektrumát keresse meg az interneten! Nyomtassa ki és az URL-t jegyezze fel! PETRIK TISZK TÁMOP /1-2F MuSz14_tj.indd :36:22

64 12/A gyakorlat Validálási részfeladat kimutatási és meghatározási határ Feladat Ön egy módszerfejlesztő és validáló laboratóriumban dolgozik. Feladata, hogy a megadott validálási jellemző (a kimutatási és meghatározási határ) vizsgálatát elvégezze az adott módszerre: kinin meghatározása spektrofluorimetriásan. Információs lap A gyakorlat elvégzésére rendelkezésére álló idő: 3 óra (3 45 perc). A beadás határideje: legkésőbb a következő alkalom (általában jövő hét). Szükséges anyagok: kinin, 0,05 mol/dm 3 -es kénsav. Szükséges eszközök: 50 ml-es és 100 ml-es mérőlombikok, automata pipetta, spektrofluoriméter, négyoldalas kvarcküvetta A mérés elve: a kinin aromás gyűrűje, ultraibolya fény hatására (450 nm környékén), intenzíven fluoreszkál. Az emittált fluoreszcens fény erőssége, nagyon híg kininoldatok esetén, arányos lesz a kinin koncentrációjával. A kinin képlete A vizsgálat menete 1. Készítsen kinin törzsoldatot: 100 mg kinint 0,05 mol/dm 3 -es kénsavban oldjon fel, és töltse jelre egy 100 ml-es mérőlombikban! A törzsoldat 1 mg/ml kinin tartalmú. 2. Készítsen kalibrálóoldat-sorozatot a törzsoldat hígításával (0,05 mol/dm 3 -es kénsavval) ml térfogatban 2, 4, 6, 8, illetve 10 µg/l koncentrációval! 3. Kapcsolja be a spektrofluorimétert és a xenon lámpát, indítsa el a számítógépes szoftvert! 4. A mennyiségi üzemmódban állítsa be az előző kinines méréskor kapott gerjesztési és mérési hullámhossz értékeket! 5. Az oldatsorozat tagjainak a fénykibocsátását mérje meg! 6. a küvettába töltsön 0,05 mol/dm 3 -es kénsavat (vakminta), mérje meg ennek a fénykibocsátását 5-ször egymás után úgy, hogy mindig új adagot tölt a küvettába! 7. Ha a vakminta mérésének van szórása (nem egyezőek a mérési adatok), kész a mérés. 8. Ha a vakmintára egyező a mérési adatokat kapott, a leghígabb oldat fénykibocsátását kell ötször megmérnie, de úgy, hogy a leghígabb oldatot a törzsoldatból még négyszer elkészíti, és azokat méri! 9. a xenonlámpát kapcsolja ki! Ha van mód rá, az adatokat nyomtassa ki, ha nincs, jegyezze fel, és a készüléket kapcsolja ki! 10. A küvettát és az eszközöket megtisztítva tegye el! 64 Műszeres analitika tanulói jegyzet II/14. évfolyam MuSz14_tj.indd :36:23

65 Számítások: Az oldatsorozat mérési adataiból készítse el a kalibrációs görbét! Az egyenes meredeksége az érzékenység ( S). Ha a vakmintának volt szórása ( s vak ), számolja ki abból a kimutatási határt: 3 s vak c L= és a meghatározási határt: S 10 s =! S c Q 1 Ha a vakmintának nem volt szórása ( s vak = 0), a leghígabb oldat szórását (s 1 ) számolja ki! Abból számítsa a kimutatási határt: 3 s vak c L= és a meghatározási határt: S 10 s =! S c Q 1 A mérés dokumentálása a jegyzőkönyv tartalmazza: a mérés elvét, vázlatos leírását; a szükséges anyagokat az R- és S-mondatokkal; a szükséges eszközöket, műszert; a mérési beállításokat és adatokat; a számításokat (pontosság, áttekinthetőség); az eredményeket táblázatosan, a mérés pontosságának megfelelően kerekítve. Érzékenység Érzékenység A vakminta szórása A leghígabb oldat szórása Kimutatási határ [µg/l] Meghatározási határ [µg/l] A diagramot mellékelje a jegyzőkönyvhöz! Megjegyzés: a vegyszerekkel való munka során kötelező az egyéni védőfelszerelés (gumikesztyű, védőszemüveg) használata, a tömény savval fülke alatt dolgozzunk! Ügyeljünk rá, hogy végig ugyanazt a küvettát használjuk, és mindig azonos helyzetben tegyük a készülékbe! A szokásos eljárás, hogy legalább 10 párhuzamost (vakmintát vagy nagyon híg oldatot) vizsgálnak, amit független módon készítenek el (nem azonos törzsoldatból), mi idő és anyagtakarékosságból egyszerűsítve végezzük a mérést! Értékelési szempontok az eredmény helyessége (pontosság, kerekítés, mértékegység) 60%; a munkavégzés szakszerűsége, biztonsága 10%; a jegyzőkönyv tartalma, áttekinthetősége 10%; a kiértékelés minősége 10%; határidőre való beadás 10%. PETRIK TISZK TÁMOP /1-2F MuSz14_tj.indd :36:23

66 12/B gyakorlat Validálási részfeladat precizitás Feladat Ön egy módszerfejlesztő és validáló laboratóriumban dolgozik. Feladata, hogy a megadott validálási jellemző (a precizitás) vizsgálatát elvégezze az adott módszerre: CaCO 3 -meghatározás IR spektrometriásan, belső standard alkalmazásával. Információs lap A gyakorlat elvégzésére rendelkezésére álló idő: 3 óra (3 45 perc). A beadás határideje: legkésőbb a következő alkalom (általában jövő hét). Szükséges anyagok: standard, ismert CaCO 3 -tartalmú anyagok (pl. 10, 30 és 50%), ezek készen vannak, KBr. Szükséges eszközök: analitikai mérleg, dörzsmozsár, FTIR spektrométer, pasztillázó. A mérés elve: a több komponensű keverék összetevőinek abszorbanciáját a vizsgált két anyagra jellemző (infravörös spektrumú) elnyelési helyeken mérjük. A meghatározandó kalcium-karbonát abszorbanciáit a belső standardként használt (a mintában, illetve a standardokban azonos mennyiségben lévő) kalcium-szulfát abszorbanciához viszonyítjuk. Ezzel a pasztillakészítés során fellépő pontatlanságokból eredő hibákat kiküszöböljük. A vizsgálat menete 1. a csoport minden tagja válasszon egyet az ismert kalcium-karbonát tartalmú porkeverékekből. Abból mérje ki a megadott mennyiséget háromszor analitikai mérlegen, a szükséges (általában szoros) mennyiségű KBr-ot mindegyikhez mérje hozzá! 2. Mozsárban gondosan dörzsölje el, egymás után mindhármat (a csoport többi tagja is)! 3. Készítsen egy hátteret is, ez csak KBr-ot tartalmaz hasonló mennyiségben! 4. Mindegyikből készítsék el a pasztillát (1 háttér, 3 3 standard)! 5. A pasztillatartóba tegye a hátteret, helyezze be a készülékbe! Vegye fel a hátteret! 6. A továbbiakban egymás után vegye fel a standard pasztillák spektrumát! 7. minden spektrumban keresse meg a karbonátra jellemző 875 cm 1 körüli és a szulfát-ionra jellemző 602 cm 1 körüli hullámszámú csúcsot! 8. A kiválasztott csúcsok magasságát (az abszorbanciát) olvassa le, jegyezze fel! Számítások: A standardok értékeiből számolja ki az A 1 /A 2 hányadosokat, készítsen belőle táblázatot, a rovatokba a megfelelő számértékek kerüljenek: összetétel átlag érték párhuzamos CaCO 3 % A 1 /A 2 A 1 /A 2 A 1 /A Az átlag értékeket ábrázolja az összetétel függvényben! A függvényt egyenessel közelítse, az egyes standardok összetételét abból számítsa! Számítsa ki a párhuzamos standardok összetételét, számoljon belőlük átlagot és szórást! 66 Műszeres analitika tanulói jegyzet II/14. évfolyam MuSz14_tj.indd :36:23

67 A mérés dokumentálása a jegyzőkönyv tartalmazza: a mérés elvét, vázlatos leírását; a szükséges anyagokat az R- és S-mondatokkal; a szükséges eszközöket, műszert; a mérési beállításokat és adatokat; a számításokat (pontosság, áttekinthetőség); az eredményeket táblázatosan, a mérés pontosságának megfelelően kerekítve. tényleges összetétel CaCO 3 % A standardelemzés szerinti CaCO 3 % átlaga A standardelemzés szerinti CaCO 3 % szórása Relatív szórás %-ban A diagramot mellékelje a jegyzőkönyvhöz! Megjegyzés: a hiteles precizitás (ismételhetőségi) vizsgálathoz a standard porkeverékeket a belső standard hozzáadásával az elejétől a végéig el kell készíteni. Erre nincs időnk, ezért csak ilyen rövidített, egyszerűsített vizsgálatot végzünk. Értékelési szempontok az eredmény helyessége (pontosság, kerekítés, mértékegység) 60%; a munkavégzés szakszerűsége, biztonsága 10%; a jegyzőkönyv tartalma, áttekinthetősége 10%; a kiértékelés minősége 10%; határidőre való beadás 10%. PETRIK TISZK TÁMOP /1-2F MuSz14_tj.indd :36:23

68 12/C gyakorlat Validálási részfeladat pontosság Feladat Ön egy módszerfejlesztő és validáló laboratóriumban dolgozik. Feladata, hogy a megadott validálási jellemző (a pontosság) vizsgálatát elvégezze az adott módszerre: ph-mérés fotometriásan. Információs lap A gyakorlat elvégzésére rendelkezésére álló idő: 3 óra (3 45 perc). A beadás határideje: legkésőbb a következő alkalom (általában jövő hét). Szükséges anyagok: metilvörös-indikátor, pufferoldatok ph = 4,2 és ph = 5,5, további ismert ph-jú pufferoldatok (pl. ph = 4,4, ph = 4,7 és ph = 5,0). Szükséges eszközök: 100 cm 3 -es mérőlombikok, büretta, fogóval, állvánnyal, spektrofotométer látható tartományban, üveg vagy műanyag küvetta. A mérés elve: két alkalmas hullámhosszon mérve az indikátor két formájának (savas és lúgos) koncentrációja egymás mellett meghatározható (két ismeretlenes egyenletrendszer), ebből a ph számítható. A vizsgálat menete: 1. Két külön kalibrálóoldatot készítsen: az indikátorból bürettával mérjen ki 5,0 5,0 cm 3 -t egy-egy 100 cm 3 -es mérőlombikba és a ph = 4,2 illetve a ph = 5,5 pufferoldattal töltse jelig, homogenizálja! 2. Három további ismert ph-jú puffer oldattal (pl. ph = 4,4, ph = 4,7 és ph = 5,0) is ugyanezt tegye (5,0 5,0 cm 3 indikátort lombikban 100 cm 3 -re töltsön a pufferrel)! 3. Kapcsolja be a fotométert és bemelegedés után a műszer leírása segítségével végezze el a mérést! 4. A küvettába ioncserélt vizet töltve a látható tartományban ( nm) vegyen fel alapvonalat! 5. vegye fel a ph = 4,2 indikátor spektrumát, keresse meg rajta az elnyelési maximumot, olvassa le és jegyezze fel a hullámhosszat (λ 1 ) és az abszorbanciát (A 11 ), majd a spektrumot mentse el! 6. vegye fel a ph = 5,5 indikátor spektrumát, keresse meg rajta az elnyelési maximumot olvassa le és jegyezze fel a hullámhosszat (λ 2 ) és az abszorbanciát (A 22 ), olvassa le és jegyezze fel a ph = 4,2 indikátor elnyelési maximumánál (λ 1 ) is az abszorbanciát (A 21 )! 7. töltse vissza a ph = 4,2 indikátor spektrumát, olvassa le és jegyezze fel a ph = 5,5 indikátor elnyelési maximumánál (λ 2 ) is az abszorbanciát (A 12 )! Ezzel a kalibráció kész. 8. az ismert ph-jú pufferekkel készült indikátoroldatok spektrumát is vegye fel és a spektrumokról a λ 1 és λ 2 hullámhossznál (ez nem feltétlenül az elnyelési maximumnál lesz!) olvassa le és jegyezze fel az abszorbanciákat (A m1 és A m2 )! 9. A készüléket kapcsolja ki, a küvettát és a többi eszközt megtisztítva tegye el! Számítások A két különböző ph értéken (esetünkben ph = 4,2 és ph = 5,5) felvett spektrum leolvasott abszorbancia értékeiből képezzen hányadost (h 1 = A 11 /A 12 és h 2 = A 21 /A 22 )! A minta abszorbancia értékeiből is képezzen hányadost (Am1/Am2)! Az adatokból készítsen táblázatot, a rovatokba a megfelelő számértékek kerüljenek: ph λ λ 1 (ph = 4,2 elny. max.) λ 2 (ph = 5,5 elny. max.) hányados 4,2 A 11 A 12 h 1 = A 11 /A 12 5,5 A 21 A 22 h 2 = A 21 /A 22 ismert ph-jú oldat A m1 A m2 h m = A m1 /A m2.. A kalibráló oldatok ph értékeit (esetünkben ph = 4,2 és ph = 5,5) ábrázolja a hányadosok függvényében logaritmikus skálát használva! 68 Műszeres analitika tanulói jegyzet II/14. évfolyam MuSz14_tj.indd :36:24

69 A mérés dokumentálása a jegyzőkönyv tartalmazza: a mérés elvét, vázlatos leírását; a szükséges anyagokat az R- és S-mondatokkal; a szükséges eszközöket, műszert; a mérési beállításokat és adatokat; a számításokat (pontosság, áttekinthetőség); az eredményeket táblázatosan, a mérés pontosságának megfelelően kerekítve. Az ismert ph-jú oldat tényleges ph-ja Az ismert ph-jú oldat vizsgálat szerinti ph-ja A spektrumokat és a diagramot mellékelje a jegyzőkönyvhöz! Eltérés a tényleges és a vizsgálat szerinti ph között Megjegyzés: a vegyszerekkel végzett munkák során, egyéni védőeszköz (gumikesztyű, szemüveg) használata kötelező. A mérés hordozható LED fotométerrel is végezhető. Értékelési szempontok az eredmény helyessége (pontosság, kerekítés, mértékegység) 60%; a munkavégzés szakszerűsége, biztonsága 10%; a jegyzőkönyv tartalma, áttekinthetősége 10%; a kiértékelés minősége 10%; határidőre való beadás 10%. PETRIK TISZK TÁMOP /1-2F MuSz14_tj.indd :36:24

70 12/D gyakorlat Validálási részfeladat visszanyerés Feladat Ön egy módszerfejlesztő és validáló laboratóriumban dolgozik. Feladata, hogy a megadott validálási jellemző (a viszszanyerés) vizsgálatát elvégezze az adott módszerre: talaj vastartalom meghatározása spektrofotometriásan rodanidos módszerrel, standard addícióval. Információs lap A gyakorlat elvégzésére rendelkezésére álló idő: 3 óra (3 45 perc). A beadás határideje: legkésőbb a következő alkalom (általában jövő hét). Szükséges anyagok: vasmentes homok, vaskiadóoldat (1,0 mg Fe 2+ /cm 3 ), vas munkaoldat (20 µg Fe 2+ /cm 3 ), 200 g/l KSCN-oldat, 0,1 mol/dm 3 -es HCl, cc. HNO 3, 5%-os H 2 O 2, 1 mol/dm 3 -es lúg (NaOH) oldat, ioncserélt víz, szűrőpapír. Szükséges eszközök: bemérőedény, analitikai mérleg, 100 cm 3 -es mérőlombikok, tölcsérek, szűrőkarika, állvány, automata pipetta, büretta, fogóval, állvánnyal, üveg vagy műanyag küvetta, spektrofotométer, szárítószekrény. A mérés elve: A vasionok háromértékű formája rodanid (tiocianát) ionnal sötétvörös komplexet alkot: Fe SCN [Fe(SCN) 6 ]3 Ennek abszorbanciája a látható tartományban található elnyelési maximumán arányos az oldat vas(iii)-ion tartalmával. A vizsgálat menete: 1. Egy tiszta, száraz bemérőedényt analitikai mérlegen mérjen le, a tömeget jegyezze fel! 2. Mérjen bele kb. 10 g vasmentes homokot (jegyezze fel), arra mérjen 0,5 1,5 cm 3 vas kiadóoldatot automata pipettával és ugyanannyi lúgoldatot! 3. Az anyag teljes mennyiségét vigye át egy főzőpohárba, néhány cm 3 ioncserélt vízzel öblítse bele! 4. a főzőpohár tartalmához adjon kb. 25 cm 3 0,1 mol/dm 3 -es HCl-oldatot, keverje fel, hagyja ülepedni! Az oldat tisztáját szűrőpapíron szűrje egy 100 cm 3 -es mérőlombikba! A sósavas mosást-ülepítést-szűrést további kétszer cm 3 -rel végezze el! A mérőlombikba 10 csepp cc. HNO 3 -at, 1,0 cm 3 5%-os H 2 O 2 -ot és 5,0 cm 3 tiocianát-oldatot adjon, majd ioncserélt vízzel töltse jelig! Ez a mintaoldat. 5. Öttagú oldatsorozatot készítsen: 0; 1,0; 2,0; 3,0 illetve 4,0 cm 3 munkaoldatot mérjen automata pipettával egy-egy 50 cm 3 -es főzőpohárba! Mindegyikhez adjon hozzá bürettából 16,0 cm 3 az előző pont szerint előkészített mintaoldatot, majd ioncserélt vízzel 20,0 cm 3 -re egészítse ki (rendre 4, 3, 2, 1, illetve 0 cm 3 desztillált vízzel)! 6. A spektrofotométert kapcsolja be, bemelegedés után a kezelési útmutató segítségével végezze el a mérést! 7. A küvettába desztillált vizet töltve a készüléket 500 nm hullámhosszra állítva nullázza! 8. az oldatsorozat tagjainak abszorbanciáját ugyanezen a hullámhosszon mérje, az adatokat jegyezze fel vagy nyomtassa ki! 9. A készüléket kapcsolja ki, a küvettát és a többi eszközt megtisztítva tegye el! Számítások: A mérési adataiból készítsen standard addíciós diagramot, vízszintesen a koncentráció-növekedések mg/l-ben (kiszámítandók!), függőlegesen az abszorbanciák legyenek! A 0 koncentráció-növekedés, azaz az y tengely az addícionálatlan mintának felel meg! A pontokhoz illesztett egyenes az x-tengely negatív részén kimetszi az eredményt (természetesen pozitív!). Kézi egyenes illesztés esetén (mm-papír), a leolvasás grafikusan történik. Ha számítógépes programmal (pl. MS Excel) végzi, elsőfokú (egyenes) trendvonalat illesszen, írassa ki az egyenletet és az R 2 értékét is! Ebben az esetben az eredményt az egyenes egyenletéből számítsa (vagy a programmal számíttassa) ki! Az eredményt mg/l-ben kapja, de ezt át kell számítani és mg Fe/kg-ban (ppm) kell megadni a száraz talajminta tömegéhez viszonyítva. A mérésből számított és a ténylegesen az elején ténylegesen hozzáadott vasmennyiség hányadosa a visszanyerés. 70 Műszeres analitika tanulói jegyzet II/14. évfolyam MuSz14_tj.indd :36:24

71 A mérés dokumentálása a jegyzőkönyv tartalmazza: a mérés elvét, vázlatos leírását; a szükséges anyagokat az R- és S-mondatokkal; a szükséges eszközöket, műszert; a mérési beállításokat és adatokat; a számításokat (pontosság, áttekinthetőség); az eredményeket táblázatosan, a mérés pontosságának megfelelően kerekítve. Ténylegesen hozzáadott vasmennyiség [mg] 1. Az elemzés szerinti vasmennyiség [mg] Az elemzés szerinti és a ténylegesen hozzáadott vasmennyiség hányadosa (visszanyerés) A diagramot mellékelje a jegyzőkönyvhöz! Megjegyzés: a vegyszerekkel való munka során kötelező az egyéni védőfelszerelés (gumikesztyű, védőszemüveg) használata, a tömény savval fülke alatt dolgozzunk. Értékelési szempontok az eredmény helyessége (pontosság, kerekítés, mértékegység) 60%; a munkavégzés szakszerűsége, biztonsága 10%; a jegyzőkönyv tartalma, áttekinthetősége 10%; a kiértékelés minősége 10%; határidőre való beadás. 10%. PETRIK TISZK TÁMOP /1-2F MuSz14_tj.indd :36:24

72 12/E gyakorlat Validálási részfeladat mérési tartomány Feladat Ön egy módszerfejlesztő és validáló laboratóriumban dolgozik. Feladata, hogy a megadott validálási jellemző (a mérési tartomány) vizsgálatát elvégezze az adott módszerre: nitritmeghatározás spektrofotometriásan. Információs lap A gyakorlat elvégzésére rendelkezésére álló idő: 3 óra (3 45 perc). A beadás határideje: legkésőbb a következő alkalom (általában jövő hét). Szükséges anyagok: Saltzman-reagens, nátrium-nitrit, ioncserélt víz, nátrium-nitrit törzsoldat (nátrium-nitritből 0,15 g/1000 cm 3 ), nátrium-nitrit munkaoldat (a törzsoldat 10-szeres hígítása, 0,01 mg/cm 3 a nitritionra). Szükséges eszközök: 250 és 50 cm 3 -es mérőlombikok, büretta, fogóval, állvánnyal, üveg vagy műanyag küvetta, spektrofotométer. A mérés elve: a nitritionok savas közegben diazotálják a szulfanil-amidot, a keletkező diazóniumsó N-(1-naftil)-etiléndiaminnal (NEDA) azoszínezékké kapcsolódik. Az oldat színintenzitása meghatározott ph-értéken arányos a nitritionkoncentrációval. A reakciók egyenletei: + NO H 3 O H 2 O diazóniumsó + + H 2 O + H 3 O + azoszínezék A vizsgálat menete: 1. vakpróbát és öttagú oldatsorozatot készítsen: 0,0; 1,0; 2,0; 3,0; 4,0; illetve 5,0 cm 3 nitrittörzsoldatot mérjen automata pipettából egy-egy 50 cm 3 -es mérőlombikba! A lombikok tartalmához adjon hozzá 30 cm 3 Saltzman-reagenst, ioncserélt vízzel állítsa jelre, homogenizálja! A 0 cm 3 -es oldat a vakpróba! 2. A spektrofotométert kapcsolja be, bemelegedés után a kezelési útmutató segítségével végezze el a mérést! 3. A küvettába a vakpróbát töltve nullázza a készüléket 540 nm hullámhosszon! 4. az oldatsorozat tagjainak az abszorbanciáját ugyanezen a hullámhosszon mérje, az adatokat jegyezze fel vagy nyomtassa ki! 5. A készüléket kapcsolja ki, a küvettát és a többi eszközt megtisztítva tegye el! Számítások: A mérési adataiból készítsen kalibrációs diagramot, vízszintesen a koncentrációk mg/l-ben (kiszámítandók!), függőlegesen az abszorbanciák legyenek. Az egyenes illesztést számítógépes programmal (pl. MS Excel) végezze, másodfokú (parabola) trendvonalat illesszen, írassa ki az egyenletet és az R 2 értékét is! A tartomány felső határa legyen az a koncentráció, amin az érzékenység a kezdeti érték felére csökken. 72 Műszeres analitika tanulói jegyzet II/14. évfolyam MuSz14_tj.indd :36:25

73 A mérés dokumentálása a jegyzőkönyv tartalmazza: a mérés elvét, vázlatos leírását; a szükséges anyagokat az R- és S-mondatokkal; a szükséges eszközöket, műszert; a mérési beállításokat és adatokat; a számításokat (pontosság, áttekinthetőség); az eredményt a mérés pontosságának megfelelően kerekítve. A diagramot mellékelje a jegyzőkönyvhöz! Megjegyzés: A nitritek mérgezőek, ezért az anyag kimérésekor egyéni védőfelszerelés (gumikesztyű) használata kötelező. Értékelési szempontok: az eredmény helyessége (pontosság, kerekítés, mértékegység) 60%; a munkavégzés szakszerűsége, biztonsága 10%; a jegyzőkönyv tartalma, áttekinthetősége 10%; a kiértékelés minősége 10%; határidőre való beadás. 10%. PETRIK TISZK TÁMOP /1-2F MuSz14_tj.indd :36:25

74 Ellenőrző feladatok 1. Fotometriás ph mérést végeztünk. A két standard ph = 3,8, illetve ph = 5,8. A mérési adatok: A 11 = 1,000; A 12 = 0,060; A 21 = 0,100; A 22 = 0,600. A vízminta mérési adatai: A m1 = 0,550; A m2 = 0,330. Mennyi volt a vizsgált vízminta ph-ja? 2. Kinintartalmat mértünk fotometriásan. Állítsa a helyes időrendi sorrendbe a műveleteket (a sorszám mellé a művelet betűjelét írja): A) fluoriméter kikapcsolása, B) ismeretlen kiszámítása a kalibrációból, C) kalibrációs egyenes készítése, D) oldatok emisszióinak mérése, E) oldatsorozat készítése, F) kinin kimérése, G) törzsoldat készítése, H) xenonlámpa bekapcsolása! Vas standard addíciós mérést végeztünk: a minta 10,0 cm 3 -es térfogataihoz rendre 0,0; 1,0; 2,0; 3,0; 4,0; illetve 5,0 cm 3 20 µg/cm 3 -es Fe-ion tartalmú munkaoldatot adtunk, majd a színképző reagensek hozzáadása után 50 cm 3 -re feltöltöttük. Rendre a következő abszorbanciákat kaptuk: 0,301; 0,426; 0,554; 0,683; 0,815; 0,939. Mennyi volt a minta Fe-ion koncentrációja? 4. CaCO 3 -tartalmat mértünk belső standard módszerrel. Mérési adataink a következők: CaCO 3 % CaCO 3 % 2 A 1 ( C ) A 2 ( S ) A 1 /A 2 O ,149 0, ,297 0, ,658 0,643 ismeretlen 0,514 0,789 2 O 4 Egészítse ki a táblázatot! Illesszen egyenest a méréshez! Számítsa ki, hány % a vizsgált minta CaCO 3 -tartalma! 74 Műszeres analitika tanulói jegyzet II/14. évfolyam MuSz14_tj.indd :36:25

75 5. Szerves anyagot vizsgált IR spektrum alapján. A következő spektrumról olvassa le a megjelölt csúcsok hullámszámait! A leolvasott (Absorbance %) értékekből számítson abszorbanciákat! Töltse ki a következő táblázatot! csúcs sorszáma hullámszám, cm 1 Absorbance % A A normált PETRIK TISZK TÁMOP /1-2F MuSz14_tj.indd :36:25