Moduláris korszerű szakmai gyakorlatok vegyipari területre



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

Természetvédő 1., 3. csoport tervezett időbeosztás

9 gyak. Acél mangán tartalmának meghatározása UV-látható spektrofotometriás módszerrel

Anyagtartalom meghatározás Abbe-féle refraktométerrel

A fény tulajdonságai

5. Az adszorpciós folyamat mennyiségi leírása a Langmuir-izoterma segítségével

Beadandó A kalibrációs diagram az ismeretlen oldat százalékos összetételével (az eredeti 20 g bemérésre vonatkoztatva).

23. Indikátorok disszociációs állandójának meghatározása spektrofotometriásan

UV-LÁTHATÓ ABSZORPCIÓS SPEKTROFOTOMETRIA

Szakképesítés-ráépülés: Műszeres analitikus Szóbeli vizsgatevékenység A vizsgafeladat megnevezése: Analitikai elemző módszerek

1. feladat Összesen: 7 pont. 2. feladat Összesen: 16 pont

Abszorpciós spektroszkópia

Abszorpciós fotometria

E (total) = E (translational) + E (rotation) + E (vibration) + E (electronic) + E (electronic

EGYENES ILLESZTÉSE (OFFICE

Tartalomjegyzék. Emlékeztetõ. Emlékeztetõ. Spektroszkópia. Fényelnyelés híg oldatokban A fény; Abszorpciós spektroszkópia

Molekulaspektroszkópiai módszerek UV-VIS; IR

Műszeres analitika. Abrankó László. Molekulaspektroszkópia. Kémiai élelmiszervizsgálati módszerek csoportosítása

Abszorpciós fotometria

Rácsvonalak parancsot. Válasszuk az Elsődleges függőleges rácsvonalak parancs Segédrácsok parancsát!

Tartalomjegyzék. Emlékeztetõ. Emlékeztetõ. Spektroszkópia. Fényelnyelés híg oldatokban 4/11/2016. A fény; Abszorpciós spektroszkópia

1. mérés: Benzolszármazékok UV spektrofotometriás vizsgálata

Indikátor izobesztikus pontjának és koncentrációjának meghatározása

Mérőlombik kalibrálás. Mérőlombik kalibrálás. Név: Dátum: Név: Dátum: 2016.

Ecetsav koncentrációjának meghatározása titrálással

VIDÉKFEJLESZTÉSI MINISZTÉRIUM. Petrik Lajos Két Tanítási Nyelvű Vegyipari, Környezetvédelmi és Informatikai Szakközépiskola

Természetvédő 1., 3. csoport tervezett időbeosztás

2 O 5 /dm 3 (Hurrá, ehhez sem kellett

Ivóvíz savasságának meghatározása sav-bázis titrálással (SGM)

EGYENES ILLESZTÉSE (OFFICE

1. feladat Összesen: 7 pont. 2. feladat Összesen: 8 pont

Folyadékok és szilárd anyagok sűrűségének meghatározása különböző módszerekkel

Modern Fizika Labor. 12. Infravörös spektroszkópia. Fizika BSc. A mérés dátuma: okt. 04. A mérés száma és címe: Értékelés:

FLUORESZCENCIA SPEKTROSZKÓPIA

VIDÉKFEJLESZTÉSI MINISZTÉRIUM. Petrik Lajos Két Tanítási Nyelvű Vegyipari, Környezetvédelmi és Informatikai Szakközépiskola

Név... intenzitás abszorbancia moláris extinkciós. A Wien-féle eltolódási törvény szerint az abszolút fekete test maximális emisszióképességéhez

Labor elızetes feladatok

GYAKORLATI VIZSGATEVÉKENYSÉG

Abszorpciós fotometria

Adatgyőjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb mőszerei

100% = 100 pont A VIZSGAFELADAT MEGOLDÁSÁRA JAVASOLT %-OS EREDMÉNY: EBBEN A VIZSGARÉSZBEN A VIZSGAFELADAT ARÁNYA 50%.

JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ. Orvosi laboratóriumi technikai asszisztens szakképesítés Műszer és méréstechnika modul. 1.

UV-LÁTHATÓ ABSZORPCIÓS SPEKTROFOTOMETRIA

GEOMETRIAI OPTIKA I.

Optika gyakorlat 2. Geometriai optika: planparalel lemez, prizma, hullámvezető

Abszorpció, emlékeztetõ

SPEKTROFOTOMETRIAI MÉRÉSEK

Titrimetria - Térfogatos kémiai analízis -

Orvosi Biofizika I. 12. vizsgatétel. IsmétlésI. -Fény

Mérőlombik kalibrálás. Mérőlombik kalibrálás. Név: Dátum: Név: Dátum: 2017.

1.1. Reakciósebességet befolyásoló tényezők, a tioszulfát bomlása

Modern Fizika Labor. A mérés száma és címe: A mérés dátuma: Értékelés: Infravörös spektroszkópia. A beadás dátuma: A mérést végezte:

Modern Fizika Labor. 11. Spektroszkópia. Fizika BSc. A mérés dátuma: dec. 16. A mérés száma és címe: Értékelés: A beadás dátuma: dec. 21.

6 Ionszelektív elektródok. elektródokat kiterjedten alkalmazzák a klinikai gyakorlatban: az automata analizátorokban

Az Ampère-Maxwell-féle gerjesztési törvény

SPEKTROFOTOMETRIAI MÉRÉSEK

Környezetvédelmi mérések fotoakusztikus FTIR műszerrel

Hulladékos csoport tervezett időbeosztás

Modern fizika laboratórium

- abszolút törésmutató - relatív törésmutató (más közegre vonatkoztatott törésmutató)

Oldatkészítés, ph- és sűrűségmérés

A kálium-permanganát és az oxálsav közötti reakció vizsgálata 9a. mérés B4.9

V átlag = (V 1 + V 2 +V 3 )/3. A szórás V = ((V átlag -V 1 ) 2 + ((V átlag -V 2 ) 2 ((V átlag -V 3 ) 2 ) 0,5 / 3

NYOMÁS ÉS NYOMÁSKÜLÖNBSÉG MÉRÉS. Mérési feladatok

Az infravörös spektroszkópia analitikai alkalmazása

Sugárzásos hőtranszport

19. Sav-bázis indikátorok disszociáció állandójának spektrofotometriás meghatározása. Előkészítő előadás

19. Sav-bázis indikátorok disszociáció állandójának spektrofotometriás meghatározása. Előkészítő előadás Módosított változat

Dr. JUVANCZ ZOLTÁN Óbudai Egyetem Dr. FENYVESI ÉVA CycloLab Kft

GYAKORLATI VIZSGATEVÉKENYSÉG

VIDÉKFEJLESZTÉSI MINISZTÉRIUM. Petrik Lajos Két Tanítási Nyelvű Vegyipari, Környezetvédelmi és Informatikai Szakközépiskola

Engedélyszám: /2011-EAHUF Verziószám: Műszer és méréstechnika követelménymodul szóbeli vizsgafeladatai

Műszeres analitika II. (TKBE0532)

9. Fényhullámhossz és diszperzió mérése jegyzőkönyv

TÁVKÖZLÉSI ISMERETEK FÉNYVEZETŐS GYAKORLAT. Szakirodalomból szerkesztette: Varga József

Mérőlombik kalibrálás. Mérőlombik kalibrálás. Név: Dátum: Név: Dátum: 2015.

FIZIKA JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

ÁGAZATI SZAKMAI ÉRETTSÉGI VIZSGA VEGYÉSZ ISMERETEK EMELT SZINTŰ SZÓBELI VIZSGA MINTAFELADATOK ÉS ÉRTÉKELÉSÜK

Adatgyőjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb mőszerei

Drog- és toxikológus 2. csoport tervezett időbeosztás

7. gyak. Szilárd minta S tartalmának meghatározása égetést követően jodometriásan

Víztechnológiai mérőgyakorlat 2. Klórferőtlenítés törésponti görbe felvétele. Jegyzőkönyv

Optika fejezet felosztása

Abszorpciós spektrometria összefoglaló

1.1 Emisszió, reflexió, transzmisszió

OPTIKA. Fénykibocsátás mechanizmusa fényforrás típusok. Dr. Seres István

Vizes oldatok ph-jának mérése

Üdítőital kinintartalmának fluorometriás meghatározása

Fény, mint elektromágneses hullám, geometriai optika

Természetes vizek, keverékek mindig tartalmaznak oldott anyagokat! Írd le milyen természetes vizeket ismersz!

OPTIKA. Geometriai optika. Snellius Descartes-törvény szeptember 19. FIZIKA TÁVOKTATÁS

JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ. Gyógyszertári asszisztens szakképesítés

UV-LÁTHATÓ ABSZORPCIÓS SPEKTROFOTOMETRIA

ph-számítás A víz gyenge elektrolit. Kismértékben disszociál hidrogénionokra (helyesebben hidroxónium-ionokra) és hidroxid-ionokra :

Drog- és toxikológus 2. csoport tervezett időbeosztás

Fizikai kémia és radiokémia labor II, Laboratóriumi gyakorlat: Spektroszkópia mérés

5. Laboratóriumi gyakorlat

Természetvédő 1., 3. csoport tervezett időbeosztás. A ciklus mérései: lángfotometria, AAS, Ca + Ök, lúgosság

Geometriai és hullámoptika. Utolsó módosítás: május 10..

ABSZORPCIÓS SPEKTROFOTOMETRIA AZ INFRAVÖRÖS SZÍNKÉPTARTOMÁNYBAN

Átírás:

Moduláris korszerű szakmai gyakorlatok vegyipari területre Műszeres analitika II/14. évfolyam tanulói jegyzet A TISZK rendszer továbbfejlesztése Petrik TISZK TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011 A projekt az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósult meg.

Moduláris korszerű szakmai gyakorlatok vegyipari területre Műszeres analitika TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011 Műszeres analitika II/14. évfolyam tanulói jegyzet

A kiadvány a TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011 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, 2009. Igazgató: Bertalan Tamás Tördelés: Király és Társai Kkt. Cégvezető: Király Ildikó

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... 10 Egyenes illesztése mérési pontokhoz Excel programmal... 11 Ellenőrző feladatok... 12 Optikai mérések elmélete 1... 15 Refraktometria... 15 Az Abbe-féle refraktométer...16 Fotometria spektrofotometria... 16 Ultraibolya (UV) és látható (VIS) spektrofotometria...17 Fotométer, spektrofotométer...17 A Lambert Beer-törvény...18 Ellenőrző feladatok... 18 Optikai mérések gyakorlat 1. ciklus...20 1. gyakorlat Üdítőital vagy szörp cukortartalmának meghatározása refraktometriás módszerrel... 21 2. gyakorlat Színezékoldat koncentrációjának meghatározása spektrofotometriás módszerrel...23 3. gyakorlat Acetonoldat abszorpció maximumának és összetételének meghatározása spektrofotometriás módszerrel...25 4. gyakorlat Nitrition meghatározása spektrofotometriás módszerrel...27 5. gyakorlat Kétkomponensű minta fotometriás meghatározása...29 6. gyakorlat Reakciósebesség fotometriás meghatározása...31 Ellenőrző feladatok... 33 Optikai mérések elmélete 2...34 Infravörös spektrometria...34 Készülékek...34 A belső standard használata...36 Fluoreszcens spektrometria (Fluorimetria)... 37 A standard addíció használata... 38 Ellenőrző feladatok... 39 Fotometriás módszer validálása... 42 PETRIK TISZK TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011 3

A validálás fogalma... 42 Mikor van szükség validálásra?... 42 Az analitikai módszer teljesítményjellemzői... 42 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... 53 7. gyakorlat Csapadékminta ph-jának fotometriás meghatározása...54 8. gyakorlat Minta CaCO3 tartalmának meghatározása belső standard kalibrációval, IR spektrometriásan...56 9. gyakorlat Vas meghatározása tiocianátos módszerrel spektrofotometriásan, standard addícióval...58 10. gyakorlat Üdítőital kinintartalmának fluorimetriás meghatározása...60 11. gyakorlat Szerves anyag meghatározása FTIR méréssel...62 12/A gyakorlat Validálási részfeladat kimutatási és meghatározási határ...64 12/B gyakorlat Validálási részfeladat precizitás...66 12/C gyakorlat Validálási részfeladat pontosság...68 12/D gyakorlat Validálási részfeladat visszanyerés...70 12/E gyakorlat Validálási részfeladat mérési tartomány...72 Ellenőrző feladatok... 74 Elektrokémiai mérések gyakorlat... 76 13. gyakorlat PH mérés hidrogén érzékeny-üvegelektróddal... 76 14. gyakorlat Jodidiontartalom-meghatározás, jodidérzékeny membránelektróddal, kalibrációs módszerrel...78 15. gyakorlat Fluoridiontartalom-meghatározás, fluoridérzékeny elektróddal, kalibrációs módszerrel...80 16. gyakorlat Karbonáttartalom-meghatározás, hidrogénérzékeny üvegelektróddal, automata titrálón. 82 17. gyakorlat Foszforsavtartalom-meghatározás, hidrogénérzékeny üvegelektróddal, sav-bázis titrálással...84 18. gyakorlat Sósavtartalom-meghatározás pufferaddíciós módszerrel...86 19. gyakorlat Vastartalom-meghatározás, redoxi titrálással...88 20. gyakorlat Hidrokinontartalom-meghatározás redoxi titrálással...90 21. gyakorlat Kénsavtartalom-meghatározás konduktometriás titrálással...92 22. gyakorlat Kálium-kloridtartalom-meghatározás a vezetőképesség mérésével...94 23. gyakorlat Víztartalom-meghatározás Karl-Fischer módszerrel...96 24. gyakorlat Cinktartalommeghatározás stripping polarográfiásan...97 4 Műszeres analitika tanulói jegyzet II/14. évfolyam

Kromatográfiás módszer gyakorlat...99 25. gyakorlat Minta oldószer tartalmának azonosítása a retenciós idők alapján...99 26. gyakorlat Minta metanol-etanol tartalmának meghatározása kalibrációs módszerrel... 101 27. gyakorlat Minta-oldószertartalom meghatározása belső standard módszerrel... 103 28. gyakorlat Minta oldószertartalomának meghatározása addíciós módszerrel... 105 29. gyakorlat Oszlop minősítése, felbontóképesség és tányérszám mérése... 107 30. gyakorlat Minta összetevőinek azonosítása tömegspektrometriás detektorral... 109 31. gyakorlat Minta anion-összetételének azonosítása... 110 32. gyakorlat Minta aniontartalmának meghatározása kalibrációs módszerrel... 112 33. gyakorlat Minta szalicilsav-tartalmának meghatározása, kalibrációs módszerrel... 114 34. gyakorlat Parabeneket tartalmazó minta parabentartalmának meghatározása, kalibrációs módszerrel... 116 35. gyakorlat Minta aminosav összetételének azonosítása... 118 PETRIK TISZK TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011 5

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-2.2.3-07/1-2F-2008-0011 7

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

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 1 1.3. 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-2.2.3-07/1-2F-2008-0011 9

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

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 0,156 40 0,302 60 0,468 80 0,620 100 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-2.2.3-07/1-2F-2008-0011 11

A kész diagram: Leolvasás a diagramról kb. 72 mg/dm 3 1.4. 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

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-2.2.3-07/1-2F-2008-0011 13

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 7 14. oldalakon: Sőre, Tihanyi, Vámos (1999): Laboratóriumi gyakorlatok, Budapest: Képzőművészeti Kiadó. 14 Műszeres analitika tanulói jegyzet II/14. évfolyam

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-2.2.3-07/1-2F-2008-0011 15

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. 2.2. 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

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): I A = I 0 1 = T = 100 T % Fotométer, spektrofotométer Egy- és kétfényutas spektrofotométereket használunk. 2.3. 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. 2.4. 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-2.2.3-07/1-2F-2008-0011 17

A Lambert Beer-törvény A Lambert Beer-törvény szerint az abszorbancia egyenesen arányos a koncentrációval: I 0 = A = ε c, I 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

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 15 39. oldalakon: Sőre, Tihanyi, Vámos (1999): Laboratóriumi gyakorlatok, Budapest: Képzőművészeti Kiadó. PETRIK TISZK TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011 19

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

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-2.2.3-07/1-2F-2008-0011 21

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

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-2.2.3-07/1-2F-2008-0011 23

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