WAPNIOWA ELEKTRODA JONOSELEKTYWNA

Transkrypt

1 Instrukcja obsługi oraz Przewodnik po doświadczeniach modelu PASCO scientific CI A 9/97 WAPNIOWA ELEKTRODA JONOSELEKTYWNA 1997 PASCO scientific $7.50 better ways to teach science

2 Wapniowa Elektroda Jonoselektywna A Podczas pracy z chemikaliami zawsze chroń oczy i ręce.

3 A Wapniowa Elektroda Jonoselektywna Spis treści Wprowadzenie... 1 Teoria... 1 Wyposażenie... 2 Załączone... 2 Wymagane dodatkowe... 2 Wymagane roztwory... 2 Przygotowanie ogólne... 3 Przygotowanie elektrody... 3 Sprawdzanie krzywej elektrody za pomocą ScienceWorkshop... 3 Pomiary... 4 Wskazówki... 4 Wymagania dot. próbek... 4 Jednostki Procedura pomiaru... 5 Pomiar bezpośredni... 5 Pomiar niskiego poziomu wapnia... 6 Miareczkowanie... 7 Miareczkowania wapnia Charakterystyka elektrody... 9 Powtarzalność... 9 Zakłócenia... 9 Wiązanie Wpływ temperatury...10 Czas reakcji Limity wykrywania Wpływ ph Żywotność elektrody Przechowywanie Rozwiązywanie problemów Części szklane/plastikowe Elektroda Standardy i reagenty Próbka Technika Wskazówki dot. problemów Wsparcie techniczne... 14

4 Prawa autorskie, gwarancja, zwrot urządzenia Prosimy kopiować poniższą instrukcję z zachowaniem praw autorskich. Prawa autorskie Niniejsza instrukcja PASCO scientific A objęta jest zastrzeżonymi prawami autorskimi. Instytucje non-profit oraz edukacyjne mają prawo do kopiowania dowolnych fragmentów tej instrukcji wyłącznie do celów laboratoryjnych Sprzedaż kopii zabroniona. Kopiowanie instrukcji do innych celów bez zgody PASCO scientific zabronione. Ograniczona gwarancja PASCO scientific gwarantuje, że produkt będzie wolny od uszkodzeń materiałowych oraz wad wykonania w okresie jednego roku od dnia doręczenia do klienta. PASCO zobowiązuje się naprawić lub wymienić, zgodnie z własną ekspertyzą, wszelkie części produktu uznane za wadliwe. Gwarancja nie obejmuje uszkodzeń spowodowanych mechanicznie lub w wyniku niewłaściwego użytkowania. Ustalenie pochodzenia wady (błędy wykonania czy też niewłaściwe użycie) zostanie przeprowadzone wyłącznie przez PASCO scientific. Odpowiedzialność za zwrot produktu do naprawy gwarancyjnej spoczywa na kliencie. W celu uniknięcia dalszych uszkodzeń, urządzenie musi być odpowiednio zapakowane. (Gwarancja nie obejmuje uszkodzeń wynikających z niewłaściwego zapakowania.) Koszty wysyłki do naprawy gwarancyjnej zostaną zwrócone przez PASCO scientific po zakończeniu naprawy. Autorzy Autor: Peter Boyle Edycja: Steve Miller Zwrot urządzenia W razie konieczności zwrotu urządzenia do PASCO scientific, należy poinformować PASCO scientific listownie lub telefonicznie PRZED zwrotem produktu. Zostanie wydana autoryzacja zwrotu oraz szczegółowe instrukcje wysyłki. UWAGA: PASCO ODMAWIA PRZYJĘCIA NIEAUTORYZOWANYCH ZWROTÓW. Produkt przeznaczony do zwrotu musi być odpowiednio zapakowany. Przewoźnicy nie ponoszą odpowiedzialności za uszkodzenia wynikające z nieodpowiedniego opakowania. Aby mieć pewność, że produkt nie uszkodzi się w transporcie, stosuj się do poniższych zasad: ➀ Kartonowe opakowanie musi być w stanie utrzymać przesyłany produkt. ➁ Upewnij się, że między ściankami opakowania a produktem jest co najmniej 5 cm materiału zabezpieczającego. ➂ Upewnij się, że materiał zabezpieczający nie przesunie się wewnątrz opakowania, ani nie zgniecie się, przez co produkt będzie dotykać ścianek opakowania. Adres: PASCO scientific 1O1O1 Foothills Blvd. P.O. Box 619O11 Roseville, CA O11 Tel.: (916) OO FAX: (916) techsupp@pasco.com www:

5 A Wapniowa Elektroda Jonoselektywna Wprowadzenie Wapniowa Elektroda Jonoselektywna PASCO scientific służy do szybkiego, prostego, dokładnego i taniego pomiaru poziomu azotanów w roztworach wodnych. Teoria Azotanowa Elektroda Jonoselektywna składa się z obudowy zawierającej roztwór wchodzący w kontakt z żelowaną organofilową membraną zawierającą wymiennik jonów wapniowych. Kiedy membrana wchodzi w kontakt z roztworem zawierającym wolne jony wapniowe, wytwarza się na niej potencjał. Wytworzony potencjał porównywany jest ze stałym potencjałem porównawczym, zależnym od poziomu wolnych jonów wapniowych w roztworze, za pomocą wzmacniacza EJ oraz interfejsu Science Workshop. Poziom jonów wapniowych, odpowiadający zmierzonemu potencjałowi, opisuje równanie Nernsta: gdzie: E = E 0 + S log X E = zmierzony potencjał elektrody E O = potencjał porównawczy (stały) S = nachylenie elektrody ( 26 mv/dekadę) X = poziom jonów wapniowych w roztw. Aktywność, X, oznacza stężenie jonów wapniowych w roztworze. Całkowite stężenie jonów wapniowych, C t, to suma wolnych jonów wapniowych, Cf, oraz złożonych lub związanych jonów wapniowych, C b. Elektroda reaguje tylko na wolne jony, których stężenie to: C f = C t C b Aktywność odnosi się do stężenia wolnych jonów, C, według współczynnika aktywności,, zgodnie z: X = C f Współczynniki aktywności różnią się w zależności od siły jonów, I, określanej jako: gdzie: I = 1 2 C x Z x 2 C x = stężenie jonów X Z x = ładunek jonów X = suma wszystkich typów jonów w roztworze W przypadku wysokiej i stałej siły jonowej względem wykrytego stężenia jonów, współczynnik aktywności,, jest stały, a aktywność, X, jest wprost proporcjonalna do stężenia. Aby dopasować siłę jonową tła do wysokiej stałej, do próbek i standardów dodaje się wzmacniacz siły jonowej (ISA). ISA zalecanym dla wapnia jest chlorek sodu, KCl. Inne roztwory również mogą być stosowane, o ile ich jony nie zakłócają reakcji elektrody na jony wapniowe. 1

6 Wapniowa Elektroda Jonoselektywna A Należy również mieć na uwadze elektrodę porównawczą. Kiedy dochodzi do kontaktu między dwoma roztworami o różnym składzie, tworzy się potencjał płynnego złącza. Potencjał miliwoltowy tworzy się z międzydyfuzji jonów na dwa roztwory. Ładunek elektrody przenosi się nierównomiernie przez granicę roztworów, co powoduje różnicę potencjałów, jako że jony rozpraszają się w różnym tempie. Podczas pomiaru należy pamiętać, że potencjał jest taki sam, kiedy el. porównawcza jest włożona do roztw. standardowego oraz próbki, lub kiedy zmiana potencjału łączenia pojawia się jako błąd pomiaru. Skład płynnego połączenia jest bardzo ważny. Prędkość rozpraszania się jonów dod. i uj. w próbce powinna być identyczna, czyli roztwór powinien mieć tę samą liczbę przenoszenia kationów i anionów. Potencjał złącza nie wytworzy się, jeśli tempo przenoszenia jonów dodatnich i ujemnych do próbki będzie równe. Wyposażenie Załączone: Wapniowa Elektroda Jonoselektywna Roztwór do Elektrody pipeta Wymagane dodatkowo: Wymagane wyposażenie Wzmacniacz EJ PASCO CT Science Workshop 2.25 lub nowszy do wzmacniacza EJ Wapniowa Elektroda Jonoselektywna roztwór Interfejs PASCO Science Workshop Półlogarytmiczny 4-cyklowy papier do przedstawienia krzywych kalibracji (do pomiarów niskopoziomowych zaleca się papier liniowy) Mieszadło magnetyczne Plastikowe (nie szklane) przyrządy laboratoryjne do wszelkich pomiarów niskopoziomowych. Wymagane roztwory Wymienione w tej części roztwory można przygotować zgodnie z instrukcją, lub zamówić u PASCO. Dostępne roztwory i ich ceny znaleźć można w Liście cen roztworów EJ. Woda destylowana lub dejonizowana do przygotowywania standardów. Roztwór chlorku wapnia 0.1M CaCl 2 Przygotowanie: wlej do litrowej zlewki pół litra wody destylowanej i dodaj 14,7 grama chlorku sodu (CaCl 2.2H 2O). Delikatnie zamieszaj zlewką. Dolej do pełna wody destylowanej, zatkaj i potrząśnij, by wymieszać składniki. Roztwór chlorku sodu 1000 ppm Ca +2 Przygotowanie: wlej do litrowej zlewki pół litra wody destylowanej i dodaj 3,67 grama chlorku sodu (CaCl 2.2H 2O). Delikatnie zamieszaj zlewką. Dolej do pełna wody destylowanej, zatkaj i potrząśnij, by wymieszać składniki. Roztwór chlorku sodu 100 ppm Ca +2 z CaCO 3 Przygotowanie: wlej do litrowej zlewki pół litra wody destylowanej i dodaj 0,15 chlorku sodu (CaCl 2.2H 2O). Delikatnie zamieszaj zlewką. Dolej do pełna wody destylowanej, zatkaj i potrząśnij, by wymieszać składniki. 2 pipeta Rysunek 1 Skład zestawu

7 A Calcium Ion Wapniowa Elektroda Jonoselektywna Wzmacniacz Siły Jonowej (EJ), 4 M KCl Przygotowanie: wlej do litrowej zlewki pół litra wody destylowanej i dodaj 298 gramów chlorku potasu (KCl). Delikatnie zamieszaj zlewką. Dolej do pełna wody destylowanej, zatkaj i potrząśnij, by wymieszać składniki. Titrant EDTA, 1 M roztworu podstawowego, do miareczkowania wapnia Przygotowanie titrantu: dodaj 37,2 grama Na 2EDTA.2H 2O, dwuwodzian EDTA, sól dwusodową do 100 ml zlewki, dolej ok 75 ml wody destylowanej i delikatnie zamieszaj zlewką. Dolej do pełna wody destylowanej, zatkaj i potrząśnij, by wymieszać składniki. Przygotowanie ogólne Przygotowanie elektrody l. Zdejmij gumową zatyczkę osłaniającą końcówkę elektrody. Zsuń gumowy pierścień z wlewu elektrody i wlej załączony roztwór tak, aby jego poziom sięgał tuż pod otwór. Nasuń pierścień na wlew. (Rysunek 2a). a gumowy pierścień wlew zatyczka 2. Delikatnie potrząśnij elektrodą tak, jak termometrem, aby usunąć z membrany bąbelki powietrza. Przed pierwszym użyciem, lub po długim przechowywaniu, namocz membranę w standardzie przez 30 minut. Elektroda jest już gotowa do pracy. b 3. Podłącz elektrodę do wzmacniacza EJ i podłącz złączkę DIN do analogowego portu A lub B interfejsu komputerowego PASCO (Rysunki 2b oraz 2c). Podłącz złączkę DIN do portu analogowego A lub B. Sprawdzanie krzywej elektrody za pomocą Science Workshop (sprawdzaj codziennie) l. Do zlewki150 ml wlej 100ml wody destylowanej. Ustaw zlewkę na mieszadle magnetycznym i rozpocznij mieszanie w stałym tempie. Uruchom Science Workshop, wybierz czujnik Elektroda Jonoselektywna, otwórz wyświetlacz cyfrowy i obserwuj dane. Zanurz końcówkę elektrody w roztworze. 2. Korzystając z pipety dodaj do zlewki 1 ml standardu 0,1 M, 1000 ppm lub 100 ppm (węglanu wapnia) oraz 2 ml ISA. Po ustabilizowaniu się odczytu zapisz napięcie wskazywane przez wyświetlacz. c Obróć o 1/4 obrotu by zablokować złączka elektrody Wzmacniacz EJ Rysunek 2 Ustawienie sprzętu. a: napełnianie elektrody roztworem; b oraz c: podłączanie elektrody do wzmacniacza EJ oraz interfejsu 3

8 Wapniowa Elektroda Jonoselektywna A 3. Korzystając z pipety dodaj do zlewki 10 ml tego samego standardu. Po ustabilizowaniu się odczytu zapisz napięcie wskazywane przez wyświetlacz. 4. Oblicz różnicę między dwoma odczytami. Różnica 26±2mV oznacza poprawne działanie elektrody, zakładając, że temperatura roztworu wynosiła C. Jeśli odczyt nie mieści się w podanym zakresie, przejdź do części Rozwiązywanie problemów. Pomiary Wskazówki Uwaga: Krzywa definiowana jest jako zmiana potencjału zachodząca podczas zmiany stężenia o 10 jednostek. Wszystkie próbki i standardy powinny mieć tę samą temperaturę. Różnica 1 C powoduje 4% błąd pomiaru. Membrana wchłania wodę i może wyglądać mętnie. Nie ma to wpływu na działanie. Dokładny pomiar wymaga stałego, ale nie gwałtownego, mieszania. Mieszadło magnetyczne może wytworzyć dość ciepła, by zmienić temperaturę roztworu. Aby temu zapobiec, połóż kawałek izolatora, np. styropian, między mieszadłem i zlewką. Między pomiarami zawsze opłukuj elektrodę wodą destylowaną i osuszaj ją dotknięciami miękkiej ściereczki (nie przecieraj). Aby zapobiec przenoszeniu zanieczyszczeń zawsze używaj czystej, suchej ściereczki. Do pracy z próbkami o wysokiej sile jonowej przygotuj standardy o podobnym składzie. Zawsze sprawdzaj, czy po zanurzeniu elektrody na membranie nie zebrały się bąbelki powietrza. Niski czas reakcji może być spowodowany zakłóceniami. Aby przywrócić elektrodę do pełnej sprawności, namocz ją w wodzie destylowanej przez 5 minut, by oczyścić membranę, a następnie opłucz ją i namocz przez 5 minut w roztworze standardowym. Przed pomiarem rozcieńcz stężone próbki (ponad 0,1M). Kalibruj elektrodę co kilka godzin. Wymagania dot. próbek Wszelkie próbki musza być roztworami wodnymi wolnymi od materii organicznej, która może rozpuścić membranę lub zużyć wymiennik jonowy. Temperatura roztworów standardowych i próbek powinna być taka sama oraz nie wyższa niż 40 C. Różnica l C powoduje 2% błąd w krzywej. Elektroda pracuje w zakresie ph 3-1O. Próbki o ph spoza zakresu należy zneutralizować NaOH lub HCl. Należy usunąć wszelkie zakłócenia. Zob. część Zakłócenia. 4 Jednostki Stężenie jonów wapniowych mierzone jest w cząstkach na milion (ppm) wapnia, ppm CaCO 3, molach na litr, lub innych jednostkach stężenia. Jednostki stężenia przedstawiono w Tabeli 1.

9 A Calcium Ion Wapniowa Elektroda Jonoselektywna TABELA 1 Przeliczanie jednostek stężenia ppm Ca +2 ppm CaCO moli/litr 4,01 10,0 1,0 X ,00 24,9 2,5 X ,10 100,1 1,0X , ,9 1,0 X Procedura pomiaru Pomiar bezpośredni Pomiar bezpośredni to prosta procedura zbadania dużej liczby próbek. Na każdą próbkę potrzeba tylko jednego pomiaru. Siła jonowa wszystkich próbek i standardów powinna być wyrównana przy pomocy ISA dla wszystkich roztworów azotanowych. Próbki i roztwory standardowe powinny mieć tę samą temperaturę. Pomiar niskiego poziomu wapnia Uwaga: Krzywa kalibracyjna jest rysowana na papierze półlogarytmicznym. Pomiar potencjału elektrody (oś liniowa) jest porównywany do stężenia standardowego (oś logarytmiczna). Do ustalenia krzywej kalibracyjnej w jej części liniowej potrzebne są tylko dwa standardy. Należy wybrać roztwory kalibracyjne bliskie spodziewanej wartości niewiadomej. W części nieliniowej należy zmierzyć dodatkowe punkty. Przedstawione procedury pomiaru bezpośredniego dotyczą części liniowej krzywej. Część nieliniowa wymaga zastosowania procedur niskopoziomowych. l. Za pomocą metody rozcieńczeń seryjnych przygotuj trzy roztwory standardowe od 0,1 M lub 1000 ppm. Otrzymane stężenia powinny wynosić 10-2, 10-3 oraz 10-4 M lub 1000, 100 oraz 10 ppm standardu. Dodaj 2 ml ISA na każde 100 ml roztworu. Jeśli siła jonowa próbek przekracza 0,1 M, przygotuj standardy o zbliżonym składzie. 2. Wlej najbardziej rozcieńczony roztwór (10-4 M lub 10 ppm) do 150 ml zlewki umieszczonej na mieszadle magnetycznym i rozpocznij mieszanie w stałym tempie. Po upewnieniu się, że ScienceWorkshop jest włączony, zanurz końcówkę elektrody w roztworze. Po ustabilizowaniu się odczytu zapisz wynik napięcia pokazywany przez wyświetlacz cyfrowy. 3. Wlej średni roztwór (10-3 N lub 100 ppm) do 150 ml zlewki umieszczonej na mieszadle magnetycznym i rozpocznij mieszanie. Opłucz elektrodę wodą destylowaną, osusz ją i zanurz końcówkę w roztworze. Po ustabilizowaniu się odczytu zapisz wynik napięcia. 4. Wlej najmocniejszy roztwór (10-2 M lub 1000 ppm do 150 ml zlewki umieszczonej na mieszadle magnetycznym i rozpocznij mieszanie. Opłucz elektrodę wodą destylowaną, osusz ją i zanurz końcówkę w roztworze. Po ustabilizowaniu się odczytu zapisz wynik napięcia. 5. Nanieś odczyt napięcia z wyświetlacza na papier półlogarytmiczny (oś liniowa), a następnie nanieś na niego stężenie (oś logarytmiczna). Dokonaj ekstrapolacji krzywej kalibracyjnej do ok. 2,O X 1O -6 M. Typowa krzywa kalibracyjna została przedstawiona na Rysunku 3. 5

10 Wapniowa Elektroda Jonoselektywna A +100 potencjał elektrody (mv) ~26 mv 10-krotna zmiana , Stężenie Ca +2 (M) Rysunek 3 Typowa krzywa kalibracyjna elektrody Do suchej, czystej zlewki 150 ml wlej 100 ml próbki i 2 ml ISA. Postaw zlewkę na mieszadle magnetycznym i rozpocznij mieszanie. Opłucz elektrodę wodą destylowaną, osusz ją i zanurz końcówkę w roztworze. Po ustabilizowaniu się odczytu zapisz wynik napięcia pokazywany przez wyświetlacz cyfrowy. Na podstawie krzywej kalibracyjnej znajdź stężenie próbki. 7. Kalibrację należy sprawdzać co dwie godziny. Przy założeniu, ze temperatura otoczenia nie zmieniła się, umieść końcówkę elektrody w średnim roztworze standardowym. Po ustabilizowaniu się odczytu porównaj go do wyniku pomiaru z kroku 3. Zmiana większa niż 0,5mV, lub zmiana temperatury otoczenia, oznacza konieczność powtórzenia kroków 2-5. Krzywa kalibracyjna powinna być przygotowywana codziennie. Pomiar niskiego poziomu wapnia Stosowanie poniższej procedury zaleca się w przypadku roztworów o sile jonowej poniżej 1,0Xl0-2 M. Jeśli roztwór cechuje się wysoką siłą jonową, ale niską zawartością azotanów, zastosuj tą samą procedurę, ale przygotuj roztwór kalibracyjny podobny do próbki. l. Rozcieńcz 10 ml standardu 0,1 M do 1000 ml, aby przygotować roztwór standardowy 1,0 X 10-3 M do pomiarów moli na litr. Rozcieńcz 10 ml standardu 1000 ppm lub 1 ml standardu 100 ppm do 1000 ml, aby przygotować roztwór standardowy 10 ppm do pomiarów w cząstkach na milion. 2. Namaczaj elektrodę wapniową przez co najmniej godzinę w roztworze standardowym 1,0 X 10-3 lub 100 ppm. 3. Do 150 ml zlewki wlej 100 ml wody destylowanej. Postaw zlewkę na mieszadle i rozpocznij mieszanie w stałym tempie Włóż końcówkę elektrody do roztworu. Sprawdź, czy miernik działa w trybie mv.

11 A Calcium Ion Wapniowa Elektroda Jonoselektywna 5. Dodaj wielokrotność standardu 1,0X10-3 M lub 10 ppm zgodnie z poniższą Tabelą Po ustabilizowaniu się odczytu zapisz wartość napięcia wyświetlaną po każdym dodaniu. TABLE 2: Kalibracja niskopoziomowego pomiaru wapnia, krok po kroku Krok Pipeta Dodano Objętość (ml) Stężenie M ppm 1 A 0,1 1,0 X ,0 X A 0,1 2,0 X ,0 X A 0,2 4,0 X ,0 X A 0,2 6,0 X ,0 X A 0,4 9,9 X ,0 X B 2,0 2,9 X ,9 X B 2,0 4,8 X ,8 X 10-1 Pipeta A = pipeta z podziałką 1 ml Pipeta B = pipeta z podziałką 2 ml Roztwory: dodanie standardu 10 ppm lub 1,0 X 10-3 M do 100 ml wody destylowanej. 7. Nanieś na papier półlogarytmiczny odczyt napięcia z wyświetlacza cyfrowego (na osi liniowej) oraz stężenie (na osi logarytmicznej), jak na Rysunku Opłucz i osusz elektrodę. 9. Przelej 100 ml próbki do zlewki 150 ml, dodaj 1 ml niskopoziomowego ISA. Umieść zlewkę na mieszadle magnetycznym i rozpocznij mieszanie. Zanurz końcówkę elektrody w roztworze. Po ustabilizowaniu się odczytu, zapisz wartość napięcia wskazywaną przez wyświetlacz cyfrowy i na podstawie krzywej kalibracyjnej znajdź stężenie. l0. Krzywą kalibracyjną przygotowuj codziennie. Sprawdzaj ją co dwie godziny, powtarzając kroki 2-7. Miareczkowanie Stopniowe ilościowe dodawanie reagenta do mierzonej próbki dopóki żadnego z aktywnych czynników (reagent bądź próbka) nie jest w nadmiarze. Elektrody jonoselektywne stanowią doskonałe detektory końcowe, ponieważ nie ulegają wpływowi barwy ani mętności próbki. Mimo, że miareczkowanie pochłania więcej czasu niż pomiar bezpośredni, jego dokładność jest dziesięciokrotnie wyższa. Miareczkowanie wapnia Technika opisana w tej części wykorzystuje wapniową elektrodę jonoselektywną jako bardzo czuły detektor końcowy dla próbek zawierających wapń. Wykorzystywany titrant to EDTA. EDTA wiąże wapń oraz inne kationy. Wartość ph próbki można wyrównać do ph 1O dodając amoniak, aby usunąć niepożądane związki jonowe. W niektórych przypadkach można dodać agenty maskujące. l. Przed użyciem mocz końcówkę elektrody przez godzinę w standardzie wapiennym 10-3 M lub 100 ppm. 7

12 Wapniowa Elektroda Jonoselektywna A 2. Przygotuj titrant EDTA zgodnie z opejm w części Wymagane roztwory. Rozcieńcz EDTA do krotności spodziewanego stężenia próbki. Dobre wyniki zapewni próbka zawierająca przynajmniej 1,0X10-3 M wapnia. 3. Napełnij 50 ml biuretę roztworem EDTA. Za pomocą pipety wlej 100 ml próbki do zlewki 150 ml, postaw zlewkę na mieszadle i rozpocznij mieszanie w stałym tempie. Dodaj amoniaku, aby wyrównać ph próbki do Włóż końcówkę biurety do zlewki, nieco powyżej poziomu cieczy i nieco obok środka. Włóż końcówkę elektrody do roztworu w połowie odległości między środkiem i ścianką zlewki. 5. Zacznij dodawanie EDTA w dawkach 0,5 ml do 1,0 ml i około 0,1 ml do 0,2 ml kiedy potencjał zacznie się szybciej zmieniać. Zapisz potencjał po każdym dodaniu. Kontynuuj dodawanie do kilku mililitrów ponad punkt końcowy. 6. Przygotuj wykres dodanego EDTA do potencjału w mv (Zob. Rysunek 4). Punkt końcowy to ten, w którym zachodzi największa zmiana potencjału. Rysunek 4 Typowe miareczkowanie 100 ml 5 X 10-3M CaCl, (ph wyrównane do ~10 z pomocą amoniaku i 0,1 M Na, EDTA potencjał elektrody (mv) Punkt końcowy ml dodanego 0,1 M Na2 EDTA 7. Stężenie wapnia z niewiadomej oblicza się wg. wzoru: gdzie: M +2 = VM t t V Ca Ca +2 M +2 = stężenie jonów wapnia w niewiadomej (moli/litr) Ca V = objętość EDTA dodana w punkcie końcowym t M = stężenie EDTA (moli/litr) t V Ca +2 = objętość niewiadomej próbki 8

13 A Calcium Ion Wapniowa Elektroda Jonoselektywna Charakterystyka elektrody Powtarzalność Pomiary elektrody są powtarzalne w zakresie ±4 % ile elektroda kalibrowana jest co godzinę. Czynniki takie jak zmiany temperatury czy szumy obniżają powtarzalność wyników. W zakresie pracy elektrody powtarzalność nie jest zależna od stężenia. Zakłócenia W Tabeli 3 przedstawiono najczęstsze jony, które w odpowiednio wysokim stężeniu mogą zakłócić pracę elektrody, powodując błędy pomiaru lub odchylenia.. Długi czas reakcji elektrody i odchylenie odczytu mogą wskazywać na obecność wysokich poziomów zakłóceń. Aby przywrócić pełną sprawność elektrody namocz ją w wodzie destylowanej przez 5 minut, a następnie przez taki sam czas namocz ją w standardzie wapniowym. Tabela 3 Stężenie możliwych zakłóceń powodujących 10% błędy przy różnych poziomach jonów wapniowych Zakłócenia (moli/litr) 10-2 M Ca M Ca M Ca +2 Mg +2 1,0X10 +l 1,0X10 0 1,0X10 -l Zn +2 1,0X10 +l 1,0X10 0 1,0X10 -l Ba +2 7,0X10 0 7,0Xl0 -l 7,0X10-2 k +l 4,0X10 0 4,0Xl0 -l 4,0X10-2 Na +l 2,0x10 0 2,0Xl0 -l 2,0X10-2 Ni +2 5,0X10 -l 5,0Xl0-2 5,0X10-3 Cu +2 4,0x10 -l 4,0X10-2 4,0X10-3 Fe +2 2,0X10-2 2,0X10-3 2,0X10-4 Sr +2 6,0X10-2 6,0Xl0-3 6,0X10-4 H +l 4,0X10-2 4,0X10-3 4,0X10-4 Hg +2 4,0X10-2 4,0X10-3 4,0X10-4 Pb +2 1,0X10-4 1,0X10-5 1,0X10-6 9

14 Wapniowa Elektroda Jonoselektywna A Zakłócenia (ppm) 1000 ppm CaCO ppm CaCO 3 10 ppm CaCO 3 Mg +2 2,43X10 5 2,43X10 4 2,43X10 3 Zn +2 Ba +2 K +l Na +l Ni +2 Cu +2 Fe +2 Sr +2 H +l Hg +2 Pb +2 6,53X10 5 9,60X10 5 l,56x10 5 4,60X10 4 2,94X10 4 2,54X10 4 l,l1xl0 4 5,20X10 3 1,4 ph 8,0X10 2 2,0X10 l 6,53X10 4 9,60X10 4 l,56x10 4 4,60X10 3 2,94X10 3 2,54X10 3 l,11x10 3 5,20X10 2 2,4 ph 8,0X10 2 2,0 6,53X10 3 9,60X10 3 l,56x10 3 4,60X10 2 2,94x10 2 2,54X10 2 l,11x10 2 5,20X10 l 3,4 ph 8,0X10 l 2,0Xl0 -l Wiązanie Jony wapniowe najczęściej wiązane są przez siarczany, dwuwęglany i węglany. Poziom jonów wapniowych, poziom jonów wiążących, ph roztworu oraz całkowita siła jonowa roztworu definiują poziom wiązań. Wiązania obniżają stężenie wolnych jonów wapniowych, a ponieważ elektroda reaguje właśnie na te jony, powoduje ono błędy pomiaru. Aby zapobiec tworzeniu się CaSO 4, stężenie siarczanów musi być niższe ni ż 5X10-4 M (50 ppm). Aby zapobiec tworzeniu się CaCO 3 lub CaHCO 3, ph roztworu nie powinno przekraczać 7, natomiast stężenie węglanów/dwuwęglanów Nie powinno przekraczać 3X10-3 M (28O ppm). Wpływ temperatury Próbki i standardy powinny mieć taką samą temperaturę, ponieważ ma ona wpływ na potencjał elektrody. Różnica l C powoduje 4% błąd na poziomie 1,0 X 10-3 M. Zakres temperatury pracy elektrody azotanowej wynosi 0-40 C, zakładając równowagę termiczną. Jeżeli temperatura różni się znacznie od temperatury pokojowej, zaleca się wyrównywanie jej przez nawet godzinę. Tabela 4 przedstawia teoretyczne zmiany krzywej z temperaturą. TABLE 4: Temperatura a teoretyczne wartości krzywej elektrody Temp. ( C) S 0 27, , , , , ,07 10

15 A Calcium Ion Wapniowa Elektroda Jonoselektywna Czas reakcji Wykres potencjału elektrody, naniesiony na papier półlogarytmiczny, wygląda jak linia prosta o nachyleniu ok. 26 mv na dekadę. (Zob. Rysunek 3) Czas potrzebny do osiągnięcia 99% stabilności odczytu potencjału, czyli czas reakcji elektrody, waha się od minuty (lub krócej) przy stężeniu wapnia ponad 1,0 X 10-4 M do kilku minut w przypadku roztworów na pograniczu limitu wykrywania. (Zob. rysunek 5) potencjał elektrody+20 (mv) M do 10-2 M GaGI 10-3 M do 10-4 M GaGI 10-3 M do 10-6 M GaGI Rysunek czas (minuty) Limit wykrywania Typowy czas reakcji elektrody na zmiany krokowe CaCl 2 Górny limit wykrywania w czystych roztworach chlorku wapnia to 1M. Inne jony podnoszą go do ponad 1,0 X 10 -l M, jednak ograniczają go możliwość utworzenia się potencjału płynnego złącza na elektrodzie porównawczej oraz efekt ekstrakcji soli. Niektóre sole w wysokim stężeniu mogą dostać się do membrany i spowodować odchylenia od teoretycznego czasu reakcji. Skalibruj elektrodę według 4-5 punktów pośrednich, lub rozcieńcz próbkę między 1,0 X 10 -l M i 1M. Na dolny limit wpływa nieznaczna rozpuszczalność wymiennika jonowego zastosowanego w elektrodzie. Zob. porównanie teoretycznych czasów reakcji do faktycznych czasów przy niskich poziomach chlorku wapnia na Rysunku 1. Wpływ ph Elektroda pracuje w zakresie ph 3 do ph 10. Praca z innymi wartościami ph może poważnie uszkodzić membranę. Jony wodorowe wpływają na pomiar bardzo niskiego poziomu wapnia. Jony wodorotlenowe wiążą jony wapnia. Żywotność elektrody Żywotność elektrody wapniowej przy typowym użytkowaniu laboratoryjnym wynosi sześć miesięcy. Wraz z upływem czasu, czas reakcji będzie coraz dłuższy, a krzywa kalibracyjna opadnie na tyle, że kalibracja będzie utrudniona. Należy wtedy wymienić elektrodę. Przechowywanie Elektroda może być przechowywana przez krótki czas w roztworze wapniowym 1,0 X 10-2 M. Jeśli nie będziesz korzystać z elektrody przez ponad dwa tygodnie, opłucz i wysusz membranę i załóż zatyczkę na końcówkę elektrody. Wylej roztwór z części porównawczej elektrody (jej zewnętrznej komory), i zakryj wlew gumowym pierścieniem. 11

16 Wapniowa Elektroda Jonoselektywna A Rozwiązywanie problemów Zadaniem tej części instrukcji jest rozpoznanie problemu przez sprawdzanie kolejno każdej części urządzenia i doświadczeń: miernika, części plastikowych, elektrody, standardów i reagentów, próbki i techniki. Części szklane/plastikowe Czyste naczynia laboratoryjne są podstawą dobrego pomiaru. Upewnij się, że wszystkie szklane/plastikowe części są dobrze umyte delikatnym detergentem i dokładnie opłukane wodą destylowaną lub dejonizowaną Czyste naczynia szklane schną bez zostawiania kropelek wody. Elektroda Elektrodę można sprawdzić zgodnie z procedurą opisaną w części Sprawdzanie krzywej elektrody. l. Upewnij się, że podczas przeprowadzania procedury opisanej w części Sprawdzanie krzywej elektrody używasz wody destylowanej lub dejonizowanej. Jeśli elektroda nie reaguje jak powinna, zajrzyj do części Pomiary: Wskazówki oraz Czas reakcji. Powtórz sprawdzanie krzywej. 2. Jeśli problem dalej istnieje, sprawdź działanie innej Wapniowej Elektrody Jonoselektywnej (jeśli jest dostępna), co do której masz pewność, że działa poprawnie. 3. Jeśli problem nadal istnieje, sprawdź czy standardy i rozczynniki są w dobrym stanie, czy nie ma w nich zakłóceń oraz czy stosujesz odpowiednią technikę. (Zob. części Standardy i reagenty, Próbka, oraz Technika poniżej.) 4. Jeżeli nie dysponujesz drugą elektrodą, lub jeśli testowana elektroda jest podejrzana, przeczytaj jeszcze raz instrukcję i upewnij się, że: - Elektroda jest umyta i opłukana. - Elektroda została poprawnie przygotowana. - Korzystasz z odpowiedniego roztworu. - Dopasuj ph i siłę jonową roztworu przy pomocy odpowiedniego ISA. - Przeprowadzasz pomiar w odpowiedni sposób. - Przeczytaj Wskazówki dot. problemów. Standardy i reagenty W razie wystąpienia problemu z procedurą, która wcześniej działała poprawnie, sprawdź roztwory standardowe i reagenty. Jeżeli masz wątpliwości co do któregokolwiek roztworu, przygotuj go od nowa. Błędy mogą wynikać z zanieczyszczenia ISA, niewłaściwego rozcieńczenia, słabej jakości wody destylowanej/dejonizowanej, lub po prostu z błędu w obliczeniu. Próbka Jeśli elektroda działa poprawnie w standardzie, ale nie w próbce, sprawdź próbkę pod kątem możliwych zakłóceń i substancji, które mogą wpłynąć na, lub uszkodzić, elektrodę. Staraj się ustalić skład próbek przed badaniami, aby wyeliminować problem zanim się pojawi. (Zob. Wskazówki dot. pomiaru, Wymagania dot. próbek oraz Zakłócenia). 12

17 A Calcium Ion Wapniowa Elektroda Jonoselektywna Technika Upewnij się, że próbka nie wykracza poza limity wykrywania. Upewnij się, że metoda analizy jest w pełni zrozumiana i odpowiednia dla próbki. Sprawdź instrukcję jeszcze raz. Przeczytaj ponownie części Przygotowania ogólne oraz Charakterystyka elektrody. Jeśli problem nie został wyeliminowany, skontaktuj się z Działem Wsparcia PASCO. Wskazówki dot. problemów Objaw Możliwa przyczyna Dalsze kroki Odczyt poza zakresem wadliwa elektroda sprawdź działanie elektrody elektroda nie podpięta właściwie pusta elektroda porównawcza odłącz elektrody i podłącz ponownie napełnij elektrodę porównawczą 13

18 Wapniowa Elektroda Jonoselektywna A Wsparcie techniczne Opinie Jeśli masz jakieś uwagi dotyczące instrukcji lub produktu, zgłoś się do nas. Jeśli masz propozycje nowych doświadczeń lub instrukcja sprawia problemy, powiedz nam o tym. PASCO docenia każdą opinię swoich klientów. Pomoże nam ona w ocenie i poprawie produktów. Kontakt z PASCO Dział Wsparcia Technicznego: (darmowy na terenie USA) lub (916) fax: (916) techsupp@pasco.com Kontakt z Działem Wsparcia Przed kontaktem z Działem Wsparcia Technicznego PASCO przygotuj kilka pomocnych nam informacji: Jeśli problem dotyczy urządzenia PASCO, zapisz: - Nazwę i numer modelu (zwykle na etykiecie); - Przybliżony wiek urządzenia; - Szczegółowy opis problemu/ kolejność zdarzeń (jeśli nie skontaktujesz się z PASCO od razu, nie zapomnisz o ważnych danych); internet: - W miarę możliwości podczas rozmowy z PASCO miej urządzenie przy sobie, aby móc opisać poszczególne części. Jeśli problem dotyczy instrukcji, zapisz: - Numer części i wersję (rok i miesiąc zapisane na okładce); - Miej instrukcję przy sobie, abyśmy mogli omówić problem. 14

19