TEMAT ĆWICZENIA: OZNACZANIE METALI W WODZIE WODOCIĄGOWEJ TECHNIKĄ PŁOMIENIOWEJ ATOMOWEJ SPEKTROMETRII ABSORPCYJNEJ

Transkrypt

1 PROBLEMATYKA: Kalibracja metody analitycznej Badanie i eliminacja efektów interferencyjnych TEMAT ĆWICZENIA: OZNACZANIE METALI W WODZIE WODOCIĄGOWEJ TECHNIKĄ PŁOMIENIOWEJ ATOMOWEJ SPEKTROMETRII ABSORPCYJNEJ METODA: Atomowa spektrometria absorpcyjna WPROWADZENIE W większości metod analitycznych sygnał mierzony y, który jest odpowiedzią układu na dane stężenie (lub zawartość) analitu c a, jest funkcją wielu czynników obejmujących również stężenia pozostałych m składników próbki c i, parametry fizykochemiczne próbki, a także bardzo często parametry stosowanej aparatury analitycznej i warunki oznaczenia z i. Można to zapisać następująco: y = f(c a, c 1, c,..c m, z 1, z,..., z p ), (1) Oczywiście, w różnych metodach analitycznych udział czynników c 1 z p jest różny, zarówno pod względem mechanizmu działania jak i wielkości i kierunku wpływu. Dlatego też zależność sygnału od stężenia oznaczanego pierwiastka, z uwzględnieniem wpływów składników towarzyszących (efektów interferencyjnych), w zoptymalizowanych, ustalonych warunkach pomiarowych, wyznacza się na drodze kalibracji. Efekty interferencyjne Jak pokazano we wzorze (1) na sygnał analityczny mogą mieć wpływ różne czynniki, również określające warunki pomiarowe, powodując tzw. interferencje. Istotny udział w tej grupie mają substancje towarzyszące (matryca próbki) składnikowi oznaczanemu (analitowi). Efekt ten nazywamy efektem matrycowym lub uogólniając efektem interferencyjnym, a substancje powodujące go interferentami. Efekty interferencyjne mogą być dodatnie, gdy zwiększają sygnał analitu o danym stężeniu, lub ujemne, gdy powodują jego zmniejszenie. W przypadku oddziaływania stałej ilości interferenta na zmienne ilości analitu, zmiany sygnału mogą mieć stałą wielkość - efekt addytywny, lub wielkość proporcjonalną do stężenia analitu efekt multiplikatywny. W tym ostatnim przypadku proporcjonalność może być złożoną funkcją. Wpływy interferencyjne mogą być różnego rodzaju. Mogą wynikać z ograniczonej selektywnością stosowanej metody, np. w spektrofotometrii może to być tworzenie z danym odczynnikiem kompleksującym związków absorbujących promieniowanie w podobnym zakresie widmowym (o widmach nakładających się), a w potencjometrii, przy zastosowaniu elektrod jonoselektywnych, oddziaływanie różnych jonów z materiałem membrany (równanie Nikolskiego). Najczęściej wpływ ten jest jednak bardziej złożony. Składniki próbki mogą oddziaływać na reaktywność analitu (poprzez formy występowania, środowisko reakcji moc 1

2 jonową), jego ilość bezpośrednio dostępną reakcji charakterystycznej (np. wiązanie analitu w reakcji kompleksowania, jego rozkład lub efektywność transportu do miejsca pomiaru) czy na kinetykę reakcji istotnych dla oznaczenia. Wpływy te zależą od rozpatrywanej metody analitycznej i indywidualnego układu analit interferent (interferenty), a często również od wzajemnych reakcji między interferentami. Parametry fizykochemiczne próbek (zależące od składu próbki) mogą oddziaływać na niektóre procesy wspomniane wyżej, ale mogą również wpływać na etapy oznaczenia zależne od transportu, mieszania, szybkości oddzielania, efektywności rozpylania, parowania itp. Wymienione wyżej przykłady można zaliczyć do matrycowych efektów interferencyjnych. W wielu metodach również parametry stosowanej aparatury jak i warunki pomiarowe wywierają wpływ na sygnał analityczny. Mogą to być oddziaływania na analit zmieniające czułość oznaczenia. Mogą to być również oddziaływania na istniejące interferencje, prowadzące do ich zmian jakościowych i ilościowych, a zatem do zmian sygnału pochodzącego od analitu. Jako przykłady można tu wymienić: wpływ monochromatyzacji wiązki promieniowania i jej szerokości na czułość oznaczeń metodą spektrofotometryczną, ale także na możliwość niespecyficznej absorpcji promieniowania. Może to być również wpływ temperatury płomienia w technikach z atomizacją płomieniową z jednej strony na stopień jonizacji metali alkalicznych, z drugiej zaś strony na rozkład trudnolotnych związków np. przy oznaczaniu wapnia w obecności glinu. W pierwszym z ostatnio wymienionych przykładów wzrost temperatury obniża czułość, w drugim zwiększa ją. Korygowanie efektów interferencyjnych Jak wspomniano, wymienione wpływy są różne w różnych metodach. Niektóre z nich, prowadzące do wzrostu czułości, mogą być korzystne dla procesu analitycznego i wówczas są wykorzystywane w praktyce (np. buforowanie). Wpływy niekorzystne lub ich efekty są eliminowane różnymi sposobami. Eliminację oddziaływań matrycowych można najpełniej osiągnąć oddzielając interferent od analitu przed wykonaniem oznaczenia. Wymaga to jednak wprowadzenia do procedury analitycznej dodatkowego, na ogół bardzo pracochłonnego etapu. Oddzielanie to, może wprowadzić jednak nowe, charakterystyczne dla tego procesu interferencje, a także, jako dodatkowa czynność może powodować pogorszenie precyzji. Z oddzielaniem analitu od matrycy wiązane są jednak duże nadzieje zwłaszcza w kontekście zastosowań do tego celu metod wstrzykowo-przepływowych. W eliminacji matrycowych efektów interferencyjnych mogą być wykorzystywane substancje pomocnicze dodatkowo wprowadzane do próbki jako tzw. bufory spektralne, które reagując z interferentem sprawiają, że jego oddziaływanie na analit zmniejsza się lub nawet zanika. Substancje pomocnicze mogą również, oddziaływując na analit w podobny sposób jak interferent, ustalać pewien poziom wpływu tak działa np. bufor dejonizujący. Ten drugi mechanizm właściwie nie eliminuje oddziaływania interferenta ustalając go sprawia jednak, że jest on łatwy do uwzględnienia na drodze kalibracji. Wspomniane efekty interferencyjne, nawet te o dodatnim wpływie na sygnał, mogą powodować błędy systematyczne oznaczeń, o ile nie zastaną wyeliminowane lub uwzględnione w procesie kalibracyjnym. Kalibracja jest jednym z ważniejszych etapów procedury analitycznej, gdyż bezpośrednio rzutuje na dokładność oznaczeń.

3 Kalibracja procedury analitycznej Kalibracja procedury analitycznej polega na jak najlepszym odwzorowaniu zależności między stężeniem analitu w próbce a sygnałem analitycznym, tak aby ze zmierzonego sygnału pochodzącego od analitu w próbce można było obliczyć (bez systematycznego błędu) to stężenie. Ponieważ nie jest znane prawdziwe stężenie analitu w próbce, kalibrację przeprowadza się mierząc sygnały od znanych, różnych ilości analitu we wzorcach (roztworach wzorcowych). Wzorce te powinny uwzględniać składniki powodujące istotne interferencje jak również zachowywać istotne parametry fizykochemiczne. Ponieważ na ogół znamy tylko ogólny skład matrycy próbek, na podstawie przewidywanych interferencji lub ich braku stosuje się jako wzorce roztwory proste analitu, roztwory uwzględniające główne interferenty w spodziewanych stężeniach, czy roztwory z odwzorowaniem matrycy. Jeżeli zastosowano buforowanie próbek przez dodatek substancji specjalnych (buforów), wzorce powinny być modyfikowane w taki sam sposób. Ponieważ wielkość niektórych oddziaływań, a zatem sygnały, mogą zmieniać się ze zmianą stężenia analitu, zależność kalibracyjną należy wyznaczyć w szerokim zakresie stężeń analitu, pokrywającym spodziewany zakres roboczy. Odpowiednio zaprojektowane metody kalibracji umożliwiają korygowanie wielu efektów interferencyjnych. Warianty metody kalibracji pod kątem możliwości uwzględnienia i eliminacji określonych efektów interferencyjnych omówiono szczegółowo w [1]. Tutaj tylko przypomnimy ich podstawowe zasady. Najczęściej stosowane są dwie metody kalibracji: metoda serii wzorców (krzywej kalibracyjnej) i metoda dodatków wzorca. Należy tu zaznaczyć, że w obu metodach przygotowuje się kilka wzorców (serie wzorców) przez dodatek roztworu wzorcowego, jednak podane wyżej nazwy dotyczą różnych metod i nie można ich mylić. Metody te bowiem różnią się sposobem przygotowania roztworów do kalibracji i wyznaczania stężenia analitu oraz zakresem minimalizacji, eliminacji bądź korygowania wpływu efektów matrycowych na wynik oznaczenia. 1. Metoda serii wzorców Metoda serii wzorców jest metodą interpolacyjną, a zależność absorbancji A = f(c analitu ) wyznacza się mierząc sygnały w kilku roztworach wzorcowych o znanych wzrastających stężeniach analitu. Jak wspomniano wyżej, roztwory wzorcowe powinny być przygotowane, stosownie do analizowanej próbki, tj. obok analitu powinny zawierać inne składniki próbki w spodziewanych stężeniach, substancje dodane do próbki w toku jej przygotowania do oznaczenia, a także bufory. Oczywiste jest jednak, że nie da się uwzględnić wszystkich składników matrycy, a oszacowane ich stężenia różnią się od prawdziwych zawartości. Niemniej jednak, uwzględnienie głównych składników oraz silnych interferentów okazuje się na ogół wystarczające do uzyskania kalibracji zapewniającej dokładne wyniki. W przeciwnym razie należy zastosować np. metodę dodatków wzorca. Zależność kalibracyjną najczęściej wykreśla się w układzie współrzędnych sygnał ~ stężenie oznaczanego pierwiastka we wzorcu, lub oblicza parametry funkcji i przedstawia w formie matematycznego równania. Najczęściej stosowane są przybliżenia prostoliniowe, ale dopuszczalne są również inne zależności funkcyjne. 3

4 . Metoda dodatków wzorca Metoda dodatków wzorca jest metodą ekstrapolacyjną, która dzięki wykorzystaniu do sporządzenia wzorców i wyznaczenia zależności kalibracyjnej porcji roztworu oryginalnej próbki pozwala uzyskać dokładne wyniki w obecności interferentów o nieznanym rodzaju, ilości i mechanizmie działania. Efektywna kompensacja efektów matrycowych (multiplikatywnych) zachodzi jednak tylko wtedy, gdy zachowane jest stałe stężenie interferentów. Metoda nie umożliwia kompensacji efektów addytywnych i daje poprawny wynik jedynie wówczas, gdy sygnał analityczny ma wartość zero w przypadku tzw. ślepej próby. Podstawowym ograniczeniem metody dodatków jest to, że stężenie wyznaczane jest na drodze ekstrapolacji. W takim przypadku precyzja oznaczenia jest mniejsza, a dokładność zależy z jednej strony od dokładności dopasowania funkcji kalibracyjnej, z drugiej od jej przebiegu w obszarze ekstrapolacji na ogół przebiegu tego nie znamy i zakładamy, że jest on prostoliniowy (w szczególnych przypadkach można zastosować inny model). Zastosowanie metody dodatków wraz ze szczegółową dyskusją jej zalet i ograniczeń opisano w [1]. Szczegółowy sposób przygotowania wzorców dla tej metody kalibracji zostanie podany w części Sposób wykonania Jak wspomniano wyżej, w obu wymienionych metodach kalibracji najczęściej do opisu zależności sygnał stężenie analitu stosuje się przybliżenie prostoliniowe ograniczając zakres roboczy. Na parametry otrzymanej prostej kalibracyjnej, a zatem i na odczytane (obliczone) z niej wyniki (na błędy oznaczenia) ma wpływ szereg czynników związanych z doborem liczby wzorców, liczby odczytów czy rozmieszczeniem wzorców w badanym zakresie stężeń. Parametry te dobierane są tak, aby zależność kalibracyjna, a następnie wyznaczone z niej stężenie analitu były obarczone jak najmniejszym błędem przypadkowym [1] małą niepewnością. Zagadnienia te omówimy poniżej. Niech prostą sygnał stężenie analitu ilustruje rysunek. y L N M b = MN LM = tg 0 a b x Parametry prostej b i a y b x a () 4

5 wyznaczane najczęściej metodą najmniejszych kwadratów obarczone są błędami przypadkowymi. Dla wyrazu wolnego najczęściej ustala się wartość 0 w tak zwanym procesie zerowania przyrządu, jednak wartość ta obarczona jest takim samym błędem jak wyraz a., Błędy te wyznacza się z rozrzutu sygnałów wokół prostej regresji. Jeżeli wariancję rozrzutu zdefiniujemy wzorem: s 0 = (y i - y) i m - to wariancje obu współczynników równania można przedstawić wzorami: s 0 x i s a = i m x i - ( x i ) i i ^ s 0 (3) (4) s b = _ (5) (x i - _ x) i We wzorach tych m oznacza liczbę wzorców, y i sygnał odczytany dla i-tego wzorca, y sygnał obliczony z równania kalibracyjnego dla wzorca o stężeniu x i, x i stężenie i-tego wzorca, _ x - średnie stężenie wzorców. Należy tu przypomnieć, że miarą błędu przypadkowego jest odchylenie standardowe, a więc pierwiastek kwadratowy z wariancji. Z powyższych równań wynika, że im mniejsza wartość s 0, tym mniejszy błąd przypadkowy i s a i s b, aby błąd współczynnika kierunkowego prostej kalibracyjnej (s b ) był mały, należy stosować wzorce o szerokim zakresie zmienności stężenia. Stosując empirycznie wyznaczoną funkcję kalibracyjną w celu wyznaczenia stężenia analitu popełnia się błąd przypadkowy wynikający zarówno z błędu samego pomiaru sygnału, jak i błędów parametrów a i b. Na ogół zakłada się, że błąd sporządzenia wzorców jest znikomo mały w porównaniu z błędami przypadkowymi pomiaru sygnału, jednak w szczególnych przypadkach tak nie jest i przy szacowaniu niepewności należy uwzględnić także niepewność sporządzenia wzorców. Błąd przypadkowy odczytu stężenia z krzywej kalibracyjnej określa wzór s s0 b 1 n 1 m b ( ( y i k y x i śr ) m x śr ) (6) We wzorze tym n oznacza liczbę zarejestrowanych wartości sygnałów dla każdego z m wzorców, y śr oznacza średni sygnał dla wzorców, a y k średni sygnał dla próbki. 5

6 Z powyższego wzoru wynikają następujące wnioski, co do wartości błędu przypadkowego oznaczenia: błąd ten jest tym mniejszy, im mniejszy rozrzut sygnałów wokół prostej regresji, błąd wyznaczenia wielkości x (stężenie lub zawartość) jest tym mniejszy, im większy jest kąt nachylenia prostej kalibracyjnej tzn. im większa jest czułość oznaczenia, błąd jest tym mniejszy, im więcej wzorców m zastosowano do sporządzenia wykresu kalibracyjnego, błąd maleje ze wzrostem liczby pomiarów n, dla każdego z punktów wykresu, błąd wyznaczenia wielkości x z wykresu kalibracyjnego, zależy od rozmieszczenia wartości x i dla wzorców względem średniej ogólnej x, błędy te są różne w różnych fragmentach wykresu kalibracyjnego, przy równych przyrostach x we wzorcach, minimum błędu jest w środkowej części wykresu kalibracyjnego, Błąd przypadkowy oznaczenia zależy również od precyzji pomiaru sygnału dla próbki. Na błędy systematyczne wpływają: dokładność sporządzenia wzorców, uwzględnienie efektów interferencyjnych, a również sposób konstrukcji (dopasowania) prostej, a zwłaszcza uwzględnianie lub odrzucanie tzw. wyników wątpliwych [1]. Kalibracja, w tym badania i eliminacji efektów interferencyjnych, oraz ocena prostych kalibracyjnych są podstawą niniejszego ćwiczenia. Zagadnienia zostaną zilustrowane na przykładzie oznaczania wapnia w próbkach wód metodą płomieniowej atomowej spektrometrii absorpcyjnej. Oznaczanie techniką płomieniowej atomowej spektrometrii absorpcyjnej [-4] Atomowa spektrometria absorpcyjna (AAS) i emisyjna (OES) mają szerokie zastosowania analityczne od wielu lat. Pozwalają one na oznaczenie ok. 70 pierwiastków metalicznych, a po zastosowaniu specjalnych procedur również niektórych niemetali, w bardzo wielu rodzajach materiałów. Zastosowanie tych technik na ogół wymaga przeprowadzenia próbek do roztworu, chociaż znane są przykłady bezpośredniego analizowania próbek stałych czy wprowadzania ich do układu pomiarowego w postaci zawiesiny. W próbkach można oznaczać zarówno składniki śladowe, składniki poboczne, a nawet składniki główne, szybko, z dużą precyzją i czułością (różną jednak dla różnych pierwiastków) i wysoką selektywnością. Sygnał analityczny absorbancja - w technice AAS, opisywany jest zależnością podobną do prawa Lamberta-Beera, dobrze znanego z metody spektrofotometrycznej. Można wyrazić go równaniem: A i = i l N i gdzie: A i absorbancja i-tego pierwiastka, l długość drogi absorpcji, N i liczba wolnych atomów i-tego pierwiastka w strefie absorpcyjnej, i współczynnik proporcjonalności. Stężenie (liczba) wolnych atomów w strefie absorpcji jest proporcjonalne do ich stężenia w roztworze (c i ), co można zapisać: N i = r i c i, 6

7 Współczynnik proporcjonalności r i jest tu złożoną funkcją (również często nieliniową) i zależy od wielu parametrów związanych ze składem roztworu i jego fizykochemicznymi właściwościami, procedurą atomizacji, typem, składem i temperaturą płomienia. Dlatego można go zmieniać optymalizując wymienione parametry np. pod kątem uzyskania oczekiwanej czułości. Współczynnik ten zmienia się również w wyniku dodawania do próbki substancji specjalnych, modyfikujących jej wybrane parametry. W ustalonych warunkach pomiarowych współczynnik r i ma stałą wartość. Zależność funkcyjną absorbancji od stężenia oznaczanego pierwiastka w roztworze: A = a i l c i, gdzie a i stała obejmująca współczynniki i i r i, drodze kalibracji. należy wyznaczyć eksperymentalnie na Jak wspomniano wyżej, atomowa spektrometria absorpcyjna jest metodą wysoce selektywną, i w oznaczeniu wielu pierwiastków w różnych próbkach, w szczególności w wodzie, efekty interferencyjną są znikome. Istnieją jednak interferencje charakterystyczne dla poszczególnych technik atomizacji oraz określonych grup analitów i składników przeszkadzających. Dlatego też zapoznanie się z typowymi interferencjami w AAS, a zwłaszcza w technice płomieniowej (z atomizacją w płomieniu) jest istotne ze względu na jej olbrzymią popularność i zastosowania w oznaczaniu wielu pierwiastków w różnych typach materiałów. Efekty interferencyjne w AAS można podzielić na: efekty spektralne, fizykochemiczne i chemiczne. Ponieważ wywierają one wpływ na wielkość sygnału analitycznego, należy je w badaniach wstępnych wykryć, a następnie wyeliminować lub zminimalizować na drodze odpowiedniej procedury kalibracyjnej (efekty matrycowe), stosując metody korekcji tła (niespecyficzna absorpcja cząsteczkowa) oraz dobór takich warunków atomizacji jak temperatura i skład płomienia. ZAGADNIENIA DO KOLOKWIUM 1. Co to jest kalibracja metody (procedury) analitycznej jakie są metody kalibracji?,. Kalibracja metodą serii wzorców obszar zastosowań i zasada przeprowadzenia kalibracji, 3. Kalibracja metodą dodatków wzorca obszar zastosowań i zasada przeprowadzenia kalibracji, 4. Zasady optymalnego dopasowania prostych kalibracyjnych metoda na oko, metoda regresji i metoda pojedynczej mediany, 5. Co to jest dokładność jakie elementy kalibracji rzutują na dokładność, 6. Od czego zależy precyzja (niepewność) oznaczeń jakie elementy kalibracji i jak rzutują na precyzję, 7. Co to jest czułość, granica oznaczalności jakie elementy wyznaczane w kalibracji wyrażają czułość (w zależności od sposobu wyznaczenia), 8. Zasada atomowej spektrometrii absorpcyjnej postawy teoretyczne, specyficzność, zależność absorbancji od parametrów oznaczania, 7

8 9. Budowa i działanie spektrometru do płomieniowej atomowej spektrometrii absorpcyjnej (FAAS) schemat blokowy, podstawy działania poszczególnych układów, 10. Metody atomizacji krótka charakterystyka, 11. Interferencje spektralne w FAAS efekty interferencyjne i sposoby ich eliminacji 1. Interferencje matrycowe w FAAS efekty chemiczne i fizykochemiczne oraz sposoby ich eliminacji. LITERATURA 1. Praca zbiorowa pod redakcją E. Szczepaniec-Cięciak i P. Kościelniaka, Chemia środowiska, ćwiczenia i seminaria, cz., Wydawnictwo Uniwersytetu Jagiellońskiego, Kraków 1999, rozdział 6... W. Szczepaniak, Metody instrumentalne w analizie chemicznej, PWN, Warszawa 1996, rozdział 8, lub PWN, Warszawa 00, rozdział 7 3. Praca zbiorowa pod redakcją E. Bulskiej i K. Pyrzyńskiej, Spektrometria atomowa, Możliwości analityczne, MALAMUT, Warszawa 007. Rozdział 4. CEL ĆWICZENIA CZĘŚĆ DOŚWIADCZALNA Zapoznanie się z kalibracją oznaczeń metodami serii wzorców i dodatków wzorca, Ocena błędów wyznaczenia prostych kalibracyjnych i błędów oznaczeń, Ocena błędów oznaczeń z wykorzystaniem różnych metod przygotowania wzorców, Zapoznanie się z budową i działaniem płomieniowego spektrometru AAS, Wykonanie oznaczeń wapnia w próbkach wody do picia. PRZYRZĄDY, NACZYNIA I ODCZYNNIKI Płomieniowy spektrometr atomowej absorpcji, wyposażony w lampę z katodą wnękową do oznaczania wapnia oraz palnik do płomienia: powietrze-acetylen, kolby miarowe o pojemności 10, 5, 50 i 100 ml, automatyczna pipeta regulowana w zakresie 1-5 ml, mikropipeta o pojemności 100, 00 l, wzorcowy roztwór podstawowy wapnia o stężeniu 1,000 g/l Ca. wzorcowy roztwór podstawowy krzemu o stężeniu 1,000 g/l Si. roztwór buforu lantanowego o stężeniu 0,0 g/l La. woda dejonizowana. 8

9 SPOSÓB WYKONANIA 1. Przygotowanie roztworów i oznaczenia wapnia w wodzie stosując kalibrację metodą serii wzorców Roztwory do kalibracja metodą serii wzorców (1) Z podstawowego roztworu wzorcowego wapnia o stężeniu 1 mg/ml Ca, należy przygotować roztwór pośredni o stężeniu 50 g/ml Ca. Z roztworu pośredniego należy sporządzić, w kolbach miarowych roztwory wzorcowe zawierające wapń w następujących stężeniach: 1,0;,0; 3,0; 4,0 i 5,0 g/ml. Należy obliczyć jakie objętości roztworu pośredniego należy wprowadzić do kolb dla sporządzenia poszczególnych wzorców. Roztwory w kolbach rozcieńcza się i uzupełnia do kreski wodą dejonizowaną. Próbki wody do picia Próbkę wody do picia (1) pobiera się wprost z wodociągu do kolby miarowej o pojemności 100 ml. W próbce tej wstępnie mierzy się absorbancję wapnia. W razie potrzeby (zbyt dużego sygnału powyżej zakresu kalibracji) porcję próbki należy odpowiednio rozcieńczyć wodą dejonizowaną. Z próbki wody (1) należy przygotować: próbkę wody do picia () przez rozcieńczenie wodą dejonizowaną próbki (1) tak, aby stężenie wapnia mieściło się w skali wzorców. W próbce tej oznacza się wapń (C1). próbkę wody do picia (3) przez rozcieńczenie wodą dejonizowaną próbki (1) tak samo jak wyżej jednak przed rozcieńczeniem wprowadzając dodatek interferenta (wzorcowy roztworu krzemu w objętości wskazanej przez asystenta) i rozcieńcza do kreski. W próbce tej oznacza się wapń (C). Różnica C C1 podzielona przez C1 określa względny błąd oznaczenia wapnia w obecności krzemu. Wykonanie pomiarów Przed przystąpieniem do pomiarów należy ustalić parametry aparaturowe spektrometru AAS, umożliwiające oznaczenie wapnia w pobranej próbce. Składają się na to następujące elementy możliwe do ustalenia z poziomu oprogramowania: a) prąd lampy z katodą wnękową do oznaczania wapnia rekomendowana wartość 7 ma, b) długości fali charakterystycznej dla wapnia rekomendowana długość 4,7 nm. Pomiary należy wykonać w następujący sposób: a) zapalić płomień (poprzez odpowiednią ikonę w oprogramowaniu) i sprawdzić jego kształt oraz kolor (kolor powinien być niebieski), b) wprowadzić do płomienia wodę dejonizowaną i wyzerować wartość absorbancji; c) wprowadzić do płomienia roztwór wzorcowy lub próbkę i po chwili uruchomić odczyt sygnału uzyskana wartość jest wielkością średnią z zadanego czasu uśredniania sygnału, d) zanotować uzyskaną absorbancję. 9

10 Czynności a) - c) wykonuje się w odniesieniu do każdego roztworu wzorcowego i dla każdej próbki, powtarzając w seriach co najmniej trzykrotnie. Uwaga: Technika płomieniowej atomowej spektrometrii absorpcyjnej jest technika oznaczania śladów. Roztwory odpadowe powstające w tym ćwiczeniu zawierają niewielkie ilości wapnia i można je wylać do zlewu. 3. Przygotowanie roztworów do kalibracji metodą dodatków wzorca i kalibracji metodą serii wzorców z dodatkiem buforu spektralnego oraz oznaczenia wapnia w wodzie 3.1 Roztwory do kalibracji i oznaczenia metodą dodatków wzorca Wykorzystując roztwór próbki (3) należy sporządzić trzy kolejne roztwory jeden bez dodatku wzorca i z rosnącymi dodatkami np. w podany sposób: odmierzyć 5 ml próbki (3) do kolbki o poj. 10 ml i rozcieńczyć wodą demineralizowaną do kreski (roztwór 0 bez dodatku) Odmierzyć 5 ml próbki do kolbki o poj. 10 ml, dodać 0, ml pośredniego roztworu wzorcowego Ca i rozcieńczyć wodą demineralizowaną do kreski (roztwór 1) Odmierzyć 5 ml próbki do kolbki o poj. 10 ml dodać 0,4 ml pośredniego roztworu wzorcowego Ca i rozcieńczyć wodą demineralizowaną do kreski (roztwór ) Oznaczyć metodą dodatków wzorca stężenie w roztworze O. Aby uzyskać stężenie C3, wartość tak wyznaczonego stężenia należy, w naszym przypadku, przemnożyć x. Różnica C3 C1 podzielona przez C1 określa względny błąd oznaczenia metodą dodatków wzorca. 3. Roztwory do kalibracja metodą serii wzorców z dodatkiem buforu lantanowego () Z pośredniego roztworu wzorcowego o stężeniu 50 g/ml należy sporządzić, w kolbach miarowych, roztwory wzorcowe zawierające wapń w następujących stężeniach: 1,0;,0; 3,0; 4,0 i 5,0 g/ml oraz 0,4 g/l La. Z próbki wody (1) należy przygotować: próbkę wody do picia (4) przez rozcieńczenie wodą dejonizowaną próbki (1) wprowadzając jednak tym razem przed rozcieńczeniem do kreski dodatek interferenta (wzorcowy roztworu krzemu w objętości wskazanej przez asystenta tak samo jak wcześniej) oraz bufor lantanowy. W próbce tej oznacza się wapń (C4) korzystając z wzorców przygotowanych jak podano wyżej. Różnica C4 C1 podzielona przez C1 określa względny błąd oznaczenia Roztwory w kolbach rozcieńcza się i uzupełnia do kreski wodą demineralizowaną. Pomiary należy przeprowadzić zgodnie z opisem w punkcie (a-c) 10

11 OPRACOWANIE WYNIKÓW Ocena wpływu powtarzalność pomiaru na parametry prostej kalibracyjnej (dla I serii) 4.1 Obliczyć średnie wartości absorbancji dla każdego roztworu wzorcowego pierwszej serii, 4. Na podstawie wyników dla wszystkich wzorców (uwzględniając również 0 ) obliczyć parametry równań prostych i ich błędy. 4.3 Obliczyć parametry prostej z uwzględnieniem wzorców 1-5, jednak bez wzorca o stężeniu 0, 4.4 Obliczyć parametry prostej z uwzględnieniem wzorca o stężeniu 0 i o najwyższym stężeniu. 4.5 Dla próbki wody () obliczyć średnią absorbancję, stężenie, odchylenie standardowe średniej i odchylenie standardowe wynikające z błędów przypadkowych kalibracji. 4.6 Na podstawie średniej absorbancji próbki wody () obliczyć stężenia stosując również funkcje kalibracyjne (pp. 4.3 i 4.4). Optymalne dopasowanie zależności kalibracyjnych do danych pomiarowych dla wzorców 4.7. Wyznaczyć parametry prostej na podstawie wyników uzyskanych w p.1 dopasowując ją: a) na oko (do punktów naniesionych na papier milimetrowy), b) metodą pojedynczej mediany [1], Porównać parametry obliczone metodą najmniejszych kwadratów z parametrami wyznaczonymi w pp a) i b). Ocena błędu oznaczenia w obecności interferenta i efektywności eliminacji tego błędu z zastosowaniem użytych metod kalibracji. 4.8 Obliczyć błędy oznaczenia w roztworach z interferentem (przy założeniu że wartość uzyskana dla próbki bez interferenta jest stężeniem prawdziwym) przy zastosowaniu kalibracji metodą serii wzorców z użyciem: prostych roztworów wzorcowych (seria I), roztworów z dodatkiem buforu (seria II, p. 3.) oraz metodą dodatków wzorca p Na podstawie otrzymanych rezultatów należy wyciągnąć wnioski w odniesieniu do następujących zagadnień: a. wpływu precyzji sporządzenia wzorców i pomiaru sygnału oraz położenia sygnału próbki względem wzorców na precyzję oznaczenia, b. wpływu braku uwzględnienia wzorca 0 ślepej próby na położenie prostej, oraz na wyniki oznaczenia, c. wpływu wykorzystania do kalibracji tylko ślepej próby i wybranego wzorca d. wpływu sposobu dopasowania prostej do sygnałów dla wzorców na jej parametry i wyniki oznaczeń, e. dokładność oznaczeń w obecności interferentów, przy zastosowaniu różnych sposobów kalibracji. 11