Chemia nieorganiczna. Analiza ilościowa. Zakład Chemii Medycznej Pomorskiego Uniwersytetu Medycznego

Transkrypt

1 Chemia nieorganiczna Analiza ilościowa Zakład Chemii Medycznej Pomorskiego Uniwersytetu Medycznego

2 Metody analizy ilościowej Metody wagowe polegają na oznaczeniu zawartości składnika na podstawie masy strąconego osadu. osad ten musi być osadem czystym, suchym lub wyprażonym Metody miareczkowe polegają na dodawaniu reagenta tak długo, aż całkowicie przereaguje z oznaczaną substancja. Na podstawie ilości dodanego titranta obliczmy stężenie (zawartość) naszej substancji. Analiza instrumentalna - do wykonania tych oznaczeń konieczny przyrząd. zajścia reakcji lub jej końca nie rejestrujemy za pomocą naszych zmysłów, a wykorzystujemy urządzenia zdolne do pomiaru różnych zjawisk fizycznych lub fizykochemicznych. 2

3 Metody analizy ilościowej Analiza może odbywać się w sposób: bezpośredni określamy stężenie interesującej nas substancji pośredni - pomiar poprzedza derywatyzacja derywatyzacja proces mający na celu modyfikację chemiczną związku, połączoną z powstaniem innego związku, który można łatwiej oznaczyć z zastosowaniem określonej techniki. np. estryfikacja substancji organicznych mających bardzo zbliżone właściwości fizykochemiczne pozwala uzyskać estry różniące się istotnie między sobą np. lotnością, temperaturą topnienia, współczynnikami podziału. 3

4 Analiza objętościowa (miareczkowa) Dział analizy ilościowej, której podstawą jest miareczkowanie miareczkowanie: czynność polegająca na dodawaniu titranta do roztworu zawierającego jeden lub więcej oznaczanych składników roztwór titranta dodaje się do analitu z biurety stopniowo, małymi porcjami miarami titrant roztwór zawierający reagent o znanym stężeniu analit roztworu zawierający substancję o nieznanym stężeniu miareczkowanie: stechiometryczny przebieg reakcji 4

5 Analiza objętościowa (miareczkowa) miareczkowanie osiągnięcie momentu, w którym ilość dodawanego odczynnika do roztworu będzie chemicznie równoważna ilości substancji badanej wyznaczenie objętości odczynnika potrzebnej do osiągnięcia tego punktu obliczenie stężenia roztworu miareczkowanego 5

6 Analiza miareczkowa - sprzęt biureta kolba stożkowa błąd paralaksy: błąd w odczytywaniu wskazań przyrządu, wynikający z nieodpowiedniego ustawienia oka względem podziałki urządzenia wskazującego. mieszadełko mieszadło 6

7 Analiza miareczkowa - biureta Biureta długa, cienka rurka szklana z precyzyjną skalą objętości, w dolnej części posiada kranik dół zakończony zwężeniem zadaniem biurety jest precyzyjne odmierzanie cieczy w czasie miareczkowania szybkie przygotowywanie roztworów mianowanych Biurety mają różną objętość i wysokość. mikrobiurety - mają pojemność rzędu kilku ml. biurety przemysłowe mogą mieć nawet do 10 l pojemności najczęściej spotykane mają jednak zwykle pojemność od 50 do 150 ml. wysokość od 50 do 150 cm 7

8 Analiza miareczkowa - biureta Tradycyjnie biurety posiadają tzw. odwrotną skalę. na szczycie skali jest pozycja "0", na dole (powyżej kranika) jej najwyższa wartość. Kranik powinien być całkowicie szczelny i umożliwiać dozowanie roztworu po kropli. kraniki szklane, z połączeniami na szlif kraniki teflonowe Dolne zakończenie biurety powinno: mieć na całym obwodzie stałą średnicę wewnętrzną dozowane krople powinny mieć tę samą objętość 8

9 Analiza miareczkowa W trakcie miareczkowania titrant powinien reagować szybko i ilościowo z analitem, powodując zmiany określonych własności fizycznych analitu zachodzące zmiany: zmiana barwy, zmiana przewodnictwa elektrycznego wytrącenie osadu pomiar objętości wkroplonego titrantu, połączony z pomiarem lub obserwacją zmiany fizycznych własności analitu, umożliwia określenie dokładnego stężenia określonego związku chemicznego w analicie. reakcja stosowana przy miareczkowaniu powinna przebiegać szybko i ilościowo zgodnie z określonym równaniem wprowadzany odczynnik nie może wchodzić w reakcję z innymi substancjami występującymi w roztworze posiadać odpowiedni wskaźnik umożliwiający określenie końca miareczkowania. 9

10 Reakcje zachodzące w czasie miareczkowania Ze względu na typ reakcji zachodzących podczas miareczkowania pomiędzy analitem a titrantem, metody miareczkowania dzielimy na: alkacymetrię opiera się na reakcjach zobojętniania (kwaszasada) alkalimetria oznaczanie substancji przez miareczkowanie mianowanym roztworem zasady acydymetria oznaczanie substancji przez miareczkowanie mianowanym roztworem kwasu Rozróżniamy trzy typy miareczkowania alkacymetrycznego: miareczkowanie mocnych kwasów / zasad miareczkowanie słabych kwasów / zasad miareczkowanie mieszanin kwasów / zasad o różnej mocy. 10

11 Reakcje zachodzące w czasie miareczkowania redoksymetrię opiera się na reakcjach utleniania i redukcji oksydymetria oznaczanie substancji przez miareczkowanie mianowanymi roztworami utleniaczy reduktometria - oznaczanie substancji przez miareczkowanie mianowanymi roztworami reduktorów w zależności od nazwy stosowanego titranta rozróżniamy dodatkowe podgrupy: manganometria jodometria bromianometria chromianometria 11

12 Reakcje zachodzące w czasie miareczkowania kompleksometrię opiera się na tworzeniu rozpuszczalnych, słabo zdysocjowanych (trwałych) związków kompleksowych kompleksometria titrantami są roztwory kompleksonów tworzących z metalami kompleksy chelatowe merkurymetria oznaczanie chlorków jako HgCl 2 12

13 Reakcje zachodzące w czasie miareczkowania miareczkowanie strąceniowe opiera się na reakcji wytrącania trudnorozpuszczalnych osadów w wyniku łączenia jonów titranta i analitu argentometria - miareczkowanie mianowanym roztworem AgNO 3, tworzącym z jonami chlorkowymi, bromkowymi, jodkowymi trudno rozpuszczalne osady soli srebra Punkt równoważnikowy rozpoznaje się za pomocą odpowiednich indykatorów (wskaźników) 13

14 Klasyfikacja wg sposobu prowadzenia miareczkowania miareczkowanie bezpośrednie oznaczana substancja reaguje bezpośrednio stechiometrycznie i szybko z dodawanym titrantem używa się tylko jednego roztworu mianowanego titranta miareczkowanie pośrednie - oznaczany związek nie reaguje bezpośrednio z titrantem, lecz pośrednio z inną substancją, miareczkowany jest produkt tej reakcji konieczne jest dobranie takiej substancji trzeciej, która reagując stechiometrycznie i ilościowo z oznaczanym składnikiem tworzy nowy związek, reagujący następnie z titrantem 14

15 Klasyfikacja wg sposobu prowadzenia miareczkowania miareczkowanie odwrotne do badanego roztworu dodaje się odmierzoną ilość roztworu mianowanego (titrant I) w nadmiarze, nadmiar tego odczynnika odmiareczkowuje się odpowiednim roztworem mianowanym (titrant II) potrzebne są dwa roztwory mianowane miareczkowanie odwrotne stosujemy w przypadku: wolno przebiegających reakcji gdy trudno jest dobrać odpowiedni wskaźnik do miareczkowania bezpośredniego 15

16 Dokładność wyznaczenia stężenia dokładność wyznaczenia stężenia substancji miareczkującej (dokładność przygotowania roztworów mianowanych) stechiometrii i kinetyki reakcji miareczkowania dokładność wyznaczenia objętości substancji miareczkującej kalibracja biurety błąd paralaksy menisk wyznaczenia punktu równoważnikowego zmiana barwy, przegięcie krzywej 16

17 Punkt równoważnikowy miareczkowania (PR) Punkt miareczkowania, w którym oznaczany składnik przereagował stechiometrycznie z dodanym z biurety odczynnikiem, nazywa się punktem równoważnikowym 17

18 Punkt końcowy miareczkowania (PK) praktyczny koniec miareczkowania, widoczny dzięki: zmianom w roztworze (zmętnienie, zabarwienie lub zmiana zabarwienia) zmianie barwy wskaźnika zmianom rejestrowanym (dla metod instrumentalnych). 18

19 Sposoby wyznaczania PK miareczkowania Metoda wizualna zmiana barwy roztworu, wytrącenie osadu 19

20 Sposoby wyznaczania PK miareczkowania Graficzne wyznaczenie PK miareczkowania na podstawie wykresu zależności zmian ph (potencjału przewodnictwa, prądu) od objętości dodawanego titranta ph = f(v) 20

21 Graficzna metoda wyznaczania PK miareczkowania. Metoda środkowej Polega na wykreśleniu stycznych równoległych przed i za punktem przegięcia oraz w połowie odległości między nimi środkowej stycznej przecinającej krzywą miareczkowania Punkt przecięcia prostej prostopadłej z osią objętości titranta wyznacza PK. 21

22 Sporządzanie i mianowanie roztworów wzorcowych Titranty otrzymujemy przez: A. odważenie substancji, której roztwór sporządzamy i rozpuszczenie jej w rozpuszczalniku tak, by otrzymać ściśle określoną objętość roztworu B. sporządzenie roztworu substancji o przybliżonym stężeniu i zmianowanie go za pomocą określonej substancji wzorcowej 22

23 Sporządzanie i mianowanie roztworów wzorcowych odważenie substancji, której roztwór sporządzamy i rozpuszczenie jej w wodzie (innym rozpuszczalniku) tak, by otrzymać ściśle określoną objętość roztworu jeśli substancja jest wystarczająco czysta i trwała: odważamy odpowiednią ilość tej substancji na wadze analitycznej ilościowo przenosimy do kolby miarowej rozpuszczamy w wodzie (rozpuszczalniku) dopełniamy do określonej objętości Oznaczone miano nazywamy bezwzględnym 23

24 Sporządzanie i mianowanie roztworów wzorcowych sporządzenie roztworu danej substancji o przybliżonym stężeniu i zmianowanie go za pomocą określonej substancji wzorcowej substancja, której roztwór wzorcowy (mianowany) chcemy sporządzić: nie ma odpowiedniego stopnia czystości jest higroskopijna po rozpuszczeniu zmienia stężenie odważamy tę substancję na wadze technicznej i sporządzamy roztwór o przybliżonym stężeniu roztwór mianujemy kilkakrotne miareczkowanie tym roztworem porcji odpowiedniej substancji wzorcowej 24

25 Sporządzanie i mianowanie roztworów wzorcowych sporządzenie roztworu danej substancji o przybliżonym stężeniu i zmianowanie go za pomocą określonej substancji wzorcowej miano roztworu wzorcowego wyznaczone przez miareczkowanie substancji wzorcowej tylko wtedy jest bezwzględne gdy punkt końcowy miareczkowania pokrywa się z punktem równoważnikowym jeżeli punkty nie pokrywają się, wtedy miano nazywamy roboczym jest ono obarczone błędem systematycznym, związanym z daną metodą oznaczania miareczkowego 25

26 Stosowanie biurety biureta powinna być umocowana pionowo kran biurety powinien być szczelny przed nalaniem titranta biuretę należy 2-3 krotnie przepłukać małymi porcjami titranta napełnić biuretę nieco powyżej kreski zerowej jeśli robimy przez lejek należy go po napełnieniu biurety wyjąć całkowicie usunąć powietrze z końcówki biurety doprowadzić poziom titranta w biurecie do kreski zerowej. usunąć kroplę titranta z końcówki biurety 26

27 Miareczkowanie analizowaną próbkę umieszczamy w kolbie stożkowej i umieszczamy pod wylotem biurety. gdy to konieczne dodajemy wskaźnik każde miareczkowanie zaczynamy od zera. palcami lewej ręki otwieramy delikatnie kurek biurety, a prawą cały czas mieszamy ruchem wirowym ciecz w kolbie stożkowej. 27

28 Miareczkowanie aby zmiana barwy była lepiej zauważalna, kolbę ustawiamy na białym tle (ekran) roztwór mianowany spuszczamy z biurety początkowo dosyć szybko zbliżając się do PK miareczkowania coraz wolniej w trakcie miareczkowania obserwujemy roztwór w kolbie, a nie biuretę. 28

29 Miareczkowanie. poziom titranta w biurecie odczytujemy zawsze po upływie stałego czasu (1 2 min) od zakończenia miareczkowania całe miareczkowanie należy prowadzić przy jednorazowym napełnianiu biurety miareczkowanie staramy się wykonywać w miejscu dobrze oświetlonym, najlepiej światłem dziennym. 29

30 Miareczkowanie. oznaczenia wykonujemy zwykle trzykrotnie, przy czym różnica między miareczkowaniami powinna się zawierać 0,05 0,15 ml po zakończeniu oznaczenia roztwór z biurety wylewamy. nie wolno ponownie wlewać do butelki z roztworem mianowanym!!! nieużywana biureta powinna być zawsze napełniona wodą destylowaną, aby jej powierzchnia wewnętrzna nie uległa zanieczyszczeniu. 30

31 Błędy w analizie objętościowej niedokładne wymieszanie titranta po przygotowaniu niedokładne wymieszanie roztworów do analizy niedokładne sprawdzenie pojemności naczyń (w tym wyznaczenie współmierności) błędne oznaczanie miana titranta zbyt szybkie miareczkowanie (titrant pozostaje na ściankach biurety) 31

32 Błędy w analizie objętościowej niedokładne odczytanie objętości po zmiareczkowaniu zbyt mała ilość zużytego titranta w stosunku do pojemności biurety nietrwałość niektórych roztworów mianowanych brudne naczynia (niedokładnie myte) trudności w zauważeniu zmiany barwy 32

33 Analiza objętościowa ZALETY duża prostota wykonania krótki czas analizy WADY ograniczona czułość możliwość występowania błędów metodycznych 33

34 Analiza alkacymetryczna

35 Reakcje zachodzące w czasie miareczkowania alkacymetria opiera się na reakcjach zobojętniania (kwaszasada) alkalimetria oznaczanie substancji przez miareczkowanie mianowanym roztworem zasady acydymetria oznaczanie substancji przez miareczkowanie mianowanym roztworem kwasu Rozróżniamy trzy typy miareczkowania alkacymetrycznego: miareczkowanie mocnych kwasów / zasad miareczkowanie słabych kwasów / zasad miareczkowanie mieszanin kwasów / zasad o różnej mocy. Do miareczkowania alkacymetrycznego zawsze używamy mocne kwasy lub mocne zasady! 35

36 Wskaźniki ph Pomiar ph metoda potencjometryczna rejestracja zmiany barwy wskaźnika Wskaźniki ph słabe kwasy lub zasady organiczne zmieniają barwę: reagując z wodą tworząc układy sprzężone kwas-zasada (przechodzą w formę jonową przy ściśle określonym ich stężeniu jonów H + ) InH+ H 2 O In - + H 3 O + na skutek zmian konformacyjnych 36

37 Wskaźniki ph wskaźniki wizualne jednobarwne uzyskują (tracą) barwę w zależności od ph dwubarwne zmieniają kolor w zależności od ph mieszane papierki wskaźnikowe Absorpcja światła przez strukturę chemiczną wskaźnika przesuwa się w kierunku dłuższych fal, wraz ze wzrostem liczby sprzężonych liniowo wiązań podwójnych. 37

38 Wskaźniki ph oranż metylowy miejsce przyłączenia protonu dodatni ładunek przy atomie azotu Barwa: ph: żółta wiązania podwójne: nie sprzężone >4,4 <3 czerwona układ sprzężonych wiązań podwójnych powinowactwo do jonu H 3 O + zdolna do przyłącznia zdolna do odszczepienia 38

39 Wskaźniki ph fenoloftaleina Barwa: bezbarwny fioletowa ph: <8,3 >10 wiązania podwójne: nie sprzężone układ sprzężonych wiązań podwójnych powinowactwo do jonu H 3 O + zdolna do odszczepiania zdolna do przyłączania 39

40 Wskaźniki ph wskaźniki stosujemy pojedynczo wskaźniki mieszane w mieszaninie z obojętnym barwnikiem, na tle którego zmiana barwy jest lepiej zauważalna mieszaniny wskaźników zmieniają barwę stopniowo, w szerokim zakresie ph wskaźniki uniwersalne służą do orientacyjnego określenia ph wskaźniki fluorescencyjne miareczkowanie roztworów zabarwionych zmieniają barwę fluorescencji lub zaczynają fluoryzować przy określonym ph 40

41 Wskaźniki ph (miareczkowanie mocnego kwasu) krzywa miareczkowania - wykres zmiany parametru (ph) od ilości zużytego titranta Należy tak dobrać wskaźnik do oznaczenia, aby zakres zmiany barwy wskaźnika mieścił się wewnątrz skoku miareczkowania ph PR skok miareczkowania (± 0,1 % ilości analitu w stosunku do PR) v NaOH [ml] 41

42 Wskaźniki ph Wskaźnik pk Przedział ph błękit tymolowy 1,65 1,2 2,8 żółcień metylowa 3,2 2,9 4,0 oranż metylowy 3,46 3,1 4,4 czerwień metylowa 5,0 4,2 6,2 purpura bromokrezolowa 6,3 5,2 6,8 błękit bromotymolowy 7,2 6,7 7,6 czerwień krezolowa 8,46 7,4 9,0 fenoloftaleina 9,53 8,0 9,8 tymoftaleina 9,70 9,3 10,5 42

43 Analiza kompleksometryczna

44 Wiązanie koordynacyjne np. [Fe(CN) 6 ] 4- Wiązanie koordynacyjne (donorowo-akceptorowe) tworząca je para elektronów pochodzi od jednego atomu donoru akceptor uzupełnia ostatnią powłokę elektronową do konfiguracji najbliższego gazu szlachetnego donor uzyskuje ładunek dodatni, akceptor uzyskuje ładunek ujemny donorami elektronów są atomy lub jony z przynajmniej jedną wolną parą elektronów, np. azot, tlen siarka, jon chlorkowy akceptorami zazwyczaj są jony wodoru oraz atomy mające lukę oktetową. 44

45 Grupy odczynników kompleksujących ligandy wielofunkcyjne (kleszczowe) KOMPLEKSONY pochodne kwasów aminopolikarboksylowych Komplekson I kwas aminotrioctowy (NTA); H 3 Y- ligand czterokleszczowy 45

46 Grupy odczynników kompleksujących ligandy wielofunkcyjne (kleszczowe) Komplekson II kwas etylenodiamino N,N'-tetraoctowy H 4 Y- ligand sześciokleszczowy 46

47 Grupy odczynników kompleksujących ligandy wielofunkcyjne (kleszczowe) Komplekson III EDTA; Na 2 H 2 Y 2 H 2 O sól sodowa kwasu dietylenoaminotetraoctowego 47

48 Komplekson III Sól sodowa kwasu dietylenoaminotetraoctowego bardzo trwały, trudno ulega rozłożeniu titrant o trwałym mianie łatwo rozpuszczalny w wodzie tworzy stosunkowo trwałe kompleksy chelatowe z wieloma jonami metali wielowartościowych duży skok krzywej miareczkowania powstałe kompleksy są bezbarwne jeśli sam metal nie ma właściwości chromoforowych (Fe, Cr, Cu, Ni) możliwość stosowania barwnych wskaźników 48

49 Komplekson III z jonami metali wielowartościowych, niezależnie od ich wartościowości, reaguje w stosunku 1:1 Me n+ + H 2 Y H 2 O MY (n-4) + 2H 3 O + dla kationu czterowartościowego powstały kompleks jest chelatem wewnętrznym z zerowym ładunkiem elektrycznym równowaga reakcji kompleksowania zależy od ph roztworu, pozwala na łatwe sterowanie przebiegiem reakcji 49

50 Komplekson III zdolność do tworzenia kompleksów chelatowych z metalami zależy od ph roztworu barwne wskaźniki umożliwiają obserwację końca reakcji kompleksowania jonów podczas miareczkowania miareczkowanie roztworami EDTA (kompleksometria) ma zastosowanie do oznaczania metali (miareczkowanie proste i odwrotne) niemetali (metody pośrednie) mianowane roztwory EDTA można stosować w stężeniach 0,1 M do 0,001 M, co umożliwia oznaczanie pierwiastków w bardzo szerokich zakresach stężeń. 50

51 Komplekson III - zastosowania odczynnik kompleksujący w chemii analitycznej środek zmiękczający wodę środek konserwujący żywność (wiązanie kationów metali ciężkich niepożądanych kofaktorów enzymów) składnik roztworów buforowych zapobieganie pozaustrojowemu krzepnięciu krwi (wiązanie jonów wapnia) stosowany jako odtrutka w zatruciach metalami ciężkimi stosowany w nawozach mikroelementowych inhibitor metaloproteaz 51

52 Wskaźniki kompleksometryczne Przy zastosowaniu roztworu EDTA jako titranta stosuje się barwne wskaźniki kompleksometryczne - metalowskaźniki lub wskaźniki metalochromowe MeIn + EDTA Me. EDTA + In barwa I barwa II lub zniknięcie barwy 52

53 Wskaźniki kompleksometryczne Najczęściej stosowanymi wskaźnikami w miareczkowaniu z EDTA są: czerń eriochromowa T zabarwienie w roztworach o ph < 6.3 czerwone, ph 7-11 niebieskie, ph >11.3 pomarańczowe Stosowany do oznaczania w środowisku ph 9 10,5 niebieska barwa tworzy barwę czerwonego wina z: wapniem, cynkiem, glinem, niklem poszczególne kompleksy różnią się trwałością kompleks-ca < kompleks-mg << kompleks-al b.silny i trwały roztwory czerni są nietrwałe 53

54 Wskaźniki kompleksometryczne fiolet pirokatechinowy ph < 1.5 czerwone, ph żółte, ph 6 9 fiołkowe, ph > 9 czerwonofiołkowe Stosowany do oznaczania w środowisku kwasowym: bizmutu, technetu, toru zasadowym miedzi, kobaltu, niklu, kadmu, cynku, magnezu, manganu, ołowiu kompleksy chelatowe mają na ogół barwę niebieską 54

55 Zalety kompleksometrii uniwersalność (prawie cały układ okresowy) dokładność, prostota skrócenie czasu analizy skomplikowanych mieszanin uproszczenie trudnych zagadnień analitycznych pośrednie oznaczanie kationów z grupy litowców i fosforanów: wytrącenie fosforanu amonowo-magnezowego oznaczenie magnezu (po rozpuszczeniu) pośrednie oznaczanie siarczanów dodanie nadmiaru BaCl 2 odmiareczkowanie nadmiaru Ba 2+ 55

56 Analiza wagowa 56

57 Analiza wagowa Postępowanie w analizie wagowej wytrącenie oznaczanego składnika w postaci trudnorozpuszczalnego osadu odsączenie przemycie wysuszenie (lub wyprażenie) ważenie Metodę tę stosujemy, gdy oznaczany składnik daje się przeprowadzić w trudnorozpuszczalny osad, który po wysuszeniu lub wyprażeniu daje substancję o ściśle określonym składzie 57

58 Analiza wagowa Metody wagowe: stosujemy do oznaczania wszystkich metali i niemetali (anionów i kationów) charakteryzują się dużą czułością często są technikami referencyjnymi przeprowadzając oznaczaną substancję w związek o dużej masie cząsteczkowej wykrywamy stosunkowo niewielkie jej ilości, np. wykrywanie fosforanów w reakcji z molibdenianem amonowym pozwala wykryć niewielkie ilości jonu wykrywanie glinu w reakcji z 8-hydroksychinoliną 58

59 Analiza wagowa wykrywanie glinu w reakcji z 8-hydroksychinoliną m.cz. glin 26,98 8-hydroksychinolina 145 tris-(8-hydroksychinolina) glinu 459,43 zawartość oznaczanego jonu w masie osadu stanowi niewielką część zmniejszenie błędu ważenia 59

60 Strącanie osadów Tworzenie kryształów: podczas dodawania odczynnika strącającego do badanego roztworu, po przekroczeniu iloczynu rozpuszczalności zaczynają tworzyć się zarodki osadu trudno rozpuszczalnego związku w trakcie dalszego dodawania zarodki przekształcają się w większe kryształy podczas powolnego dodawania roztworu strącającego powstaje mniejsza ilość zarodków otrzymujemy większe kryształy 60

61 Właściwości osadów Osad powinien: praktycznie nierozpuszczalny w wodzie niewielki iloczyn rozpuszczalności < 1*10-5 mol/l ilość składnika pozostająca w roztworze po zakończeniu reakcji nie może przekraczać 0,1-0,2 mg rozpuszczalność trudno rozpuszczalnych związków obniżamy stosując nadmiar odczynnika strącającego musi mieć stały skład chemiczny osad (krystaliczny, jak i koloidalny) musi mieć postać umożliwiającą łatwe i szybkie odsączenie i przemycie mieć duży ciężar cząsteczkowy ciężar oznaczanego składnika stanowi małą część 61

62 Zanieczyszczenia osadu spowodowane są: adsorpcją zanieczyszczenie adsorbujące się na powierzchni wzrastają wraz z powierzchnią osadu osady drobnokrystaliczne i koloidalne są najczęściej zanieczyszczone z powodu adsorpcji współstrącaniem strącanie wraz z substancją trudno rozpuszczalną jonów, które w normalnych warunkach są rozpuszczalne w cieczy macierzystej np. dobrze rozpuszczalny szczawian magnezu współstrąca się częściowo wraz ze szczawianem wapnia współstrącanie wynika z tworzenia się kryształów mieszanych związku chemicznego między strącaną substancją a obecnymi w roztworze jonami okluzją zatrzymanie obcych jonów wewnątrz strącanej substancji; zachodzi głównie podczas szybkiego strącania osadów 62

63 Optymale warunki strącania osadów osad należy strącać z dostatecznie rozcieńczonego roztworu odczynnik strącający dodaje się powoli, kroplami roztwór w czasie strącania należy mieszać osad strąca się z gorącego roztworu za pomocą gorącego odczynnika odczynnik wprowadza się w odpowiednim nadmiarze ok. 30% nadmiaru odczynnika strącającego w stosunku do teoretycznej ilości oznaczanego jonu przed sączeniem przeprowadza się proces starzenia osadów krystalicznych 63

64 Efekt solny i efekt wspólnego jonu Efekt solny dodanie do roztworu kontaktującego się z osadem elektrolitu nie posiadającego jonów wspólnych z osadem powoduje zwiększenie rozpuszczalności osadu na skutek wzrostu mocy jonowej roztworu oraz zmniejszenia współczynników aktywności jonów tworzących osad. Efekt wspólnego jonu dodanie do roztworu stykającego się z osadem elektrolitu posiadającego wspólny jon z osadem powoduje zmniejszenie rozpuszczalności osadu. 64

65 Schemat analizy wagowej Strącanie osadu Starzenie osadu Sączenie osadu Tylko osad krystaliczny Przemycie osadu Suszenie osadu Prażenie osadu Ważenie osadu Tylko wybrane osady 65

66 Starzenie osadu tylko dla osadów krystalicznych polega na pozostawieniu osadu w roztworze macierzystym na pewien okres po strąceniu (kilka - kilkanaście godzin w podwyższonej temperaturze) zachodzą procesy: wzrost kryształów, rekrystalizacja, straty wody krystalizacyjnej oraz jonów współstrąconych 66

67 Suszenie osadu Suszenie osadów wykonuje się w temperaturze o C w suszarkach elektrycznych. Prażenie osadu Prażenie osadów prowadzi się na palnikach lub w piecach elektrycznych tygiel suszymy do stałej masy sączek z osadem (wyjęty z lejka i złożony) umieszczamy na szkiełku zegarkowym do wysuszenia lub umieszczamy w tyglu tygiel ogrzewamy w piecu lub na palniku do stałej masy 67

68 Analiza wagowa ZALETY dokładność oznaczeń WADY długi czas oznaczenia mała czułość oznacze 68

69 Stanowiska wagowe stabilne podłoże (stół laboratoryjny) nie przenoszące drgań antymagnetyczne (blacha miedziana, nie stalowa) zabezpieczony przed ładunkami elektrostatycznymi (nie z tworzywa sztucznego lub szkła) przymocowany do ściany LUB podłogi (równoczesne umocowanie powoduje przenoszenie wibracji od ściany i od podłogi) wypoziomowane stabilna, nie uginająca się podłoga nie należy używać miękkiej podkładek od wagę najlepsze miejsce w rogu pokoju obszary budynku najbardziej wolne od wibracji materiały szkoleniowe Mettler-Toledo 69

70 Czynniki fizyczne Temperatura zalecanie ważenie w temperaturze pokojowej zmiana pod wpływem temperatury: 1-2 ppm / C nie ważyć pobliżu grzejników lub okien Wilgotność powietrza wilgotność względna) powinny być między 45 a 60% wagi nie powinny być użytkowane powyżej lub poniżej zakres pomiaru od 20 do 80% materiały szkoleniowe Mettler-Toledo 70

71 Czynniki fizyczne Światło używać przysłon na okna bezpośrednie działanie promieni słonecznych (ciepła) ma wpływ na wynik ważenia unikać promieniowania cieplnego, szczególnie żarówek; używać jarzeniówki Ruch powietrza nie umieszczać wag: w miejscu przepływu powietrza z klimatyzatorów lub innych urządzeń (wentylatory komputerów i dużych urządzeń laboratoryjnych) obok drzwi blisko grzejników (prócz podwyższonej temperatury także silne prądy powietrza może zakłócać działanie wag) w miejscach o dużym ruchu 71 materiały szkoleniowe Mettler-Toledo

72 Wagi i ważenie problemy techniczne czynniki fizyczne wyświetlacz wagi nie jest stabilny - wynik powoli dryfuje Temperatura gradient temperatury między ważenia próbki a otoczeniem g wytwarza prądów powietrza wzdłuż b naczynia, w którym ważymy powietrze przepływające w górę lub w dół w kierunku że fałszowaniu wyników ważenia. zimne próbki zawyżanie wyników gorące zaniżanie wyników problem ujawnia się w ważeniach półmikro-, mikro-i ultraśladowych Zapobieganie nie ważyć próbek pobranych bezpośrednio z suszarki lub lodówki doprowadzić temperaturę próbki do temperatury laboratorium lub komory wagowej nie przenosić naczyń wagowych w rękach używać szczypców 72 materiały szkoleniowe Mettler-Toledo

73 Wagi i ważenie problemy techniczne czynniki fizyczne wyświetlacz wagi nie jest stabilny - wynik powoli dryfuje Wilgotność otoczenia ubytek wagi próbki substancji lotnych (np. parowanie wody) wzrost wagi próbek higroskopijnych próbek (pobieranie wilgoci z atmosfery) Zapobieganie użyć naczyń z wąskimi szyjami i pokrywami do zamykania nie używać korka lub innych substancji higroskopijnych (karton) 73 materiały szkoleniowe Mettler-Toledo

74 Wagi i ważenie problemy techniczne czynniki fizyczne wyświetlacz wagi nie jest stabilny - wynik powoli dryfuje Oddziaływania elektrostatyczne obecność pola elektrostatycznego przy ważeniu materiały o niskiej przewodności elektrycznej (szkło, tworzywa sztuczne w proszku lub granulaty) przyciągają i pokrywają się ładunkami elektrostatycznymi ładunki występuje głównie przy mieszaniu lub tarciu podczas przenoszenia lub transportu kontenerów lub materiałów. wilgotność względna powietrza mniejsza niż 40% zwiększa ryzyko Zapobieganie zwiększenie wilgotności powietrza, szczególnie zimą w ogrzewanych pomieszczeniach w klimatyzowanych pokojach, ustawić klimatyzację do wilgotności względnej 45-60% stosować systemy ekranujące siły elektrostatyczne (metalowe podkładki, uziemienie wag) unikać ważenia w pojemnikach z tworzyw sztucznych materiały szkoleniowe Mettler-Toledo 74

75 Wagi i ważenie problemy techniczne czynniki fizyczne wyświetlacz wagi jest stabilny brak powtarzalności wyników Magnetyzm ważenia materiału magnetycznego wzajemne oddziaływania (przyciąganie magnetyków) fałszywie zawyża wyniki Zapobieganie odmagnesować otoczenie poprzez umieszczenie ważenia próbki w naczyniu ze specjalnych tworzyw pole magnetyczne zmniejsza wraz ze wzrostem odległości - próbkę odsunąć od elementów pomiarowych wagi (aluminiowe stoiska). Praktycznie wszystkie obiekty wykonane z żelaza (stali) są wysoce przepuszczalne do sił magnetycznych (ferromagnetycznych) materiały szkoleniowe Mettler-Toledo 75

76 Wagi i ważenie problemy techniczne czynniki fizyczne Grawitacja otrzymane wartości są różne, w zależności od wysokości: waga maleje wraz ze wzrostem wysokości (np. zmiana pięter w budynku) waga zależy od siła przyciągania (siły grawitacji), między ziemią i miejscem ważenia próbki. siła przyciągania zależy od szerokości geograficznej i wysokości nad poziomem morza (odległość od środka Ziemi). siły grawitacyjne zmniejszają się z kwadratem odległości siły działające na próbkę są największe na biegunach materiały szkoleniowe Mettler-Toledo 76

77 Wagi i ważenie problemy techniczne czynniki fizyczne Grawitacja próbka waży 200 g wskazanie wagi na pierwszym piętrze 200,00000 g wskazanie wagi na czwartym piętrze (10 m wyżej) Zapobieganie D = 0,00063 g kalibracja wagi po ustawieniu jej na określonym poziomie materiały szkoleniowe Mettler-Toledo 77