PODSTAWY LABORATORIUM PRZEMYSŁOWEGO ĆWICZENIE 3a Analiza pierwiastkowa podstawowego składu próbek z wykorzystaniem techniki ASA na przykładzie fosforanów paszowych 1
I. CEL ĆWICZENIA Zapoznanie studentów z metodami analizy pierwiastków z wykorzystaniem Spektrometrii Atomowej na aparacie Aanalist 300 firmy Perkin Elmer. Absorpcyjnej II. WSTĘP Obowiązujący wstęp teoretyczny i symulacja znajduje się na stronie modułu: http://www.chemia.pk.edu.pl/wydzial/info/c1/plp/index.php Absorpcyjna Spektrometria Atomowa (Atomic Absorption Spektrometry - AAS), jest metodą instrumentalną, opartą na zjawisku absorpcji promieniowania elektromagnetycznego przez wolne atomy przy określonej długości fali. Otrzymane w ten sposób widmo absorpcyjne jest charakterystyczne dla danego rodzaju atomów. W ćwiczeniu zastosowano płomieniową Absorpcyjną Spektrometrię Atomową (Flame Atomic Absorption Spectrometry F-AAS). W metodzie tej podstawowym założeniem jest proporcjonalność ilości wolnych atomów, powstałych w wyniku atomizacji w płomieniu palnika, do stężenia badanej próbki wprowadzanej w postaci roztworu. Jako źródło promieniowania, emitującego stabilne linie rezonansowe o dużym natężeniu i małej szerokości połówkowej, w stosowanym spektrometrze wykorzystuje się lampy z katodą wnękową (HCLhollow cathode lamp), emitujące wiązkę światła o ściśle określonej długości fali, charakterystycznej dla poszczególnych pierwiastków. Podawana próbka w postaci roztworu w trakcie pomiaru zostaje poddana nebulizacji, czyli rozproszeniu i rozprowadzeniu w sposób jednorodny w płomieniu, a następnie atomizacji w płomieniu palnika. W płomieniu następuje szereg reakcji chemicznych i procesów fizykochemicznych. Wytworzone i wzbudzone atomy absorbują tylko linie promieniowania rezonansowego wytworzone przez lampę, a skierowane przez szczelinę wejściową do detektora poprzez monochromator. W następnej kolejności detektor, w postaci fotopowielacza mierzy natężenie promieniowania. Absorpcja promieniowania zależy od liczby wolnych atomów w środowisku absorbującym, a ich liczba z kolei jest proporcjonalna do stężenia analizowanego pierwiastka, stąd techniki analizy ilościowej tą metodą wykorzystują zależność absorbancji od stężenia analizowanego pierwiastka. Sygnał z detektora sprzężony jest bezpośrednio z komputerem podającym wyniki przeprowadzonej analizy. Ponieważ metoda ASA jest typową metodą porównawczą, w stosowanym aparacie wykorzystuje się metodę krzywej wzorcowej, sporządzając ja każdorazowo przed wykonaniem analizy danego pierwiastka. Zalety metody, jak bardzo dobra czułość, niska granica wykrywalności, selektywność i powtarzalność oznaczeń powodują, że jest ona szeroko stosowana, jednak jej ograniczenia związane z licznymi interferencjami zasadniczo wpływają na dokładność oznaczeń. 2
III. WYKONANIE ĆWICZENIA Zadania do wykonania: 1. Pobranie średniej próbki laboratoryjnej 2. Mineralizacja próbki 3. Wykonanie oznaczenia zawartości pierwiastków przy pomocy ASA 4. przygotowanie wzorców Ca, Cd i Pb 5. Ustawienie i kalibracja aparatu ASA dla oznaczeń Ca, Cd i Pb 1. Pobranie średniej próbki laboratoryjnej Metoda pobierania próbek powinna zapewniać, żeby próbka zbiorcza była reprezentatywna dla całej kontrolowanej partii. Próbka zbiorcza powinna być nie mniejsza niż 0,5 kg z wyjątkiem przypadków, gdy nie jest to możliwe, np. jeżeli pobiera się próbkę pojedynczego opakowania. Do utworzenia próbki zbiorczej należy pobrać z partii trzy próbki pierwotne. Próbki pierwotne powinny mieć zbliżoną masę. Masa próbki pierwotnej powinna wynosić co najmniej 180 g, natomiast próbki zbiorczej co najmniej 0,5 kg. Odstępstwo od podanej procedury musi być odnotowane w sprawozdaniu. W celu pobrania próbki laboratoryjnej należy wstrząsnąć energicznie pojemnikiem przed odkorkowaniem lub otwarciem, następnie otworzyć i pobrać próbkę w ilości 200 g z dokładnością do 0,1 g. Należy sporządzić etykietę próbki laboratoryjnej opisując według PN-93 C-87071 punkt 2.3. 2. MINERALIZACJA PRÓBKI i OZNACZENIE Naczynia laboratoryjnej pomiarowe należy przepłukać dwukrotnie wodą redestylowaną. Podczas analizy należy używać wyłącznie: - odczynniki o stopniu czystości cz.d.a. - wodę redestylowaną 2 a.odczynniki i aparatura: a) Kwas solny stężony o d = 1,19 g/ml. b) Kwas azotowy stężony o d= 1,4 g/ml, oraz roztwór (1 + 1). aparatura: 3 zlewki 250 ml, 3 szkiełka zegarkowe, 3 kolby miarowe na 100 ml, 2 cylindry stożkowe, 2 lejki i sączki kuchenka 3
2b. Wykonanie mineralizacji próbki i ślepej próby: Odważyć dwukrotnie około 5 g próbki z dokładnością do 0,001 g, dokładną masę zapisać w tabeli poniżej odważkę przenieść do zlewki o pojemności 250 ml, próbkę zwilżyć wodą dolać 10 ml kwasu solnego stężonego (d= 1,19) cylindrem miarowym dodać 35 ml kwas azotowego stężonego o d= 1,4 g/ml zlewkę z roztworem przykryć szkiełkiem zegarkowym i ogrzać do wrzenia aż do całkowitego odbarwienia (60 min) po czym pozostawić do ostygnięcia. roztwór przenieść ilościowo do kolby pomiarowej pojemności 100 ml, dopełnić wodą redestylowaną do kreski, wymieszać i przesączyć przez sączek do cylindra stożkowego. Równolegle, w ten sam sposób, przygotować roztwór ślepej próby przy użyciu tych samych odczynników, z tą różnicą że nie wymagane jest jego sączenie. Roztwory po przesączeniu w cylindrach są gotowe do oznaczeń na aparacie ASA 3. Wykonanie oznaczenia Wykonać oznaczenie dla danego pierwiastka oraz roztworu badanego i roztworu ślepej próby a pomiary zestawić w tabeli: UWAGA: w przypadku oznaczenia Ca rozcieńczyć próbkę oraz ślepą próbę w nastęujący sposób: 0,1 ml próbki po przeączeniu (ślepej próby) do kolby na 250 ml, uzupełnić wodą redestylowaną do kreski. Pomiary próbek: Nr. próbki 0 ślepa próba 1 2 Naważka produktu [g] rozcieńc zenie Wynik z aparatu Ca [mg/l] rozcieńc zenie Wynik z aparatu Cd [mg/l] rozcieńc zenie Wynik z aparatu Pb [mg/l] Wynik analizy Przeliczyć wynik analizy przez naważkę wziętą do mineralizacji oraz rozcieńczenie próbki (jeżeli próbka była rozcieńczana bezpośrednio podczas analizy) według wzorów poniżej: dla analizy bez rozcieńczania próbki zawartość metalu (X) obliczyć w procentach masowychwg wzoru: X = ( 1 0 m m ) 100% w którym: m 1 masa pierwiastka w objętości roztworu badanego czyli przeliczona na 100 ml, [mg] m 0 masa pierwiastka w objętości roztworu badanej ślepej próby czyli przeliczona na 100 ml, [mg] m masa naważki produktu, [mg] m dla analizy z z rozcieńczeniem próbki zawartość metalu (X) obliczyć w procentach masowychz uwzględnieniem rozcieńczenia próbki 4
wyniki analizy próbek : Nr. próbki 1 zawartość Ca [%] zawartość Cd [%] zawartość Pb [%] 2 średnia 4. WYKONANIE ROZTWORÓW WZORCOWYCH 3a. Odczynniki i aparatura: Kwas azotowy stężony o d= 1,4 g/ml, Wzorzec Ca 1,00 mg/ml Wzorzec Cd 1,00 mg/ml Wzorzec Pb 1,00 mg/ml aparatura: 7 kolb miarowych na 100 ml, pipety 4b. Wykonanie wzorców Należy przygotować roztwory wzorcowe dla oznaczeń trzech pierwiastków: Cu, Zn i Pb wykorzystując roztwory podstawowe o stężeniu 1,00 mg/ml W tym celu należy: przygotować roztwór zerowy, nie zawierający próbki. W przypadku stosowanej analizy będzie to: woda redestylowana + 4 ml kwasu azotowego stężonego w kolbce na 200 ml ROZTWÓR O z roztworu roboczego o stężeniu 1,00 mg/ml przygotować dla każdego oznaczanego pierwiastka roztwory wzorcowe o stężeniach według tabeli poniżej: - do kolbek na 100ml dodać odpowiednią ilosć roztworu wzorcowego + 2ml kwasu azotowego stężonego pierwia stek Ca Cd Pb roztwór Stężenie roztworu wzorcowego [mg/l] V roztworu podstawowego [ml] 0 0-1 Ca 2 0,2 2 Ca 6 0,6 1 Cd 0,5 0,05 2 Cd 1 0,1 1 Pb 5 0,5 2 Pb 10 1,0 ABSORBANCJ A wzorca stężenie zmierzyć wartości absorbancji roztworów wzorcowych (zgłosić się do prowadzącego!!!) 5
5. KALIBRACJA APARATU, sala 424 Aparatura. Spektrometr absorpcji atomowej ze źródłem promieniowania charakterystycznego dla danych pierwiastków; płomień acetylen-powietrze. OSTRZEŻENIE Praca z płomieniem powietrze--acetylen jest niebezpieczna. Podczas manipulacji z acetylenem należy ściśle przestrzegać zasad bezpieczeństwa pracy, zalecanych w instrukcji obsługi spektrometru i przy użytkowaniu butli z gazami sprężonymi. Spektrometr powinien być użytkowany w pomieszczeniu o wentylacji wymuszonej pod włączonym, sprawnym wyciągiem. OBSŁUGĘ APARATU WYKONUJE PROWADZĄCY ĆWICZENIE! Kalibrację wykonuje się dla każdego wzorca w obecności prowadzącego. IV. OPRACOWANIE WYNIKÓW I WNIOSKI Porównać wyniki analizy produktów z wytycznymi normy dla fosforanów paszowych oraz produktem handlowym (tabela na końcu instrukcji). Z ĆWICZENIA 2a I 3a OBOWIĄZUJE JEDNO SPRAWOZDANIE V. OBOWIĄZUJĄCY ZAKRES MATERIAŁU DO ODPOWIEDZI USTNEJ 1. Podstawy teoretyczne analizy ASA 2. Źródła promieniowania stosowane w analizie 3. Zakłócenia i interferencje pomiarów 6