PROBLEMATYKA: Przygotowanie próbek do analizy ilościowej. Optymalizacja warunków doświadczalnych. TEMAT ĆWICZENIA: SPEKTROFOTOMETRYCZNE OZNACZANIE ŻELAZA Z ZASTOSO- WANIEM TECHNIKI WSTRZYKOWO-PRZEPŁYWOWEJ METODA: Spektrofotometria UV/VIS WPROWADZENIE Gdy w 1975 roku Ružicka i Hansen przedstawili koncepcję wstrzykowego pomiaru przepływowego, nic nie wskazywało na to, że propozycja ta wyjdzie poza jednostkowe próby laboratoryjne. Rozwinięta w owym czasie już bardzo szeroko technika analiz ciągłych z segmentowaniem strumienia próbki wydawała się optymalnym rozwiązaniem w obrębie przepływowych technik analitycznych. Z biegiem lat wstrzykowa technika przepływowa zdobyła rangę sprawnej i uniwersalnej metody instrumentalnej, dostosowanej do realizacji procedury analitycznej w pełnym zakresie, z możliwością optymalizacji i kontroli warunków poszczególnych jej etapów. Stała się również niezwykle użytecznym narzędziem badawczym, umożliwiającym rozwiązywanie wielu trudnych problemów analitycznych. Przepływowa i wstrzykowa technika przepływowa (ogólnie: techniki przepływowe) Wstrzykową technikę przepływową (WTP) należy traktować jako sposób realizacji szeregu operacji laboratoryjnych, mających na celu przygotowanie próbki do pomiaru sygnału analitycznego i dostarczenie próbki do instrumentu pomiarowego. W odróżnieniu od postępowania tradycyjnego, polegającego na wykonywaniu każdej operacji ręcznie przy użyciu specjalnych naczyń i przyrządów, techniki wstrzykowo-przepływowe (także przepływowe) umożliwiają pełne przygotowanie próbki, przeniesienie jej do przyrządu pomiarowego i detekcję sygnału w trakcie nieprzerwanego przepływu próbki przez zamknięty układ przewodów i naczyń. Cechą charakterystyczną WTP, odróżniającą ją od innych technik przepływowych, jest wprowadzanie (wstrzykiwanie) niewielkiej porcji próbki o ściśle określonej objętości do strumienia roztworu nośnego kierowanego do układu detekcyjnego. W strumieniu nośnym próbka płynie więc w formie pojedynczego segmentu i w tej postaci poddawana jest wymaganym procesom fizycznym i chemicznym. W czasie przepływu segment próbki ulega swobodnemu rozproszeniu (dyspersji), stając się strefą o zróżnicowanym stężeniu analitu: maksymalnym w części centralnej i stopniowo zmniejszającym się po obu stronach części centralnej aż do osiągnięcia stężenia zerowego. W wyniku dyspersji próbki sygnał analityczny jest rejestrowany w postaci charakterystycznego, niesymetrycznego piku. Miarą wartości sygnału jest zwykle wysokość piku lub pole jego powierzchni. W odróżnieniu od techniki wstrzykowo-przepływowej w technice stałego przepływu zawór pełni rolę kierunkowego zaworu przepływowego, za pomocą którego do detektora wprowadza się na przemian próbkę i nośnik. Roztwór badany wprowadzany jest do detektora 1
ze stałą prędkością przez pewien czas (zwykle kilka sekund) wystarczający do zarejestrowania maksymalnego sygnału analitycznego w formie plateau. Podstawowy zestaw instrumentalny dostosowany do analiz technikami przepływowymi składa się z następujących podzespołów: pompy (najczęściej perystaltycznej) wymuszającej przepływ strumienia nośnego i innych roztworów z regulowanymi prędkościami (rzędu kilku ml/min), zaworu wstrzykowego, umożliwiającego wstrzykiwanie próbki o kontrolowanej, ściśle ustalonej objętości (od kilkudziesięciu do kilkuset µl) (lub skonfigurowanego w formie kierunkowego), sieci przewodów (najczęściej teflonowych, o średnicy od 0,3 do1,0 mm), łączników przewodów (o budowie prostej lub modułowej), spirali lub komór mieszania, spirali lub kolumn reakcyjnych. Proste zestawy przepływowe i wstrzykowo-przepływowe dają możliwość przeprowadzania podstawowych operacji niezbędnych dla ustalenia odpowiednich fizykochemicznych właściwości próbki, a więc np. rozcieńczania próbki, mieszania jej z innymi roztworami czy też łączenia próbki z odczynnikami (np. buforującymi, kompleksującymi itp.) w celu wywołania odpowiednich reakcji chemicznych. W bardziej rozbudowanych zestawach instaluje się w razie potrzeby specjalnie skonstruowane moduły, służące do realizacji trudniejszych zadań, takich jak: mineralizacja próbki za pomocą promieniowania mikrofalowego, termostatowanie próbki, rozdzielanie składników próbki na zasadach ekstrakcji (w układzie ciecz-ciecz, lub ciało stałe-ciecz), wymiany jonowej, strącania osadu, dyfuzji gazowej lub dializy. Po połączeniu odpowiednio skonstruowanego zestawu przepływowego z wybranym aparatem pomiarowym otrzymuje się instrument dostosowany do realizacji procedury analitycznej w pełnym zakresie. O użyteczności i wiarygodności takiego analizatora świadczą następujące jego cechy: Pełne przygotowanie próbki do pomiaru nie trwa zwykle dłużej, niż kilkadziesiąt sekund (rzadziej kilka minut), co zapewnia dużą szybkość analiz. Dzięki temu, że próbka jest wprowadzana do układu w niewielkiej objętości, a używane przewody i moduły przepływowe mają niewielkie rozmiary, zużycie próbki i innych roztworów jest zminimalizowane. Próbka i inne roztwory przepływają w układzie przewodów zamkniętych, co zwiększa bezpieczeństwo pracy w przypadku operowania odczynnikami o wysokiej toksyczności i reaktywności. Zmniejszone jest również w ten sposób ryzyko zanieczyszczenia roztworów, a w szczególności wprowadzenia do układu niekontrolowanej ilości analitu, co bezpośrednio wpływa na poprawę dokładności oznaczeń. Zastosowanie modułów rozdzielających składniki próbki pozwala na oddzielenie analitu od składników wywołujących efekt interferencyjny, dzięki czemu osiąga się warunki zapewniające dużą selektywność i dokładność oznaczeń. Dzięki możliwości dokładnej regulacji i kontroli parametrów zestawu (m.in. objętości wstrzykiwanej próbki, prędkości przepływu roztworów, długości przewodów przepływowych) wszystkie zjawiska, jakie zachodzą z udziałem próbki podczas jej przepływu są ściśle kontrolowane, powtarzalne i odtwarzalne. Zapewnia to dużą precyzję wykonywanych oznaczeń. Po oddzieleniu analitu od innych składników za pomocą modułów służących do tego celu, analit można przenieść do roztworu o mniejszej objętości od tej, w której znajdował 2
się pierwotnie. W ten sposób osiąga się odpowiednie warunki dla zwiększenia czułości oznaczenia i zmniejszenia granicy oznaczalności analitu. Zestawy przepływowe charakteryzują się dużą uniwersalnością w tym sensie, że mogą współpracować z dowolnym przyrządem pomiarowym dostosowanym do detekcji sygnału analitycznego w warunkach przepływowych. Odpowiednio skonstruowany analizator łączy w sobie zalety np. wstrzykowej techniki przepływowej i wybranej metody analitycznej. Instrument taki można w prosty i szybki sposób modyfikować, stwarzając warunki do realizacji dowolnie wybranej procedury analitycznej. Analizator WTP można w pełni zautomatyzować i skomputeryzować. W takiej postaci może być szczególnie przydatny do realizacji analiz rutynowych i seryjnych, a także do ciągłej kontroli poziomu stężeń analitów w badanych materiałach lub do zmian tych poziomów w miarę upływy czasu. Ze względu na prostą budowę i niski koszt aparatury, a przede wszystkim na użyteczność i wiarygodność analityczną techniki przepływowe są coraz szerzej wykorzystywana zarówno w badaniach podstawowych, jak i do celów czysto aplikacyjnych na skalę laboratoryjną i przemysłową. Wiele procedur analitycznych, realizowanych dotąd technikami tradycyjnymi, adaptuje się do warunków WTP i opracowuje w formie ogólnie zalecanych lub nawet obowiązujących norm. Techniki przepływowe są również stosowane na wszystkich polach analitycznych badań środowiskowych. Szczególnie dużą przydatność wykazują w bezpośredniej analizie wód i ścieków, gdzie służą m.in. do rutynowego oznaczania anionów (np. fosforanów, fluorków, cyjanków), amoniaku, ozonu, detergentów oraz metali ciężkich. Znajdują ponadto coraz szersze zastosowanie do monitorowania zanieczyszczeń środowiska zarówno na stanowiskach pracy, jak i w warunkach przemysłowych (w kontroli procesów produkcyjnych) i naturalnych (np. w monitorowaniu naturalnych cieków wodnych). Zawór wstrzykowo-przepływowy budowa i zasada działania Zasadniczym elementem układów wstrzykowo-przepływowych jest zawór wstrzykowy. Pełni on dwie główne role: zmienia drogi przepływu roztworów płynących z zaworu do układu detekcyjnego, a także umożliwia wstrzyknięcie ściśle określonej, żądanej objętości roztworu badanego do strumienia nośnika. Różne zawory wstrzykowe budową i zasadą działania są podobne do siebie. Na Rys. 1-2 przedstawiony jest przykład jednego z takich rozwiązań: tzw. dwupozycyjny ośmiokanałowy zawór wstrzykowy. Składa się on z dwóch ściśle dopasowanych do siebie, metalowych części w kształcie walca, w których znajduje się osiem otworów stanowiących wejścia do kanałów wydrążonych wewnątrz. Dolną, nieruchomą część zaworu nazywa się statorem, a górną ze względu na pełnioną funkcję rotorem. Rotor można uruchamiać manualnie lub automatycznie; a w tym drugim przypadku czas pozostawania zaworu w każdej z dwóch pozycji regulowany jest zazwyczaj odpowiednim programem komputerowym. Górna część urządzenia może zmieniać pozycję względem części dolnej o 45 0. Wstrzykiwanie roztworów za pomocą zaworu zachodzi w sposób opisany na Rys. 2. Do statora podłącza się przewody doprowadzające roztwory próbki, wzorca i nośnika, przewody 3
45 0 Pętla wstrzykowa rotor stator K 1 K 2 oś obrotu kanalik transportujący ciecz K Rys. 1. Schemat dwupozycyjnego ośmiokanałowego zaworu wstrzykowego; a - widok z góry; b przekrój pionowy; Stator dolna, nieruchoma część zaworu, Rotor górna, ruchoma część zaworu, K kanały umożliwiające podłączenie pętli wstrzykowych oraz wężyków doprowadzających lub odprowadzających roztwory, K 1 kanał wlotowy, K 2 kanał wylotowy a) kierunek obrotu zaworu b) O O Det Det P P N N S S Rys. 2. Działanie obrotowego zaworu wstrzykowego w dwóch pozycjach (widok z góry): a) w pozycji napełnianie, b) w pozycji wstrzykiwanie, N nośnik, S roztwór próbki, P pętla dla próbki, Det układ detekcyjny, O odpływ odprowadzające roztwory na zewnątrz zestawu (na odpływ) oraz przewody doprowadzające roztwory do detektora. Na rotorze umieszcza się odcinek przewodu P (tzw. pętlę dla próbki) o ściśle określonej, znanej pojemności przeznaczony dla roztworu badanego oraz dwie dodatkowe pętle. Znajomość objętości pętli dodatkowych nie jest konieczna. Przy takim układzie przewodów i pętli w pozycji a) roztwór wzorca lub próbki napełnia pętle P, a nadmiar kierowany jest na zewnątrz układu. W tym czasie do układu detekcyjnego kierowany jest nośnik oraz odczytywany jest zerowy sygnał analityczny. Po obrocie zaworu w pozycję 4
wstrzykiwania (pozycja b) roztwór nośnika zostaje skierowany do pętli P i wymusza przepływ wzorca lub próbki do układu pomiarowego. W tym samym czasie strumień S kierowany jest przez pętlę dodatkową do odpływu. W ten sposób badany roztwór zostaje wstrzyknięty do nośnika w postaci segmentu o objętości ściśle odpowiadającej pojemności pętli P. Żelazo i jego znaczenie środowiskowe Żelazo jest jednym z głównych pierwiastków skorupy ziemskiej, o średniej częstości 5%. Tworzy wiele minerałów własnych: czerwony hematyt, czarny magnetyt, syderyt, limonit, getyt, piryt, arsenopiryt i łatwo podstawia Mg i Al w minerałach glinokrzemianowych. Żelazo do wód dostaje się m. in. w sposób naturalny migrując do wód przepływających przez złoża mineralne i glebę. Jony żelaza nie mogą występować w wodzie pitnej w większej ilości, ponieważ nadaje jej nieprzyjemny smak, stąd ograniczenie ich stężenia w wodzie do picia do 0,5 mg/l. W wodzie wykorzystywanej dla innych celów obecność jonów żelaza jest również ściśle ograniczona. I tak np. w wodzie dla piekarń stężenie żelaza nie może przekraczać 0,2 mg/l, w wodzie dla browarów 0,3 mg/l. Szczegó1nie ostre wymagania stawia się wodzie dla celów pralniczych, żelazo powoduje bowiem żółknięcie bielizny. Wykluczona jest obecność żelaza w wodzie dla kąpieli fotograficznych. Znaczenie biologiczne żelaza jest nieocenione. Zapotrzebowanie na żelazo jest zmienne i zależy od wieku, płci i stanu organizmu. Norma dobowego spożycia waha się u osób dorosłych: od 10 mg/dobę u mężczyzn, do 20 mg u kobiet, z zastrzeżeniem że w okresie ciąży i karmienia powinno to być ok. 30 mg/dobę. Chociaż organizm ma dość dobrze rozwinięte mechanizmy regulacyjne, w niektórych sytuacjach może dojść do schorzenia nazywanego hemochromatozą, związanego z nadmiarem żelaza w organizmie. Wchłonięcie około 20 mg/kg masy ciała wywołuje pierwsze objawy zatrucia. Natomiast 180 mg/kg masy ciała przeciętnego człowieka prowadzi do zgonu. Inne przyczyny zatruć to: ekspozycja na produkty azbestowe, przedawkowanie żelaza w postaci pastylek, a także zbyt duże dawki zastrzyku żelaza, w przypadku jego niedoboru, nadmierne spożywanie produktów bogatych w żelazo i jego suplementy, częste transfuzje krwi. Toksyczność żelaza wywoływana jest przez jego absorpcję. Pierwiastek ten wchłaniany jest w postaci jonów Fe 3+ przez komórki jelitowego śluzu. Wydzieliny, wytwarzane przez komórki żołądka i jelit redukują, Fe(III) do Fe(II). Fe(II) reaguje z nadtlenkiem wodoru a w wyniku tej reakcji powstają toksyczne wolne rodniki: Fe(II) + H 2 O 2 = Fe(III) + OH - + OH. W normalnych, warunkach rodniki te, usuwane są przez antyutleniacze znajdujące się w organizmie, jeśli jednak ilość żelaza będzie cały czas gwałtownie rosła to będą one kumulować się, gdyż nie będą usuwane wystarczająco szybko. Na wchłanianie żelaza do organizmu ma wpływ kilka czynników, takich jak: poziom miedzi, fosforu, witaminy E. Żelazo magazynowane jest w organizmie w postaci ferrytyny. Białko to gromadzi się głównie w sercu i w wątrobie, płucach, gdzie niszczy tkanki tych organów, poprzez nadmierne rozbudowywanie się prowadząc w skrajnych przypadkach do rozwoju raka. Niedobór żelaza powodowany jest niską zawartością przyswajalnych form tego metalu w pożywieniu lub zaburzeniami w procesie jego wchłaniania, a wywołuje przede wszystkim niedokrwistość, a następnie uszkodzenie błon śluzowych związane z upośledzeniem wchłaniania składników pokarmowych. Ogólnym efektem jest ograniczenie wzrostu i wycieńczenie organizmu, co u dzieci może wpływać na rozwój psychiczny. Metody oznaczania żelaza W klasycznej metodzie oznaczania żelaza strąca się żelazo nośnikiem Mn lub Al. w obecności odpowiednio NaOH lub amoniaku ze środowiska o ph 4-5 (Fe od Al oddziela się na gorąco kwasem HCl). Śladowe ilości żelaza strąca się w postaci siarczków. W obecności 5
winianów oddziela się w ten sposób Fe od Al, Ti, V, U i fosforanów. Jako nośnik stosuje się Cd, Pb lub inny metal tworzący trudno rozpuszczalne siarczki. W innych metodach wykorzystujących reakcje barwne np. z rodankami, 1,10-fenantrolinę i batofenantrolinę oraz czułą metodę oznaczania Fe(III) z użyciem eriochromocyjaniny R i CTA. Reakcje te wykorzystuje się w metodach miareczkowych, a także w instrumentalnych metodach spektrofotometrii UV/VIS. Metoda sulfosalicylowa Kwas sulfosalicylowy tworzy z jonami Fe trzy kompleksy o różnej barwie i składzie. W roztworach: o ph 2-3 kompleks czerwonofioletowy, o ph 4-7 kompleks brunatno-pomarańczowy, a w roztworze amoniakalnym o ph 8-10 trwały żółty kompleks (przy stosunku odczynników, odpowiednio: Fe:R = 1:1, 1:2, 1:3). Pierwszy z nich wykorzystuje się do oznaczania Fe(III) w obecności Fe(II). Metoda jednak jest mało czuła (ε=2,6 10 3 przy λ=490 nm). Zwykle kwasem sulfosalicylowym oznacza się sumę żelaza (po utlenieniu Fe(II)). Dla trwałego, żółtego kompleksu współczynnik ekstynkcji ε=5,8 10 3 przy λ=425 nm. Wartość absorbancji jest niemal dwukrotnie większa w środowisku alkalicznym (ph 9) niż kwasowym (ph 2). Zamiast kwasu sulfosalicylowego można także wykorzystać do oznaczenia kwas salicylowy, który reaguje podobnie. Kwas ten jest mniej rozpuszczalny w roztworach wodnych. Oznaczeniu temu przeszkadzają jony barwne (np. Cu, Mn) które należy usunąć z roztworu na przykład metodą strąceniową. W analizie instrumentalnej żelazo całkowite można oznaczać metodą atomowej spektrometrii absorpcyjnej. Oznaczenia prowadzi się w sposób bezpośredni. Próbka w czasie poboru musi być zakwaszona, gdyż żelazo wytrąca się na ściankach naczyń co skutkuje zaniżeniem wyniku analitycznego. W rudach żelazo można oznaczyć metodą Dewskiego wykorzystującą miareczkowanie z detekcją potencjometryczną. Próbkę rudy rozpuszcza się, redukuje Fe(II) za pomocą SnCl 2 i natychmiast miareczkuje roztworem K 2 Cr 2 O 7. Odczytuje się dwa skoki potencjału: pierwszy odpowiadający utlenieniu cyny i drugi utlenieniu żelaza(ii) do żelaza(iii). ZAGADNIENIA DO KOLOKWIUM 1. Co to jest wstrzykowa technika przepływowa. Na czym polegają różnice miedzy wstrzykową techniką przepływową a techniką ciągłego przepływu? 2. Jak wygląda rejestrowany sygnał analityczny po wstrzyknięciu segmentu próbki do strumienia nośnika? W tym celu narysuj schematycznie wężyk i podążający w nim roztwór nośnika wraz ze wstrzykniętym roztworem próbki z pętli. Jak będzie wyglądał sygnał analityczny? Narysuj i opisz. Jakie widzisz korzyści wynikające z postaci tak rejestrowanego sygnału? 3. Wymień podstawowe elementy zestawów do realizacji badań technikami przepływowymi. Narysuj i opisz podstawowy zestaw do realizacji badań techniką WTP. 4. Jakie podstawowe operacje chemiczne możemy wykonywać z zastosowaniem zestawów WTP? Podaj i omów 2 przykłady. 5. Wymień i krótko uzasadnij cztery największe korzyści (pod względem instrumentalnotechnicznym) wynikające z zastosowania układu pomiarowego realizowanego z wykorzystaniem techniki przepływowej. Jakie jest podstawowe ograniczenie zastosowania technik przepływowych? 6. Omów budowę i zasadę działania zaworu wstrzykowo-przepływowego. Zaproponuj konfigurację zaworu do realizacji pomiarów techniką przepływową. 6
7. Co to jest dyspersja? Zdefiniuj współczynnik dyspersji, podaj wzór i wyjaśnij w jaki sposób można go wyznaczyć. W jaki sposób (ze względu na parametry techniczne układu) można kontrolować dyspersję? Podaj i omów dwa przykłady. 8. Spektrofotometria UV/Vis Na podstawie rysunku omów sposób detekcji sygnału analitycznego w przypadku zastosowania zestawu WTP połączonego z detektorem spektrofotometrycznym. 9. Narysuj i opisz zestaw do realizacji badań techniką WTP jaki będzie zastosowany w ćwiczeniu. Podaj warunki pomiarowe. 10. Na czym polegają badania optymalizacyjne. Po co się je wykonuje. Podaj przykład badań optymalizacyjnych jakie będą wykonywane podczas ćwiczenia? Uzasadnij celowość postępowania w kolejnych etapach optymalizacji. 11. Zastosowanie WTP w analizie materiałów środowiskowych. Podaj trzy przykłady i krótko omów jeden z nich. 12. Spektrofotometryczne metody oznaczania żelaza. Podaj trzy przykłady (metoda i postać w jakiej jest oznaczany Fe(III) lub Fe(II). Omów szerzej jeden z nich. LITERATURA 1. B. Kalberg, G.E. Pacey, Wstrzykowa analiza przepływowa dla praktyków, WNT, Warszawa 1994, strony: 20-63, 71-80, 83-97, 143-170 2. P. Kościelniak, M. Trojanowicz, Analiza przepływowa. Metody i zastosowania, Wydawnictwo Uniwersytetu Jagiellońskiego, 2005 3. M. Trojanowicz, Automatyzacja w analizie chemicznej, WNT, Warszawa 1992, strony: 209-218, 231-248, 258-279 4. W. Szczepaniak., Metody instrumentalne w analizie chemicznej, PWN, Warszawa 2002, strony: 66-88, 385-391 5. Z. Marczenko, M. Balcerzak, Spektrofotometryczne metody w analizie nieorganicznej, PWN, 1998, strony:506-514 CEL ĆWICZENIA CZĘŚĆ DOŚWIADCZALNA Zapoznanie studentów ze specyfiką analiz wykonywanych wstrzykową techniką przepływową na przykładzie spektrofotometrycznego oznaczania żelaza metodą sulfosalicyjową. PRZYRZĄDY, NACZYNIA I ODCZYNNIKI spektrofotometruv/vis Cintra 101 (GBC, Australia), λ=425 nm, wyposażony w przystawkę z kuwetą przepływową, wstrzykowy analizator przepływowy LZ-2000 (Zhaofa, Chiny), odczynniki: kwas 5-sulfosalicylowy (C 7 H 6 O 6 S 2H 2 O 10%), amoniak (2 mol/l NH 3 aq), kwas azotowy(v) (1 % (v/v)), roztwór wzorcowy żelaza (100 mg Fe/L), roztwór próbki syntetycznej żelaza o stężeniu 4 mg Fe/L, woda podwójnie destylowana, 7
szkło laboratoryjne: kolby miarowe o pojemności: 50, 200, 250, 1000 ml, zlewki o pojemności 50 i 250 ml, pipety nastawne o pojemności 1 i 5 ml, tryskawki, naczynia do podawania roztworów do układu przepływowego. SPOSÓB WYKONANIA 1. Przygotowanie roztworów roboczych Sporządzić serię roztworów wzorcowych żelaz o stężeniach: 2, 4, 6, 10, 12, 14 mg Fe/L, uzupełniając odpowiednie ilości podstawowego (100 mg/l) roztworu wzorcowego żelaza kwasem azotowym(v) 1% (v/v) w kolbach miarowych o pojemności 50 cm 3. 2. Optymalizacja warunków doświadczalnych Zestawić układ przepływowy według schematu przedstawionego na rys. 3 (zainstalować pętlę wstrzykową o pojemności 500 µl i reaktor o długości 1 m). Połączyć zestaw ze spektrofotometrem. Wprowadzając do zestawu wszystkimi przewodami wodę, sprawdzić szczelność całego zestawu przy obu pozycjach zaworu napełnianie i wstrzyknięcie. Zatrzymać urządzenie. Zanurzyć wężyki w roztworach potrzebnych do oznaczenia. Zamiast roztworu próbki użyć kwasu azotowego(v). Wyzerować spektrofotometr. W pozycji wstrzykiwanie wyjąć szybko wężyk i przełożyć do roztworu badanej próbki. Wprowadzić kilkakrotnie próbkę do pętli o pojemności 500 µl. Określić czas konieczny do całkowitego napełnienia pętli i wymycia roztworu podczas wstrzykiwania. Wykonać trzykrotny pomiar sygnału dla próbki wstrzykniętej z pętli o pojemności 500 µl. To samo wykonać dla 3 wybranych reaktorów (1, 2, 4 i 5 m). Do następnych doświadczeń wybrać reaktor zapewniający największą czułość oznaczenia żelaza. Zainstalować pętlę wstrzykową o pojemności 80 µl i trzykrotnie zmierzyć sygnał dla próbki. To samo wykonać przy 3 wybranych pętlach (100, 200, 300, 400, i 500 µl). Do następnych doświadczeń wybrać pętlę zapewniającą największą czułość oznaczenia żelaza. nośnik 3,8 ml/min P próbka Kw. 5- sulfosalicylowy P 1 3,8 ml/min 0,7 ml/min Z M Det (425 nm) Odpływ 2 mol/l NH 3 aq 0,7 ml/min P 2 Odpływ Rys. 3. Schemat analizatora WTP dostosowanego do spektrofotometrycznego oznaczania żelaza metodą sulfosalicylową; P1, P2 pompy perystaltyczne, Z zawór wstrzykowy, M przewód reaktora, Det detektor, O odpływ 8
3. Badanie parametrów analitycznych metody W warunkach optymalnych wprowadzić do układu jeden po drugim, sporządzone roztwory wzorcowe, wstrzykując je z pętli dla próbki. Dla każdego roztworu wykonać trzykrotny pomiar absorbancji. Uważnie kontrolując stałość wszystkich parametrów doświadczalnych zarejestrować 15-20 wartości absorbancji dla próbki syntetycznej żelaza, wstrzykiwanej kolejno do układu. 4. Wyznaczenie współczynnika dyspersji Przy pomocy asystenta zmodyfikować tak układ, by można było rejestrować sygnał techniką ciągłego pomiaru wartości absorbancji (technika przepływowa). Przy dwóch różnych prędkościach przepływu nośnika i próbki zarejestrować stały sygnał absorbancji w czasie kilku minut. Dla tych samych prędkości przepływu zarejestrować po trzy sygnały techniką wstrzykowo-przepływową. OPRACOWANIE WYNIKÓW 5. Sporządź wykresy zależności absorbancji od długości reaktora i pojemności pętli wstrzykowej. Przedyskutuj otrzymane wyniki z punktu widzenia procesów fizycznych i chemicznych zachodzących w zastosowanym układzie wstrzykowo-przepływowym. 6. Sporządź wykres kalibracyjny. Określ górny zakres oznaczalności żelaza stosowaną metodą. Określ liczbowo czułość metody. 7. Oblicz względne odchylenie standardowe sygnałów otrzymanych dla próbki w kolejnych powtórzeniach pomiarów i określ precyzję metody. Biorąc pod uwagę wartość odchylenia standardowego i czułość oznaczeń, oszacuj wartość dolnej granicy oznaczalności żelaza stosowaną metodą. 8. Odnosząc średnią wartość sygnału otrzymanego dla próbki do linii kalibracyjnej wyznacz stężenie żelaza w próbce. Określ liczbowo dokładność oznaczenia. 9. Wykorzystując sygnały uzyskane techniką wstrzykow-przepływową i przepływową określ liczbowo współczynnik dyspersji dla dwóch różnych prędkości przepływu roztworów. 10. Na podstawie przebiegu ćwiczenia, otrzymanych wyników i własnych doświadczeń analitycznych oceń WTP jako technikę wspomagającą analizy spektrofotometryczne. 9