Politechnika Wrocławska

Wydział Inżynierii Środowiska

Studia stacjonarne drugiego stopnia we Wrocławiu

ANALIZA CHEMICZNA

I JAKOŚCIOWA OCENA WYNIKÓW

Instrukcja laboratoryjna nr 6

Analiza ilościowa wybranego kationu metodą

spektroskopową. Ocena wyniku pomiaru

Wrocław, 2013

Instrukcja laboratoryjna Analiza chemiczna i jakościowa ocena wyników

ZAGADNIENIA TEORETYCZNE

spektroskopia cząsteczkowa VIS, prawo Lamberta-Beera, odstępstwa od prawa Lamberta-Beera,
aparatura, analiza ilościowa i jakościowa na podstawie widma absorpcyjnego, zastosowanie,
metoda regresji liniowej, przedział ufności wyniku

Zadanie 1. Określenie stężenia kationu manganu

Materiały i odczynniki:
- spektrofotometr Spekol,
- kuwety szklane 1 cm

3

– komplet,

- kolby miarowe 50 cm

3

(5 szt.)

- tryskawki z wodą destylowaną,
- pipety szklane,
- roztwór wzorcowy podstawowy KMnO

4

o stężeniu 0,02 mol KMnO

4

/dm

3

,

- roztwór do analizy.

Wykonanie:

1. Przygotować roztwór wzorcowy roboczy przez rozcieńczenie 1 cm

3

roztworu wzorcowego

podstawowego KMnO

4

o stężeniu 0,02 mol/dm

3

w kolbie o pojemności 50 cm

3

. Obliczyć

stężenie.

2.

Przygotować cztery roztwory wzorcowe rozcieńczając roztwór wzorcowy roboczy dwu-
pięcio-, dziesięcio- i dwudziestokrotnie. Obliczyć stężenia wykonanych wzorców.

3.

Analizując widmo absorpcyjne KMnO

4

odczytać liczbę falową ν [cm

-1

] i przeliczyć na

analityczną długość fali λ [nm].

Instrukcja laboratoryjna Analiza chemiczna i jakościowa ocena wyników

4.

Ustawić śrubę mikrometryczną w Specolu na obliczoną długość fali [nm].Ustawić „zero”
dla kuwety odniesienia z wodą destylowaną (ślepa próbka). Zmierzyć absorbancję dla
wszystkich wzorców i badanej próbki w 6-ciu powtórzeniach.

5.

Na podstawie otrzymanych wyników absorbancji wykreślić krzywą wzorcową Abs = f(c) na
papierze milimetrowym lub w programie Excel. Odczytać z krzywej wzorcowej stężenie
analizowanej próbki w mol MnO

4

-

/dm

3

dla każdego powtórzenia (6-krotnie).

6.

Korzystając z metody regresji liniowej wyznaczyć równanie krzywej kalibracyjnej (obliczyć
parametr a i b) a następnie wyliczyć stężenie jonów manganu(VII) w analizowanej próbce
dla kolejnych 6-ciu powtórzeń.

7.

Wynik stężenia manganu(VII) przeliczyć z mol MnO

4

-

/dm

3

na jednostkę mg Mn

7+

/dm

3

.

Obsługa aparatu Specol powinna odbywać się w następującej kolejności:

1.

Podłączyć Specol do sieci.

2.

Dolnym, prawym przyciskiem włączyć aparat.

3.

Nacisnąć przycisk E, który oznacza absorbancję, a następnie migającym przyciskiem R

wyzerować aparat.

4.

Powinno wyświetlić się 0,000.

5.

Odczekać około 15-30 minut w celu nagrzania się aparatu.

6.

Ustawić odpowiednią długość fali analitycznej.

7.

Kuwetę z roztworem odniesienia czyli wodą destylowaną (ślepa próbka) umieścić po lewej

stronie wózka.

8.

Wprowadzić kuwetę w pozycję pomiarową.

9.

Powinno wyświetlić się 0,000 (wartość absorbancji dla próbki odniesienia). Jeśli wskazanie

na wyświetlaczu jest inne, to należy skorygować przy pomocy przycisku R.

10.

Kuwetę z próbką do analizy umieścić po prawej stronie wózka.

11.

Wprowadzić kuwetę w bieg promieniowania (pozycję pomiarową) i odczytać absorbancję.

12.

Przed każdym kolejnym pomiarem sprawdzić, czy na wyświetlaczu pojawi się wartość

0,000 dla kuwety z roztworem odniesienia. Jeśli nie, to wskazanie skorygować przy pomocy
przycisku R.

Zadanie 2. Ocena jakości wyniku

1.

Proszę wykonać obliczenia zgodnie z wytycznymi podanymi w raporcie.

2.

Wszystkie etapy obliczeń umieścić w raporcie.

3.

Uzyskane wyniki wpisać do odpowiednich tabel.

4.

Wpisać wnioski.

LITERATURA:

1.

Szczepaniak W.: Metody instrumentalne w analizie chemicznej. PWN Warszawa 2002

2.

Minczewski J., Marczenko Z.: Chemia analityczna T3 Analiza Instrumentalna. PWN 1998

3.

Praca zbiorowa pod red. Głuch I. i Balcerzak M.: Chemia analityczna. WPW 2007

4.

Hulanicki A.: Współczesna chemia analityczna. PWN Warszawa 2001

5.

Kocjan R.: Chemia analityczna. Tom 2 Analiza instrumentalna. PZWL 2002

Instrukcja laboratoryjna Analiza chemiczna i jakościowa ocena wyników

Imię i nazwisko: …………………………………………

Data:…………………….

Nr albumy:……………….. Grupa:…………………….

Raport Nr 6

Analiza ilościowa wybranego kationu metodą spektroskopową.

Ocena wyniku pomiaru

Zadanie 1.

Sporządzenie krzywej wzorcowej

Lp.

(n)

V r-ru roboczego

[cm

3

]

C

MnO4

-

[mol/dm

3

]

(x

i

)

Absorbancja

(y

i

)

1.

„0” (ślepa próbka)

0

0,000

2.

3.

4.

5.

1.1. Przedstawić tok postępowania obliczeniowego przy wyznaczaniu kolejnych stężeń wzorców.
















1.2. Analizując widmo absorpcyjne odczytać liczbę falową ν [cm

-1

] i przeliczyć na analityczną

długość fali λ [nm].

Instrukcja laboratoryjna Analiza chemiczna i jakościowa ocena wyników

1.3. Sporządzić i załączyć wykres w układzie współrzędnych Abs = f(c)

1.4. Korzystając z metody regresji liniowej wyznaczyć równanie krzywej kalibracyjnej poprzez

wyliczenie parametrów a i b oraz współczynnik korelacji (dopasowania krzywej) r - przedstawić
postępowanie obliczeniowe.

]

)

(

[

]

)

(

[

)

(

1

)

(

2

2

2

2

2

2

∑

∑

∑

∑

∑

∑

∑

∑

∑

∑

∑

∑

∑

∑

−

⋅

⋅

−

⋅

⋅

−

⋅

=

⋅

−

⋅

=

−

⋅

⋅

−

⋅

=

+

=

i

i

i

i

i

i

i

i

i

i

i

i

i

i

i

i

y

y

n

x

x

n

y

x

y

x

n

r

x

a

y

n

b

x

x

n

y

x

y

x

n

a

b

ax

y

Obliczenia:

Instrukcja laboratoryjna Analiza chemiczna i jakościowa ocena wyników

Zadanie 2. Ocena jakości wyniku

2.1. Odczytać z wykresu krzywej wzorcowej stężenie jonów manganu(VII) w mol

MnO

4

-

/dm

3

dla

analizowanej próbki w każdym z 6-ciu powtórzeń.

Uwaga: ilość moli MnO

4

-

jest równoważna liczności cząsteczki KMnO

4

co wynika z reakcji

dysocjacji tej soli:

KMnO

4

K

+

+ MnO

4

-

2.2. Z wyznaczonego równania krzywej kalibracyjnej wyliczyć stężenie jonów manganu(VII) w

mol

MnO

4

-

/dm

3

w analizowanej próbce dla kolejnych 6-ciu powtórzeń.

2.3. Odrzucanie wyniku obarczonego błędem grubym z zastosowanie testu Q-Dixona.

a)

uszeregować wyniki w ciąg niemalejący od wartości najmniejszej (x

1

) do największej (x

n

)

b)

obliczyć wartość rozstępu R zgodnie ze wzorem:

1

x

x

R

n

−

=

gdzie
x

n

– wartość największa

x

1

– wartość najmniejsza

c)

obliczyć parametry Q

1

i Q

n

według wzorów:

R

x

x

Q

R

x

x

Q

n

n

n

1

1

2

1

−

−

=

−

=

d) porównać otrzymane wartości Q

1

i Q

n

z wartością Q

kr

odczytaną z tablic rozkładu Q-Dixona

dla przyjętego poziomu ufności 95% (poziom istotności

α

=0,05).

Instrukcja laboratoryjna Analiza chemiczna i jakościowa ocena wyników

Jeśli któryś z obliczonych parametrów Q

1

lub Q

n

przekracza wartość Q

kr

to wynik na

podstawie którego został obliczony Q

n

lub Q

1

należy odrzucić jako obarczony błędem grubym.

Dalsze obliczenia wartości średniej x

śr

i odchylenia standardowego s należy wykonać dla serii

wyników z pominięciem wyniku obarczonego błędem grubym.

Test Q-Dixona - wartości krytyczne (Q

kr

)

αααα

n

0,05

0,01

3

0,941

0,988

4

0,765

0,889

5

0,642

0,78

6

0,56

0,689

7

0,507

0,637

8

0,554

0,683

9

0,512

0,635

10

0,477

0,597

Obliczenia:

Instrukcja laboratoryjna Analiza chemiczna i jakościowa ocena wyników

2.4. Wyznaczanie przedziału ufności wyniku (test t-Studenta)

Obliczyć wartość średnią (x

śr

) i wartość odchylenia standardowego (s) dla serii wyników z

pominięciem wyniku obarczonego błędem grubym według wzoru:

gdzie:
n – liczba powtarzanych oznaczeń,
x

i

– wyniki poszczególnych pomiarów.

n-1 – liczba stopni swobody,

Przyjąć wartość krytyczną t

kr

z tablic rozkładu t-Studenta dla przyjętego poziomu ufności

95% (poziom istotności

α

=0,05) i wyliczyć przedział ufności wyniku.

Test t-Studenta - wartości krytyczne (t

kr

)

αααα

n

0,05

0,01

1

12,706

63,656

2

4,303

9,925

3

3,182

5,841

4

2,776

4,604

5

2,571

4,032

6

2,447

3,707

7

2,365

3,499

8

2,306

3,355

9

2,262

3,250

10

2,226

3,169

11

2,201

3,106

12

2,179

3,055

13

2,160

3,012

14

2,145

2,977

15

2,131

2,947

16

2,120

2,921

17

2,110

2,898

18

2,101

2,878

19

2,093

2,861

20

2,086

2,845

(

)

2

1

1

−

−

=

∑

=

n

x

x

s

ś

r

n

i

i

n

x

x

n

i

i

ś

r

∑

=

=

1

Instrukcja laboratoryjna Analiza chemiczna i jakościowa ocena wyników

Obliczenia
























2.5. Przedstawić tok postępowania obliczeniowego w celu przeliczenia stężenie jonów

manganu(VII) w roztworze wodnym z jednostki mol MnO

4

-

/dm

3

na jednostkę mg Mn

+7

/dm

3

(przeliczyć wyniki x

śr

z tabeli „Ocena jakości wyniku”)

Stężenie Mn

+7

= …………… mg/dm

3

(x

śr

dla odczytów z wykresu krzywej wzorcowej)

Stężenie Mn

+7

= …………… mg/dm

3

(x

śr

dla wartości wyliczonych z równania krzywej)

S

tęż

en

ie

j

o

n

ó

w

m

a

n

g

a

n

u

(V

II

)

w

a

n

a

li

zo

w

a

n

ej

p

ró

b

ce

W

y

n

ik

i

p

o

m

ia

ró

w

A

n

a

li

za

(p

o

w

tó

rz

en

ie

)

x

1

x

2

x

3

x

4

x

5

x

6

O

d

rz

u

ca

n

ie

w

y

n

ik

u

w

ą

tp

li

w

eg

o

(

te

st

Q

-D

ix

o

n

a

)

x

1

x

2

x

3

x

4

x

5

x

6

R

Q

1

Q

n

p

rz

ed

zi

a

ł

u

fn

o

śc

i

n

Q

k

r

W

y

zn

a

cz

a

n

ie

p

rz

ed

zi

a

łu

u

fn

o

śc

i

(t

es

t

t-

S

tu

d

en

ta

)

x

1

x

2

x

3

x

4

x

5

x

6

Ś

re

d

n

ia

a

ry

tm

et

y

cz

n

a

O

d

ch

y

le

n

ie

st

a

n

d

a

rd

o

w

e

P

ra

w

d

o

p

o

d

o

b

ie

n

tw

o

(p

o

zi

o

m

u

fn

o

śc

i)

L

ic

zb

a

st

o

p

n

i

sw

o

b

o

d

y

W

sp

ó

łc

zy

n

n

ik

t-

st

u

d

en

ta

K

=

n

-1

t

k

r

5

2

.5

7

1

5

2

.5

7

1

O

p

is

s

y

m

b

o

li

w

f

o

rm

u

ła

ch

m

at

em

at

y

cz

n

y

ch

:

•

n

l

ic

zb

a

p

o

w

ta

rz

an

y

ch

o

zn

ac

ze

ń

,

A

n

a

li

za

(w

a

rt

o

śc

i

o

d

cz

y

ta

n

e

z

w

y

k

re

su

k

rz

y

w

ej

w

zo

rc

o

w

ej

)

C

M

n

O

4

-

[m

o

l/

d

m

3

]

(w

a

rt

o

śc

i

w

y

li

cz

o

n

e

z

ró

w

n

a

n

ia

k

rz

y

w

ej

w

zo

rc

o

w

ej

)

9

5

%

C

M

n

O

4

-

[

m

o

l/

d

m

3

]

A

n

a

li

za

(w

a

rt

o

śc

i

w

y

li

cz

o

n

e

z

ró

w

n

a

n

ia

k

rz

y

w

ej

w

zo

rc

o

w

ej

)

S

er

ie

p

o

m

ia

ro

w

e

A

b

so

rb

a

n

cj

a

C

M

n

O

4

-

[m

o

l/

d

m

3

]

(w

a

rt

o

śc

i

o

d

cz

y

ta

n

e

z

w

y

k

re

su

k

rz

y

w

ej

w

zo

rc

o

w

ej

)

W

y

n

ik

z

p

rz

ed

zi

a

łe

m

u

fn

o

śc

i

x

śr

+

t

k

r

*

s

S

er

ie

p

o

m

ia

ro

w

e

(c

ią

g

n

ie

m

a

le

ją

cy

)

C

M

n

O

4

-

[m

g

/d

m

3

]

(w

a

rt

o

śc

i

o

d

cz

y

ta

n

e

z

k

rz

y

w

ej

)

9

5

%

C

M

n

O

4

-

[m

g

/d

m

3

]

(w

a

rt

o

śc

i

w

y

li

cz

o

n

e

z

k

rz

y

w

ej

)

n

x

x

n

i

i

śr

∑

=

=

1

(

)

2

1

1

−

−

=

∑

=

n

x

x

s

śr

n

i

i

•

n

-1

li

cz

b

a

st

o

p

n

i

sw

o

b

o

d

y

•

x

i

w

y

n

ik

i

p

o

sz

cz

eg

ó

ln

y

ch

p

o

m

ia

ró

w