Politechnika Wrocławska

Wydział Inżynierii Środowiska

Studia stacjonarne drugiego stopnia we Wrocławiu

ANALIZA CHEMICZNA

I JAKOŚCIOWA OCENA WYNIKÓW

Instrukcja laboratoryjna nr 5

Analiza ilościowa wybranego anionu metodą

elektrochemiczną. Ocena wyniku pomiaru

Wrocław, 2013

Instrukcja laboratoryjna Analiza chemiczna i jakościowa ocena wyników

ZAGADNIENIA TEORETYCZNE

zasada metody, równanie Nernsta, rodzaje, budowa, właściwości najczęściej stosowanych elektrod
odniesienia i elektrod pomiarowych ze szczególnym uwzględnieniem elektrod jonoselektywnych,
potencjometria bezpośrednia i miareczkowanie potencjometryczne, zakres stosowalności metody,
wady metody, zalety metody, metoda regresji liniowej, przedział ufności wyniku

Zadanie 1. Oznaczanie anionu elektrodą jonoselektywną

Materiały i odczynniki:
- pH-metr, elektroda fluorkowa i elektroda odniesienia,
- kolby miarowe o pojemności 50 cm

3

(10 szt.), 200 cm

3

(1 szt.),

- zlewki 50 cm

3

, pipety szklane 2 cm

3

, 5 cm

3

, 10 cm

3

(2 szt.), 25 (1szt),

- tryskawki z wodą destylowaną,
- roztwór wzorcowy podstawowy o stężeniu 1 mg F

-

w 1 cm

3

roztworu,

- roztwór do analizy,
- bufor mocy jonowej,
- mieszadło magnetyczne, mieszadełka

Wykonanie:

1.

W kolbie o pojemności 200 cm

3

przygotować roztwór wzorcowy roboczy o stężeniu 0,01

mg F

-

w 1 cm

3

roztworu z roztworu wzorcowego podstawowego o stężeniu 1000 mg/dm

3

.

2.

Przygotować skalę wzorców z roztworu wzorcowego roboczego (o stężeniu 0,01 mg F

-

w 1 cm

3

roztworu) o stężeniach:

•

1 mg/dm

3

,

•

2 mg/dm

3

,

•

5 mg/dm

3

,

•

10 mg/dm

3

.

Obliczyć i odmierzyć odpowiednie objętości roztworu wzorcowego roboczego do kolbek

miarowych o pojemności 50 cm

3

i uzupełnić wodą destylowaną do kreski.

3.

Przygotować próbę ślepą: odmierzyć w kolbie miarowej 50 cm

3

wody destylowanej.

4.

Przygotowane roztwory przelać do zlewek i dodać do każdego 10 cm

3

buforu.

5.

Włożyć mieszadełko, włączyć mieszadło magnetyczne (wyregulować obroty mieszadła)
i zanurzyć elektrody fluorkową i odniesienia (łącznie) w wodzie destylowanej.

6.

Przystąpić do wykonania pomiarów dla przygotowanych roztworów, rozpoczynając od
ś

lepej próby „0” a następnie podstawiać wzorce, rozpoczynając od najniższego do

najwyższego stężenia jonów fluorkowych.

7.

Przed wykonaniem oznaczenia zawartości fluorków w badanej próbce, elektrody pomiarowe
należy powtórnie wstawić do wody destylowanej w celu ich wypłukania.

8.

Wstawić elektrody do próbki ślepej „0” i odczekać aż wartość wskazania SEM będzie
porównywalna z wartością uzyskaną dla tejże próbki ślepej przed oznaczeniami wzorców.

9.

W sześciu kolbkach o pojemności 50 cm

3

wykonać rozcieńczenie próbki do analizy (we

wszystkich kolbkach powinno być jednakowe stężenie analitu). Po przelaniu roztworów do
zlewek postępować analogicznie jak z wzorcami. Zanotować pomiary wartości potencjału
SEM w mV dla każdej próbki z analizą.

10.

Po skończonej analizie elektrody należy dokładnie przemyć wodą destylowaną.

11.

Na podstawie otrzymanych wyników wykreślić krzywą wzorcową SEM = f(logC) na
papierze milimetrowym lub w programie Excel – wartość stężenia fluorków należy
logarytmować. Odczytać z krzywej wzorcowej stężenie analizowanej próbki w mg/dm

3

dla

każdego powtórzenia (6-krotnie).

12.

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

Instrukcja laboratoryjna Analiza chemiczna i jakościowa ocena wyników

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.

Instrukcja laboratoryjna Analiza chemiczna i jakościowa ocena wyników

Imię i nazwisko: …………………………………………

Data:…………………….

Nr albumy:……………….. Grupa:…………………….

Raport Nr 4

Analiza ilościowa wybranego anionu metodą elektrochemiczną.

Ocena wyniku pomiaru

1. Sporządzenie krzywej wzorcowej

Lp.

(n)

V roztworu

wzorcowego

roboczego [cm

3

]

C [mg/dm

3

]

log C

(x

i

)

SEM [mV]

(y

i

)

-

0 „ślepa próbka”

0

-

1.

1

2.

2

3.

5

4.

10

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

1.2. Sporządzić i załączyć wykres krzywej kalibracyjnej elektrody jonoselektywnej w układzie

współrzędnych SEM = f(logC).

1.3. 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

1.4. Ocenić jakość stosowanej elektrody jonoselektywnej, wyznaczając nachylenie krzywej

kalibracji.

2. Ocena jakości wyniku

2.1. Odczytać z wykresu krzywej kalibracyjnej stężenie jonów fluorkowych dla analizowanej

próbki w każdym z 6-ciu powtórzeń.

2.2. Z wyznaczonego równania krzywej kalibracyjnej wyliczyć stężenie jonów fluorkowych

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).

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

ś

r

i odchylenia standardowego s należy wykonać dla

serii wyników z pominięciem wyniku obarczonego błędem grubym.

Instrukcja laboratoryjna Analiza chemiczna i jakościowa ocena wyników

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

ś

r

) 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

S

tęż

en

ie

j

o

n

ó

w

f

lu

o

rk

o

w

y

ch

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

rz

ed

zi

a

ł

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-

S

tu

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

k

a

li

b

ra

cy

jn

ej

)

C

F

-

[m

g

/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

k

a

li

b

ra

cy

jn

ej

)

9

5

%

C

F

-

[

m

g

/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

k

a

li

b

ra

cy

jn

ej

)

S

er

ie

p

o

m

ia

ro

w

e

S

E

M

[m

V

]

C

F

-

[m

g

/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

k

a

li

b

ra

cy

jn

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

F

-

[m

g

/d

m

3

]

(w

a

rt

o

śc

i

o

d

cz

y

ta

n

e

z

k

rz

y

w

ej

)

C

F

-

[m

g

/d

m

3

]

(w

a

rt

o

śc

i

w

y

li

cz

o

n

e

z

k

rz

y

w

ej

)

9

5

%

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