A NALIZA INSTRUMENTALNA

I semestr studiów stacjonarnych II-stopnia

Wydział Rolnictwa i Biotechnologii,

kierunek - ROLNICTWO

Natalia Kasprzewska

___________________________________________________________________________

ĆWICZENIE 2. TECHNIKA LABORATORYJNA, BŁĘDY W ANALIZIE INSTRUMENTALNEJ, POBIERANIE I PRZYGOTOWANIE PRÓBEK ŚRODOWISKOWYCH DO ANALIZY.

CZĘŚĆ 1. Ważenie.

Wstęp do części 1: Masa wielu substancji stałych zmienia się wraz z wilgotnością powietrza, co wynika przede wszystkim z absorbowania mierzalnych ilości wilgoci. Doprowadzenie próbki lub naczynia do stałej masy wymaga kilku następujących po sobie operacji: ogrzewania, chłodzenia i ważenia, które należy powtarzać aż do osiągnięcia zgodności pomiędzy kolejnymi wynikami ważenia w zakresie od 0.2 do 0.3 mg. Substancje stałe są najczęściej suszone i przechowywane w naczynkach wagowych, ze szlifem wykonanym na zewnętrznej lub wewnętrznej powierzchni naczynka. Najważniejsze zasady użytkowania wagi analitycznej to:

• ważone przedmioty należy ustawiać na szalce wagi jak najbardziej centralnie.

• należy chronić wagę przed działaniem substancji powodujących korozję.

• należy zachować szczególną ostrożność przy ważeniu cieczy.

• należy utrzymywać wagę w należytej czystości. W przypadku konieczności usunięcia rozsypanej substancji (kurzu) stosuje się pędzelek o delikatnym włosiu.

• nie należy ważyć przedmiotów o temperaturze przewyższającej temperaturę pokojową.

• należy używać pincet, aby uniknąć pochłaniania wilgoci przez ważone przedmioty czy ich zatłuszczenia.

Powszechnie stosowanym sposobem suszenia substancji stałych jest ich ogrzewanie w suszarkach. W celu zapobieżenia wtórnemu pochłanianiu wody w trakcie chłodzenia wysuszone substancje przechowuje się w eksykatorach.

Cel: zapoznanie się z obsługą podstawowego sprzętu laboratoryjnego potrzebnego do wykonania ćwiczenia poprzez odważanie 5-cio gramowych próbek gleby w 10-cio krotnym powtórzeniu.

Wyniki:

Lp.	Masa ciała stałęgo (rzepaku) w [g]
1	5,01
2	5,01
3	5,01
4	5,01
5	5,02
6	5,02
7	5,05
8	5,05
9	5,06
10	5,08
Średnia	5,03

Wnioski: Dokładność wagi, z której korzystaliśmy, sięgała 0,001 g (do 3 miejsca znaczącego po przecinku). Jednak z powodu braku legalizacji wagi wyniki zapisywaliśmy do 0,01g. Chcieliśmy do każdego naczynka nasypać po 5g gleby, jednak nie udało się w żadnej z próbek uzyskać idealnie 5g. Świadczy to o tym jak trudno jest idealnie nasypać potrzebną ilość gleby oraz o tym, że osoba wykonująca ważenie powinna mieć doświadczenie w ważeniu. Na trudności w uzyskaniu pożądanego wyniku ważenia miał wpływ otoczenie, np. ruchy stołu laboratoryjnego, zła konstrukcja budynku, drgania wywoływane przez przejeżdżające w okolicy tramwaje.

CZĘŚĆ 2. Wyznaczanie współmierności kolby miarowej z pipetą.

Wstęp do części 2: W analizie ilościowej (miareczkowej) bardzo istotne znaczenie ma dokładne odmierzanie objętości cieczy, które przeprowadza się za pomocą naczyń miarowych. Objętość roztworu może być wyrażana w dm³ lub w litrach. XII Konferencja Miar w 1964 roku określiła jako jednostkę objętości równą 1dm³. Litr od tego czasu znajduje się w wykazie legalnych jednostek miar nie należących do układu SI. Litr może być używany pełnoprawnie z dm³. Obecnie obowiązuje zależność 1L = 1dm³= 10 3 cm³. Podstawowymi naczyniami miarowymi do dokładnego odmierzania objętości roztworu są pipety i kolby miarowe oraz biurety. Do odmierzania przybliżonej objętości cieczy służą cylindry miarowe. Istnieją pewne ustalone zasady posługiwania się naczyniami miarowymi. Ścisłe ich przestrzeganie zmniejsza możliwość błędów, jakie są związane z użytkowaniem tych naczyń.

Wyznaczanie współmierności kolby i pipety

Kolba miarowa bardzo często jest używana łącznie z pipetą. Roztwór badanej substancji rozcieńcza się w kolbie miarowej do ściśle określonej objętości, po czym pobiera pipetą pewną jego część do analizy. Konieczna więc jest znajomość stosunku pojemności obu tych naczyń miarowych. Wyznacza się go dokładnie przez wyznaczenie pojemności kolb i pipet miarowych metodą wagową.

Stosunek wyznaczonych pojemności tzw. współmierność kolby i pipety „W”, którą obliczamy ze wzoru:

gdzie VK – pojemność kolby, VP – pojemność pipety.

Wyznaczenie współmierności jest bardzo ważne. Dokładny wynik oznaczenia danego składnika pomnożony przez źle wyznaczoną współmierność prowadzi do złego wyniku analizy. Pojemność kolby miarowej sprawdza się na wlew przez wyznaczenie masy wody destylowanej zawartej w kolbie. Kolbę miarową dokładnie wymytą i wysuszoną wazy się na wadze technicznej z dokładnością do 0,01g. Następnie, po napełnieniu wodą destylowaną o temperaturze otoczenia do kreski (menisk dolny), wyciera kolbę miarową na zewnątrz, a szyjkę nad meniskiem wewnątrz, po czym wazy się na tej samej wadze i z tą samą dokładnością. Czynność powtarza się kilka razy (co najmniej trzy razy). Należy za każdym razem zmierzyć temperaturę wody. Pojemność pipety sprawdza się na wylew przez wyznaczenie masy wylanej z niej wody. Zgodnie z zasadami posługiwania się pipetą, do uprzednio zważonego naczyńka wagowego wlewa się zawartość wody pipety i zamknięte naczynko wazy się na wadze analitycznej. Dokładnie umytą pipetę napełniamy do kreski wodą destylowaną o temperaturze otoczenia i wlewamy ją do uprzednio zważonego suchego naczyńka wagowego. Zamknięte naczyńko wagowe ważymy na wadze analitycznej z dokładnością 0,0001g. Wyniki ważenia nie powinny się różnić między sobą więcej niż 0,01g.

Na podstawie otrzymanych wyników należy określić współmierność kolby z pipetą. W tym celu wyznaczoną objętość (lub masę) wody w kolbie dzielimy przez wyznaczoną objętość (lub masę) wody zawartej w pipecie. Jeżeli temperatura wody w czasie pomiarów jest stała, aby wyznaczyć współmierność kolby z pipetą wystarczy obliczyć stosunek masy wody w kolbie i pipecie, bez uwzględniania poprawek.

Cel: Wyznaczenie współmierności kolby miarowej i pipety ma na celu pokazanie czy dane naczynia nie zafałszują wyników analiz wykonywanych przy ich pomocy. Do zafałszowania wyników może dojść np. dlatego że naczynie miarowe zostało autoklawowane wyniku czego doszło do rozszerzenia a naczynie straciło swoje właściwości.

Wyniki:

Parametry
Pojemność pipety	A 2 razy po 50 cm^3	B 4 razy po 25 cm^3	C 10 razy po 10 cm^3
Masa pustego naczynka wagowego [g]	53,504	52,224	51,985
Masa naczynka wagowego z wodą [g]	153,065	153,698	151,432
Masa wody w g [1cm^3=1g]	99,565	101,474	99,447
Temperatura [^0c]	22	22	22
Poprawka	brak	brak	brak
Pojemność kolby w cm^3	100	100	100
Współczynnik współmierności [cm^3∙g]	0,9957	1,0147	0,9945
Średni współczynnik współmierności	1,0016

Współmierność kolby z pipetą-stosunek masy wody w kolbie i pipecie:

99,565 :100 = 0,99565 g/cm³

101,474:100 = 1,01474 g/cm³

99,447:100 = 0,99447 g/cm³

Średni współczynnik współmierności:

1,0016 g/cm³

Wniosek: Kolba miarowa bardzo często jest używana łącznie z pipetą, są to naczynia kalibrowane, tzn. że wyznaczają i cechuję pewną objętości odpowiadającej deklarowanej pojemności naczynia. Roztwór badanej substancji rozcieńcza się w kolbie miarowej do ściśle określonej objętości, po czym pobiera pipetą pewną jego część do analizy. Wyznaczenie współmierności jest bardzo ważne. Dokładny wynik oznaczenia danego składnika pomnożony przez źle wyznaczoną współmierność prowadzi do złego wyniku analizy.

CZĘŚĆ 3. Przygotowywanie roztworów mianowanych z płynnych odważek analitycznych (fixanali).

Wstęp do części 3: Obok odczynników pakowanych w pojemniki o określonej objętości, w handlu znajdują się odczynniki przygotowane do szybkiego sporządzenia roztworów mianowanych – gotowe odważki analityczne (nazywane również z języka angielskiego „fixanal”). Odważka analityczna posiada masę substancji określoną z dokładnością do 0,0001g, ściśle określony skład chemiczny (atest zanieczyszczeń) oraz wykaz metod analitycznych, w jakich może być zastosowana.

Cel: Przygotowanie roztworu mianowanego za pomocą fixanala.

Wyniki:

Dane:

• Fixanal to 36% HCl

• Stężenie molowe dla tego kwasu wynosi 1 mol/dm³ (Cm)

• Gęstość 36% HCl w temp. 20^oC wynosi 1,1771 g/cm³=1,18 g/cm³

1,18g/0,001 dm³= 1180 g/dm³ (d)

• Masa molowa HCl wynosi: 36,5 g/mol (M)

• Kolba miarowa o pojemności:1 dm³ (V)

Obliczenia:

n = Cm∙V

n = 1 ∙1 dm³= 1 mol

m_s = n ∙ M

m_s = 1 mol ∙ 36,5 g/mol= 36,5 g

m_r = V ∙ d

m_r = 1 dm³ ∙ 1180g/dm³= 1180 g

Cp = ∙ 100%

Cp = ∙ 100% = 3,09%

Wnioski: Korzystanie z fixanali znacznie przyśpiesza pracę w laboratorium i ogranicza możliwość popełnienia błędu jak w przypadku samodzielnego przygotowywania roztworów mianowanych.

CZĘŚĆ 4. Ocena statystyczna wyników analiz (z części 1).

Wstęp do części 4: Ocena statystyczna umożliwia dokładniejszy sposób opisu interesującej nas rzeczywistości, zmusza nas do dokładności i śmiałości w działaniu i rozumowaniu, umożliwia formułowanie uogólnień na podstawie uzyskanych wyników analizy, pozwala na przewidywanie rozwoju zjawisk w przyszłości, czyli na budowanie prognoz, dostarcza narzędzi do porządkowania informacji o zjawiskach - a przez to pozwala na budowę ich ogólnego obrazu, dostarcza narzędzi do prowadzenia analizy przyczyn kształtujących badane zjawiska i procesy.

Cel: uświadomienie studentom, że każdy wynik pomiaru obarczony, czyli zebrane dane eksperymentalne są niepewne np. z powodu błędów pomiarowych, niejednorodności badanego obiektu, niedoskonałości modeli stosowanych do interpretacji eksperymentatora interesują wnioski pewne statystyka pozwala wyeliminować lub ograniczyć niektóre czynniki zmienności.

Obliczenie odchylenia standardowego oraz wariancji pochodzą z poniższych wzorów:

gdzie,:

 to kolejne wartości danej zmiennej losowej w próbie

 to średnia arytmetyczna z próby

 to średnia arytmetyczna kwadratów wartości z próby

 to liczba elementów w próbie

Wyniki:

Lp. próby	Masa ciała stałego (rzepaku) [g]
1	5,01
2	5,01
3	5,01
4	5,01
5	5,02
6	5,02
7	5,05
8	5,05
9	5,06
10	5,08
Średnia arytmetyczna	5,03
Odchylenie standardowe	0,0257
Odchylenie standardowe próbki	0,0257
Względne odchylenie standardowe	0,1295
Wariancja	0,0007

(dane wyliczone w programie Excel)

Wnioski:

Informacja zawarta jest w danych w postaci „uwikłanej”, w związku z czym surowe dane należy przekształcić do formy przydatnej w rozwiązywanym problemie. Dobrze zdefiniowane i często łatwo dostępne w systemach analizy danych są bardzo ważne, gdyż zastosowanie adekwatnego modelu pozwala uzyskać odpowiedź na postawione pytanie.