Dorota Dziuba,

Piotr Duży,

Robert Fajger,

gr. L-2,

Analiza Instrumentalna.

Ćwiczenie nr 7.

OZNACZANIE ZAWARTOŚCI METALI W ROZTWORACH WODNYCH METODĄ SPEKTROSKOPII ABSORPCJI ATOMOWEJ AAS.

Absorpcyjna spektrometria atomowa jest metodą analityczną opartą na zjawisku absorpcji promieniowania elektromagnetycznego przez wolne atomy. Stosujemy tzw. plazmę niskotemperaturową 1000-4000K, w której większość substancji ulega dysocjacji i w wyniku powstają wolne atomy. Badane atomy wprowadza się do środowiska absorbującego w postaci roztworu. Wolne atomy otrzymuje się z roztworu przez doprowadzenie energii. Liczba wolnych atomów w plazmie jest proporcjonalna do stężenia:

N = rc

Linie atomowe zarówno absorpcyjne, jak i emisyjne, mają kształt krzywych Gaussa, a charakteryzuje je intensywność i szerokość w połowie wysokości. szerokość linii można wyrazić wzorem:

w którym τ1 oznacza czas życia stanu podstawowego, τ2 jest czasem życia stanu wzbudzonego. W praktyce obserwujemy zawsze poszerzenie linii widmowych. Na poszerzenie wpływają własności plazmy: temperatura, ciśnienie, pole elektrycznemagnetyczne. Absorbancja w AAS jest zależna od liczby wolnych atomów w środowisku absorbującym.

Celem ćwiczenia jest ilościowe oznaczenie zawartości miedzi w roztworach wodnych metodą krzywej wzorcowej z wykorzystaniem absorpcyjnej spektroskopii atomowej.

1. Odczynniki i aparatura:

• mianowany roztwór wodny Cu(NO₃)₂ zawierający 1g metalu/dm³,

• 1n HNO₃,

• 1n NaOH,

• woda redestylowana,

• kolbki miarowe o pojemności 100 cm³, 3 sztuki,

• biureta 20 cm³,

• mikrobiureta,

• pipeta,

• zlewka o pojemności 100 cm³,

• papierki wskaźnikowe,

• spektrometr AAS.

2. Wykonanie ćwiczenia:

Używając przygotowanego wcześniej mianowanego roztworu miedzi o stężeniu 1 g Cu/dm³ przygotowano roztwór o stężeniu 100 mg Cu/dm³ pobierając 10 cm³ roztworu pierwotnego i przenosząc go do kolbki o pojemności 100 cm³ .Uzupełniono kolbkę wodą destylowaną do kreski.

Sporządzono sześć roztworów w kolbkach o pojemności 50 cm³ zawierających następujące ilości miedzi:

• 1 mg Cu/dm³ ,

• 5 mg Cu/dm³ ,

• 10 mg Cu/dm³ ,

• 15 mg Cu/dm³ ,

• 20 mg Cu/dm³ ,

• 30 mg Cu/dm³ ,

wykorzystując do tego celu wcześniej przygotowany roztwór miedzi o stężeniu 100 mg Cu/dm³ i pobierając odpowiednio 0.5, 2.5, 5, 7.5, 10 i 15 cm³ tego roztworu. Do każdej kolbki dodano 0,25 cm³ 30% roztworu HNO₃ w celu uzyskania pH w granicach 2-3. Roztwór miedzi o stężeniu 1 g Cu/dm³ zadano wcześniej 3 cm³ stężonego roztworu HNO₃ .

• przygotowanie spektrometru do pracy:

•włączyć wentylację pomieszczenia,

•ustawić przy pomocy reduktora ciśnienie acetylenu w instalacji zasilającej aparat na poziomie 1,35 atm, a powietrza 3,5 atm,

•włączyć spektrometr i zapalić palnik przyciskiem START,

•włączyć zasilanie lamp z katodą wnękową przy pomocy potencjometrów i wyregulować prąd żarzenia na ok. 6,5 mA,

•wyregulować przy pomocy pokręteł regulujących przepływ acetylenu na poziomie 120 l/h i powietrza na 530 l/h,

• wykonanie analizy:

•ustawić odpowiednią do oznaczanego miedzi lampę w osi optycznej aparatu, •wyregulować prąd żarzenia lampy do odpowiedniej wartości 6,5 mA,

•ustawić szczelinę aparatu na 10 nm i długości fali analizatora na 324,75 nm, aż do uzyskania maksymalnego wychylania prądu detektora,

•wyzerować wskaźnik absorbancji przyrządu przy zasilaniu palnika wodą redestylowaną,

•zanurzyć kapilarę zasilającą palnik w zlewce wypełnionej kolejno roztworami o odpowiednich stężeniach.

Na podstawie zmierzonej absorbancji dla każdej próbki z miedzią wyznaczono absorbancję średnią A_śr, odchylenie standardowe S i błąd oznaczenia %bł dla otrzymanych wyników korzystając z następujących zależności:

Odczytana wartość nieznanego stężenia miedzi w roztworze wyznaczona na podstawie wykresy A = f(c) wynosi 12,5 mg/dm3.

Lp.	Stęzenie miedzi w roztworze	Absorbancja	Absorbancja średnia	Odchylenie standardowe dla absorbancji		Lp.	Stęzenie miedzi w roztworze	Absorbancja	Absorbancja średnia	Odchylenie standardowe dla absorbancji
1	1	0,037	0,0365	0,000926		5	20	0,71	0,713	0,00466
		0,037						0,72
		0,035						0,71
		0,035						0,71
		0,037						0,72
		0,037						0,71
		0,037						0,71
		0,037						0,71
2	5	0,19	0,188	0,00259		6	30	1,05	1,081	0,0259
		0,185						1,1
		0,19						1,1
		0,19						1,1
		0,185						1,05
		0,185						1,05
		0,19						1,1
		0,19						1,1
3	10	0,42	0,413	0,00123		7	x	0,45	0,455	0,0053
		0,41						0,46
		0,41						0,45
		0,41						0,46
		0,42						0,45
		0,41						0,46
		0,41						0,46
		0,41						0,45
4	15	0,56	0,556	0,00518
		0,55
		0,56
		0,55
		0,55
		0,56
		0,56
		0,56

Dyskusja wyników:

1. Krzywa wyznaczona doświadczalnie w pełni pokrywa się z krzywą teoretyczną. Oznacza to, że spełnione jest prawo absorpcji mówiące, że absorbancja jest proporcjonalna do grubości warstwy absorbującej, jeśli wiązka promieniowania monochromatycznego przechodzi przez jednorodny ośrodek absorbujący, przy czym w spektroskopii absorpcji atomowej absorbancja zależy od liczby wolnych atomów w środowisku absorbującym.

2. Średni błąd pomiarów wynosi:

co stanowi dopuszczalną granicę błędu. Zatem wartość nieznanego stężenia miedzi wyznaczoną metodą krzywej wzorcowej można uważać za dokładną. Tak mała wartość błędu pomiaru świadczy o dużej precyzyjności metody absorpcji spektroskopii atomowej AAS.

3. Dwa punkty odbiegają znacznie położeniem od punktów znajdujących się na prostej A = f(c), co sprawia, że poprowadzenie krzywej uwzględniając wszystkie punkty zwiększy błąd odczytu wartości stężenia miedzi.

---