Inżynieria Ochrony Środowiska

PWSZ w Kaliszu

Laboratorium z Analizy Instrumentalnej

Ćwiczenie nr 4

SPEKTROFOTOMETRIA

Cel ćwiczenia : Spektrofotometryczne oznaczanie nadmanganianu potasu KMnO₄ metodą krzywej wzorcowej.

Grupa laboratoryjna I A

Wykonali :

1. Piotr Grzesiak

2. Michał Ciesielski

Kalisz, 27.11.2003

1. Zarys teoretyczny :

W technikach absorpcyjnych wykorzystuje się fakt, że niektóre substancje

(barwne) zdolne są pochłaniania światła. Chcąc wykorzystać ten fakt, należy wiedzieć : jakie długości fal są pochłaniane i z jaką intensywnością.

W procesie pochłaniania biorą udział 2 czynniki : czynnik pochłaniający (np. ciecz) oraz czynnik pochłaniany (gaz, fale elektromagnetyczne). Pochłanianie może się odbywać na powierzchni czynnika pochłaniającego - tego typu pochłanianie to adsorpcja. Czynnik pochłaniany może gromadzić się w całej objętości czynnika pochłaniającego-jest to absorpcja.

Do pomiaru intensywności pochłaniania światła służy absorbancja-A (inaczej ekstynkcja). Jeżeli wiązkę światła o natężeniu I_o przepuścimy przez warstwę roztworu substancji pochłaniającej światło, to po przejściu natężenie wiązki spadnie do I₁. Absorbancję definiujemy jako :

Wartość A jest bezwymiarowa, zawsze dodatnia, jest ona tym większa im mniejsza jest I_1­, czyli im silniej jest pochłaniana wiązka - I.

Drugą wielkością pozwalającą ocenić spadek natężenia wiązki światła po przejściu przez warstwę roztworu substancji pochłaniającej światło jest transmitancja. Definiuje się ją jako :

po zlogarytmowaniu stronami :

Pod pojęciem transmitancji często rozumie się wartość wyrażoną ostatnim wzorem, czyli procentową przepuszczalność światła dla danej substancji, przez

którą przechodzi wiązka światła. Może ona przyjmować wartości od 0 do 100.

W celu stwierdzenia, czy dana substancja pochłania promienie w określonym zakresie (np. w zakresie długości fal odpowiadających światłu widzialnemu) należy przeprowadzić pomiar absorbancji lub transmitancji dla każdej długości fali z tego zakresu. Z uzyskanych danych sporządza się wykres zależności A od długości fali. Wykres to charakterystyczne dla danej substancji (o stałym stężeniu) widmo absorpcyjne.

Długość fali, której odpowiada największa wartość absorbancji to analityczna długość fali ( λ_max). Pomiary wykonany przy λ_max odznaczają się dokładnością i czułością.

Najczęściej do wykonywania ilościowych oznaczeń spektrofotometrycznych jest stosowana metoda krzywej wzorcowej. Krzywa wzorcowa przedstawia graficzną zależność absorbancji od stężenia substancji wzorcowej. Prostoliniowy przebieg tej zależności w badanym zakresie stężeń świadczy o spełnieniu przez układ prawa Beera.

W celu wykreślenia krzywej wzorcowej przygotowuje się 5-8 roztworów wzorcowych tej samej substancji różniące się coraz większym stężeniem oznaczonym.

1. Doświadczenie.

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest oznaczenie ilościowe nadmanganianu potasu KMnO₄ spektrofotometrycznie metodą krzywej wzorcowej. Wykorzystywana jest prostoliniowa zależność badanego zakresu stężeń zgodnie z prawe Lamberta-Beera.

2. Przebieg doświadczenia.

W doświadczeniu wykorzystywaliśmy roztwory wzorcowe nadmanganianu potasu (KMnO₄) o określonych stężeniach (µg / cm³) : 0,04 ; 0,08 ; 0,12 ; 0,16 ; 0,2 ; 0,24 ; 0,32 ; 0,4.

Za pomocą spektrofotometru dokonywaliśmy pomiaru absorbancji (A) dla każdego z roztworu KMnO₄ w kolejności od najmniejszego stężenia do największego. Dla KMnO­₄ analityczna długość fali wynosi : λ_max = 530 nm

Po każdorazowym pomiarze dla danego stężenia roztworu wyzerowywaliśmy długość fali światła na pokrętne spektrofotometru dla precyzyjnego pomiaru

Jako ostatni do analizy otrzymaliśmy roztwór o nieznanym stężeniu, którego wartość mieliśmy odczytać z wykresu krzywej wzorcowej : A = f(c) powstałej na bazie wartości absorbancji odczytanych na spektrofotometrze dla poszczególnych roztworów o znanym stężeniu.

3. Zestawienie wyników w tabeli.

L. p.	Stężenie - c [µg / cm^3]	Absorbancja (ekstynkcja) - A
1.	0,04	0,115
2.	0,08	0,215
3.	0,12	0,315
4.	0,16	0,420
5.	0,2	0,515
6.	0,24	0,622
7.	0,32	0,818
8.	0,4	0,830
9.	X	0,710

Odczynniki, sprzęt laboratoryjny i aparatura :

• Spektrofotometr

• Roztwory nadmanganianu potasu (KMnO₄) o określonych stężeniach (µg / cm³) : 0,04 ; 0,08 ; 0,12 ; 0,16 ; 0,2 ; 0,24 ; 0,32 ; 0,4.

• Badany roztwór nadmanganianu potasu (KMnO₄) o nieznanym stężeniu

Obliczenia :

Z wykresu krzywej wzorcowej odczytaliśmy stężenie badanego roztworu KMnO₄, którego absorbancja wyniosła na spektrofotometrze 0,710 :

c_x = 0,304

Obliczanie błędów pomiarowych :

1. błąd bezwzględny pomiaru :

B_B = | W_T - W_D |

gdzie : W_T - wartość teoretyczna (podana przez prowadzącego)

W_D - wartość doświadczalna (odczytana z wykresu krzywej

kalibracyjnej)

W_T = 0,3 μg/cm³ , a W_D = 0,304 μg/cm³ ; stąd

B_B = | 0,3 - 0,304 | = 0,004 μg/cm³

2. błąd względny pomiaru:

B_W =| (B_B / W_T) ۰ 100% |

B_W =| (0,004 / 0,3) ۰ 100% | = 1,34 %

Wnioski :

W ćwiczeniu stosowaliśmy metodę krzywej wzorcowej do oznaczenia stężenia badanego roztworu.

Zaobserwowaliśmy, że wraz ze wzrostem stężenia roztworów nadmanganianu potasu KMnO₄ wzrastała absorbancja. Linia trendu tego wzrostu miała charakter prostoliniowy co jest zgodne z prawem Lambert'a-Berr'a.

Jedynie pomiar dla 8 roztworu tj. o stężeniu 0,4 μg/cm³ nie spełniał założenia prawa Lambet'a-Berr'a - nie znajdował się w obrębie zakresu prostoliniowego wykresu A = f(c). Mogło to być spowodowane niedokładnym odczytem absorbancji na wskaźniku spektrofotometru lub nieprawidłowym działaniem urządzenia. Mimo tego problemu dzięki temu pomiarowi, gdy rozpatrywaliśmy linie trendu krzywej wzorcowej, wynik był obarczony mniejszym błędem (różnica między wartością podaną przez prowadzącego a wart. odczytaną z wykresu) - 1,34 %, niż w przypadku gdybyśmy nie rozpatrywali tego punktu.

Jednak każdy z pomiarów absorbancji dla roztworów o podanych stężeniach odbiegał od linii trendu wykresu krzywej wzorcowej co można tłumaczyć niedokładnością odczytu absorbancji z wskaźnika spektrofotometru jak również rozkalibrowaniem się przyrządu w trakcie pomiaru.
















---