2010-11-06
Chemia analityczna jest to dział chemii zajmujący się
ustalaniem składu jakościowego (analiza jakościowa)
i ilościowego (analiza ilościowa) wszelkiego rodzaju materiałów
spotykanych w przyrodzie lub wytwarzanych przez człowieka.
Poniższe zestawienie ukazuje różne dziedziny, w których chemia
analityczna spełnia bardzo ważną rolę.
CHEMIA
A) PRZEMYSA

l. Kopaliny i rudy - przemysł metalurgiczny, geologia, przemysł
ceramiczny.
2. Hutnictwo żelaza i metali nieżelaznych - analiza rud, metali
i stopów metali.
3. Przemysł nawozów sztucznych - min. fosforu, potasu i azotu.
4. Przemysł materiałów budowlanych.
ANALITYCZNA
5. Przemysł elektroniczny - oznaczanie śladowych ilości
zanieczyszczeń oraz śladowych ilości wprowadzonych celowo
pierwiastków do materiałów półprzewodnikowych.
8. Przemysł spożywczy - zboża, mąki, warzywa, owoce, mięso
6. Różne gałęzie przemysłu organicznego:
i wędliny, ryby, mleko i produkty mleczne, soki, napoje
a) przemysł petrochemiczny;
orzez
wiające, napoje alkoholowe. Oznacza się tutaj nie tylko
b) koksownictwo - produkty suchej destylacji węgla;
substancje decydujące o wartości produktu (np. zawartość
c) przemysł gumowy i mas plastycznych (np. PCV);
kwasów nienasyconych w olejach; zawartość witamin
d) przemysł farb i lakierów;
w owocach, przetworach owocowych lub warzywach),
e) przemysł farmaceutyczny - analiza półproduktów syntezy
ale także substancje szkodliwe min. środki ochrony roślin,
leków, analiza produktu (leku), oznaczanie głównego
metale ciężkie, środki konserwujące, barwniki syntetyczne,
składnika oraz zanieczyszczeń;
azotany(III) i azotany(V) w owocach i warzywach, dwutlenek
f) przemysł tłuszczowy - analiza surowców (tłuszcze zwierzęce,
siarki w winach, dżemach itd.
oleje) np. oznaczanie liczby kwasowej tłuszczy, oznaczanie
niklu w produktach utwardzania olejów.
B) LECZNICTWO
7. Przemysł zielarski - analiza substancji czynnych w ziołach,
mieszankach ziołowych i różnych produktach przemysłu
1. Laboratoria kontroli leków (m.in. Instytut Leków
zielarskiego stosowanych jako leki, oznaczanie substancji
w Warszawie) - każdy lek wprowadzany do obrotu (produkcji
szkodliwych (środki ochrony roślin, metale ciężkie, zwłaszcza
krajowej lub z importu) jest poddawany analizie, przy czym
toksyczne: Pb, Cd, Hg, Ni, Cr) w ziołach, mieszankach
oznacza się nie tylko zawartość głównych składników leku,
ziołowych i preparatach przemysłu zielarskiego.
ale także zanieczyszczenia  m.in. półprodukty syntezy.
2. Analiza wody i ścieków - oznacza się m.in. metale ciężkie,
2. Laboratoria analityki klinicznej - oznacza się nie tylko poziom
azotany(III) i azotany(V), środki ochrony roślin oraz różne
cukru, cholesterolu, acetonu, sodu, potasu i innych substancji
substancje organiczne.
w płynach ustrojowych (mocz, krew), ale również poziom leku
3. Kryminalistyka i medycyna sądowa - oznacza się m.in. różne
i jego metabolitów w moczu lub krwi podczas terapii. Tego typu
trucizny, narkotyki, środki psychotropowe.
analizy nie tylko ułatwiają (a czasem umożliwiają) postawienie
4. Sport - oznacza się środki dopingujące i anaboliki
lekarzowi odpowiedniej diagnozy, ale także przy tzw. terapii
(min. steroidy) w moczu. Wykonują to specjalistyczne
monitorowanej zastosowanie odpowiednich dawek leków, które
laboratoria, w których oznaczać można kilkaset różnych
zawsze mają też działanie uboczne.
związków tego typu.
C) ANALIZA SUBSTANCJI SZKODLIWYCH, ZWI
ZANYCH 5. Nauka - bez stosowania różnych metod analitycznych
niemożliwy byłby postęp w wielu naukach, min. w biochemii,
Z CHEMIZACJ
ŻYCIA
chemii fizycznej, fitochemii, chemii organicznej, chemii leków,
Analizy tego typu przeprowadzają różne laboratoria
bromatologii i innych.
toksykologiczne, stacje sanitarno-epidemiologiczne,
laboratoria pracujące na rzecz ochrony środowiska naturalnego.
Chemia analityczna dzieli się
1.Analiza powietrza - oznacza się mi. zawartość SO2 i tlenków
na analizę jakościową i analizę ilościową. Wśród analizy
azotu, węglowodorów aromatycznych o pierścieniach ilościowej wyróżnia się metody klasyczne (chemiczne) oraz
metody instrumentalne (fizyczne i fizykochemiczne). Metody
skondensowanych, mających właściwości kancerogenne, metale
klasyczne dzieli się na metody wagowe i metody objętościowe
ciężkie i różne związki organiczne występujące w powietrzu
(miareczkowe).
w zakładach przemysłowych.
1
2010-11-06
Etapy wykonania analizy ilościowej
Ze względu na ilość lub stężenie substancji oznaczanej
1). Pobranie próbki i przygotowanie jej do analizy - często
występującej w analizowanej próbce wyróżnia się:
przeprowadzenie do roztworu.
2). Wybór odpowiedniej metody analitycznej biorąc pod uwagę
l) makrometody (metody decygramowe) - ilość oznaczanej
następujące kryteria: dokładność, selektywność, czułość, czas
substancji wynosi 0,l grama lub stężenie tej substancji
analizy, dostępność aparatury.
w próbce jest w zakresie 0,1 - 1%;
3). Usunięcie lub  unieszkodliwienie substancji
przeszkadzających oznaczaniu składnika daną metodą:
2) półmikrometody, w których ilość oznaczanej substancji
stosowane są tu często różne metody rozdzielcze -wytrącanie
trudno rozpuszczalnych osadów, ekstrakcja ciecz-ciecz lub
przekracza 0,01 g;
tzw. ekstrakcja do fazy stałej (SPE), metody
3) analizę śladową, w której zawartość oznaczanego składnika
chromatograficzne, metody destylacyjne, zastosowanie
odczynników maskujących.
w próbce jest mniejsza od 0,001%, a czasami może nawet
4). Ewentualna koncentracja (zagęszczenie) oznaczanej
wynosić 10-10 %. W takich przypadkach nie wymaga się
substancji, jeżeli jej stężenie jest zbyt małe, aby można ją było
oznaczyć
dużej dokładności stosowanej metody analitycznej,
daną metodą przy ograniczonej czułości metod analitycznych.
ale powinna się ona odznaczać dużą czułością - dotyczy
Do koncentracji stosowane są różne metody: ekstrakcja,
odparowanie roztworu, metody chromatograficzne.
to głównie metod instrumentalnych.
5). Przeprowadzenie analizy - pomiar.
6). Opracowanie wyników - przeprowadzenie obliczeń.
ANALIZA WAGOWA
Wyniki analizy podaje się najczęściej w postaci procentu
wagowo-wagowego (wagowego) - w/w; procentu wagowo- Jest to metoda bezpośrednia, oparta na pomiarze masy substancji
wydzielonej z roztworu w postaci trudno rozpuszczalnego osadu
objętościowego - w/v; procentu objętościowo-wagowego - v/w;
poddanego następnie suszeniu i ew. prażeniu. W najprostszych
procentu objętościowo-objętościowego (objętościowego) - v/v; ppm
przypadkach substancję stałą poddaje się suszeniu (np. oznaczanie
(l część substancji w milionie części próbki, 1 ppm = l źg/g = mg/kg
wody) w określonej temperaturze lub prażeniu w wysokich
= 10-4%), ppb (l część substancji oznaczanej w miliardzie części temperaturach (np. węglany) i na podstawie ubytku masy
substancji suszonej lub prażonej określa się zawartość wody lub
analizowanej próbki, 1 ppb = 10-3 ppm = 10-7%). Czasami np. przy
CO2 (a pośrednio węglanów) w analizowanej próbce. Osady
analizie wody, wynik przedstawia się w postaci ilości miligramów
wytrącane w analizie wagowej powinny być:
substancji oznaczanej zawartej w 1 dm3 (1 litr) wody = mg" l-1.
1) mało rozpuszczalne;
Stężenia roztworów stosowanych w analizie objętościowej
2) czyste;
(miareczkowej) wyraża się najczęściej jako stężenia molowe.
3) mieć strukturę dogodną do sączenia i przemywania
Jest to liczba moli substancji zawartej w 1 dm3 (1litr) roztworu (być możliwie grubokrystaliczne - gruboziarniste);
= mol" l-1. Czasami stężenie roztworu wyrażane jest w milimolach
4) mieć ściśle określony skład chemiczny po wysuszeniu
lub wyprażeniu;
na litr (mmol" l-1). W analizie gazów stężenie oznaczanego składnika
5) wskazana jest duża masa molowa osadu po wysuszeniu
wyraża się w g/m3 lub mg/m3 gazu.
lub wyprażeniu.
O rozpuszczalności osadu świadczy wartość iloczynu
rozpuszczalności danego związku. Jeżeli wartość ta jest mniejsza,
Przyczynami zanieczyszczeń osadów są: izomorfizm;
to także rozpuszczalność tego związku jest mniejsza, ale tylko
adsorpcja powierzchniowa oraz okluzja. Zanieczyszczenia
wtedy, gdy porównuje się dwa związki, których cząsteczki składają
usuwać można przez przemywanie osadów oraz (jeżeli jest
się z jednakowej liczby jonów - np. AgCl i AgSCN.
to możliwe) przez rozpuszczenie wytrąconego osadu
Na rozpuszczalność wytrącanego osadu mają wpływ
następujące czynniki: i powtórne jego wytrącenie. Ze względu na strukturę osady
1) obecność wspólnego jonu - zmniejsza rozpuszczalność; dzieli się na krystaliczne i koloidowe.
2) obecność obcych jonów (tzw.  efekt solny")  zwiększa
Podczas oznaczeń wagowych wykonuje się kolejno:
rozpuszczalność;
l) wytrącanie osadu; 2) dojrzewanie (starzenie) osadu
3) obecność jonów wodorowych - zwiększa rozpuszczalność;
w przypadku osadów krystalicznych; 3) przemywanie osadu
4) hydroliza jonów pochodzących z rozpuszczającego się
lub jego ewentualne rozpuszczenie i ponowne wytrącenie;
częściowo osadu - zwiększa rozpuszczalność;
4) sączenie; 5) suszenie sączka z osadem; 6) spalanie sączka
5) temperatura - wzrost temperatury najczęściej zwiększa
umieszczonego w tyglu i prażenie osadu; 7) ważenie tygla
rozpuszczalność;
z osadem; 8) obliczanie wyników analizy.
6) rodzaj rozpuszczalnika - np. dodanie etanolu zmniejsza
rozpuszczalność soli nieorganicznych w wodzie.
2
2010-11-06
Przykłady oznaczeń wagowych
Oznaczane Odczynnik Substancja Jony
Produkt reakcji
jony strącający po wyprażeniu przeszkadzające
Oznaczane Odczynnik Produkt Substancja
Jony przeszkadzające
jony strącający reakcji po wyprażeniu
ą-nitrozo-
Co2+ CoL3 Co3O4 Fe3+, Ni2+, Cu2+
Ba2+ H2SO4 BaSO4 BaSO4 Pb2+, Sr2+, Ca2+
�-naftol
Mg2+, (NH4)2HPO4 inne kationy
K[B(C6H5)4]
MNH4PO4 M2P2O7
K+ Na[B(C6H5)4] K[B(C6H5)4]* NH4+, Li+
Zn2+, Cd2+ + NH4Cl z wyjątkiem litowców
inne kationy tworzące
SO42- BaCl2 BaSO4 BaSO4
Fe3+, Al3+, M(OH)3 M2O3
NH3 " H2O trudnorozpuszczalne
Bi3+, Ti4+ Ti(OH)4 TiO2 8-hydroksy- AlL3 AlL3*
wodorotlenki Al3+, Mg2+
chinolina MgL2 MgL2*
H2SO4 PbSO4 PbSO4 Ba2+, Sr2+, Ca2+
MgCl2
+ NH4Cl MgNH4PO4 Mg2P2O7 AsO43-, SiO32-
Pb2+ K2CrO4 PbCrO4 PbCrO4* Ba2+, Fe3+ i inne
* - suszenie PO43- + HCl
(bez prażenia)
(NH4)3PO4 "
(NH4)2MoO4 P2O5 " 24MoO3
12MoO3 " 2H2O
red. Cu2+
Cu2+ do Cu+ (SO2) CuSCN CuSCN* Ag+, Tl+, Pd2+
NH4SCN
SiO32- stężony HCl H2SiO3 " nH2O SiO2
dimetylo-
Ni2+ NiL2 NiL2* Cu2+, Fe2+
glioksym
Błędy w analizie chemicznej
Przykłady wagowych oznaczeń rozdzielczych
Oznaczane Odczynnik Produkt Substancja
Błąd bezwzględny - jest to różnica między wynikiem
jony lub metale strącający reakcji po wyprażeniu
oznaczenia substancji A, a rzeczywistą wartością substancji Arz
w analizowanej próbce = A  Arz.
KOH Fe(OH)3 Fe2O3
Fe3+ + Al3+ Błąd względny - jest to stosunek błędu bezwzględnego
NH3 " H2O Al(OH)3 Al2O3
do wartości rzeczywistej. Wartość tego błędu podaje się w %.
Ze względu na przyczyny powstawania - błędy dzieli się
(NH4)2C2O4 CaC2O4 CaCO3 lub CaO
Ca2+ + Mg2+
na systematyczne i przypadkowe.
(NH4)2HPO4 MgNH4PO4 Mg2P2O7
Przyczynami błędów systematycznych w analizie wagowej
MgCl2 + NH4Cl MgNH4PO4 Mg2P2O7
są: niewłaściwa kalibracja kolby miarowej na współmierność
PO43- + SO42-
BaCl2 BaSO4 BaSO4
z pipetą, straty spowodowane rozpuszczalnością osadu,
zanieczyszczenia odczynników oznaczaną substancją,
NH3 " H2O Fe(OH)3 Fe2O3
Fe3+ + SO42-
z
le skalibrowany jeden z odważników (jeżeli jest on stale
BaCl2 BaSO4 BaSO4
używany), obecność w analizowanych roztworach innych jonów
rozp. w HNO3
(oprócz oznaczanego), mogących reagować z odczynnikiem
(Cu2+, Ag+ ) AgCl AgCL*
wytrącającym oraz powtarzający się błąd w obliczeniach
Ag + Cu (stop) HCl
- np. niewłaściwy mnożnik analityczny.
red. Cu2+ do Cu+ (SO2) CuSCN CuSCN
NH4SCN
Natomiast przyczynami błędów przypadkowych są: Metoda dokładna i precyzyjna
niedokładne odpipetowanie analizowanego roztworu,
nie przemycie pipety analizowanym roztworem, niecałkowite
wytrącenie osadu, niewłaściwe przemycie osadu, niewłaściwe
spalanie sączka, niewłaściwe prażenie osadu, niecałkowite
przeniesienie osadu na sączek, wrzenie roztworu oraz błędny
zapis masy zważonej substancji.
98% 100% 102%
Dokładność i precyzja metody analitycznej
Metoda precyzyjna, ale mało dokładna
Metoda jest dokładna wtedy, gdy średnia arytmetyczna
(dodatni błąd systematyczny)
wyników analizy przeprowadzonej w kilku powtórzeniach
jest bliska rzeczywistej zawartości oznaczanego składnika
w analizowanej próbce.
Metoda jest precyzyjna wtedy, gdy wyniki uzyskane przy
kilku powtórzeniach tego samego oznaczenia różnią się tylko
minimalnie między sobą, lecz mogą odbiegać od rzeczywistej
wartości - oznaczenie jest wtedy obarczone błędem
98% 100% 102%
98% 100% 102%
systematycznym (dodatnim lub ujemnym).
3
2010-11-06
Metoda dokładna, ale mało precyzyjna ANALIZA OBJ
TOŚCIOWA (MIARECZKOWA)
Analiza objętościowa (analiza miareczkowa) polega
na tym, że do roztworu zawierającego oznaczaną substancję
wprowadza się niewielkimi porcjami -  miareczkami
- równoważną chemicznie ilość odczynnika w postaci
roztworu mianowanego, tj. roztworu o dokładnie znanym
stężeniu - tzw. titranta.
98% 100% 102%
98% 100% 102%
Zawartość oznaczanej substancji (w gramach) oblicza się
na podstawie dokładnie zmierzonej objętości zużytego
Metoda mało dokładna i mało precyzyjna
roztworu mianowanego (titranta). W celu stwierdzenia
momentu, w którym została wprowadzona ilość odczynnika
miareczkującego, równoważna chemicznie ilości substancji
oznaczanej (jest to tzw. punkt równoważnikowy albo punkt
nasycenia równoważnikowego, który często oznaczany jest
skrótem PR), wprowadza się do miareczkowanego roztworu
tzw. wskaz
nik (indykator) odpowiedni dla danego rodzaju
oznaczenia.
98% 100% 102%
98% 100% 102%
Wskaz
nikiem jest najczęściej substancja zmieniająca
Jeżeli punkt końcowy następuje przed punktem
barwę w chwili zakończenia reakcji między roztworem
równoważnikowym, wtedy błąd miareczkowania
miareczkowanym a roztworem mianowanym (titrantem);
jest ujemny, czyli otrzymuje się wyniki za małe;
może nim być niekiedy sam odczynnik miareczkujący,
jeżeli ma odpowiednio mocne zabarwienie, jak np. KMnO4.
w przeciwnym przypadku błąd jest dodatni,
Metody objętościowe (miareczkowe), w których w celu
a wyniki miareczkowania za duże.
określenia punktu końcowego miareczkowania używa się
Należy dążyć do tego, aby błąd miareczkowania
wskaz
ników, nazywają się klasycznymi, w przeciwieństwie
do metod instrumentalnych, w których do w/w celu używa
był jak najmniejszy - 0,05-0,1% ; uzyskuje się
się odpowiedniej aparatury.
to przez użycie najwłaściwszego w danym
Moment, w którym wskaz
nik zmienia barwę, nazywa się
przypadku wskaz
nika lub przez uwzględnienie
punktem końcowym miareczkowania (PK). Punkt ten
odpowiedniej poprawki.
zasadniczo powinien pokrywać się z punktem
równoważnikowym (PR), jednak w praktyce prawie zawsze
Metody objętościowe (miareczkowe) ze względu
następuje przed lub po nim. Różnica między punktem
na rodzaj zachodzących reakcji można podzielić
końcowym a punktem równoważnikowym nazywa się
błędem miareczkowania.
następująco:
Reakcje wykorzystywane do oznaczeń objętościowych
(miareczkowych) powinny mieć:
Metoda Wskaz
nik
1) stechiometryczny przebieg,
2) dużą szybkość,
Alkacymetria - słaby kwas lub słaba zasada
3) możliwość określenia punktu równoważnikowego
organiczna.
lub punktu końcowego (PR lub PK) miareczkowania.
Precypitometria - związek tworzący barwny,
Wyróżnia się następujące techniki miareczkowania:
(analiza strąceniowa) trudno rozpuszczalny związek miareczkowanie bezpośrednie, miareczkowanie odwrotne
oraz miareczkowanie podstawieniowe.
z nadmiarem titranta lub
Miareczkowanie bezpośrednie polega na tym,
barwny jon kompleksowy.
że oznaczany składnik miareczkuje się roztworem mianowanym
Kompleksometria - związek tworzący barwny
odczynnika, przy czym potrzebny jest tutaj tylko jeden roztwór
kompleks z jonem oznaczanego
mianowany, ale muszą być spełnione następujące warunki:
metalu, ale mniej trwały niż
substancja oznaczana musi reagować z titrantem szybko
kompleks metalu z titrantem. oraz istnieje możliwość doboru odpowiedniego wskaz
nika
(np. miareczkowanie wodorotlenku sodu mianowanym
Redoksymetria - odwracalne wskaz
niki red-ox
roztworem kwasu solnego wobec oranżu metylowego
lub inne.
lub fenoloftaleiny).
4
2010-11-06
Odmianą metod podstawieniowych są tzw. metody pośrednie
Miareczkowanie odwrotne stosowane jest wtedy,
- np. chcąc oznaczyć anion, dla którego nie ma odpowiedniego
gdy obydwa powyższe warunki nie są spełnione. Stosuje się tutaj
odczynnika miareczkującego, wytrąca się go w postaci osadu
2 roztwory mianowane: najpierw do oznaczanej substancji
i po odsączeniu i rozpuszczeniu miareczkuje się kation związany
wprowadza się nadmiar pierwszego titranta, reagującego
z tym anionem, a następnie dokonuje odpowiednich przeliczeń.
z oznaczaną substancją, a następnie nadmiar użytego titranta
Roztwory mianowane (titranty) przyrządzać można
odmiareczkowuje się roztworem drugiego titranta w obecności
2 sposobami:
odpowiedniego wskaz
nika (np. oznaczanie soli amonowych
metodą destylacyjną, oksydymetryczne oznaczanie niektórych 1) bezpośrednio z odważki przez rozpuszczenie dokładnie
reduktorów lub też w przypadku oznaczania jonów chlorkowych, odważonej ilości bardzo czystego odczynnika w konkretnej
bromkowych i jodkowych metodą Volharda). objętości roztworu - sposób ten stosuje się dość rzadko.
2) przyrządza się roztwór o stężeniu zbliżonym
do oczekiwanego i następnie ustala się miano (dokładne stężenie)
Miareczkowanie podstawieniowe polega na tym,
za pomocą odważki substancji wzorcowej.
że miareczkuje się nie oznaczany składnik (titrant nie reaguje
z substancją oznaczaną), ale jego podstawnik, tj. substancję Substancja wzorcowa (podstawowa) powinna charakteryzować
będącą produktem reakcji składnika oznaczanego z jakimkolwiek się : czystością, dużą szybkością i stechiometrycznym przebiegiem
odczynnikiem wprowadzonym w nadmiarze do oznaczanego reakcji z titrantem, małą higroskopijnością oraz odpornością
roztworu (np. jodometryczne oznaczanie utleniaczy, gdzie na działanie tlenu lub dwutlenku węgla zawartych w powietrzu.
mianowanym roztworem tiosiarczanu sodu miareczkuje się jod Wskazana jest też duża masa molowa substancji wzorcowej
wydzielony w reakcji oznaczanego utleniacza z jodkiem potasu). (podstawowej), co obniża wartość błędu obliczanego miana.
W analizie objętościowej (miareczkowej) charakterystycznymi
Przyczyny błędów w analizie objętościowej
wielkościami są: krzywa miareczkowania i skok miareczkowania.
(miareczkowej):
Krzywa miareczkowania (która stanowi obraz zmian
zachodzących w roztworze podczas miareczkowania) jest
1). Błędy systematyczne: niewłaściwa kalibracja kolby
wykresem w układzie współrzędnych prostokątnych, na którym
miarowej na współmierność z pipetą, niedokładne
na osi odciętych nanosi się objętość zużytego mianowanego
kalibrowanie biurety (gdy roztwór titranta przyrządza się
roztworu odczynnika (w mililitrach lub np. w procentach ilości
bezpośrednio z odważki), użycie niewłaściwego wskaz
nika,
niedokładnie zmianowany roztwór titranta oraz stale teoretycznej), natomiast na osi rzędnych - wartości liczbowe
powtarzający się błąd obliczeniowy.
jakiegoś parametru związanego ze stężeniem oznaczanego
składnika lub innych uczestników procesu miareczkowania.
2). Błędy przypadkowe: nie przepłukanie biurety
Takim parametrem może być: stężenie oznaczanych jonów
titrantem, nie przepłukanie pipety roztworem pobieranym z
(np. jonów wodorowych, a tym samym wartość pH lub stężenie
kolbki miarowej,  przemiareczkowanie , niewłaściwe
jonów metalu), potencjał red-ox, przewodność elektryczna,
pipetowanie, przeciekający kran biurety, błędne odczytanie
na biurecie objętości zużytego titranta oraz błędne obliczenie
wartość potencjału i inne.
wyników.
ALKACYMETRIA
Ten dział analizy objętościowej (miareczkowej) opiera się
na reakcjach kwas - zasada i obejmuje łącznie metody oznaczeń
przy użyciu mianowanych roztworów zasad (alkalimetria)
pH
pH
E
i kwasów (acydymetria). Metody alkacymetryczne nazywane są
także metodami zobojętniania, ponieważ oparte są na reakcji:
H3O+ + OH- 2 H2O
Oprócz kwasów i zasad metodami alkacymetrycznymi można
V titranta V titranta oznaczać także sole słabych kwasów i mocnych zasad
(i odwrotnie - sole słabych zasad i mocnych kwasów), ponieważ
Wielkość skoku krzywej miareczkowania zależy od:
zgodnie z teorią BrQ
nsteda ich aniony są zasadami
l). Wartości liczbowej odpowiedniej stałej równowagi
(lub odpowiednio kationy są kwasami). W większości oznaczeń
(stała dysocjacji w alkacymetrii, iloczyn rozpuszczalności alkacymetrycznych roztwór miareczkowany nie ma w punkcie
równoważnikowym odczynu dokładnie obojętnego.
w precypitometrii, stała trwałości w kompleksonometrii).
2). Stężenia substancji oznaczanej i titranta (z wyjątkiem
redoksymetrii).
5
2010-11-06
Wskutek obecności soli hydrolizujących lub wolnych kwasów
bądz
zasad wydzielonych w toku miareczkowania, pH roztworu
Przystępując do miareczkowania alkacymetrycznego,
odbiega od 7. Dlatego też duże znaczenie ma w każdym
należy wybrać taki wskaz
nik, którego zakres wskaz
nikowy
miareczkowaniu alkacymetrycznym dobór odpowiedniego
(zakres pH) znajdzie się w obrębie skoku miareczkowania.
wskaz
nika, który by uwidocznił koniec zasadniczej reakcji.
Wskaz
nikami stosowanymi w alkacymetrii są słabe kwasy
Do oznaczania zasad lub soli słabych kwasów, których
organiczne (np. fenoloftaleina i błękit bromotymolowy) lub słabe
aniony są zasadami używa się mianowanych roztworów
zasady organiczne (np. oranż metylowy). Cechą
kwasu solnego (rzadko kwasu siarkowego(VI)), natomiast
charakterystyczną tych wskaz
ników jest to, że ich forma
zdysocjowana ma inną barwę niż forma niezdysocjowana. do oznaczania kwasów lub soli słabych zasad, których
Każdy wskaz
nik alkacymetryczny ma określony tzw. zakres kationy są kwasami, używa się mianowanych roztworów
wskaz
nikowy. Jest to zakres pH, w którym następuje zmiana
wodorotlenku sodu (rzadko wodorotlenku potasu).
barwy wskaz
nika lub zabarwienie (ew. odbarwienie) roztworu
miareczkowanego (np. fenoloftaleina). Zakres wskaz
nikowy
zależy od stałej dysocjacji (pKA lub pKB) wskaz
nika. Zakres
zmiany barwy wskaz
nika wynosi:
pH = pKIn ą l (In - indykator - wskaz
nik)
REDOKSYMETRIA
Typową metodą reduktometryczną jest tytanometria,
wykorzystująca silne właściwości redukujące związków tytanu
Redoksymetria stanowi obszerny dział analizy objętościowej
trójwartościowego. W reduktometrii są stosowane także związki
(miareczkowej), skupiający metody oparte na reakcjach
dwuwartościowego chromu, a także m.in. kwas askorbinowy.
utleniania i redukcji. Metody oparte na miareczkowaniu
mianowanymi roztworami utleniaczy obejmuje się nazwą Na pograniczu oksydymetrii i reduktometrii jest jodometria
oksydymetrii, natomiast reduktometria obejmuje metody,
- bardzo ważny dział analizy objętościowej (miareczkowej),
w których titrantem jest mianowany roztwór reduktora.
stosujący zarówno roztwory utleniaczy - wolnego jodu lub KIO3
Redoksymetria dzieli się na kilka działów, zależnie
(przy oznaczaniu reduktorów), jak również reduktorów
od rodzaju utleniacza lub reduktora. Do najbardziej znanych
- głównie Na2S2O3, oraz kwasu arsenowego(III) (przy
metod oksydymetrycznych należą:
oznaczaniu utleniaczy).
Jak wiadomo warunkiem przebiegu reakcji red-oks jest
a) manganometria(VII) - jako utleniacz służy KMnO4
obecność w roztworze dwóch układów redukcyjno-
(nadmanganianometria)
oksydacyjnych, z których w jednym zachodzi przemiana
b) cerometria -    Ce(SO4)2
w kierunku wydzielania elektronów, a w drugim przemiana
c) chromianometria -    K2Cr2O7 odwrotna - związana z pobieraniem elektronów; jeden
lub K2CrO4 z układów jest utleniaczem, a drugi reduktorem.
d) bromianometria -    KBrO3
Należy koniecznie dodać, że reakcja red-oks może przebiegać
tylko wtedy, gdy potencjały utleniające (obliczone ze wzoru
Nernsta) obu reagujących układów mają wartości różne.
W miarę przebiegu reakcji różnica między potencjałami obu
Reakcje utleniania-redukcji przebiegają stosunkowo powoli,
układów maleje, gdyż z jednej strony obniża się potencjał
w przeciwieństwie do reakcji łączenia się jonów, które zachodzą
utleniacza na skutek wzrostu stężenia jego formy zredukowanej,
natychmiast. Ta różnica szybkości reakcji spowodowana jest
a z drugiej strony - wzrasta potencjał reduktora z powodu
odmiennym mechanizmem procesów, zachodzących w obu
zwiększenia się stężenia jego postaci utlenionej.
przypadkach.
Następuje w końcu moment zrównania się potencjałów
utleniających obu układów i od tej chwili ustala się w roztworze
W reakcjach łączenia się jonów (np. wodorotlenowych
stan równowagi dynamicznej między składnikami obu układów.
i wodorowych) następuje zobojętnianie ładunków odmiennego
Dalszy przebieg reakcji jest możliwy dopiero wtedy, gdy do
znaku, co odbywa się prawie natychmiast; natomiast w reakcjach
roztworu wprowadzi się dalszą porcję utleniacza lub reduktora.
red-oks zachodzi wymiana elektronów i to często między jonami
Wartość potencjału utleniającego, który wykazuje roztwór
naładowanymi jednoimiennie. Przy czym reakcje te przebiegają
w stanie równowagi, zależy od stosunku stężeń obu reagujących
z reguły nie bezpośrednio, lecz etapami - przekazywanie elektronów
układów w tym roztworze. Znając potencjały formalne
odbywa się stopniowo.
obu reagujących układów red-oks dla danych warunków
pomiarowych można obliczyć wartość potencjału red-oks Szybkość całego procesu jest uzależniona od szybkości najwolniej
w poszczególnych punktach krzywej miareczkowania.
przebiegającej reakcji pośredniej. Szybkość reakcji
Krzywa miareczkowania redoksymetrycznego ma przebieg
red-oks znacznie zwiększają jony wodorowe, jeżeli biorą one udział
zupełnie podobny do przebiegu krzywej miareczkowania
w tych reakcjach. Duży wpływ na szybkość omawianych reakcji
alkacymetrycznego, a różnica polega tylko na tym, że na osi
wywierają czasem niewielkie ilości niektórych substancji,
pionowej odcina się w tym przypadku nie wartość pH,
działających jako katalizatory - dodatnie lub ujemne, np. jony
ale wartość potencjału utleniającego układu.
Mn2+ przyspieszają oznaczenia w manganometrii(VII). Także
podwyższona temperatura na ogół przyspiesza reakcje utleniania
i redukcji.
6
2010-11-06
PRECYPITOMETRIA - ANALIZA WYTR
CENIOWA
Wskaz
nikami są tutaj:
a) jony tworzące z nadmiarem titranta trudno rozpuszczalne
Analiza wytrąceniowa polega na wydzielaniu oznaczanej
barwne osady - łatwiej rozpuszczalne niż połączenia
substancji w postaci trudno rozpuszczalnego osadu przy
oznaczanego jonu z titrantem;
użyciu mianowanego roztworu odpowiedniej substancji
b) wskaz
niki tworzące z nadmiarem titranta barwne
wytrącającej. Ilość oznaczanego składnika oblicza się
kompleksy;
na podstawie objętości zużytego roztworu mianowanego,a
więc identycznie jak w przypadku innych metod analizy c) wskaz
niki adsorpcyjne.
objętościowej (miareczkowej).
Objętościowa analiza wytrąceniowa nie stanowi zwartej
Reakcje zachodzące w tych analizach (wytrąceniowych) całości, takiej jak np. alkacymetria. Prawie każde oznaczenie
powinny się charakteryzować następującymi cechami: b. małą musi być traktowane oddzielnie. Większą stosunkowo grupę
rozpuszczalnością produktów reakcji, dużą selektywnością, stanowią oznaczenia oparte na tworzeniu się trudno
możliwością w miarę dokładnego określenia punktu rozpuszczalnych soli srebra; oznaczenia te obejmuje się
końcowego oraz stechiometrycznością. nazwą argentometrii.
W celu stwierdzenia zakończenia miareczkowania, Metodami argentometrycznymi można oznaczyć
tj. momentu, gdy miareczkowany roztwór praktycznie nie m.in. aniony: chlorkowe, bromkowe, jodkowe, rodankowe,
zawiera już oznaczanego składnika, obserwuje się, czy dodana fosforanowe (stosując mianowany roztwór AgNO3)
kropla odczynnika wytrąca jeszcze nową porcję osadu, oraz kationy srebra (stosując mianowany roztwór NH4SCN).
lub też - i to najczęściej - stosuje się odpowiedni wskaz
nik,
właściwy dla danego oznaczenia.
KOMPLEKSOMETRIA
W innych metodach analizy wytrąceniowej używa się
następujących mianowanych roztworów (w nawiasach
Ta część analizy miareczkowej obejmuje wszystkie metody
oznaczane jony): heksacyjanożelazianu(II) potasu (jony
miareczkowe, w których podstawą oznaczania jest reakcja
cynku lub kadmu); siarczku sodu (jony cynku); octanu
tworzenia się trwałego, trudno dysocjującego,
uranylu (jony fosforanowe); manganianu(VII) potasu (jony
rozpuszczalnego związku kompleksowego.
Mn2+); dichromianu(VI) potasu (jony baru); siarczanu(VI)
Najważniejszym działem kompleksometrii jest
sodu (jony baru); azotanu(V) rtęci(I) (jony chlorkowe
kompleksonometria, skupiająca metody oparte na
lub bromkowe).
stosowaniu tzw. kompleksonów. Ze względu na to, że metody
kompleksonometryczne stanowią dużą większość wszystkich
Analiza wytrąceniowa, w której titrantem jest azotan(V)
metod kompleksometrycznych - często mówiąc
rtęci(I) nazywa się merkurometrią.
o kompleksometrii, ma się na myśli kompleksonometrię.
Krzywe miareczkowania w oznaczeniach wytrąceniowych
Jako titranty w kompleksonometrii stosowane są
mają wygląd zupełnie podobny jak w przypadku oznaczeń
tzw. kompleksony. Są to kwasy aminopolikarbonowe,
alkacymetrycznych lub redoksymetrycznych, z tym, że na osi
pochodne kwasu iminodioctowego:
pionowej (rzędnych) odcina się logarytm dziesiętny molowego
stężenia oznaczanego składnika, wzięty z odwrotnym znakiem
CH2__COOH
np. pCl- (dla jonów chlorkowych) lub pAg+
H-N
dla jonów srebra).
CH2__COOH
Ważną dla praktyki cechą tych połączeń jest to, że jedna
Największe praktyczne znaczenie w analizie zyskał kwas
cząsteczka kompleksonu wiąże zawsze tylko jeden kation metalu,
etylenodiaminotetraoctowy (kwas wersenowy), oznaczany
niezależnie od jego wartościowości. Kompleksy poszczególnych
skrótem EDTA (pierwsze litery angielskiej nazwy kwasu):
kationów z EDTA różnią się bardzo znacznie trwałością.
Na ogół największą trwałość wykazują kompleksy kationów
CH2__COOH
czterowartościowych, mniejszą kationów trójwartościowych,
H2C - N
jeszcze mniejszą dwuwartościowych, natomiast kationy
CH2__COOH jednowartościowe tworzą kompleksy tak mało trwałe,
że nie można ich wykorzystywać do celów analitycznych.
CH2__COOH
Inną ważną cechą połączeń EDTA z jonami metali jest to,
H2C - N
że są one w większości bezbarwne i stąd konieczność stosowania
CH2__COOH
wskaz
ników, których są 2 grupy: tzw. metalowskaz
niki
oraz wskaz
niki red-oks, przy czym głównie stosuje się
Ze względu na słabą rozpuszczalność wolnego kwasu metalowskaz
niki.
wersenowego, stosuje się go najczęściej w postaci dwuwodnej
Są to związki bezbarwne lub barwne - mające zdolność
soli disodowej Na2H2Y " 2 H2O, którą także pospolicie nazywa
tworzenia w określonych warunkach miareczkowania barwnego
się EDTA.
kompleksu z jonami oznaczanego metalu lub metalu użytego
Z kationami dwu-, trój- i czterowartościowymi wielu do odmiareczkowania nadmiaru kompleksonu.
metali, EDTA tworzy bardzo trwałe, łatwo rozpuszczalne
w wodzie połączenia chelatowe.
7
2010-11-06
Zasada działania metalowskaz
nika jest następująca.
Wskaz
niki te muszą spełniać szereg warunków, z których
Po dodaniu wskaz
nika do miareczkowanego roztworu część
najważniejszymi są:
jonów metalu zostaje z nim związana i roztwór przyjmuje
zabarwienie kompleksu metal-wskaz
nik. Podczas a) dostatecznie duża trwałość kompleksu M-Ind (pK>5);
miareczkowania, wprowadzany do roztworu komplekson wiąże
b) stała trwałości kompleksu M-Ind musi być najmniej o 4-5
w pierwszej kolejności wolne jony metalu.
rzędów wielkości mniejsza od kompleksu M-EDTA;
W pobliżu PK reaguje także z jonami metalu zawartymi
c) reakcje: wskaz
nika z metalem oraz EDTA z metalem
w kompleksie metal-wskaz
nik, przeprowadzając je w kompleks
powinny zachodzić natychmiastowo;
o większej trwałości: metal-EDTA. Jednocześnie zanika barwa
d) wyraz
na różnica barwy między kompleksem M-Ind
kompleksu metal-wskaz
nik, a pojawia się barwa wolnego
oraz wolnym wskaz
nikiem;
wskaz
nika. Można to wyrazić schematycznie następującą reakcją:
e) reakcja barwna z jonami oznaczanego metalu powinna być
specyficzna albo selektywna i możliwie mało zależna
M-Ind + EDTA M-EDTA + Ind
od wpływu czynników ubocznych.
barwa I barwa II
Najważniejszą (i najobszerniejszą) dla kompleksonometrii
grupę metalowskaz
ników stanowią tzw. wskaz
niki
metalochromowe. Są to barwniki organiczne o właściwościach
wskaz
ników pH, zdolne do tworzenia z jonami metali
kompleksów o barwie odmiennej od barwy samego wskaz
nika.
Selektywność oznaczeń kompleksonometrycznych jest mała,
ANALIZA WODY
ale można ją zwiększyć przez:
1) dobór odpowiedniego pH roztworu miareczkowanego;
Wody można podzielić na: powierzchniowe, głębinowe,
np. jony Fe3+, Bi3+ , Al3+ i Th4+ można oznaczać w środowisku
morskie i mineralne. Głównymi nieorganicznymi składnikami
dość silnie kwaśnym, wówczas większość kationów
wód są: Ca(HCO3)2 i Mg(HCO3)2, które powodują tzw.
dwuwartościowych nie reaguje z EDTA.
twardość węglanową wody, którą można usunąć przez
ogrzewanie:
Natomiast w środowisku silnie zasadowym (pH>12) można
oznaczyć jony wapnia w obecności jonów magnezu, które M(HCO3)2 MeCO3�! + CO2 + H2O
w tych warunkach wytrącają się jako wodorotlenek.
Oprócz tego w wodzie mogą występować w niewielkich
ilościach różne kationy (Fe2+, Na+, K+, Al3+ oraz aniony
2) zastosowanie odczynników maskujących, wiążących
(Cl-, SO42-, SiO32-); w wodach mineralnych stężenia tych
przeszkadzające kationy w trwałe kompleksy - takimi
jonów są znacznie większe. W wodzie występuje też zawsze
odczynnikami są KCN (wiąże jony miedzi, niklu, żelaza,
rozpuszczony tlen, którego obecność warunkuje życie
kobaltu, cynku), winiany, cytryniany, fluorki,
biologiczne w wodach powierzchniowych.
trietanoloamina, 2,3-dimerkaptopropanol.
W wyniku zanieczyszczania wód mogą w nich występować:
3) zastosowanie reakcji red-oks - np. redukcja jonów
a) sole amonowe jako produkt rozkładu białek oraz różne
Fe3+ do Fe2+ , które w przeciwieństwie do jonów Fe3+
związki organiczne o właściwościach redukujących,
nie przeszkadzają przy oznaczaniu jonów Bi3+.
b) kationy metali ciężkich: Pb2+, Hg2+, Cd2+, Cr3+ i innych,
W kompleksonometrii stosuje się takie same sposoby
miareczkowań, jak w innych działach analizy objętościowej.
c) jony NO3- i NO2- oraz HPO42- z nawozów sztucznych,
B. Oznaczenia (próby) chemiczne i fizykochemiczne:
d) środki ochrony roślin - min. pestycydy, insektycydy,
l. Twardość całkowita - wyrażana w stopniach niemieckich
e) fenol i jego pochodne,
(jednostka umowna):
f) węglowodory aromatyczne, min. węglowodory o pierścieniach
1�N -10 mg CaO w 1 dm3 wody
skondensowanych.
Oznaczano ją dawniej miareczkując próbki wody mydłem
potasowym do pojawienia się piany. Obecnie oznacza się
Standardowe analizy wody obejmują:
miareczkowaniem kompleksonometrycznym przy pH 10
w obecności czerni eriochromowej T jako wskaz
nika. Można
A. Oznaczenia (próby) fizyczne:
oznaczać osobno Ca i Mg miareczkując 2-gą próbkę wody przy
1. Kwasowość (pH) wody - winna się mieścić w granicach pH
pH 12 (wytrąca się wtedy Mg(OH)2).
6,5 - 8,5.
2. Twardość węglanowa - oznacza się alkacymetrycznie
2. Klarowność; mętność wody (przechowywanej) jest
miareczkując próbkę wody roztworem HCl wobec oranżu
spowodowana głównie reakcjami:
metylowego:
4 Fe(HCO3)2 + 2 H2O + O2 4 Fe(OH)3 + 8 CO2
Ca(HCO3)2 + 2 HCl CaCl2 + 2 H2O + 2 CO2
Ca(HCO3)2 CaCO3 + H2O + CO2
3. Barwa.
3. Utlenialność wody - zdolność do redukowania KMnO4 przez
4. Sucha pozostałość i strata przy jej prażeniu (rozkładowi
obecne w wodzie substancje organiczne (pochodzenia
ulegają węglany, azotany(III) i azotany(V), związki
roślinnego i zwierzęcego) oraz nieorganiczne (H2S oraz jony
organiczne).
Fe2+ i NO2-).
5. Przewodnictwo wody (oznacza się konduktometrycznie).
8
2010-11-06
Do próbki wody dodaje się mianowanego roztworu Powstały związek utlenia jony I- do wolnego jodu, który
KMnO4, zakwasza H2SO4, ogrzewa, wprowadza określoną odmiareczkowuje się mianowanym roztworem Na2S2O3:
objętość mianowanego roztworu Na2C2O4, a nadmiar
2 MnO(OH)2 + 4 I- + 8 H+ 2 Mn2+ + 2 I2 + 6 H2O
Na2C2O4 odmiareczkowywuje się znów mianowanym
2 I2 + 4 S2O32- 2 S4O62- + 4 I-
roztworem KMnO4
8. Żelazo - oznacza się najczęściej kolorymetrycznie po
4. Sole amonowe, których zawartość jest najczęściej mała,
reakcji jonów Fe2+ z o-fenantroliną lub batofenantroliną.
oznacza się kolorymetrycznie po reakcji z odczynnikiem
9. Glin - oznacza się kolorymetrycznie lub metodą atomowej
Nesslera (K2HgI4 + KOH) - powstaje pomarańczowo-
spektometrii absorbcyjnej (ASA).
czerwony zol; lub też potencjonometrycznie.
10. Sód i potas - oznacza się metodą fotometrii płomieniowej
5. Chlorki - oznacza się albo argentometrycznie metodą Mohra
emisyjnej lub metodą ASA lub też potencjometrycznie
(jeżeli stężenia jonów Cl- w wodzie są dość duże)
z użyciem modyfikowanych elektrod szklanych
albo turbidymetrycznie po wytworzeniu zawiesiny AgCl.
selektywnych dla jonów Na+ lub K+.
6. Siarczany - miareczkując próbkę roztworem Pb(NO3)2
11. Azotany(III) - kolorymetrycznie wykorzystując reakcję
lub turbidymetrycznie (powstaje zawiesina BaSO4).
dwuazowania i sprzęgania, np. z kwasem sulfanilowym.
7. Tlen występuje w wodach powierzchniowych. Metoda
12. Krzemiany - kolorymetrycznie po reakcji z
Winklera wykorzystuje reakcję utleniania Mn(OH)2 przez
molibdenianiem amonu i redukcji powstałej soli
rozpuszczony w wodzie tlen:
heteropolikwasu za pomocą SnCl2 do błękitu
molibdenowego.
2 Mn(OH)2 + O2 2 MnO(OH)2, czyli H2MnO3.
13. Metale ciężkie (Ni, Pb, Cd, Hg, Cr) oznacza się metodami ANALIZA INSTRUMENTALNA
spektrofotometrycznymi lub ASA (przy czym często
wymaga to wstępnej koncentracji za pomocą ekstrakcji
Ogólna charakterystyka analizy instrumentalnej
lub wymiany jonowej) oraz metodami elektrochemicznymi
(polarografia
Rozwój chemii analitycznej i metod analitycznych był i jest
lub woltamperometria inwersyjna).
ściśle związany z pojawianiem się nowych przyrządów
14. Środki ochrony roślin oraz węglowodory aromatyczne
pomiarowych.
oznacza się przy użyciu czułych metod
Pierwsze analizy ilościowe były oparte na metodach
chromatograficznych: chromatografii gazowej lub HPLC.
grawimetrycznych (wagowych), których opracowanie było
możliwe dzięki wynalezieniu precyzyjnych wag. Wkrótce
potem wprowadzenie wzorcowanych naczyń szklanych
umożliwiło powstanie metod objętościowych (miareczkowych).
Metody wagowe i objętościowe oparte na właściwościach
chemicznych analizowanych substancji, nazywane także
metodami klasycznymi, pozostawały przez wiele lat jedynymi
metodami ilościowymi, dostępnymi dla większości analityków.
Jednakże wraz z koniecznością oznaczania coraz mniejszych
ilości analizowanych substancji, metody klasyczne okazywały
się niewystarczająco czułe, a także często czaso-
i pracochłonne.
Oznaczanie małych, a nawet bardzo małych ilości pierwiastków Wątpliwości budzi także, do jakich metod zaliczyć metody
lub związków chemicznych, stawało się możliwe dzięki metodom ekstrakcyjne, które na ogół nie wymagają złożonej aparatury. Biorąc
analitycznym, wykorzystujących właściwości fizyczne lub jednak pod uwagę charakter procesów zachodzących
fizykochemiczne oznaczanych substancji. w metodach ekstrakcyjnych i ich duże podobieństwo do niektórych
procesów chromatograficznych, w podręczniku tym ekstrakcja
Spośród różnych właściwości fizykochemicznych lub fizycznych
zamieszczona jest wśród metod instrumentalnych.
lub, w analityce wykorzystuje się na ogól te, których nasilenie jest
zależne od stężenia (ilości) analizowanej substancji. Aby pomiar Mimo tego typu wątpliwości, tradycyjnie przyjmuje się,
wartości wykorzystywanej w danej metodzie właściwości fizycznej że instrumentalne metody analizy chemicznej oparte są
lub fizykochemicznej był możliwy, należy dysponować odpowiednimi na wykorzystaniu zjawisk fizycznych lub fizykochemicznych,
aparatami (instrumentami) pomiarowymi. a do wykonania takich analiz konieczna jest odpowiednia aparatura
fizyczna lub fizykochemiczna.
W ten sposób powstawały i rozwijały się instrumentalne metody
analizy chemicznej.
Porównanie metod klasycznych i instrumentalnych
Podział metod analitycznych na klasyczne i instrumentalne
ze względu na aparaturę pomiarową nie jest jednak ścisły
Najważniejszą zaletą metod instrumentalnych jest ich duża
i jednoznaczny. Np. do wykonania analizy wagowej konieczna jest
czułość, a tym samym duża wykrywalność i oznaczalność
waga analityczna, będąca niewątpliwie aparatem fizycznym, a mimo
w porównaniu do metod chemicznych (klasycznych). W metodach
to analizę tą zalicza się do klasycznych, natomiast przykładowo
klasycznych można oznaczać zawartości składników rzędu 10-1 %
chromatografia cienkowarstwowa (czy wcześniej stosowana
w analizie objętościowej i 10-2 % w analizie wagowej, natomiast
chromatografia bibułowa) niewymagająca skomplikowanej
metodami instrumentalnymi można oznaczać zawartości rzędu
aparatury, zaliczana jest do metod instrumentalnych.
10-5 % i mniejsze.
9
2010-11-06
Zazwyczaj jest tak, że im większa czułość danej metody,
Ważną zaletą metod instrumentalnych jest na ogół duża
tym mniejsza jej dokładność i większe wartości popełnianych
szybkość wykonania analiz, która w wielu technologiach
błędów. Dlatego też pod względem dokładności i precyzji, lepsze
przemysłowych ma bardzo istotne znaczenie. Np. podczas
są metody klasyczne.
wytapiania metali z ich rud, trzeba na bieżąco kontrolować skład
wytopu. Jest to możliwe dzięki metodzie spektralnej, która W analizie wagowej lub miareczkowej względna dokładność
umożliwia przeprowadzenie oznaczenia badanej mieszaniny oznaczenia jest rzędu dziesiątych części procenta, podczas
w ciągu kilku minut, wykazując przy tym dużą selektywność. gdy w analizie instrumentalnej jest rzędu kilku lub kilkunastu
procent. Podobnie jest ze względną precyzją oznaczeń wyrażaną
Należy jednak pamiętać, że w wielu metodach
wartością względnego odchylenia standardowego.
instrumentalnych łączny czas oznaczenia rozpoczynający się
przygotowaniem próbki, a kończący na właściwym pomiarze W metodach klasycznych wartość tego odchylenia jest rzędu
może trwać dość długo, dłużej nawet aniżeli w metodach dziesiątych lub setnych części procenta, natomiast w metodach
klasycznych. instrumentalnych jest rzędu kilku procent. Ogólnie można
stwierdzić, że względna dokładność i precyzja metod klasycznych
Niewątpliwą zaletą metod instrumentalnych jest ich
jest o około rząd wielkości większa niż metod instrumentalnych.
obiektywność, ponieważ pomiar dokonywany jest zwykle
za pomocą odpowiedniego miernika elektrycznego lub odczytu Do wad metod instrumentalnych należy również ich
cyfrowego. Obiektywności tej nie należy jednak mylić porównywalny charakter. W metodach porównawczych
z dokładnością oznaczenia. Metody instrumentalne nie są niestety nie oblicza się zawartości badanego składnika na podstawie
metodami dokładnymi, a często także nie są precyzyjne. wyznaczonej wielkości, ponieważ obliczenie takie byłoby bardzo
skomplikowane, a niekiedy wręcz niemożliwe.
Metody klasyczne są natomiast metodami  bezwzględnymi .
W pomiarach instrumentalnych nie otrzymuje się bowiem
Zastosowane w nich reakcje chemiczne umożliwiają otrzymanie
bezpośrednich danych o stężeniu analizowanego składnika,
wielkości analitycznej, różniącej się od wielkości mierzonej
tylko wartości odpowiednich wielkości fizykochemicznych
jedynie tzw. mnożnikiem analitycznym. Bezwzględne metody
lub fizycznych, które w dalszej kolejności służą do określenia
analityczne nie wymagają przygotowania wzorców (poza
ilości badanej substancji.
roztworami mianowanymi) i na tym polega ich przewaga nad
Np. w metodzie spektrofotometrii absorpcyjnej mierzy się
metodami instrumentalnymi, którym wzorce są potrzebne
absorbancję, w polarografii natężenie prądu, w konduktometrii
i analizowane metodami klasycznymi.
przewodność roztworów, w potencjometrii potencjał elektrody,
Metody instrumentalne w przeciwieństwie do metod
itd.
klasycznych można stosunkowo łatwo automatyzować
Aby na podstawie uzyskanych danych określić stężenie (ilość)
i komputeryzować, co wpływa dodatnio na skrócenie czasu
badanej substancji, należy zazwyczaj wykonać wstępną
analizy oraz wzrost dokładności i precyzji wyników poprzez
kalibrację, która polega na doświadczalnym wyznaczeniu
eliminację subiektywnych błędów przypadkowych.
zależności między ilością danego składnika w próbce a wynikiem
Automatyzacja zmniejsza także znacząco koszty analiz seryjnych
pomiaru danej wielkości.
i umożliwia otrzymywanie wyników w formie gotowych
Kalibrację wykonuje się za pomocą próbek wzorcowych
wydruków.
o znanych zawartościach oznaczanego składnika. Podczas
Do wad metod instrumentalnych, oprócz opisanych wcześniej
przygotowywania i przechowywania takich próbek oraz podczas
porównawczości, oraz stosunkowo małej dokładności i precyzji,
ich analizowania, można popełnić szereg błędów, które w sposób
należy konieczność stosowania odpowiedniej, niekiedy bardzo
znaczący wpływają na dokładność całego oznaczenia.
kosztownej aparatury.
Część autorów proponuje tradycyjny podział metod
Z powodu ważkich zalet metod instrumentalnych (głównie
instrumentalnych na:
dużej czułości), co powoduje szybki rozwój tych metod, często
- metody spektroskopowe (optyczne);
są one traktowane jako zdecydowanie lepsze i nowocześniejsze
- metody elektrochemiczne;
w stosunku do metod klasycznych.
- metody radiometryczne;
Należy jednak stwierdzić, że ocena taka jest niesłuszna,
ponieważ metody klasyczne i instrumentalne często wzajemnie - metody chromatograficzne.
się uzupełniają, mając przy tym zalety jak i wady. Dlatego
Obecnie częściej stosuje się podział instrumentalnych metod
od analityka należy oczekiwać umiejętności posługiwania się
analizy chemicznej na 5 grup:
zarówno metodami klasycznymi jak i instrumentalnymi.
1). Metody optyczne związane ze sprężystym
oddziaływaniem promieniowania elektromagnetycznego
Podział instrumentalnych metod analizy chemicznej
na próbkę;
Szybki rozwój i duża różnorodność metod instrumentalnych
2). Metody spektroskopowe związane z niesprężystym
stwarza wiele problemów w pełni przejrzystym
oddziaływaniem promieniowania elektromagnetycznego
sklasyfikowaniu tych metod, ponieważ istnieje wiele metod,
na próbkę;
które znajdują się na pograniczu możliwych do ustalenia grup
3). Metody elektroanalityczne (nazwa zalecana przez
metod. Dyskusyjne jest także kryterium podziału, dlatego
IUPAC) nazywane wcześniej elektrochemicznymi,
w podręcznikach różnych autorów podziały te mogą być różne.
związane z efektami towarzyszącymi przepływowi prądu
elektrycznego przez badany roztwór lub spowodowane
reakcjami zachodzącymi na elektrodach zanurzonych
w badanym roztworze;
10
2010-11-06
4). Metody rozdzielcze polegające na przeprowadzeniu
W czasie oddziaływań sprężystych nie zachodzą zmiany ilości
oznaczanego składnika mieszaniny lub substancji
energii promieniowania, a wyłącznie zmiany jego kierunku (fali
przeszkadzających do innej fazy;
lub promieniowania korpuskularnego).
5). Metody radiometryczne związane z efektami naturalnej
Do metod opartych na sprężystych oddziaływaniach
lub sztucznej promieniotwórczości oraz efektami współdziałania
promieniowania z materią, czyli metod optycznych należą
promieniowania jądrowego z badaną próbką.
(w nawiasie podano rodzaj zjawiska wykorzystywanego w danej
metodzie):
Metody optyczne
- refraktometria (załamanie światła);
- interferometria (interferencja światła);
Promieniowanie elektromagnetyczne jest rodzajem energii,
- polarymetria (polaryzacja światła i skręcenie płaszczyzny
która może przybierać różne formy, z których najbardziej znane
polaryzacji);
to światło i promieniowanie cieplne. Promieniowanie
- nefelometria (rozproszenie światła);
elektromagnetyczne można traktować dwojako: jako falę (model
- turbidymetria (rozproszenie światła).
fali sinusoidalnej) lub jako strumień fotonów (model
korpuskularny).
Metody spektroskopowe
Oddziaływanie promieniowania elektromagnetycznego z próbką
może mieć różny charakter i towarzyszyć mu mogą różne procesy,
W przeciwieństwie do oddziaływania sprężystego - podczas
w zależności od właściwości próbki i energii promieniowania. niesprężystego oddziaływania promieniowania
Generalnie oddziaływania te mogą być sprężyste i niesprężyste.
elektromagnetycznego z badaną próbką zachodzi między nimi
wymiana energii zgodnie z regułami kwantowo-optycznymi.
Oddziaływania niesprężyste pozwalają na lepsze
- spektroskopia paramagnetycznego rezonansu elektronowego
scharakteryzowanie badanej próbki, a metody na nich oparte, zwane
EPR lub ESR (zakres mikrofal).
metodami spektroskopowymi, są szeroko rozpowszechnione.
Na absorpcji promieniowania przez atomy próbki oparte są
W wyniku tego rodzaju oddziaływań można uzyskać dwa rodzaje
metody:
widm, które są podstawą odpowiednich metod spektroskopowych:
absorpcyjnych i emisyjnych. - atomowej spektrometrii absorpcyjnej AAS (zakres UV i VIS);
Do metod spektroskopowych należą metody, w których - absorpcji rentgenowskiej.
wykorzystuje się promieniowanie elektromagnetyczne z zakresu 106 Pochłonięta (zaabsorbowana) energia jest następnie tracona przez
- 1019 Hz, począwszy od częstotliwości radiowej do częstotliwości
daną próbkę w wyniku emisji odpowiedniego kwantu
rentgenowskiej włącznie. Zakres powyżej 1019 Hz należy do metod
promieniowania lub w wyniku przejść bezemisyjnych (rozproszenie
radiometrycznych.
cieplne).
Do metod opartych na zjawisku absorpcji promieniowania
Do metod opartych na zjawisku wzbudzenia, a następnie emisji
(o różnym zakresie długości fali) przez cząsteczki badanego ośrodka
promieniowania przez cząsteczki ośrodka badanego należą:
należą:
- fluorymetria (zakres UV i VIS);
- spektrofotometria UV (zakres nadfioletu);
- spektrometria ramanowska (zakres IR).
- spektrofotometria VIS (zakres światła widzialnego);
Natomiast zjawiska wzbudzenia i emisji promieniowania przez
- spektrofotometria IR (zakres podczerwieni);
atomy badanego ośrodka są wykorzystywane w następujących
- spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego NMR
metodach:
(zakres fal radiowych);
Metody elektroanalityczne
- fluorescencja rentgenowska (wzbudzenie promieniami
rentgenowskimi); Do metod elektroanalitycznych zaliczane są metody
wykorzystujące zjawiska związane z przepływem prądu
- fluorescencja atomowa (wzbudzenie promieniowaniem UV
elektrycznego przez roztwory elektrolitów lub związane
i VIS);
z reakcjami zachodzącymi na elektrodach zanurzonych w takich
- fotometria płomieniowa (wzbudzenie termiczne w
roztworach.
płomieniu palnika);
Ze względu na zróżnicowanie metod elektroanalitycznych
- spektrografia i spektrometria emisyjna (wzbudzenie
istnieją różne sposoby ich klasyfikacji; często metody te dzieli się
termiczne
na 5 zasadniczych grup:
za pomocą np. luku lub iskry elektrycznej).
1). Metody potencjometryczne, polegające na pomiarze
Do metod spektroskopowych zaliczana jest na ogół także
potencjału elektrody wskaz
nikowej zanurzonej w badanym
spektrometria masowa, w której wykorzystuje się zjawisko
roztworze, przy czym potencjał ten jest proporcjonalny do
jonizacji oznaczanych składników próbki i odchylania
stężenia oznaczanego jonu. Do metod potencjometrycznych
powstałych jonów w polu magnetycznym proporcjonalnie
należą potencjometria bezpośrednia oraz miareczkowanie
do stosunku ich ładunku do masy (z/m). W efekcie powstaje
potencjometryczne.
widmo badanej próbki, które służy do oznaczenia
2). Metody elektrolityczne, polegające na przepływie prądu
jakościowego i ilościowego składników danej próbki.
elektrycznego między elektrodami zanurzonymi w roztworze
i wydzieleniu oznaczanego składnika na jednej z elektrod,
a następnie jego zważeniu. Do metod elektrolitycznych należy
elektrograwimetria (elektroliza) i elektroliza wewnętrzna.
11
2010-11-06
Do metod woltamperometrycznych należą m.in. polarografia
3). Metody kulometryczne, polegające na pomiarze ładunku
staloprądowa, polarografia zmiennoprądowa, polarografia
elektrycznego przepływającego przez badany roztwór elektrolitu,
pulsowa, oscylopolarografia, woltamperometria oraz
niezbędnego do przeprowadzenia reakcji elektroutlenienia
miareczkowanie amperometrycznezjedną lub dwiema
lub elektoredukcji oznaczanego składnika. Wartość zmierzonego
elektrodami polaryzowanymi.
ładunku elektrycznego umożliwia bezpośrednie obliczenie masy
oznaczanego składnika. W przypadku oznaczania pośredniego
do badanego roztworu wprowadza się odpowiednio dobraną Metody rozdzielcze
substancję, której produkt utlenienia lub redukcji reaguje
ilościowo z oznaczanym składnikiem. Rozróżnia się metody Ważną operacją poprzedzającą oznaczenie danej substancji
kulometryczne przy stałym potencjale lub przy stałym natężeniu jest oddzielenie lub maskowanie przeszkadzających składników
prądu; mieszaniny. Bardzo niewiele metod analitycznych charakteryzuje
się specyficznością, także selektywność wielu metod jest
4). Metody oparte na pomiarze przewodnictwa lub pojemności
ograniczona, dlatego na ogół przed oznaczaniem wydziela się
elektrycznej badanego roztworu; do metod tych należą
badany składnik lub oddziela przeszkadzające składniki matrycy.
konduktometria, miareczkowanie konduktometryczne,
oscylometria i miareczkowanie oscylometryczne. Często podczas rozdzielania badanej mieszaniny ma miejsce
zatęz
anie (koncentracja) analizowanego składnika, przez co
5). Metody woltamperometryczne, polegające na pomiarze
zwiększa się czułość oznaczenia. Istnieje wiele technik
natężenia prądu elektrycznego, płynącego w układzie dwu
rozdzielczych.
odpowiednich elektrod, zanurzonych w badanym roztworze
pod wpływem napięcia przyłożonego do tych elektrod. Najczęściej stosowanymi instrumentalnymi metodami
rozdzielczymi są:
- chromatografia, w której wykorzystuje się zjawisko podziału
- metody oznaczania naturalnych pierwiastków
składników mieszaniny między fazę nieruchomą (stacjonarną)
promieniotwórczych w wyniku bezpośredniego pomiaru
i ruchomą układu chromatograficznego;
ich aktywności;
- ekstrakcja, w której wykorzystuje się selektywne
- metody aktywacyjne, polegające na naświetlaniu badanej
przemieszczanie oddzielanego składnika z jednej fazy do drugiej;
próbki odpowiedni promieniowaniem (głównie neutronami
- elektroforeza, w której wykorzystuje się zróżnicowaną szybkość
i fotonami). W efekcie zachodzących w próbce przemian
poruszania się naładowanych cząstek badanej mieszaniny w polu
jądrowych powstają izotopy promieniotwórcze pierwiastków,
elektrycznym.
emitujące promieniowanie, którego pomiar pozwala
na identyfikację i oznaczenie danego pierwiastka.
Metody radiometryczne
Do najważniejszych metod aktywacyjnych należą: metoda
aktywacji neutronami termicznymi (reaktorowa), metoda
Metody radiometryczne polegają na pomiarze promieniowania aktywacji neutronami szybkimi (generatorowa) i metoda
jądrowego emitowanego przez naturalne fotoaktywacji (betatronowa);
i sztuczne izotopy promieniotwórcze. W metodach tych
- metody polegające na wzbudzeniu atomów poprzez
wykorzystywane są także efekty naświetlania badanej próbki
naświetlanie ich promieniowaniem ł ze z
ródeł izotopowych.
promieniowaniem jądrowym. Wśród metod radiometrycznych
Wzbudzone atomy emitują następnie charakterystyczne
można wyróżnić następujące grupy:
promieniowanie fluorescencyjne, którego pomiar umożliwia
- metody oparte na absorpcji i odbiciu promieniowania oznaczenie badanych pierwiastków. Metoda ta nosi nazwę
jądrowego; niedyspersyjnej fluorescencji rentgenowskiej;
Chromatografia
- metody wskaz
ników promieniotwórczych, których
stosowanie ma istotne znaczenie w innych metodach
analitycznych, szczególnie w metodach rozdzielczych.
Metodę chromatografii odkrył na początku XX wieku (1903 r.)
Ponieważ w metodach radiometrycznych wykorzystuje się
Michał Cwiet, rosyjski botanik wykształcony w Szwajcarii
izotopy promieniotwórcze, dlatego podczas pracy z nimi
i zatrudniony w Uniwersytecie Warszawskim. Badania naukowe
niezbędne są odpowiednio wyposażone laboratoria
Cwieta dotyczyły rozdzielania barwników roślinnych. Ponieważ
i konieczność przestrzegania przepisów ochrony radiologicznej.
rozdzielone składniki mieszaniny były barwne, dlatego w 1906 r.
Ze względu na specyfikę praktycznego stosowania tych metod,
Cwiet zaproponował dla swojej metody termin "chromatografia"
nie będą one tutaj omawiane.
od greckich słów "chroma - barwa i  grapho  pisać .
Do roku 1930 tylko nieliczni naukowcy stosowali metodę
chromatograficzną. Dopiero w latach 30-tych XX wieku nastąpił
szybki rozwój chromatografii, szczególnie w pracowniach
organików - fitochemików. O znaczeniu tej metody świadczą trzy
nagrody Nobla przyznane do1939 roku za prace związane
ze stosowaniem chromatografii, a po 1945 r. dwie nagrody Nobla
były związane bezpośrednio z rozwijaniem metodyki
chromatografii, a szereg innych pośrednio.
12
2010-11-06
Definicja chromatografii
Chromatografia jest doskonałą metodą rozdzielania, które
Wg nomenklatury Międzynarodowej Unii Chemii Czystej
przebiega zwykle w krótkim czasie (rzędu minut, a nawet
i Stosowanej (IUPAC) definicja chromatografii brzmi następująco:
sekund). Obecnie stosuje się ją w sprzężeniu
Chromatografia jest fizykochemiczną metodą rozdzielania,
z instrumentalnymi metodami analitycznymi, co umożliwia
w której składniki rozdzielane ulegają podziałowi między dwie fazy:
po rozdzieleniu oznaczanie ilościowe, a nawet identyfikację
jedna z nich jest nieruchoma (faza stacjonarna), a druga (faza
substancji (w zakresie ppm, ppb, ppt), a potrzebna wielkość
ruchoma) porusza się w określonym kierunku.
próbki zależy tylko od minimalnej wykrywalności składników
mieszaniny: przy syntezie jądrowej pierwiastka nr 101,
mendelewu, otrzymano początkowo jego pojedyncze atomy
(kilkanaście atomów!) o czasie połowicznego zaniku
ok. 30 minut. Tym niemniej, udało się je szybko wydzielić
i zidentyfikować  dzięki chromatografii jonowymiennej.
Chromatograficzną metodę rozdzielania mieszanin można
Podział składników mieszaniny między obie fazy powoduje
realizować na płaszczyz
nie (chromatografia planarna bibułowa
zróżnicowanie prędkości migracji i rozdzielenie składników.
lub cienkowarstwowa) lub w kolumnie.
Cząsteczki składnika A spędzające większość czasu w fazie
nieruchomej poruszają się z niewielką prędkością, natomiast
cząsteczki składnika C występujące głównie w fazie ruchomej
migrują szybciej.
Klasyfikacja metod chromatograficznych
1. Chromatografia adsorpcyjna.
I. Ze względu na stan skupienia fazy ruchomej:
Warunkiem rozdzielenia są różnice w współczynnikach
1. Chromatografia gazowa (GC - gas chromatography) -fazą
adsorpcji składników mieszaniny. Fazą ruchomą może być ciecz
ruchomą jest gaz (H2, He, N2, Ar);
lub gaz. Techniki: kolumnowa lub cienkowarstwowa.
2. Chromatografia cieczowa (LC - liquid chromatography)
- fazą ruchomą jest ciecz; Popularnym adsorbentem jest żel krzemionkowy o dużej
porowatości lub żel krzemionkowy, którego powierzchniowe
3. Chromatografia fluidalna - fazą ruchomą jest substancja
w stanie nadkrytycznym: (CO2, freony, pentan, Xe, NH3). grupy OH zostały zastąpione grupami O-Si(CH3)2-C18H37
(żel oktadecylowy), tzn. powierzchnia żelu pokryta jest
II. Ze względu na technikę pracy:
 szczotką łańcuchów alkilowych.
1. Chromatografia kolumnowa (CC - gazowa lub cieczowa);
2. Techniki laminarne (warstwowe):
a) Chromatografia bibułowa (PC - paper chromatography);
b) Chromatografia cienkowarstwowa (TLC - thin layer
chromatography).
III. Z punktu widzenia natury zjawisk, dzięki którym następuje
podział substancji między dwie fazy
 podstawowe mechanizmy retencji:
2. Chromatografia podziałowa.
3. Chromatografia jonowymienna.
Rozdział składników mieszaniny następuje w wyniku podziału
substancji pomiędzy dwie nie mieszające się ze sobą fazy: fazę Substancje typu elektrolitów organicznych lub nieorganicznych, dobrze
stacjonarną (ciecz) osadzoną na obojętnym nośniku, a fazę
rozdzielają się w układach jonowymiennych. Jonity są to nierozpuszczalne
ruchomą - ciecz lub gaz. Dlatego też mówimy o chromatografii
polimery zawierające w swej przestrzennej sieci grupy jonogenne: kationy
gazowej podziałowej (GLC - gas liquid chromatography)
zdolne do wymiany innych kationów oraz aniony zdolne do wymiany
i chromatografii cieczowej podziałowej (LLC - liquid-liquid
innych anionów. Jonity wymieniające kationy nazywają się kationitami, a
chromatography). Warunkiem rozdzielenia mieszaniny są różnice
jonity wymieniające aniony anionitami.
we współczynnikach podziału składników tej mieszaniny
- w przypadku chromatografii cieczowej są daleko idące analogie
Reakcje wymiany jonowej przebiegają następująco:
z procesem ekstrakcji statycznej ciecz - ciecz. Stosowane są różne
techniki: kolumnowa, bibułowa, cienkowarstwowa.
(kationit)
R-SO3H (j) + M+ (r) R-SO3M (j) + H+ (r)
(anionit)
R-NR3+OH- (j) + Cl- (r) R-NR3+Cl- (j) + OH- (r)
Fazą ruchomą jest zwykle roztwór wodny elektrolitu. Stosowane
techniki: kolumnowa, rzadko bibułowa i cienkowarstwowa.
13
2010-11-06
4. Chromatografia żelowo-permeacyjna.
4. Chromatografia żelowo-permeacyjna.
Parametry chromatograficzne
Substancje wielkocząsteczkowe można rozdzielać stosując
Substancje wielkocząsteczkowe można rozdzielać stosując
Podstawowym parametrem określającym podział substancji
mechanizm żelowo-permeacyjny (permeacja  przenikanie), zwany
mechanizm żelowo-permeacyjny (permeacja  przenikanie), zwany
między obie fazy jest współczynnik retencji k.
także sitowo-molekularnym. Sorbentami są materiały
także sitowo-molekularnym. Sorbentami są materiały
o właściwościach tzw. sit molekularnych  polimery
o właściwościach tzw. sit molekularnych  polimery zawartość substancji w fazie nieruchomej
o określonych wymiarach oczek w sieci przestrzennej.
o określonych wymiarach oczek w sieci przestrzennej. -------------------------------------------------------
k =
zawartość substancji w fazie ruchomej
Na ryc. 1 kA = 3, kB = 1, kC = 1/3.
Równowaga podziału ma charakter dynamiczny,
tzn. cząsteczki substancji nieustannie przechodzą w obu
kierunkach. Ułamek czasu spędzany w fazie ruchomej zależy
Retencji ulegają tylko cząsteczki małe - mieszczące się w oczkach
od współczynnika retencji k, np. w przypadku substancji A
sieci polimeru, duże cząsteczki białek nie mogą penetrować do żelu
z czterech cząsteczek (k + 1) trzy znajdują się zawsze w fazie
i migrują z prędkością fazy ruchomej. Stosowane techniki:
nieruchomej, a jedna w fazie ruchomej, tzn. ułamek czasu (RF),
chromatografia kolumnowa i TLC. Metoda jest stosowana
w którym substancja A migruje wynosi 0,25. Uogólniając:
do rozdzielania różnych biopolimerów: lipidów, peptydów, białek,
1
RF =�
mas plastycznych.
1 +� k
Symbol RF pochodzi od terminów angielskich  retardation
factor (czynnik zatrzymania) lub  rate fraction (ułamek
prędkości). Oprócz współczynnika RF w chromatografii planarnej
stosuje się współczynnik RM:
1 -� R
F
RM =� log =� log k
RF
Współczynnik RM ze względu na prostszą zależność
od współczynnika retencji k jest w prostszy sposób zależny
od struktury molekularnej substancji, temperatury, składu eluentu
i jest chętniej stosowany przy interpretacjach teoretycznych.
W chromatografii kolumnowej dla określenia retencji
Ponieważ przebyta droga jest proporcjonalna do czasu,
składników używa się pojęcia czas retencji tR lub objętość retencji
VR. Czas spędzany przez składnik w kolumnie składa się z czasu
ułamek czasu spędzany przez cząsteczki w fazie ruchomej
spędzonego w fazie ruchomej (tM) i w fazie nieruchomej (ktM);
to jednocześnie ułamek drogi przebytej przez składnik
ten ostatni jest k razy dłuższy od tM; tak więc łączny czas retencji
w odniesieniu do drogi przebytej przez rozpuszczalnik. Ułamek
wynosi:
zawartości substancji w fazie nieruchomej wynosi:
tR = tM + ktM = tM(1+ k)
k
=� 1 -� RF
gdzie tM oznacza tzw. czas martwy, czyli jest czasem retencji
k +� 1
substancji nie zatrzymywanej w wypełnieniu kolumny (k = 0).
Sprawność i selektywność
Objętość retencji jest równa czasowi retencji pomnożonemu
przez objętościową szybkość przepływu fazy ruchomej.
Efektywność rozdzielenia mieszaniny w chromatografii (bez
Z porównania poprzednich wzorów wynika, że RF = tM /tR.
względu na technikę pracy  planarną czy kolumnową) zależy od:
Chromatogram kolumnowy pojedynczej substancji ilustruje 1). Selektywności układu chromatograficznego - miarą jej są
poniższy rysunek: różnice w wartościach RF w technikach laminarnych lub różnice
w wartościach współczynnków retencji k składników mieszaniny
w chromatografii kolumnowej.
Selektywność można zwiększać przez:
a) dobór odpowiedniego sorbentu (faza stacjonarna)
b) dobór odpowiedniego eluentu (faza ruchoma) 
niemożliwe jest to tylko w chromatografii gazowej
2). Sprawności układu chromatograficznego, której miarą
może być tzw. liczba pólek teoretycznych N lub też wysokość
wysokość
pojedynczej półki (H)
pojedynczej półki (H) - inaczej wysokość równoważna półce
Zapis stężenia w funkcji czasu ma postać krzywej Gaussa i nosi
teoretycznej WRPT. Sprawność kolumny można zwiększyć
nazwę piku (ang. peak - szczyt). Czas retencji odnosi się
przede wszystkim przez zmniejszenie średnicy ziarna sorbentu
do maksimum piku.
stanowiącego fazę stacjonarną (wypełnienie kolumny).
Optymalny jest kulisty kształt ziarna.
14
2010-11-06
W wyniku procesów zachodzących w kolumnie, profil
Z ostatniego wzoru wynika, że szerokość pasma (piku) jest
stężeniowy próbki, który w chwili wstrzykiwania jest wysoki
proporcjonalna do czasu retencji (piki dłużej zatrzymywane są
i wąski, ulega stopniowo rozmyciu i rozszerzeniu. Korzystne
szersze) i odwrotnie proporcjonalna do pierwiastka
jest, aby to rozmycie było maksymalnie ograniczone, aby piki
kwadratowego z liczby półek teoretycznych.
były wąskie, gdyż wówczas będą lepiej rozdzielone.
Zamiast liczby półek teoretycznych stosuje się także wysokość
t
ć� ��
R 2
N =� 16 �� ��
pojedynczej półki (H), wyliczoną przez podzielenie długości
w
Ł� ł�
kolumny lc przez liczbę półek teoretycznych N:
Wynika stąd, że:
lc
H =�
4t
R
w =�
N
N
Jeżeli np. długość kolumny lc wynosi 100 mm, a liczba półek
Zdolność kolumny do wytwarzania wąskich pików określa się
N = 10000, wtedy H = 100 mm/10000 = 10 �m. Im mniejsza jest
jako sprawność kolumny (układu chromatograficznego) i przez
wartość H, tym bardziej sprawna jest kolumna.
analogię do teorii destylacji frakcyjnej wyznacza się liczbą półek
Rozdzielenie zależy zarówno od odległości pików, jak i ich
teoretycznych N, zależną od liczby równowag adsorpcji
szerokości, tzn. sprawności kolumny.
 desorpcji wzdłuż kolumny. Wartość N wylicza się
z chromatogramu.
Pełne rozdzielenie w najkrótszym czasie ilustruje ryc. A
(Rs = 1,0); ponieważ jednak rzeczywiste piki mają kształt
krzywych Gaussa, przy Rs = 1,0 zachodzi jednak minimalne
pokrywanie się pików w części środkowej (ok. 3% powierzchni),
dlatego pełne rozdzielenie występuje przy Rs = 1,5 (Ryc. B).
Wartość Rs zależy od 3 czynników:
a) selektywności wyrażanej współczynnikiem selektywności
ą = k2 / k1 ł� 1 (wpływa na oddalanie pików, " tR)
b) sprawności kolumny  liczby półek teoretycznych N
(wpływa na szerokość pików, w)
A
ączny wpływ obu tych czynników wyraża współczynnik
c) retencji wyrażonej ułamkiem zawartości substancji w fazie
rozdzielenia Rs, którego definicję przedstawia ryc. A (piki
nieruchomej.
przedstawiono w sposób uproszczony jako trójkąty równoboczne).
Zależność Rs od tych czynników wyraża wzór Purnella:
tR 2 -� tR1 D� tR
R =� =�
s 1 a� -� 1 k
1 1
R =� N
s
w +� w1 0,5(w 2 +� w1)
2
2 a� k +� 1
2 2
Wpływ selektywności i sprawności kolumny przedstawia rysunek.
Klasyfikacja metod chromatograficznych
Różnorodność problemów analitycznych (analiza gazów,
jonów metali, związków organicznych - w tym polimerów
i innych związków wielkocząsteczkowych, np. białek)
spowodowała opracowanie różnorodnych metod
chromatograficznych, które można klasyfikować z punktu
widzenia mechanizmów retencji (układu faz) lub techniki
(kolumnowa, kapilarna, planarna (cienkowarstwowa - TLC
i bibułowa - PC) co ilustruje tabela 1. Wysokosprawne układy
o dużej liczbie półek teoretycznych (powyżej 10000) określane są
dodatkowo symbolami HR (high resolution, np HRGC)
lub HP (high performance, np. HPLC lub HPTLC).
15
2010-11-06
Chromatografia gazowa GC
Tabela 1. Klasyfikacja mechanizmów retencji i technik chromatograficznych
W chromatografii gazowej fazę ruchomą stanowią gazy
Technika chromatografii o małej gęstości, ściśliwe, niskiej lepkości, w których
Mechanizm
współczynniki dyfuzji są duże. W większości zastosowań zakłada
Gazowa Cieczowa Fluidalna Planarna
retencji
się, że faza ruchoma jest fazą doskonałą. Substancje analizowane
(GC) (HPLC) (SFC) (PC, TLC)
muszą się dobrze mieszać z fazą ruchomą, co oznacza ich dużą
lotność i znaczną prężność pary w temperaturze analizy.
Adsorpcyjny + + + +
Nie istnieje wyraz
ny próg lotności, niemniej substancje
analizowane muszą posiadać prężności par rzędu kilku mm Hg.
Podziałowy + + + +
Natomiast fazy stacjonarne muszą mieć skrajnie niskie prężności
par, aby można było wykonać pokaz
ną liczbę analiz w warunkach
powtarzalnych (bez ubytku fazy stacjonarnej).
Jonowymienny + +
W chromatografii gazowej stosuje się zarówno kolumny
kapilarne, jak i kolumny analityczne z wypełnieniem.
Żelowo-
Pod pojęciem kolumny analitycznej należy rozumieć kolumny
+ +
permeacyjny
o długości od 1 do 10 m, o średnicy wewnętrznej od 1,5 do 6 mm.
W kolumnie znajduje się nośnik drobnoziarnisty pokryty
warstwą cieczy lub adsorbent.
Chromatografia gazowa kapilarna jest preferowaną techniką,
pod warunkiem, że cząsteczki substancji analizowanej są
W kolumnach kapilarnych grubość warstwy cieczy osadzonej
stabilne termicznie, obojętne chemicznie względem kolumny
na ściance wewnętrznej jest mniejsza aniżeli w kolumnach
i posiadają wystarczającą lotność.
pakowanych, gdzie ciecz jest osadzona na ziarnach nośnika.
Konsekwencją jest mniejsza wartość H (WRPT) i lepsza
sprawność. Kolumny kapilarne o długości 50 m mogą osiągać
150 000 półek teoretycznych.
Przewaga kolumn kapilarnych nad kolumnami pakowanymi
(analitycznymi) polega na:
- większej zdolności rozdzielczej,
- znacznie krótszym czasie analizy,
- większej czułości,
- możliwości analizy mieszaniny wielu składników o znacznie
szerszym przedziale polarności,
- mniejszych zakłóceniach powodowanych zanieczyszczeniami,
Schemat chromatografu gazowego: 1  osuszacz i odtleniacz gazu
- odtwarzalności pomiędzy kolumnami.
nośnego, 2  dozownik, 3,6  detektor (płomieniowo-jonizacyjny),
4  kolumna, 5  termostat, 7  wzmacniacz sygnału, 8  rejestrator,
9  integrator.
Chromatografia cieczowa
W klasycznej chromatografii cieczowej kolumnę stanowi
rurka szklana (10-100 cm) o dosyć dużej średnicy (1-5 cm)
wypełniona adsorbentem przez którą siłami grawitacji przepływa
ciecz. Rozmiar ziaren wypełnienia wynosi 75-600 m�m,
a sprawność nie przekracza kilkudziesięciu półek teoretycznych
na metr długości złoża w kolumnie. Można też powodować
wymuszony przepływ stosując pompę próżniową na wylocie
kolumny, lub niewielkie ciśnienie (np. pompę perystaltyczną)
na wlocie. Na kolumnę dozuje się mieszaninę rozdzielaną
(z pipety lub strzykawki wprost na złoże), a pod kolumną ustawia Schemat blokowy chromatografu cieczowego HPLC:
się odbieralniki eluatu. 1,2 - zbiorniki eluentu, 3 - pompa, 4 - manometr, 5 - dozownik,
Obecnie w chromatografii cieczowej znacznie częściej stosuje 6 - przedkolumna, 7 - kolumna chromatograficzna, 8 - termostat ,
się metodę zwaną wysokosprawną chromatografią cieczową 9 - przepływomierz, 10 - detektor, 11 - kolektor frakcji,
HPLC (skrót od angielskiego terminu High Performance Liquid 12 - rejestrator lub komputer.
Chromatography).
16
2010-11-06
Absorpcjometria - spektrofotometria absorpcyjna
Zasadniczą różnicą pomiędzy wysokosprawną a klasyczną
Absorpcjometria jest działem metod spektralnych, w którym
chromatografią cieczową jest wielkość ziaren wypełnienia, które
wykorzystuje się zjawisko selektywnej absorpcji promieniowania
w HPLC ma średnicę ok 5 m�m, co pozwala na osiągnięcie
elektromagnetycznego przez badane substancje do ich wykrycia,
wysokiej sprawności układu chromatograficznego (duża liczba
identyfikacji i ilościowego oznaczenia.
półek teoretycznych N  rzędu 10 000), a co za tym idzie
Fale elektromagnetyczne charakteryzują się długością (),
efektywnego rozdzielenia.
częstotliwością drgań (ł) i prędkością rozchodzenia (c).  = c/ ł
Stosując chromatografię cieczową można analizować
Długością fali elektromagnetycznej  nazywamy odległość
znacznie więcej substancji chemicznych niż za pomocą
(mierzoną wzdłuż kierunku rozchodzenia się fali) między sąsiednimi
chromatografii gazowej, ograniczonej do substancji stosunkowo
punktami będącymi w tej samej fazie drgań.
łatwo lotnych.
Jednostkami długości fali stosowanymi najczęściej w zakresie
nadfioletu i części widzialnej są angstremy � (1� = 10-10 m)
lub nanometry (1nm = 10-9 m). W zakresie podczerwieni
stosowanymi jednostkami długości fali są mikrony (1 ź = 10-6 m =
103 nm = 104 �). Inną jeszcze jednostką długości fali jest tzw. liczba
falowa (�) określająca liczbę długości fal w jednostce długości.
� = l/  i mierzy się w cm-1 (l/cm). 1 cm-1 nosi nazwę kajzera (K).
Jednostką częstotliwości (ilość fal w jednostce czasu) jest herc Jak wspomniano promieniowanie elektromagnetyczne
(Hz), czyli 1 sek-l (1/sek) (do niedawna stosowane było oznaczenie przechodzące przez materię ulega m.in. pochłonięciu czyli absorpcji.
l cykl na sekundę). Prędkość rozchodzenia się fal Jeżeli przyjmie się, że cząsteczka jakiegoś związku tworzy pewien
elektromagnetycznych zależy od gęstości ośrodka, w którym one układ złożony z cząstek materialnych i nabojów elektrycznych,
przebiegają. Każdy rodzaj promieniowania charakteryzuje się inną powiązanych ze sobą siłami warunkującymi zachodzenie szeregu
długością fali. procesów dynamicznych, z których najważniejsze są: obrót
Ponieważ przedmiotem dalszych rozważań będą zjawiska cząsteczki jako całości - tzw. rotacja, drgania atomów w cząsteczce -
związane z absorpcją promieniowania w zakresie od nadfioletu tzw. oscylacja i ruchy elektronów w cząsteczce to staje się
do podczerwieni, dlatego należy znać przybliżone wartości  zrozumiałe, że przejściu promieniowania elektromagnetycznego
dla tych zakresów. przez taki układ towarzyszy z reguły zmiana energii zawartej w tej
UV (ultrafiolet) 1 nm  200 nm - nadfiolet próżniowy; cząsteczce.
200 nm - ok. 400 nm - nadfiolet bliski. Ogólny bilans energetyczny cząsteczki w stanie normalnym
VIS (widzialny) 400  430 nm  fiolet; 430  490 nm  niebieski; (pomijając energię kinetyczną) przedstawia się następująco:
490  560 nm  zieleń; 560  580 nm  żółty; E' = E' + E' + E'
r osc e
energia całkowita = energia rotacji + energia oscylacji + energia ruchu elektronów
580  620 nm  pomarańczowy; 620  800 nm - czerwień
W przypadku pobudzenia cząsteczka może uzyskać dla każdego
IR (podczerwień) 800  2500 nm (2,5 ź) - bliska podczerwień
rodzaju energii wyższe wartości, co wpłynie na zwiększenie ogólnego
2500  25000 nm (2,5 ź - 25 ź) - właściwa podczerwień
bilansu.
25000  400000 nm (25ź  400 ź) - daleka podczerwień.
E'' = E'' + E'' + E''
r osc e
Prawa absorpcji Lamberta  Beera
Przyrost energii zgodnie z teorią kwantową E = E'' - E' wynosi:
h"r = h"c/ = h"c"�, gdzie: h - stała Plancka = 6,62"10-27 erg"sek
Jeżeli promieniowanie (światło) o natężeniu (I0) pada
= 6,62"10-34 J"sek; ł - częstotliwość drgań; c - prędkość rozchodzenia się fali;  -
długość fali; � - liczba falowa. Ze wzoru wynika, na roztwór, wtedy część tego światła zostaje odbita
że przyrost energii, a zatem i absorpcja promieniowania są tym większe, im
od powierzchni (Iodb.), część zostanie rozproszona (Ir), część
większa jest częstotliwość ł, im większa liczba falowa �
ulegnie zaabsorbowaniu (Ia), a część o natężeniu (I) przechodzi
i im mniejsza długość fali . Najbardziej energetyczne są fale krótkie (im krótsze
przez ten roztwór. Można to ująć równaniem:
tym bardziej energetyczne).
I0 = Iodb. + Ir + Ia + I
Przejściom między poziomami elektronowymi towarzyszy absorpcja w
nadfiolecie i części widzialnej. Natomiast przejściom między podpoziomami
Używając w serii oznaczeń roztworów przezroczystych i tych
oscylacyjnymi tego samego poziomu elektronowego towarzyszy absorpcja w
bliskiej i właściwej podczerwieni, tak jak przejściom między sąsiadującymi samych czystych kuwet, można w powyższym równaniu pominąć
podpoziomami rotacyjnymi absorpcja w dalekiej podczerwieni. Dzięki temu, że
Iodb. i Ir jako wielkości niewielkie. Przy tym założeniu otrzyma
cząsteczki różnych związków chemicznych wykazują odmienne rozkłady
się wzór:
poziomów energii - ich widma absorpcyjne różnią się między sobą, co daje duże
I0 = Ia + I
możliwości ich identyfikacji i oznaczeń.
I/ I0 = T i nosi nazwę transmitancji wyraża się w %T, a log I0/I
= A i nazywa się absorbancją, przy czym A = log l/T (zamiast A -
absorbancji, używa się niekiedy symbolu E, czyli tzw. ekstynkcji).
17
2010-11-06
Molowy współczynnik absorpcji jest wielkością stałą
I prawo absorpcji brzmi: wartość absorpcji (absorbancja) jest
i charakterystyczną dla danego związku, służącą do oznaczeń
wprost proporcjonalna do grubości warstwy absorbującej, jeżeli
ilościowych oraz oceny czułości danej reakcji.
wiązka światła monochromatycznego przechodzi przez
Współczynnik k może być także oznaczany jako awł. (absorpcja
jednorodny ośrodek absorbujący (A = k"l, k - współczynnik
właściwa) i oznacza wówczas absorbancję jaką wykazuje roztwór
proporcjonalności; l - grubość warstwy).
substancji o stężeniu 1ppm.
II prawo absorpcji dotyczy roztworów zawierających jeden
Aparaty do absorpcjometrii (spektrofotometrii)
rodzaj substancji rozpuszczonej i podaje, że absorbancja jest
proporcjonalna do stężenia substancji absorbującej w danym
Aparaty te mogą być jednowiązkowe lub dwuwiązkowe.
roztworze (A = k"l"c; c - stężenie).
Schemat spektrofotometru jednowiązkowego jest następujący:
III prawo absorpcji - prawo addytywności odnosi się
do roztworów wieloskładnikowych i podaje, że absorbancja
takiego roztworu równa się sumie absorbancji poszczególnych
składników.
1 - z
ródło promieniowania (światło dzienne, żarówka wolframowa, lampa
Jeżeli we wzorze A = k"l"c, stężenie (c) wyrażone jest w molach
wodorowa, deuterowa, rtęciowa, włókno Nernsta, globar).
na litr, a grubość warstwy (l) w cm, wówczas współczynnik
2 - regulator natężenia światła (przesłona, szczelina, opornik
k nazywa się molowym współczynnikiem absorpcji, oznaczanym
w obwodzie lampy).
symbolem �, stąd A = �"l"c.
3 - monochromator (filtr barwny, pryzmat, siatka dyfrakcyjna).
W aparatach jednowiązkowych w bieg tej samej wiązki
4 - naczyńka na badane substabcje (kuwety, probówki).
promieniowania wstawia się najpierw odnośnik, ustawia
5 - detektor (fotoogniwo, fotokomórka, fotopowielacz, bolometr,
odpowiednimi pokrętłami transmisję (T) na 100% (0 A),
termoogniwo).
następnie wstawia się kuwetę z roztworem badanym
6 - wskaz
nik - miernik (galwanometr, oscyloskop).
lub wzorcowym i odczytuje na odpowiedniej skali wartość T
7 - rejestrator (pisak).
lub A dla tego roztworu.
W aparatach dwuwiązkowych ze wspólnego W aparatach
Zasadnicze podobieństwa i różnice kolorymetrii
dwuwiązkowych ze wspólnego z
ródła światła wychodzą dwie
absorpcjometrii i spektrofotometrii
wiązki światła, z których każda przechodzi przez kolejne
podwójne części aparatu i padają na dwa fotoelementy
We wszystkich tych metodach mamy do czynienia
(detektory). Różnica fotoprądów przekazywana jest na miernik
ze zjawiskiem absorpcji promieniowania przez cząsteczki
(np. galwanometr). W aparatach dwuwiązkowych w jednej
związków chemicznych. W kolorymetrii, która jest metodą
kuwecie umieszcza się roztwór badany, w drugiej tzw. odnośnik
najprostszą, używa się światła białego; detektorem jest oko
(najczęściej czysty rozpuszczalnik). Zaletą przyrządów
ludzkie i można oznaczać tylko jedną substancję.
dwuwiązkowych jest możliwość wyeliminowania zmian napięcia
W nieco bardziej skomplikowanej absorpcjometrii używa się
zasilającego z
ródło światła. Zmiany te w znacznie mniejszym
światła częściowo monochromatycznego, uzyskanego za pomocą
stopniu wpływają na różnicę fotoprądów obu fotoogniw
filtrów.
niż na wskazania każdego z nich osobno.
Natomiast w spektrofotometrii używa się światła ściśle monochromatycznego,
Charakterystyka i zastosowanie spektrofotometrii
otrzymanego przy użyciu specjalnych pryzmatów lub siatek dyfrakcyjnych.
Chodzi o to, że przy badaniach roztworów (szczególnie płynów ustrojowych
Czułość spektrofotometrii wyrażana jest najczęściej
spotykamy się
wartością współczynnika �. Za czułe uważa się metody, w których
z mierzeniem absorbancji różnych substancji, posiadających maxima absorpcji
waha się on w granicach 1"104  1"105. Za pomocą wartości
przy zbliżonych długościach fal.
molowego współczynnika absorpcji można porównywać czułości
Używane w absorpcjometrach filtry barwne nie pozwalają uzyskać bardzo
wąskiego pasma długości fal świetlnych - posiadają zbyt dużą szerokość metod spektrofotometrycznych dla substancji o zbliżonych
spektralną. Dlatego przy oznaczaniu absorbancji jednej z zawartych w roztworze
masach molowych.
substancji przy użyciu filtrów stosowanych w absorpcjometrach nie otrzymuje się
Dla porównania czułości metod dla substancji różniących się
absorbancji charakterystycznej dla tej substancji, lecz inną - wypadkową - w
znacznie masami molowymi, wygodniej jest posługiwać się
pewnym stopniu zależną od pozostałych substancji. W związku z tym do
tzw. współczynnikiem absorbcii właściwej (awł.). Im awł. jest
dokładnych pomiarów niezbędne jest stosowanie światła monochromatycznego o
jak najwęższym paśmie. Stosowane promieniowanie monochromatyczne zostaje większa tym metoda jest czulsza.
 wycięte" przez odpowiednie szczeliny z widma wytworzonego przez
Czułość oznaczeń jest większa w spektrofotometrii niż
monochromatory pryzmatyczne lub siatkowe, co szczególnie wyróżnia
w absorpcjometrii. W analizie śladowej czułe metody pozwalają
spektrofotometrię od absorpcjometrii.
oznaczać ślady w ilości około 1"10-4%, co odpowiada 1źg w 1 g
próbki (1 ppm). Aby móc oznaczać mniejsze stężenia
przeprowadza się wstępną operację wzbogacania (zagęszczania).
Pozwala to zwiększyć czułość do 10-6  10-7%). Wzbogacanie
prowadzi się najczęściej na drodze ekstrakcji.
18
2010-11-06
Precyzja i dokładność metod spektrofotometrycznych
Zastosowanie spektrofotometrii
Dokładność metody oznaczania wynika z sumy błędów
W zakresie VIS spektrofotometrię stosuje się do oznaczania
popełnianych w poszczególnych stadiach postępowania
związków prawie wszystkich pierwiastków (poza gazami
analitycznego, np. pobrania próbki, rozpuszczania, oddzielania
szlachetnymi) w różnych materiałach. Głównym zastosowaniem tej
od innych związków. Wymagania pod względem dokładności
metody w zakresie UV jest identyfikacja i analiza substancji
maleją w miarę jak oznaczamy coraz mniejsze zawartości
organicznych. Występowanie maksimów w określonych zakresach
pierwiastków (substancji). Przy oznaczaniu zawartości rzędu 10-3
długości fal promieniowania pozwala stwierdzić obecność
- 10-4% błędy względne wynoszą ą 10%, a przy oznaczaniu stężeń
określonych grup funkcyjnych, co czasem wystarcza
rzędu 10-6  10-7% po wstępnym zagęszczeniu wynoszą ą 30%.
do identyfikacji próbki. Na ogół pewność identyfikacji można mieć
Precyzja metod spektrofotometrycznych zależy od zakresu
tylko wtedy, gdy porównuje się widmo badanej substancji
oznaczanych zawartości i od stosowanej techniki pomiarowej.
z widmem wzorca, otrzymanym w tych samych warunkach (widmo
W metodach kolorymetrycznych precyzja wyników wynosi
jest tzw. krzywa absorpcji, czyli krzywa zależności A od ).
5 - 10% (różnica między wynikami). W metodach
Spektrofotometrię UV stosuje się na ogół do oznaczania i analizy
fotoelektrycznych l - 3%, a w metodzie różnicowej 0,3 - 1%.
nieskomplikowanych związków organicznych (farmacja,
W pomiarach absorbancji precyzja zależy od wartości
biochemia, przemysł naftowy). W analizie nieorganicznej
mierzonych stężeń. Przy małych i dużych stężeniach precyzja jest
spektrofotometrię UV stosuje się rzadko, po przeprowadzeniu
mała. Można przyjąć, że w zakresie absorbancji 0,1 - 1,1 błędy
reakcji jonów nieorganicznych z odczynnikami absorbującymi
precyzji nie są duże.
w zakresie UV.
Nefelometria i turbidymetria
Spektrofotometrię w zakresie IR rzadko stosuje się
do oznaczeń ilościowych, gdyż nie można oznaczać stężeń poniżej
Oświetlając z boku wiązką promieni świetlnych ciecze
1%. Metodę tą stosuje się najczęściej do identyfikacji związków
niejednorodne, zawierające zawieszone cząstki nierozpuszczalne,
organicznych na podstawie charakterystyki widma, w którym
obserwuje się świecący stożek, tzw. stożek Tyndalla. Powstaje on
mogą występować fragmenty charakterystyczne dla różnych
w wyniku rozpraszania światła przez cząstki zawiesiny
ugrupowań atomów.
o rozmiarach mniejszych od długości fali świetlnej.
Np. w zakresie pasma 2700  1850 cm-1 leżą pasma -SH, -Ca"N,
Światło padające (I0) na ośrodek optycznie niejednorodny
-Ca"C-, oraz =C=C=C=. Posiadając wykres krzywej absorpcji
przechodzi tylko częściowo (I), reszta ulega rozproszeniu (In)
w podczerwieni dla danego związku, można stwierdzić rodzaj
i przy dostatecznie dużym natężeniu światła rozproszonego odnosi
ugrupowań i wiązań w cząsteczce danego związku, a tym samym
się wrażenie, że ośrodek ten jest mętny, tym bardziej mętny,
jej skład i budowę strukturalną.
im większe jest natężenie światła rozproszonego.
W roztworach, w których zawieszone cząstki mają średnicę
rzędu l - 100 nm, przyczyną rozpraszania światła jest dyfrakcja,
czyli ugięcie światła (stożek Tyndalla). Jeżeli roztwór jest
zawiesiną lub emulsją, w której średnica zawieszonych cząstek
jest większa od połowy długości fali światła padającego,
rozpraszanie zachodzi wskutek odbicia.
Natomiast, kiedy te stosunkowo duże cząstki są
Przyjmując, że warunki przygotowania badanych roztworów
przezroczyste, dodatkowo może zachodzić jeszcze zjawisko
są identyczne, a zależność In = f (c) jest prostoliniowa dla małych
załamania i całkowitego wewnętrznego odbicia.Stwierdzona w
zakresów stężeń, można obliczyć stężenie substancji badanej
pewnych warunkach zależność stopnia zmętnienia od stężenia
ze wzoru:
substancji powodującej zmętnienie ośrodka została wykorzystana
In , x
cx
dla celów analitycznych.
=�
W nefelometrii wykorzystuje się zjawisko rozpraszania
In , w cw
gdzie:
światła przez ośrodki mętne, mierząc natężenie światła
In,x - natężenie światła rozproszonego po przejściu przez badaną
rozproszonego przez cząstki ośrodka pod pewnym kątem,
substancję,
najczęściej 45� lub 90� w stosunku do kierunku światła
In,w - natężenie światła rozproszonego po przejściu przez
padającego. Nefelometrię określa się też mianem tyndalometrii.
substancję wzorcową,
Na wartość natężenia promieniowania rozproszonego
cx - stężenie badanej substancji,
mają wpływ warunki otrzymywania zawiesin, między innymi
cw - stężenie substancji wzorcowej.
temperatura, pH, skład roztworu, sposób i kolejność dodawania
odczynników, czas jaki upłynął od ich wprowadzenia, stężenie
Pomiaru dokonuje się na zasadzie porównania natężenia światła
substancji tworzącej koloidalny osad oraz obecność substancji
rozproszonego In z natężeniem światła padającego Io lub też
zanieczyszczających.
z natężeniem światła rozproszonego po przejściu przez
odpowiedni wzorzec (In, w).
19
2010-11-06
W turbidymetrii wykorzystuje się zależność stosunku natężenia
Jest to warunek trudny do spełnienia, ponieważ wielkość
światła padającego do natężenia światła przechodzącego przez
cząstek powstających zawiesin jest zależna od wielu czynników:
ośrodek mętny. Wielkość ta zależy także od zmętnienia tego
składu roztworów, pH, stosunku stężeń roztworów, które ze sobą
ośrodka.
reagują, kolejności mieszania roztworów, szybkości mieszania,
W turbidymetrii stosowane jest pojęcie turbidancji S (wartość
temperatury, trwałości zawiesiny, obecności koloidów
rozproszenia) analogicznie do pojęcia absorbancji
ochronnych, obecności elektrolitów, nieelektrolitów
w spektrofotometrii absorpcyjnej.
i zanieczyszczeń.
Wartość turbidancji jest obliczana analogicznie jak wartość
Stąd też uzyskanie w miarę dokładnych wyników wymaga
absorbancji ze wzoru Lamberta-Beera. Podobne są także metody
dokładnego przestrzegania ustalonych warunków pracy przy
pomiaru, tzn. tak jak w spektrofotometrii absorpcyjnej stosuje się
przygotowaniu substancji do tych oznaczeń. Zawiesina cząstek
metodę krzywej kalibracyjnej  ustalając zależność między
badanej substancji w oznaczeniach nefelometrycznych
mierzoną turbidancją, a stężeniem roztworów mętnych dla serii
i turbidymetrycznych oprócz jednakowych rozmiarów cząstek
roztworów wzorcowych (w wąskim zakresie stężeń turbidancja jest
powinna być: bezbarwna, jak najmniej rozpuszczalna i trwała
proporcjonalna do stężenia roztworów mętnych).
(tzn. nie powinna ulegać strąceniu w czasie).
Zasadniczym warunkiem w analizie nefelometrycznej
Zwiększenie trwałości zawiesiny uzyskuje się przez dodanie
i turbidymetrycznej jest powtarzalne uzyskiwanie badanych
stabilizatorów, zwanych koloidami ochronnymi, jak żelatyna,
cząstek o odpowiedniej i stałej wielkości.
albumina.
Mimo zachowania ścisłych warunków pracy oznaczenia są Analiza widmowa  spektralna
obarczone błędem 2 - 5%, przy czym wyniki najdokładniejsze
Analiza widmowa obejmuje metody związane z emisją
uzyskuje się, gdy zawiesiny są bardzo rozcieńczone,
lub absorpcją promieniowania przez atomy pierwiastków. Jeżeli
gdyż tylko wtedy przyrosty światła rozproszonego są
atomy pierwiastka w postaci pary poddamy działaniu energii,
proporcjonalne do przyrostu stężeń.
wtedy nastąpi wzbudzenie tych atomów, a więc przejście
W pomiarach nefelometrycznych stosuje się metody takie jak
elektronów ze stanu podstawowego na wyższy poziom
w kolorymetrycznych - porównanie z serią wzorców, polegające
energetyczny.
na zmianie grubości warstwy oraz oparte na pomiarach
Następnie po b. krótkim czasie (ok. 10-8 sek.) elektrony
fotometrycznych (metoda krzywej wzorcowej) na odpowiednich
wracają na poprzednie miejsce oddając pobraną wcześniej
aparatach.
energię w postaci fal elektromagnetycznych o charakterystycznej
Uwaga! Pomiary należy wykonywać zazwyczaj natychmiast
dla danego pierwiastka długości fali (barwie) - co służy
po utworzeniu zawiesiny. Do pomiarów nefelometrycznych
do oznaczeń jakościowych oraz o natężeniu proporcjonalnym
używa się odpowiednio przygotowanych kolorymetrów
do stężenia danego pierwiastka - co służy do oznaczeń
i absorpcjometrów. Do pomiarów S użyć można każdego
ilościowych.
absorpcjometru.
Ze względu na wartość energii wzbudzenia (używa się też
określenia potencjał wzbudzenia) wszystkie pierwiastki dzielą się
na 3 grupy.
W metodach tych zasada oznaczeń jest następująca. Do z
ródła
Pierwiastki o niskiej energii wzbudzenia (1,4 do 3 eV
energii wprowadza się próbkę badanej substancji (może być stała,
elektronowoltów); średniej (3 do 10 eV) oraz wysokiej energii
ciekła luba gazowa), otrzymane po wzbudzeniu widmo ulega
(> 10 eV). Elektronowolt jest to energia jaką posiada elektron
rozszczepieniu po przejściu przez pryzmat, a następnie jest ono
poruszający się w polu elektrycznym, w którym istnieje różnica
analizowane jakościowo i ilościowo. W spektroskopii detektorem
potencjałów l wolta.
jest oko, w spektrografii klisza fotograficzna, natomiast
Jeżeli do wzbudzania atomów służy (wystarcza) energia
w spektrometrii fotopowielacz z miernikiem.
dostarczana przez płomień palnika (np. acetylenowo-
powietrznego), wówczas metoda nazywa się fotometrią Fotometria płomieniowa
płomieniową. W płomieniu palnika ulegają wzbudzeniu atomy
Analiza przy użyciu fotometru płomieniowego oparta jest
pierwiastków o niskich energiach wzbudzenia (I i II grupa
na następujących zasadach:
z wyjątkiem Mg i Be).
1) Każdy pierwiastek chemiczny ma określone, sobie tylko
Dla pierwiastków o wyższych potencjałach wzbudzenia
właściwe widmo.
temperatura płomienia jest zbyt niska i należy wtedy zastosować
2) Stosując odpowiedni filtr, który umieszcza się w biegu promieni
mocniejsze z
ródła energii - łuk elektryczny lub iskrę elektryczną.
- uzyskuje się promieniowanie charakterystyczne tylko dla
Przy zastosowaniu tych z
ródeł wyróżnia się metody
wybranego pierwiastka, a zatrzymywane jest promieniowanie
- spektroskopię, spektrografię i spektrometrię emisyjną.
pochodzące od innych pierwiastków. Chcąc oznaczać inny
pierwiastek w badanej próbce należy zastosować inny filtr.
20
2010-11-06
3) Promieniowanie emitowane przez wzbudzone atomy jest Atomowa spektrometria absorpcyjna - AAS  ASA
przetwarzane za pomocą fotoelementu (fotoogniwo
Metoda ASA oparta jest na następujących zasadach:
lub fotokomórka) na prąd elektryczny, którego ilość (natężenie)
1) Promieniowanie mogą pochłaniać (absorbować) tylko atomy
jest w pewnym zakresie proporcjonalna do stężenia badanego
będące w postaci pary (stan skupienia).
pierwiastka.
2) Atomy mogą absorbować tylko takie promieniowanie
4) Wyznaczanie stężenia polega na porównywaniu wyniku pomiaru
(taką długość fali), które w innych warunkach sam może
roztworu badanego z wykresem wzorcowym, uzyskanym dla serii
emitować - prawo Kirhoffa.
roztworów wzorcowych.
3) Absorbancja (ilość pochłoniętego promieniowania) zależy
5) Badane pierwiastki muszą być w postaci roztworów soli.
(w pewnym zakresie stężeń) proporcjonalnie od stężenia danego
6) Ze względu na porównywalny charakter oznaczeń - w czasie
pierwiastka w roztworze.
pomiaru roztworu badanego muszą być stosowane stale warunki,
ASA podobnie jak fotometria płomieniowa jest metodą
analogiczne jak przy wykonywaniu pomiarów dla roztworów
porównawczą, w których na bazie znanych stężeń wykonuje się
wzorcowych. Dotyczy to głównie stałych ciśnień gazów
wykresy wzorcowe w układzie E = f(c) lub A = f(c) i z wykresów
dopływających do palnika, co pozwala na utrzymanie stałej
tych odczytuje się szukane stężenia.
temperatury płomienia.
Aparat do atomowej spektrometrii absorpcyjnej, składa się
Fotometrię płomieniową stosuje się głównie do oznaczania jonów
schematycznie z następujących elementów:
sodu, potasu i wapnia (np. w płynach ustrojowych).
1). Atomizer - służy do przeprowadzania jonów metali,
będących w roztworze w wolne atomy i to w postaci pary.
Atomizerem może być płomień palnika w metodzie płomieniowej
lub piec grafitowy (ew. kuweta grafitowa) ogrzewany elektrycznie
w metodzie bezpłomieniowej.
2). y
ródło promieniowania - lampy z tzw. katodą wnękową.
Anoda takiej lampy wykonana jest z drutu wolframowego,
a katoda z metalu lub niekiedy ze stopu pierwiastków, które
chcemy oznaczać. Lampy te emitują promieniowanie
charakterystyczne dla danego (lub danych) pierwiastka.
ASA charakteryzuje się znaczną czułością (od 0,01 ppm
1 - z
ródło promieniowania liniowego,
dla Cu, Zn, Mg do 10 ppm dla lantanowców), powtarzalnością
2 - atomizer,
oraz krótkim czasem analizy. Ujemną cechą tej metody
3 - monochromator,
jest konieczność posiadania wielu lamp (z
ródeł promieniowania)
4 - detektor,
oraz wysoki koszt aparatury.
5 - wzmacniacz,
6 - rejestrator.
Metody elektroanalityczne
Należy podkreślić, że zadaniem palnika w ASA jest tylko
pH-metria i miareczkowanie potencjometryczne
przeprowadzenie kationów w wolne atomy, a te z kolei
Pomiary pH wykonuje się metodami wskaz
nikowymi,
w postać pary, natomiast w fotometrii płomieniowej
kolorymetrycznymi i potencjometry cznymi.
dodatkowo wzbudzenie atomów. Dlatego też temperatura
Metody wskaz
nikowe (papierki wskaz
nikowe) charakteryzują
płomienia w fotometrii płomieniowej powinna być wyższa.
się najmniejszą dokładnością i oparte są na wykorzystaniu
ASA jest metodą bardziej czułą (od 0,01 ppm) od fotometrii
właściwości niektórych związków organicznych, które zmieniają
płomieniowej (od 0,5 ppm) i można nią oznaczać większą ilość
barwę w zależności od stężenia jonów wodorowych i którymi
pierwiastów - wszystkie metale. Aparatura do ASA jest
nasączone są paski bibuły.
bardziej skomplikowana i znacznie droższa od fotometru
Metody kolorymetryczne oparte są na porównaniu barwy
płomieniowego.
badanego roztworu (po uprzednim dodaniu do niego odpowiedniej
ilości odpowiedniego wskaz
nika) z barwą wzorców odpowiednio
sporządzonych roztworów buforowych o znanych wartościach pH
do których dodano identyczne ilości tego samego wskaz
nika.
Metody potencjometryczne. W tych metodach pomiar pH polega
na zbudowaniu ogniwa składającego się z odpowiednich elektrod
zanurzonych w badanym roztworze i pomiarze siły
elektromotorycznej (SEM) utworzonego w ten sposób ogniwa.
21
2010-11-06
Ogniwo pomiarowe składa się z dwóch elektrod i roztworu
Miareczkowanie potencjometryczne
elektrolitu (półogniw). Potencjał jednego półogniwa pomiarowego
W miareczkowaniu potencjometrycznym mierzy się potencjał
powinien być niezależny od stężenia jonów wodorowych (P odn.),
elektrody wskaz
nikowej zanurzonej w roztworze
a potencjał drugiego winien być proporcjonalny do stężenia
miareczkowanym w zależności od objętości dodawanego titranta.
jonów wodorowych (P wsk.). SEM takiego ogniwa równa się
Do badanego roztworu dodaje się roztworu miareczkującego
różnicy tych potencjałów:
i po dodaniu każdej porcji mierzy się siłę elektromotoryczną
ogniwa (mV). W celu określenia objętości titranta potrzebnego
E = P odn. - P wsk.
do osiągnięcia punktu końcowego miareczkowania rysuje się
Elektrody dzielą się na odniesienia i wskaz
nikowe. Do elektrod odpowiedni wykres: a)środkowych stycznych, b) pierwszej
odniesienia zaliczamy m.in. elektrodę wodorową (której potencjał pochodnej lub c) drugiej pochodnej.
przyjęto za zerowy) i kalomelową. Elektrody kalomelowe stosuje W przypadku miareczkowania alkacymetrycznego, które tutaj
się najczęściej z uwagi na stałość ich potencjału, który waha się nazywa się pehametrycznym (mierzy się zmiany pH roztworu
w zakresie dziesiętnych części miliwolta. badanego), elektrodą wskaz
nikową jest elektroda szklana
Do elektrod wskaz
nikowych należą m.in. elektroda szklana a miernikiem pehametr.
(do pomiaru pH oraz w miareczkowaniu pehametrycznym), W miareczkowaniu redoksymetrycznym elektrodą
platynowa, srebrowa, elektrody jonoselektywne i inne. wskaz
nikową jest platyna; kompleksonometrycznym - rtęć
a precypitometrycznym (konkretnie argentometrycznym)
- elektroda srebrowa lub chlorosrebrowa.
Do najbardziej ruchliwych należą jony wodorowe
Konduktometria
i wodorotlenowe. Im bardziej ruchliwe są jony tym przewodnictwo
Zgodnie z prawem Ohma natężenie prądu płynącego
jest większe.
w przewodniku jest wprost proporcjonalne do przyłożonego
Przewodnictwo właściwe niektórych substancji w stałej
napięcia (U), a odwrotnie proporcjonalne do oporu (R)
temperaturze w pewnym zakresie stężeń jest proporcjonalne
przewodnika. Opór elektryczny zależy od długości (l), przekroju
do stężenia danej substancji.
(A) i rodzaju przewodnika, czyli jego oporu właściwego (�).
Fakt ten służy do oznaczeń ilościowych metodą krzywej
Opór właściwy (�) jest to opór jaki stawia przewodnik
wzorcowej. Metoda oparta na pomiarze przewodnictwa nazywa się
(elektrolit) o przekroju poprzecznym l m2 i długości l m. Przepływ
konduktometrią.
prądu przez przewodnik metalowy polega na ruchu elektronów,
Bezpośrednie pomiary przewodnictwa właściwego w zakresie
natomiast przepływ prądu przez roztwory elektrolitów polega
małych stężeń stosuje się do oznaczania min. czystości wody. Można
na ruchu jonów - dodatnich kationów do ujemnej katody,
tą metodą oznaczać zawartość CO2 i NH3 w powietrzu.
a ujemnych anionów do dodatniej anody.
Roztwór wodny Ba(OH)2 wykazuje duże przewodnictwo;
W przypadku roztworów zamiast pojęcia oporu, używa się tzw.
jeżeli wprowadzi się do niego CO2, wtedy wytrąci się BaCO3
przewodnictwa lub przewodności, które jest odwrotnością oporu.
i powstanie woda, a tym samym zmniejszy się w roztworze ilość
Jednostką przewodności jest 1 siemens (S), odwrotność 1 oma.
Ba(OH)2 oraz przewodnictwo, którego spadek jest proporcjonalny
Odwrotność oporu właściwego nazywa się przewodnictwem
do ilości związanego CO2.
właściwym (K), a jednostką jest l S/m. Przewodnictwo właściwe
zależy od rodzaju jonów, od ich tzw. ruchliwości.
Natomiast oznaczanie NH3 polega na tym, że roztwór H3BO3
Miareczkowanie konduktometryczne
(słaby kwas) wykazuje słabe przewodnictwo. Jeżeli wprowadzimy
Polega ono na pomiarze zmian przewodnictwa roztworu
tam amoniak, wtedy powstanie (NH4)3BO3, który dobrze
pod wpływem dodawanego porcjami odczynnika
dysocjując zwiększy ilość jonów, a tym samym wzrośnie
miareczkującego, narysowanie wykresu tych zmian
przewodnictwo. Wzrost ten będzie proporcjonalny do ilości
oraz wyznaczenie (z wykresu) objętości zużytego titranta
amoniaku.
co pozwoli na obliczenie masy oznaczanej substancji.
Ogólnie biorąc przewodnictwo i przewodnictwo właściwe
elektrolitów jest dużo mniejsze niż przewodnictwo metali i zależne
Miareczkowanie amperometryczne
jest od stężenia, temperatury i rodzaju elektrolitu.
Dla elektrolitów mocnych przewodnictwo właściwe w miarę
W miareczkowaniu amperometrycznym wyznacza się PK
rozcieńczania zmniejsza się wyraz
nie, natomiast dla elektrolitów
na podstawie krzywej (wykresu) zależności natężenia prądu
słabych maleje niewiele.
płynącego między elektrodami przy stałym napięciu od objętości
Ze wzrostem temperatury przewodnictwo przewodników
dodanego titranta. Rozróżnia się dwa zasadnicze typy
metalowych maleje (wzrasta opór), natomiast przewodnictwo
miareczkowania amperometrycznego: z jedną elektrodą
roztworów wzrasta (maleje opór). Wiąże się to z obniżeniem
polaryzowaną i z dwiema elektrodami polaryzowanymi.
lepkości i zwiększaniem się ruchliwości jonów. Można przyjąć,
że zmiana temperatury o 1� zmienia przewodnictwo o 2 - 2,5%.
22
2010-11-06
Polarografia
Polarografia polega na określeniu natężenia prądu jaki płynie
przez roztwór podczas elektrolizy i odpowiedniej jego
interpretacji, tzn. na podstawie wartości natężenia prądu
wnioskuje się o stężeniu badanej substancji.
W metodzie tej nie wydziela się metali względnie niemetali
z roztworu, jak to mam miejsce w klasycznej elektrolizie
z dwiema elektrodami stałymi. Mierzy się natomiast zmiany
natężenia prądu płynącego przez badany roztwór zachodzące pod
wpływem zmieniającego się napięcia, a rejestrator polarografu
rysuje wykres I = f(V) w postaci tzw. fali polarograficznej.
Aby uniknąć niepożądanych zjawisk mających miejsce
Zestaw do polarografii składa się z następujących części:
w klasycznej elektrolizie (polaryzacja, zmiany na powierzchni
zbiornik z rtęcią połączony jest rurką plastikową z kapilarą,
elektrod) zamiast elektrod stałych, używa się w polarografii
z której wypływają krople rtęci, naczynia z roztworem badanym
elektrod rtęciowych.
i rtęcią na jego dnie. Do rtęci kapilarnej i rtęci na dnie naczynia
podłączone są bieguny prądu.
Napięcie prądu zmienia się za pomocą opornika suwakowego. W przypadku elektrody kroplowej rtęciowej (jeżeli jest ona
Jednocześnie za pomocą amperomierza (lub galwanometru) ujemną katodą) podczas stopniowego doprowadzania ładunków
mierzy się zmiany natężenia prądu zachodzące pod wpływem ujemnych do kropli rtęci - natężenie prądu nie wzrasta tak jak
zmienianego napięcia prądu. Jedna z elektrod - katoda wynikałoby z prawa Ohma.
(przy oznaczaniu kationów) lub anoda (przy oznaczaniu anionów) Dopiero po przekroczniu pewnej wartości potencjału E1,
jest w postaci odrywających się od kapilary kropel rtęci, natomiast charakterystycznej dla danego jonu w roztworze, następuje szybki
drugą elektrodą jest rtęć znajdująca się na dnie naczynia wzrost natężenia prądu i wydzielanie się na kropli rtęci atomów
elektrolitycznego. Przestrzeń między anodą i katodą wypełniona jest metalu, powstałych w wyniku redukcji kationów. Wzrost natężenia
roztworem zawierającym jony badanych substancji. prądu jest tym większy im większe jest stężenie (c1) tego jonu
Wykres polarograficzny dla mieszaniny jonów 4 metali wygląda w roztworze. Przy dalszym wzroście napięcia, natężenie prądu
następująco: nie wzrasta, ale osiąga wartość stalą (graniczną).
Jeżeli w roztworze znajdują się różne jony (o stężeniach c2 i c3)
to przy innych, wyższych napięciach (E2, E3) otrzyma się ponownie
wzrosty natężenia prądu. Otrzyma się wówczas krzywą schodkową
z której można na podstawie wartości napięcia, przy którym nastąpił
wzrost prądu - określić rodzaj badanych jonów (analiza jakościowa),
natomiast wartość przyrostu natężenia prądu jest proporcjonalna
do stężenia badanej substancji co służy do analizy ilościowej.
Krzywa taka nazywa się krzywą polarograficzną i składa się ona z
tzw. fal. Fala polarograficzna jest to wycinek na wykresie, którym
objęty jest zakres zmian natężenia prądu przy znanej wartości
potencjału (E), odpowiadającego potencjałowi wydzielania danych
jonów.
Wartość tego potencjału jest charakterystyczna dla danego jonu
i służy do jakościowego oznaczania składu roztworu. Ponieważ
istnieje trudność określenia potencjału z fali, dlatego wyznacza się
tzw. potencjał półfali (E1/2). Wyznacza się go z pojedynczej fali
polarograficznej.
Natomiast odcinek (h) - tzw. wysokość fali jest zależna
i proporcjonalna od stężenia - służy więc do oznaczeń ilościowych.
23