Analytické metody Jana Matějčková

Příklady Molární koncentrace vodného roztoku NH4HCO3 je 300 mmol/l. Kolik osmoticky aktivních částic obsahuje a jaká je osmolarita roztoku? Ze 150 g 65% HNO3 je třeba připravit 2% kyselinu. Kolik vody je třeba k jejímu zředění? Při fotometrickém stanovení fenolu byla u vzorku zjištěna T =66,5%. Transmitance standardu o koncentraci 20 mg/l byla 56,2%. Jaká je koncentrace fenolu ve vzorku? Jaká je disociační konstanta slabé kyseliny, jestliže její vodný roztok o koncentraci 0,2M má pH 2,96?

Příklady Tlumivý roztok se připravuje smícháním HCl a KCl. Kolik ml 0,2M roztoku KCl musíme smíchat s 18,82 ml 0,2M HCl, abychom připravili pufr o pH 1,5? pK je 1,28. 7% roztok uhličitanu sodného má hustotu 1,048 g/cm3. Jaké je koncentrace kyseliny? Mr=100 80% zásobní roztok léčiva je naředěn v poměru 1:5. Z tohoto zásobního roztoku je nutno připravit 150 ml 3% roztoku léčiva. Kolik ml zásobního roztoku spotřebujete? 1,5 litru roztoku obsahuje 65 g MgCl2. Kolik mmol Cl- iontů je obsaženo ve 200 ml tohoto roztoku? Mr (MgCl2) = 95

Příklady Jaké bude pH roztoku vzniklého smísením 0,5 dm3 3% kyseliny sírové (r=1,018 g/cm3) se 1,2 L roztoku kyseliny sírové, jejíž koncentrace je 0,3M? Mr = 98 Koncentrace Na+ iontů v plazmě je 138 mM a objem plazmy v těle dospělého jedince vážícího 70 kg je asi 3,4 litru. Kolik gramů Na+ iontů se nachází v tomto objemu plazmy? Ar (Na) = 23 V jakém poměru je nutné smíchat roztok 0,1 M Na2HPO4 a roztok 0,1 M NaH2PO4, abyste získali pufr o pH = 7,5? pKa = 7,2. Výsledek uveďte v poměru Na2HPO4 / NaH2PO4. Kolik mg glukózy je třeba na přípravu 0,15 L roztoku o koncentraci 12 mmol/l?Mr (glukóza)=180

Příklady Vypočítejte pH 0,2 M roztoku NH4OH. Disociační konstanta NH4OH je 1,8*10-5. Vypočítejte Kdis 0,2 M kyseliny mléčné, jejíž pH = 2,5. Jaké bude pH roztoku, který vznikne doplněním 50 cm3 roztoku NaOH o c = 0,2 M na objem 800 ml? Jaké bude pH pufru, který vznikl smícháním 300 ml 0,5 M kys. octové a 100 ml 0,7 M octanu sodného, pKA = 4,76.

návody na praktika http://www.lf3.cuni.cz/cs/pracoviste/chemie/vyuka/ Module_IB/Practicals/index.html

Protokol vzorový na webu jméno, datum název úlohy cíle práce princip metody odchylky od pracovního postupu všechny naměřené hodnoty výpočty přehledné tabulky závěr, odpovědi, diskuse – zhodnocení výsledků

Volumetrie kvantitativní metoda měření objemů roztoků ke stanovení neznámých koncentrací analyzovaných látek odměrný roztok o přesné koncentraci roztok vzorku s látkou o neznámé koncentraci indikátor – detekuje bod ekvivalence

Odměrná analýza – titrace, volumetrie chemická reakce mezi stanovovanou látkou a odměrným činidlem činidla se přidává takové množství, které je ekvivalentní množství analytu z objemu přidaného roztoku činidla, jeho koncentrace a stechiometrie reakce se stanoví obsah analytu přídavky indikátorů, pufru, popř. katalyzátorů titrační baňky, byreta

Bod ekvivalence bod ekvivalence v bodě ekvivalence dochází skokem k fyzikálně-chemické změně, kterou lze snadno indikovat vizuální – změna barvy (trvalé zbarvení), indikuje první nadbytečnou kapku přidaného OR (ve skutečnosti je při změně zbarvení roztok přetitrován), subjektivní instrumentálné – pomocí přístrojů (elektrodový potenciál, el. vodivost), objektivní stav, kdy chemicky ekvivalentní množství (látková množství) odměrného roztoku a vzorku právě zreagovaly n (odm. roztoku) = n (analyz. látka)

Odměrná analýza – titrace, volumetrie Titrační křivka závislost sledované veličiny na objemu titr. činidla změna pH na V titr. činidla

Acidobazické titrace acidobazické titrace jsou založeny na reakci mezi kyselinou a zásadou neutralizační reakce produkují sůl a vodu reakcí silné kyseliny a silné zásady vzniká neutrální roztok (pH = 7) acidimetrie: odměrným roztokem je kyselina, vzorek je zásada alkalimetrie: odměrným roztokem je zásada, vzorek je kyselina tato metoda se používá ke stanovení acidity žaludeční šťávy v gastroenterologii

Odměrná analýza – titrace, volumetrie Odměrné roztoky: přesné, čisté, skutečná koncentrace (faktor) titrace odměrným roztokem OR o teoret. koncentraci (standardní roztok) skutečná spotřeba f = předpokládaná spotřeba OR / skutečná spotřeba OR f = 1,0 = přesná koncentrace, faktor, titr pak se faktor dosadí do rovnice c = n/V … n = c . V . f

Odměrná analýza – titrace, volumetrie Druhy titrací: neutralizační – reakce mezi kyselinou a zásadou alkalimetrie (OR zásady titrujeme kyselinu) acidimetrie (OR kyseliny titrujeme zásadu) srážecí – při reakci vzniká nerozpustná sraženina (AgNO3) komplexotvorné – tvorba málo disociovaných, avšak ve vodě rozpustných sloučenin – kovových komplexů (př. EDTA) oxidačně-redukční – při reakcích dochází k výměně elektronů oxidimetrie – OR je oxidační činidlo – manganometrie reduktometrie – OR je redukční činidlo

Výpočty ve volumetrii Podle chemické rovnice: aA + bB → cC + dD a, b = stechiometrické koeficienty bod ekvivalence – bod kde právě zreagovala chemicky ekvivalentní látková množství látek A a B n(A) = n(B) n = c x V (n = c x V x f) cA x VA = cB x VB v případě stejných stechiometrických koeficientů n(A)/n(B) = a/b a x cB x VB = b x cA x VA v případě různých stechiometrických koeficientů, protože a/b = n(A)/n(B) → a x n(B) = b x n(A)

Příklady 20,0 ml vzorku žaludeční šťávy zneutralizováno 25 ml 0,1 M NaOH. Jaká je molarita HCl v žaludeční šťávě? 25,0 ml vzorku H2SO4 bylo zneutralizováno 15,0 ml 0,5 M NaOH. Vypočítejte molární koncentraci H2SO4 ve vzorku.

Stanovení acidity žaludeční šťávy B3 odměrná analýza indikátor - fenolftalein zkouška s vodou ! faktor NaOH

Potenciometrie elektrochemická metoda bezproudé měření elektromotorického napětí galvanického článku – potenciálový rozdíl mezi indikační (měrnou) a referenční (srovnávací) elektrodou ponořenými do analyzovaného roztoku určení bodu ekvivalence při neutralizačních nebo redox. titracích indikační elektroda – závisí na aktivitě stanovované látky, např. iontově selektivní elektroda (pro ionty), skleněná elektroda (pro stanovení aktivity H+), její potenciál se mění v závislosti na aktivitě (konc.) analyzované látky referentní elektroda – je stabilní, konstantní, nezávisí na aktivitě stanovované látky, např. argentochloridová, kalomelová elektroda měříme rozdíl potenciálů (napětí) – potenciál nelze měřit jako takový

Potenciometrie

Potenciometrie závislost elektrodového potenciálu na aktivitě stanovované látky – Nernstova-Petersonova rovnice pro elektrodový děj platí: ox. + n e-  red E = elektrodový potenciál E0 = standardní elektrodový potenciál R = molární plynová konstanta (8,314 J K-1 mol-1) F = Faradayova konstanta (96458 C mol-1) T = absolutní teplota (25oC = 298 K) n = náboj stanovovaného iontu a = aktivita stanovovaného iontu

Potenciometrie elektrodový potenciál závisí na T roztoku a aktivitě („koncentraci“) a náboji stanovovaného iontu elektrodový potenciál nepotřebujeme počítat – ke kalibraci potenciometru se používají standardy ELEKTRODY – KLASIFIKACE elektrody I. druhu (kovové nebo plynové) elektrody II. druhu (kov + jeho nerozpustná sůl → referentní elektrody) redoxní elektrody (Pt, Au) membránové elektrody (ISE)

Iontově selektivní elektroda senzitivní pro jeden specifický iont v roztoku složeny ze speciální membrány schopné vyměňovat své vlastní ionty za specifický iont z roztoku Význam ISE: převádějí aktivitu specifického iontu přítomného v roztoku na elektrický potenciál, který může být změřen voltmetrem nebo pH metrem v klinických laboratořích je používáno několik typů ISE: např. elektroda specifická pro H+ („skleněná elektroda“), Na+, K+, Cl-

Skleněná elektroda pro měření pH skupina ISE specifická pro koncentraci H+ iontů v roztoku Iontová výměna v membráně: Na+ (sklo) + H+ (aq) ↔ H+ (sklo) + Na+ (aq) Skleněná elektroda = indikační elektroda Kalomelová elektroda = referentní elektroda

Kombinovaná elektroda

Měření pH fosfátového pufru B4 potenciometrie kalibrace pH metru magnetická míchačka! měření pH

Chromatografie metody založené na rozdělování látek mezi dvě fáze opakované ustavování rozdělovacích rovnováh vzorku mezi 2 fázemi (mobilní a stacionární) stacionární fáze – nepohyblivá, mobilní fáze - pohyblivá vzorek je unášen tokem mobilní fáze kolonou ty složky, které jsou zadržovány stacionární fází více, se pohybují kolonou pomaleji složky méně zadržované se pohybují rychleji Distribuční poměr (konstanta) KD = [X]s / [X]m

Chromatografie Rozdělení: • podle skupenství mobilní fáze kapalinová – LC plynová – GC • podle uspořádání stacionární fáze kolonová papírová (na papíře) tenkovrstevná – TLC (na skleněné desce, hliníkové folii) • podle děje, který převládá při separaci rozdělovací adsorpční iontově-výměnná gelová afinitní

Chromatografie Plynová chromatografie Kapalinová chromatografie pro těkavé látky, které je možné převést do plynného stavu mobilní fáze – nosný plyn ve spojení s MS pro monitorování drog v krvi, stanovení alkoholu v krvi, analýza potravin a kosmetických přípravků, analýza ropných produktů, analýza životního prostředí Kapalinová chromatografie nízkotlaková a vysokoúčinná mobilní fáze – výběr polarity (polární - voda, methanol, acetonitril, nepolární - pentan, heptan, chloroform) analýzy roztoků netěkavých látek v komplexních matricích, analýza životního prostředí (PAH), stanovení půdy, vody, farmaceutická analýza

Plynová chromatografie Schéma přístroje GC nosný plyn dávkovač kolona detektor termostatovaný prostor řídící a vyhodnocovací zařízení rozdílné analyty mají rozdílnou afinitu k sorbentu různé analyty vykazují různou distribuci mezi sorbentem a eluentem rozdílné analyty jsou rozdílně zadržovány

Kapalinová chromatografie Schéma přístroje HPLC

TLC – tenkovrstevná chromatografie mobilní fáze: cyklohexan, toluen, aceton,.... stacionární fáze: silikagel porovnáváme vzdálenosti frakcí od startovní linie více praktické je porovnání retardačních faktorů (Rf) jednotlivých frakcí: Rf = a/b a = vzdálenost od startovní linie do středu skvrny b = vzdálenost od startovní linie do cílové linie mobilní fáze využívána v kvalitativní analýze v klinické toxikologii - screening opiátů, amfetaminu nebo kanabinoidů b a

Identifikace

Chromatografie Chromatografické termíny: pík retenční čas (tR) mrtvý čas (tm) mrtvý objem kolony (Vm) citlivost detekce mez detekce kvalitativní hodnocení kvantitativní hodnocení

Elektromigrační metody kapilární zónová elektroforéza izotachoforéza izoelektrocká fokusace k separaci nabitých částí vzorku dochází vlivem elektrického pole přístroj CZE

TLC – úloha v praktiku TLC lipofilních barviv adsorpční planární kapalinová chromatografie mobilní fáze toluen (nepolární) stacionární fáze destička se silikagelem (polární) standardy barviv – porovnání Rf neznámý vzorek – směs 2 barviv

Chromatografické metody B2 TLC (chromatografie na tenké vrstvě) vyznačit startovní linii – 3 cm od okraje a 1 cm ze strany (nerýt na desku) vyrýt plochu separace nanést roztoky vložit do vyvíjecí komory s toluenem určit Rf standardů a jednotlivých složek vzorku

Praktické zkoušení dávkovač automatická pipeta byreta doplňování odměrného válce