Analytické metody Jana Matějčková.

Prezentace na téma: "Analytické metody Jana Matějčková."— Transkript prezentace:

1 Analytické metody Jana Matějčková

2 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?

3 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

4 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

5 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.

6 návody na praktika Module_IB/Practicals/index.html

7 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

8 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

9 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

10 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)

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

12 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

13 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

14 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

15 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)

16 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.

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

18 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

19 Potenciometrie

20 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

21 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)

22 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-

23 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

24 Kombinovaná elektroda

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

26 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

27 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

28 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

29 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

30 Kapalinová chromatografie
Schéma přístroje HPLC

31 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

32 Identifikace

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

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

35 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

36 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

37 Praktické zkoušení dávkovač automatická pipeta byreta
doplňování odměrného válce