Transcript instrumentalni_analyzy-uvod - EnviMod

Instrumentální analýzy
Pavel Janoš
([email protected])
E
M
1
Analytická chemie
Analytická chemie – metody, přístroje a strategie pro
získávání informací o složení a podstatě látek
v pozorované části reality.
•
•
•
•
Úkoly analytické chemie:
- prokázání přítomnosti látek, identifikace
- stanovení množství
- určení struktury, charakteru, forem (speciace)
- studium interakcí s okolím, atd.
Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP
se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí
2
E
M
Základní rozdělení:
• kvalitativní
• kvantitativní
• klasická
• instrumentální
Podle konvence se mezi klasické (= neinstrumentální) metody zařazují
metody vážkové (gravimetrické) a odměrné (titrační).
Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP
se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí
3
E
M
Příklad 1:
Stanovení obsahu barviva Azorubin (E 122) v nápojích
•
Princip: Absorbance (intenzita zbarvení) je přímo úměrná koncentraci
barviva (Lambert-Beerův zákon).
•
Krok 1: Pomocí řady roztoků o známé koncentraci barviva určíme
závislost absorbance na koncentraci – provedeme kalibraci.
Krok 2: Změříme absorbanci neznámého vzorku (limonády). Pomocí výše
uvedené závislosti určíme koncentraci barviva.
•
Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP
se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí
4
E
M
Příklad 2:
Stanovení chloridů pomocí iontově selektivní elektrody
Princip: Potenciál chloridové
iontově selektivní elektrody
(ISE) je závislý na koncentraci
chloridů (zde přímo úměrný zjednodušení).
Stanovení chloridů pomocí ISE
1200
•
•
Krok 1: Pomocí řady roztoků o
známé koncentraci chloridů
určíme závislost potenciálu na
koncentraci chloridů –
provedeme kalibraci.
Krok 2: Ponoříme ISE do
měřeného roztoku (vzorku) a
změříme potenciál. Pomocí
výše uvedené závislosti
určíme koncentraci chloridů.
potenciál (mV)
1000
800
600
400
200
0
0
20
40
60
80
100
koncentrace chloridů (mg/l)
Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP
se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí
5
120
E
M
Obecné charakteristiky analytické
metody:
• Selektivita, specifičnost: Schopnost stanovit (identifikovat) danou
látku (analyt) ve směsi s jinými látkami. „Odolnost“ proti rušivým
vlivům. Schopnost přisoudit měřený signál stanovované látce.
• Mez detekce: Nejmenší množství (koncentrace) analytu, které
poskytne signál, který lze odlišit od signálu pozadí, od šumu.
Konvenčně se bere trojnásobek „šumu“, šum se vyjadřuje ve
formě směrodatné odchylky.
MD = 3 s
• Mez stanovení (mez stanovitelnosti, mez kvantifikace): Takové
množství (koncentrace) analytu, které poskytne signál, který lze
využít k dostatečně přesné kvantifikaci
MS = 10 s
Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP
se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí
E
M
Obecné charakteristiky analytické
metody:
•
PRECISION = PRECIZNOST (těsnost shody mezi indikacemi nebo
naměřenými hodnotami veličiny získanými opakovanými měřeními na
stejném objektu nebo na podobných objektech za specifikovaných
podmínek)
(opakovatelnost, reprodukovatelnost)
•
ACCURACY = PŘESNOST (těsnost shody mezi naměřenou hodnotou
veličiny a pravou hodnotou měřené veličiny)
• Citlivost: Směrnice kalibrační závislosti.
• Linearita, lineární rozsah, pracovní rozsah
• Robustnost
Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP
se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí
E
M
Vlastnosti výsledku analytického stanovení:
• chyba a nejistota
Nejistota se vyjadřuje ve formě intervalu, o němž
můžeme s dostatečně vysokou pravděpodobnosti
předpokládat, že v něm leží správná hodnota. (Obdoba
intervalu spolehlivosti.)
Např.:
c (NO3-) = (48,6 ± 0,7) mg/l
Celková nejistota se skládá z mnoha dílčích příspěvků
Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP
se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí
E
M
Klasický popis měření
systematická
chyba
skutečná hodnota
náhodná
chyba
yˆ
Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP
se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí
E
M
Popis měření s nejistotou
kombinovaná
standardní nejistota
rozšířená
nejistota
hodnota
yˆ
Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP
se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí
E
M
Diagram příčin a následků
Homogenizace
Vvz
Cvz
příprava kal. standardů
slepý pokus
linearita
kalibrace
opakovatelnost
kalibrace
opakovatelnost
kontaminace
teplota
opak. měření ploch píků
teplota
opakovatel.
měření ploch píků
kalibrace opakovatel.
ředění
opakovatel.
opak.
opakovatel.
kalibrace
linerita
m(brutto)
pipet. podíl
linerita
opak.
teplota
kalibrace
m(brutto)
opakovatel.
kalibrace
linerita
opak. sušení
Výtěžnost
kalibrace
teplota
kalibrace
m(tára)
w BaP
opakovatel.
kalibrace
linerita
Výsledek
opakovatelnost
celk. objem
doba suš.
teplota
wsuš
m(tára)
d
Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP
se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí
mvz
E
M
Vztah mezi přesností (nejistotou)
stanovení a koncentrací analytu
Horwitzova křivka
50
R SD
 2
R
RS D [%]
40
(1  0,5 logC )
 2C
(  0,1505)
30
20
10
0
0
2
4
6
8
-lo g C
Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP
se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí
E
M
Srovnání klasických a instrumentálních
metod:
KLASICKÉ
•
•
•
•
•
•
•
•
vyšší obsah analytu
nízká selektivita,
nutnost předběžných úprav
pomalé,pracné
manuální
primární metody (gravimetrie)
vysoká spolehlivost
jednoduchý princip, dobře
zvládnuté
• levné
INSTRUMENTÁLNÍ
•
•
•
•
•
stopová množství
vysoká selektivita
vysoce výkonné
automatizované
metody poměrové (nutná
kalibrace)
• nižší přesnost
• složité – „black-box“
• vysoké pořizovací náklady
(často i provozní)
Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP
se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí
E
M
Charakteristické rysy současné analytické
chemie:
•
•
•
•
•
•
•
využití fyzikálních metod
instrumentace
computerizace
automatizace
robotizace
miniaturizace („on-chip“)
výkonnost (nižší meze stanovení, vyšší rozlišení, kratší
doba analýz, multielementární metody, …)
• management a systémy jakosti
Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP
se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí
E
M
Rozdělení instrumentálních metod
• Optické/spektrální metody (emisní spektrální analýza
(ICP-OES), atomová absorpční spektrometrie (AAS),
spektrofotometrie (UV/Vis), IČ spektrometrie,
Ramanova spektrometrie, rtg. analýza, refraktometrie
polarimetrie hmotnostní spektrometrie)
• Separační metody (chromatografické, elektromigrační)
• Elektroanalytické metody (potenciometrie, polarografie,
konduktometrie, coulometrie)
• Radioanalytické metody
• Termická analýza, pyrolyzní metody
Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP
se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí
E
M