Politechnika Wrocławska
Wydział Inżynierii Środowiska
Studia stacjonarne drugiego stopnia we Wrocławiu
ANALIZA CHEMICZNA
I JAKOŚCIOWA OCENA WYNIKÓW
Instrukcja laboratoryjna nr 6
Analiza ilościowa wybranego kationu metodą
spektroskopową. Ocena wyniku pomiaru
Wrocław, 2013
Instrukcja laboratoryjna Analiza chemiczna i jakościowa ocena wyników
ZAGADNIENIA TEORETYCZNE
spektroskopia cząsteczkowa VIS, prawo Lamberta-Beera, odstępstwa od prawa Lamberta-Beera,
aparatura, analiza ilościowa i jakościowa na podstawie widma absorpcyjnego, zastosowanie,
metoda regresji liniowej, przedział ufności wyniku
Zadanie 1. Określenie stężenia kationu manganu
Materiały i odczynniki:
- spektrofotometr Spekol,
- kuwety szklane 1 cm
3
– komplet,
- kolby miarowe 50 cm
3
(5 szt.)
- tryskawki z wodą destylowaną,
- pipety szklane,
- roztwór wzorcowy podstawowy KMnO
4
o stężeniu 0,02 mol KMnO
4
/dm
3
,
- roztwór do analizy.
Wykonanie:
1. Przygotować roztwór wzorcowy roboczy przez rozcieńczenie 1 cm
3
roztworu wzorcowego
podstawowego KMnO
4
o stężeniu 0,02 mol/dm
3
w kolbie o pojemności 50 cm
3
. Obliczyć
stężenie.
2.
Przygotować cztery roztwory wzorcowe rozcieńczając roztwór wzorcowy roboczy dwu-
pięcio-, dziesięcio- i dwudziestokrotnie. Obliczyć stężenia wykonanych wzorców.
3.
Analizując widmo absorpcyjne KMnO
4
odczytać liczbę falową ν [cm
-1
] i przeliczyć na
analityczną długość fali λ [nm].
Instrukcja laboratoryjna Analiza chemiczna i jakościowa ocena wyników
4.
Ustawić śrubę mikrometryczną w Specolu na obliczoną długość fali [nm].Ustawić „zero”
dla kuwety odniesienia z wodą destylowaną (ślepa próbka). Zmierzyć absorbancję dla
wszystkich wzorców i badanej próbki w 6-ciu powtórzeniach.
5.
Na podstawie otrzymanych wyników absorbancji wykreślić krzywą wzorcową Abs = f(c) na
papierze milimetrowym lub w programie Excel. Odczytać z krzywej wzorcowej stężenie
analizowanej próbki w mol MnO
4
-
/dm
3
dla każdego powtórzenia (6-krotnie).
6.
Korzystając z metody regresji liniowej wyznaczyć równanie krzywej kalibracyjnej (obliczyć
parametr a i b) a następnie wyliczyć stężenie jonów manganu(VII) w analizowanej próbce
dla kolejnych 6-ciu powtórzeń.
7.
Wynik stężenia manganu(VII) przeliczyć z mol MnO
4
-
/dm
3
na jednostkę mg Mn
7+
/dm
3
.
Obsługa aparatu Specol powinna odbywać się w następującej kolejności:
1.
Podłączyć Specol do sieci.
2.
Dolnym, prawym przyciskiem włączyć aparat.
3.
Nacisnąć przycisk E, który oznacza absorbancję, a następnie migającym przyciskiem R
wyzerować aparat.
4.
Powinno wyświetlić się 0,000.
5.
Odczekać około 15-30 minut w celu nagrzania się aparatu.
6.
Ustawić odpowiednią długość fali analitycznej.
7.
Kuwetę z roztworem odniesienia czyli wodą destylowaną (ślepa próbka) umieścić po lewej
stronie wózka.
8.
Wprowadzić kuwetę w pozycję pomiarową.
9.
Powinno wyświetlić się 0,000 (wartość absorbancji dla próbki odniesienia). Jeśli wskazanie
na wyświetlaczu jest inne, to należy skorygować przy pomocy przycisku R.
10.
Kuwetę z próbką do analizy umieścić po prawej stronie wózka.
11.
Wprowadzić kuwetę w bieg promieniowania (pozycję pomiarową) i odczytać absorbancję.
12.
Przed każdym kolejnym pomiarem sprawdzić, czy na wyświetlaczu pojawi się wartość
0,000 dla kuwety z roztworem odniesienia. Jeśli nie, to wskazanie skorygować przy pomocy
przycisku R.
Zadanie 2. Ocena jakości wyniku
1.
Proszę wykonać obliczenia zgodnie z wytycznymi podanymi w raporcie.
2.
Wszystkie etapy obliczeń umieścić w raporcie.
3.
Uzyskane wyniki wpisać do odpowiednich tabel.
4.
Wpisać wnioski.
LITERATURA:
1.
Szczepaniak W.: Metody instrumentalne w analizie chemicznej. PWN Warszawa 2002
2.
Minczewski J., Marczenko Z.: Chemia analityczna T3 Analiza Instrumentalna. PWN 1998
3.
Praca zbiorowa pod red. Głuch I. i Balcerzak M.: Chemia analityczna. WPW 2007
4.
Hulanicki A.: Współczesna chemia analityczna. PWN Warszawa 2001
5.
Kocjan R.: Chemia analityczna. Tom 2 Analiza instrumentalna. PZWL 2002
Instrukcja laboratoryjna Analiza chemiczna i jakościowa ocena wyników
Imię i nazwisko: …………………………………………
Data:…………………….
Nr albumy:……………….. Grupa:…………………….
Raport Nr 6
Analiza ilościowa wybranego kationu metodą spektroskopową.
Ocena wyniku pomiaru
Zadanie 1.
Sporządzenie krzywej wzorcowej
Lp.
(n)
V r-ru roboczego
[cm
3
]
C
MnO4
-
[mol/dm
3
]
(x
i
)
Absorbancja
(y
i
)
1.
„0” (ślepa próbka)
0
0,000
2.
3.
4.
5.
1.1. Przedstawić tok postępowania obliczeniowego przy wyznaczaniu kolejnych stężeń wzorców.
1.2. Analizując widmo absorpcyjne odczytać liczbę falową ν [cm
-1
] i przeliczyć na analityczną
długość fali λ [nm].
Instrukcja laboratoryjna Analiza chemiczna i jakościowa ocena wyników
1.3. Sporządzić i załączyć wykres w układzie współrzędnych Abs = f(c)
1.4. Korzystając z metody regresji liniowej wyznaczyć równanie krzywej kalibracyjnej poprzez
wyliczenie parametrów a i b oraz współczynnik korelacji (dopasowania krzywej) r - przedstawić
postępowanie obliczeniowe.
]
)
(
[
]
)
(
[
)
(
1
)
(
2
2
2
2
2
2
∑
∑
∑
∑
∑
∑
∑
∑
∑
∑
∑
∑
∑
∑
−
⋅
⋅
−
⋅
⋅
−
⋅
=
⋅
−
⋅
=
−
⋅
⋅
−
⋅
=
+
=
i
i
i
i
i
i
i
i
i
i
i
i
i
i
i
i
y
y
n
x
x
n
y
x
y
x
n
r
x
a
y
n
b
x
x
n
y
x
y
x
n
a
b
ax
y
Obliczenia:
Instrukcja laboratoryjna Analiza chemiczna i jakościowa ocena wyników
Zadanie 2. Ocena jakości wyniku
2.1. Odczytać z wykresu krzywej wzorcowej stężenie jonów manganu(VII) w mol
MnO
4
-
/dm
3
dla
analizowanej próbki w każdym z 6-ciu powtórzeń.
Uwaga: ilość moli MnO
4
-
jest równoważna liczności cząsteczki KMnO
4
co wynika z reakcji
dysocjacji tej soli:
KMnO
4
K
+
+ MnO
4
-
2.2. Z wyznaczonego równania krzywej kalibracyjnej wyliczyć stężenie jonów manganu(VII) w
mol
MnO
4
-
/dm
3
w analizowanej próbce dla kolejnych 6-ciu powtórzeń.
2.3. Odrzucanie wyniku obarczonego błędem grubym z zastosowanie testu Q-Dixona.
a)
uszeregować wyniki w ciąg niemalejący od wartości najmniejszej (x
1
) do największej (x
n
)
b)
obliczyć wartość rozstępu R zgodnie ze wzorem:
1
x
x
R
n
−
=
gdzie
x
n
– wartość największa
x
1
– wartość najmniejsza
c)
obliczyć parametry Q
1
i Q
n
według wzorów:
R
x
x
Q
R
x
x
Q
n
n
n
1
1
2
1
−
−
=
−
=
d) porównać otrzymane wartości Q
1
i Q
n
z wartością Q
kr
odczytaną z tablic rozkładu Q-Dixona
dla przyjętego poziomu ufności 95% (poziom istotności
α
=0,05).
Instrukcja laboratoryjna Analiza chemiczna i jakościowa ocena wyników
Jeśli któryś z obliczonych parametrów Q
1
lub Q
n
przekracza wartość Q
kr
to wynik na
podstawie którego został obliczony Q
n
lub Q
1
należy odrzucić jako obarczony błędem grubym.
Dalsze obliczenia wartości średniej x
śr
i odchylenia standardowego s należy wykonać dla serii
wyników z pominięciem wyniku obarczonego błędem grubym.
Test Q-Dixona - wartości krytyczne (Q
kr
)
αααα
n
0,05
0,01
3
0,941
0,988
4
0,765
0,889
5
0,642
0,78
6
0,56
0,689
7
0,507
0,637
8
0,554
0,683
9
0,512
0,635
10
0,477
0,597
Obliczenia:
Instrukcja laboratoryjna Analiza chemiczna i jakościowa ocena wyników
2.4. Wyznaczanie przedziału ufności wyniku (test t-Studenta)
Obliczyć wartość średnią (x
śr
) i wartość odchylenia standardowego (s) dla serii wyników z
pominięciem wyniku obarczonego błędem grubym według wzoru:
gdzie:
n – liczba powtarzanych oznaczeń,
x
i
– wyniki poszczególnych pomiarów.
n-1 – liczba stopni swobody,
Przyjąć wartość krytyczną t
kr
z tablic rozkładu t-Studenta dla przyjętego poziomu ufności
95% (poziom istotności
α
=0,05) i wyliczyć przedział ufności wyniku.
Test t-Studenta - wartości krytyczne (t
kr
)
αααα
n
0,05
0,01
1
12,706
63,656
2
4,303
9,925
3
3,182
5,841
4
2,776
4,604
5
2,571
4,032
6
2,447
3,707
7
2,365
3,499
8
2,306
3,355
9
2,262
3,250
10
2,226
3,169
11
2,201
3,106
12
2,179
3,055
13
2,160
3,012
14
2,145
2,977
15
2,131
2,947
16
2,120
2,921
17
2,110
2,898
18
2,101
2,878
19
2,093
2,861
20
2,086
2,845
(
)
2
1
1
−
−
=
∑
=
n
x
x
s
ś
r
n
i
i
n
x
x
n
i
i
ś
r
∑
=
=
1
Instrukcja laboratoryjna Analiza chemiczna i jakościowa ocena wyników
Obliczenia
2.5. Przedstawić tok postępowania obliczeniowego w celu przeliczenia stężenie jonów
manganu(VII) w roztworze wodnym z jednostki mol MnO
4
-
/dm
3
na jednostkę mg Mn
+7
/dm
3
(przeliczyć wyniki x
śr
z tabeli „Ocena jakości wyniku”)
Stężenie Mn
+7
= …………… mg/dm
3
(x
śr
dla odczytów z wykresu krzywej wzorcowej)
Stężenie Mn
+7
= …………… mg/dm
3
(x
śr
dla wartości wyliczonych z równania krzywej)
S
tęż
en
ie
j
o
n
ó
w
m
a
n
g
a
n
u
(V
II
)
w
a
n
a
li
zo
w
a
n
ej
p
ró
b
ce
W
y
n
ik
i
p
o
m
ia
ró
w
A
n
a
li
za
(p
o
w
tó
rz
en
ie
)
x
1
x
2
x
3
x
4
x
5
x
6
O
d
rz
u
ca
n
ie
w
y
n
ik
u
w
ą
tp
li
w
eg
o
(
te
st
Q
-D
ix
o
n
a
)
x
1
x
2
x
3
x
4
x
5
x
6
R
Q
1
Q
n
p
rz
ed
zi
a
ł
u
fn
o
śc
i
n
Q
k
r
W
y
zn
a
cz
a
n
ie
p
rz
ed
zi
a
łu
u
fn
o
śc
i
(t
es
t
t-
S
tu
d
en
ta
)
x
1
x
2
x
3
x
4
x
5
x
6
Ś
re
d
n
ia
a
ry
tm
et
y
cz
n
a
O
d
ch
y
le
n
ie
st
a
n
d
a
rd
o
w
e
P
ra
w
d
o
p
o
d
o
b
ie
n
tw
o
(p
o
zi
o
m
u
fn
o
śc
i)
L
ic
zb
a
st
o
p
n
i
sw
o
b
o
d
y
W
sp
ó
łc
zy
n
n
ik
t-
st
u
d
en
ta
K
=
n
-1
t
k
r
5
2
.5
7
1
5
2
.5
7
1
O
p
is
s
y
m
b
o
li
w
f
o
rm
u
ła
ch
m
at
em
at
y
cz
n
y
ch
:
•
n
l
ic
zb
a
p
o
w
ta
rz
an
y
ch
o
zn
ac
ze
ń
,
A
n
a
li
za
(w
a
rt
o
śc
i
o
d
cz
y
ta
n
e
z
w
y
k
re
su
k
rz
y
w
ej
w
zo
rc
o
w
ej
)
C
M
n
O
4
-
[m
o
l/
d
m
3
]
(w
a
rt
o
śc
i
w
y
li
cz
o
n
e
z
ró
w
n
a
n
ia
k
rz
y
w
ej
w
zo
rc
o
w
ej
)
9
5
%
C
M
n
O
4
-
[
m
o
l/
d
m
3
]
A
n
a
li
za
(w
a
rt
o
śc
i
w
y
li
cz
o
n
e
z
ró
w
n
a
n
ia
k
rz
y
w
ej
w
zo
rc
o
w
ej
)
S
er
ie
p
o
m
ia
ro
w
e
A
b
so
rb
a
n
cj
a
C
M
n
O
4
-
[m
o
l/
d
m
3
]
(w
a
rt
o
śc
i
o
d
cz
y
ta
n
e
z
w
y
k
re
su
k
rz
y
w
ej
w
zo
rc
o
w
ej
)
W
y
n
ik
z
p
rz
ed
zi
a
łe
m
u
fn
o
śc
i
x
śr
+
t
k
r
*
s
S
er
ie
p
o
m
ia
ro
w
e
(c
ią
g
n
ie
m
a
le
ją
cy
)
C
M
n
O
4
-
[m
g
/d
m
3
]
(w
a
rt
o
śc
i
o
d
cz
y
ta
n
e
z
k
rz
y
w
ej
)
9
5
%
C
M
n
O
4
-
[m
g
/d
m
3
]
(w
a
rt
o
śc
i
w
y
li
cz
o
n
e
z
k
rz
y
w
ej
)
n
x
x
n
i
i
śr
∑
=
=
1
(
)
2
1
1
−
−
=
∑
=
n
x
x
s
śr
n
i
i
•
n
-1
li
cz
b
a
st
o
p
n
i
sw
o
b
o
d
y
•
x
i
w
y
n
ik
i
p
o
sz
cz
eg
ó
ln
y
ch
p
o
m
ia
ró
w