Sylwia Filas, 257171 Renata Frąckiewicz, 257173 IŚ II, gr. 02

SPRAWOZDANIE 1

Część I

Określenie stężenia roztworu metodą kolorymetryczną (‘’kroplową’’)

1. Wstęp

Metoda kolorymetryczna -jest techniką analityczną określania stężenia roztworów barwnych za pomocą wizualnego porównania intensywności barwy roztworu badanego z intensywnością barwy wzorca. Uważana za metodę prostą, szybką i dokładną.

Prawo Bouguera- Lamberta -Beera - prawo opisujące ilościowo absorpcję światła przez roztwory substancji barwnych: podczas przechodzenia promieniowania monochromatycznego przez roztwór substancji absorbującej absorbancja A jest proporcjonalna do stężenie C i grubości warstwy absorbującej roztworu L, A = CԐL, gdzie Ԑ jest współczynnikiem proporcjonalności (tzw. współczynnik absorpcji, inaczej współczynnik ekstynkcji).

1. Cel doświadczenia

Celem doświadczenia jest sprawdzenie czy jest możliwe, a jeśli tak, to z jaką dokładnością, podanie stężenia roztworu metodą kroplową, tj. makroskopowe oznaczeniu zawartości danej substancji na podstawie intensywności zabarwienia jej roztworu i porównaniu z barwą roztworów wzorcowych tej substancji.

1. Przebieg doświadczenia

Przygotowano dwa zestawy jednakowych probówek (zestaw 1), po trzy w każdym zestawie, a następnie wprowadzono do nich pipetą określoną ilość kropel wskaźnika. Dla pierwszego zestawu był to dwuchromian potasu K₂Cr₂0₇, zaś dla drugiego błękit tymolowy C₂₇H₃₀0₅S. Ilość kropel wprowadzonych do probówek wynosiła kolejno dla każdego zestawu: 0.5, 11 oraz 32. Po wprowadzeniu wskaźnika, probówki uzupełniono wodą destylowaną.

Jednocześnie, przygotowano dwa zestawy próbek wzorcowych (zestaw. 2), zawierających wskaźniki w ilości od 1 do 40 kropel.

Sporządzone roztwory, w zależności od ilości użytego współczynnika różniły się intensywnością barwy: dla roztworów zawierających dwuchromian potasu były to odcienie żółci, dla tych, które zawierały błękit tymolowy – błękitu.

Tak przygotowane roztwory (zestaw1) poddano ocenie nieznającym ilości kropel wskaźników użytych do sporządzenia próbek obserwatorom. Mieli oni, przy pomocy sporządzonego zestawu próbek wzorcowych (zestaw.2) o znanej zawartości wskaźników określić makroskopowo zawartość kropelkową wskaźników w zestawach próbek o nieznanej zawartości użytych wskaźników.

Obserwatorzy opisując makroskopowo zawartość wskaźnika używali metody porównawczej – optycznie określali, do której z próbek wzorcowych (zestaw 2) jest zbliżona intensywnością barwy dana próbka (zestaw 1).

1. Wyniki

Otrzymane wyniki makroskopowej analizy porównawczej, w żadnej z prób nie były dokładne z rzeczywistym stanem zawartości wskaźnika. Względny błąd procentowy wynosił ok. 10%, ale dla bardzo małych ilości użytego wskaźnika sięgał nawet do 100%.

1. Wnioski

Otrzymane wyniki jednoznacznie pokazują, że metoda kropelkowa jest metodą nieprecyzyjną, niepozwalającą na dokładne określenie stężenia badanego roztworu. Może ona być stosowana jako metoda pomocnicza, pomagająca ogólnikowo stwierdzić wielkość występującego stężenia.

Część II

Oznaczenie zawartości fosforanów w roztworze metodą spektrofotometrii UV-VIS.

1. Wstęp

Spektrofotometr - rodzaj spektrometru optycznego, wyposażonego w wewnętrzne wzorcowe źródło światła, względem którego wykonuje się pomiar rozkładu natężenia promieniowania światła w widmie badanego obiektu (np. gwiazdy, wygrzewanej próbki chemicznej itp.).
Za pomocą spektrofotometru wykonuje się analizy ilościowe i jakościowe składu promieniowania. Stosowany jest jako element w przyrządach służących do wykonywania chemicznych analiz spektralnych (absorpcyjna spektrometria atomowa, spektrometria atomowa emisyjna).

Granica wykrywalności (DL – detection limit, LOD- limit of detection) - najmniejsza możliwa do wykrycia daną metodą analityczną z określonym prawdopodobieństwem ilość (lub stężenie) substancji w próbce. Granicę tą wyraża się w jednostkach stężenia.

Granica oznaczalności (LOQ – limit od quantification) najmniejsza ilość lub stężenie oznaczanej substancji chemicznej w próbce, które może być zmierzone, przy danym poziomie ufności.

Przy niższym stężeniu zmierzony sygnał jest nieodróżnialny od przypadkowych fluktuacji tła. Oznaczalność można wyliczyć ze wzoru DL=(ns/b), gdzie: n - krotność odchylenia standardowego (odchylenie), zwykle n=2 lub 3, s - odchylenie standardowe sygnału tła, b - nachylenie krzywej kalibracyjnej (czułość metody).

1. Cel doświadczenia.

Celem doświadczenia jest oznaczenie zawartości fosforanów w roztworach wody kranowej (próbka nr1), wody z kopalni na Dolnym Śląsku (próbka nr 2) oraz coli (próbki nr 3 i 4).

1. Przebieg doświadczenia, obliczenia.

Krzywa wzorcowa.

Przed rozpoczęciem właściwego badania przygotowano zestaw próbek wzorcowych z odpowiednimi stężeniami PO₄^3- (po dwie dla każdego stężenia). Są to kolejno:

0.0 mg/l – woda destylowana (próbki nr 1a i 1b),

0.1 mg/l (2a i 2b)

0.2 mg/l (3a i 3b)

0.3 mg/l (4a i 4b)

0.5 mg/l (5a i 5b)

1.0 mg/l (6a i 6b)

2.0 mg/l (7a i 7b)

Wyk. 1

Krzywa wzorcowa

Dla każdego z roztworów wzorcowych odczytano wartości absorbancji, które następnie przedstawiono na krzywej wzorcowej (Wyk. 1). Jej model matematyczny zawiera się w równaniu y = 501,6x – 16,14. Kwadrat współczynnika korelacji R² wynosi 0,999. Wartości absorbancji zestawiono w tabeli poniżej (tab. 1). Na podstawie modelu matematycznego obliczono wartości granic wykrywalności i oznaczalności.

Granica wykrywalności 

$LOD = \frac{3*s}{b}$ [mg/l]

gdzie: 

s – odchylenie standardowe [mg/l]

b – nachylenie (współczynnik kierunkowy) prostej [-]

s = 1,414 mg/l

b = 501,6

$LOD = \ \frac{3 \times 1,414}{501,6}\ = 0,008\ \left\lbrack mg/l \right\rbrack$

Granica oznaczalności

LOQ = 3 * LOD [mg/l]

LOQ = 0,024 [mg/l]

L.p	Stężenie C PO4^3- [mg/l]	Absorbancja A (próbka a)	Absorbancja A (próbka b)
1	0.0	0	0
2	0.1	0.039	0.041
3	0.2	0.085	0.087
4	0.3	0.132	0.134
5	0.5	0.226	0.233
6	1.0	0.474	0.488
7	2.0	0.988	0.993

Tab. 1 Absorbancje próbek wzorcowych.

Następnie, aby można było dokonać pomiaru absorbancji dla próbek, ustalono zależność absorbancji od długości fali w spektrofotometrze. Wyniki tej kalibracji przedstawiono w tabeli nr 2.

Długość fali [nm]	Absorbancja
400	0.201
450	0.244
500	0.369
550	0.495
600	0.573
620	0.603
640	0.633
666	0.693
680	0.722
700	0.755

Długość fali [nm]	Absorbancja
810	0.716
820	0.750
830	0.788
840	0.835
850	0.882
860	0.928
870	0.969
880	1
890	1.015
900	1.011

Długość fali [nm]	Absorbancja
710	0.759
720	0.753
730	0.739
740	0.722
750	0.702
760	0.685
770	0.674
780	0.670
790	0.677
800	0.693

Tab. 2 Zależność absorbancji roztworu od długości fali.

Widmo promieniowania elektromagnetycznego.

Na podstawie danych z tabeli sporządzono wykres widma promieniowania elektromagnetycznego, na podstawie którego można wywnioskować, że absorbancja roztworu wzrasta wraz z długością fali, nie jest to jednak wzrost jednolity i ulegający odchyleniom. Z wykresu wynika, iż pomiarów najlepiej dokonywać dla długości fali w zakresie ok. 800-900 nm - wyniki będą najbardziej dokładne. W związku z tym, pomiarów w tym doświadczeniu dokonano przy długości fali λ = 870nm.

Wyk. 2 Widmo promieniowania elektromagnetycznego.

Wyniki oznaczeń w próbkach.

Natężenie odczytano za pomocą wyników absorbancji dla czterech próbek poddawanych analizie. Do każdej z próbek dodano odczynnik wywołujący barwę. Badano je jednak w różnych ilościach przez co porównanie wyników wymaga mnożenia ich przez odpowiedni mnożnik. Wyniki pomiarów zestawiono w tabeli (tab. 3).

L.p	Zawartość probówki	Absorbancja	Objętość próbki [ml]	Mnożnik	Absorbancja po uwzględnieniu mnożnika
1	Woda kranowa	0,002	10	1	0,002
2	Woda z kopalni	0,799	5	2	1,598
3	Woda z colą1	1,208	0,05	200	241,6
4	Woda z colą2	1,204	10	1	240,8

Tab.3 Wyniki absorbancji dla badanych próbek

Przeliczenia absorbancji na stężenie dokonuje się ze wzoru krzywej wzorcowej:

y = 501,6x – 16,14

Woda kranowa: c₁ = 0,032 mg/l

Woda z kopalni: c₂ = 0,035 mg/l

Woda z colą₁: c₃ = 0,514 mg/l

Woda z colą₂: c₄ = 0,512 mg/l

1. Analiza i wnioski

Żaden z otrzymanych wyników nie znalazł się poniżej granicy oznaczalności, więc można je uznać za wiarygodne i miarodajne. Stężenie fosforanów w wodzie kranowej jest najniższe i wynosi 0,032 mg/l. Jest to wartość relatywnie niska i odpowiada I klasie wód pitnych wg. norm UE. Podobnie ma się to w stosunku do stężenia fosforanów w wodzie z kopalni. Z zawartością 0,035 mg/l również znalazłaby się w I klasie wód wg. ww. norm. Inaczej sytuacja ma się w przypadku próbek coli rozcieńczonych w wodzie. Zarówno stężenie pierwszej jak i drugiej próbki (odpowiednio 0,514 mg/l i 0,512mg/l) jest bardzo wysokie i kwalifikuje je do III kategorii wód pitnych ( śrenio zanieczyszczona). Analiza otrzymanych wyników sugeruje, iż cola już w niewielkich ilościach może być niebezpieczna dla organizmu, jednak należy wziąć pod uwagę, iż w przypadku niewielkich stężeń, zmierzony przez spektrofotometr sygnał jest nieodróżnialny od przypadkowych fluktuacji tła.