Kalibracja metody analitycznej Badanie i eliminacja efektów

Kalibracja metody analitycznej Badanie i eliminacja efektów

Zakład Chemii Analitycznej
PROBLEMATYKA:
Kalibracja metody analitycznej
Badanie i eliminacja efektów interferencyjnych
TEMAT ĆWICZENIA:
OZNACZANIE METALI W WODZIE WODOCIĄGOWEJ TECHNIKĄ
PŁOMIENIOWEJ ATOMOWEJ SPEKTROMETRII ABSORPCYJNEJ
METODA:
Atomowa spektrometria absorpcyjna
WPROWADZENIE
W większości metod analitycznych sygnał mierzony y, który jest odpowiedzią układu
na dane stężenie (lub zawartość) analitu ca, jest funkcją wielu czynników obejmujących
również stężenia pozostałych m składników próbki ci, parametry fizykochemiczne próbki, a
także bardzo często parametry stosowanej aparatury analitycznej i warunki oznaczenia zi.
Można to zapisać następująco:
y = f(ca, c1, c2,…..cm, z1, z2, ..., zp),
(1)
Oczywiście, w różnych metodach analitycznych udział czynników c1 – zp jest różny,
zarówno pod względem mechanizmu działania jak i wielkości i kierunku wpływu. Dlatego też
zależność sygnału od stężenia oznaczanego pierwiastka, z uwzględnieniem wpływów
składników towarzyszących (efektów interferencyjnych), w zoptymalizowanych, ustalonych
warunkach pomiarowych, wyznacza się na drodze kalibracji.
Efekty interferencyjne
Jak pokazano we wzorze (1) na sygnał analityczny mogą mieć wpływ różne czynniki,
również określające warunki pomiarowe, powodując tzw. interferencje. Istotny udział w tej
grupie mają substancje towarzyszące (matryca próbki) składnikowi oznaczanemu
(analitowi). Efekt ten nazywamy efektem matrycowym lub uogólniając efektem
interferencyjnym, a substancje powodujące go interferentami. Efekty interferencyjne mogą
być dodatnie, gdy zwiększają sygnał analitu o danym stężeniu, lub ujemne, gdy powodują
jego zmniejszenie. W przypadku oddziaływania stałej ilości interferenta na zmienne ilości
analitu, zmiany sygnału mogą mieć stałą wielkość - efekt addytywny, lub wielkość
proporcjonalną do stężenia analitu – efekt multiplikatywny. W tym ostatnim przypadku
proporcjonalność może być złożoną funkcją.
Wpływy interferencyjne mogą być różnego rodzaju. Mogą wynikać z ograniczonej
selektywnością stosowanej metody, np. w spektrofotometrii może to być tworzenie z danym
odczynnikiem kompleksującym związków absorbujących promieniowanie w podobnym
zakresie widmowym (o widmach nakładających się), a w potencjometrii, przy zastosowaniu
elektrod jonoselektywnych, oddziaływanie różnych jonów z materiałem membrany (równanie
Nikolskiego). Najczęściej wpływ ten jest jednak bardziej złożony. Składniki próbki mogą
oddziaływać na reaktywność analitu (poprzez formy występowania, środowisko reakcji – moc
1
Zakład Chemii Analitycznej
jonową), jego ilość bezpośrednio dostępną reakcji charakterystycznej (np. wiązanie analitu
w reakcji kompleksowania, jego rozkład lub efektywność transportu do miejsca pomiaru) czy
na kinetykę reakcji istotnych dla oznaczenia. Wpływy te zależą od rozpatrywanej metody
analitycznej i indywidualnego układu analit – interferent (interferenty), a często również od
wzajemnych reakcji między interferentami.
Parametry fizykochemiczne próbek (zależące od składu próbki) mogą oddziaływać na
niektóre procesy wspomniane wyżej, ale mogą również wpływać na etapy oznaczenia zależne
od transportu, mieszania, szybkości oddzielania, efektywności rozpylania, parowania itp.
Wymienione wyżej przykłady można zaliczyć do matrycowych efektów
interferencyjnych.
W wielu metodach również parametry stosowanej aparatury jak i warunki pomiarowe
wywierają wpływ na sygnał analityczny. Mogą to być oddziaływania na analit zmieniające
czułość oznaczenia. Mogą to być również oddziaływania na istniejące interferencje,
prowadzące do ich zmian jakościowych i ilościowych, a zatem do zmian sygnału
pochodzącego od analitu. Jako przykłady można tu wymienić: wpływ monochromatyzacji
wiązki promieniowania i jej szerokości na czułość oznaczeń metodą spektrofotometryczną,
ale także na możliwość niespecyficznej absorpcji promieniowania. Może to być również
wpływ temperatury płomienia w technikach z atomizacją płomieniową z jednej strony na
stopień jonizacji metali alkalicznych, z drugiej zaś strony na rozkład trudnolotnych związków
np. przy oznaczaniu wapnia w obecności glinu. W pierwszym z ostatnio wymienionych
przykładów wzrost temperatury obniża czułość, w drugim zwiększa ją.
Korygowanie efektów interferencyjnych
Jak wspomniano, wymienione wpływy są różne w różnych metodach. Niektóre z nich,
prowadzące do wzrostu czułości, mogą być korzystne dla procesu analitycznego i wówczas są
wykorzystywane w praktyce (np. buforowanie). Wpływy niekorzystne lub ich efekty są
eliminowane różnymi sposobami.
Eliminację oddziaływań matrycowych można najpełniej osiągnąć oddzielając
interferent od analitu przed wykonaniem oznaczenia. Wymaga to jednak wprowadzenia do
procedury analitycznej dodatkowego, na ogół bardzo pracochłonnego etapu. Oddzielanie to,
może wprowadzić jednak nowe, charakterystyczne dla tego procesu interferencje, a także,
jako dodatkowa czynność może powodować pogorszenie precyzji. Z oddzielaniem analitu od
matrycy wiązane są jednak duże nadzieje zwłaszcza w kontekście zastosowań do tego celu
metod wstrzykowo-przepływowych.
W eliminacji matrycowych efektów interferencyjnych mogą być wykorzystywane
substancje pomocnicze dodatkowo wprowadzane do próbki jako tzw. bufory spektralne,
które reagując z interferentem sprawiają, że jego oddziaływanie na analit zmniejsza się lub
nawet zanika. Substancje pomocnicze mogą również, oddziaływując na analit w podobny
sposób jak interferent, ustalać pewien poziom wpływu – tak działa np. bufor dejonizujący.
Ten drugi mechanizm właściwie nie eliminuje oddziaływania interferenta – ustalając go
sprawia jednak, że jest on łatwy do uwzględnienia na drodze kalibracji.
Wspomniane efekty interferencyjne, nawet te o dodatnim wpływie na sygnał, mogą
powodować błędy systematyczne oznaczeń, o ile nie zastaną wyeliminowane lub
uwzględnione w procesie kalibracyjnym.
Kalibracja jest jednym z ważniejszych etapów procedury analitycznej, gdyż bezpośrednio
rzutuje na dokładność oznaczeń.
2
Zakład Chemii Analitycznej
Kalibracja procedury analitycznej
Kalibracja procedury analitycznej polega na jak najlepszym odwzorowaniu zależności
między stężeniem analitu w próbce a sygnałem analitycznym, tak aby ze zmierzonego
sygnału pochodzącego od analitu w próbce można było obliczyć (bez systematycznego błędu)
to stężenie. Ponieważ nie jest znane prawdziwe stężenie analitu w próbce, kalibrację
przeprowadza się mierząc sygnały od znanych, różnych ilości analitu we wzorcach
(roztworach wzorcowych). Wzorce te powinny uwzględniać składniki powodujące istotne
interferencje jak również zachowywać istotne parametry fizykochemiczne. Ponieważ na ogół
znamy tylko ogólny skład matrycy próbek, na podstawie przewidywanych interferencji lub
ich braku stosuje się jako wzorce roztwory proste analitu, roztwory uwzględniające główne
interferenty w spodziewanych stężeniach, czy roztwory z odwzorowaniem matrycy. Jeżeli
zastosowano buforowanie próbek przez dodatek substancji specjalnych (buforów), wzorce
powinny być modyfikowane w taki sam sposób.
Ponieważ wielkość niektórych oddziaływań, a zatem sygnały, mogą zmieniać się ze
zmianą stężenia analitu, zależność kalibracyjną należy wyznaczyć w szerokim zakresie stężeń
analitu, pokrywającym spodziewany zakres roboczy.
Odpowiednio zaprojektowane metody kalibracji umożliwiają korygowanie wielu
efektów interferencyjnych. Warianty metody kalibracji pod kątem możliwości uwzględnienia
i eliminacji określonych efektów interferencyjnych omówiono szczegółowo w [1]. Tutaj tylko
przypomnimy ich podstawowe zasady.
Najczęściej stosowane są dwie metody kalibracji: metoda serii wzorców (krzywej
kalibracyjnej) i metoda dodatków wzorca. Należy tu zaznaczyć, że w obu metodach
przygotowuje się kilka wzorców (serie wzorców) przez dodatek roztworu wzorcowego,
jednak podane wyżej nazwy dotyczą różnych metod i nie można ich mylić. Metody te
bowiem różnią się sposobem przygotowania roztworów do kalibracji i wyznaczania stężenia
analitu oraz zakresem minimalizacji, eliminacji bądź korygowania wpływu efektów
matrycowych na wynik oznaczenia.
1.
Metoda serii wzorców
Metoda serii wzorców jest metodą interpolacyjną, a zależność absorbancji A = f(canalitu)
wyznacza się mierząc sygnały w kilku roztworach wzorcowych o znanych wzrastających
stężeniach analitu. Jak wspomniano wyżej, roztwory wzorcowe powinny być przygotowane,
stosownie do analizowanej próbki, tj. obok analitu powinny zawierać inne składniki próbki
w spodziewanych stężeniach, substancje dodane do próbki w toku jej przygotowania do
oznaczenia, a także bufory. Oczywiste jest jednak, że nie da się uwzględnić wszystkich
składników matrycy, a oszacowane ich stężenia różnią się od prawdziwych zawartości.
Niemniej jednak, uwzględnienie głównych składników oraz silnych interferentów okazuje
się na ogół wystarczające do uzyskania kalibracji zapewniającej dokładne wyniki.
W przeciwnym razie należy zastosować np. metodę dodatków wzorca.
Zależność kalibracyjną najczęściej wykreśla się w układzie współrzędnych sygnał ~
stężenie oznaczanego pierwiastka we wzorcu, lub oblicza parametry funkcji i przedstawia
w formie matematycznego równania. Najczęściej stosowane są przybliżenia prostoliniowe,
ale dopuszczalne są również inne zależności funkcyjne.
3
Zakład Chemii Analitycznej
2.
Metoda dodatków wzorca
Metoda dodatków wzorca jest metodą ekstrapolacyjną, która dzięki wykorzystaniu do
sporządzenia wzorców i wyznaczenia zależności kalibracyjnej porcji roztworu oryginalnej
próbki pozwala uzyskać dokładne wyniki w obecności interferentów o nieznanym rodzaju,
ilości i mechanizmie działania. Efektywna kompensacja efektów matrycowych
(multiplikatywnych) zachodzi jednak tylko wtedy, gdy zachowane jest stałe stężenie
interferentów. Metoda nie umożliwia kompensacji efektów addytywnych i daje poprawny
wynik jedynie wówczas, gdy sygnał analityczny ma wartość zero w przypadku tzw. ślepej
próby.
Podstawowym ograniczeniem metody dodatków jest to, że stężenie wyznaczane jest na
drodze ekstrapolacji. W takim przypadku precyzja oznaczenia jest mniejsza, a dokładność
zależy z jednej strony od dokładności dopasowania funkcji kalibracyjnej, z drugiej od jej
przebiegu w obszarze ekstrapolacji – na ogół przebiegu tego nie znamy i zakładamy, że jest
on prostoliniowy (w szczególnych przypadkach można zastosować inny model).
Zastosowanie metody dodatków wraz ze szczegółową dyskusją jej zalet i ograniczeń
opisano w [1]. Szczegółowy sposób przygotowania wzorców dla tej metody kalibracji
zostanie podany w części „Sposób wykonania”
Jak wspomniano wyżej, w obu wymienionych metodach kalibracji najczęściej do opisu
zależności sygnał – stężenie analitu stosuje się przybliżenie prostoliniowe ograniczając
zakres roboczy. Na parametry otrzymanej prostej kalibracyjnej, a zatem i na odczytane
(obliczone) z niej wyniki (na błędy oznaczenia) ma wpływ szereg czynników związanych z
doborem liczby wzorców, liczby odczytów czy rozmieszczeniem wzorców
w badanym zakresie stężeń. Parametry te dobierane są tak, aby zależność kalibracyjna,
a następnie wyznaczone z niej stężenie analitu były obarczone jak najmniejszym błędem
przypadkowym [1] – małą niepewnością.
Zagadnienia te omówimy poniżej. Niech prostą sygnał – stężenie analitu ilustruje rysunek.
y
N
MN
L
0

M
= tg 
b=
LM
a
b
x
Parametry prostej b i a

y bx a
(2)
4
Zakład Chemii Analitycznej
wyznaczane najczęściej metodą najmniejszych kwadratów obarczone są błędami
przypadkowymi. Dla wyrazu wolnego najczęściej ustala się wartość „0” w tak zwanym
procesie „zerowania przyrządu”, jednak wartość ta obarczona jest takim samym błędem jak
wyraz a., Błędy te wyznacza się z rozrzutu sygnałów wokół prostej regresji. Jeżeli wariancję
rozrzutu zdefiniujemy wzorem:
^
 (yi - y)2
s02 =
(3)
i
m-2
to wariancje obu współczynników równania można przedstawić wzorami:
s0  xi2
sa2 =
s02
i
m
i
sb2 =
(4)
xi2
2
- ( xi)
i
_
(5)
 (xi - _x)
2
i

We wzorach tych m oznacza liczbę wzorców, yi sygnał odczytany dla i-tego wzorca, y sygnał
obliczony z równania kalibracyjnego dla wzorca o stężeniu xi, xi stężenie i-tego wzorca,
_
x - średnie stężenie wzorców.
Należy tu przypomnieć, że miarą błędu przypadkowego jest odchylenie standardowe, a więc
pierwiastek kwadratowy z wariancji.
Z powyższych równań wynika, że
 im mniejsza wartość s0, tym mniejszy błąd przypadkowy i sa i sb,
 aby błąd współczynnika kierunkowego prostej kalibracyjnej (sb) był mały, należy
stosować wzorce o szerokim zakresie zmienności stężenia.
Stosując empirycznie wyznaczoną funkcję kalibracyjną w celu wyznaczenia stężenia
analitu popełnia się błąd przypadkowy wynikający zarówno z błędu samego pomiaru
sygnału, jak i błędów parametrów a i b. Na ogół zakłada się, że błąd sporządzenia wzorców
jest znikomo mały w porównaniu z błędami przypadkowymi pomiaru sygnału, jednak
w szczególnych przypadkach tak nie jest i przy szacowaniu niepewności należy uwzględnić
także niepewność sporządzenia wzorców.
Błąd przypadkowy odczytu stężenia z krzywej kalibracyjnej określa wzór
s
s 0
b
1 1
( yk  yśr ) 2
 
n m b 2  ( xi2  m  xśr 2 )
(6)
i
We wzorze tym n oznacza liczbę zarejestrowanych wartości sygnałów dla każdego z m
wzorców, yśr oznacza średni sygnał dla wzorców, a yk średni sygnał dla próbki.
5
Zakład Chemii Analitycznej
Z powyższego wzoru wynikają następujące wnioski, co do wartości błędu przypadkowego
oznaczenia:
 błąd ten jest tym mniejszy, im mniejszy rozrzut sygnałów wokół prostej regresji,
 błąd wyznaczenia wielkości x (stężenie lub zawartość) jest tym mniejszy, im większy
jest kąt nachylenia prostej kalibracyjnej tzn. im większa jest czułość oznaczenia,
 błąd jest tym mniejszy, im więcej wzorców m zastosowano do sporządzenia wykresu
kalibracyjnego,
 błąd maleje ze wzrostem liczby pomiarów n, dla każdego z punktów wykresu,
 błąd wyznaczenia wielkości x z wykresu kalibracyjnego, zależy od rozmieszczenia
wartości xi dla wzorców względem średniej ogólnej x,
 błędy te są różne w różnych fragmentach wykresu kalibracyjnego,
 przy równych przyrostach x we wzorcach, minimum błędu jest w środkowej części
wykresu kalibracyjnego,
Błąd przypadkowy oznaczenia zależy również od precyzji pomiaru sygnału dla próbki.
Na błędy systematyczne wpływają: dokładność sporządzenia wzorców, uwzględnienie
efektów interferencyjnych, a również sposób konstrukcji (dopasowania) prostej, a zwłaszcza
uwzględnianie lub odrzucanie tzw. wyników wątpliwych [1].
Kalibracja, w tym badania i eliminacji efektów interferencyjnych, oraz ocena prostych
kalibracyjnych są podstawą niniejszego ćwiczenia. Zagadnienia zostaną zilustrowane na
przykładzie oznaczania wapnia w próbkach wód metodą płomieniowej atomowej
spektrometrii absorpcyjnej.
Oznaczanie techniką płomieniowej atomowej spektrometrii absorpcyjnej [2-4]
Atomowa spektrometria absorpcyjna (AAS) i emisyjna (OES) mają szerokie
zastosowania analityczne od wielu lat. Pozwalają one na oznaczenie ok. 70 pierwiastków
metalicznych, a po zastosowaniu specjalnych procedur również niektórych niemetali,
w bardzo wielu rodzajach materiałów. Zastosowanie tych technik na ogół wymaga
przeprowadzenia próbek do roztworu, chociaż znane są przykłady bezpośredniego
analizowania próbek stałych czy wprowadzania ich do układu pomiarowego w postaci
zawiesiny. W próbkach można oznaczać zarówno składniki śladowe, składniki poboczne,
a nawet składniki główne, szybko, z dużą precyzją i czułością (różną jednak dla różnych
pierwiastków) i wysoką selektywnością.
Sygnał analityczny – absorbancja - w technice AAS, opisywany jest zależnością
podobną do prawa Lamberta-Beera, dobrze znanego z metody spektrofotometrycznej. Można
wyrazić go równaniem:
Ai = i l Ni
gdzie: Ai – absorbancja i-tego pierwiastka, l – długość drogi absorpcji, Ni – liczba wolnych
atomów i-tego pierwiastka w strefie absorpcyjnej, i – współczynnik proporcjonalności.
Stężenie (liczba) wolnych atomów w strefie absorpcji jest proporcjonalne do ich
stężenia w roztworze (ci), co można zapisać:
Ni = ri ci,
6
Zakład Chemii Analitycznej
Współczynnik proporcjonalności ri jest tu złożoną funkcją (również często nieliniową)
i zależy od wielu parametrów związanych ze składem roztworu i jego fizykochemicznymi
właściwościami, procedurą atomizacji, typem, składem i temperaturą płomienia. Dlatego
można go zmieniać optymalizując wymienione parametry np. pod kątem uzyskania
oczekiwanej czułości. Współczynnik ten zmienia się również w wyniku dodawania do próbki
substancji specjalnych, modyfikujących jej wybrane parametry.
W ustalonych warunkach pomiarowych współczynnik ri ma stałą wartość.
Zależność funkcyjną absorbancji od stężenia oznaczanego pierwiastka w roztworze:
A = ai l ci,
gdzie ai – stała obejmująca współczynniki i i ri, należy wyznaczyć eksperymentalnie na
drodze kalibracji.
Jak wspomniano wyżej, atomowa spektrometria absorpcyjna jest metodą wysoce
selektywną, i w oznaczeniu wielu pierwiastków w różnych próbkach, w szczególności
w wodzie, efekty interferencyjną są znikome. Istnieją jednak interferencje charakterystyczne
dla poszczególnych technik atomizacji oraz określonych grup analitów i składników
przeszkadzających. Dlatego też zapoznanie się z typowymi interferencjami w AAS,
a zwłaszcza w technice płomieniowej (z atomizacją w płomieniu) jest istotne ze względu na
jej olbrzymią popularność i zastosowania w oznaczaniu wielu pierwiastków w różnych typach
materiałów.
Efekty interferencyjne w AAS można podzielić na: efekty spektralne, fizykochemiczne
i chemiczne. Ponieważ wywierają one wpływ na wielkość sygnału analitycznego, należy je w
badaniach wstępnych wykryć, a następnie wyeliminować lub zminimalizować na drodze
odpowiedniej procedury kalibracyjnej (efekty matrycowe), stosując metody korekcji tła
(niespecyficzna absorpcja cząsteczkowa) oraz dobór takich warunków atomizacji jak
temperatura i skład płomienia.
ZAGADNIENIA DO KOLOKWIUM
1. Co to jest kalibracja metody (procedury) analitycznej – jakie są metody kalibracji?,
2. Kalibracja metodą serii wzorców – obszar zastosowań i zasada przeprowadzenia
kalibracji,
3. Kalibracja metodą dodatków wzorca – obszar zastosowań i zasada przeprowadzenia
kalibracji,
4. Zasady optymalnego dopasowania prostych kalibracyjnych – metoda „na oko”, metoda
regresji i metoda pojedynczej mediany,
5. Co to jest dokładność – jakie elementy kalibracji rzutują na dokładność,
6. Od czego zależy precyzja (niepewność) oznaczeń – jakie elementy kalibracji i jak rzutują
na precyzję,
7. Co to jest czułość, granica oznaczalności – jakie elementy wyznaczane w kalibracji
wyrażają czułość (w zależności od sposobu wyznaczenia),
8. Zasada atomowej spektrometrii absorpcyjnej – postawy teoretyczne, specyficzność,
zależność absorbancji od parametrów oznaczania,
7
Zakład Chemii Analitycznej
9. Budowa i działanie spektrometru do płomieniowej atomowej spektrometrii absorpcyjnej
(FAAS) – schemat blokowy, podstawy działania poszczególnych układów,
10. Metody atomizacji – krótka charakterystyka,
11. Interferencje spektralne w FAAS – efekty interferencyjne i sposoby ich eliminacji
12. Interferencje matrycowe w FAAS – efekty chemiczne i fizykochemiczne oraz sposoby ich
eliminacji.
LITERATURA
1. Praca zbiorowa pod redakcją E. Szczepaniec-Cięciak i P. Kościelniaka, Chemia
środowiska, ćwiczenia i seminaria, cz. 2, Wydawnictwo Uniwersytetu Jagiellońskiego,
Kraków 1999, rozdział 6.2.
2. W. Szczepaniak, Metody instrumentalne w analizie chemicznej, PWN, Warszawa 1996,
rozdział 8, lub PWN, Warszawa 2002, rozdział 7
3. Praca zbiorowa pod redakcją E. Bulskiej i K. Pyrzyńskiej, Spektrometria atomowa,
Możliwości analityczne, MALAMUT, Warszawa 2007. Rozdział 4.
CZĘŚĆ DOŚWIADCZALNA
CEL ĆWICZENIA





Zapoznanie się z kalibracją oznaczeń metodami serii wzorców i dodatków wzorca,
Ocena błędów wyznaczenia prostych kalibracyjnych i błędów oznaczeń,
Ocena błędów oznaczeń z wykorzystaniem różnych metod przygotowania wzorców,
Zapoznanie się z budową i działaniem płomieniowego spektrometru AAS,
Wykonanie oznaczeń wapnia w próbkach wody do picia.
PRZYRZĄDY, NACZYNIA I ODCZYNNIKI
 Płomieniowy spektrometr atomowej absorpcji, wyposażony w lampę z katodą
wnękową do oznaczania wapnia oraz palnik do płomienia: powietrze-acetylen,
 kolby miarowe o pojemności 10, 25, 50 i 100 ml,
 automatyczna pipeta regulowana w zakresie 1-5 ml,
 mikropipeta o pojemności 100, 200 l,
 wzorcowy roztwór podstawowy wapnia o stężeniu 1,000 g/l Ca.
 wzorcowy roztwór podstawowy krzemu o stężeniu 1,000 g/l Si.
 roztwór buforu lantanowego o stężeniu 20,0 g/L La.
 woda dejonizowana.
8
Zakład Chemii Analitycznej
SPOSÓB WYKONANIA
1.
Przygotowanie roztworów i oznaczenia wapnia w wodzie stosując kalibrację metodą
serii wzorców
Roztwory do kalibracja metodą serii wzorców (1)


Z podstawowego roztworu wzorcowego wapnia o stężeniu 1 mg/ml Ca, należy
przygotować roztwór pośredni o stężeniu 50 g/mL Ca.
Z roztworu pośredniego należy sporządzić, w kolbach miarowych roztwory wzorcowe
zawierające wapń w następujących stężeniach: 1,0; 2,0; 3,0; 4,0 i 5,0 g/mL. Należy
obliczyć jakie objętości roztworu pośredniego należy wprowadzić do kolb dla
sporządzenia poszczególnych wzorców.
Roztwory w kolbach rozcieńcza się i uzupełnia do kreski wodą dejonizowaną.
Próbki wody do picia

Próbkę wody do picia (1) pobiera się wprost z wodociągu do kolby miarowej o
pojemności 100 mL. W próbce tej wstępnie mierzy się absorbancję wapnia.
W razie potrzeby (zbyt dużego sygnału – powyżej zakresu kalibracji) porcję próbki należy
odpowiednio rozcieńczyć wodą dejonizowaną.

Z próbki wody (1) należy przygotować:
 próbkę wody do picia (2) przez rozcieńczenie wodą dejonizowaną próbki (1) tak, aby
stężenie wapnia mieściło się w skali wzorców. W próbce tej oznacza się wapń (C1).
 próbkę wody do picia (3) przez rozcieńczenie wodą dejonizowaną próbki (1) tak samo
jak wyżej jednak przed rozcieńczeniem wprowadzając dodatek interferenta
(wzorcowy roztworu krzemu w objętości wskazanej przez asystenta) i rozcieńcza do
kreski. W próbce tej oznacza się wapń (C2).
Różnica C2 – C1 podzielona przez C1 określa względny błąd oznaczenia wapnia
w obecności krzemu
2.
Wykonanie pomiarów
Przed przystąpieniem do pomiarów należy ustalić parametry aparaturowe spektrometru AAS,
umożliwiające oznaczenie wapnia w pobranej próbce. Składają się na to następujące elementy
możliwe do ustalenia z poziomu oprogramowania:
a) prąd lampy z katodą wnękową do oznaczania wapnia – rekomendowana wartość 7 mA,
b) długości fali charakterystycznej dla wapnia – rekomendowana długość 422,7 nm.
Pomiary należy wykonać w następujący sposób:
a) zapalić płomień (poprzez odpowiednią ikonę w oprogramowaniu) i sprawdzić jego kształt
oraz kolor (kolor powinien być niebieski),
b) wprowadzić do płomienia wodę dejonizowaną i wyzerować wartość absorbancji;
c) wprowadzić do płomienia roztwór wzorcowy lub próbkę i po chwili uruchomić odczyt
sygnału – uzyskana wartość jest wielkością średnią z zadanego czasu uśredniania sygnału,
d) zanotować uzyskaną absorbancję.
9
Zakład Chemii Analitycznej
Czynności a) - c) wykonuje się w odniesieniu do każdego roztworu wzorcowego i dla każdej
próbki, powtarzając w seriach co najmniej trzykrotnie.
Uwaga: Technika płomieniowej atomowej spektrometrii absorpcyjnej jest technika
oznaczania śladów. Roztwory odpadowe powstające w tym ćwiczeniu zawierają niewielkie
ilości wapnia i można je wylać do zlewu.
3.
Przygotowanie roztworów do kalibracji metodą dodatków wzorca i kalibracji metodą
serii wzorców z dodatkiem buforu spektralnego oraz oznaczenia wapnia w wodzie
3.1 Roztwory do kalibracji i oznaczenia metodą dodatków wzorca
 Wykorzystując roztwór próbki (3) należy sporządzić trzy kolejne roztwory – jeden bez
dodatku wzorca i 2 z rosnącymi dodatkami np. w podany sposób:
 odmierzyć 5 mL próbki (3) do kolbki o poj. 10 mL i rozcieńczyć wodą
demineralizowaną do kreski (roztwór 0 – bez dodatku)
 Odmierzyć 5 mL próbki do kolbki o poj. 10 mL, dodać 0,2 mL pośredniego roztworu
wzorcowego Ca i rozcieńczyć wodą demineralizowaną do kreski (roztwór 1)
 Odmierzyć 5 mL próbki do kolbki o poj. 10 mL dodać 0,4 mL pośredniego roztworu
wzorcowego Ca i rozcieńczyć wodą demineralizowaną do kreski (roztwór 2)
Oznaczyć metodą dodatków wzorca stężenie w roztworze O. Aby uzyskać stężenie C3,
wartość tak wyznaczonego stężenia należy, w naszym przypadku, przemnożyć x 2.
Różnica C3 – C1 podzielona przez C1 określa względny błąd oznaczenia metodą
dodatków wzorca.
3.2 Roztwory do kalibracja metodą serii wzorców z dodatkiem buforu lantanowego (2)

Z pośredniego roztworu wzorcowego o stężeniu 50 g/mL należy sporządzić, w kolbach
miarowych, roztwory wzorcowe zawierające wapń w następujących stężeniach: 1,0; 2,0;
3,0; 4,0 i 5,0 g/mL oraz 0,4 g/L La.

Z próbki wody (1) należy przygotować:
 próbkę wody do picia (4) przez rozcieńczenie wodą dejonizowaną próbki (1)
wprowadzając jednak tym razem przed rozcieńczeniem do kreski dodatek interferenta
(wzorcowy roztworu krzemu w objętości wskazanej przez asystenta tak samo jak
wcześniej) oraz bufor lantanowy. W próbce tej oznacza się wapń (C4) korzystając z
wzorców przygotowanych jak podano wyżej.
Różnica C4 – C1 podzielona przez C1 określa względny błąd oznaczenia
Roztwory w kolbach rozcieńcza się i uzupełnia do kreski wodą demineralizowaną.
Pomiary należy przeprowadzić zgodnie z opisem w punkcie 2 (a-c)
10
Zakład Chemii Analitycznej
OPRACOWANIE WYNIKÓW
Ocena wpływu powtarzalność pomiaru na parametry prostej kalibracyjnej (dla I serii)
4.1 Obliczyć średnie wartości absorbancji dla każdego roztworu wzorcowego pierwszej serii,
4.2 Na podstawie wyników dla wszystkich wzorców (uwzględniając również „0”) obliczyć
parametry równań prostych i ich błędy.
4.3 Obliczyć parametry prostej z uwzględnieniem wzorców 1 - 5, jednak bez wzorca o
stężeniu 0,
4.4 Obliczyć parametry prostej z uwzględnieniem wzorca o stężeniu 0 i o najwyższym
stężeniu.
4.5 Dla próbki wody (2) obliczyć średnią absorbancję, stężenie, odchylenie standardowe
średniej i odchylenie standardowe wynikające z błędów przypadkowych kalibracji.
4.6 Na podstawie średniej absorbancji próbki wody (2) obliczyć stężenia stosując również
funkcje kalibracyjne (pp. 4.3 i 4.4).
Optymalne dopasowanie zależności kalibracyjnych do danych pomiarowych dla wzorców
4.7. Wyznaczyć parametry prostej na podstawie wyników uzyskanych w p.1 dopasowując
ją:
a) „na oko” (do punktów naniesionych na papier milimetrowy),
b) metodą pojedynczej mediany [1],

Porównać parametry obliczone metodą najmniejszych kwadratów z parametrami
wyznaczonymi w pp a) i b).
Ocena błędu oznaczenia w obecności interferenta i efektywności eliminacji tego błędu z
zastosowaniem użytych metod kalibracji.
4.8 Obliczyć błędy oznaczenia w roztworach z interferentem (przy założeniu że wartość
uzyskana dla próbki bez interferenta jest stężeniem prawdziwym) przy zastosowaniu
kalibracji metodą serii wzorców z użyciem:
 prostych roztworów wzorcowych (seria I),
 roztworów z dodatkiem buforu (seria II, p. 3.2)
oraz metodą dodatków wzorca p. 3.1.
Na podstawie otrzymanych rezultatów należy wyciągnąć wnioski w odniesieniu do
następujących zagadnień:
a. wpływu precyzji sporządzenia wzorców i pomiaru sygnału oraz położenia sygnału
próbki względem wzorców na precyzję oznaczenia,
b. wpływu braku uwzględnienia wzorca „0” – ślepej próby na położenie prostej, oraz na
wyniki oznaczenia,
c. wpływu wykorzystania do kalibracji tylko „ślepej próby” i wybranego wzorca
d. wpływu sposobu dopasowania prostej do sygnałów dla wzorców na jej parametry i
wyniki oznaczeń,
e. dokładność oznaczeń w obecności interferentów, przy zastosowaniu różnych sposobów
kalibracji.
11