Analiza środowiskowa, żywności i leków

Analiza środowiskowa, żywności i leków
CHC 023017 l
Ćwiczenie 1: Analiza próbek pochodzenia roślinnego - metale; analiza statystyczna
Dobra Praktyka Laboratoryjna w analizie śladowej
Oznaczanie całkowitych zawartości wybranych pierwiastków głównych (Ca, Mg)
i śladowych (Ba, Cu, Fe, Mn, Ni, Zn) w materiale roślinnym z zastosowaniem atomowej
spektrometrii emisyjnej plazmy sprzężonej indukcyjnie (ICP-OES)
Przygotowanie badanego materiału do analizy
Wysuszony do masy powietrznie suchej materiał roślinny rozdrobnić
za pomocą moździerza agatowego.
Do trzech zlewek o pojemności 150-200 cm3 odważyć (z dokładnością
do 0,0001g) około 1 g próbki i dodać 20 cm3 stężonego kwasu azotowego(V).
W czwartej zlewce przygotować tzw. ślepą próbę. Zlewki przykryć szkiełkami
zegarkowymi i ogrzewać w łaźni piaskowej do całkowitego zaniku wydzielania się
tlenków azotu. Po odparowaniu do około 10 cm3, zawartość zlewek ostudzić, dodać
kolejną porcję (20 cm3) HNO3 i ponownie ogrzewać. Pod koniec mineralizacji,
roztwory ostudzić, dodać 5 cm3 30% nadtlenku wodoru i ogrzewać do odbarwienia
roztworu próbki (w razie potrzeby dodać kolejne porcje H2O2).
Po ostudzeniu, zawartość wszystkich zlewek (również ślepą próbę) przenieść
ilościowo do kolb miarowych o pojemności 50,00 cm3. Uzupełnić do kreski wodą
destylowaną. Po dokładnym wymieszaniu roztworów, zawartość kolb przenieść
do podpisanych pojemników polietylenowych, przesączając roztwory przez twarde
sączki, jeżeli w kolbach będzie osad.
Roztwory wzorcowe
Krzywą kalibracji należy wyznaczyć w oparciu o 5 wielopierwiastkowch
roztworów wzorcowych (0; 0,5; 1; 2 i 5 ppm), sporządzonych z roztworu wzorca
wielopierwiastkowego o stężeniu 1000 ppm, zakwaszone kwasem azotowym(V)
w taki sposób, aby stężenie kwasu w końcowym roztworze wynosiło ok. 4%.
Wyznaczenie zawartości pierwiastków w próbce
Oznaczenie pierwiastków przeprowadzone zostanie przy wykorzystaniu
sekwencyjnego spektrometru z indukcyjnie sprzężoną plazmą firmy Jobin Yvon
JY38S. Spektrometr wyposażony jest w monochromator pracujący w układzie CzernyTurnera oraz generator o częstotliwości 48,64 MHz i maksymalnej mocy wyjściowej
1,4 kW. Próbka podawana jest za pomocą pompki perystaltycznej (1,0 ml/min)
do nebulizera Meinharda umieszczonego w cyklonowej komorze mgielnej. Przepływy
gazu plazmowego i chłodzącego wynoszą odpowiednio 13 i 0,2 l/min (standardowe
parametry generowania plazmy). Rejestracja intensywności promieniowania przy
wybranych długościach fal odbywa się fotoelektrycznie przy wysokości obserwacji
12 mm nad cewką indukcyjną.
W oparciu o intensywności wybranych linii (patrz Tabela 1 zamieszczona
na następnej stronie) zarejestrowanych dla roztworów wzorcowych, próbek oraz
ślepych prób, wyznaczyć zawartości pierwiastków w mg/kg próbki.
1
Tabela 1. Wybrane spektralne linie analityczne oznaczanych pierwiastków
Pierwiestek
Dł. fali [nm]
Ba II
233,527
Ca II
317, 933
Cu I
324,754
Fe II
259,940
Mg II
280,270
Mn II
259,373
Ni II
221,647
Zn I
213,856
Zastosowanie testu t (Studenta) do porównania dwóch wartości średnich
otrzymanych dla Fe i Zn
Przed wykonaniem testu t (Studenta), należy zbadać czy odchylenia
standardowe obu serii nie różnią się istotnie. W tym celu, na podstawie testu
Snedecora (testu F) sprawdza się, czy obliczona na podstawie poniższego wzoru
wartość Fx nie jest większa od F (P = 0,95; f1, f2), gdzie: f1, f2 – liczby stopni swobody
(f = n – 1; n - liczba wyników).
Fx =
s12
s 22
gdzie:
s1, s2 - odchylenia standardowe obu serii wyników, s1 > s2
Do porównania dwóch wartości średnich (testu t) przystępujemy wówczas, gdy
spełniony jest warunek: Fx < F (P = 0,95; f1, f2).
Przy założeniu rozkładu normalnego, w oparciu o test t (Studenta) należy
sprawdzić, czy z prawdopodobieństwem P = 0,95 (dla poziomu istotności α = 0,05)
i dla liczby stopni swobody f, różnica między dwiema wartościami średnimi jest
nieistotna, tzn. czy spełniony jest warunek: tx < t (P = 0,95; f = f1 + f2),
Wartość tx należy obliczyć w oparciu o wzór:
tx =
x1 − x 2
s1, 2
gdzie:
2
n1 ⋅ n2
n1 + n2
x 1 , x 2 - wartości średnie dwóch serii wyników (otrzymane przez dwie grupy badające
ten sam materiał roślinny),
n1, n2 - liczby wyników,
s1,2 - odchylenie standardowe różnicy dwóch wartości średnich, obliczone ze wzoru:
s1, 2 =
s12 s 22
+
n1 n2
Uwaga!
Wartości krytyczne F i t (P = 95%, f1, f2) należy odczytać z tabeli zamieszczonych
na końcu instrukcji (Tabele 4 i 5).
Przedstawienie wyników
Zawartości poszczególnych pierwiastków w każdej próbce materiału badanego
X1, X2, X3 (w mg/kg) należy obliczyć w oparciu o krzywe wzorcowe wyznaczone
metodą regresji liniowej. Wyniki analizy przedstawić w tabeli (Tabela 2) w postaci
średniej arytmetycznej ( X ) wraz z odchyleniem standardowym (S), w postaci
mediany (Mx) oraz podać ich rozstęp (R). Na podstawie testu t (Studenta), dla Fe i Zn,
porównać wartości średnie ( X ), otrzymane przez dwie grupy badające ten sam
materiał roślinny. Wyniki przedstawić w formie tabeli (Tabela 3).
Sprawozdanie powinno obejmować analizę i omówienie wielkości
otrzymanych rozstępów wyników, różnic wynikających ze sposobu przedstawienia
wyników analizy (w postaci mediany oraz średniej arytmetycznej) oraz wnioski
dotyczące testowanych hipotez (test F i test t).
Tabela 2. Przykładowa tabela zawierająca: całkowite zawartości pierwiastków w próbkach
(X1, X2, X3), średnie arytmetyczne wraz z odchyleniami standardowymi ( X ± S), mediany
(Mx) oraz rozstępy wyników (R)
Pierwiastek
X1 , X2 , X3
[mg/kg]
X±S
Mx
R
Ca
Mg
Ba
Cu
Fe
Mn
Ni
Zn
Tabela 3. Przykładowa tabela zawierająca otrzymane wartości Fx i tx oraz wartości krytyczne
F i t (P = 0,95; f1, f2), odczytane z tablic dla odpowiednich stopni swobody f1 i f2
Pierwiastek
Fe
Fx
F (P = 0,95; f1,f2)
3
tx
t (P=0,95; f1,f2)
Zn
Zadania do wykonania - SPRAWOZDANIE:
1) przygotowanie próbki pochodzenia roślinnego do pomiaru metodą ICP-OES;
2) wyniki pomiarów intensywności promieniowania wybranych linii analitycznych
dla roztworów wzorcowych, ślepej próby i próbek po mineralizacji analizowanego
materiału;
3) analiza i opracowanie wyników:
a) wyznaczenie stężeń (w mg/kg) badanych pierwiastków w próbkach,
b) przedstawienie wyników w postaci średniej arytmetycznej wraz
z odchyleniem standardowym, w postaci mediany oraz określenie wartości
rozstępu wyników,
c) porównanie wartości średnich arytmetycznych dla Fe i Zn (test Studenta),
otrzymanych przez dwie grupy Studentów badające ten sam materiał roślinny,
d) proszę wskazać elementy dobrej praktyki laboratoryjnej (ang. Good
Laboratory Practice, GLP) zastosowane podczas wykonywania ćwiczenia
oraz zaproponować inne działania i sposoby postępowania, które można
(należy?) wprowadzić w celu uzyskania wiarygodnych, wysokiej jakości
oznaczeń (ta część sprawozdania - jako realizacja Ćwiczenia 1 - stanowi jego
integralną część, wpływając na zaliczenie ćwiczenia).
UWAGA !
Bardzo proszę w obliczeniach uwzględnić dane dotyczące ślepych prób, a końcowe
wyniki podać jako średnie arytmetyczne obliczone z danych dla wszystkich
przygotowanych prób.
LITERATURA:
1. Cygański A., Metody spektroskopowe w chemii analitycznej, Wydawnictwo
Naukowo-Techniczne, Warszawa 1997
2. Doerffel K., Statystyka dla chemików analityków, Wydawnictwo NaukowoTechniczne, Warszawa 1989
3. Miller J.C., Miller J. N., Statistics for analytical chemistry, Ellis Horwood, New
York 1996
4. Konieczka P., Namieśnik J., Ocena i kontrola jakości wyników pomiarów
analitycznych, Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa 2007
Tabela 4. Wartości krytyczne testu F (Snedecora) dla poziomu istotności α = 0,05
(wiersz górny) oraz α = 0,01 (wiersz dolny)
4
Tabela 5. Wartości krytyczne testu t (Studenta) dla poziomu istotności α = 0,05 oraz α = 0,01
5