Laboratorium Podstaw Biofizyki 1

Laboratorium Podstaw Biofizyki Adsorpcja błękitu metylenowego na węglu aktywnym w obecności fuksyny zasadowej 1 CEL ĆWICZENIA
Celem ćwiczenia jest zbadanie procesu adsorpcji barwnika z roztworu oraz wyznaczenie
równania izotermy Freundlicha.
ZAKRES WYMAGANYCH WIADOMOŚCI I UMIEJĘTNOŚCI:
widmo absorpcyjne, prawo Lamberta-Beera, zjawisko adsorpcji (adsorpcja fizyczna i
chemisorpcja, najczęściej stosowane adsorbenty, adsorpcja z roztworów), równanie izotermy
Freundlicha, równowaga adsorpcyjna, adsorpcja i chromatografia, węgiel aktywny –
zastosowanie oraz działanie z uwzględnieniem procesów biologicznych.
ODCZYNNIKI, MATERIAŁY I URZĄDZENIA:
błękit metylenowy – roztwór 0.5 mM
fuksyn zasadowa – roztwór 0.5 mM
węgiel aktywny w postaci czystego zgranulowanego węgla
Spektrofotometr z możliwością badania widma w zakresie widzialnym
Statyw na probówki x2
Probówki x26
Waga laboratoryjna + naczynko wagowe x5
Pipeta automatyczna 0.1-1 ml x2
Pipeta automatyczna 20-200 µl
Pipeta szklana 10 ml x2
Końcówki do pipet automatycznych
Kuweta polistyrenowa x6
Stojak na kuwety x2
Zlewka szklana 100 ml x2
Zlewka 250 ml x1
Naciągaczka do pipet szklanych
WYKONANIE ĆWICZENIA:
BADANIE ZJAWISKA ADSORPCJI BARWNIKÓW NA WĘGLU AKTYWNYM:
1. Do 6 probówek przenieść po 1 ml roztworu wyjściowego błękitu metylenowego i
fuksyny zasadowej i rozcieńczyć 8-krotnie wodą destylowaną.
2. Zebrać widmo powstałych roztworów względem wody destylowanej i odczytać
wartość absorbancji dla długości fali 542 nm i 664 nm. Wyniki zapisać w tabeli 1.
3. Do 6 kolejnych probówek przenieść po 16 ml wody destylowanej – będzie to próba
odniesienia podczas pomiarów absorbancji.
4. Równolegle przygotować 2 serie po 6 porcji węgla aktywnego, każda porcja powinna
zawierać o 1 porcję (granulkę) czystego węgla więcej (1, 2, 3, 4, 5 i 6 granulek w
kolejnych probówkach). Po przygotowaniu, zważyć każdą porcję, wyniki zapisać w
tabeli 1. Masa granulek pomiędzy seriami nie powinna się różnić o więcej niż 10%.
5. Porcje węgla aktywnego z pierwszej serii wsypać do 6 probówek roztworu barwników
przygotowanych w punkcie 1, a drugą serię wsypać do probówek z wodą
przygotowaną w punkcie 3.
6. Probówki z roztworem i wodą destylowaną wytrząsać 45 min.
7. Do kuwet pomiarowych przelać po około 3 ml roztworu mieszaniny barwników i oraz
wody przygotowanej w punkcie 3.
Laboratorium Podstaw Biofizyki Adsorpcja błękitu metylenowego na węglu aktywnym w obecności fuksyny zasadowej 1 8. Odczytać wartość absorbancji próbki dla długości fali 542 nm i 664 nm względem
wody pobranej z probówki zawierającej węgiel aktywny. Wynik zapisać w tabeli 1.
Pomiar powtórzyć dla wszystkich 6 porcji węgla pamiętając o tym, aby odniesieniem
była woda zawierająca taką samą porcję węgla co próbka badana.
UWAGA: Procedury od 9 - 16 mogą być wykonywane równolegle z procedurami 1-8.
W zależności od grupy, do tej części zadania, należy przygotować roztwór albo błękitu
metylenowego albo fuksyny zasadowej (zgodnie z zaleceniem prowadzącego).
9. Do 6 probówek przenieść po 1 ml roztworu wyjściowego barwnika i rozcieńczyć go
16-krotnie wodą destylowaną.
10. Odczytać wartość absorbancji dla długości fali 542 nm lub 664 nm (w zależności od
barwnika). Wyniki zapisać w tabeli 2.
11. Do 6 probówek przenieść po 16 ml wody destylowanej – będzie to próba odniesienia
podczas pomiarów absorbancji.
12. Równolegle przygotować 2 serie po 6 porcji węgla aktywnego, każda porcja powinna
zawierać o 1 porcję (granulkę) czystego węgla więcej (1, 2, 3, 4, 5 i 6 granulek w
kolejnych probówkach). Po przygotowaniu, zważyć każdą porcję, wyniki zapisać w
tabeli 2. W jednej serii masa granulek nie powinna się różnić o więcej niż 10%.
13. Porcje węgla aktywnego z pierwszej serii wsypać do 6 probówek roztworu barwnika
przygotowanych w punkcie 9, a drugą serię wsypać do probówek z wodą
przygotowaną w punkcie 11.
14. Probówki z roztworem i wodą destylowaną wytrząsać 45 min.
15. Do kuwet pomiarowych pobrać po około 3 ml roztworu barwników oraz wody
destylowanej.
16. Odczytać wartość absorbancji dla długości fali 542 nm i 664 nm względem wody
pobranej z probówki zawierającej węgiel aktywny. Wynik zapisać w tabeli 2. Pomiar
powtórzyć dla wszystkich 6 porcji węgla pamiętając o tym, aby odniesieniem była
woda zawierająca taką samą porcję węgla co próbka badana.
PRZYGOTOWANIE
KRZYWYCH
KALIBRACYJNYCH
METYLENOWEGO ORAZ FUKSYNY ZASADOWEJ:
DLA
BŁĘKITU
1. Pobrać 1 ml roztworu błękitu metylenowego i rozcieńczyć go 8-krotnie
2. Zebrać widmo barwnika względem wody w zakresie 450-800 nm oraz odczytać
wartość absorbancji dla długości fali 664 nm.
3. Roztwór rozcieńczyć i ponownie zmierzyć absorbancję. Czynność powtórzyć aby
otrzymać minimum 5 punktów pomiarowych. Wyniki zapisać w tabeli 3.
UWAGA: Punkty na krzywej kalibracyjnej powinny być równomiernie od siebie oddalone.
4. Analogicznie wykonać serię pomiarów absorbancji dla roztworów fuksyny zasadowej.
Absorbancję odczytywać w tym przypadku dla długości fali 542 nm.
Po zakończonych pomiarach należy uporządkować stanowisko pracy i umyć
wykorzystywany sprzęt laboratoryjny.
Laboratorium Podstaw Biofizyki Adsorpcja błękitu metylenowego na węglu aktywnym w obecności fuksyny zasadowej 1 PROTOKÓŁ Z POMIARÓW. Autorzy:
Tabela 1. Masy użytego adsorbenta oraz wyniki pomiarów absorbancji barwników przed i po
dodaniu adsorbenta.
Masa węgla aktywnego Absorbancja początkowa Absorbancja końcowa
Lp.
A(0)FZ
A(0)BM
A(k)FZ
A(k)BM
mi [g]
mii [g]
1
2
3
4
5
6
Średnia
X
X
X
X
Odchylenie
X
X
X
X
standardowe
gdzie: ABM - absorbancja roztworu błękitu metylenowego przy 664 nm
AFZ - absorbancja roztworu fuksyny zasadowej przy 554 nm
Tabela 2. Masy użytego adsorbenta oraz wyniki pomiarów absorbancji barwnika przed i po
dodaniu adsorbenta.
Masa węgla aktywnego
Absorbancja
Absorbancja
Lp.
początkowa
końcowa
mi [g]
mii [g]
(λ=
)
(λ=
)
1
2
3
4
5
6
Średnia
X
X
X
Odchylenie
X
X
X
standardowe
Tabela 3. Wyniki pomiarów absorbancji błękitu metylenowego (BM) i fuksyny zasadowej
(FZ) przy różnych stężeniach ich roztworów.
ABM
CFZ [mol/dm3]
AFZ
Nr. pomiaru
CBM [mol/dm3]
1.
2.
3.
4.
5.
…
gdzie: C - stężenie barwnika w roztworze
ABM - absorbancja roztworu błękitu metylenowego przy 664 nm
Laboratorium Podstaw Biofizyki Adsorpcja błękitu metylenowego na węglu aktywnym w obecności fuksyny zasadowej 1 AFZ - absorbancja roztworu fuksyny zasadowej przy 554 nm
OPRACOWANIE WYNIKÓW:
1. Obliczyć stężenie molowe roztworu błękitu metylenowego oraz fuksyny zasadowej
po 8- krotnym rozcieńczeniu.
2. Wykonać krzywe kalibracyjne dla obu roztworów barwników.
3. W oparciu o krzywe kalibracyjne dla obu barwników i pomiary absorbancji obliczyć
stężenie molowe błękitu metylenowego i fuksyny w mieszaninie barwników dla
wszystkich badanych próbek.
4. Sporządzić tabelę.
Tabela 4. Wyniki pomiarów izotermy Freundlicha
C(0)FZ
C(0)BM
C(k)FZ
C(k)BM
a
Lp.
[mol/dm3] [mol/dm3] [mol/dm3] [mol/dm3]
…
gdzie:
BM – błękit metylenowy,
FZ – fuksyna zasadowa,
C(0) – początkowe stężenie barwnika (przed wprowadzeniem węgla),
C(k) – stężenie końcowe barwnika (po adsorpcji),
a – ilość zaadsorbowanego barwnika wyrażona w molach na 1 kg węgla,
a=
(C (0) − C (k ))V
mii
V – objętość roztworu [dm3]
5. Wykorzystując równanie Freundlicha, porównać proces adsorpcji barwnika na węglu
aktywnym względem adsorpcji tego barwnika w obecności drugiego barwnika.
a = kc n
a - ilość moli zaadsorbowanej substancji na 1 kg adsorbentu,
c - stężenie substancji w równowadze z substancją zaadsorbowaną na węglu
(końcowe),
k, n - stałe
6. Sporządzić wykres log(a) = f(log(cki)) i wyliczyć wartości k i n dla obu barwników.
Rysunek 1. Wykres ilustrujący zlogarytmowaną postać izotermy Freundlicha.
7. Podać parametry prostych dopasowanych do danych eksperymentalnych.
8. Wykorzystując wiedzę literaturową przeprowadzić analizę procesu adsorpcji
barwnika na węglu aktywnym.
Laboratorium Podstaw Biofizyki Adsorpcja błękitu metylenowego na węglu aktywnym w obecności fuksyny zasadowej 1 Literatura:
[1] P. Atkins., Chemia fizyczna, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2001
[2] A. Olszowski, Doświadczenia fizykochemiczne, Oficyna Wydawnicza Politechniki
Wrocławskiej, Wrocław 2004
Opracowali:
mgr Sylwia Wiśniewska–Kubka i mgr inż. Artur Wrona pod opieką dr hab. Krystiana Kubicy
Edytował:
mgr inż. Jan Procek