Analytisk kjemi. Beregninger i kjemisk og instrumentell analyse: Lærebok

Metode for standarder (standardløsninger)

Ved bruk av enkeltstandardmetoden måles først størrelsen på det analytiske signalet (ved ST) for en løsning med kjent konsentrasjon av stoffet (Cst). Deretter måles størrelsen på det analytiske signalet (y x) for en løsning med ukjent konsentrasjon av stoffet (C x). Beregningen utføres i henhold til formelen

C x = C st × y x / y ST (2,6)

Denne beregningsmetoden kan brukes dersom analysesignalets avhengighet av konsentrasjon er beskrevet av en ligning som ikke inneholder et fritt ledd, dvs. ligning (2.2). I tillegg må konsentrasjonen av stoffet i standardløsningen være slik at verdiene av analysesignalene oppnådd ved bruk av standardløsningen og en løsning med ukjent konsentrasjon av stoffet er så nær hverandre som mulig.

La den optiske tettheten og konsentrasjonen av et bestemt stoff være relatert med ligningen A = 0,200C + 0,100. I den valgte standardløsningen er konsentrasjonen av stoffet 5,00 μg/ml, og den optiske tettheten til denne løsningen er 1,100. En løsning med ukjent konsentrasjon har en optisk tetthet på 0,300. Ved beregning ved bruk av kalibreringskurvemetoden vil den ukjente konsentrasjonen av stoffet være lik 1,00 μg/ml, og når den beregnes med én standardløsning vil den være 1,36 μg/ml. Dette indikerer at konsentrasjonen av stoffet i standardløsningen ble valgt feil. For å bestemme konsentrasjonen bør man ta en standardløsning hvis optiske tetthet er nær 0,3.

Hvis det analytiske signalets avhengighet av konsentrasjonen av et stoff er beskrevet ved ligning (2.1), er det å foretrekke ikke å bruke metoden til én standard, men metoden til to standarder (metode for å begrense løsninger). Med denne metoden måles verdiene av analytiske signaler for standardløsninger med to forskjellige konsentrasjoner av et stoff, hvorav den ene (C 1) er mindre enn den forventede ukjente konsentrasjonen (C x), og den andre (C 2) er større. Den ukjente konsentrasjonen beregnes ved hjelp av formlene

Cx = C 2 (y x - y 1) + C 1 (y 2 – y x) / y 2 - y 1

Den additive metoden brukes vanligvis i analysen av komplekse matriser, når matrisekomponentene påvirker størrelsen på det analytiske signalet og det er umulig å nøyaktig kopiere matrisesammensetningen til prøven.

Det finnes flere varianter av denne metoden. Ved bruk av beregningsmetoden for tilsetningsstoffer, måles først den analytiske signalverdien for en prøve med ukjent konsentrasjon av et stoff (y x). Deretter tilsettes en viss nøyaktig mengde av analytten (standarden) til denne prøven og verdien av det analytiske signalet (ext) måles på nytt. Konsentrasjonen av komponenten som bestemmes i den analyserte prøven beregnes ved hjelp av formelen

C x = C til6 y x / y ext – y x (2,8)

Når du bruker den grafiske metoden for tilsetningsstoffer, tas flere identiske porsjoner (alikvoter) av den analyserte prøven, og ingen tilsetning tilsettes til en av dem, og forskjellige nøyaktige mengder av komponenten som bestemmes tilsettes resten. For hver alikvot måles størrelsen på det analytiske signalet. Deretter konstrueres en graf som karakteriserer den lineære avhengigheten av størrelsen på det mottatte signalet av konsentrasjonen av additivet, og den ekstrapoleres til skjæringspunktet med abscisseaksen. Segmentet avskåret av denne rette linjen på abscisseaksen er lik den ukjente konsentrasjonen av stoffet som bestemmes.

Det skal bemerkes at formel (2.8) brukt i additivmetoden, så vel som den vurderte versjonen av den grafiske metoden, ikke tar hensyn til bakgrunnssignalet, dvs. det antas at avhengigheten er beskrevet ved likning (2.2). Standardløsningsmetoden og additivmetoden kan bare brukes hvis kalibreringsfunksjonen er lineær.

Standard tilsetningsmetoden er basert på det faktum at en nøyaktig del av analytten som er tilstede i kontrollblandingen tilsettes til en prøve av kontrollblandingen, og kromatogrammer av den opprinnelige kontrollblandingen og kontrollblandingen med standardtilsetningen tilsatt blir tatt.

Analysemetode. Omtrent 2 cm 3 av kontrollblandingen (800 mg) pipetteres over i en forhåndsveid kolbe med malt propp og veies, og deretter tilsettes ett av stoffene (100 mg) som er tilstede i kontrollblandingen (som anvist av læreren) ) og veid igjen.

Deretter tas kromatogrammer av den opprinnelige kontrollblandingen og kontrollblandingen med et standardtilsetningsstoff av komponenten som bestemmes. Arealet under toppen av den analyserte komponenten måles på kromatogrammer og analyseresultatet beregnes ved hjelp av formelen

, (1.6)

Hvor S X– areal under toppen av den analyserte komponenten i prøven;

S x+st– området under toppen av den analyserte komponenten i prøven etter innføring av standardtilsetningsstoffet i prøven MED st ;

MED(X) – konsentrasjon av den analyserte komponenten i prøven;

MED st– konsentrasjon av standard tilsetningsstoff for den analyserte komponenten, %:

Hvor m ext– masse av tilsetningsstoff, g;

m prøver – massen av den kromatograferte prøven, g.

Absolutt kalibreringsmetode (ekstern standardisering)

Den absolutte kalibreringsmetoden består av å konstruere en kalibreringsgraf av avhengigheten til det kromatografiske toppområdet ( S) på stoffinnholdet i den kromatografiske prøven ( m). En nødvendig betingelse er nøyaktigheten og reproduserbarheten av prøvedosering, og streng overholdelse av driftsmodusen til kromatografen. Metoden brukes når det er nødvendig å bestemme innholdet av kun individuelle komponenter i den analyserte blandingen, og derfor er det nødvendig å sikre fullstendig separasjon av kun toppene av stoffene som bestemmes fra nabotopper i kromatogrammet.

Flere standardløsninger av komponenten som bestemmes tilberedes, like mengder innføres i kromatografen, og topparealene bestemmes ( S 1 , S 2 , S 3). Resultatene presenteres grafisk (Figur 1.3).

Figur 1.3 – Kalibreringsgraf

Konsentrasjon Jeg komponenten i utvalget (%) beregnes ved hjelp av formelen

Hvor m prøver– massen av den kromatograferte prøven, g;

m Jeg- innhold Jeg komponent, funnet fra kalibreringsgrafen (se figur 1.3), g.

1.2.3 Blokkdiagram av en gasskromatograf

Blokkskjemaet til en gasskromatograf er vist i figur 1.4.

Figur 1.4 – Blokkdiagram av en gasskromatograf:

1 - sylinder med bæregass; 2 - tørke-, rengjøringssystem og enhet for regulering og måling av tilførselshastigheten for bæregass; 3 - enhet for prøveinnføring (dispenser); 4 - fordamper; 5 - kromatografisk kolonne; 6 - detektor; 7 – termostatiske soner ( T Og- fordampertemperatur, T Til - kolonnetemperatur, T d – detektortemperatur); 8 - kromatogram

En kromatografisk kolonne, vanligvis stål, er fylt med en fast bærer (silikagel, aktivert kull, rød murstein, etc.) med en påført stasjonær fase (polyetylenglykol 4000 eller annen modifikasjon, vaselin, silikonolje).

Temperaturen på fordampertermostaten er 150 °C, kolonnetemperaturen er 120 °C, og detektortermostaten er 120 °C.

Bæregass – inert gass (nitrogen, helium, etc.).

I én standard løsningsmetode måle verdien av det analytiske signalet (y st) for en løsning med kjent konsentrasjon av stoffet (C st). Deretter måles størrelsen på det analytiske signalet (y x) for en løsning med ukjent konsentrasjon av stoffet (C x).

Denne beregningsmetoden kan brukes dersom det analytiske signalets avhengighet av konsentrasjon er beskrevet av en lineær ligning uten friledd. Konsentrasjonen av stoffet i standardløsningen må være slik at verdiene av analysesignalene oppnådd ved bruk av standardløsningen og en løsning med ukjent konsentrasjon av stoffet er så nær hverandre som mulig.

I metode for to standardløsninger måle verdiene av analytiske signaler for standardløsninger med to forskjellige konsentrasjoner av et stoff, hvorav den ene (C 1) er mindre enn forventet ukjent konsentrasjon (C x), og den andre (C 2) er større.

eller

Metoden til to standardløsninger brukes hvis det analytiske signalets avhengighet av konsentrasjon er beskrevet av en lineær ligning som ikke går gjennom origo.

Eksempel 10.2.For å bestemme den ukjente konsentrasjonen av et stoff, ble to standardløsninger brukt: konsentrasjonen av stoffet i den første av dem er 0,50 mg/l, og i den andre - 1,50 mg/l. De optiske tetthetene til disse løsningene var henholdsvis 0,200 og 0,400. Hva er konsentrasjonen av et stoff i en løsning hvis optiske tetthet er 0,280?

Additiv metode

Den additive metoden brukes vanligvis i analysen av komplekse matriser, når matrisekomponentene påvirker størrelsen på det analytiske signalet og det er umulig å nøyaktig kopiere matrisesammensetningen til prøven. Denne metoden kan bare brukes hvis kalibreringsgrafen er lineær og går gjennom origo.

Ved hjelp av beregningsmetode for tilsetningsstoffer Først måles størrelsen på det analytiske signalet for en prøve med en ukjent konsentrasjon av stoffet (y x). Deretter tilsettes en viss nøyaktig mengde av analytten til denne prøven og verdien av analysesignalet (y ext) måles igjen.

Hvis det er nødvendig å ta hensyn til fortynning av løsningen

Eksempel 10.3. Startløsningen med en ukjent konsentrasjon av stoffet hadde en optisk tetthet på 0,200. Etter at 5,0 ml av en løsning med en konsentrasjon av samme substans på 2,0 mg/l ble tilsatt til 10,0 ml av denne løsningen, ble den optiske tettheten til løsningen lik 0,400. Bestem konsentrasjonen av stoffet i den opprinnelige løsningen.

= 0,50 mg/l

Ris. 10.2. Grafisk metode for tilsetningsstoffer

Metoden kan brukes i lineære områder av kalibreringskurven.

2.1. Multiple addisjonsmetode

Flere (minst tre) porsjoner av volum Vst introduseres i testløsningen, tilberedt som angitt i den private farmakopémonografien. løsning med en kjent konsentrasjon av ionet som bestemmes, og observerer tilstanden med konstant ionestyrke i løsningen. Mål potensialet før og etter hver tilsetning og beregn forskjellen ∆E mellom de målte

hvor: V – volum av testløsningen;

C er den molare konsentrasjonen av ionet som bestemmes i testløsningen;

Bygg en graf avhengig av volumet av additiv Vst. og ekstrapoler den resulterende rette linjen til den skjærer X-aksen. Ved skjæringspunktet uttrykkes konsentrasjonen av testløsningen til ionet som bestemmes ved ligningen:

hvor: V er volumet av prøven eller blindløsningen;

C er konsentrasjonen av ionet som bestemmes i testløsningen;

Vst. – tilsatt volum av standardløsning;

Cst. – konsentrasjonen av ionet bestemmes i standardløsningen;

∆E – potensialforskjell målt før og etter tilsetningen;

S er helningen til elektrodefunksjonen, bestemt eksperimentelt ved konstant temperatur ved å måle potensialforskjellen til to standardløsninger, hvis konsentrasjoner avviker med en faktor på 10 og tilsvarer det lineære området av kalibreringskurven.

Metode for å sammenligne de optiske tetthetene til standard- og testflekker

løsninger

For å bestemme konsentrasjonen av et stoff, ta en del av testløsningen, klargjør en farget løsning fra den for fotometri og mål dens optiske tetthet. Deretter fremstilles to eller tre standardfargede løsninger av analytten med kjent konsentrasjon på samme måte, og deres optiske tettheter måles ved samme lagtykkelse (i samme kyvetter).

De optiske tetthetene til de sammenlignede løsningene vil være lik:

for testløsningen

for standardløsning

Ved å dele det ene uttrykket med det andre får vi:

Fordi 1 X = l ST, E l= konst, da

Sammenligningsmetoden brukes for enkeltbestemmelser.

Gradert grafmetode

For å bestemme innholdet av et stoff ved hjelp av kalibreringsgrafmetoden, tilbered en serie på 5-8 standardløsninger med forskjellige konsentrasjoner (minst 3 parallelle løsninger for hvert punkt).

Når du velger konsentrasjonsområdet for standardløsninger, brukes følgende prinsipper:

Den bør dekke området av mulige endringer i konsentrasjonene til testløsningen, det er ønskelig at den optiske tettheten til testløsningen tilsvarer omtrent midten av kalibreringskurven;

Det er ønskelig at i dette konsentrasjonsområdet ved den valgte kyvettetykkelsen Jeg og analytisk bølgelengde l den grunnleggende loven om lysabsorpsjon ble observert, dvs. tidsplanen D= /(C) var lineær;

Driftsområde D, tilsvarende utvalget av standardløsninger, skal sikre maksimal reproduserbarhet av måleresultater.

Under kombinasjonen av de ovennevnte betingelsene måles de optiske tetthetene til standardløsninger i forhold til løsningsmidlet og en graf av avhengigheten D = /(C) plottes.

Den resulterende kurven kalles en kalibreringskurve (kalibreringsgraf).

Etter å ha bestemt den optiske tettheten til løsningen D x, finn verdiene på ordinataksen, og deretter på abscisseaksen - den tilsvarende konsentrasjonsverdien C x. Denne metoden brukes når du utfører serielle fotometriske analyser.

Additiv metode

Additivmetoden er en variant av sammenligningsmetoden. Bestemmelse av konsentrasjonen av en løsning ved denne metoden er basert på å sammenligne den optiske tettheten til testløsningen og den samme løsningen med tilsetning av en kjent mengde av stoffet som bestemmes. Additivmetoden brukes vanligvis for å forenkle arbeidet, for å eliminere den forstyrrende påvirkningen av fremmede urenheter, og i noen tilfeller for å vurdere riktigheten av den fotometriske bestemmelsesmetoden. Additivmetoden krever obligatorisk overholdelse av den grunnleggende loven om lysabsorpsjon.

Den ukjente konsentrasjonen er funnet ved beregning eller grafiske metoder.

Med forbehold om den grunnleggende loven om lysabsorpsjon og en konstant lagtykkelse, vil forholdet mellom de optiske planene til testløsningen og testløsningen med tilsetningsstoffet være lik forholdet mellom deres konsentrasjoner:

Hvor Dx- optisk tetthet av testløsningen;

D x + a- optisk tetthet av testløsningen med tilsetningsstoffet;

C x- ukjent konsentrasjon av teststoffet i den fargede testløsningen;

S a- konsentrasjon av tilsetningsstoffet i testløsningen.