analitiČka kemija ii -...
TRANSCRIPT
1
ANALITIČKA KEMIJA II ANALITIČKA KEMIJA II --SEMINARSEMINAR
UVODUVODSTATISTIKA STATISTIKA –– osnovni pojmoviosnovni pojmoviBOLTZMANNOVA RAZDIOBABOLTZMANNOVA RAZDIOBAATOMSKA SPEKTROSKOPIJA ATOMSKA SPEKTROSKOPIJA –– predavanja i seminarpredavanja i seminar
MOLEKULSKA SPEKTROSKOPIJA MOLEKULSKA SPEKTROSKOPIJA ––primjena UV/VISprimjena UV/VIS
AK2; šk.g. 2006/07; sastavila: V. Allegretti Živčić
iistovjetnistovjetni uzorciuzorci ⇒⇒ uzorciuzorci približnopribližno steste veličineveličine, , kojikoji se use utijekutijeku analizeanalize obraobrađđujuuju nana identičanidentičan načinnačinobičnoobično se se analiziraanalizira 22--5 5 istovjetnihistovjetnih uzorakauzoraka ⇒⇒ rezultatirezultatimjerenjamjerenja rijetkorijetko susu istiisti, pa se , pa se kaokao rezultatrezultat uzimauzima
srednjasrednja ""najboIjanajboIja" " vrijednostvrijednost
srednjasrednja vrijednostvrijednost medijanmedijan
srednjasrednja vrijednostvrijednost ((aritmetičkaaritmetička sredinasredina, , prosjekprosjek))zbrojzbroj mjerenjamjerenja istovjetnihistovjetnih uzorakauzoraka / / brojbroj mjerenjamjerenja
medijanmedijansrednjisrednji rezultatrezultat kadakada se se mjerenjamjerenja poredajuporedaju popo veliveliččiniini ((zaza neparanneparanbrojbroj podatakapodataka))srednjasrednja vrijednostvrijednost sredisrediššnjegnjeg parapara rezultatarezultata kadakada se se mjerenjamjerenjaporedajuporedaju popo veliveliččiniini ((zaza paranparan brojbroj podatakapodataka))
statistikastatistika-- ponavljanje ponavljanje osnovniosnovnihh pojmovpojmovaa
2
preciznostpreciznost ⇒⇒ reproducibilnostreproducibilnost mjerenjamjerenja ((blizinablizinarezultatarezultata mmjjerenjaerenja))
mjeramjera preciznostipreciznosti ((funkcijafunkcija odstupanjaodstupanja odod srednjesrednjevrijednostivrijednosti):):
standardnostandardno odstupanjeodstupanje ((devijacijadevijacija))varijancavarijancakoeficijentkoeficijent varijacijevarijacijerasponraspon
totoččnostnost ⇒⇒ blizinablizina mjerenjamjerenja i i totoččnene iillii prihvaprihvaććeneenevrijednostivrijednosti
mjeramjera totoččnostinosti::pogrepogrešškaka
apsolutnaapsolutna relativnarelativna
statistikastatistika-- ponavljanje ponavljanje osnovniosnovnihh pojmovpojmovaa
TOČNOST I PRECIZNOST
točno netonetoččnono
statistikastatistika-- ponavljanje ponavljanje osnovniosnovnihh pojmovpojmovaa
3
preciznoprecizno ((netočnonetočno))
točnotočno ((nepreciznoneprecizno))
točno i precizno točno i precizno
statistikastatistika-- ponavljanje ponavljanje osnovniosnovnihh pojmovpojmovaa
METODA NAJMANJIH KVADRATA ZA IZVEDBUMETODA NAJMANJIH KVADRATA ZA IZVEDBUBABAŽŽDARNOG DIJAGRAMA (DARNOG DIJAGRAMA (regresijskaregresijska analizaanaliza))
uvjetiuvjeti::istinskiistinski linearanlinearan odnosodnosodstupanjeodstupanje totoččakaaka rezultatrezultatjeje pogrepogrešškeke mjerenjamjerenja
rezultatrezultat::pravacpravac kojimkojim susu minimiziraniminimiziranikvadratikvadrati pojedinapojedinaččnihnihvertikalnihvertikalnih odstupanjaodstupanjanajboljanajbolja ravnaravna linijalinija zaza niznizparovaparova x,y x,y
statistikastatistika-- ponavljanje ponavljanje osnovniosnovnihh pojmovpojmovaa
4
jednadjednadžžbaba pravcapravca:: y = y = mxmx + b+ bN = broj parova podataka x,ySxx, Syy = sume kvadrata odstupanja od srednje vrijednosti za
pojedinačne x i y
Nxx i∑=
Nyy i∑=
( ) ( )NxxxxS
2i2
i2
ixx∑∑∑ −=−=
( ) ( )NyyyyS
2i2
i2
iyy∑∑∑ −=−=
( )( )N
yxyxyyxxS iiiiiixy∑ ∑∑∑ −=−−=
statistikastatistika-- ponavljanje ponavljanje osnovniosnovnihh pojmovpojmovaa
IZVEDENI IZVEDENI IZRAZIIZRAZI
standardnostandardno odstupanjeodstupanjerezultatarezultata, , sscc
standardnostandardno odstupanjeodstupanjeodsjeodsječčkaka, , ssbb
standardnostandardno odstupanjeodstupanjenagibanagiba, , ssmm
standardnostandardno odstupanjeodstupanjeregresijeregresije, , ssrr
odsjeodsječčakak pravcapravca, , bb
nagibnagib pravcapravca, , mm xxxy SSm =
xmyb −=
2NSmS
s xx2
yyr −
−=
xx2rm Sss =
( ) ( ) ∑∑∑ ∑∑
−=
−= 2
i2
i2
i2i
2i
rb xxN1
xxNxss
( )xx
2cr
c Smyy
N1
M1
mss −
++=yc = srednjavrijednost M istovjetnih analiza
N = broj točaka
jednadžba pravca:jednadžba pravca: y = mx + by = mx + b
statistikastatistika-- ponavljanje ponavljanje osnovniosnovnihh pojmovpojmovaa
5
PODACI KOJI ODSTUPAJU PODACI KOJI ODSTUPAJU ⇒⇒ODBACITI ILI NE?ODBACITI ILI NE?
VELIKI BROJ MJERENIH REZULTATA STATISTIČKA PRAVILA I TESTOVI
(t-test → granica pouzdanosti za srednju vrijednost;Q-test → test za sumnjivi rezultat;f-test → usporedba preciznosti, usporedba
postupaka, određivanje identičnosti ilirazličitosti analiziranih uzoraka)
statistikastatistika-- ponavljanje ponavljanje osnovniosnovnihh pojmovpojmovaa
MALI BROJ MJERENIH MALI BROJ MJERENIH PODATAKAPODATAKAPREPORUKE ZA OBRADBU:PREPORUKE ZA OBRADBU:
opetovanoopetovano razmišljanjerazmišljanje o o svimsvim čimbenicimačimbenicima kojikojimogumogu utjecatiutjecati nana sumnjivisumnjivi rezultatrezultat
osnovniosnovni zahtjevzahtjev: : pozornopozorno pisanpisan laboratorijskilaboratorijski dnevnikdnevnik kojikojisadržisadrži bilješkebilješke o o svimsvim opažanjimaopažanjima!!!!!!
procjenaprocjena preciznostipreciznosti kojkojaa se se možemože očekivatiočekivati uzuz primijenjenuprimijenjenummetoduetodu ((kadakada jeje mogućemoguće) i ) i procjenaprocjena jeje lili podatakpodatak kojikoji odstupaodstupadoistadoista sumnjivsumnjivponavaljanjeponavaljanje analizeanalize ((kadakada jeje mogućemoguće))primjenaprimjena nekognekog odod statističkihstatističkih testovatestova akoako nijenije mogućemoguće ponovitiponovitianalizuanalizu
statistikastatistika-- ponavljanje ponavljanje osnovniosnovnihh pojmovpojmovaa
6
ZNAČAJNE ZNAMENKE I ZAOKRUŽIVANJE ZNAČAJNE ZNAMENKE I ZAOKRUŽIVANJE REZULTATAREZULTATA
ZNAČAJNE ZNAMENKE: ZNAČAJNE ZNAMENKE: svesve sigurnesigurne znamenkeznamenke i i prvaprva nesigurnanesigurna znamenkaznamenka u u brojubroju
ZAOKRUŽIVANJE REZULTATA: ZAOKRUŽIVANJE REZULTATA: rezultatrezultat trebatrebasadržavatisadržavati značajneznačajne znamenkeznamenke!!
REZULTAT SE ZAOKRUŽUJE TEK NAKON REZULTAT SE ZAOKRUŽUJE TEK NAKON ZAVRŠENOG RAČUNA!ZAVRŠENOG RAČUNA!REZULTAT SE NE TEMELJI NA BROJU REZULTAT SE NE TEMELJI NA BROJU ZNAMENAKA UPORABLJENOG ZNAMENAKA UPORABLJENOG KALKULATORA!KALKULATORA!
statistikastatistika-- ponavljanje ponavljanje osnovniosnovnihh pojmovpojmovaa
računalni programi namijenjeni statistici, različitim izračunima, grafičkim prikazima....
primjer:
statistikastatistika-- ponavljanje ponavljanje osnovniosnovnihh pojmovpojmovaa
7
ponavljanje ponavljanje –– Boltzmannova razdiobaBoltzmannova razdioba
⇒ omjer napučenosti višeg i nižeg energijskog stanja u ovisnosti o temperaturi
⇒ ovisno o primjenjenoj metodi važan je udio vrsta u višem i u nižem energijskom stanju
⇒ primjer: atomske spektroskopske analitičke metode temeljene na emisiji izrazito su ovisne o temperaturi plamena jer je signal rezultat količine pobuđenih atoma; a molekulske apsorpcijske i fluorescencijske metode manje su temperaturno ovisne jer se mjerenja temelje na količini nepobuđenih atoma
⇒ na sličan način valja promatrati i druge metode, ovisno o načinu generiranja analitičkog signala
Boltzmannova razdioba
osnovna jednadžba: N jN e
EkT
0=
−∆
⇒ Boltzmannova konstanta:
k = 1.3806x10-23 J K-1
⇒ energija se može izraziti kao:
E h h c k T= ⋅ = ⋅ ⋅ = ⋅ν ν
⇒ Planckova konstanta:
h = 6.626x10-34 J s
ponavljanje ponavljanje –– Boltzmannova razdiobaBoltzmannova razdioba
8
ponavljanje ponavljanje –– LambertLambert--Beerov zakonBeerov zakon
0PPT =
P0 P
c
b
Lambert-Beerov zakon
100T%T ×=
APSORBANCIJA opisuje količinu apsorbiranogzračenja P
PlogA 0= logTA −=
TRANSMITANCIJA udio upadnog zračenja koje je otopina propustila
LAMBERT-BEEROV ZAKON odnos apsorbancije i koncentracije(duljine puta)
kvantitativna analiza baždarni pravac
A = apsorbancija (bezdimenzijska veličina)b = duljina puta zrake kroz uzorak (debljina sloja uzorka, debljina mjerne
posudice, debljina kivete), cmc = koncentracijaa = konstanta mjernog sustava apsorpcijski koeficijent, apsorptivnost
dimenzija ovisi o dimenziji c
LambertLambert--Beerov zakon Beerov zakon –– osnoveosnove
A = abc
9
LambertLambert--Beerov zakon Beerov zakon -- osnoveosnove
OGRANIČENJA LAMBERT-BEEROVOG ZAKONA
ISTINSKA vrijedi samo za razrijeđene otopine (< 10-2 M)a ovisan o indeksu loma otopine nema utjecaja za c < 10-2 M
KEMIJSKA posljedica:asocijacijedisocijacijereakcije s otapalom…..
INSTRUMENTNA nema odstupanja pri mjerenju uz pravo monokromatsko zračenje – sprega polikromatskog zračenja i monokromatora rezultira vrpcom valnih duljina
LambertLambert--Beerov zakon Beerov zakon -- osnoveosnove
2 1
A
λ
λmaks
1
2
raspršeno zračenje iz unutrašnjih dijelova instrumentamože dovesti do pogrešaka u mjerenoj apsorbanciji
A
10
LambertLambert--Beerov zakon Beerov zakon -- izvodizvod
P0 = snaga upadnog zračenjaP = snaga propuštenog zračenjaS = površina presjekadx = infinitezimalna debljinadn = broj čestica u presjekua = konstanta razmjernostib = duljina puta c = koncentracija (mol/L)
LambertLambert--Beerov zakonBeerov zakon
objašnjenje:
snop paralelnog monokromatskog zračenja (P0) pada okomito na uzorak koji apsorbira
nakon prolaza duljinom b tvari koja sadrži n čestica koje apsorbiraju, snaga zračenja se smanjuje (P) zbog apsorpcije
presječni sloj površine S i infinitezimalne debljine dx sadrži dn čestica koje apsorbiraju (svaka čestica predstavlja zamišljenu površinu na kojoj dolazi do “hvatanja” fotona ⇒ apsorpcija)
ukupna projicirana “uhvatna” površina pri debljini dx je dSomjer “uhvatne” površine i ukupne površine presjeka je dS/S, što predstavlja
vjerojatnost hvatanja fotona unutar tog presjekasnaga zračenja snopa koji pada na površinu presjeka Px razmjerna je broju
fotona po kvadratnom centimetru po sekundidPx predstavlja količinu zračenja uklonjenu po sekundi unutar presjekaapsorbirani udio je tada -dPx/Px ⇒ to je jednako prosječnoj vjerojatnost
“hvatanja” fotona ⇒ negativan predznak prikazuje smanjenje snage zračenja zbog apsorpcije
11
LambertLambert--Beerov zakon Beerov zakon -- izvodizvod
− =dPP
dSS
xx
⇒ dS je razmjerno broju čestica:dS adn=
⇒ kombinacija gornjih jednadžaba i integriranje od 0 do n:
− =∫ ∫dPP
adnS
xxP
P n
0 0
⇒ račun integrala:
− =ln PP
anS0
⇒ pretvorba u logaritme baze 10 i inverzija razlomka zbog negativnog predznaka:
log.
PP
anS
02 303
=
⇒ n = ukupan broj čestica - presječna površina S može se izraziti pomoću njezinog volumena V i debljine b:
S Vb
cm= 2
LambertLambert--Beerov zakonBeerov zakon
log.
PP
anbV
02 303
=
⇒ supstitucija u prethodnu jednadžbu:
⇒ izraz n/V ima dimenziju koncentracije - pretvorba u mol/l:
c nV
nV
=⋅
⋅ =⋅6 02 10
1000 10006 02 1023 23. .
⇒ kombinacija s prethodnom jednadžbom:
log ..
PP
abc0236 02 10
2 303 1000=
⋅⋅
⇒ sve se konstante skupe u novu konstantu a [ε (starija literatura)]:
AabcPP
==0log Lambert-Beerov zakon
mol/l
12
Johann Heinrich Lambert (26.08.1728.Mülhausen - 25.09. 1777. Berlin) njemački matematičar, fizičar i filozofmeđuovisnost debljine sloja i propuštene svjetlosti
August Beer (31.07.1825. Trier -18.11.1863 Bonn) njemački matematičar, kemičar i fizičarmeđuovisnost koncentracije i propuštene svjetlosti
UV/VIS SPEKTROSKOPIJA UV/VIS SPEKTROSKOPIJA –– kvantitativna analizakvantitativna analiza
apsorpcijski i transmisijski spektar
kalibracijska (baždarna) krivulja
uzorak i “slijepi” uzorak
13
UV/VIS SPEKTROSKOPIJA UV/VIS SPEKTROSKOPIJA –– kvantitativna analiza kvantitativna analiza -- zadacizadaci
36. Razrjeđivanjem standardne otopine željeza(II) pripremljene su otopine koncentracija navedenih u priloženoj tablici. Kompleks željeza i 1,10-fenantrolina pripravljen je pomoću alikvota od 25,00 ml navedenih otopina, nakon čega su sustavi razrijeđeni na 50,00 ml. Izmjerene su apsorbancije tako pripravljenih otopina pri 510 nm.
1,58040,001,26032,000,95024,000,63016,000,39010,000,1604,00
A510(b = 1,00
cm)
koncentracija željeza (II) u originalnim uzorcima, ppm
a) Pomoću eksperimentnih podataka nacrtajte kalibracijsku krivulju.b) Pomoću metode najmanjih kvadrata odredite jednadžbu koja povezuje izmjerenu apsorbanciju i koncentraciju željeza(II).c) Izračunajte standardnu devijaciju regresije.d) Izračunajte standardnu devijaciju nagiba.
UV/VIS SPEKTROSKOPIJA UV/VIS SPEKTROSKOPIJA –– kvantitativna analiza kvantitativna analiza -- zadacizadaci
rješenje:
0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00c(Fe), ppm
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
A
b) jednadžba pravca: A510 = 0,03949cFe – 0,001008
c) standardno odstupanje nagiba: sc = 1,1x10-4
standardno odstupanje odsječka: sc = 2,7x10-3
a)
14
UV/VIS SPEKTROSKOPIJA UV/VIS SPEKTROSKOPIJA –– kvantitativna analiza kvantitativna analiza -- zadacizadaci
37. Metoda opisana u prethodnom zadatku uporabljena je za određivanje željeza u alikvotima od 25.00 ml izvorske vode. Odredite koncentraciju (ppm Fe) u uzorku kojemu je izmjerena apsorbancija 0,143 (b = 1,00 cm). Odredite standardnu devijaciju izračunate koncentracije. Ponovite račun uz pretpostavku da je apsorbancija srednja vrijednost tri mjerenja.
rješenje:
koncentracija željeza: c = 3,65 ppmrelativno standardno odstupanje (1 mjerenje): sc = 2,8 %relativno standardno odstupanje (3 mjerenja): sc = 2,1 %
0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00c(Fe), ppm
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
A
A510 = 0,03949cFe – 0,001008
iz 36. zadatka:
UV/VIS SPEKTROSKOPIJA UV/VIS SPEKTROSKOPIJA –– Woodwardova pravilaWoodwardova pravila
WOODWARD-ova PRAVILA
pravila za empirijsko predviđanje valne duljine apsorpcijskog maksimuma
pravila vrijede za 4 tipa spojeva:
• konjugirani dieni i ciklički trieni• nezasićeni ketoni i aldehidi• supstituirani benzenski prsteni• nezasićene kiseline, esteri, nitrili,amidi
postupak:osnovnoj vrijednosti λ pribraja se određena vrijednost za svaki dodatni supstituent
Robert Burns Woodward (10.travnja 1917, Boston, Mass., U.S. -8. srpnja 1979, Cambridge, Mass.), američki kemičar najpoznatiji po sintezi složenih organskih tvari, uključujući kinin (1944), kolesterol ikortizon (1951), te vitamin B12 (1971)
Nobelova nagradu za kemijuNobelova nagradu za kemiju1965.1965.
15
UV/VIS SPEKTROSKOPIJA UV/VIS SPEKTROSKOPIJA –– Woodwardova pravilaWoodwardova pravila
KONJUGIRANI DIENI I CIKLIČKI TRIENI1 - osnovna vrijednost 214 nm → za diene otvorenog lanca ili konjugirane dvostruke
veze u odvojenim, ali spojenim šesteročlanim prstenima, iliosnovna vrijednost 253 nm → ako su konjugirane veze u jednom prstenu
2 - 30 nm → svaka dodatna konjugirana dvostruka veza3 - 5 nm → svaki alkilni supstituent ili ostatak prstena spojen na sustav dvostrukih veza4 - 5 nm → svaka dvostruka veza izvan prstena
NEZASIĆENI KETONI I ALDEHIDI (α,β-nezasićeni karbonili)1 - osnovna vrijednost:
215 nm → α,β-nezasićeni keton210 nm → α,β-nezasićeni aldehid200 nm → α,β-nezasićeni keton u peteročlanom prstenu
2 - 30 nm → svaka dodatna konjugirana dvostruka veza3 - 10 nm → α-alkilni supstituent4 - 12 nm → β-alkilni supstituent5 - 18 nm → γ- ili viši alkilni supstituent6 - 5 nm → dvostruka veza izvan prstena7 - 39 nm → dvostruka konjugirana veza u istom prstenu
UV/VIS SPEKTROSKOPIJA UV/VIS SPEKTROSKOPIJA –– Woodwardova pravilaWoodwardova pravila
SUPSTITUIRANI BENZENSKI PRSTENItip R-C6H4-COX, gdje je:
R – elektron-donorska skupinaCOX – karbonilna skupinaX – alkil, H, OH, OAlk
1 - osnovna vrijednost:250 nm → X = H210 nm → X = alkil ili ostatak prstena230 nm → X = OH, OAlk
2 - 3 nm → R = o- ili m-supstituirani alkil ili ostatak prstena3 - 10 nm → R = p-supstituirani alkil ili ostatak prstena4 - 7 nm → R = o- ili m-supstituirani OH, OMe, OAlk5 - 25 nm → R = p-supstituirani OH, OMe, OAlk
NEZASIĆENE KISELINE, ESTERI, NITRILI, AMIDI1 - osnovna vrijednost 214 nm → za kiselinu ili ester2 - 30 nm → dodatna dvostruka veza u konjugaciji3 - 10 nm → svaki alkilni supstituent4 - 5 nm → egzociklička dvostruka veza5 - 5 nm → endociklička dvostruka veza u 5- ili 7-članom prstenu
16
UV/VIS SPEKTROSKOPIJA UV/VIS SPEKTROSKOPIJA –– Woodwardova pravila Woodwardova pravila -- zadacizadaci
38. Izračunajte valnu duljinu apsorpcijskog maksimuma za (CH3)2C=CH-COOH.
(CH3)2C=CH-COOH ⇒ razred: nezasićene kiseline, esteri, nitrili, amidi
λmaks = 216 nmeksperimentna vrijednost:
λmaks = 217 nmpredviđena vrijednost:
217 nmzbroj:
20 nm2x10 =2 alkilna supstituenta:
197 nmosnovna vrijednost:
rješenje:
UV/VIS SPEKTROSKOPIJA UV/VIS SPEKTROSKOPIJA –– Woodwardova pravila Woodwardova pravila -- zadacizadaci
39. Izračunajte valnu duljinu apsorpcijskog maksimuma 6-metoksitetralona.
⇒ razred: supstituirani benzenski prsteni
λmaks = 276 nmeksperimentna vrijednost:
λmaks = 274 nmpredviđena vrijednost:
274 nmzbroj:
25 nm-OCH3 u p-položaju:
3 nmostatak prstena uo-položaju:
246 nmosnovnavrijednost:
rješenje:
17
UV/VIS SPEKTROSKOPIJA UV/VIS SPEKTROSKOPIJA –– analiza smjeseanaliza smjese
ANALIZA SMJESE
Lambert-Beerov zakon može se primijeniti na otopine koje sadrže više od jedne tvari koja apsorbira
uvjeti: - nepostojanje međudjelovanja između pojedinačnih sastojaka smjese- postojanje dobro odvojenih valnih duljina apsorpcijskih maksimuma
rezultat: aditivnost apsorbancija
osnovni odnosi:
Aukupno = A1 + A2 + ….. + An = a1b1c1 + a2b2c2 + ….. + anbncn
n = broj sastojaka smjesei = λ smjesej = pojedinačne apsorbancije sastojaka
∑=
=n
jijiji caA
1
UV/VIS SPEKTROSKOPIJA UV/VIS SPEKTROSKOPIJA –– analiza smjeseanaliza smjese
λ1 λ2valna duljina
dvokomponentna smjesa: pretpostavka ⇒ b = 1 cmmjerenja se obavljaju pri 2 valne
duljineA1 = a11c1 + a12c2A2 = a21c1 + a22c2
primjer: spektri tvari M, N i smjese M+N
odrede se molarni apsorpijskikoeficijenti za M i N pri valnim duljinama λ1 i λ2 (znatna razlika u apsorbancijama dva pojedinačna spektra)
apsorbancija smjese izmjeri se pri tedvije valne duljine
u novije vrijeme ⇒ derivacijska analiza
18
40. Istodobno određivanje kobalta i nikla može se temeljiti na apsorpciji njihovih pojedinačnih kompleksa s 8-hidroksi-kinolinom. Molarni apsorpcijski koeficijenti koji odgovaraju njihovim apsorpcijskim maksimumima su:
10.23228Ni428.93529Co
700 nm365 nm
a, L mol-1 cm-1kompleks sa 8-hidroksikinolinom
Izračunajte koncentraciju (mol/l) kobalta i nikla u otopini njihove smjese čije izmjerene apsorbancije (b = 1 cm) iznose A365 = 0,602 i A700 = 0,044.
UV/VIS SPEKTROSKOPIJA UV/VIS SPEKTROSKOPIJA –– analiza smjese analiza smjese -- zadacizadaci
UV/VIS SPEKTROSKOPIJA UV/VIS SPEKTROSKOPIJA –– analiza smjese analiza smjese -- zadacizadaci
rješenje:
osnovne jednadžbe:
cNi = 7,58x10-5 McCo = 1,01x10-4 M
NiNi365CoCo365365 cacaA +=
NiNi700CoCo700700 cacaA +=
NiCo 322835290,602 cc +=
NiCo 10,2428,90,044 cc +=
19
UV/VIS SPEKTROSKOPIJA UV/VIS SPEKTROSKOPIJA –– spektrofotometrijska titracijaspektrofotometrijska titracija
FOTOMETRIJSKA I SPEKTROFOTOMETRIJSKA TITRACIJA
svrha: određivanje završne točke titracije
zahtjev: jedan ili više reaktanata ili produkata apsorbiraju zračenje, ili se primijeni indikator koji apsorbira
podjela: izravna (apsorpcija reaktanata i/ili produkata) i neizravna (indikator)
titracijska krivulja: grafički prikaz apsorbancije kao funkcije volumena titransa
uvjet: titracijski sustav mora biti u skladu s Lambert-Beerovim zakonom (zbog linearnosti dijelova krivulja i mogućnosti određivanja završne točke ekstrapolacijom ravnih dijelova krivulje)
korekcija: ukoliko postoji velika promjena volumena za vrijeme titracije, treba apsorbanciju pomnožiti s korigiranim volumenom (V+v)/V, gdje je Vpočetni volumen otopine, a v je volumen dodanog titransa
UV/VIS SPEKTROSKOPIJA UV/VIS SPEKTROSKOPIJA –– spektrofotometrijska titracijaspektrofotometrijska titracija
instrumenti: fotometri i spektrofotometri
primjena: prikladno za sve tipove reakcija (redoks, neutralizacijske, kompleksometrijske, taložne titracije)
prednosti:smanjena mogućnost interferencija jer se mjeri promjena
apsorbancijeeksperimentni podaci se skupljaju izvan područja ekvivalencije,
pa konstanta ravnoteže reakcije ne mora biti tako povoljna kao za titracije koje ovise o promatranju blizu točke ekvivalencije (na pr. potenciometrijska titracija, promjena boje indikatora)
mogu se titrirati razrijeđene otopine
20
UV/VIS SPEKTROSKOPIJA UV/VIS SPEKTROSKOPIJA –– spektrofotometrijska titracijaspektrofotometrijska titracija
primjer - reakcija: Supstancija + Titrans ⇔ Produkt
UV/VIS SPEKTROSKOPIJA UV/VIS SPEKTROSKOPIJA –– spektrofotometrijska titracija spektrofotometrijska titracija -- zadacizadaci
41. Kompleks Bi(III)-tiourea ima apsorpcijski maksimum pri 470 nm, a kompleks Bi(III)-EDTA pri 265 nm. Predvidite oblik krivulje fotometrijske titracije:
a) bizmuta(III) s tioureom (tu) pri 470 nm;b) bizmuta (III) s EDTA (H2Y2-) pri 265 nm;c) kompleksa bizmut(III)-tiourea s EDTA pri 470 nm;d) kompleksa bizmut(III)-tiourea s EDTA pri 265 nm.
Jednadžba reakcije za c) i d):Bi(tu)6
3+ + H2Y2- ⇔ BiY- + 6tu + 2H+.
21
UV/VIS SPEKTROSKOPIJA UV/VIS SPEKTROSKOPIJA –– spektrofotometrijska titracija spektrofotometrijska titracija -- zadacizadaci
42. Poznati su podatci:
Fe3+ + Y4- ⇔ FeY- Kf = 1,0x1025,Cu2+ + >Y4- ⇔ CuY2- Kf = 6,3x1018.
Samo kompleks CuY2- apsorbira pri 750 nm. Može li se i zašto Cu(II) primijeniti kao indikator za fotometrijsku titraciju željeza(III) s H2Y2-
prema reakciji:Fe3+ + H2Y2- ⇔ FeY- + 2H+.
odgovor:
Kf(FeY-) >> Kf(CuY2-) ⇒ Fe3+ titrira se bez promjene boje dok se sav Fe3+ ne veže u FeY-, a tada mala količina prisutnog Cu2+ naglo reagira sa suviškom H2Y2- tvoreći obojeni CuY2- koji apsorbira pri 750 nm
UV/VIS SPEKTROSKOPIJA UV/VIS SPEKTROSKOPIJA –– spektrofotometrijska titracija spektrofotometrijska titracija -- zadacizadaci
43. Fotometrijskom titracijom sa 0,1000 M EDTA određene su koncentracije bakra(II) i bizmuta(III) u smjesi. Pri 475 nm samo kompleks Cu(II)-EDTA snažno apsorbira. Iz priloženih eksperimentnih podataka za titraciju 20,00 ml navedene smjese odredite koncentracije Cu(II) i Bi(III).
0,1255,00,0172,30,1254,50,0102,20,1254,20,0032,10,1204,00,0001,60,1083,80,0001,20,1023,70,0000,70,0603,00,0000,30,0302,50,0000,0
A475v (EDTA), ml
A475v (EDTA), ml
22
UV/VIS SPEKTROSKOPIJA UV/VIS SPEKTROSKOPIJA –– spektrofotometrijska titracija spektrofotometrijska titracija -- zadacizadaci
Bi
Cu
rješenje:
iz grafičkog prikaza očitano:
v1 = 2,15 mlv2 = 4,15 – 2,15 ml = 2,00 ml
v1 → kompleks Bi(III)-EDTAv2 → kompleks Cu(II)-EDTA
c1 x v1 = c2 x v2
20 x cBi = 2,15 x 0,1000 ⇒cBi = 1,075 x 10-2 M
20 x cCu = 2,00 x 0,1000 ⇒cCu = 1,000 x 10-2 M
UV/VIS SPEKTROSKOPIJA UV/VIS SPEKTROSKOPIJA –– kompleksni spojevikompleksni spojevi
SPEKTROFOTOMETRIJSKO ODREĐIVANJESASTAVA KOMPLEKSNOG SPOJA U OTOPINI
svrha: određivanje sastava kompleksnog iona u otopini i konstante tvorbe bez izolacije kompleksa u krutom stanju
nema promjene ravnoteža u otopiniprimjena moguća za obojene i za neobojene kompleksne ione
zahtjev: sukladnost Lambert-Beer-ovom zakonu
metode:metoda molnih omjerametoda kontinuirane varijacije (Job-ova metoda)metoda omjera nagiba pravaca
23
UV/VIS SPEKTROSKOPIJA UV/VIS SPEKTROSKOPIJA –– kompleksni spojevi kompleksni spojevi -- zadatakzadatak
44. Apsorpcijski spektar kompleksa CuX22- ima apsorpcijski maksimum pri
480 nm. Uz uvjet da je koncentracija liganda veća od koncentracije metalnog iona 20 puta ili više, apsorbancija je pri toj valnoj duljini ovisna samo o koncentraciji Cu(II) i sustav je sukladan Beerovom zakonu u širokom koncentracijskom području.
Otopina koncentracije 2,3x10-4 M obzirom na Cu2+ i 8,60x10-3 M obzirom na X2- ima apsorbanciju 0,690 mjerenu u kiveti debljine 1,00 cm. Druga otopina čije su koncentracije sastojaka 2,30x10-4 M Cu2+ i 5,00x10-4 M X2- ima apsorbanciju 0,540 mjerenu pod istim uvjetima.
Na temelju tih podataka izračunajte uvjetnu konstantu ravnoteže za reakciju:
Cu2+ + 2X2- ⇔ CuX22-
UV/VIS SPEKTROSKOPIJA UV/VIS SPEKTROSKOPIJA –– kompleksni spojevi kompleksni spojevi -- zadatakzadatak
Kf = 1.95 x 108
cMsl = cMpoč - cML2 == 2,30x10-4 – 1,81x10-4
cMsl = 4,87x10-5 McLsl = cLpoč - 2cML2 =
= 5,0x10-4 – 2x1,81x10-4
cLsl = 1,38x10-4 M
cCu = 2,30 x 10-4 McX = 5,00 x 10-4 M
A = 0,540
cCu = 2,30 x 10-4 McX = 8,6 x 10-3 M
A = 0,690
4102,30.690
−×==
bcAa
113 cmLmol103 −−×=a
3ML 1030,540
2 ×==
aAc
M101,81 4ML2
−×=c
[ ][ ][ ] ( )245
4
22
f101,38104,87
101,81LM
ML−−
−
××
×==K
24
pripravi se niz otopina u kojima je koncentracija jednog reaktanta (obično metalni ion) konstantna, a koncentracija drugoga se mijenjagrafički prikaz: apsorbancija prema omjeru molova reaktanatasastav kompleksa je u sjecištu dvije ravne linije
mogu se odrediti stupnjevite konstante tvorbe, ako kompleksi imaju razičlite a i ako su im konstante dovoljno različite
UV/VIS SPEKTROSKOPIJA UV/VIS SPEKTROSKOPIJA –– kompleksni spojevikompleksni spojevi
metoda molnih omjera
UV/VIS SPEKTROSKOPIJA UV/VIS SPEKTROSKOPIJA –– kompleksni spojevi kompleksni spojevi -- zadatakzadatak
45. Miješanjem otopina koje sadrže ligand L i kation M2+ dobiva se kompleksni spoj čiji se apsorpcijski maksimum pojavljuje pri 520 nm.Pripravljen je niz otopina u kojima je koncentracija M2+ bila konstantna (1,35x10-4 M), a koncentracija liganda se mijenjala. Mjerenjem u kiveti debljine 1,00 cm dobiveni su podatci prikazani priloženom tablicom.
0,6308,00x10-4
0,6307,00x10-4
0,6266,00x10-4
0,6085,00x10-4
0,5734,00x10-4
0,5143,00x10-4
0,4192,00x10-4
0,2741,20x10-4
0,1637,00x10-5
0,0683,00x10-5
A520cL, mol dm-3 a) Koji je sastav kompleksnog spoja?b) Izračunajte vrijednost uvjetne konstante nastajanja opisanog kompleksnog spoja.
25
UV/VIS SPEKTROSKOPIJA UV/VIS SPEKTROSKOPIJA –– kompleksni spojevi kompleksni spojevi -- zadatakzadatak
0,6305,9260,6305,1850,6264,4440,6083,7040,5732,9630,5142,2220,4191,4810,2740,8890,1630,5190,0680,222
AcL/cM grafički prikaz:
0.00 2.00 4.00 6.00cL/cM
0.00
0.20
0.40
0.60
A
račun: 1134 cmLmol104,67
101,350,630 −−
− ×=×
=a
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ ×=
×= − M101,10
104,670,514ML 4
32
[M2+] = 1,35x10-4 – 1,10x10-4 = 2,5x10-5 M[L] = 3,00x10-4 – 2x1,10x10-4 = 8,00x10-5 M
[ ][ ][ ] ( )255
4
22
f108,0102,5
101,1LM
ML−−
−
××
×==K
Kf = 6,88 x 10-8
UV/VIS SPEKTROSKOPIJA UV/VIS SPEKTROSKOPIJA –– kompleksni spojevikompleksni spojevi
pripravi se niz otopina kationa i liganda u kojima je ukupnan broj molova uvijek stalan, a molni omjer se sustavno mijenjagrafički prikaz: apsorbancija prema koncentracijskomudjelu jedne od komponenata ⇒ cM/(cM+cL)sastav kompleksa je u sjecištu ravnih dijelova krivulje
ako su početne koncentracije komponenata identične, tada se mogu primijeniti volumni omjeri[vM/(vM+vL)]
metoda kontinuirane varijacije
26
UV/VIS SPEKTROSKOPIJA UV/VIS SPEKTROSKOPIJA –– kompleksni spojevi kompleksni spojevi -- zadatakzadatak
46. a) Bakar(II) tvori kompleksni spoj s ligandom H2B. Pomoću eksperimentnih podataka prikazanih priloženom tablicom odredite sastav kompleksnog spoja (b = 1,00 cm).
0,00010,000,00100,2119,001,0090,4238,002,0080,5747,003,0070,5716,004,0060,5075,005,0050,4194,006,0040,3143,007,0030,2102,008,0020,1041,009,0010,0000,0010,000
8,00x10-5 M H2B
8,00x10-5 M Cu
A475volumen reaktanata, mlotopinab) Izračunajte prosječnu molarnu apsorptivnost nastalog kompleksa, uz pretpostavku da je u područjima linearnih dijelova krivulje komponenta prisutna u manjoj količini potpuno vezana u kompleks.c) Izračunajte uvjetnu konstantu nastajanja kompleksa, Kf, primjenom stehiometrijskih odnosa koji postoje pod uvjetima maksimalne apsorpcije.
UV/VIS SPEKTROSKOPIJA UV/VIS SPEKTROSKOPIJA –– kompleksni spojevi kompleksni spojevi -- zadatakzadatak
tablica izračunatih podataka:
-0,000--1,00,0102,64x1040,211-8,0x10-50,90,192,64x1040,423-1,6x10-50,80,28
-0,574--0,70,37-0,571--0,60,46-0,507--0,50,55
2,62x1040,4193,2x10-5-0,40,642,62x1040,3142,4x10-5-0,30,732,63x1040,2101,6x10-5-0,20,822,60x1040,1048,0x10-6-0,10,91
-0,000--0,01,00
a = A/cAcL, McM, MvL/(vM+vL)vM/(vM+vL)ot.
kada su početne koncentracije reaktanata iste, vrijede odnosi:
LM
M
LM
Mcc
cvv
v+
=+
i LM
L
LM
Lcc
cvv
v+
=+
27
UV/VIS SPEKTROSKOPIJA UV/VIS SPEKTROSKOPIJA –– kompleksni spojevi kompleksni spojevi -- zadatakzadatak
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0vM/(vM+vL)
0.000.100.200.300.400.500.600.700.800.901.00
A
očita se sjecište (0,33)izračuna se omjer volumnih udjela metala i liganda (0,33:0,66) :
a) grafički prikaz:
b) iz tablice izračunatih podataka:a = (2,60x104+2,63x104+2,62x104+2,62x104++2,64x104+2,64x104)/6 =
2,625 x 104 L mol-1 cm-1
c) AML2 = 0,574;
M102,410
1083 55
M−
−
×=××
=c M105,610
1087 55
L−
−
×=××
=c
M102,187102,625
0,574 54ML2
−×=×
=c M102,13102,187102,400 655slM
−−− ×=×−×=c
M101,226102,1872105,6 555Lsl
−−− ×=××−×=c
( )10
256
5
f 106,83101,226102,13
102,187×=
××
×=
−−
−
K
M : L = 1 : 2
rješenje:
UV/VIS SPEKTROSKOPIJA UV/VIS SPEKTROSKOPIJA –– kompleksni spojevikompleksni spojevi
prikladno za slabe komplekseprikladno za sustave u kojima nastaje
samo jedan kompleks
pretpostavka: dodatkom velikog suviška bilo kojeg od reaktanata postiže se potpunost reakcije, a time i sukladnost Lambert-Beerovom zakonu
A
c
A1/cM
A2/cL
pretpostavljena reakcija:
xM + yL ⇔ MxLy
metoda omjera nagiba pravaca
28
UV/VIS SPEKTROSKOPIJA UV/VIS SPEKTROSKOPIJA –– kompleksni spojevikompleksni spojevi
pretpostavljena reakcija:
xM + yL ⇔ MxLy
ligand u suvišku ⇒ apsorbancija kompleksa ovisna o promjeni koncentracije metalnog iona
nagib pravca: tgα = A1/cM
metal u suvišku ⇒ apsorbancija kompleksa ovisna o promjeni koncentracije liganda
nagib pravca: tgβ = A2/cL
A
c
A1/cM
A2/cL
konačan odnos:βαtgtg
ccab
ccab
cAcA
===xy
y
x
LL
MM
L2
M1
UV/VIS SPEKTROSKOPIJA UV/VIS SPEKTROSKOPIJA –– kompleksni spojevi kompleksni spojevi -- zadatakzadatak
47. Željezo(II) tvori kelat s ligandom P. Odredite sastav spoja FePnpomoću podataka priloženih u tablici (b = 1.00 cm).
0,7544,00x10-50,4407,00x10-5
0,5663,00x10-50,3145,00x10-5
0,3301,75x10-50,1893,00x10-5
0,1891,00x10-50,0941,50x10-5
0,1136,00x10-60,0254,00x10-6
AcFe, mol l-1AcP, mol l-1cP = 2,00x10-3 McFe(II) = 2,00x10-3 M
29
UV/VIS SPEKTROSKOPIJA UV/VIS SPEKTROSKOPIJA –– kompleksni spojevi kompleksni spojevi -- zadatakzadatak
0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00c, M
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
A
grafički prikaz:račun:
ligand u suvišku:mM
mcabA =
metal u suvišku:lL
lcabA =
omjer nagiba pravaca:
ml
l
m
L
LM
M
Ll
Mm ==
cabcc
abc
cAcA
⇓
1992
18905660
10318901035660
5
5 ...
.
.
==
×
×
−
−
l : m = 3 : 1 ⇒ ML3
⇓
pretpostavljena reakcija:
m M + l L ⇔ MmLl
…….. čemu sve to?! ....... čemu sve to?! .....
30
Validation of a leaf reflectance and transmittance model for threeagricultural crop species
G. J. Newnham and T. Burt
Abstract
Reflectance and transmittance have been measured for a selection of leaves from three cereal crop species using a laboratory based Varian Cary 500 spectrophotometer. Spectral measurements, along with ancillary data describing chlorophyll, water and dry matter content per unit leaf area, have been used to assess the accuracy of the Prospect model [1] for estimating leaf reflectance andtransmittance. An inversion technique has also been applied to the model to derive leaf pigment and leaf water content. This has produced acceptable estimates of the true variation in these parameters.This result indicates that the Prospect model, in conjunction with a suitable method to account for canopy architecture and soil reflectance, has potential to contribute to the generation of crop status information products based on hyperspectral data.
Determination of water in tobaccoby near infra-red spectroscopy
Ian Laidlaw
Introduction
As part of a program of work into the study of the tobacco/water system, the development of a method for the accurate and reproducible measurement of water content has been carried out. Of the various methods available fordetermining water, oven drying and the Karl Fischer titration have hadgreatest use in R & DE.Recently, another method, involving the use of near infra-red (NIR) spectroscopy and which is specific for water, has been developed. This method has been evaluated and used as a reference to compare the validity of oven drying and the Karl Fischer titration.
31
Determination of the Oxidation ReductionPotential of Bacterial Reaction Centers
H. A. Murchison, J. C. Williams, R. G. Alden,J. M. Peloquin, A. K. Taguchi, N. W. Woodburyand J. P. Allen
Introduction
Light is collected and converted into chemical energy by both plants and bacteria in the process known as photosynthesis. The primary process inphotosynthesis is the capture of light energy followed by the formation of a charge separated state across the membrane. This process occurs ina pigment-protein complex imbedded in the photosynthetic membrane called the reaction center. The Rhodobacter sphaeroides bacterial reactioncenter is composed of three protein subunits, L, M and H, four bacteriochlorophyll (Bchls) a molecules, two bacteriopheophytin a molecules, two quinones, a carotenoid, and a non-heme iron. Two of thebacteriochlorophyll molecules form a dimer (P) which serves as the electron donor. After the absorption of light, an electron is transferred fromthe excited donor to a series of acceptors. Associated with the creation of P+ is the bleaching of the protein’s optical absorption band at 865 nm.
A comparison of two physical lightblocking agents for sunscreen lotions
M. Adeney and J. Oppenheim
Introduction
Traditionally sunscreen lotions have employed organic chemicals to provide solar UV protection (290-400 nm). More recently, physical light blockingagents such as microfine titanium dioxide have been used to great effect in sunscreen lotions. Physical light blocking agents add substantially to the protectionafforded by sunscreens for three main reasons.1. They extend the protection over a broader wavelength range. This is a function of their high refractive index which gives excellent light scattering properties.2. They work synergistically with chemical absorbers to boost the Sun Protection Factor (SPF).3. They are protective and soothing to the skin and therefore reduce the irritant and allergic potential of conventional sunscreens.Microfine titanium dioxide was first used in a cosmetically acceptable sunscreen by Ego Pharmaceuticals Pty Ltd in 1988. Since this time it has gained popularity as a sunscreening agent and has been incorporated into many other brands of sunscreens. Recently microfine zinc oxide has been introduced as an alternative physical blocking agent. We report here a rapid in vitro comparison of the absorption properties of microfine zinc oxide and microfine titanium dioxide.
32
33
Determination of Total Protein Contents by UV-visible Spectroscopy
Abstract: In this application note we describe eight predefined methods for the Agilent 8453E UV-visible spectroscopy system which allow to perform determination of total protein contents.
Abstract: Instrument contamination is a continuing problem for laboratories analyzing environmental samples. Many environmental samples have complex matrices that require extensive cleanup to remove background contaminants embedded with the target analytes. Without considerable cleanup, which is time-consuming and costly, laboratories risk contaminanting analytical instruments and potentially closing down an instrument for hours or days--reducing productivity. This paper describes initial results in using UV-Visible spectroscopy to identify environmental samples that are likely to cause problems during analysis. This fast (45 seconds per sample), non-interfering technology successfully identified harmful levels of hydrocarbon in samples even when gas chromatograph results showed no significant hydrocarbon present. Moreover, UV-Vis reliably predicted surrogate recovery problems for reasons other than hydrocarbon contamination. Similarly successful results were achieved for samples containing PCBs. UV-Vis is not a universal screening tool, but may be valuable for screening samples with a hydrocarbon matrix.
Screening Environmental Samples Using UV-Vis Spectroscopy
34
V-600 Series UV/Vis Spectrophotometers
The V-630 is the most economical general-purpose instrument of the V-600 Series. Its excellent spectroscopic performance is suitable for advanced biochemical and clinical lab applications, as well as routine applications such as spectrum scanning, kinetics, quantitative analysis, and colorimetric tests conducted for QC and environmental analysis.
The V-630BIO is a special configuration dedicated to life science applications. It consists of the V-630, an intelligent Remote Module (iRM) specifically designed for bio and clinical analysis, and a micro cell holder. Built-in bio application programs include protein/nucleic acid measurement, temperature ramping/DNA melting analysis, kinetics measurement and analysis, and a protein quantitative analysis program with six different calibration methods. The 4 µL 8-position Turret Micro Cell Holder, 6/8-position Automatic Peltier Cell Changer for micro cells, and other sampling accessories are available.
UV/Visible Spectrophotometers on the seven seas[2006. studeni 08 Phoenix MarCom Ltd] In our modern times the protection of our environment is becoming more important and one growing area of testing relates to the bulk shipment of chemical products by sea. L&I Maritime Ltd have developed an analysis system based upon a UV-Visible spectrophotometer from WPA Ltd which enables vessels to accurately monitor the tank cleaning / cargo tank preparation before the carriage of sensitive chemical products. By precisely controlling the tank cleaning processes, it is possible to reduce the amount of washing residues, minimise waste disposal, minimise the amount of detergent and solvent based cleaning materials required and reduce the amount of time required to carry out the cleaning process. All of which significantly contribute to a safer, less wasteful and more environmentally aware process which modern ship owners of today are working towards. The ability of the instrument to be able to measure UV absorbance also enables the ship owners to monitor the quality of the cargo during the loading process and after the vessel has been fully loaded. This information provides a traceable chain of analytical results that can significantly reduce the likelihood of cargo contamination. The Lightwave II diode array UV/Visible spectrophotometer is ideally suited to this application offering easy to use software, stored application methods and flexible sample handling. The instrument has no moving parts and a long life Xenon source ensuring long term reliability. Visit www.wpaltd.co.uk for more information.
35
Spectroscopic Study on the Interaction of Al3+ with Flavonoids and BSAChinese Journal of Chemistry 2006, 24, 1388-1390
Qiu-Lin Tian, Sheng-Hua Liao, Ping Lu and Li-Juan Liu
Abstract: The interaction of Chinese herbal medicine component flavonoids (morin and rutin) with trivalent aluminium ion and the complex of aluminium ion and Bovine Serum Albumin in Hank's artificial simulate body fluid was studied using UV-Vis absorption spectra. The result showed that morin and rutin could conjugate with Al3+ in Hank's artificial simulate body fluid. It was found that morin and rutin could competed with the complex of aluminium ion and Bovine Serum Albumin for aluminium ion. The mechanism of flavonoids and Bovine Serum Albumin compete aluminium ion was discussed, and the constant of rutin complex with aluminium ion was calculated.