PLAMENA FOTOMETRIJA

Analitika hemija u farmaceutskoj praksi, april 2010.

PLAMENA FOTOMETRIJA

Pored klasine kvalitativne analize, kao i hromatografskog razdvajanja, prisustvo jona u analiziranom uzorku mogue je utvrditi i mnogim instrumentalnim metodama. Jedna od metoda koje se mogu koristiti za identifikaciju i odreivanje odreenog broja katjona (uglavnom alkalnih i zemnoalkalnih metala) je i plamena fotometrija.

Plamena fotometrija je metoda emisione spektralne analize pa je zato ispravniji naziv metode plamena atomska emisiona fotometrija. Metoda se zasniva na merenju intenziteta zraenja elemenata ekscitiranih u plamenu koji vraanjem iz pobuenog u osnovno stanje, emituje karakteristino zraenje. Talasna duina linije karakteristina je za vrstu atoma, a intenzitet za koncentraciju. Na Slici 1. prikazana je shema procesa koji se odvijaju u ureajima-plamenim fotometrima.

Slika 1. Shema procesa u plamenom fotometru

Sredstvo za pobuivanje u plamenoj fotometriji je plamen koji se dobija oksidacijom gorivnog gasa (propan, butan, acetilen, vodonik,..) kiseonikom, vazduhom ili azot suboksidom. Izborom gorivnog gasa i oksidansa postiu se razliite temperatura plamena, u zavisnosti od elementa koji se identifikuje ili odreuje.

U plamenu se mogu pobuditi atomi alkalnih i zemnoalkalnih metala za iju je ekscitaciju potrebna mala energija, ali i neki drugi elementi male ekscitacione energije (oko 40 elemenata). Tanost odreivanja u plamenofotometrijskim analizama je 2-4%.

Uzorak koji se analizira je u obliku rastvora. Uz pomo rasprivaa (najee je to sastavni deo gorionika), uzorak se uvodi u plamen u obliku aerosola. Isparavanjem rastvaraa zaostaje fini prah vrste supstance koja zatim prelazi u gasovito stanje. Disocijacijom u gasnoj fazi nastaju neutralni atomi koji apsorpcijom zraenja odgovarajue talasne duine prelaze u pobueno stanje. Vraanjem u osnovno stanje emituje se zraenje karakteristine talasne duine za atome koji ga emituju. Dobijeni spektri su linijski. Veina elemenata se plamenom fotometrijom odreuje pomou spektralnih linija koje potiu od neutralnih atoma.

Na rezultate plamenofotometrijske analize utie vei broj faktora koji mogu dovesti do sistematskih greaka o emu se mora voditi rauna prilikom analize.

Slika 2. Shema plamenog fotometra

Na Slici 2. prikazana je shema ureaja za plamenu fotometriju. Plameni fotometri su najee konstruisani da umesto prizme ili optike reetke kao disperzionog elementa koriste seriju odgovarajuih filtara. Za svaki elemenat koji se moe analizirati nalazi se po jedan filtar. Ovi filtri ne razlau svetlost po talasnim duinama, nego proputaju samo jednu usku oblast, to je u veini sluajeva dovoljno. Kod plamenih fotometara detekcija svetlosti se vri fotoelektrinim putem pomou fotoelementa. Pored fotoelije sistem za detekciju ine i pojaiva struje i merni instrument.

Plamena fotometrija se koristi za kvalitativnu i kvantitativnu analizu uzoraka razliitog porekla. Iako je relativno stara metoda analize, zbog jednostavnosti izvoenja kao i niske cene instrumentacije, koristi se u rutinskim kliniko-biohemijskim analizama, uglavnom za analizu jona alkalnih metala Na+ i K+, kao i za praenje nivoa Li+ u krvi kod bolesnika na terapiji Li2CO3.

U Tabeli 1. su prikazane talasne duine emisijskih linija za elemente koji se najee analiziraju korienjem plamene fotometrije.

Tabela 1.Osnovni parametri za odreivanje alkalnih i zemnoalkalnih metala plamenom fotometrijomElementTalasna duina emisijske linije (nm)Detekcioni limit, g/mLPlamen

Li670,70,00003N2O-acetilen

Na589,00,0005Vazduh-acetilen

K766,40,0005Vazduh-acetilen

Rb780,00,001Vazduh-acetilen

Cs849,4

Ca422,70,005Vazduh-acetilen

Mg285,10,005N2O-acetilen

Sr460,70,0001N2O-acetilen

Ba553,60,001N2O-acetilen

Plamena fotometrija moe se uspeno koristiti za kvalitativnu analizu uzorka jer je svetlost koja se emituje karakteristina za svaki elemenat prisutan u uzorku. Instrumentima sa disperzionim elementima moe se izvriti kvalitativna analiza i vrlo sloenih uzoraka, dok je kod aparata sa filtrima ona ograniena samo na manji broj elemenata.

Kvantitativna analiza

Primena plamenofotometrijske analize se zasniva na injenici da je intenzitet spektralnih linija nekog elementa srazmeran njegovoj koncentraciji. U manjem opsegu koncentracija, zavisnost intenziteta od koncentracije je linearna. Odstupanje od linearnosti se moe javiti pri niskim koncentracijama ispitivanog elementa (zbog nedovoljne osetljivosti odreivanja), pri visokim temperaturama plamena (zbog procesa jonizacije), kao i pri visokim koncentracijama ispitivanog elementa (zbog pojave samoapsorpcije).

Zbog ovih i drugih pojava, neophodno je koristiti odgovarajue standardne rastvore, koji sadre sve komponente kao i ispitivani rastvor i samo se razlikuju po sadraju ispitivanog elementa. U tom sluaju koncentracija ispitivanog elementa moe se jednostavno odrediti metodom kalibracione krive.

Nepoznata koncentracija elementa moe se odrediti na nekoliko naina: metoda standardnog dodatka, metoda ograniavajuih rastvora, metoda radijacionog pufera i metoda razblaivanja. Izbor metode koja e se primeniti u najveoj meri zavisi od prirode uzorka i cilja odreivanja.

Metoda ograniavajuih rastvora

Kada koncentracija analiziranog rastvora lei u relativno uskoj oblasti koncentracija, moe se primeniti metoda ograniavajueg rastvora. Potrebna su dva rastvora ije su koncentracije neto vie, odnosno neto nie od koncentracije ispitivanog rastvora. Jedan rastvor moe biti i redestilovana voda. VEBA BROJ I

Odreivanje jona K+ i Na+ u komercijalnim uzorcima vode primenom metode plamene fotometrije

Plamena fotometrija se vrlo uspeno moe primeniti u odreivanju sadraja jona natrijuma i kalijuma u razliitim uzorcima vode. Na osnovu oekivanih koncentracija izabrati koncentraciju standardog rastvora koja treba da je vea od koncentracija jona u uzorku, a manja od maksimalne koncentracije koja se moe uspeno meriti na instrumentu.

Uzorci gaziranih voda moraju se prvo drati u ultrazvunom kupatilu nekoliiko minuta, da bi se uklonio CO2. Vano je da je oekivana koncentracija ispitivanih jona manja od koncentracije jona standarda. Ukoliko je vea, potrebno je uzorak razblaiti. Rastvori:

1. Standardni rastvor Na+ jona koncentracije 100 mg/L

2. Standardni rastvor K+ jona koncentracije 20 mg/L

3. Redestilovana voda Napomena: Koncentracije standardnih rastvora Na+ (100 mg/L) i K+ (20 mg/L) odabrane su na osnovu poznatih (deklarisanih) koncentracija ovih jona u odabranim uzorcima komercijalnih voda za pie.

Na primer, deklarisana koncentracija Na+ u Voda voda je 46 mg/L a K+ 3,14 mg/L, to ulazi u izabrani opseg standarda. Za Knjaz Milo (gaziranu mineralnu vodu) deklarisana vrednost za Na+ je 286 mg/L a K+ 28 mg/L, to znai da je uzorak potrebno razblaiti da bi koncentracija Na+ i K+ jona bila nia od izabranih standardnih rastvora. Postupak:

Ukljuiti kompresor i plin.

Proveriti da li u sifonu aparata ima vode i dopuniti ukoliko je potrebno.

Ukljuiti instrument:

Paljenje plamena: Cev instrumenta za usisavanje uroniti u redestilovanu vodu, upaliti plamen.

Podesiti:

- datum,

- broj uzoraka,

- vreme uzimanja uzorka i merenja,

- razblaenje uzorka,

- merne jedinice,

- koncentraciju standardnih rastvora,

Podesiti nulu instrumenta (redestilovana voda), uraditi kalibraciju i izmeriti koncentraciju jona Na+ i K+ u uzorcima.

uzorak vodeK+ (izmeren)Na+ (izmeren)

1

2

3

4

Iskljuiti instrument

UPUTSTVO ZA RAD NA PLAMENOM FOTOMETRU

Ukljuiti kompresor:

Crevo se ubaci u leite. (Na kraju rada izvlai se tako to se prsten povue unazad a crevo izvue uz pridravanje). Kompresor se ukljuuje izvlaenjem crvenog dugmeta (ukljuen - gore, iskljuen dole)Na veem manometru pritisak se podeava na 8 (u toku rada treba da bude 6).

Na manjem manometru pritisak se podeava crvenim tokom na 2-6 (oko 4).

Iz kompresora povremeno otvaranjem ventila (na dnu) odliti kondenzovanu vodu.

Otvoriti plin:

Pritisak se na plinskoj boci podeava na crnom toku (samo dok je instrument ukljuen) na 1. Kada je instrument iskljuen pritisak e biti 1,5.

Plameni fotometar:

U sifonu mora biti vode. Ako je nema treba je doliti kroz otvor za iniciranje uzorka. Skinuti cevicu i dolivati vodu dok ne pone da istie kroz crevo. Kada vode u sifonu nema aparat pokazuje greku ERROR 01 (pogledati uputstvo).

Ukljuiti instrument

1. Kapilaru rasprivaa uroniti u redestilatu i upaliti plamen Flame on (plamen se pali 15 min pre poetka rada)

2. Podesiti datum (DA, datum, enter)

3. Broj uzoraka (U, _ , enter)

4. Vreme usisavanja uzorka i merenja (10, enter)

5. Razblaenje uzorka (DR, 50, enter)

6. Izbor mernih jedinica (mg/L)

7. Uzorak (varijabilni VAR)

8. Koncentracija standarda:

Natrijum (Na, koncentracija, enter),

Na isti nain uneti koncentracije standarda za K, Ca i Li .

Za jone koji se ne rade uneti - 0.

9. Interni standard (ukoliko ne postoji sa 2 pritiska oznaiti NE)

10. Auto man (man)

Merenje:

ZERO, CAL, U.

1. Podesiti nulu instrumenta redestilovanom vodom (kapilara je u vodi, koncentracija jona 0).

2. Uraditi kalibraciju (cev je u standardu CAL, koncentracija jona).3. Izmeriti koncentraciju jona u uzorku (cev je u uzoraku U).

Instrument meri koncentraciju uzorka.

Ako se rad prekida na kratko gasi se samo plamen (FLAME OFF).

Ako se rad prekida na due zatvori se plinska boca, sistem ostavi da se ispere vodom (cev u vodi) 10 min i ugasi se instrument (fotometar OFF). VEBA BROJ II

Odreivanje pH u uzorcima ampona primenom

direktne potenciometrije

Kiselost kozmetikih preparata je jedan od bitnih parametara koji se mora kontrolisati radi obezbeivanja efikasnosti i nekodljivosti preparata po zdravlje ljudi i ivotinja.

Odreivanje pH u amponima izvodi se primenom potenciometrije, a bazira se na zavisnosti potencijala pogodne indikatorske elektrode od koncentracije H3O+ jona.

Potrebna laboratorijska oprema:

pH metar,

ae od 100 mL i

menzura od 50 mL

Potrebne hemikalije i reagensi:

standardni rastvori pufera pH 4, 7 i 9 i

destilovana voda

Postupak:

Pre merenja uzoraka pH metar se kalibrie korienjem standardnih rastvora pufera pH 4, 7 i 9 (pogledajte upustvo uz pH metar!).

Uzorci ampona razliitih proizvoaa se prethodno razblae u odnosu 1:10 u ai od 100 mL: 5 mL ampona + 45 mL destilovane vode. Izmere se pH vrednosti u razzblaenim uzorcima, pa postupak ponovi sa narezablaenim. Rezultate prikazati u Tabeli. Posle izvrenog merenja elektroda se paljivo ispere, osui i uroni u rastvor pufera pH 4.

ampon 1ampon 2ampon 3ampon 4

razbl. uzorak

nerazblaeni uzoirak

VEBA BROJ IIIPOTENCIOMETRIJSKO ODREIVANJE FLUORIDA PRIMENOM JON-SELEKTIVNE ELEKTRODE

Potenciometrijsko odreivanje fluorida pomou jon-selektivne elektrode odlikuje se jednostavnou, tanou, brzim izvoenjem i specifinou. Potencijal rastvora u koji je uronjena fluoridna jon-selektivna elektroda linearno zavisi od negativnog logaritma koncentracije prisutnih fluorida.

Katjoni i veina anjona ne ometaju odreivanje sadraja fluorida pomou jon-selektivne (fluoridne) elektrode. Odreivanje mogu da ometaju hidroksidni joni, pri pH 9, ukoliko je njihova koncentracija vea od jedne desetine koncentracije prisutnih fluoridnih jona. Takoe, fluoridi formiraju i komplekse sa aluminijumom (III), silicijumom (IV), gvoem (III) i drugim polivalentnim katjonima. Stepen obrazovanja kompleksa zavisi od koncentracije kompleksirajuih agenasa, ukupne koncentracije fluorida, pH rastvora, kao i od ukupne jonske sile rastvora.

Dodavanjem TISAB pufera (Total Ionic Strength Adjustment Buffer - pufer koji odrava jonsku silu rastvora) u standardne rastvore fluorida i u uzorke, iji je pH izmeu 5,0 i 5,5 izbegavaju se smetnje koje potiu od prisutnih hidroksidnih jona, kao i formiranje kompleksa H+-jona sa F- -jonima u kiseloj sredini. TISAB pufer sadri i natrijum-citrat koji sa aluminijumom ili gvoem formira komplekse i na taj nain ne dozvoljava vezivanje pomenutih metala za fluoridni jon.

Fluoridna jon-selektivna elektroda

Fluoridna elektroda sastoji se od inertnog PVC tela na ijem kraju je montirana, osetljiva membrana. Kontakt izmeu membrane i unutranje srebro/srebro hloridne elektrode ostvaren je unutranjim rastvorom (rastvor KCl). Elektroda je tako izraena, da je unutranji rastvor potpuno izolovan od spoljane sredine, te nema potrebe za dopunjavanjem. Postizanje visokog stepena obrade povrine membrane je veoma bitno za dobijanje maksimalne osetljivosti elektrode. Referentna elektroda je kalomelova ili srebro/srebro hloridna elektroda.

Fluoridna elektroda moe se koristiti i za rastvore koji sadre znaajan udeo organskih rastvaraa, bez posebno ometajuih efekata.Osetljivost

Elektroda detektuje samo nekompleksirane (slobodne) fluoridne jone u opsegu koncentracijeod 10 do 10-6M, sa linearnim detekcionim limitom reda veliine 5x10-6M. Ako se jonska jaina rastvora odrava konstantnom, dodavanjem nekog koncentrovanog inertnog elektrolita, kao to je TISAB (u odnosu 1:1) tada je elektroda kalibrisana direktno u jedinicama koncentracije.

Optimalan opseg pH za merenje je od 4 do 9, temperaturni opseg je od 0 do 800C. Odgovor elektrode na promenu aktivnosti fluoridnog jona u rastvoru je za manje od 5 sekundi. Promena temperature utie na potencijal elektrode, prema tome kalibracioni

rastvori i uzorci moraju da se termostatiraju.

Slika 1. Kombinovana fluoridna elektroda Laboratorijska oprema i posue

digitalni pH-metar, model HANNA

fluoridna jon-selektivna elektroda i kalomelova referentna elektroda

magnetna mealica

polietilenske aice

5 odmernih sudova zapremine 50 mL

odmerni sud zapremine 1 L

menzura zapremine 25 mLPotrebne hemikalije

osnovni rastvor natrijum fluorida koncentracije 0,1 mol/L

rastvor TISAB pufera

Priprema: odmeriti oko 500 mL destilovane vode u odmerni sud zapremine 1 litar. Dodati 57 mL glacijalne siretne kiseline, 58 g natrijum-hlorida i 0,3 g natrijum-citrata. Nakon rastvaranja neutralisati rastvor dodavanjem rastvora natrijum-hidroksida koncentracije 5 mol/L. Podesiti pH u opsegu izmeu 5,0 i 5,5 pomou pH-metra i dopuniti normalni sud do crte..

Konstruisanje kalibracione praveZa konstruisanje kalibracione prave koristi se serija standardnih rastvora u opsegu koncentracija od 0,1 do 10-6 mol/L.

Rastvori su dobijeni razblaivanjem osnovnog standardnog rastvora i njihove koncentracije su sledee: 0,1 mol/L, 10-2 mol/L, 10-3 mol/L, 10-4 mol/L, 10-5 mol/L i 10-6 mol/L.

Navedene rastvore treba pomeati sa puferom TISAB u polietilenskim aicama u odnosu 1:1 (25 mL standardnog rastvora i 25 mL pufera).

Elektrode (fluoridnu jon-selektivnu i referentnu kalomelovu) uroniti u rastvor i posle 3 minuta meanja na magnetnoj mealici oitati potencijal u mV. Oitavanja se vre na konstantnoj temperaturi od 25C. Nakon svakog oitavanja elektrode treba isprati destilovanom vodom i osuiti filter papirom.

U Tabeli 1. navedene su eksperimentalno dobijene vrednosti potencijala za odgovarajue koncentracije standardnih rastvora.

Tabela1. Eksperimentalno dobijene vrednosti potencijala za odgovarajue koncentracije

standardnih rastvora

Koncentracija (mol/L)-logCEMS (mV)

0,11535,0

10-22478,0

10-33422,0

10-44363,6

10-55309,3

10-66275,0

Kalibraciona prava se konstruie u linearnom koordinativnom sistemu tako to se na apscisu (y-osa) nanosi potencijal u mV, a na ordinatu (x-osa) vrednost log koncentracije.

Na Slici 3a i 3b prikazane su kalibracione krive zavisnost potencijala od -logC sa eksperimentalno dobijenim rezultatima prikazanim u Tabeli 1. i to van i u okviru mernog opsega elektrode.

a) van mernog opsega

b) unutar mernog opsega

Slika 3. Kalibracione krive zavisnosti EMS od log C

Dobijena jednaina kalibracione prave je: y = -56,58x + 591,32 (R2 = 0,9999), gde je y potencijal u mV, a x je -logC. EMSuzorka = 411,0mV

-4 mol/L

-4 mol : 1000 mL = x : 100 mL

x = -5 mol u 100 mL analize

m(F-) = -5 mol 19 g/mol

m(F-) = 1,235 10-3g, odnosno 1,235 mg u 1 g uzorka

Rezultat: 1235 mg/kg (ppm) F-

Deklarisano: 1450 mg/kg (ppm) F-Priprema rastvora analize

Pasta za zube: SIGNAL 75 mL

Aktivne supstance: natrijum fluorid, ekstrakti biljake Mentha piperita. Signal pasta smanjuje upalu i krvarenje iz desni, spreava dalja oteenja desni i redukuje plak. Deca ispod 7 godina treba da upotrebljavaju pastu pod nadzorom roditelja.PostupakNa tehnikoj vagi odmeriti 1,0 g SIGNAL paste za zube i paljivo rastvorti u destilovanoj vodi uz pomo magnetne mealice u odmernom sudu od 100 mL. Od tako dobijenog rastvora se, u polietilensku posudicu, menzurom odmeri 25 mL i pomea sa 25 mL pufera TISAB. U dobijenom rastvoru se izmeri potencijal na isti nain kao i za rastvor standarda, a zatim se koncentracija fluorida odreuje na jedan od sledeih naina:

a) grafiki sa grafika koji predstavlja zavisnost E = f (-logC) ekstrapolacijom se oitava vrednost - logC iz koje se izraunava koncentracija fluorida.

b) raunski - iz jednaine prave se izraunava - logC, a zatim i koncentracija fluorida.

y = A + Bx; y = EMS; x = -log CKoncentracija (mol/L)-logCEMS (mV)

0,11

10-22

10-33

10-44

10-55

10-66

Izraunavanje koliine fluorida u odnosu na deklarisan sadraj:

C =____________mol/L

____ mol : 1000 mL = x : 100 mL

x = _____ mol u 100 mL analize

m(F-) = _____ mol 19 g/mol

m(F-) = _________g, odnosno ___________ mg u 1 g uzorka

Rezultat: ___________ mg/kg (ppm) F-

Deklarisano: _____________ mg/kg (ppm) F-Rastvor supstance

Aerosol

vrsta supstanca

Supstanca u gasovitom stanju

Atomi (uglavnom)

isparavanje rastvaraa

rasprivanje

isparavanje supstance

Ekscitirano stanje

h(

h(

A rastvor za analizu

K kompresor

M manometar

Z komora za rasprivanje

R regulator pritiska

G boca sa gorivom

H ogledalo

B gorionik

L soivo

F filter

P fotoelija

V pojaiva

I merni instrument

I

V

P

F

L

H

B

G

R

M

Z

K

A

PAGE 1

_1301850930.unknown

_1301851054.unknown

_1301857421.unknown

_1301850733.unknown