SFM protokoll (0)

TalTech Keemia ja biotehnoloogia instituut  YKA0060  Instrumentaalanalüüs SFM Spektrofotomeetria Õpperühm: Töö teostaja(d):  Õppejõud:   Töö teostatud (kuupäev):   


1 Töö eesmärgid I osa eesmärgid: 1. Aine spektri mõõtmine ja iseloomustamine. Neeldumismaksimumide ja  neeldumismiinimumide kindlaks määramine.  2. Uurimine, kas aine spektrinäitu saab ennustada teades aine värvi. 
3. Uurimine, kas aine spektrinäit sõltub keskkonna pH-st. 
4. Uurimine, kas aine värv on mono – või polükroomne kasutades spektrinäitu. II osa eesmärgid: 1. Määrata KMnO4 ja K2Cr2O7 kontsentratsioonid kontroll-lahuses. 
2. Kalibreerimissirge konstrueerimine ja iseloomustamine kasutades  regressioonisirge võrrandit y=ax+b ning paranduskoefitsienti R2 .  3. Beeri seaduse kasutamine segu kvantitatiivseks analüüsiks (kahekomponentne  süsteem). 2 I osa – kvalitatiivne analüüs 2.1 Töö käik Ained: 0.1M HCl, 0.075M Na2CO3, dest. vesi, indikaatorid – ff ja mp. Valmistada järgnevad lahused ja mõõta jooksvalt nende neeldumisspektrid kasutades 
spektrofotomeetrit: 1. Na2CO3;
2. Na2CO3 + 1 tilk indikaatorit (ff);
3. Na2CO3 ja ff segu tiitrida üle HCl lahusega;
4. Samasse lahusesse lisada 2-3 tilka indikaatorit (mp);
5. Na2CO3 ja mp segu tiitrida üle HCl lahusega kuni virsiku värvini;
6. Na2CO3 ja mp segu tiitrida üle HCl lahusega. Spektrite mõõtmine: 1. Nullida spektrofotomeeter dest. veega (BASE CORRECTION).
2. Valida MODE MENU  režiim „Spectrum“.
3. Valida lainepikkuste vahemik (280-700 nm) ja intensiivsus (0.00-1.00 A).
4. Täita küvett lahusega (1mL), panna see õigetpidi masinasse ning vajutada  START. 2.2 Tulemused Lainepikkus, nm Absorbeeritav värvus Täiend- ehk vastasvärvus 390-420 Violetne Rohekaskollane 420-440 Violett-sinine Kollane 440-470 Sinine Oranž 470-500 Sinakasroheline Punane 500-520 Roheline Purpur 520-550 Rohekaskollane Violetne 550-580 Kollane Violett-sinine


580-620 Oranž Sinine  620-680 Punane Sinakasroheline 680-780 Purpur Roheline N r Aine(d) pH Lahuse värv Eeldatav neelatav värv Eeldatav max lainepikkus Tegelik max lainepikkus Inten- siivsu s 1. Na2CO3 > 10 värvitu - - 640 nm 0.057 2. Na2CO3 + ff > 10 purpur roheline 500-520 nm 552 nm 1.0 3. 2. + HCl 6.3 – 8.3 värvitu - - 350 nm 0.007 4. 3. + mp 6.3 – 8.3 kollane violett- sinine 420-440 nm 429 nm 0.213 5. 4. + HCl 4.4 – 6.3  virsiku sinine 440-470 nm 452 nm 0.158 6. Na2CO3 + mp 
(üle tiiritud) < 4.4 punakas- roosa roheline 500-520 nm 525 nm 0.338 Kontsentratsioonist ei sõltu spektri kuju, kuid sõltub optilise tiheduse intensiivsus.
Spektri kuju sõltub absorbeeritavatest lainepikkustest ja keskkonna pH-st.     Joonis 1. Na2CO3 spekter Joonis 2. Na2CO3 + ff spekter Joonis 4. (punkt 3.) + mp spekter Joonis 3. Na2CO3 + ff + HCl spekter


  Joonis 6. (punkt 5.) + HCl (üle tiitritud) 
spekter Joonis 5. (punkt 4.) + HCl spekter


3 II osa – kvantitatiivne analüüs 3.1 Töö käik Ained: dest. vesi, 1mM KMnO4, 1mM K2Cr2O7, segu ehk kontroll-lahus. 1. Valmistada lahuseid kalibreerimise jaoks:  KMnO    4 standardlahused: Pipeteerida 4, 6, 8, 10 ja 12 mL alglahust (1mM  KMnO4) 50 mL mõõtkolbidesse, täita kriipsuni dest. veega ja korralikult 
segada.  K    2Cr2O7 standardlahused: Pipeteerida 6, 8, 10, 12 ja 14 mL alglahust 
(1mM K2Cr2O7) 50 mL mõõtkolbidesse, täita kriipsuni dest. veega ja 
segada korralikult. 2. Mõõta ära spektrid kõige kangematel KMnO4  ja K2Cr2O7 standardlahustel  (joonised 7 ja 8). 3. Mõõta kontroll-lahust.
4. Jätkata mõõtmist punktis 2. saadud maksimumidega. Antud juhul 525nm ja  350 nm. 5. Valida režiim „Photometric“ ning mõõta läbi kõik standardlahused valitud  lainepikkustel.   Lahjenduste valmistamine: Töölahus: 1mM K2Cr2O7
Vaja: 0.05 L; 0.12mM  CM = n/V  0.12mM = n / 0.05 L   n = 0.12 ∙ 0.05 = 0.006 mmol 1 mmol  1000 mL
0.006 mmol  x mL Joonis 7. KMnO4 standardlahuse spekter 
(λmax = 525 nm) Joonis 8. K2Cr2O7 standardlahuse spekter
(λmax = 350 nm)


x = (1000 ∙ 0.006) / 1 = 6 mL 3.2 Tulemused 3.2.1 Kalibreerimislahuste neeldumised väljavalitud lainepikkustel K2Cr2O7 lahuse konts. (mM) Neelduvus 525 nm Neelduvus 350 nm KMnO4 lahuse konts. (mM) Neelduvu s 525 nm Neelduvu s 350 nm 0.12 0.203 0.626 0.08 0.268 0.106 0.16 0.200 0.699 0.12 0.322 0.184 0.20 0.147 0.852 0.16 0.415 0.224 0.24 0.124 0.948 0.20 0.551 0.309 0.28 0.102 1.061 0.24 0.612 0.319 Segu 525 nm 350 nm Absorptsioon 1.033 1.467 Absorptsioon 
(lahjendus 1:1) 0.565 0.77 Joonis 9. Segu spekter 3.2.2 K2Cr2O7 ja KMnO4 kontsentratsiooni leidmine kontroll-lahuses kasutades kalibratsioonigraafikuid  3.2.2.1 K2Cr2O7 lahused  A (lahjendus 1:1) = 0.77 = y y = 2.7975x + 0.2777   x = (0.77 – 0.2777) / 2.7975 ≈ 0.176 mmol/L 0.176 ∙ 2 ≈ 0.35 mmol/L (K2Cr2O7 kontsentratsioon segus)


0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 0.22 0.24 0.26 0.28 0.3 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 f(x) = 2.8 x + 0.28 R² = 0.99 Molaarne kontsentratsioon, [mmol/L] A b so rp ts io o n  ( A ) Graafik 1. K2Cr2O7 kalibratsioonigraafik. 3.2.2.2 KMnO4 lahused  A (lahjendus 1:1) = 0.565 = y y = 2.2925x + 0.0668    x = (0.565 – 0.0668) / 2.2925 ≈ 0.22 mmol/L 0.22 ∙ 2 ≈ 0.44 mmol/L (KMnO4 kontsentratsioon segus) 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 0.22 0.24 0.26 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 f(x) = 2.29 x + 0.07 R² = 0.98 Molaarne kontsentratsioon, [mmol/L] A b so rp ts io o n  ( A ) Graafik 2. KMnO4 kalibratsioonigraafik.


K2Cr2O7  kalibratsioonigraafik on täpsem, kuna sellel on parem punktide lineaarsus. Graafik on seda usaldatavam, mida lineaarsem see on. Graafikuid, mille punktid ei ole lineaarses sõltuvuses ja punktide kõikumine on suur, ei tasu usaldada, kuna väljaspool sirget   asuvad   punktid   mõjutavad   trendijoont   ning   selle   pealt   arvutatud kontsentratsioon ei pruugi olla korrektne.


3.2.3 K2Cr2O7 ja KMnO4 kontsentratsiooni leidmine kontroll-lahuses kasutades neeldumiskoefitsiente. Kontsentratsiooni arvutamine: 1 mmol  1000 mL (töölahus)
X mmol  6 mL X = (1 mmol ∙ 6 mL) / 1000 mL = 0.006 mmol = 0.000006 mol
CM = (0.000006 mol / 0.5 L) = 0.00012 M ε arvutamine: ε = A / (CM ∙ l)
CM = 0.00012 M
A = 0.203
l = 1 cm (küveti paksus)
ε = 0.203 / (0.00012 ∙ 1) = 1691.(6) M-1cm-1 Standardhälve: SD=√¿ ¿ ¿ ¿ Suhteline standardhälve: RSD = 100SD / ´ε  [%] St K2Cr2O7 konts (M) 525 nm 350 nm A ε A ε 1 0.00012 0.203 1691.67 0.626 5216.67 2 0.00016 0.200 1250 0.699 4368.75 3 0.00020 0.147 735 0.852 4260 4 0.00024 0.124 516.67 0.948 3950 5 0.00028 0.102 364.29 1.061 3789.29 Keskmine ε: 911.526 Keskmine ε: 4316.942 SD: 549.94 SD: 554.19 RSD: 60.33% RSD: 12.84% St KMnO4 konts (M) 525 nm 350 nm A ε A ε 1 0.00008 0.268 3350 0.106 1325 2 0.00012 0.322 2683.33 0.184 1533.33 3 0.00016 0.415 2593.75 0.224 1400 4 0.00020 0.551 2755 0.309 1545 5 0.00024 0.612 2550 0.319 1329.17


Keskmine ε: 2786.416 Keskmine ε: 1426.5 SD: 324.91 SD: 107.16 RSD: 11.66% RSD: 7.51% Segu 525 nm 350 nm Absorptsioon 1.033 1.467 Absorptsioon 
(lahjendus 1:1) 0.565 0.77 ε 525 (Cr) = 912 M-1cm-1
ε 350 (Mn) = 1427 M-1cm-1
ε 350 (Cr) =  4317 M-1cm-1
ε 525 (Mn) = 2786 M-1cm-1 A 525 nm = 0.565
A 350 nm = 0.77 A525 nm(segu)= (2755 ∙ C)Mn + (912 ∙ C)Cr    0.565 = 2755 CMn + 912 CCr
A350 nm(segu)= (1427 ∙ C)Mn + (4317 ∙ C)Cr    0.77 = 1427 CMn + 4317 CCr   CMn = (0.565 – 912 CCr) / 2786 CCr = (0.77 – 1427 CMn) / 4317 =  0.77−1427 ( 0.565−912 Ccr 2786 ) 4317  ≈ 0.00012416 M CMn = (1.033 – 912 ∙ 0.00012416) / 2786 ≈0.00016398 M  Järeldused:   Arvestades lahjendust 1:1  CCr = 0.00012416 ∙ 2 = 0.00025 M = 0.25 mmol/L CMn= 0.00016398 ∙ 2 = 0.00033 M = 0.33 mmol/L 3.3 Kokkuvõte ja järeldused II osa kohta
Tulemused   on   kõik   ühes   suurusjärgus,   kuid   kalibratsiooni   kaudu   saadud
kontsentratsioonid on  0.1mM  kõrgemad kui neeldumiskoefitsientide abil arvutatud.
Kalibratsioonigraafiku   meetod   tundub   olevat   usaldusväärsem,  kuna   on   väiksem
tõenäosus   teha   arvutusvigu,   mis   tulemust   mõjutaks.   Neeldumiskoefitsientidega
arvutades on tähtis võtta koefitsiente, mis vastavad saadud absorptsioonidele. KMnO4 konts (M) K2Cr2O7 konts (M) Kalibratsiooni kaudu …… nm Kalibratsiooni kaudu 525 nm Neeldumis- koefitsiendi kaudu Kalibratsiooni kaudu 350 nm Neeldumis- koefitsiendi kaudu


- 0.44 mM 0.33 mM 0.35 mM 0.25 mM 4 Tagasiside antud töö kohta (kohustuslik pole) Antud   töö   juures   meeldis,   et   õpetati   spektrofotomeetrit  ise   kasutama   (ehk   kuhu
vajutada ning milliseid parameetre valida), mitte nii et juhendaja teeb kõike ise ära.
Töö ülesehitus aitas teemat paremini mõista ja omandada. Arusaamatuks   aga   jäi   see,   kuidas   saab   neeldumiskoefitsienti   ja   kahe   tundmatuga
võrrandit kasutades jõuda usaldusväärse kontsentratsioonini.

Document Outline

• 1 Töö eesmärgid
• 2 I osa – kvalitatiivne analüüs
  • 2.1 Töö käik
  • 2.2 Tulemused
• 3 II osa – kvantitatiivne analüüs
  • 3.1 Töö käik
  • 3.2 Tulemused
    • 3.2.1 Kalibreerimislahuste neeldumised väljavalitud lainepikkustel
    • 3.2.2 K2Cr2O7 ja KMnO4 kontsentratsiooni leidmine kontroll-lahuses kasutades kalibratsioonigraafikuid
      • 3.2.2.1 K2Cr2O7 lahused
      • 3.2.2.2 KMnO4 lahused
    • 3.2.3 K2Cr2O7 ja KMnO4 kontsentratsiooni leidmine kontroll-lahuses kasutades neeldumiskoefitsiente.
  • 3.3 Kokkuvõte ja järeldused II osa kohta
• 4 Tagasiside antud töö kohta (kohustuslik pole)