iÅ chai wykÅ ad 1 [tryb zgodnoÅ ci]galaxy.uci.agh.edu.pl/~kca/chai_wyklady/chai_wyklad_1.pdf ·...
Post on 21-Jul-2020
2 Views
Preview:
TRANSCRIPT
21.04.2020
1
CHEMICZNA ANALIZA INSTRUMENTALNA
W I B. Baś „Chemiczna analiza instrumentalna”
AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZAim. Stanisława Staszica w Krakowierocznik: 1980 - 1985
Ś.†P. prof. dr hab. inż. Roman Pampuch(1927 -2017)
Ś.†P. prof. dr hab. inż. Wiesław Ptak(1941-2004)
Ś.†P. mgr Anna Maria Pustówka(1949-2011)
21.04.2020
2
AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZAim. Stanisława Staszica w Krakowierocznik: 1980 - 1985
11.1984
08.1983
07.1982
02.1985
1983-1984
Centrum Naukowo-Produkcyjne Mikroelektroniki Hybrydoweji Rezystorów „UNITRA-TELPOD” Kraków ul. Lipowa 4
technolog: 10.1985 – 03.1987r.
Projekt: linii technologicznej odzyskusrebra w galwanizerni
Wojskowa Szkoła Służb Zakwaterowania i Budownictwa, Giżycko
21.04.2020
3
Przedsiębiorstwo Usług i Ekspertyz Naukowo-Technicznych„PROGRESS” Sp. z o.o. Kraków, ul. Lenartowicza 14
Projektant-konstruktor i specjalista ds. produkcji: 1988 - 1995
Bezinwazyjny system pomiaru ciśnienia parcjalnego tlenu we krwi tętniczej1991 -akceptacja Ministerstwa Zdrowia, wdrożony do produkcji
Przedsiębiorstwo Usług i Ekspertyz Naukowo-Technicznych„PROGRESS” Sp. z o.o. Kraków, ul. Lenartowicza 14
Projektant-konstruktor i specjalista ds. produkcji: 1988 - 1995
Ratunkowy system lokalizacji rozbitków – boja PSB 9011994 -akceptacja Polskiego Ratownictwa Okrętowego wdrożony do produkcji
Prom MF Jan Heweliusz zatonął 14 stycznia 1993r.
21.04.2020
4
Katedra Chemii Analitycznej – kilka lat wstecz…
Katedra Chemii Analitycznej – pracownicy
21.04.2020
5
Źródła informacji:
• wykład (http://galaxy.uci.agh.edu.pl/~kca/)
• skrypt AGH W.W. Kubiak, J. Gołaś „Instrumentalne metody analizy chemicznej" Wyd. Nauk. "Akapit" 2006
W I B. Baś „Chemiczna analiza instrumentalna”
1) M. Jarosz „Nowoczesne techniki analityczne” Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, W-wa 2006.
2) J. Minczewski, Z. Marczenko „Chemia analityczna” PWN W-wa 2008
3) D.A. Skoog, D.M. West, F.J. Holler, S.R. Crouch „Podstawy chemii analitycznej” T.1 i T.2 (tłum. E. Bulska i in.) PWN W-wa 2007
prof. dr hab. inż. Bogusław Baś A-3 IVp. pok. 410; tel. 12 617 25 29, 12 617 24 73
W I B. Baś „Chemiczna analiza instrumentalna”
Harmonogramy ćwiczeń laboratoryjnych (2019/2020)
Data
Czwartek
godz. 945 – 1200
Grupa 1 Grupa 2 Grupa 3
05.03.2020 1MS 2KF 3BB
12.03.2020 2KF 5EN 4MS
19.03.2020 3KF 4MS 5EN
26.03.2020 4MS 3KF 1EN
02.04.2020 5EN 1MS 2KF
Prowadzący zajęcia laboratoryjne:
BB – prof. dr hab. inż. Bogusław Baś (bud. A-3, pok. 410)
KF – dr inż. Katarzyna Fendrych (bud. A-3, pok. 415)
EN – dr inż. Ewa Niewiara (bud. A-3, pok. 419A)
MS – dr inż. Małgorzata Suchanek (bud. A-3, pok. 415)
21.04.2020
6
W I B. Baś „Chemiczna analiza instrumentalna”
W I B. Baś „Chemiczna analiza instrumentalna”
21.04.2020
7
W I B. Baś „Chemiczna analiza instrumentalna”
W I B. Baś „Chemiczna analiza instrumentalna”
CHEMIA ANALITYCZNA
Interdyscyplinarna nauka zajmująca się opracowaniem oraz praktycznym zastosowaniem metod pozwalających na określenie ze znaną precyzją i dokładnością składu chemicznego obiektów materialnych.
Przedmiotem analityki jest:
Informacja o rodzaju i zawartości składników włącznie z ich przestrzennym uporządkowaniem i rozmieszczeniem, a także zmianami w czasie.
Wynikiem badań analitycznych jest informacja uzyskiwana poprzez materialne lub energetyczne oddziaływanie na badany obiekt.
21.04.2020
8
W I B. Baś „Chemiczna analiza instrumentalna”
LICZBA ZNANYCH ZWIĄZKÓW CHEMICZNYCH
źródło: CHEMICAL ABSTRACT SYSTEM (CAS)
(01/10/2019r. godz. 20.31)
Liczba znanych substancji chemicznych (organicznych i nieorganicznych):
68 162 477 (67 770 473 02.10.2018r.) = 392 004
Liczba znanych reakcji chemicznych (jednoetapowych i wieloetapowych):
110 087 052 (od 1840r.)
Liczba związków chemicznych dostępnych w obrocie handlowym:
ok. 75 000 000
Liczba związków chemicznych podlegających uregulowaniom prawnym:
389 075
JAK DOTRZEĆ DO AKTUALNYCH DANYCH?http://web.cas.org/cgi-bin/regreport.pl
W I B. Baś „Chemiczna analiza instrumentalna”
21.04.2020
9
Wzrost zaludnienia i produkcji chemikaliów
W I B. Baś „Chemiczna analiza instrumentalna”
Pierwszy przepis prawny dotyczący ochrony środowiska
W I B. Baś „Chemiczna analiza instrumentalna”
21.04.2020
10
Pierwszy przepis prawny dotyczący ochrony środowiska
W I B. Baś „Chemiczna analiza instrumentalna”
Ziemi nie odziedziczyliśmy po naszych Ojcach,
a jedynie pożyczyliśmy od naszych Dzieci !
W I B. Baś „Chemiczna analiza instrumentalna”
21.04.2020
11
Rozwój technologii wytwarzaniacytrynianu sildenafilu (VIAGRATM)
E = 13001990
E = 1001994
E = 221997
E = 62004
E = 4aktualnie
W I B. Baś „Chemiczna analiza instrumentalna”
Skrócone zasady „Zielonej Chemii”
W I B. Baś „Chemiczna analiza instrumentalna”
21.04.2020
12
ROZRZUT WYNIKÓW ANALITYCZNYCH
Materiał Pierwiastek Liczba laboratoriów
Rozstęp wyników
Liście tytoniu Oriental
CTA-OTL-1
Cr
Cs
Ni
Pb
43
17
43
40
0.038 – 11.6 μg/g
0.117 – 11.8 μg/g
48.20 – 8083 μg/g
0.051 – 19.5 μg/g
Uwagi:
- rozstęp wyników analiz wykonywanych przez różne laboratoria np. uczestniczących w porównaniach międzylaboratoryjnych może sięgać nawet kilku rzędów wielkości
- generalnie, za rozrzut wyników odpowiedzialne są błędy analityczne.
W I B. Baś „Chemiczna analiza instrumentalna”
W I B. Baś „Chemiczna analiza instrumentalna”
Analiza jakościowa – to identyfikacja pierwiastków i związków obecnych w próbce.
Analiza ilościowa – to określenie zawartości (stężenia) składnika(-ów) w próbce.
Analit – to składnik (indywiduum chemiczne) próbki, który jest oznaczany w danym procesie analitycznym.
Oznaczenie – jest procesem, w którym wyznacza się zawartość (stężenie) danego składnika (analitu) w badanej próbce.
Matryca – pozostała cześć materiału lub próbki, w których znajduje się analit.
Interferenty – to substancje, które w czasie analizy powodują powstawanie błędów systematycznych przez zwiększenie lub zmniejszenie sygnałów analitu lub tła.
21.04.2020
13
W I B. Baś „Chemiczna analiza instrumentalna”
WIELKOŚĆ PRÓBKI
Wielkość próbki często stanowi podstawę klasyfikacji na typy przeprowadzanych analiz.
Techniki stosowane w przypadku bardzo małych próbek są zupełnie różne od technik odpowiednich dla próbek w skali makro.
Wielkość próbki Skala analizy
> 0.1 g makro
0.01 – 0.1 g semimikro
0.0001 – 0.01 g mikro
< 10-4 g ultramikro
Klasyfikacja analiz wg wielkości próbki
W I B. Baś „Chemiczna analiza instrumentalna”
RODZAJE SKŁADNIKÓW
Składniki oznaczane w procedurach analitycznych mogą bardzo znacznie różnić się stężeniem.
Ogólny problem związany z oznaczaniem śladów polega na tym, że wiarygodność wyniku zwykle drastycznie spada wraz ze zmniejszeniem się zawartości analitu.
Poziom analitu Typ składnika
1% – 100% główny
100 μg/g – 1% poboczny
1 ng/g – 100 μg/g śladowy
< 1 ng/g ultraśladowy
Zależność błędu od stężenia analitu
21.04.2020
14
W I B. Baś „Chemiczna analiza instrumentalna”
ANALITYKA SKŁADU
– określa skład próbki tj. jakie substancje i w jakiej ilości występują w próbce.
Chromatogram fosforo-organicznych insektycydów
Widmo mas wzorcowej próbki skały metody ICP MS
W I B. Baś „Chemiczna analiza instrumentalna”
ANALITYKA ROZMIESZCZENIA
– określa jakie jest rozmieszczenie przestrzenne w skalimakro poszczególnych składników próbki.
Cu
Al
Si
21.04.2020
15
W I B. Baś „Chemiczna analiza instrumentalna”
ANALITYKA STRUKTURALNA
– określa jakie jest rozmieszczenie przestrzenne w skali atomowej poszczególnych składników próbki (np. ustalenie budowy cząsteczki ciała stałego).
Zn
Anhydraza węglanowa
- jeden z najszybciej działających enzymów. Jedna cząsteczka enzymu katalizuje 104 - 106 cząsteczek CO2 w ciągu 1 s.
w tkankach; wysokie stężenie CO2
w płucach; niskie stężenie CO2
CO2 + H2O HCO3-Anhydraza węglanowa
HCO3- CO2 + H2O
Anhydraza węglanowa
W I B. Baś „Chemiczna analiza instrumentalna”
ANALITYKA PROCESOWA
Zmiany stężeń składników próbki w czasie. Zastosowanie:
− kontrola procesów przemysłowych
− badanie procesów zachodzących w środowisku naturalnym
− badanie procesów zachodzących w organizmach żywych
− badanie przebiegu reakcji i procesów chemicznych
21.04.2020
16
ANALIZA ELEMENTARNA
- określa skład pierwiastkowy próbki tzn. jakie pierwiastki i w jakich ilościach występują w badanym obiekcie, często ogranicza się do kilku a nawet jednego pierwiastka.
ANALIZA SZCZEGÓŁOWA
- oznaczany jest skład obiektu badanego z uwzględnieniem związków chemicznych często ogranicza się do kilku a nawet jednego związku.
ANALIZA SPECJACYJNA
- identyfikacja i ilościowe oznaczanie różnych fizycznych i chemicznych form (indywiduów) danego pierwiastka
występujących w badanym obiekcie analizy.
W I B. Baś „Chemiczna analiza instrumentalna”
ZNACZENIE SPECJACJI I JEJ SPECYFIKA
Wzajemne oddziaływanie elementów środowiska
Obieg rtęci w środowisku
W I B. Baś „Chemiczna analiza instrumentalna”
21.04.2020
17
W I B. Baś „Chemiczna analiza instrumentalna”
W I B. Baś „Chemiczna analiza instrumentalna”
TYPOWA PROCEDURAANALIZY
21.04.2020
18
W I B. Baś „Chemiczna analiza instrumentalna”
W I B. Baś „Chemiczna analiza instrumentalna”
PROCES ANALITYCZNY
OBIEKT POMIARU
PRÓBKA
SYGNAŁ
WYNIK POMIARU
WYNIK ANALIZY
INFORMACJA
ZMIENNEUKRYTE
BADANYOBIEKT
PROBLEM
STRATEGIA POBIERANIA
PRÓBKI
POBIERANIE
PRÓBKI
PRZYGOTOWANIE PRÓBKI
POMIAR
REJESTRACJA/OCENA
KALIBRACJA
INTERPRETACJA
PERCEPCJA ROZWIĄZANIE
PROBLEMU
SYSTEMPOMIAROWY
METODY
CHEMO-
METRYCZNE
21.04.2020
19
W I B. Baś „Chemiczna analiza instrumentalna”
BADANY OBIEKT
PRÓBKI RZECZYWISTE
W analizie próbek rzeczywistych przeszkadza obecność matrycy.
Matryca może zawierać związki podobne pod względem właściwości fizycznych i chemicznych do analitu
Mogą one reagować z tymi samymi odczynnikami co analit lub też mogą powodować powstawanie sygnału, który trudno odróżnić od sygnału analitu.
Efekty przeszkadzające oznaczeniu analitu, wywołane obecnością obcych związków w matrycy nazywa się efektami matrycy.
Mogą być one wywołane nie tylko składem samej próbki, ale również odczynnikami i rozpuszczalnikami użytymi na każdym etapie przygotowania próbki.
Skład matrycy może się zmieniać w czasie.
W I B. Baś „Chemiczna analiza instrumentalna”
21.04.2020
20
INTERFERENCJE
Indywidua inne niż oznaczany analit, które wpływają na wynik pomiaru, nazywane są interferentami.
Eliminacja interferencji jest jednym z trudniejszych wyzwań dla analityka, gdyż powinien on zastosować takie postępowanie, które umożliwi oddzielenie analitu od interferentów przed pomiarem.
Techniki analityczne, które dotyczą oznaczania tylko jednego składnika (analitu) nazywa się specyficznymi.
Techniki analityczne, które dotyczą oznaczania ograniczonej liczby analitów nazywa się selektywnymi.
W I B. Baś „Chemiczna analiza instrumentalna”
W I B. Baś „Chemiczna analiza instrumentalna”
Poprawne wykonanie analizy chemicznej z zastosowaniem techniki instrumentalnej wymaga pełnego zrozumienia:
zasady fizykochemicznej, na której oparta jest wybrana metoda instrumentalna
praw fizycznych, stanowiących podstawę pracy instrumentu pomiarowego
ograniczeń wynikających z zastosowania metody pomiarowej.
21.04.2020
21
W I B. Baś „Chemiczna analiza instrumentalna”
WYBÓR METODY ANALITYCZNEJ
Wymagane jest zdobycie jak najszerszych informacji na temat badanego obiektu oraz pobranej próbki, dlatego należy określić:
- co będzie przedmiotem oznaczenia, czy jest to jedna lub wielesubstancji
- jaki jest stan skupienia badanego materiału
- jaki jest przewidywany zakres stężenia analitu i czy będzie onulegał znaczącym zmianom
- jakie są chemiczne, fizyczne i biologiczne właściwości matrycy
- czy komponenty zawarte w próbce mogą powodować interferencje
- ile próbek ma być przebadanych i w jakich odstępach czasowych, czy będą to krótkie serie, badanie długofalowe, czy też np.monitorowanie procesów w środowiska
W I B. Baś „Chemiczna analiza instrumentalna”
- jaka ilość próbki będzie dostępna i czy może ona uleczniszczeniu podczas analizy
- ile wynosi czas pojedynczej analizy i czy jest on parametrem krytycznym (np. w oznaczeniach klinicznych) oraz czy próbkamoże ulegać zmianom w czasie
- jaka jest dopuszczalna niepewność otrzymywanych wyników ze szczególnym uwzględnieniem precyzji i dokładności
- jakie są dodatkowe wymagania dotyczące jakości wyników, czy metoda musi zostać zwalidowana
- jakich dodatkowych informacji oczekuje się od zleceniodawcy
Wybór konkretnej metody to zwykle kompromis pomiędzy pożądaną jakością wyników, możliwościami ekonomicznymi i czasowymi analityka.
WYBÓR METODY ANALITYCZNEJ
21.04.2020
22
KALIBROWANIE I POMIAR STĘŻENIA
W idealnym przypadku mierzona wielkość sygnału, Y, jest wprost proporcjonalna do stężenia (zawartości) analitu cA:
Mierzona wartość, Y, powinna się zmieniać w znany i odtwarzalny sposób. Procedura wyznaczania wartości parametru, k, nazywa się kalibrowaniem.
OCENA WIARYGODNOŚCI WYNIKU
Żaden wynik analityczny nie jest kompletny bez oceny jego wiarygodności.
Analityk zobowiązany jest podać, w jaki sposób przeprowadzona została ocena niepewności przypisanej obliczonemu wynikowi.
AkcY
W I B. Baś „Chemiczna analiza instrumentalna”
WYNIK ANALIZY CHEMICZNEJ
Wynikiem rzetelnej analizy chemicznej jest informacja o stężeniu(zawartości) oznaczanego składnika oraz o oszacowanym błędzietego oznaczenia. Najczęściej wynik podawany jest w postaci:
x - średnia, co najmniej dwóch niezależnych wyników równoległych analiz wyrażona w jednostkach stężenia (zawartości) oznaczanego składnika.
±ε - dokładność wyniku podana w formie przedziału ufności lub
inaczej wyrażonego błędu.
x
W I B. Baś „Chemiczna analiza instrumentalna”
21.04.2020
23
- chemia analityczna, zakres i podstawowe pojęcia
- analityka: składu, rozmieszczenia, strukturalna, procesowa
- analiza elementarna, szczegółowa, specjacyjna
- typowa procedura analityczna, proces analityczny
- próbki rzeczywiste i interferencje
- zasady wyboru metody analitycznej
Podsumowanie
W I B. Baś „Chemiczna analiza instrumentalna”
top related