POLAROGRAFIE

Úkol měření:

  1. Seznamte se s principy polarografie, polarografem a programem pro jeho obsluhu.
  2. Stanovte množství mědi v pitné vodě z vodovodu a ze "studánky" (je možno měřit i vlastní vzorek vody!). Měření proveďte metodou DPV-stripping A a vyhodnoťte metodou standartního přídavku.

Princip polarografie

Polarografie je elektrochemická metoda, sloužící k určování výskytu a koncentrace látek v roztoku - tedy k chemické analýze. Objevil ji ak. J. Heyrovský r. 1922 a získal za ni Nobelovu cenu. Princip spočívá ve vyhodnocování závislosti el. proudu na napětí přivedeném na dvojici elektrod, ponořených do elektrolyzovaného roztoku. Na křivkách se objevují tzv. polarografické vlny a jejich poloha charakterizuje jednotlivé druhy látek. Koncentrace příslušné látky se posléze určí z velikosti nárůstu proudu.

Jako dokonale polarizovatelná elektroda (katoda) slouží většinou rtuťová kapková elektroda, jako referenční lze použít např. argentochloridovou elektrodu. Na povrchu kapky rtuti se vytvoří elektrická dvojvrstva. Při zvyšování potenciálu mezi anodou a katodou dochází k vylučování příslušných iontů na katodě a tím k nárůstu proudu. Proud je limitován množstvím iontů, které mohou ke katodě z roztoku přicházet. Jakmile se množství vylučujících se iontů rovná počtu přicházejících iontů z roztoku, proud se přestane zvětšovat. Hodnota tzv. půlvlnného potenciálu (střed nárůstu polarizační křivky) je charakteristická pro danou látku (a použité elektrody). Do roztoku se navíc přidává silný základní elektrolyt - kyselina apod., aby se vodivost roztoku zvýšila. Pro každé měření se vytváří nová rtuťová kapka.
Na obrázku je uveden příklad polarograf. křivky pro dvě zkoumané látky, jejichž půlvlnné potenciály leží blízko sebe. Pro přesnější vyhodnocování se proto často používá derivovaná křivka, z níž lze samozřejmě určovat totéž co z křivky první.
Z naměřené křivky stanovíme dle poloh jednotl. peaků, jaké látky roztok obsahuje. Koncentraci dané látky pak lze určit např. metodou standartního přídavku. Měření se provádí vícekrát, přičemž se do roztoku přidává známé konstantní množství látky. Srovnáním křivek původního roztoku a roztoku po přidání urč. množství látky se určí, jaký nárůst proudu odpovídá tomuto množství a poté se z výšky původního "peaku" vypočte odpovídající koncentrace.

Příklad:

Průměrný rozdíl výšek peaků (715 nA, 665 nA,710 nA)...696 nA. Přídavku 0.1 mg tedy odpovídá 696 nA, původní peak o velikosti 270 nA tedy znamená přítomnost 270/696 x 0.1 = 0.039 mg dané látky. Standartní přídavek se realizuje pomocí standartního roztoku ... 1 ml obsahuje 1 mg příslušné látky. Někdy se využívá též zředěných st. roztoků.

Návod na obsluhu polarografu

K obsluze polarografu je použit program Eko-tribo-polarograf. Po spuštění programu (etp.exe) je nejprve třeba zvolit metodu měření (DPV-stripingA) a zadat údaje o měřeném vzorku (vzorek-objem=alikvotní objem, koef. ředění 1).
Před vlastním měřením je třeba překontrolovat správné nastavení parametrů metody (měření - parametry):
příprava: potenciál: stac.kapka: Scan: Pulzy: Přesnost měření proudu: 1 nA
Rozsah: 5 uA

Každé měření se zahajuje mícháním (alesp. 8 sec.) a odklepnutím standartní kapky. Naměřené křivky se ukládají pod čísly 1, 2..... Následuje hodnocení....po volbě, o jakou látku jde ( např. Cu1), se provede přiřazení naměřených křivek a odečtení příslušných peaků. Program již pak sám vypočte množství látky v původním vzorku.

Stanovení množství mědi

Maximální přípustné množství mědi v pitné vodě je 3 mg/l. Ve starších budovách, které mají rozvod měděnými trubkami, dosahuje často koncentrace 3-4 mg/l. Půlvlnný potenciál mědi se pro dané podmínky nachází kolem 10 mV, přítomnost HNO3, používané jako základního elektrolytu, jej může mírně zvýšit.

Postup:

  1. Do polarografické nádobky odpipetujte 9.9 ml měřené vody a 0.1 ml koncentrované kyseliny HNO3. 
    ! Při pipetování se kyselina nesmí nasávat ústy, manipulace s chemikáliemi je dovolena pouze za dozoru vyučujícího. V případě potřísnění kyselinou je nutno postižené místo omývat mýdlovou vodou !
  2. Změřte polarografickou křivku takto připraveného vzorku.
  3. Do nádobky přidejte 0.2 ml standartního roztoku mědi, zředěného 1:10 (tedy 0.02 mg Cu). Roztok je připraven z modré skalice (CuSO4. 5H2O) .
  4. Opět změřte polarografickou křivku.
  5. Body 3. a 4. opakujte dle času ještě 1x či 2x ( pro větší přesnost měření alesp. 2x).
Výsledky zpracujte do referátu. Proveďte měření alespoň dvou vzorků pitné vody (z domova, ze školy, ze "studánky" apod.) a porovnejte naměř. hodnoty s příslušnou normou. Vypočtěte a uveďte, jaké množství modré skalice je třeba k přípravě standartního roztoku mědi. Obdobnými metodami lze pomocí polagografie stanovit např. obsahy Cd, Pb, Zn, Fe, Se, Cr, Ni, Hg, Be, Ti, dusičnanů, fosforečnanů, olejů a ropných látek atd. Podmínkou je možnost převedení vzorku na roztok - např. pomocí žíhání a rozpouštění v kyselinách...Některé metody jsou náročné na přípravu či na použité chemikálie.

Př.: Stanovení obsahu dusičnanů v pitné vodě

Do polarografické nádobky odpipetujeme 2 ml vzorku vody, 1 ml 0.4 M roztoku chloridu ceritého CeCl3 a 7 ml destilované vody.

Parametry metody DPV - stripingA:
příprava:

potenciál: stac.kapka: scan: pulzy atd. stejné jako u Cu

Vyhodnocuje se peak získaný ve druhém cyklu měření na -1.2 V. Jako standartní přídavek použijeme 0.01 M roztoku dusičnanu draselného.
 

Literatura:

Zýka J. a kol.: Analytická příručka.SNTL,ALFA. Praha 1988