Фотометрическое определение содержания фурацилина методом стандартных добавок

Смотреть PDF

 

Цель работы:ознакомление с принципами реализации и областью применения метода стандартных добавок для количественного определения содержания вещества в объектах сложного неизвестного состава.

Краткое содержание работы

Метод стандартной добавкииспользуется главным образом при анализе объектов, имеющих сложный химический и фазовый состав, в которых поведение исследуемого аналита определяется преимущественно характеристиками самого объекта (матрицы), его способностью к поддержанию различного рода побочных процессов (комплексообразование, протонирование, сорбция, солевой эффект и т.п.). Из-за протекания этих процессов, результат анализа может определятся составом матрицы в гораздо большей степени, чем содержанием в ней аналита (два объекта с одинаковым содержанием аналита, но разным составом матрицы, могут давать аналитические сигналы совершенно разной величины). Такое явление называется матричным эффектом. Для уменьшения влияния матричного эффекта на результат анализа, состав калибровочной смеси необходимо смоделировать таким образом, чтобы он максимально повторял состав исследуемого объекта. Как правило, это невозможно или трудноосуществимо. В таких условиях использование метода стандартной добавки значительно улучшает результат анализа. Метод стандартной добавки позволяет измерить отклик всей процедуры анализа в целом, с учетом различных явных и неявных эффектов и процессов.

В абсорбционных методах анализа, основанных на поглощении электромагнитного излучения веществом, количественное определение ведут в области линейной зависимости оптической плотности вещества (раствора) от содержания, при выполнении закона Бугера-Ламберта-Бера:

                                                (1)

В том случае, если в растворе присутствуют посторонние компоненты, взаимодействующие с определяемым веществом, действующая его концентрация будет уменьшаться. Однако, при постоянстве этого воздействия, при постоянной длине кюветы и коэффициенте светопоглощения, остается справедливым:

                                                  (2)

где k– коэффициент пропорциональности, зависящий, в том числе, и от состава пробы, но постоянный для данного объекта и условий анализа.

Пусть оптическая плотность исходной пробы с неизвестным содержанием c1составляет A1:

                                                             (3)

При введении известного количества аналита в смесь, его концентрация изменится на величину   составит . Соответственно, оптическая плотность полученной смеси будет:

                                                (4)

Разделив (3) на (4) и преобразовав, получим:

                                                           (5)

Если целью анализа является определение не концентрации аналита, а его массы в исходном образце, то можно использовать:

                                                         (6)

Если при анализе ведется измерение пропускания, а не оптической плотности, то удобнее записать уравнение (6):

                                                             (7)

Количество вводимой добавки проводят по предварительным измерениям или по каким-либо другим априорным данным. Для получения более точного результата анализа количество добавки должно составлять »50-100% от исходного количества аналита в пробе. При этом, с одной стороны, изменение аналитического сигнала превышает погрешность его определения и, с другой стороны, остается возможность предположить, что величина  в уравнении (2) остаётся постоянной, т.е. при внесении добавки влияние матричного эффекта и линейность анализа не нарушаются (если количество добавки значительно превышает количество аналита в пробе, то результат анализа приобретает большую случайную ошибку и повышается вероятность систематической ошибки).

Следует отметить, что необходимым условием применимости метода стандартной добавки является постоянство матричного эффекта при изменении концентрации аналита. Поэтому разбавление пробы при внесении добавки желательно минимизировать или вовсе избежать, т.к. матричный эффект в значительной степени зависит от концентрации всех компонентов.

Определение погрешности измерений.

Погрешность косвенного измерения величины U=f(x,y,z), можно определить как приращение функции U при приращении аргументов x,y,z:

                                     (8)

где         U- функция, зависящая от величин x,y и z.

x, y и z- переменные величины, каждая из которых имеет свою собственную абсолютную погрешность определения.

Решая уравнение (8) для различных функций, можно найти, что относительную погрешность косвенного определения величин, выраженных простыми функциями (частное, произведение и т.д.) можно вычислить как квадратный корень из суммы квадратов относительных погрешностей измеряемых величин:

                                                         (9)

Если величина выражена более сложной функцией (например, в данной работе), то следует прибегнуть к уравнению (8). В любом случае, при выборе расчетной формулы, желательно убедиться в ее корректности через.

Дифференцируя уравнение (7) в виде , получим:

                                                                               (10)

                               (11)

Так как погрешность измерения пропускания является характеристикой прибора и есть величина постоянная для всех значений пропускания , то можно преобразовать (11):

                                                          (12)

Или:

                                                             (13)

 

Для определения относительной погрешности измеряемой величины разделим уравнение (13) на (7) и получим:

Или:

                                    (14)

Оборудование и реактивы:

электрофотоколориметр КФК-2 (КФК-2МП, Эксперт-003)

кюветы стеклянные 50 мм – 2шт.

пипетка Мора 10,00 мл – 1 шт.

пипетка Мора 5,00 мл – 1 шт.

цилиндр мерный 25 мл – 1 шт.

колбы мерные 50,00 мл – 3 шт.

стандартный раствор фурацилина в воде с≈10 мкг/мл с точно известной концентрацией (раствор «добавки»)

0,5 М раствор щелочи.

Порядок выполнения работы:

– Получить у лаборанта необходимое оборудование и реактивы.

– Подготовить прибор, согласно прилагаемой к нему инструкции

– В чисто вымытую мерную колбу получить «задачу».

– Подготовить растворы для измерения их пропускания (или оптической плотности).

– к полученному раствору «задачи» добавить мерным цилиндром 10 миллилитров 0,5 М раствора щелочи и довести объем раствора дистиллированной водой до 50,00 мл. Тщательно перемешать.

– Взять две аликвоты по 10,00 мл и поместить их в мерные колбы на 50,00 мл.

– В одной из колб довести объем до метки дистиллированной водой. Это будет исходная проба с содержанием m1 .

– К другой аликвоте добавить 5,00 мл раствора фурацилина (добавки) и довести водой до метки. Это будет проба с «добавкой» m2=m1+mдоб.

– Рассчитать точную массу  mдоб  добавленного фурацилина.

– Измерить пропускание первого и второго растворов последовательно в одной и той же кювете относительно одного и того же раствора сравнения (воды) при светофильтре 440 или 400 нм (величина коэффициента светопоглощения при 440 нм больше чем при 400 нм, поэтому светофильтр 400 нм рекомендуется для более концентрированных растворов). Показания прибора записывать по шкале пропускания!!!

– Рассчитать исходное содержание фурацилина в пробе по формуле (7), НО!!! с учетом разбавления.

– Рассчитать погрешность измерения содержания фурацилина в исходной пробе используя выражение (12), (13) или (14).




– Альтернативно определить тот же результат графически:

фурацилин