2. VŠEOBECNÉ PROBLÉMY ANALYTICKEJ CHÉMIE

Transcript

1 2. VŠEOBECNÉ PROBLÉMY ANALYTICKEJ CHÉMIE 2.1. Predmet analytickej chémie Pri pôsobení skúmadla (činidla) na vzorku vzniká signál, ktorý môže obsahovať informáciu o zložení, štruktúre, prípadne o stave skúmaného objektu - vzorky. Analytická chémia využíva uvedenú interakciu na zistenie kvalitatívneho a kvantitatívneho zloženia ako i na charakterizáciu látok ľubovoľného skupenského stavu a ľubovoľnej povahy. Pod skúmadlom (synonymum činidlo) sa všeobecne rozumie nielen chemická zlúčenina, ale aj ľubovoľné médium, napr. žiarenie, elektromagnetické pole, teplo, elektróny atď., ktoré pri pôsobení na vzorku vyvolá registrovateľný účinok - signál, obsahujúci analytickú informáciu. Signálom môže byť napr. vznik novej zlúčeniny, zmena sfarbenia roztoku, vznik elementárnych častíc, žiarenia, tepla a pod Kvalitatívna analýza Cieľom kvalitatívnej analýzy je určiť prvkové, iónové a molekulové zloženie skúmaného objektu. Dôkazom sa rozumie taká činnosť, ktorej výsledkom je zistenie prítomnosti určitého iónu (napr. K +, SO 4 2-, CH 3 COO - ) vo vzorke. Ak ide o zistenie prítomnosti nejakej zlúčeniny vo vzorke hovoríme o identifikácii (napr. benzén, vitamín C, prítomnosť hexaamokobaltitého iónu a pod.). Identifikácia látok je v analytickej chémii bežná a pritom to môže byť úloha veľmi obtiažna. Problém súvisí s veľkým počtom organických látok, s často malými rozdielmi v ich chemickom zložení a neraz aj vo vlastnostiach. Identifikácia nekončí nájdením molekulového vzorca zlúčeniny, treba ďalej určiť, o ktorý z izomérov ide - ak dané zloženie pripúšťa ich existenciu. Nezriedka treba určiť, ktorý z konformérov prichádza do úvahy, ak to zloženie a štruktúra molekuly pripúšťajú. Najčastejšie sa používajú tieto spôsoby identifikácie: a) Porovnaním signálu skúmanej vzorky so signálom známej látky, získaným za rovnakých podmienok merania. Najčastejšie sa za základ pre identifikáciu týmto spôsobom používajú infračervené a hmotnostné spektrá a spektrá jadrovej magnetickej rezonancie. Úspešnosť tohto spôsobu identifikácie predpokladá dostupnosť veľkého počtu pomocných látok známeho zloženia, nazývaných štandardami. b) Porovnaním spektier skúmanej látky so spektrami známych látok, ktoré sú publikované v literatúre. Robí sa to pomocou počítačov, v pamäti ktorých sú uložené e-analytická chémia, Ústav analytickej chémie STU,

2 všetky známe spektrá organických zlúčenín. Knižnice (banky) spektier obsahujú desiatky tisíc spektier zlúčenín. V prípade tuhých látok možno pre identifikáciu využiť röntgenové difrakčné údaje práškových vzoriek, banku ktorých tvorí okolo látok. c) Porovnaním spektra neznámej látky so spektrom simulovaným počítačom metódami kvantovej chémie. Simulácia je tým schodnejšia, čím úplnejšie sú vstupné informácie o vzorke. Sú nimi: prvkové zloženie zlúčeniny, jej molekulová hmotnosť, funkčné skupiny, fragmenty molekuly, hustota a prípadne ďalšie experimentálne určené fyzikálne vlastnosti vzorky. Výsledkom simulácie je obyčajne viac možností, z ktorých iba jedna zodpovedá analyzovanej vzorke. Záverečné rozhodnutie a výber spomedzi variantných riešení robí pracovník. d) Vyriešením kryštálovej štruktúry skúmanej látky, najčastejšie metódou röntgenovej štruktúrnej analýzy. Tento postup je vysoko spoľahlivý, predpokladá však dostupnosť vzorky v kryštalickom stave s veľkosťou kryštálového jedinca aspoň 0,1 mm v priemere. Keďže chemické a fyzikálne vlastnosti látok závisia tak od chemického zloženia, ako aj od ich štruktúry, nie vždy bude na ich identifikáciu stačiť zistenie molekulového vzorca. Molekulový vzorec je celočíselným násobkom stechiometrického vzorca, získaného chemickou analýzou. V prípade benzénu stechiometrický vzorec je CH a celočíselný násobok je 6. Izoméry (napr. cis a trans izoméry Pt(NH 3 ) 2 Cl 2 ) a konforméry majú rovnaké chemické zloženie, líšia sa však štruktúrou. Preto súčasťou analytickej chémie môže byť aj zistenie štruktúry (rozloženie atómov v priestore a spôsob chemickej väzby medzi nimi) ako súčasti identifikácie látok Charakterizácia látok Termín charakterizácia sa používa v analytickej chémii v prípade tuhých, heterogénnych vzoriek najčastejšie nemolekulového zloženia (napr. zliatiny kovov, horniny, prach, usadeniny). Pod charakterizáciou sa rozumie jednak proces analýzy priemernej tuhej vzorky ako celku, jednak počet, zastúpenie a chemické zloženie jednotlivých druhov zŕn a fáz vo vzorke, distribúciu prvkov v zrnách, určenie koordinačných čísel prvkov a spôsobu chemickej väzby prvkov v každej fáze. Charakterizácia je náročná úloha a rozsah prác závisí od problému, ktorý sa má jej pomocou vyriešiť. Spravidla postačí len čiastočná informácia o vzorke spojená s jej charakterizáciou vzorky Kvantitatívna analýza Úlohou kvantitatívnej analýzy je určenie množstva, koncentrácie, obsahu danej zložky vo vzorke, ako i celkové prvkové, iónové a molekulárne zloženie skúmaného objektu, ktorý vzorka reprezentuje. e-analytická chémia, Ústav analytickej chémie STU,

3 Proces získania údajov o kvantitatívnej analýze sa volá stanovenie. Výsledok stanovenia (i kvantitatívnej analýzy) môže byť vyjadrený v absolútnej hodnote (napr. mikrogramoch zlata v zliatine, milimoloch fenolu vo vode) alebo v relatívnych veličinách (napr. v milimoloch látky na liter roztoku, hmotnostných percentách, mikrogramoch na kilogram a pod). Relatívne vyjadrenie zloženia je obsažnejšie a treba ho uprednostňovať Proces chemickej analýzy Chemická analýza je tou časťou analytickej chémie, ktorá opisuje konkrétnu činnosť, postup, návod, ako zistiť zloženie vzorky. Proces chemickej analýzy zahŕňa časovú následnosť všetkých operácií na zistenie požadovaných informácií o vzorke. Všeobecne je proces znázornený na obr. 1. Obr.1 Schematické znázornenie procesu analýzy Analytická metóda je koncepcia získavania požadovaných informácií o vzorke optimálnym spôsobom. Metóda musí zohľadňovať úroveň požadovaných informácií, povahu vzorky a jej množstvo, ale i experimentálne možnosti pracoviska a schopnosti personálu. Analytické zadanie najčastejšie prichádza do analytického laboratória z iných pracovísk a laboratórií. Malo by obsahovať tieto údaje: účel analýzy, prípadne formuláciu problému, ktorý treba pomocou analýzy riešiť, základné údaje o vzorke (spôsob a čas odberu, operácie s ňou, jej vlastnosti a predpokladané zloženie), požiadavky na analýzu (kvalitatívna, kvantitatívna analýza, čas, za ktorý ju treba vykonať, požadovaná presnosť). Správna formulácia zadania je dôležitá pre získanie optimálneho riešenia v čase a primeraných nákladoch. Orientačná, avšak rýchla analýza je často postačujúca, a pritom môže zabrániť nenapraviteľným škodám, napr. zamedzenie havárií vo výrobe, stratám ľudského života v zdravotníctve, ekologické havárie a pod. Inokedy treba získať vysoko presný výsledok, e-analytická chémia, Ústav analytickej chémie STU,

4 ktorý však vyžaduje dlhý čas a vysoké náklady. Takáto požiadavka je bežná napr. pri analýze referenčných materiálov, vo vedeckom výskume a pod. Základné pravidlo pri voľbe pracovnej metódy tvrdí, že by mala byť taká, aby poskytla potrebné analytické informácie za stanovený čas a pri minimálnych ekonomických nákladoch. To, do akej miery sa toto pravidlo v práci zohľadní, závisí predovšetkým od kvality pracovníkov analytického laboratória a od úrovne vrcholového manažmentu pracoviska. Skúsenosti potvrdzujú oprávnenosť požiadavky, aby vedúci analytického laboratória mal bezprostredný kontakt s vedením organizácie alebo bol členom vedenia. Pre každú analytickú metódu je typická určitá veľkosť vzorky. Podľa veľkosti návažku možno analytické metódy rozdeliť na makro, semimikro, mikro a ultramikro metódy. Odmerná analýza patrí medzi makrometódy, chromatografia medzi mikroanalytické a hmotnostná spektrometria medzi ultramikro metódy. Vzťahy medzi požadovanými návažkami a obsahom zložiek vo vzorke vyjadruje tab. 1. Tabuľka 1 Rozdelenie analytických metód podľa hmotnosti vzorky Pracovná metóda Návažok nový názov starý názov (g) gramová makro - > 10-1 centigramová semimikro miligramová mikro mikrogramová ultramikro - < 10-4 Obr. 2 Typy interakcií skúmadla a vzorky. Šípky smerom k vzorke označujú skúmadlá, šípky od vzorky signály e-analytická chémia, Ústav analytickej chémie STU,

5 Princíp analýzy zahŕňa vlastnú interakciu činidla so vzorkou a registráciu vzniklého signálu. Najdôležitejšie typy skúmadiel a signálov obsahuje obr. 2. Analytický signál je funkciou zloženia (kvalitatívneho i kvantitatívneho), priestorových súradníc a času. Informácia o chemickom zložení vzorky sa získa dekódovaním analytického signálu. Napr. je známe, že ióny 2- SO 4 tvoria s bárnatými iónmi bielu zrazeninu. Ak teda pridáme do roztoku bárnatú soľ (skúmadlo), vznik bielej zrazeniny je signálom a súčasne informáciou o prítomnosti síranov vo vzorke. Málo rozpustné bárnaté soli však tvoria aj ďalšie anióny, napr. SO 2-3, S 2 O 2-3, PO 3-4 a iné. Preto ďalšími chemickými reakciami, napr. Heparovou skúškou, treba zistiť, či biela zrazenina je skutočne BaSO Selektivita dôkazu a stanovenia Na dôkaz a stanovenie látok sa využívajú ich chemické, fyzikálne a biologické vlastnosti. Dôkaz a stanovenie sú tým spoľahlivejšie, čím viac sa vlastnosti skúmanej látky líšia od vlastností očakávaných alebo prítomných látok vo vzorke, tj. čím väčšia je selektivita zvolenej chemickej reakcie a skúšky. Chemické reakcie, metódy a postupy chemickej analýzy majú rôznu selektivitu a reakcie z tohto hľadiska rozdeľujeme na skupinové, selektívne a špecifické. Skupinové reakcie umožňujú dokazovať prítomnosť celej skupiny látok (iónov), prípadne celú skupinu oddeľovať od ostatných zložiek vo vzorke a to ako pri kvalitatívnej tak v kvantitatívnej analýze. Príkladom skupinovej reakcie je zrážanie Ba 2+, Sr 2+, Ca 2+ a Ra 2+ zriedeným roztokom Na 2 SO 4. Také skúmadlo sa volá skupinové. Selektívne reakcie, selektívne metódy resp. skúmadlá dovoľujú dokázať alebo stanoviť jednu zložku z vymedzenej skupiny iných zložiek. Príkladom selektívnej reakcie je dôkaz a stanovenie nikelnatých iónov Čugajevovým skúmadlom (bisacetaldioximom) za vzniku málo rozpustnej červenej zrazeniny pri ph = 6. Žiadny iný ión netvorí červenú zrazeninu s týmto činidlom. Reakciu však ruší prítomnosť Pd 2+, Fe 2+, Cu 2+ a Co 2+, ktoré s Čugajevovým skúmadlom tiež tvoria sfarbené komplexy. Čím je analyzovaná sústava zložitejšia, tým musí byť väčšia selektivita metódy alebo chemickej reakcie. Špecifické reakcie, špecifické metódy umožňujú dokázať a stanoviť uvažovanú zložku v ľubovolne zložitej zmesi. Prísne vzaté, špecifické reakcie sú veľmi zriedkavé. Ako príklad môže poslúžiť dôkaz amoniaku účinkom roztoku NaOH tak, že skúmavku so vzorkou po zalkalizovaní prikryjeme filtračným papierom navlhčeným roztokom meďnatej soli. Unikajúci amoniak reaguje s Cu 2+ iónmi za vzniku lazúrovo modrého sfarbenia [Cu(NH 3 ) 4 ] Nezávislé a závislé metódy Ak je funkčná závislosť: signál = f(koncentrácia) explicitne vyjadriteľná a možno ju numericky riešiť, ide o tzv. nezávislé (priame, absolútne) metódy. V opačnom prípade, keď e-analytická chémia, Ústav analytickej chémie STU,

6 priradenie koncentrácie nameranému signálu závisí od jeho kalibrácie, hovoríme o závislých (porovnávacích, relatívnych) metódach. Nezávislých metód kvantitatívnej analýzy je len niekoľko. Patrí sem gravimetria, coulometria - ktorá vychádza z Faradayových zákonov a niektoré typy odmernej analýzy. Väčšina analytických metód je založená na porovnávaní signálov získaných zo vzorky so signálmi známej látky s presne známym zložením. Porovnávacia látka sa volá referenčný materiál (štandard). Základným predpokladom na to, aby daná látka bola porovnávacou látkou je jej známe zloženie, ktoré sa s časom pri skladovaní nemení Spôsoby porovnávania signálov Pri závislých analytických metódach je vzťah medzi signálom a analytickým parametrom - najčastejšie koncentráciou - neznámy. Možno ho určiť experimentálne pomocou referenčných materiálov a to viacerými spôsobmi. Najbežnejšie sú nasledovné: Obr. 3 Kalibračná krivka. Na osi x je koncentrácia, na osi y je veľkosť signálu Metóda kalibračnej krivky Postup pri tejto metóde: Pripraví sa súbor roztokov so známou koncentráciou analytu (stanovovanej látky) a pre každý roztok sa zmeria hodnota signálu Φ. Grafická závislosť Φ = f(c) sa nazýva kalibračná krivka (obr. 3) alebo presnejšia analytická krivka. Koncentrácie sa zvolia tak, aby pokrývali celú oblasť, v ktorej sa predpokladá hodnota koncentrácie uvažovanej zložky vo vzorke a aby koncentračné intervaly boli približne rovnaké. Ak je kalibračná krivka lineárna a prechádza počiatkom, na jej zostrojenie stačí použiť jeden roztok štandardu. Koncentrácia c analytu vo vzorke sa potom vypočíta zo vzťahu c = c ΦΦ (2.1) s s kde index s sa vzťahuje na štandard. Smernica kalibračnej čiary, číselne rovná d(φ)/d(c s ), vyjadruje citlivosť metódy. Na výsledok merania má vplyv celý rad faktorov. Sú to predovšetkým e-analytická chémia, Ústav analytickej chémie STU,

7 podmienky, pri ktorých sa meranie realizuje a vplyvy ďalších zložiek v meranej vzorke. Vplyvy tohto druhu sa označujú pojmom matrix efekt (vplyvy matrice). Preto metódu kalibračnej krivky treba robiť za rovnakých podmienok merania ako pri vzorke a výsledok je akceptovateľný iba vtedy, keď vplyvy matrice možno zanedbať, resp. keď vplyvy matrice vo vzorke a v roztoku štandardu sú rovnaké. Metóda štandardných prídavkov Základným predpokladom tohto postupu je lineárny vzťah medzi signálom Φ a koncentráciou c. Vtedy platí rovnica Φ = kc (meranie pred prídavkom) (2.2) kde k je smernica priamky a premenné sa vzťahujú na vzorku s objemom V. K tomuto objemu sa pre ďalšie meranie pridá známy objem štandardného roztoku V s o známej koncentrácii c s a zmeria sa signál Φ*. Po zohľadnení zmeny látkového množstva a zmeny objemu platí ( ) ( ) Φ = + + (2.3) * k cv csvs V Vs Z rovníc (2.2) a (2.3) možno vyjadriť hľadanú koncentráciu * ( - ) c = Φ c V Φ V ΦV (2.4) s s t pričom V t = V + V s. Použitím metódy štandardných prídavkov sa výraznou mierou odstraňuje vplyv zloženia analyzovanej sústavy (vplyv matrice). Obr. 4 Kalibračný graf pri metóde vnútorných štandardov. Symbol Φ s sa vzťahuje na štandard, Φ označuje signál, m hmotnosť e-analytická chémia, Ústav analytickej chémie STU,

8 Metóda vnútorných štandardov Ide o bežnú metódu v kvantitatívnej analýze, ktorej podstata spočíva v tom, že sa pripraví séria roztokov štandardu s rôznou koncentráciou analytu, ku ktorým sa pridá rovnaké množstvo tzv. vnútorného štandardu. Je ním referenčná, avšak na rozdiel od predošlých dvoch postupov, chemicky rozdielna látka od stanovovanej zložky, zvolená tak, aby jej signál bol dobre odlíšený od signálov analytu. Zmerajú sa signály takto pripravených roztokov a zostrojí sa kalibračný graf, v ktorom na osi y je pomer signálov stanovovanej zložky a vnútorného štandardu a na osi x je pomer koncentrácií alebo pomer hmotnosti stanovovanej zložky a vnútorného štandardu (obr. 4). Pri vlastnej analýze možno postupovať tak, že k roztoku so známou hmotnosťou vnútorného štandardu m s sa pridá vzorka s neznámou hmotnosťou stanovovanej látky m a zmerajú sa signály analytu (Φ) a vnútorného štandardu (Φ s ). K experimentálne zistenej hodnote Φ/Φ s sa z grafu zistí veľkosť m/m s. Keďže m s je známe, možno vypočítať hmotnosť stanovovanej zložky (analytu) m Referenčné materiály Pre závislé analytické metódy treba na určenie vzťahu medzi signálom a koncentráciou použiť pomocné látky, zvané referenčné materiály (synonymum štandardy). Sú nimi jednoduché látky alebo zmesné sústavy, ktoré trvale reprodukujú určitú vlastnosť, v našom prípade obsah (koncentráciu) stanovovanej látky. Ak je takáto vlastnosť úradne potvrdená, hovoríme o certifikovaných referenčných materiáloch. Právo certifikácie má v SR Slovenský metrologický ústav a doklad sa vydáva po splnení predpísaných náležitostí, napr. overení zloženia referenčného materiálu medzilaboratórnymi skúškami. Ide o nezávislé stanovenia udanej zložky v dodanej rovnakej vzorke rôznymi analytickými pracoviskami. Špeciálnym prípadom referenčných materiálov sú základné látky, ktoré sa používajú v chemických laboratóriách na určenie koncentrácie (štandardizáciu) odmerných roztokov (pozri kap. 5) Základné látky Základnou látkou je chemické indivíduum, ktoré je vhodné na stanovenie presnej koncentrácie roztokov. Má vyhovovať týmto požiadavkám: musí mať definované zloženie a obsah nečistôt nesmie byť nad 0,1 %, pri skladovaní nesmie podliehať zmenám, musí za daných podmienok reagovať stechiometricky, rýchlo a bez vedľajších reakcií, jej úplné zreagovanie musí byť ľahko zistiteľné, má byť dobre rozpustná vo vode, má mať čím väčšiu molekulovú hmotnosť, musí byť zdravotne nezávadná a čím lacnejšia. e-analytická chémia, Ústav analytickej chémie STU,

9 2.9. Odber vzorky Vzorka bezprostredne použitá na analýzu je spravidla len malým podielom materiálu, ktorého zloženie treba zistiť (pozri tab. 3). Pritom vzorka musí byť reprezentatívnym obrazom sústavy ako celku a to nielen pri jej odbere, ale aj v čase analýzy. Splnenie tejto požiadavky je často veľmi obtiažnou úlohou a to najmä vtedy, keď materiál, ktorý sa má analyzovať, je heterogénny a veľký, napr. dodávka rudy, ropy, poľnohospodárska pôda či mesačná vzorka, alebo vtedy, keď podlieha zmenám (biologický materiál). Osobitné zásady, ktoré vyžaduje stopová analýza, sú uvedené v kap Odber heterogénnej vzorky tuhého skupenstva Pri vzorkovaní veľkého množstva materiálu možno hovoriť o troch krokoch: určenie miest, resp. počtu odberov vzorky, získanie hrubej vzorky, ktorá reprezentuje miesta odberu, redukcia hmotnosti vzorky na niekoľko sto gramov vzorky vhodnej na analýzu, tzv. analytickej vzorky. Prvý krok je spravidla daný dohodou medzi dodávateľom a odberateľom, prípadne je zakotvený v norme. V SR sa vzorkovaním zaoberajú STN až Pravidlá zohľadňujú aj požadovanú presnosť, ktorá sa má pri analýze dosiahnuť. Hrubá vzorka v ideálnom prípade odzrkadľuje celú sústavu, jej zloženie, ale aj distribúciu častíc. Hrubá vzorka všeobecne závisí od dovolenej odchýlky (neistoty) jej zloženia a celej sústavy, ďalej od stupňa heterogenity a od veľkosti častíc. V dobre premiešaných kvapalinách a v plynoch existujú heterogenity len na molekulovej úrovni a vtedy postačí odobrať len malé množstvo vzorky. V tuhých látkach môže byť zrnitosť značná a pri odbere vzorky treba s tým počítať. Uvažujme napríklad fiktívnu rudnú surovinu obsahujúcu zrná rovnakej veľkosti a z hľadiska zloženia dvoch druhov, samotnej rudy a hlušiny. Počet zŕn, ktoré musí mať reprezentatívna vzorka, je daný rovnicou ( ) 2 n = p pσ (2.5) 1 r kde p je podiel zŕn obsahujúcich rudu a σ r je dovolená relatívna smerodajná odchýlka. Ak p = 0,8 a σ r = 0,01, t.j. dovolená smerodajná odchýlka je 1 %, potom n = Bližšie k realite bude spresnenie predošlej úlohy v tom, že pri úprave rudy dostávame častice dvoch druhov, PbS a hlušiny s rovnakou veľkosťou zŕn (5 mm), pričom 4 % z nich sú PbS s obsahom 70 % Pb a hustotou 7,6 g cm -3. Zvyšok zŕn je hlušina s hustotou okolo 3,5 g cm -3. Pre počet zŕn, ktoré treba odobrať ak táto má byť reprezentatívnou a ak σ r nemá byť väčšia než 1 %, platí rovnica: 2 2 n = w( 1 w) ( d1 d2 d) (( P1 P2) σ r P) (2.6) e-analytická chémia, Ústav analytickej chémie STU,

10 kde w je hmotnostný zlomok častíc rudy v rudnej surovine, d 1 a d2 sú hustoty zŕn rudy a hlušiny, d je priemerná hustota oboch druhov zŕn, a P sú príslušné percentuálne obsahy Pb v oboch druhoch zŕn resp. v rudnej surovine. Nech priemerná hustota zŕn d = 0,04 7,6 + 0,96 3,5 = 3,7 g cm -3. Priemerné zloženie P = 0, ,96 0 = 2,8 % olova v sústave. Po dosadení do rovnice (2.6): n = 0,04(1-0,04) [(7,6 3,5/3,7) 2.(70-0)/(0,01 2,8) 2 ] n = 1, Priemerná hmotnosť jedného zrna bude ,14. 0,5 3 m = π r d =. 3,7 = 1,96 g 3 3 z čoho plynie, že hmotnosť hrubej vzorky obsahujúcej 1, zŕn je 246,3 kg Príprava analytickej vzorky Kým hrubá vzorka môže mať hmotnosť niekoľkých ton, laboratórna len niekoľkých kilogramov. Hmotnosť vzorky sa zmenšuje drvením a kvartovaním, potom mletím a preosievaním. Celý proces treba opakovať dovtedy, kým sa nezíska laboratórna vzorka. Ak má byť hmotnosť vzorky napr. 500 g, z rovnice (2.6) vyplýva, že veľkosť zŕn má byť v priemere okolo 0,3 mm. Drvenie a mletie prináša so sebou niektoré negatíva. Úprava vzorky nesie so sebou riziko kontaminácie, napr. z materiálu drvičov, mlynov a roztieracích misiek. Disipovaná mechanická energia z pohyblivých častí drvičov, mlynov a pod., prijatá vzorkou ako teplo, môže spôsobiť odparenie prchavých zložiek zo vzorky. Malá veľkosť častíc zvyšuje chemickú reaktivitu a niektoré zložky sa môžu oxidovať vzdušným kyslíkom, napr. Fe 2+ na Fe 3+, prípadne môžu sorbovať vodu z ovzdušia. Hydráty ju naopak môžu strácať. Preto vzorku treba mechanicky upravovať len do vtedy, kým je to nevyhnutné z dôvodov získania laboratórnej vzorky a chemickej úpravy. Materiál pomôcok pri mechanickej úprave vzoriek treba voliť tak, aby neobsahovali tie zložky, ktoré sa majú analyzovať. Najmä v prípade minoritných zložiek je vplyv kontaminácie materiálom mechanických pomôcok značný. Zistilo sa napr., že injekčný roztok odobratý zo sklenej ampulky obsahuje dokázateľné stopy niklu (na úrovni 10-7 % ) ako dôsledok znečistenia materiálom injekčnej striekačky Vzorkovanie plynov a kvapalín Plyny pred odobratím treba premiešať, aby sa odstránil vplyv rôznej hustoty plynných zložiek v rôznej výške nádoby. Na odber slúžia valcovité nádoby z vhodného materiálu (najčastejšie zo skla), ktoré majú na oboch koncoch uzatvoriteľné kohúty. Nádoby sa najprv prepláchnu plynom, potom sa plyn v nich uzavrie a odovzdá na analýzu. Iným spôsobom odberu plynov je nasávanie do nádoby naplnenej vhodnou kvapalinou, ktorá sa v spodnej časti nádoby nechá vytekať a súčasne sa do nádoby nasáva plyn. Z veľkých nádrží s kvapalinami, ktoré nemožno premiešať, sa vzorky odoberajú sklenou rúrkou, opatrenou kohútom, resp. uzáverom na oboch koncoch rúrky, ktorá sa pomaly vsúva do e-analytická chémia, Ústav analytickej chémie STU,

11 nádrže až po dno. Po uzavretí spodného otvoru sa rúrka z nádrže vyberie a kvapalina sa odoberie na analýzu. Pri petrochemických produktoch je možné, že nádrž obsahuje v spodnej časti oddelenú vrstvu vody. Pri vzorkovaní ju treba od ostatných zložiek oddeliť. Cisterny a potrubia s tečúcimi kvapalinami sa veľmi spoľahlivo vzorkujú dynamicky odberom časti tečúcej kvapaliny do vzorkovacích nádob. Odber sa technicky realizuje tak, že do potrubia sa vloží tenká rúrka, ktorou sa odvádza časť pretekajúcej kvapaliny. Veľkosť odberu závisí od svetlosti tenkej rúrky. Vzorkovaním kvapalín sa zaoberá STN "Vzorkovanie" a STN "Vzorkovanie kvapalín a pastovitých materiálov". Vzorkovanie tuhých materiálov určuje STN "Vzorkovanie sypkých a zrnitých materiálov". Pôsobením vzdušného kyslíka, tepla a svetla, ako aj dlhším skladovaním, môžu nastať chemické alebo aj fyzikálne zmeny zloženia najmä kvapalných a pastovitých vzoriek. Rovnako môže dôjsť k adsorpcii niektorých zložiek na povrchu nádob, čím sa skreslia výsledky ich analýzy. Adsorpcia skresľuje výsledky najmä stopových zložiek. Tieto faktory sa majú vhodnými technickými opatreniami vylúčiť alebo aspoň obmedziť. Oxidácii vzdušným kyslíkom sa môže zabrániť skladovaním vzorky pod inertným plynom, vplyv svetla a tepla sa minimalizuje uchovávaním vzoriek v nepriesvitných obaloch v chladničke. Úniku plynov z kvapalnej vzorky sa zabráni ich chemickým viazaním už pri samotnom vzorkovaní. Napr. pri stanovovaní kyslíka rozpusteného vo vode sa vzorka vody odoberá do nádoby so zábrusovým uzáverom, v ktorej sa nachádza manganatá soľ v alkalickom prostredí. Účinkom rozpusteného kyslíka dochádza k reakciám, ktorými sa kyslík viaže za vzniku málo rozpustnej manganičitej soli: Mn OH - = Mn(OH) 2 2 Mn(OH) 2 + O 2 = 2 MnO(OH) Chemická úprava tuhých vzoriek Základným pravidlom je zásada analyzovať vzorku takú, aká sa vzorkovaním získa. Táto zásada je však často neprijateľná a vzorky treba upravovať aj chemicky. Hlavným cieľom chemickej úpravy tuhých vzoriek je ich uvedenie do takého stavu, ako vyžaduje plánovaná analytická metóda. Najčastejšie je potrebné uviesť tuhé vzorky do roztoku. Ak je to možné, volí sa pritom taký spôsob, ktorým sa zároveň dosiahne zlepšenie analytického signálu (zvýšenie pomeru signál/šum), odstránenie rušivého vplyvu prímesí alebo sa dosiahne zvýšenie koncentrácie stanovovanej súčasti. Toto je dôležité vtedy, ak obsah stanovovanej súčasti vo vzorke je malý Rozpúšťanie vzoriek Tuhé vzorky sa rozpúšťajú najprv vo vode, potom v neoxidujúcich kyselinách (HCl, H 2 SO 4. zriedená) a napokon v oxidujúcich kyselinách (HNO 3, H 2 SO 4 koncentrovaná). e-analytická chémia, Ústav analytickej chémie STU,

12 Rozpúšťame najprv za studena, potom za tepla, najprv v zriedených kyselinách, potom v koncentrovaných. Vo vode sa rozpúšťajú napr. hydroxidy a oxidy alkalických kovov a kovov alkalických zemín a látky iónovej povahy, akými sú soli alkalických kovov, niektoré soli alkalických zemín a niektoré halogenidy. Ak sa vzorka rozpúšťa len čiastočne, pred ďalšou operáciou je vhodné roztok odfiltrovať a tuhý podiel rozpúšťať ďalej. Neoxidujúce kyseliny rozpúšťajú neušľachtilé kovy a ich zliatiny, niektoré oxidické rudy kovov Fe, Mn, Zn, soli slabých kyselín (uhličitany, siričitany), oxido - soli a hydroxido - soli (BiOCl, SbOCl, MnO(OH) 2 ) a pod. Kremičitany rozložiteľné kyselinami (cement, troska), sa rozkladajú za súčasného vylučovania kyseliny kremičitej: CaSiO HCl + n H 2 O = Ca 2+ + SiO 2 nh 2 O + H 2 O + 2 Cl - Silné oxidovadlá ako KMnO 4 a PbO 2 reagujú s HCl za vzniku elementárneho chlóru: PbO HCl = Pb 2+ + Cl H 2 O + 2 Cl - Kyselina dusičná - najmä koncentrovaná - má oxidačné účinky, čo sa využíva pri rozpúšťaní väčšiny kovov s výnimkou zlata, ortuti a platinových kovov. Dobre sa v nej rozpúšťajú aj zliatiny kovov Cu, Pb, Mn, Bi, rudy niklu, kobaltu a medi i mnohé horniny. Priebeh chemickej reakcie pri rozpúšťaní kovov vidieť na príklade 3 Pb + 2 NO H + = 3 Pb NO + 4 H 2 O Pri rozpúšťaní kovov As, Sb, Sn vznikajú kyseliny kovov, v prípade antimónu a cínu biele málo rozpustné voľné kyseliny: Sn + 4 HNO 3 + (n - 2) H 2 O = SnO 2 nh 2 O + 4 NO 2 Zatiaľ čo zriedená H 2 SO 4 sa správa analogicky ako HCl, koncentrovaná má oxidačné účinky, a preto rozpúšťa neušľachtilé kovy a ich zliatiny za vzniku SO 2 : 2 Sb + 6 H 2 SO 4 = 2 Sb SO SO H2O V koncentrovanej H 2 SO 4 sa rozpúšťajú niektoré ušľachtilé kovy, napr. meď: Cu + H 2 SO 4 = CuO + SO 2 + H 2 O Zriedením roztoku dôjde k rozpusteniu oxidu: CuO + H 2 SO 4 = Cu 2+ + SO H 2 O Ako málo prchavá kyselina je schopná rozkladať aj nerozpustné a komplexné soli tých kyselín, ktoré sú vo voľnom stave málo disociované a prchavé, ako napr. fluoridy a kyanidy: CaF 2 + H 2 SO 4 = 2 HF + Ca 2+ + SO 4 2- [Fe(CN) 6 ] H 2 SO 4 = Fe HCN + 3 SO 4 2- Extrémne oxidačné účinky má lúčavka kráľovská (1 diel HNO 3 a 3 diely HCl) alebo obrátená, tzv. Lefortova lúčavka (3 diely HNO 3 a 1 diel HCl). Účinnými oxidačnými zložkami v oboch sú Cl 2 a NOCl, ktoré vznikajú podľa rovnice: 3 HCl + HNO 3 = NOCl + Cl2 + 2 H2O V uvedených lúčavkách sa rozpúšťajú kovy platinovej skupiny, ale i Au, Hg, a V. e-analytická chémia, Ústav analytickej chémie STU,

13 Napríklad 2 Au + 3 Cl HCl = 2 AuCl H + Hg + 2 NOCl = HgCl NO Na rozklad kremičitanov je vhodná HF v prítomnosti niektorej zo silných kyselín, napr. H 2 SO 4, HClO 4, HNO 3. Pri rozklade sa uvoľňuje plynný SiF 4 : SiO HF = SiF H 2 O Na rozpúštanie amfotérnych kovov a ľahkých zliatin hliníka, zinku, kremíka a horčíka možno použiť 30% roztok NaOH alebo KOH, pričom vznikajú rozpustné hlinitany, zinočnatany, kremičitany, resp. Mg(OH) 2 : 2 Al + 2 OH H2O = 2 [Al(OH) 4 ] H Tavenie tuhých látok Tavenie je vysokoteplotný proces rozkladu vzoriek anorganickej a minerálnej povahy, ktorým možno niektoré zložky zároveň zo sústavy oddeliť. Ak sa účinkom kyselín a zásad tuhá vzorka úplne nerozloží, rozkladá sa tavením. Priebeh rovnováh pri vysokých teplotách ovplyvňujú najmä tieto faktory: prchavosť reakčných splodín posúva rovnováhu v smere ich vzniku, vysoká teplota ovplyvňuje rovnováhu chemických reakcií a aj acidobázické správanie sa zúčastnených iónov (sila protolytov), rovnováhu ovplyvňuje značný prebytok tavidla. Podľa povahy tavidiel, ktoré treba voliť na základe vlastnosti vzorky, môže ísť o tavenie alkalické alebo kyslé. V oboch prípadoch môže byť tavenie neoxidačné alebo oxidačné. Tavenie alkalické neoxidačné Uskutočňuje sa s použitím Na 2 CO 3, zmesou K 2 CO 3 s Na 2 CO 3 v pomere 1 : 1, ďalej tavením s NaOH alebo KOH. Uhličitanové tavenie rozkladá sklo, porcelán, kameň, smalty, nerozpustné sírany a halogenidy. Používajú sa tégliky z ocele, niklu alebo platiny. Alkalickým tavením v strieborných alebo zlatých téglikoch možno dostať do roztoku karbidy, silicidy, bauxit, oxidické rudy Sb a Sn, volframany, titaničitany, platinové kovy a ich zliatiny. Teplota pri tavení nesmie prekročiť 700 C, pretože tégliky sa môžu roztaviť (teplota tavenia Ag je 960 C a Au 1063 C). Schému tavenia vyjadruje rovnica: MgSiO Na 2 CO 3 = Na 4 SiO 4 + MgCO 3 + CO 2 Tavenie alkalicko - oxidačné Používa sa vtedy, keď tuhá látka obsahuje také zložky, ktoré možno zoxidovať na vyšší oxidačný stupeň. Príkladom sú rudy molybdénu, chrómu, rudy sulfidické, zliatiny Fe-Cr, Fe-Si, arzenitany a antimonitany. Tavidlom je zmes uhličitanu a dusičnanu alkalického, prípadne zmes e-analytická chémia, Ústav analytickej chémie STU,

14 NaOH a Na 2 O 2. Tavenie sa uskutočňuje v železných alebo niklových téglikoch, ktoré pritom značne korodujú a vzorka silne kontaminuje. Vhodnejšie tégliky sú z oxidu zirkoničitého. Priebeh chemických reakcií pri alkalickooxidačnom tavení možno vyjadriť rovnicami: ZnS + Na 2 CO KNO 3 = ZnCO KNO 2 + Na 2 SO 4 2 Cr 2 O 3 FeO + 7 Na 2 O 2 = 4 Na 2 CrO 4 + Fe 2 O Na 2 O Kyslé tavenie Tavidlom je KHSO4, ktorý pri zahrievaní prechádza na dvojsíran. Tento je účinnou látkou pri tavení: 2 KHSO 4 = K 2 S 2 O 7 + H 2 O K 2 S 2 O 7 = K 2 SO 4 + SO 3 Al 2 O K 2 S 2 O 7 = Al 2 (SO 4 ) K 2 SO 4 Kyslým tavením sa rozkladajú oxidy Al, Fe, Cr, Ti, kremičitany týchto prvkov, rudy Sb, Cu, Ti, Ni, zliatiny železa s chrómom, volfrámom, molybdénom a pod. Ich spoločnou vlastnosťou je tvorba vo vode rozpustných síranov v kyslom prostredí. Síroalkalické tavenie Používa sa na rozklad materiálov, ktoré obsahujú prvky schopné vytvárať v alkalickom prostredí tiozlúčeniny. Príkladom sú málo rozpustné oxidy a soli As, Sb. Mo, Sn, Ge, V, W. Tavidlom je zmes Na 2 CO 3, prípadne K 2 CO 3 s elementárnou sírou v pomere 4 : 3 až 1 : 1 Na tavenie sa používajú porcelánové alebo kremenné tégliky: 2 SnO Na 2 CO S = 2 Na 2 SnS Na 2 SO CO 2 Vo všetkých doteraz uvedených vysokoteplotných procesoch vzniká jeden alebo viac reaktantov rozpustných vo vode, a ak je časť taveniny vo vode nerozpustná, potom po odfiltrovaní ju rozpúšťame v zriedenej HCl. Týmto spôsobom sa málo rozpustné uhličitany rozpustia za vzniku CO 2 : ZnCO HCl = Zn Cl - + CO 2 + H 2 O Takto zároveň oddelíme časť zložiek. Základným problémom chemickej úpravy vzoriek a najmä tavenia je vnášanie veľkého množstva skúmadiel do sústavy a znečistenie produktov materiálom téglikov. Preto treba dôsledne dodržiavať zásadu, aby sa na tavenie použil téglik z takého materiálu, ktorý neobsahuje analyzovanú súčasť. Iné spôsoby rozkladu vzoriek Sintrácia - spekanie, je vysokoteplotnou konverziou nerozpustného materiálu malým množstvom tavidla, pričom vzniknutá zmes sa rozpúšťa kyselinou soľnou: TiO Na 2 O 2 = Na 4 TiO 4 + O 2 e-analytická chémia, Ústav analytickej chémie STU,

15 Pyrolýza je vysokoteplotný rozklad solí slabých prchavých kyselín vodnou parou za neprítomnosti katalyzátorov. Rozkladom vzniká málo disociovaná kyselina, ktorá sa absorbuje v alkalickom prostredí a následne stanovuje: 2 AlF H 2 O = Al 2 O HF Rozklad mikrovlnným žiarením Okrem tavenia v otvorených nádobách sa najmä pre organické látky používajú uzatvárateľné a hrubostenné oceľové nádobky. Vzorka sa v nich uzavrie a účinkom koncentrovanej kyseliny dusičnej sa rozkladá pri zvýšenej teplote. Takto možno rozkladať organické vzorky. V poslednom období sa na rozklad využívajú mikrovlnné piecky, v ktorých sa pri vysokej teplote v oxidačnom prostredí HNO3 môžu dokonale rozkladať vzorky anorganickej aj organickej povahy. Vzorka sa pritom nachádza v uzavretej tlakovej nádobke, ktorá znesie aj vysoké teploty. Týmto spôsobom možno dokonale rozkladať aj ťažko taviteľné a voči inému rozkladu odolné vzorky Chyby merania Chemická analýza ako každá experimentálna činnosť je zaťažená chybami. Tieto môžu byť dvojakého druhu: náhodné a systematické. Náhodné chyby vznikajú vždy. Ich distribúciu možno vyjadriť napr. Gaussovým (normálnym) rozdelením a štatistickým hodnotením meraní možno dosiahnuť zníženie ich vplyvu na výsledky. Náhodné chyby spôsobujú nepresnosť experimentálnych výsledkov. Mierou náhodnej chyby i presnosti je za predpokladu Gaussovho (normálneho) rozdelenia smerodajná odchýlka jednotlivého merania σ alebo odhad smerodajnej odchýlky s: ( i μ ) 2 σ = x n (2.7) ( i ) ( 1) = 2 s x x n (2.8) kde µ je skutočná hodnota meranej veličiny, ktorá však nie je známa, n je počet meraní (analýz) a x je priemerná hodnota daná vzťahom x = xi n (2.9) Štvorec smerodajnej odchýlky je rozptyl merania. Pre malý počet meraní, aký je v praxi bežný, možno hodnotu s počítať podľa vzťahu: s = k n R (2.10) pričom hodnota kn je tabelovaná (tab. 2) a R je tzv. variačné rozpätie, číselne sa rovná (xmax - xmin) e-analytická chémia, Ústav analytickej chémie STU,

16 s x : Pre analytickú chémiu je dôležitý aj odhad smerodajnej odchýlky aritmetického priemeru 2 ( i ) ( 1) s = x x n n (2.11) x Po zohľadnení rovnice (2.8) platí s = s n (2.11a) x V analytickej praxi sa často používa relatívna smerodajná odchýlka definovaná vzťahom s = s x resp. s = s x (2.12) r rx, x Interval spoľahlivosti Dobrým odhadom skutočnej hodnoty je priemerná hodnota. Takéto bodové vyjadrenie analytického výsledku je nepostačujúce. Vždy ho treba doplniť udaním intervalu, v ktorom sa pri zvolenej pravdepodobnosti P nachádza meraná veličina. Namiesto P sa niekedy udáva hladina významnosti α, pričom platí α = 1 P tvar je Uvedený interval sa zvykne nazývať intervalom spoľahlivosti L 1,2, ktorého matematický L1,2 = x ± t s x (2.13) kde t je koeficient Studentovho rozdelenia a s x je daná rovnicou (2.11). Pre malý počet meraní možno interval spoľahlivosti vypočítať podľa Deana a Dixona: L = x ± K R (2.13a) 1,2 n kde koeficient Kn udáva tab. 2, hodnoty t možno nájsť v štatistických tabuľkách a R je variačné rozpätie Systematická chyba Táto chyba je spôsobená napr. nesprávnou kalibráciou meradiel, kontamináciou vzorky, vplyvom matrice, nesprávnym vzorkovaním a výsledok všeobecne skresľuje tak, že ho buď systematicky zvyšuje (kladná chyba) alebo systematicky znižuje (záporná chyba). Môže byť dvojakého druhu: aditívna, ktorej veľkosť nezávisí od obsahu analyzovanej zložky, proporcionálna, ktorej veľkosť je úmerná obsahu zložky. e-analytická chémia, Ústav analytickej chémie STU,

17 Tabuľka 2 Hodnoty koeficientov k n a K n n k n K n α = 0,05 α = 0,01 2 0,886 6,40 31,80 3 0,591 1,30 3,01 4 0,486 0,72 1,32 5 0,430 0,51 0,84 6 0,395 0,40 0,63 7 0,370 0,33 0,51 8 0,351 0,29 0,43 9 0,337 0,26 0, ,325 0,23 0,33 Systematická chyba sa pri správne vykonanej analýze nevyskytuje. Ak by sa predsa vyskytla, treba ju pred štatistickým spracovaním merania zo súboru odstrániť, pretože vedie k nesprávnym výsledkom. Prejaví sa väčším rozdielom medzi priemernou hodnotou a skutočnou hodnotou než to vyplýva napríklad z veľkosti odhadu smerodajnej odchýlky. Systematickú chybu možno zistiť z kalibračného grafu, keď nulovému obsahu analytu zodpovedá nenulový signál (čiara neprechádza počiatkom). Možno ju tiež nájsť chemickou analýzou referenčných materiálov (štandardov). Ak je takáto chyba prítomná, obsah zistený analýzou štandardov nezodpovedá certifikovanej hodnote, pravdaže s prihliadnutím na náhodnú chybu merania, ktorou je zaťažený každý experimentálny výsledok. Iným spôsobom overenia predpokladu, že systematická chyba nie je prítomná, je zopakovanie analýzy iným postupom alebo pri určení veľkosti systematickej chyby možno postupovať takto: 1. Predpokladajme, že metóda je zaťažená aditívnou systematickou chybou veľkosti a. Analýzu vykonáme s návažkom m1, pričom sa zistí obsah zložky rovnajúci sa x 1, ktorý sa od skutočnej hodnoty x 1 líši o aditívnu chybu a: ' x = x + a (2.14) 1 1 Pri návažku m2 bude analogicky platiť x = x + a (2.15) ' 2 2 Ak m 1 = 2 m 2, x 1 = 2 x 2 a riešením predošlých rovníc dostávame pre veľkosť systematickej chyby: a = 2x 2 ' x 1 ' 2. Predpokladajme, že výsledok je zaťažený proporcionálnou systematickou chybou b. Medzi zisteným obsahom x 1 ' a skutočným obsahom x analyzovanej zložky platí vzťah: x = bx (2.16) ' i znamená to, že jeho veľkosť je priamo úmerná hmotnosti návažku. Opakovanú analýzu vykonáme tak, že k pôvodnému návažku hmotnosti m pridáme známe množstvo m 0 tej istej zložky, aká sa stanovuje. Zistí sa hodnota obsahu x 2', pričom platí ( ) ' x = b x + x (2.17) 2 0 e-analytická chémia, Ústav analytickej chémie STU,

18 Riešením oboch rovníc pre veľkosť proporcionálnej systematickej chyby b dostávame: ' ' ( 2 1) b = x x x 0 (2.18) Hodnotenie analytických výsledkov Presné výsledky sú také, ktoré majú malú smerodajnú odchýlku alebo jej odhad. Namerané hodnoty sú sústredené okolo priemernej hodnoty a v grafickom znázornení Gaussova krivka je štíhla. Správne výsledky sú tie, ktorých priemerná hodnota sa vzhľadom na náhodné chyby zhoduje so skutočnou (certifikovanou) hodnotou. Presné a zároveň správne výsledky sú spoľahlivými výsledkami. Výsledky sú opakovateľné vtedy, keď ich s použitím tej istej vzorky dosahuje ten istý pracovník, tou istou metódou a na tom istom zariadení, ale v rôznych časoch. Výsledky sú reprodukovateľné, ak ich dosahujú v rôznych laboratóriách rôzni pracovníci v rôznom čase, avšak rovnakou metódou. Ak sa analytickou metódou dosahujú rovnaké výsledky napriek istým zmenám v pracovných podmienkach, resp. v pracovnom postupe, hovoríme, že metóda je robustná. Dobrá metóda má byť robustnou. V praxi sa požaduje, aby zvolená metóda dávala nielen opakovateľné, ale aj reprodukovateľné výsledky Analytická chémia v hraničných koncentračných oblastiach Hraničnými oblasťami v analytickej chémii sú koncentrácie blízke 100 % (horná hraničná oblasť) a blízke 0 % (dolná hraničná oblasť). Vysoké obsahy sú typické pre vysokočisté látky a materiály, ktorých technické uplatnenie je značné, najmä v mikroelektronike, optoelektronike, jadrovej energetike, v raketovej a kozmickej technike, pri referenčných materiáloch a štandardoch. Nízke obsahy majú významnú úlohu v ekológii, zdravotníctve, potravinárstve a čoraz viac aj v chemickej technológii Analýza vysokočistých materiálov Túto analýzu možno uskutočniť dvoma spôsobmi analýzou hlavnej zložky, analýzou všetkých stopových obsahov nečistôt a odčítaním od 100 %. V prvom prípade použité metódy musia byť vysoko presné a sú nimi len nezávislé analytické metódy (gravimetria a coulometria). Obsah čistých látok sa zvykne vyjadrovať počtom deviatok percentuálneho obsahu hlavnej zložky v čistom materiáli. Napr. čistota Al 5N znamená, že ide o hliník, ktorého obsah je 99,999 %. e-analytická chémia, Ústav analytickej chémie STU,

19 V prípade stanovenia všetkých stopových súčasti, ktoré znečisťujú hlavnú zložku sa suma týchto, vyjadrená v percentách, odčíta od 100. Tento prístup predstavuje značný rozsah prác a výsledok býva zaťažený značnou chybou v dôsledku sčítania chýb jednotlivých stanovení, prípadne v dôsledku zanedbania nejakej zložky pri analýze Zvláštnosti analýzy nízkych obsahov Problematike stopovej analýzy je venovaná kapitola 15. Na tomto mieste sa dotkneme len spôsobov vyjadrovania obsahov stopových súčasti, s ktorými sa možno stretnúť v praxi, hoci nie všetky sú v súlade s SI sústavou. Spôsoby vyjadrovania obsahov uvádza tabuľka 3. Tabuľka 3 Vyjadrovanie stopových obsahov. Predpokladá sa, že M r = 100 a návažok je 1,0000 g % g/g -1 hmotnosť počet entít skratka metóda mg ppth titrácie μg ppm spektrofotometria ng ppb chromatografia pg 10 9 ppt MS* fg 10 6 ppkva MS* ag 10 3 ppkvi LS* zg 10 2 ppsex LS* * MS - hmotnostná spektrometria LS - laserová spektrometria Gaussovo rozdelenie pre oblasť veľmi nízkych obsahov neplatí. Treba ho nahradiť log - normálnym rozdelením, v ktorom pre strednú hodnotu x platí log x = log xi n (2.19) Pre odhad smerodajnej odchýlky s: 2 ( i ) ( ) logs = log x log x n 1 (2.20) Smerodajná odchýlka i jej odhad rastie so znižovaním obsahu. Priebeh v závislosti relatívnej smerodajnej odchýlky od obsahu analyzovanej zložky znázorňuje obr. 5. Každá analytická metóda má hranicu, za ktorou ani dôkaz, ani stanovenie už nie sú možné. Pre dôkaz takúto hranicu označujeme pojmom medza dôkazu, pre stanovenie medza stanovenia. Medzou dôkazu sa rozumie najmenšia merateľná hodnota signálu xmin odlíšiteľná od šumu, pri ktorej možno danú zložku ešte vo vzorke danou metódou dokázať. Medza stanovenia sa definuje ako najmenšia hodnota obsahu zložky vo vzorke, ktorú ešte možno danou metódou stanoviť. Ak hodnota signálu pre vzorku je x i a pre slepý pokus x 0 potom pre medzu dôkazu a tiež pre medzu stanovenia x lim možno písať rovnicu (2.21) v tvare x = x x = k s (2.21) lim i 0 0 e-analytická chémia, Ústav analytickej chémie STU,

20 kde s 0 je smerodajná odchýlka slepého pokusu (šumu prístroja) a hodnota k sa volí rovná 3 pre dôkaz a väčšia ako 3 (podľa niektorých autorov až 10) pre stanovenie. Ak dx/dc je smernica dotyčnice zostrojenej ku kalibračnej krivke v určitom jej bode resp. v prípade lineárnej kalibračnej krivky je to smernica priamky, ktorá vyjadruje citlivosť metódy, potom možno medzu dôkazu a medzu stanovenia v najvšeobecnejšom prípade vyjadriť vzťahom clim = xi dc dx (2.22) Po zohľadnení rovnice (2.21) sa získa tvar ( ) clim = x0 + k s0 dc dx (2.23) Obr. 5 Závislosť relatívnej smerodajnej odchýlky od obsahu zložky e-analytická chémia, Ústav analytickej chémie STU,